共通テスト情報Ⅰ・3-10

データの圧縮と形式の一問一答

共通テスト「情報Ⅰ」の「デジタル化とコンピュータ」から、データの圧縮と形式に関する4択問題を10問。「答えと解説を見る」を開くと、正解とその理由がその場で読めます。会員登録は不要です。

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問題

上から順に解いてみてください。答えは各問の下で確認できます。

問13-10・基礎

データの圧縮方式のうち、圧縮したデータを展開（復元）したときに、完全に元のデータと一致する方式を何と呼ぶか？

①符号化
②非可逆圧縮
③可逆圧縮
④量子化

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正解 ③可逆圧縮

解説
正解は「可逆圧縮」。元にもどしたとき、1ビットもちがわず元のデータにもどる圧縮の方式。

なぜ
文章やプログラムは、1文字でも変わると意味や動きが変わる。そのため完全に元にもどせる方式が必要になる。ランレングス法（ランレングス符号化）やハフマン法（ハフマン符号化）、画像形式の PNG が代表例。英語では lossless（損失なし）といい、ロスレス圧縮とも呼ぶ。

ひっかけ注意

・「非可逆圧縮」…人が気づきにくい情報を捨ててデータ量を減らす方式で、不可逆圧縮とも呼ぶ（国立国会図書館の手引）。完全には元にもどらないが、可逆圧縮より小さくできる場合が多い（JPEG・MP3など）。
・「符号化」…データを決まった規則で0と1の並び（符号）に置き換える処理。圧縮の方式の分け方ではなく、ハフマン符号化のように可逆圧縮に使われる符号化もある。
・「量子化」…標本化した値を決まった段階のどれかに近づける処理（デジタル化の手順の2番目）。元の値との小さなずれが残るので、完全には元にもどらない。

問23-10・基礎

図の「AAAAABBBCC」というデータを「A5B3C2」のように、連続するデータの個数を記録して圧縮する手法はどれか？

自作の図

①ハフマン符号化
②辞書圧縮法
③差分圧縮法
④ランレングス符号化

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正解 ④ランレングス符号化

解説
正解は「ランレングス符号化」。同じデータが何個続くか（連の長さ）を記録して短くする方法。ランレングス法とも呼ぶ。

なぜ
図では、Aが5個、Bが3個、Cが2個続いている。AAAAA は A が5個なので A5 と書ける。AAAAABBBCC（10文字）は A5B3C2（6文字）になり、元の60％になる。同じ値が長く続く白黒の図形などでよく縮む。逆に、ABCD のように毎回違う値だと A1B1C1D1 となり、かえって長くなる。

ひっかけ注意

・「ハフマン符号化」…よく出る文字ほど短い符号を割り当てる方法。数えるのは連続の長さではなく、全体での出現回数（AAAAABBBCCならAが5回）。
・「辞書圧縮法」…前に出てきた文字の並びを覚えておき、同じ並びが再び出たときに、その位置や番号で置き換える方法。
・「差分圧縮法」…前のデータとの違いだけを記録する方法。少しずつ変わる値（例：100,101,102）を、1ずつの差で表す。

問33-10・基礎

図のように、データの中の記号の出現回数には偏りがあることが多い。出現頻度の高いデータには短いビット列を、低いデータには長いビット列を割り当てることで、全体のデータ量を減らす圧縮手法はどれか？

自作の図

①ハフマン符号化
②ランレングス符号化
③MP3圧縮
④JPEG圧縮

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正解 ①ハフマン符号化

解説
正解は「ハフマン符号化」。よく出る記号ほど短い符号にして、全体のビット数を減らす方法。

なぜ
よく出る記号を短い符号にすれば、全体が短くなる。まれな記号は長い符号でも回数が少ないので損は小さい。符号の区切りが一通りに決まるように、木の形（ハフマン木）で符号を決める。可逆圧縮なので元に戻せる。
例えば図の AAAABBCD（8文字）は、4種類なので固定長なら1文字2ビットで16ビット。A＝0、B＝10、C＝110、D＝111 とすると 4×1＋2×2＋1×3＋1×3＝14ビットになる。

