デジタルとアナログの違い
理科っぽい視点で身の回りのことを見てみませんか? そんない理科の時間B 第586回
そんない理科の時間Bをお送りいたしますのは、よしやすと、かおりです。よろしくお願いします。
よろしくお願いします。一週間ぶりですね、よしやすさん。そうですね。ほぼ2本撮りでやっております。
かおりさんはお誕生日で、なんか長い旅行に行くらしいので、収録予定が前後しております。
お誕生日とはあんまり関係ないんだけどね、今年は初めて、初めてかな。なんか今まで、誕生日って基本的に休み撮ってたんですよね。
はい。休休を撮って、まったりとしてたんですけど、今年は翌週に夏休みを撮った関係で、
初めてかな、誕生日に仕事した。そうですか。なんか床で寝たって噂も聞きましたが。それは朝ね。朝床で寝て、夜床で寝た。
で、今日はデジタルカメラの話をします。床で寝て?
デジタルカメラって言ってもね、カメラの形を知ってるやつだけではなくて、皆さんのお持ちのスマホとかのカメラもデジタルのカメラになってるんですけど、
デジタル、デジタルって言ってるけど、何がどう違うんだって話を。
普通のカメラと?
普通っていうか、昔のフィルムのカメラとかと比べて何が違うのかって話と、デジタルだからこそこんなことしてるっていうのを説明していきたいと思っております。
違うアレンジで同じようなネタを、10月26日の午後2時半から絶滅メディア博物館で話そうと思っています。
今回は予習編ですね。
そうですね。私の練習という話もあるんですが。
なるほど。
まずデジタルってどういうことっていう話をしなきゃいけないんですけど。
デジタルは1と0です。
1と0って言うとなんとなかですけど、数字にしたらデジタル。
数字にしたらデジタル。
そうそう。数字にしたらデジタルっていうふうに。特に整数にするとデジタルっていうのが、私がわかりやすいって思ってる説明で。
なので数字で整数の。
デジタルって、そもそも英語としてどういう意味なの?
指を。
デジタル。あ、デジット。指。
指ですね。
なるほど。指でカウントするってところからってことね。
そうですね。なのでデジットっていうのが語源で、指で数えられる漢字のやつがデジタルなんですよね。
いわゆるアナログ。アナログはじゃあ。
どっちの話ですか?語源の話ですか?
語源の話、語源の話。
語源はアナロジーで模倣するとかじゃないですかね。
で、アナログはじゃあ、数字じゃなくてなんだって話をしないといけないじゃないですか。
アナログは、今日お話しする中ではアナログってのは物理量、プラスチックのレコードありますよね。
プラスチックのレコード?
あるんですよ、そういうのが。音楽が再生できるやつなんですけど。
あー、なんかドーナツ版ってやつね。
ドーナツ版とLP版、それぞれ違うんですが。
え?え?あ、そうなの?
30センチの大きいやつがLPで、ロングプレイでLP。
で、シングル版は真ん中に穴がでかくて、真ん中の穴がでかいんで、ドーナツ版っていう言い方をします。
ほー。
で、そのレコードでは溝が掘ってあって、その溝の深さやうねり具合っていうのが音の情報なのね。
つまり、そこにある物理量を、音からその物理量に変えて、その物理量からまた音に変えるっていうのをやってるんで、アナログ記録。
で、フィルムのカメラとか、その前の伝統的なカメラは、観光剤っていう化学物質が塗ってあって、またはフィルムに染み込ませてあって、そこに光が当たると化学反応が起きますっていうふうになってます。
で、化学反応の進み方で明るさを記録しておくっていうのがフィルムの記録方法ね。
で、フィルムっていうのは光を当てると化学反応が起きて物質が変わって、その後もう光が当たっても化学反応が起きないように現像とか定着っていうのをやると光を当てても大丈夫になって、
その時に化学反応が起こったところと起こってないところの色の濃さが違うから絵が見えるっていう。
つまり物理量を経由していろんなものが記録されたり伝送されたりするのがアナログということです。
で、今テレビはデジタルテレビって言ってるじゃないですか。
そんな言い方をするの?
