デジタル

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デジタル英語: digital, 英語発音: [ˈdiʤətl]。ディジタル)量とは、離散量(とびとびの値しかない量)のこと。連続量を表すアナログと反対の概念である。工業的には、状態を示す量を量子化・離散化して処理(取得、蓄積、加工、伝送など)を行う方式のことである。

計数(けいすう)という訳語もある。古い学術文献や通商産業省の文書などで使われている(アナログコンピュータとの分類のために(普通の)コンピュータを「ディジタルコンピュータ」としたような場合の訳など)。digitalの語源はラテン語の「 (digitus)」であり、数を指で数えるところから離散的な数を意味するようになった。

概要[編集]

データの数値化にあたっては量子化を行い、整数値(すなわちdigit)で表現する。例えば、上昇中の位置では、階段の何段目かがデジタルで、坂道中の位置がアナログである。整数で表現するか、実数で表現するかの違いがある。デジタルでは、データ量を離散的な値(離散量)として表現することになり、それらの中間の量は誤差を含んだ隣の離散量で表現する。この誤差は適切な量子化を行うことで実用上影響のない範囲にすることができ、データ量に比例したアナログ量を用いるのとほぼ等価な処理が提供できる。

今日のコンピュータの主流であるデジタルコンピュータのほとんどが、物理的な表現形式(電圧の高・低など)に数を写すのに二進法を用いるので、デジタルは0と1から成るという説明がよくなされるが、必ずしも二進である必要はなく、連続的ではなく離散的に数を表現するもの、例えばそろばんなどもデジタルである(しかし、本来の語を意識しない「デジタル」という表現と同様、「そろばんはアナログ」などという誤謬が大変広まっている)。正確には、二進とか十進とかいうのは「表現」であって、「二進数」とか「十進数」といった語は便宜的なものに過ぎず、実数と複素数といったような、数学的に「数」として異なったものであるわけではない。

表記[編集]

「数」や(記数法の)「桁」を意味する英単語の「digit, ディジット」の類語であり、その発音が[英語発音: [ˈdiʤətl]]であることからも、カタカナでは「ディジタル」とするのが自然であり、日本工業規格 (JIS X 0001, JIS X 0005) でも、「ディジタル」(ディジタル計算機、ディジタル化する、ディジタルデータなど)になっている(発音の点では、disk=ディスク、display=ディスプレイなどと同様)。論文など学術的な文章ではそちらのほうが多い。

しかし、(当記事の記事名のごとく)「デジタル」という表記が「一般的」だと主張されることも多く、果ては逆にそれにつられて"degital"と誤表記されることも少なくない。

特徴[編集]

デジタルデータは、離散値として数値化しているので、アナログデータと比べて劣化しにくい特性をもつ。伝送・記録再生などを行う場合、デジタル量もアナログ量と同様に電圧電流などの電気信号に置き換えて取り扱われる。外乱が生じて信号にノイズが混入した場合、アナログ処理では特別な処理を行わない限り信号に混じったノイズを取り除くことが困難である。これに対しデジタル処理では、数値は離散化してあって中間値をもたないので、ノイズによって生じた誤差が一定量以下ならばそれを無視でき、数値データを劣化する前の値に復元することができる(例えば、データが整数表現の場合、1がノイズによって0.8や1.2に変化しても1と認識させられる)。

実際の記録・伝送などではノイズなどの影響が無視できず、元のデータと異なるデータが再生されてしまうこともある(1が0.4または1.6に変化すると、異なる値0または2として再生される)。しかし、データをあらかじめ誤り訂正符号などを使って冗長化しておくと、途中で劣化しても自動的に修復したり、誤りの発生を検出して再送を要求したりすることができ、信頼性の高い処理を提供することが可能になる。

デジタル処理[編集]

デジタル化処理[編集]

アナログデータをデジタルデータに変換することを「デジタル化する」、「デジタイズする」などという。

デジタル処理の適用[編集]

デジタルデータをそのまま扱う場合について述べる。

実際のデジタル処理では、2進数1桁をビットとし、8ビットなどのまとまった単位をオクテットまたはバイトとして取り扱い、さらにそのまとまりをワードという単位として取り扱うことが多い。これは処理装置や記憶装置の語長に合わせて効率よく使えるようにするためである。

デジタルデータにおいては、表現可能な数値範囲を超えたり、最小値に近い数値を扱ったりする際には注意が必要である。 アナログ処理では、多少入力電圧が規定より超過しても影響がないか、わずかな影響で済む場合もある。しかしデジタル処理では、定義された最大値を超えた場合には桁あふれ(オーバーフロー)となり、以後の演算処理の結果は保証されない。また、最小値に近い数値では量子化誤差が無視できず、S/N比の劣化として現れることがある。さらに、数値計算の際に不用意な処理手順による桁落ちが生じ、著しい有効桁数の減少を招くこともあるので、注意を要する。

符号化[編集]

様々な分野でそれぞれ適切な表現形式を用いてデータを符号化している。

  • 数値は、整数や浮動小数点型、固定小数点型などとして扱える。
  • 文字は、文字コードで文字とコードを対応させることができる。
  • 音声は、PCMなどでデジタル化できる。楽譜情報を電子化したものはMIDIMMLなど。
  • 絵、映像は、RGBなどの成分に分解し、各色の明るさなどを数値化する。
  • 図形は、ベクタ形式による。この形式は、狭義には線分の始点と終点の座標を数値で記録する。広義には、各種の図形に対して、例えばなら、「図形コード=円、中心座標、半径」を記録する。これらのデータからの例えば円を描くことは図形表示ソフトウェアに任せる。

関連項目[編集]