応用情報技術者 2019年 秋期 午後 問04
ホームセキュリティシステムの実証実験に関する次の記述を読んで、設問1~3に答えよ。
C社は、関東地区に事業を展開する住宅メーカーである。C社の住宅は、最新の住宅機器を採用していることが人気を呼び、販売数を伸ばしている。C社は、近年増大している顧客のセキュリティニーズに応えるために、ホームセキュリティシステム(以下、新システムという)の商品化を検討することにした。この商品化の検討は、C社商品企画部のE君が担当することになった。
〔新システムの要件〕
E君は、住宅展示場の来場者向けアンケートによって、住居におけるセキュリティニーズの収集を行った。このアンケート結果から、新システムの要件を次のように定義した。
・玄関上部の側壁に監視カメラを設置し、玄関付近及び敷地内を監視する。
・監視カメラで撮影した動画データは、後で確認できるように7日間保持する。
・敷地内に人が侵入した場合には、居住者のスマートフォンに通知する。
〔実証実験場所の確認〕
E君は、新システムの商品化に向けて、新システムの実証実験をD地区にある住宅展示場で行うことにし、住宅展示場内に設置する監視カメラの設置現場を調査した。図1に、監視カメラの設置予定場所から撮影した画像サンプルを示す。

E君は、実証実験で、図1と同じ画像を撮影できるように監視カメラを設置し、道路を除く玄関、庭、通路で動く物体(以下、動体という)を検知したら通知することにした。通知に当たって、実証実験では、スマートフォン向けアプリケーションソフトウェアの開発は行わず、C社メールサーバが管理する展示場スタッフの電子メール(以下、メールという)アドレス宛てにメールを送信することにした。
〔新システムの実現方法の検討〕
E君は、新システムには、撮影した動画データを保存する記録機能と動体を検知してメールを送信する動体検知機能が必要であると考えた。また、この二つの機能の設置場所の候補として、監視カメラ、監視サーバ、インターネット上のクラウドサービスの三つを挙げ、表1に示す三つの新システムの方式案を検討した。

〔動画データのサイズ確認〕
E君は、監視カメラが撮影した動画データのサイズを確認するために、利用予定の監視カメラを調査した。監視カメラの調査結果(抜粋)を表2に示す。

この監視カメラで撮影した動画データを監視カメラ以外の機器へ伝送する場合、動画データを圧縮することで、狭いネットワーク帯域でも伝送できる。動画データの圧縮符号化方式の一つであるaでは、フレーム間の差分を効率よく圧縮する方法などを用いて、高い圧縮率を実現している。
E君は、①新システムが撮影する動画の特徴から、動画データの圧縮率は高くなると予想し、無圧縮時と比較して1%に圧縮できると想定した。この結果、必要なネットワーク帯域はbMビット/秒となり、7日分の圧縮された動画データはcGバイトとなる。
〔クラウドサービスと監視サーバの調査〕
E君は、クラウドサービスと監視サーバの調査を行った。E君が調査したクラウドサービスと監視サーバの調査結果(抜粋)を表3に示す。

E君は、表2と表3の調査結果から、②新システムの実現方式を選定し、新システムの構築とテストを行った。
〔実証実験で検出された不具合〕
住宅展示場で新システムの実証実験が開始され、1か月が経ったとき、展示場スタッフのFさんから“自分だけメールが受信できなくなった。”と連絡があった。E君が新システムのログを確認したところ、③“容量不足によってメールが受できない”というメールがC社メールサーバから新システム宛てに返されていた。
その後E君は、メールの問題の原因を突き止めた後、実証実験を完了させ、商品化に向けた次のステップに進んだ。
設問1:〔動画データのサイズ確認〕について、(1)〜(4)に答えよ。
(1)表2及び本文中のaに入れる適切な字句を解答群の中から選び、記号で答えよ。
解答群
ア:AAC
イ:H.264
ウ:WMA
エ:ZIP
模範解答
a:イ
解説
解答の論理構成
-
動画圧縮方式を求める手掛かり
問題文では、動画データの圧縮符号化方式について
“【問題文】「aでは、フレーム間の差分を効率よく圧縮する方法などを用いて、高い圧縮率を実現している。」”
と述べています。キーワードは「フレーム間の差分」「高い圧縮率」です。 -
解答群の候補を整理