うん、だって地デジとか言うでしょ。
あー、確かに地デジとは言うね。
地上波デジタル放送。で、昔はアナログ放送だったんですけど、テレビのアナログ放送は電波の周波数っていうのを微妙に変えて、それで絵をそこに入れて明るさが順番にね。
テレビスタジオで撮った明るさを電波の周波数のちょっとした変化に変えて送るとテレビ自動機ってやつでそれを光の強さに変換して見るっていう順番になってます。
途中数字にするところが出てこない。だから物理量から物理量に変換してそれを最終的に耳で聞こえたり目で見えたりするっていうのがアナログですよね。
なのでデジタルは数字。物理量を数字の、ある意味1個だけだとただの数字なんで、数字の表に置き換えるとデジタルデータというふうになります。
さっきから言ってる通り、人間は数字を見ても絵にも見えないし音にも感じられないじゃないですか。
人によっては数字は色に感じる人はいますけどね。
それはでも目に見えてるものではないですよね。なので最終的には物理量を感じるものに変換して人間に提供するってことが行われるので、最後の最後の最後はアナログなわけですよね。
人間の目に見えるところとかは物理量が光の波長が目に飛び込んできて網膜に当たって反応するってやつなんで、最後の最後はアナログなんですけども、
途中数字で物事を管理できるとデジタルです。
はい。
というのがデジタルとアナログの基本的な違いだと思います。
はい。
なので、結果として数字に直さなきゃいけないから、細かいところが表現できないことがある。
デジタルカメラの仕組み
物理量から数字に変換するときに失われる情報があるってことね。
そうですね。明るさを表すのに、すごく明るいやつとすごく暗いところを数字に置き換えるわけじゃないですか。
そうすると、例えば1から10にしましょうって言うと、整数で表すとなると5.5ぐらいの明るさがあったときには、それは5にするか6にするかになっちゃうわけですよ。
はいはいはい。
丸められるか切り上げられるかね。だから階調って言うんですけど明るさの段階を、そういうのが階段状になってしまうってことが起きます。
はいはいはい。
一方で、その階段状になったやつが、人間が感覚として捉えられるものよりも、その階段の段差が小さければ、最終的にはアナログって言ったじゃないですか。
そのときには、人間としてはデジタルだろうとアナログだろうと似たように見える、聞こえるっていうふうになってきます。
その差を感じることはできないわけね、人の感覚器の限界として。
内部では数字になってるんで、整数になってるんで、情報は失われてはいるんですけれども、細かさを十分にすれば人間にとってはそんなに変わらないよっていうのがデジタルのもう一つのポイントだと思ってます。
これがね、いい加減だと、例えば明るさを4段階にしましょうっていうふうにすると、明るいところが白で、真っ暗なところが黒で、明るいグレーと濃いグレーの4種類しかないと、
そうすると絵を描いたときに4色分というか4つの明るさしかないとかなっちゃうわけ。それが解像度だとか、あとはさっき言った階調が雑な扱いをするってことになってます。
あとは数字にしなきゃいけないから、例えば画像、写真を表すのにどこどこの場所は明るさがいくつですよって表します。わかります?だから、絵を表すのにその絵をマス目に切るわけですよ。
あるマス目の明るさとか色を数字に直して記録するっていうのがデジタルなわけね。ってことは、普通の写真をどのくらいの細かさでマス目に切るかっていうのがあって、それが粗いとそこは解像度が粗い絵になってしまいます。
そうですよね。自分が撮った写真をマス目、例えば50×50に切ってそこに色を塗っていくってやるとやや粗い絵しか出ませんよね。それが例えば100×100になった、1000×1000になったみたいな話になってくるとだんだん細かくなって、今テレビ放送、テレビ放送というかテレビ放送でいいか。
テレビ放送は1枚の絵を縦に1000個ぐらいのマス目ね、横に1500個ぐらいのマス目を作って、そこをね、それぞれの明るさを数字で送るっていうのをやっています。
高いカメラ。何でもいいんですけど、何百万画素っていうのがありますよね。デジカメはそこが細かいと言われていて、どれでもいいんですが、例えばね、私が一番最近撮った、スマホで撮った画像を見ると、情報を見るってやると、4032×3024って書いてあります。
つまり横に。
それが格子の数ってことね。
そうそう。マス目、格子の数が横に4000個、縦に3000個並んでいると。だから、数としては1200万個、つぶつぶがあると。それぞれに対して、色の情報と明るさの情報が数字で書いてあるっていうのがデジタルデータになっています。
はい。
ということで、デジタルとアナログの話はだいたい。
終わり?
まだデジタルカメラの話まで言ってないんですけど。
ちなみに音、私が今おしゃべりしていて、皆さんが聞いてますけど、音もデジタルで処理をされています。
はい。
これは1秒間に40万回、あれ?ちょっと待ってよ。
4万回とか5万回の時間を分けて、それぞれに対して私の声がマイクに入って、その音圧、つまり空気の震えがどのくらいの大きさかっていうのを数字でメモって、
それをデジタルデータで処理して、最終的に皆さんのところに届けるってやってます。
はい。
という感じで、デジタルは数字に直して処理をするというのがデジタル。
で、物理量がアナログということです。
ここまでいいですかね。
ガテン、ガテン、ガテン。
ということで、本編ではデジタルカメラの話をします。
はい。
さて、デジタルカメラですが、オープニングでもお話した通り、フィルムのカメラっていうのは乾燥剤が光で化学反応を起こしますと。
はい。
それを現像すると、化学反応がたくさん起こったところが白くなったり、また黒くなったりしてね。
化学反応をたくさん起こしたところが黒くなった場合には、もう一回ネガーとポジっていうやつで、
もう一回同じようなことをやると、白黒がまた反転するんで、目で見ているのと同じような白黒になるんですけど。
デジタルカメラっていうのは殺像素子っていうのを使ってます。
CMOSとかCCDとか呼ばれてるやつですね。
で、これは格子状になってて、要はマス目ごとに明るさを感じられるっていうのが殺像素子ってやつですね。
で、何万画素ってあるじゃないですか。
例えば、さっき私が言ったスマホで撮った写真が4032×3024、
1220万画素分の画素がありますよっていうのは、
だいたいこのCCDとかCMOSのセンサーの上に並んでいる明るさを感じるセンサーの数と合ってるんですが、
実はここにもまたデジタルの問題がありまして、
デジタルの問題
フィルムの時って白黒のやつはいいじゃないですか。
さっき言った明るさに応じて化学反応が進みますよっていうのがあるんですけど、
カラーの時どうするかって知ってます?
