音声、静止画像、動画像の符号化

					2007年05月01日
情報科学類 コンピュータリテラシ

                                       筑波大学 システム情報工学研究科 
                                       コンピュータサイエンス専攻, 電子・情報工学系
                                       新城 靖
                                       <yas@is.tsukuba.ac.jp>

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■連絡事項

次回5月8日火曜日は、教室 3A309 に集合。
手引き(教育用計算機システム使用の手引き)を持って来る。
The Unix Super Text の次の章を読んでくる。上巻10章、23章。

■補足

Emacs

キーと操作の割り当て(bindings)は、英単語を元になっている。
よくつかう操作は短く、滅多に使わないものは長く。
- 1 ストローク: C-キー, M-キー,
- 2 ストローク: Esc キー(M-キーの代わり), C-x キー, C-c キー
- M-x の後に名前
Emacs は、プログラムを記述するのに使う。リテラシの後半では、Web ページや TeX の文書を作成するために使う。今後４年間、コンピュータに向かう日で使わない日はなくなる。
テキスト・エディタは、思考の速度を決める。一般的には、人間の脳の速度に手が追いつかない。ワードプロセッサでは、遅すぎて思考が妨げられる。
表示が乱れたら、C-l (recenter)。
C-u は、「引数」があることを意味する。例: C-u 10 C-f で、10 文字進む。数を省略すると 4 の意味。C-u C-u で 16 の意味。
Esc q (M-q) で、テキストの右揃えをしてくれる。C-u 数 M-x set-fill-column で文字数 (ASCIIでのカウント)が変更できる。漢字(表示幅がASCIIの2倍)だと ASCII の半分になる。

引数とは、コマンドや関数に与えるデータのうち、実行開始前に与えるもの。データは、実行開始後にファイルやネットワークから得ることもある。

例：「cat コマンドに引数として ~/.cshrc を与える。」

tcsh でも、Emacs 風のキーが使える。

Emacs の C-f,C-b,C-p,C-f,C-a,C-e,C-SPC,C-w,C-k,C-y 等のカーソル移動のキーが同じように使える。特に C-p (^P) は、前に打ったコマンドを繰り返すのに便利。
^I (Control+I) で、ファイル名の補完(completion)が使える。
bindkey コマンド (bindkey -l) で全体が表示される

クリップボード。MacOSX 用のアプリケーション間でコピー＆ペーストを行う時に利用するメモリ。単純なテキストだけでなく、形式付きテキストや画像も保持できる。

■音声の符号化

音をコンピュータで扱うには、次のような手順になる。

音を電気信号に変える（マイクロホン）
電気信号をビット列(整数)に変える（Ａ／Ｄコンバータ(analog-to-digital converter)）
コンピュータで計算／通信／蓄積する
ビット列(整数)を電気信号に変える（Ｄ／Ａコンバータ(digital-to-analog converter)）
電気信号を音に変える（スピーカ）

ディジタルになった音データの品質は、次の数で決まる。

標本化レート(サンプリング・レート、空間量子化レート): 電気信号を数に変える頻度。１秒辺り回数(Hz (ヘルツ))で表す。
量子化数(サンプリング・サイズ、時間量子化): 数に変える時に何ビットで表わすか。ビットで表す。
チャネル数(チャンネル数(channel)): ステレオなら２。（単位なし）

アナログ信号のディジタル化

ＣＤ品質の音(Compact Disc)

サンプリング・レート：44,100 Hz
サンプリング・サイズ：16ビット
チャネル数：2

CDに含まれているデータ量。

44100 [回/秒] *16 [ビット] * 2 ==1,411,200 [ビット/秒]
1,411,200 [ビット/秒] * 60 [秒/分] *70 [分/枚] == 5,927,040,000 [ビット/枚]
5,927,040,000 [ビット/枚] / 8 [ビット/バイト] == 740,880,000 [バイト/枚]
～740 M [バイト/枚]

電話品質

サンプリング・レート：8000Hzくらい
サンプリング・サイズ：8ビットくらい
チャネル数：1

1秒当たりのデータ量

8000 [回/秒] * 8 [ビット] * 1 == 64000 (64k) [bit]

1時間当たりのデータ量

64k [bit/秒] * 60 [秒/分] * 60 [分/時間] == 230,400 k [ビット]== 230,400,000 [ビット]

電話も、CD より音質は悪いが長電話すると、相当なデータ量になる。

「*」は、コンピュータで掛け算を表す。割り算は、「/」。

音の符号化の方法（圧縮方法）：

PCM(Pulse Code Modulation)
DPCM(Differential PCM)。差分を使う。
ADPCM(Adaptive Differential PCM)。差分を特別なコードで表わす。
無音エンコーディング。無音部分を長さで置き換える。
対数を使う。（μ法則、Ａ法則）
MP3

