伝え方と情報デザイン

マイクが拾う音は、空気の振動の大きさが切れ目なく変わるアナログの信号です。これを 0 と 1 の数の並びに直すのがデジタル化です。学習指導要領は、その手順である標本化・量子化・符号化を、二進法とあわせて理解するよう求めています。

まず、一定の時間ごとに波の高さを測ります(標本化)。次に、測った高さを決められた段階の数値に丸めます(量子化)。最後に、その数値を 0 と 1 で表します(符号化)。音楽 CD は、1 秒に 4 万 4,100 回測り、高さを 16 ビット、つまり 6 万 5,536 段階で表します。

なぜ 4 万 4,100 回なのでしょうか。人が聞き取れる最も高い音は、1 秒に約 2 万回振動する音(約 2 万 Hz)です。波の形を残すには、その 2 倍を超える回数で測る必要があります。CD の回数は、2 万の 2 倍を少し上回っています。

データの量も計算できます。CD には左右 2 つのチャンネルがあるので、1 秒分は 44,100 × 16 × 2 = 1,411,200 ビットです。8 ビットが 1 バイトなので約 176 KB、5 分の曲なら約 53 MB になります。

データを小さくすることを圧縮といいます。完全に元に戻せる可逆圧縮と、完全には戻せない代わりにもっと小さくできる非可逆圧縮があります。文書は 1 文字でも変わると困るので、可逆圧縮を使います。写真や動画には、人が気づきにくい細かい部分を省く非可逆圧縮がよく使われます。

可逆圧縮のいちばん簡単な方法が、ランレングス法です。「AAAAABBBBB」を、文字とその続く数で「A5B5」と書けば、10 文字が 4 文字になります。白と黒の部分が長く続くファクスの画像では、この方法がよく効きます。

ところが、同じ文字があまり続かないデータには逆効果です。教員研修用教材の例では、「intelligence」の 12 文字が「i1n1t1e1l2i1g1e1n1c1e1」の 22 文字に増えてしまいます。そこで、よく出る文字に短い符号を割り当てるハフマン法なども学びます。データの特徴に合った方法を選ぶのが、圧縮の考え方の中心です。

この単元でつまずきやすいのが、ビットとバイトの計算です。8 ビットが 1 バイト、という関係を最初に書いておくと途中で迷いません。1 KB を 1,000 バイトとする場合と 1,024 バイトとする場合があるので、問題の約束も確かめます。大きな数の計算は、電卓や表計算ソフトを使ってかまいません。

大学では、音や画像のデジタル化は、信号処理や画像処理、情報理論の授業に続きます。情報デザインは、ヒューマンインタフェースやデザイン学の授業で深めます。情報系の学部のほか、芸術・デザイン系の学部や、工学部のメディア系の学科でも学べます。Web デザイナーや UI デザイナー、放送や録音を支える技術者など、この単元の知識を毎日使う仕事もあります。