共通テスト情報Ⅰ・3-5

アナログ情報のデジタル化の一問一答

共通テスト「情報Ⅰ」の「デジタル化とコンピュータ」から、アナログ情報のデジタル化に関する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13-5・基礎

図のような音の波などのアナログ情報をデジタル化する3つのステップとして、正しい順序はどれか？

自作の模式図

①標本化 → 量子化 → 符号化
②量子化 → 標本化 → 符号化
③標本化 → 符号化 → 量子化
④符号化 → 標本化 → 量子化

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正解 ①標本化 → 量子化 → 符号化

解説
正解は「標本化 → 量子化 → 符号化」。まず値を取り出し、次に段階の数に丸め、最後に0と1の並びにする。

なぜ
図の点は、波から一定の時間ごとに値を取り出したもので、最初の標本化にあたる。標本化（サンプリング）は、連続した波から一定の時間ごとに値を取り出すこと。量子化は、取り出した値を決まった段階のどれかに当てはめること。符号化は、その段階の番号を2進数のビット列に置き換えること。値を取り出さないと丸められず、丸めないと番号が決まらないので、この順になる。

ひっかけ注意

・「量子化 → 標本化 → 符号化」…量子化は、取り出した値を決めた段階（例：3ビットなら8段階）に当てはめる工程。値を取り出す標本化より先にはできない。
・「標本化 → 符号化 → 量子化」…符号化は、段階の値を2進数にする工程（例：段階の値5→101）。値が決まる量子化の後でないとできない。
・「符号化 → 標本化 → 量子化」…符号化は3つの工程の最後。0と1の並びになった後で、保存・圧縮・転送ができる。

問23-5・基礎

アナログ波形をデジタル化する際、元の波形を正しく復元するためには、元の波形の最大周波数の2倍より高い周波数で値を取り出す必要があるという原理はどれか？

①ムーアの法則
②標本化定理
③ド・モルガンの法則
④大数の法則

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正解 ②標本化定理

解説
正解は「標本化定理」。最も高い周波数の2倍より高い頻度で値を取り出せば、元の波を復元できるという原理。

なぜ
周波数は、1秒間に波が繰り返す回数（単位Hz）。1回の波の中で2回より多く値を取れば、波の山と谷をとらえられる。これより少ないと、元にない低い音のように記録されるゆがみ（エイリアシング）が起きる。ちょうど2倍では足りず、「2倍より高い」ことが条件。例えば44,100Hzで標本化すると、表せるのは22,050Hzより低い音まで。

ひっかけ注意

・「ムーアの法則」…集積回路に載る部品の数が、一定の期間ごとに約2倍に増えるという経験則。デジタル化の原理ではない。
・「ド・モルガンの法則」…「AかつB」の否定が「Aでない、またはBでない」になるという法則。論理回路を書き換えるときに使う。
・「大数の法則」…試行の回数を増やすほど、結果の割合が確率に近づくという法則（例：さいころの1の目は6分の1に近づく）。

問33-5・基礎

画像を構成する最小単位の点（ドット）を何と呼ぶか？

①ビット(bit)
②解像度(dpi)
③画素(ピクセル)
④フレーム

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正解 ③画素(ピクセル)

解説
正解は「画素(ピクセル)」。デジタル画像は、色を持った小さな点のあつまりで、その1つ1つが画素。

なぜ
画像をデジタル化するときは、画面をます目に区切り、ます目ごとの色を数値で記録する。このます目が画素。同じ大きさなら画素が多いほど細かい絵になる。

ひっかけ注意

・「ビット(bit)」…0か1かを表す情報の最小単位。8ビットで1バイトになり、画素の色を表す数値の単位として使う。
・「解像度(dpi)」…画素（点）の細かさを表す量。dpiは長さ1インチ（約2.54cm）に並ぶ点の数で、点そのものの名前ではない。
・「フレーム」…動画を作る1枚1枚の静止画。1秒あたりの枚数をフレームレート（単位fps）という。

