音声のディジタル化

ネットワークと
コミュニケーション技法
第2回
－アナログ通信とディジタル通信－
講義資料URL
http://www.tcu.ac.jp./~netcom/2
011/
2
アナログとディジタル
アナログ波形アナログ時計
アナログ連続的に
変化する量
グラフ
12
9
3
6
ディジタル波形ディジタル時計
離散的に
ディジタル変化する量
表
10:10
3
アナログのメディア
新聞
印刷の濃淡
電話
音声信号の伝送
レコード
音声・音響信号の記録
テレビ放送
映像信号の伝送
ラジオ放送音声・音響信号の伝送
ビデオ
音声・音響・映像信号の記録
音声テープ音声・音響信号の記録
4
なぜディジタルか？
雷
電子機器
ピカ、ピカ
不要電磁波
機器誤作動
妨害電波
雑音、歪
情報の発信側
情報の受信側
遠距離伝送
ディジタルは妨害に強い！
5
アナログからディジタルへ(1)
手紙
郵便から電子メール
音楽記憶
レコードからCD
音楽録音
カセットテープからMD
ビデオ録画 VHSテープからDVD
テレビ放送
アナログ放送からディジタル放送
電話
アナログ方式からISDN、ADSL
6
アナログからディジタルへ(２)
買物
オンラインショッピング
決済
電子マネー
銀行
インターネットバンキング
電話
IP電話
携帯電話
モバイルインターネット
テレビ放送
ディジタル放送
音楽、映画インターネット情報配信
7
ディジタル技術の普及
★半導体技術の急激な進歩
・ムーア（米国インテル社会長ゴードン・
ムーア氏）の法則（1965年提唱）
LSIに集積可能なトランジスタの数は、約1.5年
で２倍に増える。
★コンピュータ技術の発展
★インターネット、モバイルなどのディジタル革命
の進展
8
アナログ信号とディジタル信号の変換
アナログからディジタルへ
A/D変換
7, 35, -24, 16,
58, -67, -28・・・
D/A変換
アナログ信号
ディジタルからアナログへ
ディジタル信号
9
ディジタルの用語
★ ビット（bit）情報量の最小単位
1桁の基本信号 “1” 、 “ 0” は１ビット
４桁 “1001” の信号は4ビット
★ バイト(byte)
１バイト＝8ビット（2進法8桁）
１バイトで10進法換算で0～255を表現可能
（アルファベット、数字、カタカナの表示）
★ 2進数
13は10進数（日常使う数字）
“1101”は2進数（ディジタルでの数字）
10
ディジタル信号とは
★「1」か「0」で表す。
★桁数が多いほど、大きい数字を表現できる。
（例） 4桁のディジタル信号
8の位
4の位
2の位
1の位
１
０
０
１
＝ 23×1＋22×0＋21×0＋20×1＝ 9
２進数
10進数
（例） 6桁のディジタル信号
32の位
１
16の位
8の位
4の位
2の位
1の位
1
１
０
０
１
＝ 25×1＋24×1＋23×1＋22×0＋21×0＋20×1＝ 57
２進数
10進数
11
16進数
Binary
２進数
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
Decimal
Hexa Decimal
１０進数１６進数
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
Binary
２進数
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
Decimal
Hexa Decimal
１０進数１６進数
8
9
10
11
12
13
14
15
8
9
A
B
C
D
E
F
12
音声のディジタル化(1)
音声などのアナログ信号をディジタル信号に変換する
には、標本化、量子化、符号化が行なわれる。標本化で
は、連続的なアナログ信号を一定間隔の信号として、取
り出し、量子化では、取り出した信号の大きさを数値化す
る。符号化は量子化で得られる離散的な数値を「1」、「0」
の2進数で表現する。
アナログ
信号
標本化
量子化
符号化
ディジタル
信号
13
アナログ信号のディジタル化(1)
(a)アナログ信号
14.2
15
9.9
10
(b)標本化
[V]
5
5.3
3.7
S1
S2
０
S3
S4
T
標本化周期
14
アナログ信号のディジタル化(2)
14.2
15
9.9
10
(b)標本化
[V]
5
5.3
3.7
S1
S2
０
S3
S4
T
標本化周期
(c)量子化
5
4
(d)符号化
0101
0100
(e)ディジタル信号
14
1110
10
1010
0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0
15
音声のディジタル化(2)
アナログ信号
標本化周波数：8kHz
量子化：8bit（28=256個の数値）～ 16bit（216=65,536個の数値）
引用：http://www.miyazaki-c.ed.jp/himuka/material/index.htm
16
音声と標本化周波数
メディア
標本化周波数信号周波数帯域
コンパクトディスク
44.1kHz
約20kHz
ディジタル電話
（高品質）
16kHz
約7kHz
ディジタル電話
（通常品質）
8kHz
約3.4kHz
17
画像のディジタル化
アナログ画像をディジタル化することをＡ／Ｄ
（Analog/Digital）変換と呼び、画像を縦横の画素で区
切る「標本化」と各画素の濃淡を決める「量子化」が行
われる。
引用：http://www.miyazaki-c.ed.jp/himuka/material/index.htm
18
標本化による画像品質の差
ディジタル化された画像の品質は、Ａ／Ｄ
