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 |
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