1 / 61 インターネット コミュニケーション 第二回 重近 範行. 2 / 61 今日のテーマ デジタル情報 サンプリング 量子化 符号化 圧縮 P2P モデル

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インターネットコミュニケーション第二回重近　範行

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今日のテーマ デジタル情報

サンプリング 量子化 符号化 圧縮

P2P モデル NetMeeting Polycom

Firewall/NAT Skype

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デジタル音声・画像・動画の仕組み

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デジタル化の手順

サンプリングサンプリング

量子化量子化

符号化符号化

アナログ情報アナログ情報

デジタル情報デジタル情報

数値

PCM 符号

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サンプリングと量子化

5 3 2 1 0 1 3 5 7 10 11 8 10 13 9 3 0 1 6 10 10 7 7 9 11 10 7 6 8 10 11 12 12 9

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サンプリング ( 標本化 )

時間軸 t

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サンプリング ( 標本化 )

時間軸

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サンプリング ( 標本化 )

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量子化変化量

0

5

1 1 0 0 2 3 3 3 4 1 1 3 3 2 3 3 2 3 4 4 2

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サンプリング周波数の例 一般電話

11KHz 8bit ラジオ

22KHz 8bit VoIP(G.711)

8KHz 8bit CD

44.1KHz 16bit

Hz = 1 秒間の振幅数を表す単位bit = 2 種類を識別できる情報量の単位

単位

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デジタル画像 画像の品質

解像度（碁盤の目の数・画像の細かさ） 横 × 縦

色数（ 1 マス毎の色階調） 8/16/24/32bit color

Height

Width

Depth( 色 )デジタルカメラの有効画素数

メガピクセル

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解像度による違い

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4x3 (12 pixel)

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20x15 (300 pixel)

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40x30 (1200 pixel)

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80x60 (4800 pixel)

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160x120 (19200 pixel)

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320x240 (76800 pixel)

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640x480 (307200 pixel)

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色数による違いRGB

グレースケール

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デジタル映像 動画

パラパラ漫画1 枚ずつの画像をフレームと言う

動画の品質画像の品質は当然関係するフレームレート Frame Per Sec(FPS)

1 秒間に何枚の絵を入れ替えるか 動きの細かさ

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FPS (Frame Per Second)

1 秒間に表示される画像の数映画 24fpsテレビ 30fps

1sec

滑らか

粗い

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無圧縮の映像データ データ量 = 解像度 × 色数 × フレーム数

640x480 24bit の映像は 1 秒でも約 30MB

データ量が多い

圧縮が必要

これで 1 秒分

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符号化 数値をある一定の規則に基づいて符号に

変換すること 例：文字列の符号化

0x41 0x61

ASCII コード表

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圧縮符号化

The Mississippi is the longest river in the United States.テキストデータ

圧縮前のデータ量： 57 文字 × 8 ビット = 456ビット左表の対応コードを使って各文字を

置き換えた時のデータ量： 248ビット

出展 情報機器と情報社会のしくみ素材集

ハフマン法 出現頻度の高い要素に短いコードを、 出現頻度の低い要素に長いコードを 対応させることで圧縮

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不可逆圧縮 人間の目には分からない部分をごまかす

減色（似ている色は同じ色に ) する

圧縮前のデータに戻せない解像度を落とす (4 マスを 1 マスにしてみた

り )

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フレーム間圧縮フォーマット 動画の変化しない部分に着目

画像の差分で動画が作れる 背景のデータは前と同じだから不要

前後のフレームから動きを予測する 口元の動きだけを計算

Encode の際の遅延が高め

1 2 3 4 5

単体で画像になる

単体で画像にならない前後の差分から予測・生成される画像

ここはまったく動かない

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フレーム内圧縮フォーマット( フレーム間非圧縮フォーマット ) 動画のすべてのフレームが複合可能