ひっかけ注意

・「ランレングス符号化」…同じ値が続く個数を記録する方法。白黒の図のように同じ色が長く続くときに効果が大きい。
・「MP3圧縮」…耳に聞こえにくい音を少ないビットで記録する音声の形式。聞こえにくい成分を省くため、元の音に完全には戻らない（非可逆）。
・「JPEG圧縮」…写真向けの画像の形式で、全体としては非可逆圧縮のため元の画像に戻らない。ハフマン符号はその処理の一部に使われる。

問43-10・基礎

静止画像の圧縮形式で、非可逆圧縮を採用し、写真などの圧縮に適している（Webで広く使われる）形式はどれか？

①BMP
②JPEG
③PNG
④GIF

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正解 ②JPEG

解説
正解は「JPEG」。写真のように色が少しずつ変わる画像を、人が気づきにくい情報を減らして小さくする形式。

なぜ
JPEG は非可逆圧縮なので、元の画像とは完全には一致しない。そのかわりデータ量を大きく減らせるので、デジタルカメラの写真などに広く使われる。

ひっかけ注意

・「BMP」…画素の値をそのまま記録する形式。ふつうは圧縮しないため、データ量が大きい（教材では無圧縮と説明）。
・「PNG」…可逆圧縮の形式で、元の画像に完全にもどせる。透明度（アルファ値）も持てるため、ロゴやアイコンに向く。
・「GIF」…256色以下の画像を可逆圧縮する形式。使える色数が少ないため、色が細かく変わる写真には向かない。

問53-10・標準

映像（動画）データの圧縮符号化方式の規格として、広く利用されているものはどれか？

①MP3
②AAC
③H.264
④FLAC

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正解 ③H.264

解説
正解は「H.264」。映像を圧縮して符号化するための方式で、AVC とも呼ばれる。

なぜ
動画は1秒に何十枚もの静止画が続くので、そのままでは非常に大きい（例：横1280×縦720画素・24ビット・30fpsなら1秒で約83MB。1MB＝100万バイトとして計算）。そこで H.264 などの方式で圧縮する。圧縮と復元の技術を「コーデック」という。なお MP4 は、映像や音声を1つのファイルにまとめる入れ物（コンテナ）の形式で、圧縮方式そのものではない。

ひっかけ注意

・「MP3」…耳に聞こえにくい音を省く、音声の非可逆圧縮の形式（MPEG-1 Audio Layer-3）。映像は扱わないため不正解。
・「AAC」…音声を圧縮する符号化の方式。映像ではなく音声だけを扱うため、映像の圧縮方式には当たらない。
・「FLAC」…音声の可逆圧縮の形式で、元の音に完全にもどせる。これも音声だけを扱う。

問63-10・標準

「コンテナフォーマット」と呼ばれる、映像データと音声データをまとめて1つのファイルにするための入れ物に該当する拡張子はどれか？

①.mp3
②.png
③.jpg
④.mp4

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正解 ④.mp4

解説
正解は「.mp4」。MP4 ファイルは、圧縮した映像と音声などを1つにまとめて入れておく入れ物（コンテナ）の形式。

なぜ
映像は H.264 など、音声は AAC などで別々に圧縮される。コンテナは、それらを時間をそろえて1つのファイルに収める。中身の圧縮方式（コーデック）とコンテナは別のものとして考える。再生する機器が中身のコーデックに対応していないと、再生できない場合がある。

ひっかけ注意

・「.mp3」…音声だけを圧縮したファイル（MPEG-1 Audio Layer-3）。映像は入らないため、映像と音声の入れ物ではない。
・「.png」…静止画を可逆圧縮する画像の形式。音声を入れる仕組みがないため、映像と音声の入れ物にはならない。
・「.jpg」…静止画を非可逆圧縮する JPEG の拡張子。写真向きで、音声は入れられないため入れ物にならない。

問73-10・基礎

図の例で、圧縮率を表す計算式として、正しいものはどれか？（圧縮率は、元のデータ量に対する圧縮後の割合（％））

自作の図

①(圧縮後のデータ量 ÷ 元のデータ量) × 100
②(元のデータ量 ÷ 圧縮後のデータ量) × 100
③(圧縮後のデータ量－元のデータ量) × 100
④(元のデータ量－圧縮後のデータ量) × 100

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正解 ①(圧縮後のデータ量 ÷ 元のデータ量) × 100

