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データの正体 — 文字・画像・音・動画の正体

大人こども
初級中級上級

中級の解説は準備中のため、中級の内容を表示しています。

概要 — まず全体をつかむ

初級では「データには種類があり、細かく区切って数値にする」ことを見ました。中級では、各メディアの表し方と、圧縮・データ量を正確に見ます。0と1の束ね方や文字コードの符号化の仕組みは 2進数とデータ が担当します。

詳細 — 1段階ずつ追う

メディアの種類とデジタル化

現実の連続した情報（色の濃淡・音の波・動き）を、コンピュータが扱える段階的な数値に置き換えるのがデジタル化です。共通の考え方は「細かく区切り、各点を数値に丸める」こと。

  • 文字 — 文字コードで数値に対応づける（機構の詳細は 2進数とデータ）
  • 画像／音／動画 — 空間や時間を細かく区切って数値にする

登場人物メモ:

  • ※1 標本化（サンプリング） — 一定間隔で測ること
  • ※2 量子化 — 測った値を決まった段階の数値に丸めること

各メディアの表現

  • 画像 — 縦横に並んだ画素（ピクセル）それぞれの色を、赤・緑・青（RGB）の強さの数値で記録する。画素数が多いほど解像度が高い。PNG（可逆）／JPEG（非可逆）
  • 音 — 波形を一定間隔で測る標本化と、各点を段階値に丸める量子化の対で数値化する。例 CD＝44.1kHz／16bit。WAV（無圧縮）／MP3（非可逆）
  • 動画 — 少しずつ違う画像（フレーム）を1秒に何十枚も並べ（フレームレート）、音を重ねたもの。データ量が大きく圧縮が必須。H.264などのコーデックで縮める

いずれも「決まった形式で並んだ0と1」であり、正しい形式で読んで初めて意味を持ちます。

アニメーション『画像のデジタル化（画素とRGB）』を開く
画像のデジタル化 — 画素とRGB絵をマス目（画素）に分け、1マスの色を「赤・緑・青」3つの数値で記録する① 絵をマス目に分ける（1マス＝1画素）② 1画素を拡大この1マスの色は…③ 3つの数値（各 0〜255）で記録赤 R255緑 G201青 B96光の三原色。3つの強さの組み合わせであらゆる色を表す（例: 全部255＝白）解像度 ＝ マス目の細かさ画素が多いほど絵は細かくなるが、そのぶんデータ量も増える1画素 ＝ 3バイト（R・G・B 各1バイト）が基本例: 4000×3000画素の写真 ＝ 約36MB（圧縮前）→ だから圧縮する
アニメーション『音のデジタル化（標本化と量子化）』を開く
音のデジタル化 — 標本化と量子化連続の波を「一定間隔で測り」「段階値に丸める」ことで数値の列にする000001010011100101110111高さ（段階値）時間 →連続の波（アナログ）標本点（測った高さ）丸めた値（量子化）← 縦の間隔＝標本化周期。狭いほど（＝標本化周波数が高いほど）波に忠実← 横の段の数＝量子化の段階。多いほど（＝ビット数が大きいほど）なめらか① 標本化（サンプリング）一定間隔で波の高さを測る。1秒あたりの測定回数＝標本化周波数（例 CD＝44.1kHz）。細かく測るほど元の波に近い。② 量子化測った高さを段階値に丸める。段階数＝2＾（量子化ビット数）（例 16bit＝65536段階）。段階が多いほどなめらか。CDの音質 ＝ 44.1kHz／16bit1秒に44100回測り、各点を65536段階の数値で表す

圧縮とデータ量

圧縮はデータを小さくする技術で、2種類あります。

  • 可逆圧縮 — 完全に元へ戻せる。ZIP・PNG・FLAC。文書・プログラム向き
  • 非可逆圧縮 — 人が気づきにくい情報を捨てて大きく縮める。JPEG・MP3・H.264。写真・音・動画向き

データ量の単位は バイト → KB → MB → GB → TB と1000倍ごとに上がります（厳密には1024倍区切りのKiB／MiBもあり、詳細は 2進数とデータ）。

  • 写真1枚 … 数 MB ／ 音楽1曲 … 数 MB ／ 映画1本 … 数 GB

同じ中身でも、形式と圧縮の選び方でデータ量は大きく変わります。

アニメーション『可逆圧縮と非可逆圧縮』を開く
可逆圧縮 と 非可逆圧縮小さなコマ＝情報のかけら。元 → 圧縮 → 復元 で、残る情報量を見比べる可逆圧縮（ロスレス）元データ（20コマ）圧縮情報は1つも捨てない圧縮データ（小さい）情報は完全保持復元復元データ✓ 元と完全一致データ量：大データ量：中（縮む）データ量：大（元通り）例：ZIP・PNG・FLAC　／　1バイトも失えない 文書・プログラム 向き非可逆圧縮（ロッシー）元データ（20コマ）圧縮気づきにくい情報を捨てる圧縮データ（とても小さい）8コマ分を破棄復元復元データ≈ 元に近いが同じでないデータ量：大データ量：小（大幅減）捨てた情報は戻らない例：JPEG・MP3・H.264　／　多少の劣化が許される 写真・音・動画 向き可逆＝完全に戻せる（縮みは控えめ）／ 非可逆＝戻せないが大幅に縮む。用途で使い分ける

⚠️ うまくいかないとき

  • 文字化け — 文字コード（符号化）の不一致。詳細は 2進数とデータ
  • 開けない／壊れる — 形式の不一致、ファイル破損
  • 無駄に重い — 用途に合わない形式・圧縮（写真をPNGで巨大化、など）

関連する知識

理解度チェック

そのまま解けます（成績は保存されません）。無料アカウントを作ると、学習の記録と進捗の山登りが始まります。

問1. 日本語を含む多くの文字を、世界共通で扱えるようにした文字集合と、その代表的な符号化は？

問2. 写真のJPEGのように「多少劣化するが大きく縮む」圧縮を何と呼ぶ？

問3. 文書ファイルやプログラムに非可逆圧縮を使ってはいけないのはなぜ？

問4. 音のデジタル化で「1秒間に何回、波の高さを測るか」を表すのはどれ？

問5. 画像で、縦横に並んだ「1つ1つのマスの色をRGBの数値で記録する」その1マスを何と呼ぶ？

問6. 次のうち「可逆圧縮」だけを並べたのはどれ？

問7. 音のデジタル化で「測った各点を何段階の数値に丸めるか」を表すのはどれ？

問8. データ量の単位「バイト → KB → MB → GB → TB」は、基本的に何倍ごとに上がる？

問9. 動画で「1秒間に何枚の画像（コマ）を並べるか」を表す指標を、カタカナで答えてください。

問10. ZIPやPNGのように、元へ完全に戻せる圧縮を何圧縮と呼ぶ？ 漢字で答えてください。