Layer-3 の他に Layer-1 と Layer-2 が定められている。数字が大きくなるほど圧縮率がよく、Layer-1 で1/4, Layer-2 で 1/6から1/8, Layer-3 で 1/12から 1/14 の圧縮が可能になっている。これらの圧縮方式は、互換性が保たれるようになっており、 Layer-3 で圧縮されたデータをデコードできるシステムは、より低い Layer-1, Layer-2 のデータもデコード可能になっている。

MP3　は、「劣化圧縮」の技術を用いている。人間の耳では気が付かない部分のデータを復元できない形で落とすことで高い圧縮率を実現している。

データの落し方が、音質を左右する。データの落し方は、圧縮プログラム（MP3 エンコーダ、エンコーディング・プログラム）で違う。圧縮「率」だけ上げるのは簡単。

MPEG-2 や MPEG-4では、AAC (Advanced Audio Coding)と呼ばれる音声圧縮方式も利用可能になっている。

Apple は、MP3 よりも AAC の方が音質が良いと主張している。

◆エラー訂正

CD の音質がよいことの理由のひとつ。

チェックサムによる誤り検出

保存（通信）するデータに、ビット列を数の並びと思った時の合計（sum）を付加する。合計が在っていれば、データが正しい、そうでない場合、どこかでデータが壊れた（誤りが含まれた、エラーが生じた）とと判断する。その場合、もう一度、正しいデータを得ることを試みる。

実際には、検出して再び試みる（再転送）ではなくて、冗長(redundant)なデータをうまくつかって、回復させる方法がある。その１つで良く使われるのが、 CRC (Cyclic Redundancy Check) と呼ばれる方法である。

◆CD (digital)は、音がいいか

アナログのレコードより、ディジタルの CD の方が音がよいか。

CD では、ディジタルで記録された情報は、ディジタルの範囲では正確に再現できる。

音がよいかは、ディジタル以外の部分に大きく依存する。

ミキシング
Ａ／Ｄコンバータの性能
Ｄ／Ａコンバータの性能

■静止画像の符号化

画像は、細かい細かい点(画素、ピクセル、pixel)の集合として扱える。

画像の品質は、次の２つの数で決まる。

画素の数
１つの画素での色の数。色の深み。階調。

◆ビットマップ

１つの画素を、１ビット（白か黒）で表す。

フォークとナイフの絵のビットマップによる表現(小さいもの) フォークとナイフの絵のビットマップによる表現(拡大)

◆色と階調

色と階調には、次のような種類がある。

白黒。２階調。Ｆａｘ。
グレースケール。明るさだけ。
カラー。

カラーでも、１ピクセルに使うビット数で、いろいろな種類がある。

3ビット(Red, Gree, Blue で１ビット)。８色(2の3乗)。
8ビット。256色(2の8乗)。
16ビット。6万色(2の16乗)。
24ビット。1677万色(2の24乗)。

色の名前の付け方には、いろいろある。

RGB, Red Green Blue。
CMYK (シアン、マゼンダ、黄色、黒)。

◆画素数の感覚

コンピュータのモニタの画素数は、1000x1000==100万画素くらい。 iMac は、1680x1050==1,764,000画素。
最近(2007年)のディジタル・カメラは、1000万画素を越えているものもある。
プリンタの画素数は、A4で 3万x4万==12億くらい。
一般の印刷物は、コンピュータのプリンタよりもずっと多い。

◆解像度

単位面積あたりの画素数を、解像度という。

横（水平方向）、縦（巣直方向）ごとに、単位「長さ」当りのピクセル数で図ることが多い。よく使われる単位は、dpi (dot per inch)。

画面: 72 dpi
よく使われるコンピュータのプリンタ: 300-6000 dpi

◆画像のデータ量の計算

画素数 ×１画素あたりのビット数
縦のドット数 ×横のドット数 ×１画素あたりのビット数

コンピュータ１画面の

1000 ドット x 1000 ドット x 24 ビット == 24,000,000 ビット。

◆圧縮

画像は、大きいので、「圧縮」したい。つまり、同じ画像をより小さなデータ量で表現したい。

Run-length圧縮。連続する白や黒を、何個続くかで表す。Ｆａｘで使われている。
周辺を予想する。(横だけでなく縦方向もつかう。)
劣化式圧縮。劣化圧縮。人間の目に気がつかない所でデータの一部を捨てる。JPEGで, MPEG使われている。

◆JPEGと劣化式圧縮

JPEG は、写真のディジタル・イメージ（カラー静止画像）を圧縮する方法の１つであり、現在 WWW でも広く利用されている。ディジタル・カメラでは、写真を保存するために JPEG 形式を使っているものがある。

