標本化（サンプリング）とは？

標本化（サンプリング）の意味

アナログの音声や映像信号を一定の時間間隔で区切り、その瞬間の信号の値を取り出してデジタルデータに変換する処理。1秒間に何回信号を取り出すかを示す値をサンプリング周波数（サンプリングレート）と呼び、単位はHz（ヘルツ）で表される。サンプリング周波数が高いほど元のアナログ信号を細かく再現でき音質は向上するが、その分データ量も増える。アナログ信号をデジタル化する過程は、標本化に続いて量子化・符号化という手順で行われる。

標本化（サンプリング）の具体例

音楽CDのサンプリング周波数は44.1kHzで、1秒間に44,100回音の波形を測定してデジタルデータに変換している。

標本化（サンプリング）は試験でどう引っ掛けられる？

標本化は「時間軸」を区切る処理であり、「振幅（信号の強さ）」を段階的な数値に変換する量子化と混同しやすい。

標本化（サンプリング）と関連する用語

• 量子化
• MP3
• 可逆圧縮・非可逆圧縮

標本化（サンプリング）が出た過去問

• システム監査における，サンプリング（試査）に関する用語の説明のうち，適切なものはどれか。

  正解：許容逸脱率とは，受け入れることができる所定の内部統制からの逸脱率であり，監査人がサンプルの件数を決めるときに用いられる指標である。

  要点：許容逸脱率は受入れ可能な逸脱の割合でサンプル件数を左右する。

  許容逸脱率とは、監査人が内部統制の有効性を認めるうえで受け入れられる、統制からの逸脱の割合である。この率を低く設定するほど必要なサンプル件数は多くなるため、サンプルサイズを決める際の指標として用いられる。試査は母集団の一部を抽出して全体を推し量る手法であり、その前提を理解しておく必要がある。

  出典：平成30年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問58（IPA）

• ワークサンプリング法の説明はどれか。

  正解：観測回数・観測時刻を設定し、実地観測によって観測された要素作業数の比率などから、統計的理論に基づいて作業時間を見積もる。

  要点：ワークサンプリングは瞬間観測の比率から作業時間を統計推定する

  ワークサンプリング法は、あらかじめ決めた時刻に瞬間的な観測を多数回行い、各作業が観測された回数の比率から作業時間の構成を統計的に推定する手法です。連続観測が不要なため、一人で複数の対象を効率よく調べられます。

  出典：令和1年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問75（IPA）

• 音声を標本化周波数10 kHz、量子化ビット数16ビットで4秒間サンプリングして音声データを取得した。この音声データを、圧縮率1／4のADPCMを用いて圧縮した…

  正解：20

  要点：音声データ量＝標本化周波数×量子化ビット数×時間÷8

  1秒あたり10,000回の標本化で1標本16ビットなので、毎秒160,000ビット＝20,000バイトになります。4秒間では80,000バイト、すなわち80kバイトです。これを圧縮率4分の1のADPCMで圧縮すると20kバイトになります。標本化周波数×量子化ビット数×秒数をビットで求め、8で割ってバイトに直す手順を守るのがポイントです。

  出典：平成28年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問22（IPA）

• サンプリング周波数40kHz、量子化ビット数16ビットでA/D変換したモノラル音声の1秒間のデータ量は、何kバイトとなるか。ここで、1kバイトは1,000バイト…

  正解：80

  要点：音声のデータ量＝標本化周波数×量子化ビット数÷8

  1秒間のデータ量は、サンプリング周波数×量子化ビット数×チャネル数で求める。モノラルなので1チャネルとして、40,000回／秒×16ビット＝640,000ビット／秒となる。これを8で割ってバイトに直すと80,000バイト、すなわち80kバイトである。

  出典：平成30年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問4（IPA）

• 音声を標本化周波数10kHz、量子化ビット数16ビットで4秒間サンプリングして音声データを取得した。この音声データを、圧縮率1/4のADPCMを用いて圧縮した場…

  正解：20

  要点：音声データ量＝標本化周波数×量子化ビット数×時間÷8（バイト）

  標本化周波数10kHz、量子化16ビットなので1秒あたり10,000×16＝160,000ビット、4秒では640,000ビット＝80,000バイト＝80kバイトになる。これをADPCMで1/4に圧縮するので80÷4＝20kバイトである。

  出典：令和1年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問22（IPA）