PCMのディジタル化では時間と振幅のどちらを区切る？
基本情報技術者試験 平成29年度春期 午前 問24 ／ 情報メディア › マルチメディア技術
過去問にチャレンジ
音声などのアナログデータをディジタル化するために用いられるPCMにおいて，音の信号を一定の周期でアナログ値のまま切り出す処理はどれか。
- ア
逆量子化
- イ
標本化
- ウ
符号化
- エ
量子化
会話形式の解説
講師注目するのは、一定の周期で取り出すことと、値がまだアナログのままであることです。何を区切っているか考えてみましょう。
受験者一定の周期なら、時間を区切るという意味ですか。量子化も値を区切るので迷います。
講師時間を一定間隔で区切り、その瞬間の値を取り出すのが標本化です。この段階では振幅を丸めないので、値はアナログのままです。
受験者では、量子化で区切るのは時間ではなく振幅ですか。
講師そうです。量子化は取り出した値の振幅を有限個の段階のどれかに丸めます。値を近似値に置き換えるので、今回の条件には合いません。
受験者符号化は、丸めた値を扱う処理ですか。
講師はい。符号化は量子化した値を2進数のビット列に置き換える処理です。一定周期でアナログ値を取り出す段階ではありません。
受験者逆量子化も、すでに量子化された値を扱うのですか。
講師そのとおりです。逆量子化は、量子化で分けた段階を代表する振幅に戻す処理です。元の信号を一定周期で切り出す処理ではありません。
受験者時間を区切り、振幅はまだ丸めないので、答えは標本化ですね。
講師はい。PCMでは標本化、量子化、符号化の順に進みます。時間を区切るのが標本化、振幅を区切るのが量子化と対にすると、区別しやすくなります。
まとめ
一定の時間間隔でアナログ信号の値を取り出す処理は標本化です。量子化は取り出した値の振幅を段階に丸め、符号化はその値を2進数のビット列にします。逆量子化は量子化された値を前提とするため、一定周期で信号を切り出す処理には当たりません。
解答・解説
正解はイです
この問題のテーマ
PCMでアナログ信号をディジタル化する手順のうち、一定の周期で信号の値を取り出す処理の名前を問う問題です。
解き方の考え方
PCM（パルス符号変調）では、アナログ信号を標本化、量子化、符号化の順に処理してディジタルデータにします。設問の手がかりは「一定の周期で」と「アナログ値のまま」の二つです。時間を区切って値を取り出すだけで、振幅の大きさにはまだ手を加えない段階が、この三つのうちどれかを考えます。振幅を丸めるのは量子化、ビット列にするのは符号化なので、残るのは最初の段階の標本化です。
選択肢ごとの解説
- ×ア 逆量子化アの逆量子化は、量子化で段階に分けた値を、その段階を代表する振幅に戻す処理です。すでに量子化された値を前提にしているので、アナログ信号を一定周期で切り出す処理には当たりません。
- ○イ 標本化イの標本化（サンプリング）は、一定の時間間隔ごとに信号の瞬間の値を取り出す処理です。区切るのは時間の方向だけで、取り出した値の振幅には手を加えないため、アナログ値のままという設問の記述に合います。
- ×ウ 符号化ウの符号化は、量子化した後の値を2進数のビット列に置き換える最後の段階です。時間を区切って値を取り出す処理ではなく、扱う値もアナログ値ではないので、設問には当てはまりません。
- ×エ 量子化エの量子化は、標本化で取り出した値の振幅を、有限個の段階のどれかに丸める処理です。振幅を近似値に置き換えるので、処理の後はアナログ値のままではありません。また、時間方向の切り出しを行う処理でもありません。
補足
標本化の間隔は、標本化定理（ナイキスト基準）によって、信号の最高周波数の2倍以上の周波数で取り出すことが求められます。これより粗く取り出すと折り返し歪（エイリアシング）が生じ、元の信号を正しく再現できません。「時間を区切るのが標本化、振幅を区切るのが量子化」と対にして覚えると区別しやすくなります。
POINT
- PCMによるディジタル化は、標本化→量子化→符号化の順に進みます。
- 標本化は時間を一定間隔で区切って値を取り出す処理で、振幅はアナログ値のまま残ります。
- 量子化は振幅を離散的な段階に丸める処理で、量子化ビット数が大きいほど細かな変化を表現できます。
- 符号化は量子化した値を2進数のビット列に変換する処理です。