JPEG は、ITU (International Telecommunications Union, 旧 CCITT) と ISO の共同作業グループ(Joint Photographic Experts Group) により作成された規格である。正式には、JFIF (JPEG File Interchange Format) という。

JPEG は、劣化式圧縮の１つである。JPEG では、人間の目で見た時にあまり気が付かない部分のデータを取り除く。その結果、写真の見た目の質を落とすことなく、高い圧縮率を実現している。JPEG で圧縮時に捨てられたデータは、展開時に回復させることはできない。

このような性質から、JPEG は、写真のようなイメージを圧縮するために向いている。逆に、図形やイラストなどの保存には、適さない。このようなものは、劣化式ではない圧縮アルゴリズムを使っている PNG 形式の方が適している。

JPEG では、写真を保存する時に、品質を指定することができる。高い品質を指定すれば、劣化が少なくなるが、データ量は多くなる。低い品質を指定すれば、逆になる。

◆画像の形式

画像の表現形式にも、何種類もある。自分が使えるコンピュータで全ての種類の画像が扱えるわけではない。操作する時には、自分が扱えるかどうかを調べる必要がある。場合によっては、形式の「変換」をする必要がある。

よく使えれている画像の形式には、次のようなものがある。

ビットマップ。１つの点が白か黒。圧縮なし。
ピクセルマップ。１つの点が色つき。圧縮なし。
CompuServe GIF。256色。
Microsoft BMP (名前は bitmap だがピクセルマップの一種)
PBM (Portable Bit Map), PGM(Portable Graymap), PPM (Portable Pixelmap),
PNG (Portable Network Graphics)
JPEG
PDF, PostScript, Apple PICT。正確には、ベクトル形式。
X bitmap, X dump image, X PixMap

図? MacOSX 「プレビュー.app (Preview.app)」で保存可能な対応している画像の形式。(クリックで拡大)

◆文字の符号化の意義(再掲)

文字を符号化することには、いくつかの意義がある。

記憶に要する場所の節約になる（画像で表す方法と比較して）。
表示の書体（フォント）、字の大きさを自由に変えることができる。
誰が作っても同じ文字は同じ文字として比較することができる。

比較できることは、検索の時に便利。画像では検索しにくい。

逆に文字を符号化してしまうと、個人の性質を出したい時には、問題がある。たとえば、署名やラブレター。

文字を画像として送ることもできるが、特別に符号化することが一般的である。

漢字の「漢」のビットマップによる表現

◆ベクトル形式の画像

ベクトル、ベクタ、vector

画像をピクセルマップ（ビットマップ）ではなく、輪郭データで表す。拡大しても、ギザギザににならない。表示の大きさによらずデータ量が一定になる。

ベクトル形式の図形（グラフィックス）場合、image とは呼ばないこともある。

円のビットマップとベクトル

◆PostScript

PostScript は、Adobe 社により開発されたプリンタを制御するためのスクリプト言語（プログラミング言語）。 coins のプリンタに印刷する時には、PostScrip 言語のプログラムを作成して、プリンタに送っている。

EPS (Encapsulated PostScript) 形式は、PostScript に描画領域などの情報を付加したもの。

スクリプト言語、プログラミング言語については、後述。

PostSctip 形式のファイルは、テキストなので、テキスト・エディタで表示できる。人間が手で書くこともできる。

◆PDF (Portable Document Format)

元々紙に印刷することを想定して作られた文書を、印刷しないで保存したり配布したりすることを目的として、Adobe 社により開発された形式。

内部にイメージを JPEG 等の形式で圧縮して保持したり、グラフィックスを図形の形で持つこともできる。 PDF は、PostScript を元に設計されている。フォントを埋め込む機能を引き継いでいる。複雑な制御構造は取り払われている。

画面に表示するには、Adobe Reader (Adobe Acrobat Reader)、MacOSX Preview.app, xpdf, GhostScript 等のプログラムを用いる。

MacOSX では、印刷する時に PDF 形式で保存することで作成できる。一般的には、Adobe Acrobat (readerがつかない) や、dvipdf*, GhostScript, その他のフリーのプログラムが使える。

手書きPDF入門というのが以前あった。

◆Scalable Vector Graphics

SVG は、画像を表現するための形式である。

現在、World Wide Web で広く用いられている画像の形式としては、GIF, JPEG, PNG などがあるが、いずれもビットマップ、または、それを圧縮した形式である。この場合、拡大すると画像が荒くなるという問題がある。これに対して、SVG は、ベクトル形式、すなわち、画像の輪郭線を表現したものである。よって、画像を拡大しても荒くなることがない。また、画像の大きさとデータ量は無関係であり、大きな画像であってもデータ量が増えない。

