専門基礎11(情報の表現)

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1 専門基礎 Ⅰ 第 11 回 情報の表現

2 数値を 0 と 1 で表現するには?

3 ( A ) とは 整数と実数の表現 0 とそれに 1 ずつ加えていって得られる自然数 (1, 2, 3, 4, ) および 1 ずつ引いていって得られる数 ( 1, 2, 3, 4, ) の総称である マイナスを含む自然数 ( B ) とは 分数で表せる数も表せない数も全て 小数点で表せられる 存在しうるすべての数

4 それらの数値を 2 進数で表現する コンピュータにとってわかりやすくなる

5 ビットとは結局? bit( ビット ) とは コンピュータが扱う情報の最小単位のこと 1bit ならば 0 または 1 の情報が扱える 回路を流れる電気の電圧の変化 ( 高いか低いか ) で ON/OFF を切り替えていることに由来

6 32bit と 64bit の違い

7 コンピュータの記憶領域 32bit コンピュータはこれを 1 つのデータとして取り扱っている 整数の (229) 10 ( ) 2 ( C ) 桁 = 32bit

8 〇〇 bit コンピュータとは コンピュータ CPU 計算を するところ データのやり取り bit メモリデータを覚えておくところ

9 アポロ 11 号とファミコンのコンピュータ 1969 年 アポロ誘導コンピュータ 8bit 同じ bit 数 1983 年 ファミリーコンピュータ 8bit

10 整数は 0 と 1 の桁数で計算ができる では 実数は?

11 桁数で覚えようとすると 32 桁の真中を小数点 例えば 不可能

12 実数は指数にする = 仮数とする 指数部分 最初の桁をプラス :0 マイナスは 1 にする

13 小数を表現できる 正か負か ( D ) 部 ( E ) 部

14 文字の表現 ANK 文字 アルファベット 数字 カタカナ ひらがな 漢字 符号化 特殊キー 絵文字 それぞれを 0 と 1 に割り当てる

15 文字コード コード化 ( 符号化 ) 文字や数字などを一定のビット数によるビットパターンに対応付けしている. 情報交換のため, 国際的な共通の基準が必要.

16 アスキーコード表 A=(41)16 =( )2 American Standard Code for Information Interchange =4 16+1=(65)10 教科書 p.99 参照 b8b7b6b5 b4b3b2b NUL DLE SP P ` p SOH DC1! 1 A Q a q SXT DC2 2 B R b r EXT DC3 # 3 C S c s EOT DC4 $ 4 D T d t ENQ NAK % 5 E U e u ACK SYN & 6 F V f v BEL ETB 7 G W g w BS CAN ( 8 H X h x HT EM ) 9 I Y i y 1010 A LF SUB * : J Z j z 1011 B VT ESC + ; K [ k { 1100 C FF FS, < L \ l 1101 D CR GS - = M ] m } 1110 E SO RS. > N ^ n ~ 1111 F SI US /? O _ o DEL 制御文字文字としては表示されない

17 ASCII コード表 1963 年アメリカで作られた 7ビットで表す(00) 16 ~(7F) 16 の128 種 アルファベットの大文字 小文字( 各 26 文字 ) 数字(10 種 ) 各種記号(30 種程度 ) 制御文字( スペース タブ 改行等 ) 半角入力といわれているもの

18 ASCII コードが 1 文字 8bit 1Byte

19 JIS コード JISコード JIS 漢字コード シフトJISコード いわゆる日本語 (0000) 16 ~(F040) 文字の2バイト 第 1~ 第 4までの漢字基準を規定 一般的にシフトJISが使われることが多い 全角入力といわれているもの

20 その他 UNICODE 世界の標準となる文字コードを作った EUC コード UNIX という OS で日本を使うために 2 バ イトの文字コードを作った

21 音声と画像の表現 音声も画像も 0 と 1 に しなければならない

22 音は波 空気中を伝わる波を音波 ( 音 ) 現実では連続した波を 数値にしないといけない

23 アナログからデジタルへ ( F ) 変換

24 音量 音を細かくサンプリング 時間 t 時間でサンプリング

25 短冊の高さの数値を符号化 ( G )

26 サンプリング量 デジタルデータ 市販の CD だと ミリ秒 短冊が非常に細かいため人間の耳には違和感なく聞こえる

27 サンプリング周波数は ただの公式 1/(2Δt) = サンプリング周波数 CD の場合 1/( ) Hz

28 音のデータは細かい短冊の集まり

29 画像 アナログ画像 アナログ画像とは 実際に描いた絵や フィルム式カメラで撮った写真の様なものの事 デジタル画像 デジタル画像は パソコンや デジタルカメラで写された画像の事 アナログ画像と一見同じように見えるが 拡大してみると 小さなマス目が沢山になっている

30 アナログ 拡大しても滑らか

31 デジタル 拡大すると四角いマス目がわかる

32 画像をサンプリング化 画素が細かくなることで デジタル画像が綺麗になる

33 画像データは細かい四角形の集まり

34 画素値 ( 解像度 ) iphone Xs Max 8K テレビ 2,688 x 1,242 ピクセル 7,680 x 4,320 ピクセル ピクセルは四角形 1 個のこと