- ア:AAC ― 音声圧縮方式。動画のフレーム差分という特徴には該当しません。
- イ:H.264 ― 動画圧縮規格。I/P/Bフレームを用いたフレーム間予測で高圧縮を実現します。
- ウ:WMA ― 音声圧縮方式。
- エ:ZIP ― 汎用可逆圧縮。フレーム間予測は行いません。
-
フレーム間差分に合致するのは「H.264」
H.264(別名 AVC)は、Pフレーム・Bフレームで前後フレームとの差分情報を符号化し、Iフレームを基準に高い動画圧縮率を達成する方式です。問題文の説明と完全に一致します。 -
結論
よって “a” に入る適切な字句は解答群「イ:H.264」です。
誤りやすいポイント
- 「動画だから圧縮=ZIPでも良いのでは?」と考えてしまう。ZIPはフレーム間予測を行わず動画専用ではないため不適切です。
- “音声も扱わないならAACやWMAは不要”とまでは気付くが、動画圧縮規格を複数思い浮かべられず誤選択する。
- フレーム間差分という語句を“モーションJPEGのことかも”と早合点する。モーションJPEGはフレーム間差分ではなく各フレームをJPEG圧縮する方式です。
FAQ
Q: H.264 と H.265 の違いは試験で問われますか?
A: 本問では H.264 を答えさせますが、上位規格 H.265/HEVC はさらに高圧縮を実現する点が特徴です。近年の出題では両者の比較が選択肢に並ぶことがあります。
A: 本問では H.264 を答えさせますが、上位規格 H.265/HEVC はさらに高圧縮を実現する点が特徴です。近年の出題では両者の比較が選択肢に並ぶことがあります。
Q: フレーム間差分は具体的にどのように圧縮率を高めるのですか?
A: 代表的には Pフレームが直前の I/Pフレームとの動きベクトルを記録し、Bフレームが前後両方向の参照を行うことで、「変化部分」だけを符号化します。これにより冗長な同一画像データを送らずに済み、ビットレートを大幅に削減できます。
A: 代表的には Pフレームが直前の I/Pフレームとの動きベクトルを記録し、Bフレームが前後両方向の参照を行うことで、「変化部分」だけを符号化します。これにより冗長な同一画像データを送らずに済み、ビットレートを大幅に削減できます。
Q: 監視カメラで音声が無くても H.264 を使うメリットは?
A: 音声トラックの有無に関係なく、画像データだけでも H.264 のフレーム間予測は有効です。動きの少ない監視映像ほど高い圧縮率を得やすいという利点があります。
A: 音声トラックの有無に関係なく、画像データだけでも H.264 のフレーム間予測は有効です。動きの少ない監視映像ほど高い圧縮率を得やすいという利点があります。
関連キーワード: 動画圧縮、フレーム間予測、コーデック、ビットレート
設問1:〔動画データのサイズ確認〕について、(1)〜(4)に答えよ。
(2)本文中の下線①について、新システムが撮影する動画の特徴とは何か。15字以内で述べよ。
模範解答
動画に動きが少ない
解説
解答の論理構成
- 動画の圧縮率が高くなる根拠は、本文の次の記述にあります。
- 「①新システムが撮影する動画の特徴から、動画データの圧縮率は高くなると予想し、無圧縮時と比較して1%に圧縮できると想定した。」
- 圧縮率が“高くなる”とは、フレーム間で変化情報が少ないことを示します。
- 圧縮符号化方式aは「フレーム間の差分を効率よく圧縮する方法」を用いると説明されています。差分が少ないほど圧縮効果は高まるため、変化(=動き)が少ない場面を想定していることが読み取れます。
- そもそも設置目的は「道路を除く玄関、庭、通路で動く物体(以下、動体という)を検知したら通知」することです。動体が現れるのは侵入時など限定的で、通常は静止画面に近い状態です。
- したがって “①新システムが撮影する動画の特徴” は「動作(動き)が少ない静的映像が大部分である」こととなり、解答は
動画に動きが少ない
誤りやすいポイント
- 高圧縮=高解像度と結び付けてしまい、「高画質動画」などと誤答する。
- 音声なし・マイクなしに着目して「音声が含まれない」と書く。音声は圧縮率に直接関係しません。
- 「夜間は暗い」など照度条件を理由にする。本文は光量について言及していません。
FAQ
Q: なぜ“侵入”を検知するのに動きが少ないと判断できるのですか?
