問66
頻出度★★☆
アナログ音声信号をディジタル化する場合, 元のアナログ信号の波形に, より近い波形を復元できる組合せはどれか。
平成21年度 春期 ITパスポート試験 問66
テクノロジ系基礎理論 › 情報に関する理論
この問題の解説と、これまでの解答の記録です。
解説
問 66
不正解ア
量子化の段階数が多い点は振幅方向の精度として正しいが、サンプリング周期が長いため標本点の間隔が広く、標本と標本の間で起きた波形の変化が記録されない。1 点 1 点の値をいくら細かく表しても、拾う点そのものが粗ければ時間軸方向で波形がなまってしまい、元の波形に近い復元はできない。
不正解イ
サンプリング周期が長く標本点が少ないうえ、量子化の段階数も少なく振幅の刻みが粗い。時間軸・振幅軸のどちらの条件も精度を下げる側なので、四つの組合せの中で最も元の波形から離れた、いわゆる音質の低い復元になる。データ量は最も小さくなるが、設問が求める再現性の観点では逆である。
- ウ
正解 正解は ウ。アナログ音声信号のディジタル化 (A/D 変換) は、標本化 (サンプリング) → 量子化 → 符号化 の順に行う。標本化は時間軸方向の処理で、一定間隔でアナログ波形の値を読み取る。このときのサンプリング周期が短いほど、同じ時間内に読み取る標本点の数が多くなり (= サンプリング周波数が高い)、波形の細かい上下の動きまで取りこぼさずに拾える。量子化は振幅 (音の大きさ) 方向の処理で、読み取った値を段階に区切って近い段階の値に丸める。量子化の段階数が多いほど 1 段階の幅が狭くなり、丸めによって生じるずれ (量子化誤差) が小さくなる。つまり、時間軸を細かくする条件が「サンプリング周期は短い」、振幅軸を細かくする条件が「量子化の段階数は多い」であり、元のアナログ波形により近い波形を復元するにはこの二つを同時に満たす必要がある。表でその組合せに当たるのは ウ (短い × 多い) だけなので、ウ が正解となる。ただし精度が上がるほどデータ量も増える点は押さえておきたい。
不正解エ
サンプリング周期が短い点は時間軸方向の精度として正しいが、量子化の段階数が少ないため振幅を粗い段階にしか丸められない。標本を細かく取っても一つ一つの値のずれ (量子化誤差) が大きくなり、復元した波形は階段状に崩れてしまうので、元の波形により近いとはいえない。
ここがポイント
- A/D 変換は 標本化 (サンプリング) → 量子化 → 符号化 の 3 段階。標本化は時間軸を、量子化は振幅軸を区切る処理であり、それぞれ別の軸の精度を決めていることを区別して覚える。
- 元の波形に近づける条件は、サンプリング周期は短く (= サンプリング周波数は高く)、量子化の段階数は多く (= 量子化ビット数は大きく)。ただし両方とも精度を上げるほどデータ量は増えるというトレードオフがある。
用語