ディジタル化について

ディジタル化という技術の何がそんなに役に立つのか？　一般によく理解されていない気がする

１．ディジタル化 『ディジタル化によって、世の中に大きな進歩があった。』といわれても、専門の技術者以外にはあまりピンとこないのではないかという 気がする。ディジタル化が一般の人の目に触れるように大きく取り上げられたのは、テレビ放送がアナログ放送からディジタル放送に 切り替わった時である。ところが、テレビがディジタル放送に切り替わっても大して変わったようには見えない。 そのせいで、ディジタル化というのが一般の人に過小評価されているのではないか、ということが気になる。 私はディジタル化に密接に関係する、磁気メモリーのひとつであるハードディスク装置（ＨＤＤ）の開発と製造に長年携わってきた。 私が長年携わってきた、ＨＤＤを含む『メモリー』の発展（小型化、高速化、低価格化）が、今日のデジタル技術の展開に大きく貢献してきた と思っている。 『ディジタル化というのは、テレビ放送のディジタル化よりずっと前から、着々となされ、世の中を一変させるような画期的な 変化を起こしているのだ。』ということを、技術者以外の一般の人に、もっとよく理解してもらいたいという思いが強い。 物の数量を表すとき、例えば円周率πは、アナログ数値で表せば小数点以下が無限に続く数値である。無限に書くわけにはいかないから、 何桁かに限らなければならない。小数点以下３桁以降は切り捨てという形で表すとπ＝３．１４となる。 『この何桁かに限る』という動作そのものが『ディジタル化』という言葉の意味なのである。これだけなら、昔から使われている切り捨て、 切り上げ、四捨五入であって、何も新しい意味はない。それを2進数に変換してはじめて『ディジタル化』が大きな意味を持つようになる。 ２進数への変換がどのような効果を生むのか？　ディジタル化の効果から順次考えてみよう。

２．ディジタル化の効果 　２．１．あらゆるデータをコンピューターで処理することができるようになる。 　　　　　コンピューターの中では文字も含めてあらゆるものが2進数に変換されて取り扱われるからである。 　２．２．あらゆるデータを通信回線でやりとりできるようになる。 　　　　　デジタル通信回線ではコンピューターと同じく、あらゆるものが2進数に変換されて取り扱われる。 　２．３．あらゆるデータを半導体素子か磁気素子かのいずれかの媒体に記憶できるようになる。 　　　　　アナログでは音はレコード盤、画像は写真用フィルム、文書は紙、というふうにそれぞれに異なった媒体が必要だったが 　　　　　ディジタルデータは、半導体記録素子又は磁気記録素子というコンピューターと同一の記録媒体に保存できる。 　２．４．記録媒体が共通化されたことにより、厄介な専用再生装置が不要になり、コンピューターで再生可能になった 　　　　　アナログでは音はレコード盤、画像は写真用フィルム、文書は紙、というふうにそれぞれに異なった媒体が必要だったが 　　　　　ディジタルデータは、半導体記録素子又は磁気記録素子というコンピューターと同一の記録媒体に保存できる。 　２．５．ディジタルデータは劣化しない。 　　　　　アナログデータは、経年変化とか、再生する毎に起こる媒体の摩耗、伝達する途中でのノイズ混入などにより劣化が起きる。 　　　　　ディジタルデータはこの種の劣化を起こさない。

