情報メディアの要点とまちがえやすい点（ITパスポート試験 論点テキスト）

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テクノロジ系｜技術要素｜8論点・要点48本・まちがえやすい点29本・式3本

• マルチメディア技術
  • マルチメディアと配信・符号化の用語
  • 音声のデジタル化とPCM・ビットレート
  • 静止画のファイル形式
  • ラスタとベクタ・色数とデータ量
  • 動画の規格・フレームレート・HDR
  • 可逆圧縮と非可逆圧縮
• マルチメディア応用
  • 色の混ぜ方と解像度の単位
  • VR・AR・MR・XRと3DCGの技術

マルチメディア技術

マルチメディアと配信・符号化の用語

複数種類のメディアの統合、配信方式、符号化と復号、コーデックとコンテナ、電子透かしを扱う。

要点

• マルチメディアは、文字・音声・静止画・動画など複数の種類のメディアを組み合わせて統合的に扱う技術や情報表現の総称である。
• エンコードは映像や音声のデータをコーデックに従って符号化し、圧縮や配信に適した形式へ変換する処理であり、元の形式へ戻す処理がデコードである。
• ストリーミング配信は動画や音声を受信しながら同時に再生する方式で、ファイル全体のダウンロードを待たずに視聴を開始できる。
• 電子透かしは、画像や音声、動画などに人が知覚しにくい形で著作権情報などを埋め込み、不正コピーの追跡や著作権の主張に役立てる技術である。
• コンテナ形式は、動画の映像データ・音声データ・字幕データなどを1つのファイルにまとめて格納する入れ物となる形式で、MP4 や AVI が代表例である。
• Webコンテンツは、Webサイトで公開され、ブラウザで閲覧できる文章・画像・動画・音声などの情報のこと。
• ハイパーメディアは、文字・画像・音声・動画などを、リンクによって相互に結び付けて参照できるようにした情報の仕組み。
• CPRMは、録画用の記録媒体に保存された番組などの、不正なコピーを防ぐ著作権保護技術。

まちがえやすい点

• コーデックはデータを圧縮・復号する方式であり、映像・音声・字幕を1つのファイルにまとめる入れ物であるコンテナ形式とは役割が異なる。
• ストリーミングはデータを受信しながら順次再生する配信方式であり、データを一定の規則で別の形式へ変換するエンコードとは別である。
• 電子透かしはコンテンツ自体に情報を埋め込む技術であり、内容を読み取れなくする暗号化や、作成者と改ざんの有無を確認するデジタル署名とは異なる。
• マルチキャスト配信は特定の複数の相手に同時に同じデータを送る通信方式であり、視聴タイミングを選べるオンデマンド配信ではない。

音声のデジタル化とPCM・ビットレート

アナログ音声をデジタル化する標本化・量子化・符号化の流れと、標本化周波数、ビットレート、データ量の計算を扱う。

要点

• PCM（パルス符号変調）は、アナログ音声を一定間隔で測定する標本化、値を段階的な数値に近似する量子化、2進数に変換する符号化の順でデジタル化する方式である。
• 標本化周波数を高くするほど波形を細かい間隔で測定でき原音に近く再現できるが、単位時間あたりの標本数が増えるためデータ量も増える。
• 音楽CDの音声データでは、1秒間に44,100回の標本化を行う44.1kHzが規格として一般的に採用されている。
• ビットレートは音声や動画で1秒間あたりに処理・伝送されるデータ量を表す指標で、高いほど高音質・高画質になるがファイルサイズも大きくなる。
• MIDIは、電子楽器とコンピュータなどの間で、音の高さや長さなどの演奏の情報をやり取りするための規格。

まちがえやすい点

• ビットレートは1秒間あたりのデータ量であり、アナログ音声を1秒間に標本化する回数を表すサンプリング周波数とは異なる。
• 標本化周波数を低くしても原音に忠実にはならず、音質とデータ量は一方を高めると他方も増えるトレードオフの関係にある。
• ストリーミングは変換後のデータを配信・再生する手法であり、アナログ音声をデジタル化する PCM の変換処理そのものとは異なる技術である。

式

• 非圧縮の音声データ量（1秒）標本化周波数×量子化ビット数×チャネル数÷844,100×16×2÷8＝176,400バイト

静止画のファイル形式

GIF・PNG・JPEG などの静止画形式の特徴と、画像・音声・動画の代表的なファイル形式を扱う。

要点

• GIF は扱える色数が最大256色に制限される一方、複数のコマ画像を切り替えて簡易なアニメーションを表示でき、可逆圧縮に対応する画像形式である。
• PNG は透過処理に対応し、可逆圧縮によって画質を劣化させずにデータ量を抑えられる画像形式で、ロゴやアイコンなど Web サイトの画像に広く使われる。
• MP4 は動画、MP3 は音声、PNG は静止画像の代表的なファイル形式であり、CSV・XML・JSON はテキストベースのデータ形式である。
• Exif は、デジタルカメラが画像に記録する撮影日時・機種・撮影条件などの付帯情報（メタデータ）の規格である。

