Signal Processing

1.1 情報と信号

人間の情報

• 視覚
• 聴覚
• 嗅覚
• 味覚
• 触覚

このような情報を機械で処理するために，周りの情報を「信号」としてシステムに入力する必要がある．

信号処理は，信号から情報抽出，或いは信号を加工して綺麗に利用できるようになる．情報に対する処理は，推論，理解，解釈，認識，分析，変換 などがある．

学問分野	処理	応用例
画像	符号化，圧縮，認識，理解，画質改善，3 次元処理	ディジタルカメラ，ゲーム，超高精細テレビ，個人認証，バーチャルリアリティ，CG
音声	符号化，圧縮，認識，合成，理解，音声改善	スマートフォン，音声認識，音声合成，音源分離，自動会話
音響	雑音制御，音場制御	ディジタルオーディオ，ノイズキャンセラ，立体音響，電子楽器，補聴器，魚群探知
通信工学	符号化，変調，復調，イコライザー，暗号化	モバイルネットワーク，カーナビ，スマートフォン，アレーアンテナ，バケット通信
制御工学	適応制御，最適制御，システム同定，ファジィ制御，ニューラルネットワーク制御，自動車制御	ロボット制御，シーケンス制御，プロセス制御，エンジン制御，アクティブサスペンション，アンチロック・ブレーキ
計測工学	センサ工学，超音波計測，光計測	センサ信号処理，GPS
医用工学	脳波計測，CT，MRI	BMI，遠隔手術，医療用ロボット，パワーアシスト機器
地球科学	衛星観測，地震波解析	天気予報，地震予知，電波望遠鏡，火星探査
経済学	時系列処理，ビッグデータ処理，機械学習	株価予測，経済予測，トレンド予測

1.2 信号の分類

信号には，大きく分けて時間成分と振幅成分の二つ成分がある．

• アナログ信号 自然界における時間成分と振幅成分の両方が連続なもの.
• サンプル値信号 時間成分のみが離散化される．
• ディジタル信号 時間成分と振幅成分の両方が離散化される.
• 多値信号 振幅成分のみが離散化される．

1.3 アナログ信号処理 と デジタル信号処理

アナログ信号処理

信号は抵抗やコンデンサ，コイル，トランジスタ，そしてオペアンプなどのアナログ IC から構成される回路で処理される．

ディジタル信号処理

前処理

入力したアナログ信号にまずアンチエイリアスフエルタ(anti-aliasing filter)と呼ばれる低域通過フィルタを通り，不要な高周波数成分が除去される.

A/D 変換

• サンプリング（標本化）
• 量子化
• 符号化 量子化された値を特殊な符号に変換する場合がある．

ディジタル信号処理

数値或いは符号に変換された入力信号は，ディジタル信号処理プロセッサ，あるいは専用のハードウェアにおいて所定の所定が施される．

D/A 変換

D/A 変換器によって再びアナログ信号に戻される．

1.4 信号処理システムの分類

着目点	分類
時間成分の連続性	連続時間システム or 離散時間システム
線形	線形システム or 非線形システム
時不変性	時不変システム or 時変システム
因果律	因果的システム or 非因果的システム