D/A変換

記事数:(3)

規格

動画制作の基礎:D/A変換とは

映像の世界を探求する上で、まず理解しておくべき大切なことの一つに、デジタルとアナログの違いがあります。この二つの表現方法は、まるで違う言葉を話すように、情報を記録し、伝える仕組みが異なっています。デジタルとは、情報を数字で表す方法です。情報をとても細かい粒状の数字の集まりに変換することで記録や処理を行います。パソコンやスマートフォンなど、私たちの身の回りの多くの電子機器は、このデジタル方式を採用しています。これらの機器の中では、すべての情報が0と1の二つの数字の組み合わせで表現されています。例えば、文字や画像、音声、動画など、あらゆる情報が、0と1の長い列に変換されて保存され、処理されているのです。まるで、点描画のように、無数の点が集まって一つの絵を作り上げるように、デジタルは飛び飛びの数字の組み合わせで、複雑な情報を表現しています。一方、アナログは、情報を連続的に変化する量で表す方法です。例えば、昔のレコードを考えてみましょう。レコードには、音の波形がそのまま溝の深さに刻まれています。針がレコードの溝をたどることで、溝の深さの変化が電気信号に変換され、音が再生されます。この溝の深さのように、連続的に変化する量で情報を表現するのがアナログの特徴です。温度計の水銀も、温度が上がると水銀柱が伸び、温度が下がると水銀柱が縮むことで、温度という情報を連続的に表現しています。また、昔の時計の針も、連続的に動くことで時間を表現しており、これもアナログ表現の一例です。このように、デジタルは飛び飛びの値で、アナログは連続的な値で情報を表現します。この違いが、デジタルとアナログの本質的な違いであり、それぞれの利点や欠点を生み出しています。映像制作においても、デジタルとアナログの特性を理解することは、表現の幅を広げる上で非常に重要です。
画質

動画の画質劣化を防ぐには?量子化ノイズを理解しよう!

音を伝える電話や、景色を写し取る写真、動きのある映画など、私たちの身の回りにはたくさんの情報を伝える手段があります。これらの多くは、もともと滑らかに変化する値で表現されています。例えば、マイクで拾った音の大きさや、フィルムに焼き付けられた光の強さは、連続的に変化する値です。このような滑らかに変化する情報を「類推的な信号」と言います。一方、コンピュータは数値で情報を処理します。数値は飛び飛びの値なので、滑らかに変化する「類推的な信号」をコンピュータで扱うには、階段状の値に変換する必要があります。この変換を「量子化」と言い、量子化によって得られた信号を「数値的な信号」と言います。「数値的な信号」は、階段の段のように、飛び飛びの値しか取ることができません。この変換の過程で、どうしても「類推的な信号」と「数値的な信号」の間に誤差が生じます。滑らかな曲線を階段状の線で近似する時、どうしても曲線と直線の間に隙間ができます。音の大きさであれば、この隙間は耳障りな雑音として聞こえます。映像であれば、色の変化が滑らかでなくなり、画質が落ちて見えてしまいます。これが「量子化雑音」です。「量子化雑音」は、「類推的な信号」を「数値的な信号」に変換する際に必ず発生するため、完全に無くすことはできません。雑音を小さくするには、階段の段数を増やす、つまり、より細かい間隔で値を表現できるようにする必要があります。しかし、段数を増やすほど、扱うデータの量も増え、コンピュータの処理に負担がかかります。したがって、「量子化雑音」を許容できる範囲に抑えつつ、データ量も適切な範囲に収める調整が重要になります。「量子化雑音」は、便利な「数値的」な世界と、豊かな表現力を持つ「類推的」な世界の橋渡しをする際に、私たちが支払う代償と言えるでしょう。
画質

量子化ノイズ:デジタル化の落とし穴

音を絵や動画といった、もともと連続的な変化を持つ情報を、計算機で扱うためには、デジタル情報に変換する必要があります。この変換処理を量子化と言いますが、この過程でどうしても避けられないのが、量子化雑音と呼ばれるものです。もともと連続的に変化する音の波形を、計算機が理解できる数字の列に変換するには、波の高さを飛び飛びの値で表現する必要があります。例えば、滑らかな曲線を、階段状の線で近似するように考えてみてください。階段の段差が細かければ細かいほど、元の曲線に近い形になりますが、それでも完全に一致させることはできません。階段の段差一つ一つが、元の曲線とのズレを生み出しています。このズレこそが、量子化雑音の正体です。量子化雑音は、元の音の波形と、デジタル化された波形のわずかな違いとして現れます。この雑音は、元の音には含まれていない、全く新しい音として耳に聞こえることがあります。音の高さや大きさ、録音時間などによって、この雑音の聞こえ方は変わってきます。一般的に、音の大きさが小さい部分では量子化雑音の影響が大きく、雑音が目立ちやすくなります。逆に、音の大きさが大きい部分では、元の音に埋もれてしまい、雑音はあまり気になりません。この量子化雑音を減らすためには、階段の段差を細かく、つまり、より多くの段階を使って音を表現する必要があります。これは、デジタル化の際に使うビット数を増やすことに対応します。ビット数が多いほど、より細かい表現が可能になり、量子化雑音は小さくなります。しかし、ビット数を増やすと、それだけデータ量も大きくなってしまうため、容量や処理速度との兼ね合いも重要になります。音をデジタル化する際には、音質とデータ量のバランスを考慮して、適切なビット数を選ぶ必要があります。