A: 侵入はイベントとしては稀で、監視時間全体では静止画面が大半を占めるためです。
A: 侵入はイベントとしては稀で、監視時間全体では静止画面が大半を占めるためです。
Q: 圧縮率1%はどの程度の変化量を想定していますか?
A: 対象範囲に人がいない平常時の静止画面が続くときの最小差分を想定し、無圧縮比で約1/100と見込んでいます。
A: 対象範囲に人がいない平常時の静止画面が続くときの最小差分を想定し、無圧縮比で約1/100と見込んでいます。
Q: 動きが多い場合は圧縮率は下がりますか?
A: はい。フレーム間差分が増えるため圧縮効率が悪化し、必要帯域・保存容量が増加します。
A: はい。フレーム間差分が増えるため圧縮効率が悪化し、必要帯域・保存容量が増加します。
関連キーワード: 差分圧縮、フレーム間予測、動体検知、映像圧縮
設問1:〔動画データのサイズ確認〕について、(1)〜(4)に答えよ。
(3)本文中のbに入れる適切な数値を答えよ。答えは小数第2位を四捨五入して、小数第1位まで求めよ。ここで、動画データの伝送に伴うオーバヘッドは無視できるものとし、1Mビットは10⁶ビットとする。
模範解答
b:6.6
解説
解答の論理構成
-
無圧縮動画の 1 秒当たりのデータ量を計算します。
【問題文】に
・「解像度:1280×720」
・「フレームレート:30フレーム/秒」
・「1ピクセルの表現に必要なビット数:24ビット」
とあります。
1 フレーム当たりのビット数
それが 1 秒に「30フレーム/秒」なので
-
圧縮率 1 %を適用します。
【問題文】には
「無圧縮時と比較して1%に圧縮できる」とあります。
よって
-
単位を M ビット/秒に変換します。
条件「1Mビットは10⁶ビット」より
-
四捨五入して小数第 1 位まで求めます。
6.63552 ≒ 6.6
したがって
【問題文】の b に入る数値は 6.6 です。
誤りやすいポイント
- 圧縮率「1%」を「1/1=100%」と読み違え、無圧縮値をそのまま用いてしまう。
- 1Mbit=2²⁰bit と誤って計算し、値を小さく見積もる。
- 四捨五入の桁を間違え、小数第 2 位まで書いて減点される。
FAQ
Q: 1 フレーム当たりのバイト数で計算しても良いですか?
A: 可能ですが、ビットとバイトの換算(1 バイト=8 ビット)を忘れないよう注意しましょう。
A: 可能ですが、ビットとバイトの換算(1 バイト=8 ビット)を忘れないよう注意しましょう。
Q: 実際のネットワーク帯域にはオーバヘッドがあるのでは?
A: 【小問説明】で「動画データの伝送に伴うオーバヘッドは無視できるものとし」と指示されているため、今回は純粋なデータ量のみで計算します。
A: 【小問説明】で「動画データの伝送に伴うオーバヘッドは無視できるものとし」と指示されているため、今回は純粋なデータ量のみで計算します。
Q: 圧縮率 1% は現実的ですか?