（Analog/Digital）変換の際どのように標本化・量子化
されたかによって決定される。標本化による画素数
が多いほど品質が高くなる。
引用：http://www.miyazaki-c.ed.jp/himuka/material/index.htm
19
文字情報の記録
ＪＩＳ８ビットコード（ＪＩＳＸ０２０１）では、上位４ビッ
トを縦軸、下位４ビットを横軸とした表で、文字を８桁
の２進数で表現する。例は、Ｉが０１００１００１、Ｔが０
１０１０１００である。
引用：http://www.miyazaki-c.ed.jp/himuka/material/index.htm
20
アナログ通信とディジタル通信
★アナログ通信
原信号の連続的な物理量を電気的連続量
に置き換えて情報を運ぶ通信方式
★ディジタル通信
アナログ情報を連続量に対応する不連続な
離散的数値に変換して情報を運ぶ通信方式
21
伝送路における雑音
雑音、歪が累積
中継増幅
送信側
雑音の重畳した
減衰信号
送信アナログ信号
信号と雑音の
両方を増幅
(a) アナログ伝送
再生中継
送信側
減衰信号
再生信号
(b) ディジタル伝送
信号のみ再
生
送信ディジタル信号
22
ディジタル伝送の特徴
★伝送品質
雑音、歪の影響は伝送路の距離に依存し
ない。
★各種サービスに対する柔軟性
パルスの速度変換などディジタル処理が可
能であり、高度な情報の加工処理が可能で
ある。
★経済性
IC、LSIなどのディジタル回路の採用により
伝送路のコストが安価となった。
23
アナログ回線とディジタル回線
－具体例－
★アナログ回線
・一般電話回線
・CATV用回線
★ディジタル回線
・ISDN
・LAN
・携帯電話
24
回線（伝送）の品質要因
★減衰
信号の振幅の減少。
★ひずみ
信号の波形のゆがみ。
★雑音
信号の妨げになる外部のノイズ。
★遅延
信号の到達の遅れ。
25
専用回線と交換回線
★専用回線
コンピュータ間を接続し、信号を中継、伝送す
る機能を有する回線。
★交換回線
２つの端末間に物理的な回路を形成し、交換
機への接続要求により通信路の設定を行うが、
一度設定されると通信が終了するまで維持さ
れる回線。
26
専用回線と交換回線
★専用回線
・一般専用回線（2.4kbit/s～9.6kbit/s）
・高速ディジタル伝送回線（64kbit/s～
512kbit/s, 1.5Mbit/s～6Mbit/s）
・超高速回線（50Mbit/s, 150Mbit/s）
★交換回線
・一般電話回線
・ISDN（64kbit/s, 1.5Mbit/s）
27
ネットワークの品質
★すぐつながるか（接続品質）
いつでも全地域のすべてのユーザが即座に
相互に連絡がとれるように品質を規定。
★正しく伝わるか（伝送品質）
「よく聞こえる度合い」を定量化したものであ
り、相手の情報を快適に正しく了解できる品質
を規定。
★いつも使えるか（安定品質）
交換機、伝送路などの各設備の故障や異常
な輻輳に対し、正常なサービスを維持できる
品質を規定。
28
ネットワークのコスト
★初期投資費用
・ネットワーク設備費
★維持費
・月額基本料
・従量制料金
29
通信形態
★リアルタイム通信
電話による音声通信
★非リアルタイム通信
データ、画像通信など
30
片方向通信と双方向通信
★片方向通信
通信の相手に対して、１方向のみの情報伝送
を行う通信方式（無線呼出しなど）
★双方向通信
通信の相手に対して、両方向に情報の伝送が
可能な通信方式（携帯電話など）
31
半二重通信と全二重通信
★半二重通信
交互通信方式
送信装置
交互
情報
受信装置
伝送路
受信装置
情報
送信装置
★全二重通信
双方向同時通信方式
同時
送信装置
情報
受信装置
伝送路
受信装置
情報
送信装置
32
通信システムの形態
：通信利用者（通信端末を使用）
：伝送路
★１対１通信（point to point)
★1対ｎ通信（同報通信）
(point to multipoint)
★ｎ対ｎ通信
(multipoint to multipoint)
33
プル型、プッシュ型通信
★プル型通信
ユーザーがWWWサーバへWWWブラウザでア
クセスし、情報を引き出す通信サービス。
★プッシュ型通信
WWWサーバへWWWブラウザが自動的にアク
セスし、情報を提供する通信サービス。定期
的にサーバへ自動アクセスし、事前にユー
ザーが指定した情報を取り込む。ニュース情
報配信などがある。
34
公衆網と自営網
★公衆網
通信事業者が他の利用者に通信サービスを
提供するために設置、運用するネットワーク。
★自営網
特定の利用者が自分自身の通信のために設置
し、運用するネットワーク。
35
課題(1)
１．アナログ音声信号をディジタル化する
過程を説明せよ。
２．信号をディジタル信号に変換して伝送
する特徴を述べよ。
36
課題(2)
１．半二重通信、全二重通信について
説明せよ。
２．互い（1対1や複数対複数など）に通
信する場合通信システムの形態には
どのようなものがあるか？
37
技術参考情報
★IT動向、ビジネス
http://it.nikkei.co.jp/
★IT技術、ネットワーク
http://itpro.nikkeibp.co.jp/network/index.html
★IT用語
http://e-words.jp/
http://www.ntt.com/bizit/dictionary/
http://www.atmarkit.co.jp/misc/search/search.html
38

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