フィルム?その色それぞれに反応するやつがあって、
極端なこと言っちゃえば赤に反応するやつ、青に反応するやつ、黄色に反応するやつを別々にやって、
それを最後に一つにまとめてるんじゃないですか?
そうそう、だからフィルムの時には赤色に反応する化学物質と緑に反応する化学物質と青に反応する化学物質、
目の特性に合わせたような化学物質を混ぜて、
フィルムに乾燥剤として塗って、それぞれの色成分がどれくらい化学反応を起こしたかっていうので、
画面というか画像が記録できます。
で、それがデジタルになる、
そうそう、だからフィルムの時にもね、カラーフィルムがない時には、
フィルターをかけて3枚写真を撮って後で重ねるっていうのをやってた時代もあります。
重ねるのをどうするかっていうと、
スライドを3枚撮ってプロジェクターで3枚同時に出すとそれが写るっていうのがあったりして、
なので色を分けるのは実は大変だったんですよ。
結局だからあれと同じだよね、
それぞれの乾燥剤を探さないと結局カラーできなかったわけよね。
そうです。
できなかったわけよね。
そう、っていうのがあってデジタルになりました。
デジタルセンサーの仕組み
さてどうしましょう。
明るさだけ撮るんだったらさっき言ったCCDとかCMOSっていう光がやってくると電子が発生するっていうのをちっちゃくちっちゃく作って、
それを何千個か並べる、または何百万個か並べるっていうのをやれば光に反応する反動対差子ができますが、
色を感じなきゃいけないわけなんでどうするかっていうと、
1個1個のマス目に色フィルターをつけます。
赤いフィルター、青いフィルター、緑のフィルターっていうのをつけて撮ります。
ここにちょっと嘘があるわけですよ。
嘘?
要はさっき私がスモールで撮った画像はだいたい4千×3千個のマス目があるって言ったじゃないですか。
それぞれのマス目に明るさとか色の情報が入っているはずなんですけど、
実際私のスマホの中のカメラは4千個って言っても、そのうち1個について1色しか選べないわけ。
赤を感じるか緑を感じるか青を感じるしかないわけ。
1つのマス目に全部の観光材、4,3種類の観光材があるわけじゃなくて、1つのマス目には1個だけなの?
そう、だからすごく真面目に言うなら、本当に本当にやるんだったら4千×3千×3色っていうセンサーがあるように思うけどそうではなくて、
実は4千個×3千個の中の半分は緑色のフィルターがついてて、4分の1には赤のフィルターがついてて、4分の1には青のフィルターがついてるっていう構成になっていて、
要は1個1個の観光するというか、センスをする明るさを感じるやつは、
僕は緑の係、私は赤の係、私は青の係って言って自分の色しか感じないのを中で計算して、
てことはこの辺はその周辺の緑がどれぐらいで青がどれぐらいで赤がどれぐらいだから、
このピクセル1個のマス目はこの色にしようって計算し直すっていうのをやって絵を作ってるんですよ。
そこがデジタルの良いところでもあり、ちょっとした嘘なんですね。
私たちはなんとなく4千×3千で言うとそれぞれに対して明るさと色が全部しっかりとられてる、記録できてるんじゃないかと思うんですけど、
実はそんなことなくて、4つで一組にして赤と緑と緑と青っていうのを作って、
その中で4個センサーがあって、3色あるけどお隣さんと相談をして、
その4個のところは色はこんな感じ、赤がこんな感じっていうので4個分作っちゃえっていうのをやっています。
そこに1個目のちょっと嘘というか、
いくつ嘘があるんですか?
嘘っていうかちょっとしたごまかしがある。
でもオープニングで言った通り。
少なくとも人の目では分かんないわけね。
分かんないぐらいの細かさだからいいってことにしましょうってことになってるわけ。
というのがデジタルだから後から数字の足し算引き算で計算ができるっていうのもいいところなんでね。
お隣さんが緑の赤さがこのくらいで青の赤さがこのくらいだから、
ここのもともとは緑しか感じられなかったところは、
実はこの赤さでこの色にしましょうって言って計算をしてカラーの絵を出してるんですけど、
本当の殺象素子っていうところから出てくるデータは、
1つの点は青だけ、1つの点は赤だけ、1つの点は緑だけっていう風になってます。
ということで、デジタルならではっていうところはその辺にもあって、
お隣さんと計算して絵を作っちゃいましょうっていうのをやってます。
そういうことがあるし、マス目に区切ってあるわけじゃないですか。
JPEGとデジタルデータ
だからすごく細かいシマシマ模様とかを写すとモワレっていうのが出ます。
飛び飛びで色をとってるから、細かい絵を順番に色を見てると、
白黒白黒みたいなやつがあるのが模様の実際の細かさと、
デジタルの殺象素子のマス目のところが幅が近いと、
本当は白黒白黒なんだけど、それが細かい白黒白黒にならないで、
黒が濃いところと白が濃いところとかっていうのが順番に出てきてしまって、
波々の明るさが波々って言ったらいいんだな。
シマシマができてしまうってことがあって、モワレって言うんですけど、
それを防ぐために、さっき言ったら殺象素子の前にローパソフィルターっていう、
ガラス板を入れるってことになってます。
つまり、ちょっとだけぼかすんですよ。
だから、さっき言った1個1個の点が、
お隣と相談してこの辺はこの色だよねって言ったのは、
そもそもちょっとぼけたやつが来てるからいいよねっていうのがありまして、
フィルムのカメラにはないので、フィルムが直接観光するんですけど、
デジタルカメラでは、殺象素子の前にローパソフィルターっていうのが入っているものがほとんどです。
それだと嫌だっていう人はローパソフィルターなしっていうカメラも数少ないですがあります。
ということで、デジタルならではの工夫があって、
今やフィルムなんかよりもデジタルカメラが当たり前なんだから、
チャチャチャチャッとできるかと思うとそうでもなくて、デジタルならではの苦労があるんですよ。
で、もう数字になってしまえば明るさが並んでるんで、
あとはそれを人間が見るときに印刷、プリントでもいいし、
画面にある明るさで表示してあげれば絵が見えると。
っていうので、とりあえずめでたしめでたしなんですが、
デジタルなんで、さっき言った4,000個×3,000個、
トータル1,200万個の色と明るさのデータがあるのを記録するのに、
そのままだと情報量がとっても大きいので、何とかしたいっていうのがありまして、
よくJPEGとかって聞いたことあるかもしれないですけど、
記録されるときにはデータのサイズを小さくして記録するっていうのをやっています。
圧縮されて、JPEGっていう時点でも圧縮されてるってことですか?
