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デジタルとは?

デジタル(英語: digital, 英語発音: [ˈdiʤətl]ディジタル)とは、整数のような数によっていて、離散的である(とびとびの値しかない)ということ。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。語源はラテン語の「 (digitus)」であり、指でかぞえる、といった意味から派生して、(離散的な)数あるいは数字というような意味となった。

目次

  • 1 概要
  • 2 表記
  • 3 特徴
  • 4 デジタル処理
    • 4.1 デジタル化処理
    • 4.2 デジタル処理の適用
  • 5 符号化
  • 6 脚注
  • 7 関連項目

概要

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)で表現するのが一般的である。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、桁数を無限にした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では、0と1だけからなる二進法を物理的な表現形式(電圧の高・低など)として用いるので、デジタルは0と1から成るという説明がよくなされる。しかし、5者択2符号などにより2状態の素子5個を使って直接十進法を扱うデジタルコンピュータなどもあるように、デジタルは0と1から成るという説明は完全な間違いであって、デジタル=バイナリではない。「二進法」というのは、数の表記法であって数そのものではない。デジタル(ディジタル)という語そのものには、数を二進法で表記する、というような意味は含まれていない。

表記

一般的には「デジタル」と表記されることが多いが、日本工業規格 (JIS X 0001, JIS X 0005) では、「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。これは、"digital" のつづり "di" を意識してのことである(disk=ディスク、display=ディスプレイなどと同様)。

特徴

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短期的には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、誤りを無視する、途中で劣化しても自動的に修復する、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

デジタル化処理

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。

詳細は「デジタイズ」を参照

デジタル処理の適用

デジタルデータをそのまま扱う場合(単純なリニアサンプリング)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、入力が仕様より超過した場合、影響は連続量的である。少しの超過では影響が少なく、大きいと過大な影響がある。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

符号化とは対象を上限のある整数に変換することで有り、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。

脚注

  1. ^ 他に、浮動小数点数によるサンプリングや、ΔΣ変調などもある。

関連項目

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出典:wikipedia
2019/07/23 14:08

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