１９．動画のデジタル表現

本日は動画のデジタル表現について学びます。フレームとフレームレート、そしてデータの圧縮と復元、そしてそれらがどう動画の質とデータ量に影響を与えるのかを理解します。特に、YouTubeやTikTokといったプラットフォームでよく見かける動画の技術について考えます。

黒板

授業

動画の構成要素

さてなおや君、動画を一言で言うと何だと思う？

ええと、動いてる画像？

確かにそうだね。でも、もう少し詳しく言うと、動画は静止画像（フレーム）の連続だよ。

なるほど、それが連続することで動いて見えるんだね。

フレームとフレームレート

それで、動画には「フレームレート」というものがあるんだけど、これは何だと思う？

うーん、レートって何かの速度とか頻度のことだよね。何かのレート？

その通り。フレームレートとは、一秒間に表示されるフレーム数のことを指すんだ。例えば、30fps（フレームパーセカンド）は、1秒間に30フレームが表示されることを意味しているよ。

なるほど、だからフレームレートが高いと、動きがスムーズに見えるんだね。

データ量との関係

そうだね。ただ、フレームレートが高いと何が起こると思う？

うーん、もっとリアルに見える？

それもあるけど、もっと直接的な影響として、データ量が増えるんだよ。なぜなら、それだけ多くのフレームを表現する必要があるからだね。

ああ、なるほど。だからYouTubeとかで画質を下げると、動きがカクつくことがあるのかな。

データの圧縮と復元

さて、動画ファイルは大容量になりがちなんだけど、そのまま保存していたらすぐにストレージがいっぱいになっちゃうよね。そこで重要なのがデータの圧縮だよ。

圧縮って、データを小さくするんですよね？でも、小さくしたら中身が損なわれてしまうんじゃないんですか？

良い質問だね。圧縮には主に「可逆圧縮」と「非可逆圧縮」の2種類があるんだ。

へー、可逆圧縮と非可逆圧縮、何が違うんですか？

「可逆圧縮」は圧縮したデータを完全に元通りに戻せる圧縮方法で、データが一切失われない。一方、「非可逆圧縮」は圧縮したデータを元に戻すときに、一部の情報が失われる。ただし、非可逆圧縮は可逆圧縮よりも圧縮率が高いんだ。

非可逆圧縮って、失われてしまう情報って何なんですか？

良い質問だね。非可逆圧縮では、人間が気づかないような情報を取り除くことが多いんだ。例えば、映像では動かない背景や、音声では人間の聴覚が感知できないような音を削除することがあるよ。

なるほど、だからYoutubeの動画とかでも、画質がそんなに落ちないんですね。

その通り。非可逆圧縮技術の進歩により、見た目や聴き心地にほとんど影響がないレベルでデータを圧縮できるようになったんだ。

すごいですね！でも、どんな技術が使われているんですか？

動画の圧縮技術

動画の圧縮技術は複雑で、完全に理解するには専門知識が必要だけど、基本的な考え方を説明できるよ。

お願いします！

動画の圧縮では、まずフレーム間で変化が少ない部分を見つけ出すんだ。この「変化が少ない部分」を利用してデータ量を削減するんだよ。

へー、それがどうやってデータ量を減らすんですか？

例えば、あるフレームと次のフレームで背景が全く変わらない場合、それぞれのフレームで背景を詳細に記述する必要はないよね？その代わり、背景がどういう風に変わらないか、つまり「差分」だけを記録するんだ。

なるほど、だから動きが少ない部分はデータ量を減らすことができるんですね。

その通り。これにより、大量のフレームを効率的に圧縮することができるんだよ。

技術ってすごいですね。今日は新しいことをたくさん学びました！

それを聞いて嬉しいよ。でも、まだ学ぶことは山ほどあるから、次回も楽しみにしていてね！

まとめ

名言解説

落合陽一氏は、デジタルテクノロジーと芸術を融合させたメディアアーティストであり、教育者、そして起業家です。彼の活動は多岐にわたり、革新的な視点で世界を見つめ、その理解を広めることに情熱を注いでいます。彼の名言、「十分に発達した計算機群は、自然と見分けがつかない」とは、テクノロジーの進化により、人工的な計算能力が自然の複雑さを模倣、またはその一部となり得ることを示しています。

動画は画像や音声のデジタルデータの連続で、その基礎には数字（ビット）による表現があります。映像や音声をデジタルデータに変換する過程（デジタル化）では、自然界の連続的な現象が離散的なデジタルデータに変換されます。そしてそれらは、高度な計算能力を持つコンピュータによって処理、再現されます。十分に進化したテクノロジーにより、これらのデジタル表現は自然のものと見分けがつかないほどの精密さを実現できます。

皆さんにとって、これは、デジタルテクノロジーがどれほど自然界を再現できるかを理解し、その可能性を追求する契機となるでしょう。そして、それはテクノロジーと自然が一体となる未来への一歩ともなります。情報Ⅰを学び活用する事で、自分たちの創造性を最大限に引き出してください。新たな発見があなたを待っています。

問題

「クイズをスタート」のボタンをクリックすると、５問出題します。さあチャレンジ！

編集者ひとこと

以前は動画を録画するのもVHSという大きなビデオテープのカセットを使って、2時間くらい録画するのがやっと。これがデジタル化されて、DVDの円盤に録画できるようになり、さらに圧縮技術が進み、わざわざ録画しなくてもYoutubeやNetflixのようなサービスを通じて好きな時に動画が見れるようになりました。デジタルの技術だけでなく、サービスの進化も重要なポイントですね。
次回は「コミュニケーション手段の発展と特徴」を学びます。お楽しみに。