A: H.264 などの高効率符号化方式では静止画に近い監視映像で高い圧縮が得られることがあり、設問ではその前提で解を求めさせています。
A: H.264 などの高効率符号化方式では静止画に近い監視映像で高い圧縮が得られることがあり、設問ではその前提で解を求めさせています。
関連キーワード: 動画圧縮、ビットレート計算、解像度、フレームレート、帯域幅
設問1:〔動画データのサイズ確認〕について、(1)〜(4)に答えよ。
(4)本文中のcに入れる適切な数値を設問1(3)の結果を利用して計算し、答えよ。答えは小数第1位を四捨五入して、整数で求めよ。ここで、1Gバイトはバイトとする。
模範解答
c:499
解説
解答の論理構成
-
無圧縮のビットレートを算出
表2には
・解像度:1280×720
・フレームレート:30フレーム/秒
・1ピクセルの表現に必要なビット数:24ビット
とある。
よって
となる。 -
圧縮後ビットレートbの確認
本文に
“1%に圧縮できると想定”
とあるので
――設問1(3)の解答bは 6.6 Mビット/秒 である。 -
7日ぶんのデータ容量cを求める
① 1日(86,400 秒)のビット数
② バイトへ変換
③ 7日間
④ Gバイト換算(問題条件:1Gバイトは10^9バイト)
⑤ “小数第1位を四捨五入して、整数で求めよ”
⇒ 499したがって
c = 499
誤りやすいポイント
- bit/byte の換算を忘れ、8 で割らずに計算してしまう。
- 1Gバイトを 2³⁰ ではなく 10⁹ と指示されている点を見落とす。
- 圧縮率“1%”を 0.99 と誤解して 99%にしてしまう。
- b の 6.6 Mビット/秒 を途中で 6 Mビット/秒 や 7 Mビット/秒 に丸めて計算してしまい、最終値がずれる。
FAQ
Q: なぜビットレートbを四捨五入して 6.6 Mビット/秒にしていいのですか?
A: 設問1(3)での求め方が「1%圧縮後を Mビット/秒で答えよ」であり、答案例は 6.6 で示されます。従って (4) でもその値をそのまま用います。
A: 設問1(3)での求め方が「1%圧縮後を Mビット/秒で答えよ」であり、答案例は 6.6 で示されます。従って (4) でもその値をそのまま用います。
Q: 日数を掛けるときの秒数はなぜ 86,400 秒ですか?
A: 1日=24 時間、1 時間=3,600 秒なので 24×3,600=86,400 秒となります。
A: 1日=24 時間、1 時間=3,600 秒なので 24×3,600=86,400 秒となります。
Q: Gバイト換算で 2³⁰ を使うと違う値になりますが誤りですか?
