符号化とは？標本化・量子化との違いからデジタル符号の特徴まで解説！

符号化とは、何らかの情報を数字などのデータに変換して記録することです。コンピューターは0と1の2進数しか扱えないため、全ての文字や数字はコンピューター内部で2進数に符号化されています。このように符号化はデジタル機器には欠かせない処理です。標本化・量子化と混ぜて考えてしまいがちですが、はっきりと区別して解説します。

このページでは、

を解説しています。

符号化とは

符号化とは、エンコードとも言い、情報を一定のルールに基づいて数字や記号などのデータに変換して記録することです。標本化、量子化と並んでデジタルデータに関する重要な処理の1つです。

標本化、量子化について確認したい方は以下の記事へ↓

標本化・量子化とは―図でイメージしてすんなり理解しよう

アナログ情報をデジタル情報に変換する工程は、大きく分けて「標本化」と「量子化」の2つです。簡単に言えば、「標本化」でアナログ信号をピースに切り分け、「量子化」でそれを数値に変換するのですが、これはアナログやデジタルの本質を知ってい...

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2022.07.18

一例として、アナログ信号からデジタル信号への変換（A/D変換）で符号化が行われます。A/D変換では標本化と量子化を行いましたが、実際にデータとして保存するときは量子化で得た値を２進数に変換します。この変換が符号化です。

2進符号

コンピューターは情報を0と1の2進数で処理します。そのため、先述のように、数値のデータをコンピューターで扱うには2進数に符号化する必要があります。2進数に変換された数値を2進符号（デジタル符号）といいます。

デジタル符号の特徴

デジタル符号（2進符号）のメリットとして、ノイズに強いこと、圧縮できることが挙げられます。

ノイズに強い

アナログ信号では、何らかの原因でノイズが入ってしまうと元に戻すのは困難です。一方で0と1で表現されているデジタル符号では、ノイズが入っても信号が変わってしまう可能性を抑えられます。

また、デジタル符号ではノイズで信号が変わってしまっても、その検出や訂正を簡単に行うことができます。例えば、信号の最後に今までの数値の合計を追加して送れば、誤りがあることを効率的に発見でき、もう一度送るなどの対策をとることができます。

一方で、一般にアナログ信号では誤りの検出や訂正は手間がかかります。

圧縮できる

デジタル符号は容易に圧縮することができます。つまり、データの長さ（量）を減らすことができるということです。

例えば、1から9の数字の羅列を送るとしましょう。ここでは簡単に考えるために2進法ではなく10進法の数字で考えます。繰り返し出てくる数字があるなら、例えばそれを0と置き換えるルールにしてしまえば、データを減らすことができます。

このように完全に元のデータに戻せる圧縮方法を可逆圧縮といいます。画像ファイルのPNGでは可逆圧縮が使われています。

反対に、人間が判別できないような部分をそぎ落とすという考えで行う圧縮方法を非可逆圧縮といいます。JPEGでは非可逆圧縮が使われています。

様々な符号化

先ほど2進符号を紹介しましたが、符号化には様々な種類があります。その一例を紹介します。

グレイ符号

グレイ符号は、2進符号と同様に0と1で表現しますが、数値と符号の対応関係が異なります。

2進符号は2進数に従って数値を符号化しますが、グレイ符号では、隣の数値を表す符号どうしで0・1が変化する桁が1つだけとなるように符号化します。具体的には以下のようになります。

数値が近ければ符号も近いものになることから、誤りが抑えられるなどとして様々な処理で活用されています。発展的ですがWikipediaの解説がわかりやすいので興味があれば確認してみてください。

グレイコード - Wikipedia

ja.wikipedia.org

文字コード

コンピューターでは文字も全てデジタル符号で表されおり、符号化の一例と言えます。それぞれの文字をどのような符号で表すかの対応関係を定めるのが文字コードです。

文字コードの例として、アルファベットや数字などを7桁の2進数で表すASCIIや、日本語も含まれるShift JIS、多言語を扱うものとして世界的に最も普及しているUTF-8などがあります。

3行まとめ

このページでは符号化について解説しました。まとめると以下の通りです。

皆様の参考になれば幸いです。

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