解説
正解は「(圧縮後のデータ量 ÷ 元のデータ量) × 100」。圧縮後が元の何％になったかを表す。

手順
①図のとおり、10MB のファイルが 2MB に圧縮された。
②2 ÷ 10 ＝ 0.2。
③0.2 × 100 ＝ 20％。元の20％まで小さくなったので、この定義では値が小さいほどよく縮んでいる。
※資料によっては「よく縮む＝圧縮率が高い」と逆の向きで言うこともある。問題文の定義を必ず確かめる。

ひっかけ注意

・「(元のデータ量 ÷ 圧縮後のデータ量) × 100」…割る順が逆で、10÷2×100＝500 になる。よく縮むほど値が大きくなる。
・「(圧縮後のデータ量－元のデータ量) × 100」…差をとっているだけで、(2－10)×100＝－800 のように割合にならない。
・「(元のデータ量－圧縮後のデータ量) × 100」…減った量を100倍しただけ（(10－2)×100＝800）で、元に対する割合ではない。

問83-10・基礎

音声データの非可逆圧縮形式で、音楽配信や携帯プレーヤーなどで広く使われてきた代表的なものはどれか？

①WAV
②MP3
③FLAC
④PCM

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正解 ②MP3

解説
正解は「MP3」。人の耳に聞こえにくい音を少ないビットで記録してデータ量を減らす、音声の非可逆圧縮の形式。

なぜ
音には、人の耳にはほとんど聞こえない成分がふくまれている。MP3 はそうした成分を精度を落として記録し、ファイルを小さくする。省いた情報はもどらないので非可逆になる。

ひっかけ注意

・「WAV」…音声を入れるファイル形式。中身に圧縮しない PCM のデータを入れることができ、その場合はデータ量が大きい。
・「FLAC」…音声の可逆圧縮の形式。元の音に1ビットもちがわずもどせるため、非可逆ではない。
・「PCM」…標本化・量子化した値をそのまま2進数で並べる方式（パルス符号変調）。圧縮の形式ではないため、データ量は減らない。

問93-10・標準

画像の背景を半透明も含めて透過（透明に）することができ、かつ可逆圧縮である画像形式はどれか？

①JPEG
②BMP
③PNG
④GIF

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正解 ③PNG

解説
正解は「PNG」。可逆圧縮で、画素ごとに透明度（アルファ値）を記録できる画像形式。

なぜ
アルファ値は、色とは別に、どれくらい透けるかを段階で持つ情報。0なら完全に透明、最大なら不透明、その間なら半透明になる。PNG はこれを持てるので、ロゴやアイコンのふちを背景になじませられる。圧縮しても元の画像に完全にもどせる。

ひっかけ注意

・「JPEG」…非可逆圧縮の形式のため、条件の「可逆圧縮」に合わない。写真向きの形式。
・「BMP」…ふつうは圧縮しない形式のため、条件の「可逆圧縮」に当てはまらない。データ量が大きい。
・「GIF」…可逆圧縮だが、透明にできるのは決めた1色だけ（色は最大256色）。半透明は表せない。

問103-10・基礎

図はディレクトリ構造（フォルダ構造）の例である。図の「？」のように、最上位の階層（根っこ）にあたるものを何と呼ぶか？

自作の模式図

①カレントディレクトリ
②ホームディレクトリ
③サブディレクトリ
④ルートディレクトリ

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正解 ④ルートディレクトリ

解説
正解は「ルートディレクトリ」。ルート（root）は英語で根という意味で、木構造のいちばん上の階層。（情報Ⅰの範囲を少し超えた発展の内容です）

なぜ
ファイルは、ディレクトリの中にさらにディレクトリを作る木の形で整理される。その出発点がルートディレクトリで、図の「？」にあたる。情報Ⅰでは、情報を分類して整理する「階層構造」の例として役立つ。ルートから目的のファイルまでの道すじを書いたものを絶対パスという。

ひっかけ注意

・「カレントディレクトリ」…今作業している場所のディレクトリ。移動すると変わるため、最上位とは限らない。
・「ホームディレクトリ」…利用者ごとに1つ用意される自分用のディレクトリ。ルートより下の階層に作られる。
・「サブディレクトリ」…あるディレクトリの中に作られた、1つ下の階層のディレクトリ。

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※本ページの問題・解説は、生成AI（人工知能）を活用して作成しています。