以下は、SVG で直線、長方形、円を記述した例である。

<svg>
<line x1="10" y1="100" x2="100" y2="100" style="stroke:blue" />
<rect x="20" y="200" width="100" height="50" style="fill:red; stroke:red;" />
<circle cx="300" cy="300" r="50" style="fill:yellow; stroke:yellow;" />
</svg>

SVG は、W3C (World Wide Web Consortium)により標準化作業が進められている。XML 形式を用いているが、モデルとしてはPDF や PostScript と似ている。

SVG は、地図を表示するために適している。携帯電話や PDA に対して地図を配信するサービスで SVG がよく使われる。

XML については、後述。

◆フォント

文字を画面に表示するために文字の形のデータをある文字集合について一式そろえたもの。デザインが統一されている。

ビットマップ・フォントとベクトル・フォントがある。

ベクトル・フォントだと拡大しても（解像度が高いプリンタや画面で表示しても）文字がギザギザにならない。

文字の大きさに合わせて別のデータを使うことがある。携帯電話などの小さい画面には、特別にデザインされたビットマップ・フォントが見やすい。

◆アンチエイリアス(滑らかな文字)

文字がギザギザを目立たせないようにするために、中間色を使う。

■動画像の符号化

コンピュータで動画像を扱うには、基本的には、テレビ、映画、アニメーションと同じで、静止画像を次々と切り替えることをする。次の３つの数で決まる。

画素数。
階調。
１秒当たりの画像の数（フレーム数, frame per second, fps）。

これらを全て掛け合わせたものが、ビットレート(bit rate)。１秒当たりのデータ量（ビット数）。(ビットレートの場合、圧縮された後で考えることもある。)

アナログテレビ品質のデータ。

画素数: 235ドット×240ドット
階調: 16ビットくらい?
１秒当たりのフレーム数: 30

１秒あたりのデータ量: 235*240*16*30 == 27,072,000 ビット。

HDTV (高精細テレビ) High Definition TeleVision

画素数: 720ドット×480ドット、または、1280×720ドット
階調: 24ビット
１秒当たりのフレーム数: 60

１秒あたりのデータ量: 720*480*24*60 == 497,664,000 ビット。

DVD (片面２単層)には、約4.7Gバイト(37.6Gビット)のデータを保存することができる。圧縮しないで動画像だけを保存した場合、

37.6 [G bit] / 497,664,000 [ビット/秒] == 約 80 [秒]。

とにかく圧縮したい。

差分をつかう。前の画像との差分だけを記録する。
劣化圧縮。人間の目では気が付かない部分のデータを復元できない形で落している。

DVD は、画質がよいか。

CD (圧縮されていない)と同じように、Ａ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換の問題がある。

さらに、MPEG-2 で圧縮する時に、品質を調整できる。品質を落とせば、長時間録音・録画できる。

平均的な DVD で想定されているデータ量

画像: 3.5 M [ビット/秒] (１秒間に 3,500,000,000ビット)
音声: 384 K [ビット/秒] (１秒間に 384,000ビット) × 3 言語
字幕: 10 K [ビット/秒] (１秒間に 10,000ビット) × 4 言語

音質は、PCM (Linear PCM) なら、CD よりもよくできる。サンプリング・レートやサンプリング・サイズが高くすることで。

Dolby Digital, MPEG Audio (MP3), DTS (Digian Theater Systems) では、CD よりも悪いこともある。ただし、サラウンド（チャネル数が２以上）は、 CD には規格がなく、DVD を選択するしかない。

◆MPEG Moving Picture Experts Group

MPEG (エムペグ) は、動画像と音声を圧縮するための規格の一つである。MPEG という名前は、ISOに設置された専門委員会の名前に由来する。類似の専門委員会には、静止画像の圧縮圧縮方式を定めた JPEG (Joint Photographic Experts Group) がある。

MPEG-1: ビデオテープ程度の画質で、352ドットx240ドットの画像を毎秒30フレームで演奏することができる。Video CD 等で使われている。
MPEG-2: ハイビジョン程度の画質のもので、720ドット×480ドット、または、1280× 720ドットで、毎秒60フレームの演奏が可能である。MPEG-2 は、DVD に使われており、２時間のビデオを数Ｇバイトに圧縮することができる。
MPEG-4: インターネットでの配信にも利用することを目的に開発。

　 MPEG-3 という規格はない。

MPEG-2 形式のデータを再生は、専用のハードウェア、または、一般の CPU で実行されるソフトウェアで行われる。再生時にはそれほど高い計算能力は必要としていないが、作成するためには高い計算能力を必要とする。