そう、JPEGは圧縮するための企画で、JPEGっていう方法で圧縮したやつは、
ある方法でそれを解く、暗号を解くように解くと絵が出てくる。
そういう方法が決まってるんで、皆さんが流通に使えるっていうことになってます。
でね、アナログ信号自体は圧縮すると情報量が落ちちゃうわけですよ。
要は物理量がごまかせなくなるんで、なのでアナログでは、
連続じゃなくなっちゃうわけね、飛び降りになって圧縮されるから。
というか、アナログは圧縮するとか物理メディアが変わると品質が落ちる、音質が落ちたり画質が落ちたりすることが多いんですが、
デジタルはその辺が数字になっちゃってるんで、計算でいろんなことができるっていうのがポイントで、
JPEGとかはそのデジタルなことと、人間の目にはアナログでしかいかないっていうことと、
人間の目はややいい加減だっていうのが分かって工夫して圧縮をするっていうのをやってます。
うまくごまかせるように仕組んであるわけね。
感じないところは捨てるってやります。
JPEGってじゃあ完全に元には戻らないんですか?
JPEGってね、実は圧縮率が変えられたりするんですよ。
高圧縮、つまりデータを小さくすると四角いモザイク状のノイズが見えてきます。
それは圧縮しすぎなんですよ。
このくらいだったらいいよねっていうごまかしをやりすぎると、いやいや汚いじゃないかこれはっていうふうに分かっちゃうんですけど。
本当に格子状になっちゃうわけね、デジタルっぽく。
そうそうそうそう。
今ね、カメラに入っている撮像素子っていうのは、さっき言った計算した後なんですけど、
赤と緑と青のデータをだいたい一つの色について256段階の明るさで管理する。
さっき言った数にしなきゃいけないんで。
赤の1番目、赤の2番目って感じで。
赤の強さが全然ないやつからすごくあるやつまで。
赤と緑と青の全部がマックスだったら白く見えると。
それを数字、整数で表さなきゃいけないから何段階に分けるっていうのがあります。
それが階調、さっき言ったね、4階調しかなければ白と黒と明るいグレーと暗いグレーしかないって言ったのが、
それが増えるとだんだん細かくなってくるんですけど、
赤、緑、青それぞれに256段階数字を使いましょうってことにしています。
256段階っていうのは何で決まってるかというと8ビットっていうので、
二進数、1か0かっていうのが1個しかないと2通りの状態、1か0かしか表せないですけど、
それを2つ組み合わせると000011011っていう4つの状態が表せます。
だから0123の4つの値が取れます。
これを増やしていくと、2だったのが4になって8になって16になって、
32、64、128、256っていうので、8個1か0かっていう情報があれば256段階の数字が表せるってことになってます。
コンピューターは2の倍数とかそういうのが好きなんで、回路作るときに楽ちんなんで。
小5の倍数は好きですけどね。
私は1万の倍数が好きですけどね。
それは旧福沢諭吉さんですか?