まちがえやすい点

• JPEG は非可逆圧縮でフルカラーの写真に適した形式であり、可逆圧縮で256色までの GIF ではない。
• BMP は圧縮を行わない非圧縮の画像形式であり、可逆圧縮に対応する TIFF とも、アニメーション表示ができる GIF とも異なる。
• MP3 と MPEG は音声・動画の圧縮形式であり、透過に対応する可逆圧縮の画像形式である PNG とは別である。
• MP4 は映像と音声をまとめて格納する動画の形式であり、表計算のデータを保存するための形式ではない。

ラスタとベクタ・色数とデータ量

点の集合で表すラスタ画像と数式で表すベクタ画像の違い、色数とデータ量の計算を扱う。

要点

• ビットマップ画像（ラスタ画像）は点（画素）の集合で画像を表す方式で、拡大すると画素の粒が目立ち、輪郭がぎざぎざに見えやすい。
• ベクタ形式は図形を座標や数式で表すため、拡大・縮小しても計算で滑らかに描き直され、画質が劣化しにくい。
• 1画素を24ビット（赤・緑・青を各8ビット）で表すと、2の24乗で約1,677万色を表現でき、各色は256階調になる。
• ラスターデータは、画像を、色の情報をもつ画素（点）の集まりとして表すデータ形式。拡大すると輪郭が粗くなりやすい。
• ベクターデータは、図形を点・線・面の座標や数式で表すデータ形式。拡大や縮小をしても画質が劣化しにくい。

まちがえやすい点

• 256色は8ビット、65,536色は16ビット、1,024色は10ビットに相当し、24ビットの色数である約1,677万色とは別である。
• ドットマトリクス形式も点の集まりで表す方式であり、拡大しても劣化しにくいベクタ形式とは異なる。
• 画像のデータ量をビットのまま扱った約19.2Mと、8で割ってバイトに直した約2.4Mバイトとは異なる値であり、単位換算を忘れると誤る。

式

• 非圧縮画像のデータ量横画素数×縦画素数×1画素のビット数÷81,000×800×24÷8＝2,400,000バイト（約2.4Mバイト）

動画の規格・フレームレート・HDR

動画の圧縮規格 MPEG、1秒間のコマ数を表すフレームレート、HDR、動画のデータ量の計算を扱う。

要点

• MPEG は動画・音声データの圧縮・符号化方式を定めた国際標準規格群で、DVD や地上デジタル放送、動画配信サービスなどに広く用いられる。
• フレームレートは動画で1秒間に表示される静止画（コマ）の枚数を表す指標で、単位は fps であり、値が高いほど動きが滑らかに見える。
• HDR は従来の映像より明るい部分と暗い部分の輝度の差を広く表現し、より現実に近い明暗表現を可能にする映像技術である。
• H.265は、H.264の後継として規格化された動画の圧縮符号化方式。同じ画質ならデータ量を小さくでき、高精細な映像に向く。
• 4K／8Kは、フルHDよりも画素数が多く、細部まで精細な映像を表示できる、高解像度の映像規格の呼び名。

まちがえやすい点

• 4K と 8K は画面を構成する画素数（解像度）を表す規格であり、明暗の表現幅を広げる HDR とは異なる観点の指標である。
• リフレッシュレートはディスプレイが画面を書き換える回数を表す表示側の指標であり、映像データ自体のコマ数を表すフレームレートとは異なる。
• JPEG は静止画像の圧縮規格であり、動画・音声を対象とする MPEG とは対象とするデータの種類が異なる。
• 総ビット数の4,800Mビットは、バイトに換算した600Mバイトとは異なる値であり、8で割る換算が必要である。

式

• 動画の受信データ量ビットレート×時間（秒）÷88Mビット/秒×600秒÷8＝600Mバイト

可逆圧縮と非可逆圧縮

元に戻せる可逆圧縮と戻せない非可逆圧縮の違い、JPEG・MP3 の圧縮の考え方、使い分けを扱う。

要点

• 可逆圧縮は元のデータを完全に復元できる形でファイルサイズを削減する方式で、ZIP 形式などの文書・プログラムファイルの圧縮に使われる。
• 非可逆圧縮は復元時に元のデータと完全には一致しない圧縮方式で、主に画像・音声・動画に用いられる。
• 非可逆圧縮は人の感覚で気づきにくい情報を間引いて圧縮率を高めるため、一般に圧縮率を高めるほど元データとの差が大きくなる。
• JPEG は人の目には気づきにくい情報を間引いて圧縮する非可逆圧縮方式の静止画像形式で、写真などの圧縮率を高めるのに適している。
• MP3 は人の耳には聞き取りにくい周波数成分を間引いてファイルサイズを大きく削減する非可逆圧縮の音声フォーマットである。
• ランレングス法は、同じデータが連続する部分を、データの値と連続する個数の組に置き換えて圧縮する方法。
• ハフマン法は、出現頻度の高いデータに短い符号、低いデータに長い符号を割り当てて、データ量を減らす可逆圧縮の方法。