MPEG では、動画像の各フレーム間の差分のみを保存することで高い圧縮比率を実現している。さらに JPEG と同様に、ある種の劣化圧縮の技術を用いており、人間の目では気が付かない部分のデータを復元できない形で落している。

■ファイルとディレクトリ(2)

◆ホーム・ディレクトリ(home directory)(再掲)

個人所有のファイルを保存する時に起点となるディレクトリ。

多くのシェル（csh,tcsh,bash,zsh）やEmacsなどでは、ホームディレクトリ「~」(ASCII 7e(16進数))で指定できる

～は、ASCIIの形。 JIS では、￣となることがある。

他人のホーム・ディレクトリは、「~ユーザ名」で指定できるプログラムがある。 (指定できないもプログラムもある。)

「~xxx」と「~/xxx」のように「~」直後に「/」の有無で意味が違う。

/ がない (~xxx): 他のユーザのホーム・ディレクトリ。 xxx はユーザ名として解釈される。
/ がある ~/xxx: 自分のホーム・ディレクトリ以下のファイル（またはディレクトリ）。 xxx はファイル名、または、ディレクトリ名として解釈される。

◆ファイル名の末尾の「～」

名前の末尾に「~」がつくファイルが勝手に作られることがある。多くの場合は、Emacs が編集前のファイルを保存したもの。これは、ホーム・ディレクトリとは関係がない。

例。

literacy-assignment-4.txt: 編集したファイル
literacy-assignment-4.txt~: 編集前のファイル(古いファイル、バックアップ)

拡張子を保存するために、「~」を「.」の前に置くプログラムもある。 MacOSX TextEdit.app など。

Emacs の version-control 機能を使うと、複数の編集前のファイルが残せる。詳しくは、M-x info の Emacs, Backup, Names 参照。

◆ファイル名の拡張子(extension)

ファイルの内容を分かりやすく示すために、ファイル名の末尾（「.」の右側）に短い記号(文字列)を付加する習慣がある。これをファイル名の拡張子という。

例

.txt, .text: ファイルの内容は、テキスト。
.jpg, .jpeg: ファイルの内容は、JPEG 画像
.pdf: ファイルの内容は、PDF形式の文書(テキストと画像)
.html: ファイルの内容は、テキストで、かつ、HTML という言語の文法に従っている。
.c, .h: ファイルの内容は、テキストで、かつ、C という言語の文法に従っている。
.app (MacOSX): ディレクトリの内容は、 MacOSX のアプリケーション・プログラム。
.com, .exe (Windows): ファイルの内容は、CPU で実行可能なプログラム(executable, command)。

Windows では、拡張子を見てプログラムを選択して実行する機能がある。 MacOSX では、拡張子に頼ることなく、別の属性で実行すべきプログラムを保存している。Unix (コマンドライン) では、拡張子と実行するプログラムを関係づける機能はない。シェルが行の先頭をプログラムの名前と解釈する。

注意：ファイルの名前を変更しても、ファイルの内容は変更されない。

% mv file1.png file1.pdf

このようにファイル名の拡張子を変更しても、ファイルの内容（画像形式）は変更されない。

■実習

実習時間中には、以下の課題をできるだけ多く行いなさい。全部を行う必要はない。

★練習問題(61) lsとFinderの比較

次のディレクトリを、ls コマンドと Finder で表示して、比較しなさい。 ( Command

は、Command キー、 Shift

は、Shift キーを意味する。)

~ (ホーム・ディレクトリ) ( H)
/Applications (アプリケーション) ( A)
/Applications/Utilities/　(ユーティリティ) ( U)
/ ( G で、/ と打つ。)
/usr/local ( G で、/usr/local と打つ。)
/usr/local3 ( G で、/usr/local3 と打つ。)

Finder で表示するには、いくつかのディレクトリについては、メニューから選択することもできる。

Finder で表示するには、端末でシェルから open コマンドを使う方法もある。次のように、ディレクトリ名を open コマンドの引数として与える。

% open / 
% open ~ 
% open . 
% open ~/Documents

ディレクトリ名を与える時には、 tcsh の補完機能も使える。

★練習問題(62) Finderの表示方法

Finder の表示方法には、次の３種類がある。

アイコン
リスト
カラム

Finder のウインドウ丈夫のボタン（左右の三角(戻る／進む)の右側）を使って、これらを切り替えなさい。

リスト形式の表示で、ファイルを次の順番で表示しなさい。

名前の順番(ls, ls -l)
名前の逆順(ls -r, ls -lr)
最終更新時刻が大きい順(新しいものが先)(ls -t, ls -lt)
最終更新時刻が小さい順(古いものが先)(ls -tr, ls -ltr)
ファイルの大きさの順番(大きなものが先)(ls -S, ls -lS)
ファイルの大きさの逆順(小さなものが先)(ls -Sr, ls -lSr)