問43-5・基礎

色の表現において、光の三原色（RGB）を混ぜ合わせると、どのような色になるか？（加法混色）

①黒色になる
②灰色になる
③透明になる
④白色になる

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正解 ④白色になる

解説
正解は「白色になる」。光の三原色（赤・緑・青）をすべて最も強く重ねると白になる。

なぜ
光は重ねるほど明るくなる。これを加法混色という。ディスプレイは、画素ごとに赤・緑・青の光の強さを変えて色を作っている。3色がすべて0なら光が出ないので黒になる。

ひっかけ注意

・「黒色になる」…RGBがすべて0（光を出さない）ときの色。色料の三原色CMYを重ねたときも黒に近づく（減法混色）。
・「灰色になる」…3色を同じ中くらいの強さ（例：各128）で重ねたときの色。3色とも最大の255なら白になる。
・「透明になる」…光を重ねても透明にはならない。画像では透明度（アルファ値）を色とは別に記録し、PNGなら半透明も表せる。

問53-5・標準

図は、1画素のビット数が1ビットと2ビットのときに使える明るさの例である。画像をデジタル化する際、1つの画素に割り当てるビット数を増やすとどうなるか？

自作の図

①表現できる色数（階調）が増える
②解像度が高くなる（きめ細かくなる）
③画像サイズ（容量）が小さくなる
④画像の物理的な寸法が大きくなる

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正解 ①表現できる色数（階調）が増える

解説
正解は「表現できる色数（階調）が増える」。1画素のビット数が1増えるごとに、表せる色の数は2倍になる。

手順
①図のとおり、1ビットなら2通り（白と黒など）、2ビットなら4通り。
②8ビットなら2の8乗＝256通り。
③24ビットなら2の24乗＝16,777,216通り（約1677万色）。

ひっかけ注意

・「解像度が高くなる（きめ細かくなる）」…きめ細かさは画素の数や密度（dpi・ppi）で決まる。ビット数を増やしても画素の数は同じため、細かさは変わらない。
・「画像サイズ（容量）が小さくなる」…データ量＝画素数×1画素のビット数なので、ビット数が増えるとデータ量は大きくなる（8→16ビットで2倍）。
・「画像の物理的な寸法が大きくなる」…印刷の大きさは画素数÷dpiで決まる（例：1,200画素を300dpiなら4インチ）。ビット数では変わらない。

問63-5・基礎

1秒間の動画を構成する静止画（フレーム）の枚数を表す単位はどれか？

①dpi
②fps
③bps
④Hz

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正解 ②fps

解説
正解は「fps」。frames per second の略で、1秒間に何枚の静止画（フレーム）を表示するかを表す。

なぜ
動画は、少しずつ違う静止画を次々に切り替えて動いて見せている。1秒あたりの枚数（フレームレート）が多いほど、動きがなめらかに見える。

ひっかけ注意

・「dpi」…dots per inch。長さ1インチ（約2.54cm）に並ぶ点の数で、プリンタやスキャナの細かさを表す。
・「bps」…bits per second。1秒間に送れるビット数で、通信速度を表す（例：100Mbpsなら1秒に1億ビット）。
・「Hz」…1秒間に何回繰り返すか（周波数）の単位。音の標本化周波数（例：44,100Hz）などに使う。

問73-5・標準

図は、音の波の値を0〜7の8段階に当てはめた様子である。音のデジタル化において、縦軸（振幅）の値を何段階の数値で表すかを決めるものを何と呼ぶか？

自作の模式図

①サンプリング周波数
②ビットレート
③量子化ビット数
④圧縮率

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正解 ③量子化ビット数

解説
正解は「量子化ビット数」。量子化した1つの値を何ビットで表すかを決めたもので、これで段階の数が決まる。

なぜ
図の8段階は、3ビット（2の3乗＝8）の量子化にあたる。量子化ビット数がnビットなら、段階の数は2のn乗になる。例えば16ビットなら65,536段階。段階が多いほど元の波に近い値で記録できるが、そのぶんデータ量は増える。

