画像と音の表現｜高校情報Ⅰ

0. どういうまとまりか

画像は細かい点（画素）の集まりとして、音は波の高さを一定時間ごとに取り出した数の並びとして、デジタルで表します。
データ量はどちらも「細かさ × 数」のかけ算で決まります。

対象	データ量（ビット）の式	細かさを決めるもの
画像	横の画素数 × 縦の画素数 × 1 画素のビット数	解像度・階調（色の段階）
音	標本化周波数 × 量子化ビット数 × チャンネル数 × 秒数	標本化周波数・量子化ビット数
動画	1 フレームのデータ量 × フレームレート × 秒数	画像の細かさ・フレームレート

分かれ目は次の 3 つ。

光の三原色（RGB）は混ぜるほど明るくなり白に、色の三原色（CMY）は混ぜるほど暗くなり黒に近づく。
式で出るのはビット数。バイトにするには 8 でわる。
拡大して粗くなるのはラスタ形式、なめらかなままなのはベクタ形式。

1. 画素と色の表し方

根拠: 学習指導要領情報Ⅰ-(2)-ア-(ア)

デジタルの画像は、方眼のように並んだ小さな点の 1 つ 1 つに色の値を持たせて表します。
ディスプレイは赤・緑・青の光の強さを組み合わせて、すべての色を表示しています。

画素（ピクセル）とは何か？

デジタル画像を構成する、色の情報を持った最小の点

画像は画素を縦横に並べたもので表される。

解像度とは何か？

画像をどれだけ細かい画素で表すかの度合い

横 1920 × 縦 1080 画素のように画素数で表す。解像度が高いほど細部まで表せるが、データ量は増える。

光の三原色は何か。また、3 色すべてを混ぜると何色になるか？

赤（R）・緑（G）・青（B）。すべて混ぜると白になる

光を重ねるほど明るくなる混ぜ方で、加法混色という。ディスプレイの表示に使う。

色の三原色は何か。また、3 色すべてを混ぜると何色に近づくか？

シアン（C）・マゼンタ（M）・イエロー（Y）。すべて混ぜると黒に近づく

絵の具やインクを重ねるほど暗くなる混ぜ方で、減法混色という。印刷に使い、実際には黒（K）のインクを足す。

階調とは何か？

色や明るさを何段階で表すかの数

1 画素あたりのビット数で決まる。白黒 2 階調なら 1 ビット、256 階調なら 8 ビット。

RGB の各色を 8 ビット（256 階調）で表すと、1 画素は何ビットで、何色を表せるか？

24 ビットで、 $2^{24}$ 色（16,777,216 色）

約 1677 万色。フルカラーと呼ばれる。

2. 画像のデータ量と形式

根拠: 学習指導要領情報Ⅰ-(2)-ア-(ア)

画像のデータ量は、画素の数に 1 画素のビット数をかけて求めます。
画素の集まりで記録する形式と、図形の描き方を記録する形式があり、拡大したときの見え方が違います。

画像のデータ量（ビット）を求める式は？

横の画素数 × 縦の画素数 × 1 画素のビット数

バイトにするには 8 でわる。圧縮していないときの量である。

ラスタ形式（ビットマップ形式）とはどんな画像の表し方か。また、拡大するとどうなるか？

画像を画素の集まりとして、画素ごとの色で記録する形式。拡大すると輪郭がギザギザ（ジャギー）になる

写真のように色が細かく変わる画像に向く。ペイント系ソフトで扱う。

ベクタ形式とはどんな画像の表し方か。また、拡大するとどうなるか？

点の座標や線・面の形・色などの描き方を数値で記録する形式。拡大しても輪郭がなめらかなまま

図形・ロゴ・イラストに向く。ドロー系ソフトで扱う。

3. 音と動画のデータ量

根拠: 学習指導要領情報Ⅰ-(2)-ア-(ア)

音のデータ量は、1 秒間に何回・何ビットで値を取るかと、何チャンネル・何秒あるかで決まります。
動画は、少しずつ違う静止画を続けて表示して、動いて見えるようにしたものです。

音のデータ量（ビット）を求める式は？

標本化周波数 × 量子化ビット数 × チャンネル数 × 秒数

ステレオは左右の 2 チャンネル、モノラルは 1 チャンネル。

動画は、どのようにして動きを表しているか？

少しずつ違う静止画（フレーム）を、短い間隔で次々に表示する

目の残像のはたらきで、連続した動きに見える。

フレームレートとは何か？

1 秒あたりに表示するフレーム（静止画）の枚数。単位は fps

大きいほど動きがなめらかになるが、データ量も増える。

練習問題

問 1　横 640 画素、縦 480 画素で、1 画素を 24 ビットで表す画像がある。圧縮しないときのデータ量は何バイトか。
また、1 KB を 1024 バイトとすると何 KB か。

921,600 バイト、900 KB

ビット数は 640 × 480 × 24 = 7,372,800。バイトにすると 7,372,800 ÷ 8 = 921,600。
KB にすると 921,600 ÷ 1024 = 900。

問 2　標本化周波数 44,100 Hz、量子化ビット数 16 ビット、ステレオ（2 チャンネル）で 60 秒間録音した。
圧縮しないときのデータ量は何バイトか。また、1 MB を 1,000,000 バイトとすると約何 MB か（小数第 1 位まで）。

10,584,000 バイト、約 10.6 MB

ビット数は 44,100 × 16 × 2 × 60 = 84,672,000。バイトにすると 84,672,000 ÷ 8 = 10,584,000。
MB にすると 10,584,000 ÷ 1,000,000 = 10.584 で、約 10.6 MB。

問 3　横 320 画素、縦 240 画素、1 画素 24 ビットの画像を、フレームレート 30 fps で 10 秒間表示する動画がある。
圧縮しないときのデータ量は何バイトか。

69,120,000 バイト

1 フレームは 320 × 240 × 24 ÷ 8 = 230,400 バイト。
10 秒間のフレーム数は 30 × 10 = 300 枚なので、230,400 × 300 = 69,120,000 バイト。