リストの一番上にあるタイトルをクリックするたびに、順番が逆になる。

リスト形式の表示で、子供のディレクトリを表示しなさい。

★練習問題(63) Finderにおける拡張子の表示

Finder は、いくつかの種類のファイルについては、拡張子を表示しない。この機能を使わずに、全ての拡張子を表示させてみなさい。

Finder を実行(Dock で Finder を選択)
「Finder」メニューから「環境設定」を選ぶ( +「,」)
「詳細」タブを開く
「すべてのファイル拡張子を表示」というチェックボックスにチェックを入れる

このように、「すべてのファイル拡張子を表示」とする利点について考えなさい。

★練習問題(64) /Developer/Tools/GetFileInfo

/Developer/Tools/GetFileInfo というプログラムを使って、MacOSX 独自のファイルの属性(type や creator)を調べなさい。

★練習問題(65) MulleSight.appによるカメラからの静止画像の取り込み

iMac には、iSight という動画像のカメラがついている。 /usr/local3/Applications/ にある MulleSight.app というプログラムを用いて、動画像カメラを使って静止画像を取り込むことができる。

MulleSight.app を実行する。

% open /usr/local3/Applications/MulleSight.app

カメラの画像が表示されたら、Capture ボタンを押すか、または、 Edit メニューから「Copy」を選ぶ、または、「+C」を押す。

この結果、「クリップボード」というコピー＆ペーストで用いる場所に保存されている。

クリップボードにある画像を、「プレビュー.app」で保存する。

アプリケーション(/Applications) にある「プレビュー. app(Preview.app)」を実行する。
```
% open /Applications/Preview.app 
```
または、Finder の「移動」メニューから「アプリケーション」を選択し、その中の「プレビュー」をダブルクリックする。
「ファイル」メニューの「クリップボードから新規作成」を選ぶ。
「ファイル」メニューから「別名で保存」を選ぶ。
- 「場所：」として、保存するディレクトリを選択する。ホーム・ディレクトリ、デスクトップ、書類、または、その他の独自のディレクトリを指定する。
- 「名前：」として、mypicture-2006-05 など適切なものを選ぶ。
- 「フォーマット」メニューから、JPEG, BMP, PNG, PDF などを選択する。拡張子が自動的に変化する。
- 最後に「保存」ボタンを押す。

「プレビュー.app(Preview.app)」で画素数と色数は、「ツール」メニューで「情報を見る」を選択すると表示されるウインドウで調べられる。

★練習問題(66) CamGrabber.appによるカメラからの静止画像の取り込み

/usr/local3/Applications/CamGrabber.app を使って、カメラで画像を取り込みなさい。取り込まれた画像は、~/Desktop/CamGrabberPhotos/ に保存される。

★練習問題(67) isightcaptureによる静止画像ファイルの作成

isightcapture は、コマンドラインから実行できる iSight カメラの画像を取り込むプログラムである。次のようにして、実行することで、引数で指定されたファイルに指定された形式で接続された動画像のカメラ(iSight)から静止画像を取り込み、ファイルに保存することができる。

% isightcapture mypicture.jpg 
% isightcapture -w 320 -h 240 -t png mypicture.png

くわしくは、http://www.intergalactic.de/hacks.html

★練習問題(68) ToyViewer.appによる画像と変換

/usr/local3/Applications/ToyViewer.app で画像を表示さなさい。また、形式を変更して保存しなさい。

★練習問題(69) Gimp

/usr/local3/Applications/ にある Gimp.app というプログラムを実行してみなさい。 HM_Interaction( % open /usr/local3/Applications/Gimp.app ) 画像の作成、画像形式の変換、簡単な図形や文字の追加などを行いなさい。

★練習問題(70) OmniGraffle (オムニグラフ)

「/Applications (アプリケーション) 」にある OmniGraffle を実行して、図形の描画を行いなさい。描画した図形を、「ファイル」メニューから「書き出し (Option+ Command

+E)」を選び、画像として出力しなさい。

ユーザーズガイドに含まれているミニ・チュートリアルを行いなさい。 http://www.act2.com/download/includes/additional.php?name=OG4_UserGuide.pdf 。

★練習問題(71) プレビュー.app (Preview.app)による画像形式の変換

「プレビュー.app (Preview.app)」で表示している画像を、「ファイル」メニューから「別名で保存」を選ぶことで、別の名前で、ファイルを作成て静止画像データを保存することができる。この時、形式を変更することもできる。この機能を確認しなさい。

