今回は、アナログ信号をデジタルな数値（データ）に変換する3つのステップ、「標本化」「量子化」「符号化」について解説します。
概要
音信号を例に考えてみると、音というのは物理的な空気の密度の変化（振動）です。これ振動をマイクでは電圧の変化として捉えます。ここまでは、切れ目のない滑らかなアナログデータですが、これではコンピュータでは扱うことはできません。そのためコンピュータで扱うためには、アナログデータをデジタルデータに変換する必要があります。このような変換プロセスをAD変換（Analog-to-Digital Conversion）といいます。
AD変換は、連続的に変化するアナログ信号を、コンピュータが処理できる「0」と「1」のデジタル信号に変換するプロセスです。AD変換は以下の3つのプロセスを経て、アナログデータを01の数値に変換します。
それが大きく分けて、標本化、量子化、符号化です。
AD変換のプロセス
標本化
標本化(サンプリング)は、時間の流れを細かく区切る作業です。滑らかなアナログ波形を、一定の時間間隔で細かく切り出し、その瞬間の値を抽出します。この区切る時間間隔の細かさをサンプリング周期と呼びます。
一般的には、周期ではなく、1秒間に何個のサンプリングができるかを意味する、サンプリング周波数\(f_s = 1/\tau_s\)の方が使われます。CD音質だと一般的には44.1kHzが使用されます。
サンプリング周波数が高いほど滑らかな波形を再現できるため音質が良くなります。
量子化
標本化によって切り出した「その瞬間の値」はまだ、アナログな数値です。これを、あらかじめ決め段階値に当てはめるのが量子化です。
いわば四捨五入してキリのいい数字にする作業です。
振幅を何段階の数値で表現するかを示す値を量子化ビット数といいます。これが縦軸の解像度を決めます。あらかじめ決めた値に当てはめるため、どうしても元の値との間に僅かなズレが生じます。これを量子化誤差と言います。
一般的に使われるのは16bit, 24bitなどが使われます。ビット数が多いほど忠実に音の大きさを再現することができます。
符号化
最後は、量子化された数値をコンピュータの言語である「2進数（0と1の組み合わせ）」に変換する「符号化」です。
それぞれの値を010のように2進数として表すことで、コンピュータに扱えることができます。
まとめ
AD変換の流れを整理すると、以下のようになります。
| 各プロセス | やっていること |
| 標本化 | 時間を区切る |
| 量子化 | 値を近似する |
| 符号化 | 0と1に直す |
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