A: 本問では “1Gバイトは10^9バイトとする” と明示されているため、10³ で計算するのが正解です。
A: 本問では “1Gバイトは10^9バイトとする” と明示されているため、10³ で計算するのが正解です。
関連キーワード: ビットレート、映像圧縮、帯域幅、単位換算、四捨五入
設問2:本文中の下線②について、(1)、(2)に答えよ。
(1)E君が選定した方式は、どの方式か。表1中の方式番号で答えよ。
模範解答
方式2
解説
解答の論理構成
-
要件整理
- 動体検知範囲について問題文では
― “道路を除く玄関、庭、通路で動く物体…を検知したら通知する”
と明記されています。道路部分は検知対象外にしたいので、画像の一部だけを対象外にできる機能が必須です。
- 動体検知範囲について問題文では
-
機能有無の比較
- 表3より
― “検知画像範囲の設定機能…クラウドサービス:なし/監視サーバ:あり”
と記載されています。従ってクラウドサービスだけで構成する方式1は要件を満たしません。
- 表3より
-
記録容量の比較
- 同じく表3より
― “動画記録容量…クラウドサービス:800Gバイト/監視サーバ:600Gバイト” - 表2・動画サイズ計算から “7日分の圧縮された動画データはcGバイト” とあるため、
① 600Gバイトあれば 7日分を保存できる
② 監視カメラの “メモリカード(最大128Gバイトまで)” では不足する
ことが分かります。
- 同じく表3より
-
各方式との突合
- 方式1:動体検知も記録もクラウドサービス → 検知画像範囲設定 “なし” で不適合
- 方式3:記録は監視カメラ(128Gバイト上限) → 7日分保存が不可能
- 方式2:動体検知・記録とも “監視サーバ”
- 検知画像範囲設定 “あり”
- 記録容量 600Gバイト ≥ 必要容量
- 動体検知の速度 “速い” と性能面でも優位
-
結論
上記を満たすのは “方式2” のみであり、問題文の “②新システムの実現方式” として選定された番号は方式2
誤りやすいポイント
- “検知画像範囲の設定機能” を見落とし、動体検知速度だけでクラウドを選んでしまう。
- 記録容量が 128Gバイトしかない監視カメラ単体(方式3)でも足りると勘違いする。
- 表3の “動画記録容量” を『追加購入できる』と勝手に解釈し、条件を緩めてしまう。
FAQ
Q: 動体検知速度が “遅い” クラウドサービスでも、LAN 回線が速ければ問題ないのでは?
A: 表3の “動体検知の速度” はネットワークではなく処理能力そのものを示しており、LAN が速くても検知遅延は改善しません。
A: 表3の “動体検知の速度” はネットワークではなく処理能力そのものを示しており、LAN が速くても検知遅延は改善しません。
Q: 方式3でカメラのメモリカードを 1 日ごとに交換すればよいのでは?
A: 要件では “後で確認できるように7日間保持する” とあるため、常に 7 日分が連続して保存されている必要があります。カード交換では保持要件を満たしません。
A: 要件では “後で確認できるように7日間保持する” とあるため、常に 7 日分が連続して保存されている必要があります。カード交換では保持要件を満たしません。
Q: クラウドサービスを選ばないと、外出先から映像を確認できないのでは?
A: 今回の実証実験では “スマートフォン向けアプリケーションソフトウェアの開発は行わず…メールを送信” としており、遠隔閲覧機能は要件に含まれていません。
A: 今回の実証実験では “スマートフォン向けアプリケーションソフトウェアの開発は行わず…メールを送信” としており、遠隔閲覧機能は要件に含まれていません。
関連キーワード: 動体検知、画像範囲設定、ストレージ容量、エッジ処理、帯域計算
設問2:本文中の下線②について、(1)、(2)に答えよ。
(2)(1)で選定しなかった方式について、方式番号とその方式を選定しなかった理由を、それぞれ30字以内で述べよ(①、②は順不同)。
模範解答
①:
方式番号:方式1
理由:動体検知範囲の設定ができないから
②:
方式番号:方式3
理由:メモリカードに7日分の動画データを記録できないから
解説
解答の論理構成
-
要件確認
新システムは「“道路を除く玄関、庭、通路で動く物体(以下、動体という)を検知したら通知することにした。”」とあります。したがって、動体検知を行う画像範囲を柔軟に設定できる機能が必須です。 -
方式1を除外
表3より「検知画像範囲の設定機能」について
・クラウドサービス:『なし』
・監視サーバ:『あり』
方式1は構成図で動体検知を「クラウドサービス」で実施します。よって“検知画像範囲の設定機能”が使えず、道路部分を除外できません。要件不適合のため「方式1」を採用しません。 -
方式3を除外
方式3では記録機能を「監視カメラ」が担当します。表2の記載は「メモリカード(最大128Gバイトまで)」です。
圧縮率1%想定で7日分の動画サイズは約 『500Gバイト超』となり、128Gバイトには収まりません。従って「方式3」も採用できません。 -
採用方式
残る「方式2」は
・動体検知を「監視サーバ」で実施 ➔ 表3の『検知画像範囲の設定機能:あり』
・記録も監視サーバ ➔ 表3の『動画記録容量:600Gバイト』で7日分を保存可
以上から方式2が要件をすべて満たします。
誤りやすいポイント
- 動体検知に必要なのは“検知精度”よりも“検知画像範囲の設定”である点を見落としやすい。
- 表2の「最大128Gバイトまで」は監視カメラ側だけの制限であり、監視サーバ側の容量と混同しやすい。
- 圧縮後帯域‐容量計算で1%を掛け忘れ、未圧縮値で判断してしまうケース。
FAQ
Q: 方式1でもクラウド側で画像マスク処理を追加すれば良いのでは?