★練習問題(72) システム環境設定／ディスプレイ

システム環境設定(Dock、または、open "/Applications/System Preferences.app") の中の「ディスプレイ」の項目を開きなさい。画面の画素数や色数がどうなっているかを調べなさい。

画素数や色数を変更するとどうなるか調べなさい。観察が終わったら元の状態に戻しなさい。

★練習問題(73) Grab.app

「グラブ.app(Grab.app)」を使って、画面に表示されている内容の一部を取り込みなさい。このプログラムは、次の場所にある。

/Applications/Utilities/Grab.app

取り込む単位としては、次のようなものがある。

選択部分
ウインドウ
スクリーン (画面全体)
タイマー(画面全体だが、10秒後)

単純に保存すると TIFF 形式になる。PNG 等にするには、クリッフポードにコピーして、「プレビユー.app」で開き、保存する。

★練習問題(74) tgifコマンド

tgif を利用して、図を書いてみなさい。 tgif を実行するには、コマンドラインから tgif と打つ。

tgif は、X Window System (X11) の機能を利用して動作する。 tgif を実行する前に X11 を実行(Dock の X11 をシングルクリック)しなさい。そこで開かれた端末で tgif を実行しなさい。

The Unix Super Text 下巻第53章ドローツール参照。 http://www.tobata.isc.kyutech.ac.jp/~daisuke/Manu/tgif/ 参照。 http://ayapin.film.s.dendai.ac.jp/~matuda/Tgif/tgif.html 参照。

★練習問題(75) netbpm,xv,ImageMagic display,その他

静止画像の形式を変換するには、次のようなプログラムを利用することもできる。

xwd, xwud, xpr
netpbm コマンド群(単一のコマンドではない)
xv
ImageMagic import, conver, display, mogrify
xpaint, xart

The Unix Super Text 下巻 54章画像処理参照。

★練習問題(76) 音量の調整

システム環境設定(Dock、または、open "/Applications/System Preferences.app") の中の「サウンド」の項目を開きなさい。「出力」タブで、音量を調整してみなさい。また、「消音」機能を使ってみなさい。

音量の調整や消音は、ファンクションキー(F3,F4,F5)を使っても可能である。

★練習問題(77) 学類紹介ビデオ

次のページにある学類紹介ビデオの形式を調べなさい。画素数、１秒当たりのフレーム数、ファイルの大きさ、データレートを調べなさい。

http://www.coins.tsukuba.ac.jp/06_pamphlet.html

次の２つのアプリケーションが利用できる。

"/Applications/QuickTime Player.app/": MP4 (H.264) を生成てきる。「ウインドウ」メニューの「ムービー情報(+I)」を選ぶ
"Applications/Windows Media Player/Windows Media Player.app": WMA Windows Media Player 形式を再生できる。「ファイル」メニューの「情報を見る(+I)」を選ぶ。

★練習問題(78) QuickTime Player.appでの録音

アプリケーション(/Applications)にあるPlayer.appを使うと、iMac に内蔵されているマイクを使って音声データを取り込み、それをファイルへ保存することができる。

アプリケーション(/Applications) にある「 QuickTime Player.app」を実行する。
```
% open "/Applications/QuickTime Player.app" 
           注意: 空白を含んでいるので、" " でくくる必要がある。
```
( A で「アプリケーション(/Applications」) ディレクトリを開き、QuickTime Player.app をダブルクリックする。
「ファイル」メニューの「新規オーディオ録音」を選ぶ。
赤い丸いボタンを押して、録音を開始する。
黒い四角いボタンを押して、録音を終了す。
黒い右向き三角ボタンを押すと再生できる。
「ファイル」メニューで「書き出し」を選ぶ。
- 「場所：」として、保存するディレクトリを選択する。ホーム・ディレクトリ、デスクトップ、書類、または、その他の独自のディレクトリを指定する。
- 「名前：」として、my-voice-2006-05 など適切なものを選ぶ。
- 「書き出し：」メニューから、次のどれかをほ選択する(拡張子が自動的に変化する)。
  - サウンドから AIFF
  - サウンドから AU
  - サウンドから Wave
- 「オプション」ボタンを押し、「サウンド設定」ウインドウを開く。ここで（圧縮などの）形式、チェネル数、標本化レート（単位：Hz）、量子化サイズ（サンプルサイズ、単位ビット）などを設定する。「OK」ボタンを押し、「サウンド設定」ウインドウを閉じる。
- 「保存」ボタンを押す。
保存したら、一度、「ファイル」メニューから「閉じる」を選び、ファイルを閉じる（ウインドウを閉じる）。
「ファイル」メニューから「開く」を選び、先ほど保存したファイルを選択して開く（ウインドウを開く）。
「ウインドウ」メニューから、「ムービーの情報を表示」を選ぶ。