どの項目をとっても重要な効果であるが、私個人の意見としては、 ２．３，２．４項が最も大きいと思う。 ２．１，２．２項は、機器の小型化・モバイル化に大きく貢献している。 ２．１項は、大量記憶、高速処理などにより、技術の質的高度化に寄与している。 　従来のアナログ技術では、例えば音はレコード盤にうねうねの溝を掘りつけて記録するため、特殊な媒体に保持する必要があった。 　映像に関しては、アナログ技術では、カメラを使ってフィルム（光りの強さに応じて化学変化を起こす物質・ハロゲン化銀の薄膜を 塗布したプラスティックフィルム）に光の強弱を転写し、これを化学薬品に浸して、光りの強弱に還元して人が見える形にするという 手順が必要である。媒体はハロゲン化銀をコーティングした写真用フィルムという専用媒体が必要であった。 　ただ、音声と画像については、アナログ磁気記録技術によって、カセットテープやビデオテープが商品化されていた時代があったので、 『ディジタル化によって記録媒体が共通化される』という利点が認識されにくくなった面がある。 　音声と映像という記録について述べたが、人間にとってもっと昔から続いている記録は、紙に文字で書かれた記録である。 『文字』を数値化するのは、一つ一つの文字に番号を割り当てれば済む。いくら種類と数が多くとも、コンピューターにとっては問題ない。 全ての情報は、『音と画像と文書』で表現される。 ディジタル化とは、『全ての情報をコンピューターで処理可能とし、通信網に乗せてどこへでも配信可能にする』技術であって、 ＩＴ（情報技術）社会の根幹を成す技術なのである。

３．ディジタルして初めて役に立つ技術 もっと昔からあるＭＲＩとか、ＣＴスキャンなどの高度な医療機器は、 『撮像機が吐き出すアナログ信号をディジタル化してコンピューターに送り込む』ことによって、初めて実現された技術である。 どちらも、多数の画像が撮影される機械であるが、その画像が瞬時にディジタル化されてコンピューターに送り込まれるからこそ 使い物になるのであって、多数のアナログ画像が吐き出されるだけなら使い物にならない。 　このように、ディジタル化は、単にテレビ放送のディジタル化という、最近起こった身近な変化だけはない、 大きな技術の進歩を担っている技術なのである。 遺伝子工学とか、ＩＰＳ細胞とかも『ディジタル化』の助けがあってあって初めて大きな成果をえられているのである。

４．コンピューター 　コンピューターはハードウエアとソフトウエアからなっている。 　ハードウエアは、マンマシンインタフェースを司るキーボードとディスプレイ、内部動作を司る演算素子と記憶素子からなっている。 　ソフトウエアは、ハードウエアの動作を支配する基本ソフトと、個々の仕事にかかわるアプリケイションソフトからなっている。 　ハードウエアの中を流通する信号は全てディジタルの２進数値である。したがって、プログラムも最終的には全て2進数値に変換される

４．１　コンピューターと２進数の親和性 　我々は子供の頃から１０進数だけに慣れ親しんでいるから数値といえば１０進数と思いがちである。 だが、それは一桁の数値が０〜９の１０段階あるという意味であって、一桁の数値が０と１の２段階だけの２進数もあり、 ０〜５までの６段階の６進数もある。目的に応じて使い分ければ良いのだということを忘れがちである。 １０進数で１８という数字は、１＊１０＾１＋８＊１０＾０という意味である。これを同様に２進数で表示すると、 Ｘ＝Ａ＊２＾５＋Ｂ＊２＾４＋Ｃ＊２＾３＋Ｄ＊２＾２＋Ｅ＊２＾１＋Ｆ＊２＾０　Ａ〜Ｆは０か１のどちらかでなければならないから、 Ａ＝０、Ｂ＝１、Ｃ＝０、Ｄ＝０、Ｅ＝１、Ｆ＝０　で、　０１００１０ということになる。 　コンピュータが２進数を好むのは、ひと桁がが０と１の２段階しかないからである。１０進数は一桁の中が１０段階に分かれている。 人間には１０段階を区別するのが大して難しいことではなくても、機械であるコンピューターには至難の業なのである。 　２進数であれば、ひと桁は２段階、演算素子である半導体ならＯＮかＯＦＦ、記憶素子である磁石ならＮかＳだけの区別である。 ひと桁に１素子を対応させれば良い。 ソフトウエアは、はどの素子に何をさせるかという命令を２進数の数値として順番に書いてある。 ややこしいことはともかく、コンピューターは2進数だけを理解し、処理し、記憶する機械である。 コンピューターに何かをさせるためには2進数に変換して与えなければならないということである。 ０１００１０という数字を、 半導体素子に記録すれば、OFF　ON　OFF　OFF　ON　OFF　となり、磁気素子に記録すればS　N　S　N　N　S　N　ということになる。 ディジタル化の目的は、『限定桁数で表現』⇒『2進数に変換』⇒『コンピューターに入力』⇒『大量高速かつ複雑な処理』なのである。