まちがえやすい点

• 可逆圧縮は元データを完全に復元できる代わりに、非可逆圧縮ほど高い圧縮率は得にくい。
• 暗号化は内容を第三者に読ませないための変換であり、容量を小さくする圧縮とは目的が異なる。
• 標本化・量子化はアナログをデジタル化する処理であり、完全復元が必要なデータの圧縮方式とは異なる。
• FLAC はデータを劣化させない可逆圧縮の音声形式であり、非可逆圧縮で音質を犠牲にして大きく圧縮する MP3 ではない。

マルチメディア応用

色の混ぜ方と解像度の単位

光の三原色と加法混色、インクの減法混色 CMYK、画面の解像度、dpi を扱う。

要点

• 解像度は表示装置の画面を構成する画素（ピクセル）の数や密度を表す指標で、数値が大きいほどきめ細かい表示ができる。
• 光の三原色は赤（Red）・緑（Green）・青（Blue）で、光を混ぜて色を表す加法混色であり、ディスプレイの表示には RGB の組合せが用いられる。
• dpi は印刷物やスキャナなどで1インチあたりに含まれる点（ドット）の数を表す解像度の単位で、値が大きいほど精細になる。
• CMYK はシアン・マゼンタ・イエロー・黒（K）のインクを混ぜて表現する減法混色の方式で、混ぜるほど暗くなり印刷に用いる。
• ppiは、ディスプレイなどの画面で、1インチあたりに並ぶ画素の数を表す画素密度の単位。

まちがえやすい点

• シアン・マゼンタ・イエローは色料の三原色であり、混ぜるほど暗くなる減法混色で、光を混ぜるほど明るくなる光の三原色とは別である。
• fps は動画の1秒間あたりのコマ数、bps は通信の1秒間あたりのビット数であり、点の密度を表す dpi とは異なる指標である。
• RGB は光の三原色を混ぜる加法混色でディスプレイ向きであり、インクを混ぜる減法混色の CMYK とは異なる。

VR・AR・MR・XRと3DCGの技術

VR・AR・MR・XR・メタバースの違いと、3DCG のレンダリングやポリゴンなどの技術を扱う。

要点

• VR（仮想現実）は、ヘッドマウントディスプレイなどを用いて、コンピュータが作り出した仮想空間に入り込んだかのような没入体験を提供する技術である。
• AR（拡張現実）は、スマートフォンなどのカメラ越しに見える現実の映像に、コンピュータが生成したデジタル情報を重ねて表示する技術である。
• MR（複合現実）は AR をさらに発展させ、現実空間に配置した仮想の物体を実際の物のように操作できるなど、現実と仮想を高度に融合させた技術である。
• XR（クロスリアリティ）は、VR・AR・MR など現実と仮想の世界を様々な形で融合させる技術群を包括的に指す総称である。
• メタバースは、インターネット上の3次元の仮想空間で、利用者がアバターを用いて他の利用者と交流したり経済活動を行ったりできる仕組みである。
• レンダリングは、3次元の形状や色、光源などのデータをもとに、コンピュータグラフィックスの最終的な2次元画像を計算・生成する処理である。
• ポリゴンは、3DCG で立体の表面を構成する多角形の面（主に三角形）であり、多数を組み合わせて物体の形状を表す。
• モーションキャプチャは、人物などの体に取り付けたマーカーやセンサの動きを記録し、CG のキャラクターの動きに反映させる技術である。
• シミュレーターは、現実の機械や現象の動きを、コンピュータ上で模擬的に再現する装置やソフトウェア。訓練や検証に使う。

まちがえやすい点

• 現実を見せずに作られた空間だけを表示するのは VR であり、現実の風景に情報を重ねて表示する AR とは異なる。
• デジタルツインは現実世界のデータをもとに仮想空間上に現実そっくりの環境を再現しシミュレーションに使う技術で、利用者間の交流を主眼とするメタバースとは目的が異なる。
• VR 技術はメタバースを実現する要素技術の1つであり、メタバースと同一の概念ではない。
• テクスチャマッピングは3Dモデルの表面に模様や質感の画像を貼り付ける処理であり、体の動きを記録して CG に反映するモーションキャプチャとは別である。

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出典と作り方

この読み物は、IPA「ITパスポート試験 シラバス Ver.6.5」の中分類の順に、アプリ「ITウカール」の収録問題の解説をもとにアプリ製薬が作成したものです。公式の文章の転載ではありません。問題文・選択肢は載せていません。

• ITパスポート試験 シラバス Ver.6.5（IPA）