★練習問題(79) QuickTime Player.appでの録画

アプリケーション(/Applications)にあるPlayer.appを使うと、iMac に内蔵されている動画像カメラ(iSight)とマイクを使って動画像(音声ふくむ)データを取り込み、それをファイルへ保存することができる。

方法は、音声データの録音方法とよく似ている。プログラムを実行した後に、「ファイル」メニューから「新規オーディオ録音」ではなく「新規ムービー録画」を選ぶ。

■課題6 音声、静止画像、動画像の符号化

締切りは、5月11日(金)とする。次の内容を含む「テキスト」ファイルを作成し、レポート提出ページから提出しなさい。さらに、作成した静止画像については、印刷して TA に提出しなさい。印刷したものにも、必ず、学類, 学籍番号, 氏名, TA氏名, 提出日を記述しなさい。

(1) 静止画像について次の操作を行いなさい。次のいずれかの方法で、静止画像を含むファイルを作成しなさい。

isightcapture コマンド、MulleSight.app 等を使い、iMac のカメラから読み込む。
Gimp, OmniGraffle, tgif で作成する。
このページに埋め込まれている画像を保存する。
ディジタル・カメラ、携帯電話などから静止画像を送る。
- USBフラッシュメモリを使う
- 電子メールの添付ファイルとして送る

レポートには、どのような方法で作成したかを、書きなさい。

画像の形式を調べなさい。

画素数（横、縦のピクセル数）を調べなさい。画素数は、たとえば「プレビュー.app(Preview.app)」の場合、「ツール」メニューで「情報を見る」を選択すると表示されるウインドウで調べられる。また、可能であれば、１ピクセル当たりの色数、または、ビット数を調べなさい。

注意：Finder で、ホーム・ディレクトリ以下の「書類」や「デスクトップ」と表示されるディレクトリを用いてもよい。ただし、端末の中で、cd コマンドや ls コマンドで指定する時には、「書類」「デスクトップ」ではなく、「~/Documents」や「~/Desktop」と指定する。今日の課題では、ファイル名には、漢字を含めず、アルファベット、数字、「.」を使いなさい。

画像の形式を以下で示されたものに変換しなさい。そして、そのファイルの大きさを示しなさい。

JPEG
Microsoft BMP
PNG
PDF

これらの画像ファイルを ls -l で表示しなさい。その結果(バイト数) を、端末プログラムのコピー＆ペースト機能を使って以下に張りなさい。

(2) 漢字800文字からなる文書を考える。漢字1文字を2バイト(16ビット)で符号化すると、何バイト必要か。同じ文書を、１文字を16x16ドットのビットマップ・フォントを使い画像に変換すると、何バイト必要になるか。（テキスト中の改行などの制御コード、エスケープ・シーケンス、および、画像の行間などは無視して考える。）

(3)次の Wiki ページを開き、指示に従い、各自のページを埋めなさい。

https://www.coins.tsukuba.ac.jp/~yas/coins/literacy-2007/hiki/?A20070501

この URL の先頭は、https (sがある) で始まる。これは、通信路が暗号化されていることを意味する。このページを表示するには、ユーザ名とパスワードが求められる。その時には、https であること、URL に www.coins.tsukuba.ac.jp が含まれていることを目で確認してから、coins のコンピュータにログインするために使うユーザ名とパスワードを打ちなさい。

(4) [加点] 音声について次の操作を行いなさい。

次のいずれかの方法で音声データを作成し、ホーム・ディレクトリ、または、その子供のディレクトリにファイルに保存(書き出し)しなさい。その方法をレポートに記述しなさい。

QuickTime Player.app
その他

拡張子、ファイルの大きさ、音声データの標本化レート、量子化数、チャネル数を調べなさい。形式、音声データの標本化レート、量子化数、チャネル数を変化させ書き出した時に、ファイルの大きさや拡張子がどうなるか調べなさい。

(5) [加点] 動画像について次の操作を行いなさい。

次のいずれかの方法で動画像データを作成し、ホーム・ディレクトリ、または、その子供のディレクトリにファイルに保存(書き出し)しなさい。その方法をレポートに記述しなさい。

QuickTime Player.app
その他

拡張子、ファイルの大きさ、データレートを調べなさい。形式、画像の大きさ（横、縦のピクセル数）、音声のパラメタなどを変化させ書き出した時に、時に、ファイルの大きさや拡張子がどうなるか調べなさい。

Last updated: 2007/05/01 12:18:09

Yasushi Shinjo / <yas@is.tsukuba.ac.jp>