A: 表3に「検知画像範囲の設定機能:なし」と明示されているため、追加開発を前提とするのは出題意図外です。
A: 表3に「検知画像範囲の設定機能:なし」と明示されているため、追加開発を前提とするのは出題意図外です。
Q: 方式3を選んで、メモリカードを複数枚用意すれば対応できませんか?
A: 要件には“7日間保持”とあるため、交換を前提とする運用は許容されません。
A: 要件には“7日間保持”とあるため、交換を前提とする運用は許容されません。
Q: 動体検知速度が「遅い」とされるクラウドサービスでも通知が間に合う可能性は?
A: 「遅い」と記載されている以上、要件を確実に満たすとは言い切れず、リスクを避ける観点でも方式2が適切です。
A: 「遅い」と記載されている以上、要件を確実に満たすとは言い切れず、リスクを避ける観点でも方式2が適切です。
関連キーワード: 動体検知、圧縮符号化、ネットワーク帯域、ストレージ容量、クラウドサービス
設問3:
本文中の下線③について、何の容量が不足したか、表1中の字句を用いて30字以内で述べよ。
模範解答
C社メールサーバのFさんのメールボックスの空き容量
解説
解答の論理構成
- 【問題文】には、通知手段として「C社メールサーバが管理する展示場スタッフの電子メール…にメールを送信する」とあります。
- 下線③には「“容量不足によってメールが受できない”というメールがC社メールサーバから新システム宛てに返されていた」と記述されています。
- 返送元が “C社メールサーバ” であること、そして“容量不足”がメールの受信不可原因であることから、不足したのは動画記録用ストレージではなくスタッフ個人のメールボックス容量だと分かります。
- 表1にある該当機器名は「C社 メールサーバ」です。これと問題文の “Fさん” を組み合わせれば、答えは「C社メールサーバのFさんのメールボックス容量」と導けます。
誤りやすいポイント
- 動画データを7日間保存する要件が強調されているため、「監視カメラのメモリカード」や「監視サーバのストレージ」が不足したと誤解しやすいです。
- 表3に「動画記録容量」が登場するので、同じ“容量”という語に引きずられがちです。
- 「メールサーバ全体の容量不足」と考えてしまい、個人のメールボックスに限定できないケースがあります。
FAQ
Q: バウンスメールが返ってきたとき、まず確認すべき項目は何ですか?
A: 送信先アドレスの存在有無、メールボックスの使用量、そしてサーバ側の受信ポリシー(添付サイズ制限など)を順に確認します。
A: 送信先アドレスの存在有無、メールボックスの使用量、そしてサーバ側の受信ポリシー(添付サイズ制限など)を順に確認します。
Q: 動画記録とメール通知が同じストレージを使う構成にすると何が問題ですか?
A: 動画が増えるたびにストレージを圧迫し、通知メールにも影響が及ぶ可能性があります。ログ・メール用と動画用は物理的または論理的に分離するのが安全です。
A: 動画が増えるたびにストレージを圧迫し、通知メールにも影響が及ぶ可能性があります。ログ・メール用と動画用は物理的または論理的に分離するのが安全です。
関連キーワード: メールボックス、ストレージ容量、バウンスメール、メールサーバ、通知システム