４．２　コンピューターの演算素子と記憶素子の変遷 　　最初に作られたコンピューターでは演算素子として『真空管』記憶素子として『磁石』であった。 　　各々が高速化小型化の歴史の中で、 　　演算素子は、真空管⇒トランジスタ⇒ＩＣ⇒ＬＳＩ⇒超ＬＳＩ　という変遷をたどった。 　　記憶素子は磁気コア⇒磁気ドラム⇒磁気ディスク（ＨＤＤ）⇒フラッシュＩＣメモリーという変遷をたどりが開発され、衝撃によって 　　壊れやすく、小型化しにくい磁気メモリーに代わって、携帯電話などのモバイル電子機器の発展に寄与している。 　　最近ではコンピューターの記憶素子としてよりも音楽や映像の記憶媒体となったＣＤやＤＶＤを再生する光ディスクも重要である。

４．３　小型化 　　ここまで書いていて、何か一番大事なことを書き漏らしているような気がしていたが、それは『小型化と低価格化』だ。 　　私が４０年近く心血をそそいできたのは、ＨＤＤの小型化と低価格化だった。それを言いたくてこれを書き始めたのだった。 　　１９７０年、世界最大容量のＨＤＤは１００ＭＢで２０００万円、４０インチの円板４０枚を使い、２ｍX２ｍX１ｍの、４立方米で 　　２トンの重量があった。 　　 　　１９８６年、３．５インチディスク４枚でで１００ＭＢを価格１万円、１００ｍｍX２００ｍｍX３０ｍｍまで縮めてようやく 　　デスクトップパソコンで画像をハンドリングできるようになった。 　　同一容量を、１／６０００の体積に、１／１０００の価格で詰め込んだことになる。 　　２時間の映画を入れるのに５ＧＢを要するＤＶＤから見て、動画を扱うにはまだ容量がたりないし、 　　ノートパソコンに入れるには寸法が大きすぎる。 　　１９９８年には、２．５インチディスク使って１０ＧＢを１５ｍｍＸ７０ｍｍＸ１００ｍｍ、体積を１／６に縮め、記憶容量を１００倍 　　に上げてノートパソコンに入れて動画を取り扱うことができるレベルのもになった。 　　１９７０年に比べると、体積で１／３６０００、価格で１／１０００００になったわけである。 　　ハードディスクの容量は継続して増え続け、２００７年頃には３００ＧＢを越え、家庭用ＤＶＤレコーダーに組み込まれるようになった。 　　２０１５年現在では、１テラバイトのものもある。２０００年頃と、寸法、価格はかわっていないが、容量が１００倍になった。 　　１９７０年に比べて、記録担体である磁石１個の大きさは１００万分の１、値段は１千万分の１に下がったことになる。 　　一方、２０００年代に入ってから半導体メモリー、フラッシュメモリーの容量が増え、価格が低下し、使えるようになった。 　　モーターなどの機械部品を含むために、壊れやすく、持ち歩くのに向いていないハードディスクに代わって 　　半導体メモリーカードが小型のデジカメや携帯電話などモバイル機器の発展をを支えている。 　　２０１５年現在のメモリーカードは、３２ｍｍX２４ｍｍX２．１ｍｍの中に最大５００ＧＢ入っているから、同一容量のＨＤＤに比べて 　　約１／３０の体積である。マイクロＳＤカードなら、１１ｍｍＸ１５ｍｍＸ１ｍｍで更に１／１０とＨＤＤの１／３００。 　　３２ＧＢ程度で済む携帯電話など小型のモバイル機器に最適のメモリーである。 　　メモリー素子の小型化、低価格化なしには、今日のディジタル化、ＩＣＴの隆盛はなかったのである。