35 色の表現 色を数値で符号化する

36 お絵かきソフト ペイント系画像ソフト 画素を直接操作して 描画 ドロー系画像ソフト 数式で表したベクトルで 描画

37 RGB Red= 赤 Green= 緑 Blue= 青 ディスプレイの表示に一般的に使われる

38 CMYK Cyan= シアン Magenta= マゼンタ Yellow= イエロー Key plate= キープレート ( 黒 墨 ) 印刷 ( プリンタ ) に使われる

39 HSB Hue= 色相 Saturation= 彩度 Brightness= 明度 色認識に使われる

40 色数 色の数が多い方が ( H ) にカラーを表現できる インデックスカラー ( 一般的なデータとして使われている色調 ) は RGB でそれぞれ 8bit になっている Red: (0 FF) 16 Green(0 FF) 16 Blue(0 FF) 16 Red: (0 255) 10 Green(0 255) 10 Blue(0 255) 16

41 色の値 R:200 G:100 B:30

42 グレースケール 色情報を排除して R:8bit G:8bit B:8bit ではなく白黒の 8bit 1 色にすること

43 解像度 1 インチの中にどれくらいの個数の四角形が入っているかが解像度 (dpi) 10 20

44 情報の圧縮 どうやってデータを軽くするか

45 圧縮とは バイト数を ( I ) すること 10MB 5MB zip 形式

46 圧縮の使われ方 小さいサイズ 大きいサイズ 1 つのファイル複数のファイル 2 つのパターンがある

47 1 大きいから小さいへ 画像と音声

48 画像 bmp png の圧縮の簡単な説明.bmp.png ( J ) だけ圧縮できる

49 音楽の圧縮の簡単な説明 4 同じ ( K ) だけ圧縮できる

50 音楽の圧縮 wav mp3 の手法 1 人の耳は高い音と低い音で感度が違う

51 音楽の圧縮 wav mp3 の手法 2 人間の耳は非常に小さい音は聴こえない

52 音楽の圧縮 wav mp3 の手法 3 大きな音の後ろで鳴る小さな音は聴こえない

53 可逆圧縮と非可逆圧縮 可逆圧縮とは 圧縮しても それを元に復元ができる 非可逆圧縮とは 圧縮しても それを元に復元ができない 圧縮 元動画 非可逆の場合 ( L )

54 スマホカメラの jpg は非可逆.bmp.jpg 12 圧縮 この情報が ( M ) する

55 2 複数のファイルを圧縮 まとめて圧縮

56 いろんなファイルをまとめて圧縮 移動 小さくして運んで解凍 ( 大きく戻す )

57 可逆圧縮でファイルを移動 圧縮 解凍 zip Lha zip Lha アップロード ダウンロード

58 動画の場合はコーデック

59 コーデック 動画を圧縮するときの手法 圧縮 〇〇.mov コーデック 〇〇.mp4 mp4 のまま視聴できるかどうかはコーデックの形式によって変わってくる

60 コンテナに詰め込む コンテナに詰め込んだコーデックの組み合わせで動画ができている

61 再生するアプリによって変わってくる

62 ファイル形式 拡張子

63 コンピューターのファイル名のピリオド以降に付与される 3~4 文字の文字列 ファイルに対応するアプリの種類や ファイルの形式を意味する 拡張子

64 画像ファイル 拡張子.jpg.gif.png.bmp.pict 特徴 国際標準規格 非可逆圧縮 256 色 可逆圧縮 アニメも可特許無し 可逆圧縮 背景透明可 Windows 標準 非圧縮 サイズが大きい Apple 標準

65 音楽ファイル 拡張子.mp3.ra.wav.wma.mid 特徴 幅広く普及 非可逆圧縮 高圧縮 複数のコーデックで圧縮 Windows 標準 非圧縮 サイズが大きい Mp3 に対抗してできた 可逆 非可逆の両方をバージョンで選べる 電子楽器の演奏データを機器間でデジタル転送するための規格 サイズは極小

66 動画ファイル 拡張子.mp4.avi.mts.wmv.mov 特徴 動画の圧縮形式 非可逆圧縮 Windows 標準 任意のコーデックで圧縮ハイビジョン動画記録形式 Windows 標準 高圧縮 Apple 標準 Windowsでも動く

67 その他のファイル 1 拡張子.txt.docx.xlsx.pptx.pdf 特徴 テキストファイル メモ帳 ドキュメントファイル MS-Word エクセルファイル MS-Excel パワーポイントファイル MS-PowerPoint PDF ファイル 環境の影響を受けないため 印刷なのに使われる文書ファイル

68 その他のファイル 2 拡張子.exe.zip 特徴 パソコンのアプリケーション実行ファイル ウイルスになっていることも多いので 実行する場合は気をつける 圧縮ファイル パソコンからダウンロードすると場合 このファイルであることが多い パスワードによる保護も可能

69 今日は ここまで 質問はありませんか?

70 残り時間で 確認帳を書きましょう

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