そうそう。
で、8ビットで256段階、つまり赤と緑と青がそれぞれ256段階あるから、
1つの点の明るさとか色っていうのは256段階×256段階×256段階3色それぞれの状態があるから、
全部で1677万色というか、1677万種類の明るさとか色が表現できるってことになってます。
はい。
これね、8ビット、つまり256段階だと足りないっていう人もいて、
デジタルカメラの基本原理
人間の目はね、リニアじゃなくて対数で見てるんで、
真っ黒と、要はさっきで言うと、RGB赤緑青が000だったら真っ黒でいいですよね。
それと、1、1、1、赤も緑も青も数字が256分の0じゃなくて256分の1だとすると、
暗いグレーというか、真っ暗よりもちょっとだけ明るくなってるじゃないですか。
その辺の暗いところは人間の目は実は見分けやすいんで、
へー。
そう、対数ってそういうことなんですよ。
それと、さっきのと言うと、全部2になった2、2、2っていうやつは明るさが2倍違うじゃないですか。
そういう何倍っていうのに線してしまうのね、対数っていうのは。
それに比べて白のところは254、254、254っていう白と、
255、255、255っていう白は差分は0.5%くらいしかないのかな。
っていうので、黒いところの間隔が細かいんで、
それを防ぐために、さっき言った色を表すビット数を増やすっていうことをやったり、
あとは間隔に合わせて対数で情報を記録するっていうふうにしたりとかっていう工夫がされています。
で、何が言いたいかっていうと、実は8ビットずつでは足りなくて、
センサーは8ビットだったり10ビットだったり、
10ビットっていうのはさっきのRGBが256だったのが2ビット増えるから倍の倍なのね。
そうすると1024段階ずつ色の明るさが表現できるって風になってます。
そこまであれば十分。
まあまあ今はそのくらいだと十分だと言われていますし、
そのくらいが技術の限界でもあるんで、
センサー自体は12ビットぐらいまであるんじゃないかな。
ただカメラとかに使われているやつは8とか10が多いですね。
で、JPEGっていうやつは実は各色8ビットにしちゃいましょうとかっていういくつか割り切りがあるんですけど。
圧縮技術の種類
なるほど。
で、その前に圧縮の話をちょっとするんですけど、
デジタルの圧縮方式って大きく分けて2種類あります。
1つが過逆圧縮。圧縮して容量を小さくしたんだけど戻すと全く同じになる。
行きと帰りは同じやつね。
もう1つが非過逆圧縮。
これは圧縮して戻すと元のデータと同じにならない。
いくつかデータが捨てられちゃうわけ?
捨てられちゃう。
その代わりすごい圧縮率が高かったり、捨てられちゃったとはいえ人間が見るとそうでもないってなったりする。
で、例えば文章とかありますよね。カチャカチャカチャっていう普通のテキストね。
これは逆圧縮にしないと問題があるわけ。
ちょっとでも違ってたら問題だよね。圧縮して戻して。
そこで意思のすれ違いが起こるとね、まとまるものもまとまらなくなっちゃうからね。
まとまるものもまとまらないっていうか、そもそも違うじゃないかって話になっちゃうんで。
それに比べて音とかね、映像は最終的にアナログ情報で人間が読むんだから見るというか聞くとか。
だからあまり感じないところは捨ててもいいよねとかって言って、捨てることでより一層小さくするっていうことを工夫してます。
これがだからデジタルのいいところで計算で感じにくいところを計算をするというか、
切り捨てて小さくするとかっていうのが数字上でできるんで、
コンピューターにプログラムを書いてやらせればぴゃぴゃぴゃってやっちゃうっていうのがデジタルのいいところです。
MP3ファイルとかそういう音の圧縮も似たような感じで、人間が聞こえにくいところ。
MP3も?
そうそうそう、圧縮してます。だいたい10分の1ぐらいになってます。
よく拡張子って、Macの人は意識しないのかもしれないけどあるじゃないですか。
あります。
それが要は圧縮形態ってこと?圧縮の方法的なものなの?
そこは何とも言えなくて、そもそもコンピューターで使ってるファイルはデータが並んでるだけなんですよ。
データが並んでるだけなので、このデータはどんな意味があってどんな順序で数字が並んでるかっていうのを誰かが知らないと解けないというか、ただ単に数字の並びになっちゃうわけ。
これが表計算のマス目に入っている数字なのか、それとも小説を表しているのか、絵を表しているのかわからない。
いろんな識別方法があって、みんな約束ね、コンピューターで情報を記録するときにはデータの羅列の頭に自己紹介と何かを書いておくっていう約束にしようってすれば、どんなファイル名でもいいんですよ。
これはファイル、ウィンドウ、違う、これはワードだよ、これエクセルだよ、これ単なるテキストだよ、そういうことね。
テキストですとか、音のデータですとか、売り上げの数字が並んでますとかっていうのが頭に書いてあるんですけど、コンピューターの初期にはそんなことはしなかったんで、
ファイル形式と圧縮の進化
これがどういう意味を持ってどんなファイルかはファイル名とかで表すしかないっていう時代が長かったんで、そのときにファイル名と拡張子っていうのを分けましょうっていうのをやったりしました。
そういうのが人間に負担をかけるし、名前変えられちゃったら情報が変わっちゃうじゃないかっていうのに気がついた人がいて、
macOSってやつはこいつは何とかっていうファイルの説明書きみたいなやつは共通で格納するところを設けて、そこに格納すればいいよねっていうファイル形式にしたっていうのがあるんですよ。