もっと小さく、もっと安く、と叱咤激励されたりしたりの毎日だった頃、『自動車』という商品を、どれほど羨ましく感じたことか。 　　５０年前と同じ大きさで、しかも値段が高くなっても平気で売れるのだから。 　　定年退職してから１３年も経った今でも思い出す。 　　テレビ放送のディジタル化以前に、音楽ＣＤ、ＤＶＤとして商品化された光ディスクは一般に馴染み深いディジタルメモリーである。 　　音楽ＣＤがＬＰレコードの１枚分に相当する７００ＭＢ、ＤＶＤが映画２時間分に相当する４．７ＧＢの容量を持っている。

５．ディジタルデータの安定性 アナログは再生するたびに劣化する。レコード盤は再生するたびに音のシャープさが鈍り、傷がついてクリック音がする。 ついにはシャーシャーと針音までが混入する。 アナログ映画は、画面に雨が降る。アナログ写真は色あせてセピア色になる。記録の細部から傷んでくるのだ。ディジタルは劣化しない。 ディジタルデータは、ひとケタを２段階で表示しているから、その２段階の判別がつかなくなるほどの劣化が生じない限り人間の感覚で感知 できないのである。しかし、一つのアナログ量は、何桁ものディジタル数値に変換されているから、上位のけたが毀損されると大きな乱れに 感じられてしまう。 そこでディジタルデータを記録する際には、ある区切りごとに数十ビットを付け加えて、数ビット〜数十ビット以内の誤りを自力で検出し、 自力で修復できるようにするための誤り訂正コード化（ＥＣＣ）が施され一層の安定化が実現されている。

６．信号変換器 センサーと、ＡＤ／ＤＡ変換器はあまり表に出ない地味な存在であるが重要な機器である。 世の中に存在する物理量も、それを感知するヒトの感覚もアナログであるから、一旦ディジタルに変換して処理、記憶、通信したあと、 最終的にはアナログに還元しなければならない。 いろいろなアナログ量ををアナログ電気信号の強さに変換するのがセンサーである。 センサーから出力されるアナログ電気信号の強さを、ディジタル数値に変換するのがＡＤ変換器である。 システムの中の機械を動かすのも、人間が感知できるのもアナログ量であるから、ィジタル数値を処理した後にものを動かしたり、 人に見える形のアナログ量に還元するＤＡ変換器が必要になる。 いろいろな量をアナログ電気信号に変換するセンサーの多様化と、そのアナログ電気信号をディジタル数値に変換するＡＤ変換器の 高速化が並行して進展したことによって、今日のデジタル化が支えられていること、ディジタルデータの環境変動に対する安定性は、 センサーと、ＡＤ／ＤＡ変換器の安定性に依存しているを忘れてはならない。 このことは、今後のＩＴ社会を支えるためにも重要なことである。

７．ディジタル化の果実 ６項までに述べたのは殆どがディジタル化に関連するハードウエアについてだけである。本当に役に立つのは、ディジタル化されたデータを どうやって結合して統合化し、総合的に処理してどう活用するかという、システム化⇒ソフトウエア化如何にかかっている。 ところが、『ものづくり先進国』を自認して鼻高々の職人大国日本は、職人であるが故のハードウエア偏重と、 セクショナリズム大好きがたたり、ディジタル化の果実を摘み損ねて情報化後進国になってしまった。 今や、モノ造りだってシステム化なしにはやっていけなくなりつつある。家電メーカーの凋落はそれが原因ではなかろうか。 今絶好調の部品メーカー、ＩＰＳ細胞の先端医療なども、システム化のさらなる推進を怠れば家電メーカーの轍を踏む。 役人に至っては、今ごろマイナンバーの採用可否を云々しているようでは、心もとない。 セクショナリズムの本家本元だから仕方ないかもしれないが、もたもたしていると、税金を納めることができる人がだれもいなくり、 税金で食っていく人ばかりになって、彼らの飯の種も尽きざるを得なくなるだろう。