ひっかけ注意

・「サンプリング周波数」…1秒間に何回値を取り出すか（単位Hz）。横軸（時間）の細かさを決め、段階の数とは関係ない。
・「ビットレート」…1秒あたりのデータ量（bps）。非圧縮の音なら、標本化周波数×量子化ビット数×チャンネル数で求める。
・「圧縮率」…データを圧縮したときの縮み具合を表す値。圧縮後÷元×100とするなら、10MB→2MBで20％（向きは資料によって違う）。段階の数とは関係ない。

問83-5・基礎

色材の三原色であるシアン・マゼンタ・イエローに黒を加えた4色で印刷を行うカラーモデルはどれか？

①RGBカラーモデル
②HSVカラーモデル
③グレースケール
④CMYKカラーモデル

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正解 ④CMYKカラーモデル

解説
正解は「CMYKカラーモデル」。シアン（C）・マゼンタ（M）・イエロー（Y）に黒を加えた、プリンタなどで使う色の表し方。

なぜ
インクは重ねるほど光を吸収して暗くなる（減法混色）。プリンタなどでは、この3色に黒のインクも足して、4色で印刷することが多い。Kは、輪郭などを刷る黒の版を指すキープレート（Key Plate）の頭文字。

ひっかけ注意

・「RGBカラーモデル」…光の三原色（赤・緑・青）で色を作る方式。ディスプレイ向けで、3色を最大で重ねると白（加法混色）。
・「HSVカラーモデル」…色相・彩度・明度の3つで色を指定する方式。インクの組み合わせを表すものではない。
・「グレースケール」…白から黒までの明るさだけで表す方式（例：8ビットなら256階調）。色みは持たない。

問93-5・基礎

解像度の単位「dpi」の意味として正しいものはどれか？

①1インチあたりのドット数
②1秒間に処理できるドット数
③1画像あたりの総ドット数
④1バイトあたりのドット数

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正解 ①1インチあたりのドット数

解説
正解は「1インチあたりのドット数」。dpi は dots per inch の略。

なぜ
1インチは約2.54cm。その長さの中に点（ドット）がいくつ並ぶかを表す。「1インチ四方（面積）」ではなく、長さ1インチあたりの数である点に注意。数値が大きいほど点がつまっていて、印刷やスキャンが細かくなる。

ひっかけ注意

・「1秒間に処理できるドット数」…「1秒あたり」を表すのは per second（fps・bps など）。dpiは時間ではなく長さあたりの数。
・「1画像あたりの総ドット数」…これは画素数（例：横1920×縦1080＝2,073,600画素）で、密度ではない。
・「1バイトあたりのドット数」…このような単位はない。バイトはデータ量の単位で、1バイト＝8ビット。

問103-5・基礎

図は、フルカラー（24ビットカラー）の画像で、1つの画素の色を表す24ビットを並べたものである。R, G, Bの各色はそれぞれ何ビット（何階調）で表現されるか？

自作の図

①各色4ビット（16階調）
②各色8ビット（256階調）
③各色16ビット（65536階調）
④各色24ビット（約1677万階調）

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正解 ②各色8ビット（256階調）

解説
正解は「各色8ビット（256階調）」。3色×8ビット＝24ビットになる。

手順
①図の24ビットを赤・緑・青の3色で分けると、24÷3＝8ビットずつ。
②8ビットで表せる段階は2の8乗＝256階調。
③色の組み合わせは256×256×256＝16,777,216通り（約1677万色）。

ひっかけ注意

・「各色4ビット（16階調）」…3色で合計12ビット。表せる色は16×16×16＝4,096色で、24ビットに足りない。
・「各色16ビット（65536階調）」…3色で合計48ビットになり、24ビットの2倍になる。
・「各色24ビット（約1677万階調）」…約1677万（16,777,216）は3色を合わせた色の数。1色あたりは256階調。

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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。