高速紙芝居 動きが多い時に強い

画面全体の絵が頻繁に変わる Encode の際の遅延は低め

1 2 3 4 5

単体で 1 枚の画像になる

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メリット・デメリット フレーム間圧縮フォーマット

データ量が少ない ( 転送にも有利 ) 規格が多い (モバイル通信端末用や DVD用など )激しい動きがぎこちない ( 予測を使うから ) CPU の計算量が多い 例： MPEG 、 WMV

フレーム内圧縮フォーマット激しい動きも滑らか編集や VCR制御 (早送りとか ) に有利 CPU 計算量が少ない比較的データ量が多い 例： DV 、 Motion JPEG

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品質とデータ ( 音楽 )

アルバム 1 枚分 (74 分 ) の音楽の場合 音楽 CD

1.17Mbps 　 x 74min 650MByte≒1.17Mbit/ 秒 x (74 x 60 秒 )= 5194.8Mbit = 649.35Mbyte

MP3(CD 品質 ) 192Kbps x 74min(74 x 60) 106MByte≒

一般電話 64kbps x 74min(74 x 60) 35MByte≒

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品質とデータ量 ( 映像 )

二時間の映画 (SD 品質 ) の場合 非圧縮

( 解像度 )x( 色 )x(1 秒当たりの画像数 ) x ( 時間 ) (720×480)×(24bit)×(30fps)×(2hour) 223GByte≒

MPEG2(DVD用 ) 9.8Mbps × 2hour(2x60x60) 8.82GByte ≒

DV 25Mbps x 2hour(2x60x60) 18GByte≒

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格納メディアとデータ量 DVD

通常 : 4.7GByte片面二層メディア : 9.4GByte(4.7x2)MPEG2(DVD用 ) 二時間の映画が入る

CD650MByte – 700MByte音楽 CD アルバム 1 枚 (74 分程度 ) が収まる

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実習１NetMeeting/Polycom

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NetMeeting の起動方法インストールから使い方までは

Web に詳細があります

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NetMeeting の使用方法

１．宛先 (友達 )の IPアドレスを入力

2．通話ボタンを押す

画像の送受信が出来ていないときは、まず

ツール ->ビデオ

を確認してみよう

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Polycom に接続しよう

遠隔多地点ビデオ会議システム

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インターネットでの通信モデル

サーバ

クライアント

サーバ・クライアントモデル

P2Pモデル

ハイブリッド P2Pモデル

住所録サーバ

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各通信モデルの利点・欠点 サーバ・クライアントモデル

常に同じコンピュータに接続すればよいアクセスが集中するとサーバは大変

P2Pモデルアクセスの分散各コンピュータの住所を各々が知っている必要

がある これを解決しているのがハイブリッド P2P

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Firewall / NAT

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サービス電話の場合を考えると･･･

サービス要求側

サービス提供側

天気が知りたい

時刻が知りたい

お店の電話番号が知りたい

177

117

104

関東地方の天気を教えて

関東は晴れです

日本の現在時刻教えて

日本は現在 10 時 20 分です

○○の番号教えて

○○○-○○○ です

サービスの種類 番号 情報のやり取り（約束事）

・特定の番号にかけると、求める情報が適切に　返ってくる（約束事が決まっている）

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コンピュータ通信と電話サービス

177

時間を知りたい

現在の日本時間を教えて

現在の日本時間は 10:20

ntp.sfc.keio.ac.jp

時間がわかるサービスPort番号 123

177

ntp.sfc.keio.ac.jp

現在の日本時間を教えて

現在の日本時間は 10:20

Network Time Protocol

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プロトコル コンピュータ同士が通信を行う上で、相互に決められた約束ごと例

HTTP (Hyper Text Transport Protocol) Web を見るとき

FTP (File Transfer Protocol) ファイルを転送するとき

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) メールを送るとき

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コンピュータ通信で必要なこと通信相手の宛先を指定する

IP アドレスドメイン名

利用するサービスを指定するポート番号

http 　８０番　（ Web を見るとき） ftp ２１番　（ファイルと転送したいとき） smtp 25番　（メールを送りたいとき）

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IP アドレスとポート番号 IP アドレスで相手を識別ポート番号で通信の種類を識別