中に情報は書いてあるけど、名前としては無くしちゃったわけね。
名前は何でもいいってことにした。
で、Windowsというかその前のMS-DOSとかってやつは、とりあえず拡張子を信じようと、何とか点3文字で書いてあるところを信じて頑張りましょうってことにしたんですけど、
それだと書き換えられちゃうと問題が起こっちゃったりするんですけど、一方でファイルの中身を解析すると大体Excelで書いたファイルってこんなものがあるよなって言って見分けられるっていうのもやろうと思えばできるけど、
正式には拡張して何とかしましょうねっていうことになっているっていう運用の違いです。
じゃあそれは、例えばJPEGだったり、ビットマップだったり
ビットマップだったり、さっきの言うとMP3だったり。
一応その圧縮方式も表してもいるとは思うけど、そもそものお約束ってことね。
お約束なだけです。
例えばExcelとかPowerPointとかWordのファイル、最近ありますよね。
あれの拡張子っていうところを.zipって書き換えると、これは実はZIPっていう形式で書かれているファイルだよって騙すと、じゃあZIPとして解いてみようっていうことをやったりします。
解けるのかな。
実は最近のやつは解けます。
え?無理やり解いちゃうってこと?そういう情報じゃなくて。
Excelっていうのは、中の表の情報とか装飾の情報とか追加して貼ってある写真とかをある形式にまとめて、
最終的にある形式にまとめて、ちっちゃいファイルをたくさん作るわけ。
何々形式何々形式のファイルを作って、それをまとめてフォルダにしてZIPしたものをファイルとして何とか.lsxみたいな名前で書くっていうのをやってます。
じゃあやってる人は意識はしてないけど、実は中で圧縮されてるわけね、既存の圧縮方法で。
圧縮して解くと複数のファイルが見えて、複数のファイルのどれかは例えばExcelの中に貼り付けた絵がそのまま入ったりするんですよ。
だからExcelを開けて中の絵をコピペするっていうのがめんどくさい人は、今の方法で画像ファイルだけビャーって作ってそれをどっかに移すとかっていうのもできたりします。
へー。
それは置いておいて、MP3とかJPEGの話なんだけど、数字になったからこそ圧縮ができます。
もう一個は人間の特性で感じにくいところを捨てるというのをやってより一層圧縮をするっていうのができますと。
さっき言ったJPEGの話をすると、JPEGっていうのはまず画像ファイルですと。
一つのピクセル、一つの点の情報は8ビットのRGB、レッド、グリーンブルー、赤、緑、青っていう情報を使いましょうっていう約束にします。
はい。
そこまで普通なんですが、まず人間は明るさ情報は細かく見るけど、色情報は少し雑でも構わないっていうのがあります。
特性としてね。
特性として。だから、明るさ情報と色情報っていうのにまず分けます。
つまりRGBだったのを明るさはいくつ、色はいくつって分けます。
はい。
で、色の方は2個に1個というか、正確に言うと4マスに色情報は2個だけ付けるとかっていう、すごい色情報をないがしろにするっていうので色情報を捨てます。
ほう。
まずは。
すごい断捨離ですね。
すごい断捨離です。
その代わり明るさ情報は残すっていうのでまず少し小さくなります。
はい。
で、今度それをマス目に分けます。8x8のマス目ごとに処理をしましょう。
ってします。
これデカくてもいいんですけど、8x8の8×64個のマス目に分けて、その中のさっき言った明るさ情報みたいなものを、今度は多くの画像は急激に明るさは変化しないから、
お隣との色とか明るさの差ってそんなないですよね。
ほう。
で、そんなこと言ったって、
背景とトルモの被写体の間にはエッジがあるじゃないかって思うかもしれないですけど それもよくよく拡大してみればある程度ぼんやりしているわけですよ
だから ここはね難しいんですけどリサンコサイン変換っていう
DCTっていうのをやるんですけどこれは画像のデータを周波数成分に分けるっていう 空間周波数成分に分けるって計算するんですけどここが算数というか
数字だからこそできるってやつで この説明を音だけでするのが難しいというよりはそもそも面倒くさい話です
えっとね不意変換というのがあって 周波数空間を時間空間と変換ができるんですよっていう話があるんですけど
それの展開でリサンコサイン変換というのがあるんですけど 結果だけ言うと
8×8のマス目の中に明るさの変化がどんな感じであるかとかっていうのを
空間的に周波数が高いつまり急に明るさが変わるっていうところがあんまりないはず だから
なだらかに変わるっていうところをどのくらいに変わったかっていう数字だけをメモる っていうふうにして変換をするっていうのをやります
そうするとね全体8×8の中の平均的明るさっていうのが1個でできてそれに対して 明るさの変化
緩い変化細い変化がどれくらいずつあるよっていう数字に分けられるんですよ そこは過逆なのねなんだけどちょっとあの細かいとこ捨てちゃうんですけど
そうすると画像は急激な変化は少なくてなだらかな変化ばっかりしかないから えっと急激な変化のところの係数はすごくちっちゃくなるって特徴があるっていうのが
あります つまり8
JPEG圧縮のメカニズム
細かいところは捨てちゃえってことができるんです でえっと圧縮率を高めるときにはそもそもそこでえっと
何細かいところっていうのは本当は細かい変化があるんだけど 係数がちっちゃいところ全部ゼロを埋めてしまえっていうのをやると圧縮率が高まります
なんでかというとこの後 えっとさっきと化学化逆変換ってやつで
0が続いていたりとかするところについては 0が10個続くっていうのをある符号に割り当ててとかってやって
