🌈デジタルデータってなに 0⃣1⃣0⃣1⃣→5⃣

2024年4月2日 12:13

どうもアナログ世代にとって、デジタルデータがどういうものか分かっていないように思います。

アナログを否定するつもりもないし、音楽で言えばアナログな音は好きですし、アナログ時計も好きです。

1. 基礎

さて、本題のデジタルデータとはなんでしょうか。

よく聞くのは数字の 0 と 1 で表されるものです。

しかし厳密に言うと少し違い、電気信号のレベルまで掘り下げると、実際は電流が流れるか流れないか（ONとOFF）の繰り返し情報をデジタルデータと呼んでいます。

（CDなどは内部に凹凸を持ち、その凹と凸をレーザーで読みとって電流に変えています）

コンピュータ上では人間様にわかるよう 0 と 1 を使用した 2 進数という表記を用います。これをバイナリデータと呼びます。しかし2進数は読みずらいので、実際には 16進数で表記されています。

以下は左が二進数で右が10進数（つまり普通の数字）。

0000 → 0 0001 → 1 0010 → 2 0011 → 3 0100 → 4
0101 → 5 0110 → 6 0111 → 7 1000 → 8 1001 → 9
1010 → 10 1011 → 11 1100 → 12 1101 → 13 1110 → 14
1111 → 15

ちなみに二進数の 0 か 1 の数字 1つを1ビットを呼び、それが 8 つ集まると 1バイトになります。

みなさんがよくお聞きになるのはギガしょうか。

ギガバイトとは
1ギガバイト (GB) は、2の30乗バイトです。
2の30乗は、1,073,741,824バイトとなります。

ネットワークの回線速度を示す1Gbpsとは
これは少し違います。bpsとは Bits Per Second を意味します。1秒間に送信できるビット数を示します。つまりバイトに直すなら 8で割らないといけないんです。

デジタルデータはときに誤りを生むことがあります。例えばハードウェアの不具合であったり外部からのノイズによって起こります。

勿論ネットワーク経由では、それが破損することもあります。しかし、元のデジタルデータと全く同じでなければ意味をなさいので、それを訂正する機能が存在します。

それを補うために、誤り検出とそれを訂正する仕組みがあります。

専門家ではないので（あと調べながらなので）詳しくは説明できませんが、簡単なものが以下です。

1111 1111 というデータを送信したとします。
このとき予め、「8ビットのデータを送るよ」と伝えます。
そして、上記の場合は 10進数で表すと 15 なので奇数だから、8ビット送り終えたあとに 0 という 1ビットを送信します。また、送信した 8ビットが偶数であれば 1 を送信します。

この最後に送る 1ビットのをチェックサム（言い回し変化も）といいます。

こうすることで、8ビットに誤りがあるかどうかを検出できます。ただし、これは分かり易いよう簡単にした例です。イメージだけして頂ければいいと思います。

実際はもっと複雑な、パリティチェックなど色々な方式があるようです。
しかし専門家でないので、そこまで理解できないっていうか、そこに興味が湧かなかったので調べませんでした。

そして誤りの訂正ですが、誤ったデータだったを受け取った場合、「もう一度送って」とリクエストするわけです。

上記のようなことが、ファイルをコピーする際に、OSレベルで行われます。

しかし、コピーは少し違うようです。上記のような処理ではなく、ファイルをコピーしている間にデジタルデータ全体に対するハッシュ値を求めるようです。

このハッシュ値というのは色々あり、MD5、SHA-1、SHA-256などが有名なようです。

ハッシュ値とは、データ全体に対して特殊な計算を施して導かれた値です。そのデジタルデータが 1ビットでも変化すると、全然違う値になります。

そしてコピーが完了すると、コピー先データのハッシュ値を求め、照合を行うのです。

デジタルデータは変わりません。それが音声であれ画像であれ。不変です。

ただし、変換した場合はその限りではありません。

例えばWAVEファイルをMP3にしたら、確実に別物です。
20hz以下はすべてカットされ、人の可視聴域に最適化されると記憶してます。

PNGファイルをJPEGファイルにしても別物です。
画像は同じように見えても、JPEGにしたことによる劣化が起きます。

少し難しい話でしたけど、お分かり頂けましたでしょうか？

たまにこうして調べながら記事を書くのもいいですね。勉強はあまり得意ではありませんが、知識が増えることは楽しいです。

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