標本化（サンプリング）とは？

標本化（サンプリング）の意味

アナログの音声や映像信号を一定の時間間隔で区切り、その瞬間の信号の値を取り出してデジタルデータに変換する処理。1秒間に何回信号を取り出すかを示す値をサンプリング周波数（サンプリングレート）と呼び、単位はHz（ヘルツ）で表される。サンプリング周波数が高いほど元のアナログ信号を細かく再現でき音質は向上するが、その分データ量も増える。アナログ信号をデジタル化する過程は、標本化に続いて量子化・符号化という手順で行われる。

標本化（サンプリング）の具体例

音楽CDのサンプリング周波数は44.1kHzで、1秒間に44,100回音の波形を測定してデジタルデータに変換している。

標本化（サンプリング）は試験でどう引っ掛けられる？

標本化は「時間軸」を区切る処理であり、「振幅（信号の強さ）」を段階的な数値に変換する量子化と混同しやすい。

標本化（サンプリング）と関連する用語

• 量子化
• MP3
• 可逆圧縮・非可逆圧縮

標本化（サンプリング）が出た過去問

• アナログ音声信号をディジタル化する場合、元のアナログ信号の波形に、より近い波形を復元できる組合せはどれか。

  正解：ウ

  要点：サンプリング周期が短く量子化段階が多いほど原波形に忠実

  アナログ信号のディジタル化は、一定間隔で波形の値を読み取る標本化（サンプリング）と、その値を段階的な数値に置き換える量子化からなる。サンプリング周期が短いほど時間方向で波形を細かく捉えられ、量子化の段階数が多いほど振幅方向の誤差が小さくなる。したがって周期が短く段階数が多い組合せが最も原波形に近い再現となる（その分データ量は増える）。

  出典：平成21年度 春期 ITパスポート試験 問66（IPA）

• ある音をコンピュータのファイルにデータとして記録するとき、符号化ビット数を8ビットとしている。符号化ビット数を16ビットに変更し、同じ音を同じサンプリング周波数…

  正解：音の振幅をより細かく記録できる。

  要点：量子化ビット数は振幅の細かさ、周波数は標本化で決まる

  符号化ビット数（量子化ビット数）は、音の大きさをどれだけ細かい段階に分けて数値化するかを決める。8ビットでは256段階だが16ビットにすると65,536段階になり、振幅をより忠実に記録できる。ただしデータ量は増え、記録できる周波数の上限を決めるのはサンプリング周波数のほうである。

  出典：平成22年度 春期 ITパスポート試験 問60（IPA）

• 音声信号をディジタル化する。図の時刻1から時刻5のタイミングで標本化を行い、4段階に量子化（標本点に最も近い段階を選択）を行った。その後2ビットで符号化を行った…

  正解：時刻1で振幅約01、時刻2付近で00近くまで下がり、時刻3.7付近で11まで滑らかに立ち上がった後、時刻5にかけて01まで下がる曲線

  要点：符号列は各標本時刻の振幅段階を順に並べたもの

  符号は時刻1から順に振幅の段階を表すので、求める信号は01、00、10、11、01という順に値をとる波形になる。すなわち低めの値から始まって時刻2でいったん最小になり、その後上昇して時刻4で最大に達し、時刻5では再び下がる形である。時刻ごとの標本点の高さを符号と照らし合わせれば判別できる。

  出典：平成22年度 春期 ITパスポート試験 問88（IPA）

• 〔ストラテジ〕精算システムの導入前と導入後について、各担当者の作業時間をサンプリングしたところ、次のような結果となった。この結果に基づいて、A社の1か月当たりの…

  正解：56

  要点：短縮時間は回数・日数の単位をそろえて合計する

  1か月は20営業日、申請は1日10回なので月200回になる。申請者は9分短縮×200回＝1,800分、事務担当者は32分短縮×20日＝640分、承認者は60秒短縮×200回＝12,000秒＝200分、経理担当者は12時間＝720分の短縮となる。合計3,360分＝56時間である。

  出典：平成26年度 秋期 ITパスポート試験 問100（IPA）

• 情報の表現方法に関する次の記述中の[a]〜[c]に入れる字句の組合せはどれか。 情報を、連続する可変な物理量（長さ、角度、電圧など）で表したものを[a]データと…

  正解：a: アナログ　b: ディジタル　c: ディジタル

  要点：連続量はアナログ、離散値はディジタル。CDはディジタル

  連続的に変化する物理量でそのまま情報を表すのがアナログ、標本化と量子化を経て離散的な数値で表すのがディジタルである。CDは音声を数値化して記録する媒体なので、格納されるのはディジタルデータとなる。

  出典：令和3年度 秋期 ITパスポート試験 問89（IPA）