0 0 0 0 0 0 っていうのじゃなくて0×10っていう風に単純化することができるわけね そうですあの変換表を用いて
0が10個はA そういう感じ そういう感じ っていうのをやるとすごくちっちゃくできますよっていうのを使って
AをちっちゃくするっていったのがJPEGです なのでJPEG圧縮すると元々ね色数が多かったかもしれないやつが
色数がまずは8ビットまで減らされてその後色情報の 空間的な情報が減らされつまり明るさ情報が残ってるけど色情報は
飛び飛びにしか記録されなくてなおかつ 急激に明るさとか色が変化するところはごまかされてっていう風になってきます
だからすごくすごくすごく圧縮率を上げるっていうのを設定ができるんですねJPEGで それをやると8×8のマスにどんどん近づいていっちゃうのね
8×8のマスのベタ塗りが出るようになるんだけどそれに この8×8のマスの中では明るさの変化がこんな感じであるよっていうのを
だんだんこう 変化が少ないところから変化が細かいところまでを付け足していって情報量を
付け足していくんだけどそれを途中でやめちゃうっていうことをやることで少ない情報量で済むってことをやってます
ということでなんだろうえっと初めに数字に置き換えちゃう その時は細かな数字ですよねすごいたくさんの棒だけど
そこに例えば人の目の特性が分かれば分かるほどどんどん取捨選択できるようになるってことね
そうですあとはデータの特性例えば音もそうですけど 音って音の波形見たことあるかどうかわかんないですけど
急激に一番低いところ一番大きいところまで行かないわけですよ だいたい線がゆるゆる書かれるわけ
それを全部の数字をメモっていると大変なんでお隣さんとの差分だけ取ると だいたい桁数少なくなるじゃないですか
っていうのでえっと音っていう情報は連続的なデータが多いから それを利用してお隣さんとの差分を取ると結果的に
情報量が少なくて済むよねとかっていうのとかを画像でもやったりするんですよ そういう情報の特性によってデータを圧縮するって話と
あと目で見た時にごまかされやすいところを捨てるっていうので圧縮するっていうのを 両方やるっていうのと数字を
直接圧縮するっていうさっき言ったテキスト圧縮するの同じようにね 可逆変換としても圧縮できるっていうのを組み合わせてとってもとってもちっちゃくするって
ことをやってます なのですよでえっと jpeg を直していいんですけど 今日話したいのはデジタルならではの話をしたいんで
デジタル化の利点
つまり数字にしてコンピューターが扱える情報にすると この辺ごまかそうよって時にプログラムを書くと
はいじゃあこういうふうにごまかしましょうねっていうのが計算でできてそれを他の とこに持って行って計算するし戻すと
同じような絵が見える同じような音が聞こえるっていうふうにできますっていうのが デジタルの実はいいところ
はいでもう1個大事なところがあって アナログの時には物理量だったって話をしたじゃないですか
だから送る時にある物理量をなるべく情報を落とさずに 8記録するとか伝送するっていうのを考えなきゃいけないわけ
そもそもオーケストラで音楽を聴いた時にそれを家でも聞きたいとか 違う時に向けてつまりどっかに保存しておいてもう1回再生する
まさに再生なりするんですけど その時には特殊な物理的メディアを選ばなきゃいけないわけ
レコードっていう溝が掘ってある奴に針を落としてそこが揺れるから音が出るっていう 特性があるわけじゃないですか
でもそのレコードに8文章を書こうと思ったらとっても大変だよね 文章入れ込むの大変でしょ
レコードなんだからっていうのとかがあって デジタルにすると何がいいかというと一変数字になっちゃえばどんなものでもいいわけ
書いておくのやつはSDカードでもいいし コンピューターのハードディスクでもいいし
さっき言ったファイルの形にできたり あとは時間通りに間に合うように数字を送れれば受けた方がこの数字はこういう意味だなって言って
再度 絵とか音とか文章とかに戻すっていうのができるっていうのでデジタル化するとメディアを
選ばないっていうのがとっても大きい特徴だと思っています なんでそんな話してるかというと私たち
私たちじゃないな私が若い頃は 記録するものによってメディアが違ったわけ
ビデオはビデオテープ 音はカセットテープ
音をお店で買う時にはCDだったり 映像をお店で買う時にはビデオテープだったりDVDだったり
それは実はDVDもCDもデジタル化されてるんで後々なくなってっちゃうんですけどね 絶滅メディアですか
絶滅メディアなんですけど 特性があった
デバイスとまさにメディアっていうのが必要だったのがデジタル化したことで いろんなどこでも何でも同じように記録できる
同じように伝送できるっていうふうな世界になってきました なのでもちろんね専用の伝送炉 専用の記録メディアを使うと効率が良かったりするわけ
CDは音楽に特化した記録メディアだから ある程度の音質を担保して安く作れるとかがあったりするんですけど
あとデジタル放送もそうだねなんだけど 今デジタル放送の代わりにネットでもテレビが見られたりするわけですよ
映画とか ネットっていうのはデジタルデータを運ぶことを任せてくれと
っていうのがあってデジタルデータさえ送れればデジタルデータさえ記録できれば どんなものでも数字になってさえいれば保管できたり送ることができる
ただね音も映像もそうなんですけど 時間軸上でちゃんと進んでいかないと我々にとっては正しくないわけじゃないですか