FTPサーバ

203.178.142.155 ： 21

203.178.138.199 ： 80

WWWサーバ

Mailサーバ

133.27.4.120 ： 25

203.178.143.148

FTPHTTPSMTP

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Firewall悪意のある第 3者からの攻撃を遮断する

機能

ルール（例外）に合致しない通信を遮断アプリケーションポート番号送信元 IP アドレス など

パーソナルファイヤーウォール

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ポート番号によるフィルタリングポート 80番だけ許可されている場合

port 80 WWW

telnet

FTP

port 23

port 21

Firewall

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グローバル IP アドレスプライベート IP アドレス （グローバル） IP アドレス

世界で一意のコンピュータを示す識別子外線電話番号みたいなもの

プライベート IP アドレス特定ネットワーク内で、コンピュータを示す識別

子家の中だけとか、会社の中だけとか

他のネットワークから識別不可能内線電話番号みたいなもの

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内線・外線電話番号

100

101

102

03-3333-5555からの電話

だ

03-3333-4444に電話しよ

う

03-3333-5555の内線 100へ転送などの工夫が必要

電話交換器03-3333-5555

03-3333-4444

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NAT(Network Address Transration) プライベート IP アドレスをグローバル IP

アドレスに変換 外と内を繋ぐ

内線と外線の出入り口

NAT

A B D

InternetA から Dへ C から Dへ

D から CへD から Aへ C

Private Network

•直接 A と D は通信できない•NAT で内線・外線のアドレスを覚えておいて変換•D から見ると C と通信してるように見えている

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NAT のメリット グローバル IP アドレスの節約が可能

一つのグローバルアドレスを使って、複数のノードが外部と通信できる

アクセス制御・匿名性 外部から内部ネットワークが隠蔽される 擬似的な匿名性を確保できる

NAPTの内側

Internet

NAT-Box133.27.24.254:2932133.27.24.254:2949

NATによって隠蔽され、外から見えない

192.168.0.5:2911

192.168.0.4:2181

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InternetInternet

NAT の弊害

NATルータ

Aと通信したい！•通信は Z を経由

A

B

C

D

Z

•アドレス変換のルールがない

「誰に転送すればいいの？」

宛先： Zポート： 8002

外部からの接続性

?

Private Network

グローバル・　　　　　　アドレス

プライベート・　　　　　　アドレス

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Messenger の仕組み

可能であれば

直接通信する

firewall/NAT

サーバが中継する

映像

コンタクトリストテキストメッセージ

直接通信ができない場合

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Skype 通話の仕組み

A B

スーパーノードの条件•グローバル IP アドレス•マシン性能が良い•回線速度が速い•Skype 起動時間が長い、など

1 、 B の IP アドレス問い合わせ

2 、 B のスーパーノードが IP アドレスを返信

3 、通話の開始

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実習２Skype

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Skype の実習

アカウントの作成希望する skype 名を入力(skype にとって世界で唯一の識別子 Messenger にとってのメールアドレス )

パスワードを入力

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友達の追加

1. クリック

2. 友達の skepe 名を入力して「検索」

3. 友達を選択して、「コンタクトを追加」をクリック

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多人数での通話

1. クリック

2. 友達を選択して「追加」 3. 通話を開始

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まとめ

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今日のまとめ 映像・音声の品質

データ量と品質 インターネット上の障壁

NAT/Firewall NAT/Firewall を超えて

P2P アプリケーションの工夫

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携帯端末が PC に W-ZERO3 WILLCOM から 12月に発売

Windows Mobile 5.0 搭載PHS （ W-SIM ）対応／ワイヤレス

LAN （ IEEE802.11b準拠）内蔵

Sharp の HP より

無線 LAN を使える所 屋外など

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ホットスポット 無線 LAN でインターネットにアクセス

そのエリアに特化した情報を配信できる