3秒分再生されて1分待って次の3秒が再生されても動画とは思えないよね だから間に合うようにするってのがとても大事なんですけど
ただ音楽だろうと映像だろうとテキストだろうと同じ経路を通ってやってこられるっていうのが デジタルのとってもいいところ
裏を返すとビデオを記録するときには アナログ技術者の人がいろいろいろいろ工夫をして
このクオリティの動画を記録するにはこんな物理的メディアをこうやって使って ここの電気回路を工夫してとかってやらないと記録ができなかったんで
ビデオカメラビデオデッキっていうのはあの大きさだしあのカセットテープの大きさだし えっと変な機械が中にガチャガチャ入ってなきゃいけない
なんだけど殺像素子からやってきたデータを手っ取り早く数字にしてしまえば ある程度処理能力の高いデジタルデータを扱えるコンピューターとか記録メディアに
とりあえず記録しときゃいいんだよっていう話になるわけ その時に伝送する時に圧縮されてると楽ちんだよねーとか
逆に圧縮とかそれを伸ばす 複合する時に計算がめんどくさいから送るところは太めにして圧縮とか伸ばすやつは
簡単にしようかっていう工夫もしているものがあったりします とかねそういう感じでデジタル化っていうのはさっき
話した通り数字にすることですよというお話をしましたけれども その本質私が持っている今日話したいことはデジタルカメラはもちろんね
殺像素子ができて絵をデジタルで取り込めるようになったって話もあるんですけど 数字にしたことで圧縮ができる話
数字にしたことでどこでも記録できるどこでも転送できるっていう そのいろんなものがデジタル化するとコンピューターと親和性が高く
アナログからデジタルへ
みんなのスマホの中にビデオも録音機も再生機もみんな入っちゃうのはそういう ことなんだよねっていうのが腑に落ちてくれるといいなと思っています
はいということで 絶滅メディア博物館ではもうちょっとねアナログ記録の話をして
なんでこれがデジタルになったかみたいな話まで含めてお話ができるといいかななんて思っております はいということで今日はデジタルカメラの仕組みについてどっちかっていうとね
デジタル化とは何ぞやみたいなところを 考えつつお話をしてきました
そうなんかデジタルカメラの昔のあのデジタルカメラの話をするのかと思ったらあまりしなかったね
デジタルカメラの機種がどうこうって話は全くしていません
ねえそっちかなんかさこの間本屋行ったんですよ
そしたらちょっとはっきりとした名前覚えてないんだけど
あの付録付きの雑誌って子供向けのね
はい
よくあるじゃないですか
ありますあります
それでねなんかファミコン40年生みたいなそんなのがあって
はい
そのファミコンの雑誌があったの
で付録は?
ファミリーコンピューターのあれ何?
えっと紙で作るペーパークラフト
ペーパークラフトはい
1分の1サイズ紙付録こだわり抜いた付録って言って
あそうファミコン40年生っていうのが売ってて
でとても心惹かれるんだけどこれは買ってはいけないやつだなと思って
というかあの
時勢で思い取って
まず買って上手にファミコンのペーパークラフトができるかどうかって話と
できたとしてゲームが遊べない紙でできたファミコンの形なんてどんな意味があるんだって話ですよ
えっとうちあのファミリーコンピューターあります
いいじゃないですか
それこそ買う意味ないじゃないですか
紙のようなファミコンなんて
まあねなんだろうあれがあるしかもなんだっけな
一番初めに買った時に中にいろんなチラシとかがあるじゃないですか
広告チラシみたいなあれも全部ついてる
えっと私はファミコン世代ですが家にファミコンもなかったのであまりノスタルジックはありません
そうねでもうちは
あるって言ったじゃないか
あったそうそれはねおじいさん家にあったやつなの
はい
おじいさんに
もうそんな時代なんだな
そうおじいさんになんかえーと麻雀ゲームか何かをさせてあげるために
なるほど
買ってでもほとんど当然だからやらなかったわけよ
っていう綺麗なやつを捨てるのもなと思ってなんか回収してきたんだけど
そうですか
アナログ麻雀ですよやっぱり麻雀は
まあねじゃらじゃらする感じだね
はい
私は麻雀できないんで
私もどんじゃらながらできる感じ
どんじゃらも多分できないというか
あのおじいちゃんの言い言で麻雀はできるようになっちゃいけないって言われてるんで
あーそうなのねよく麻雀のことを中国語の勉強って言ってましたけどね
番組の紹介とリスナーへの呼びかけ
ということで脱線し始めたのでこの辺にしたいと思います
はーい
えーこの番組では皆様からのメッセージを募集しております
メールの宛先はrika at mark 0438.jp r i k a数字で04
あごめんなさいat mark数字で0438.jpです
またそんないいプロジェクトというグループでいろんな番組を配信しておりまして
この番組のほかそんなことないでしょそんなに雑貨店などの番組を配信しております
私たちのそんないいプロジェクトね
のウェブサイトそんないい.comでは配信をもうしていない
古いエピソードや古い番組の配信をしていたり
あとはメールを送っていただけるメールフォームもあったりしますので
もしよかったら遊びに来てみてください
お待ちしております
あとオーディオブックでの配信も行っておりまして
こちらで聞いていただくと有料なんですが
私たちのところにちょっとした報酬が入ることになっておりますので
そちらもよろしくお願いします
よろしくお願いします
はいということでそんないい理科の時間第586回
お送りいたしましたのはよしやすとかおりでした
それでは皆さん次回の配信でまたお会いしましょう
さようなら
いえいよ
