ディジタル信号処理

科目基礎情報

学校	苫小牧工業高等専門学校	開講年度	令和03年度 (2021年度)
授業科目	ディジタル信号処理
科目番号	0037	科目区分	専門 / 必修
授業形態	授業	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	創造工学科（情報科学・工学系共通科目）	対象学年	5
開設期	後期	週時間数	後期:2
教科書/教材	「教科書」 大類重範著「ディジタル信号処理」 日本理工出版会 / 「参考書」小川吉彦著 「信号処理の基礎」朝倉書店, Richard G. Lyons, "Understanding Digital Signal Processing 2nd ed," Prentice-Hall
担当教員	三上 剛

到達目標

1. フーリエ変換の計算ができ, 基本的な信号のスペクトルの特徴を理解することができる．
2. サンプリングとエリアシングについて説明できる．
3. 離散フーリエ変換のプログラムを作成し，各種信号のスペクトルの特性について説明できる．
4. ディジタルフィルタの特性を理解し，LPF, HPF, LPFの特徴を説明できる．
5. 仕様を満たすディジタルフィルタを設計できる．

ルーブリック

	理想的な到達レベルの目安(優)	標準的な到達レベルの目安(良)	未到達レベルの目安(不可)
フーリエ変換の計算と振幅，エネルギー，パワースペクトルについて	フーリエ変換の計算ができ, 振幅，エネルギー，パワースペクトルに関する高度な演習問題を解くことができる．	フーリエ変換の計算ができ, 振幅，エネルギー，パワースペクトルに関する基礎的および標準的な演習問題を解くことができる．	フーリエ変換の計算ができず, 振幅，エネルギー，パワースペクトルに関する基礎的な演習問題を解くことができない．
ディジタル信号とサンプリングとエリアシングについて	実際の信号をサンプリングするときのサンプリング周波数とエリアシング誤差との関連性について議論できる．	実際の信号をサンプリングするときのサンプリング周波数による波形の違いについて説明できる．	サンプリングとエリアシングに関して説明できない．
離散フーリエ変換と窓関数について	離散フーリエ変換のプログラムを作成できる．窓関数の特性を理解した上で，計算されたスペクトルの特性について説明できる．	離散フーリエ変換のプログラムを作成でき，計算されたスペクトルの特性について説明できる．	離散フーリエ変換のプログラムを作成できない．
ディジタルフィルタの特性について	ディジタルフィルタの特性を理解し，所望の特性を有するLPF, HPF, BPFのプログラムをすべて作成できる．	ディジタルフィルタの特性を理解し，所望の特性を有するフィルタのプログラムを作成できる．	ディジタルフィルタの特性を理解できず，フィルタのプログラムを作成できない．
音信号と画像信号へのディジタルフィルタの応用について	音信号と画像信号のフーリエスペクトルおよびフィルタリングの結果について正しく解釈することができ，用途に応じて適切な信号処理のプログラムを作成・適用できる．	音信号と画像信号のフーリエスペクトルおよびフィルタリングのサンプルプログラムを動作させることができ，その結果について正しく解釈することができる．	音信号と画像信号のフーリエスペクトルおよびフィルタリングのサンプルプログラムを動作させることができず，その結果について正しく解釈することができない．

学科の到達目標項目との関係

Ⅰ　人間性

Ⅱ　実践性

Ⅲ　国際性

教育方法等

概要:

この講義の前半では，フーリエ変換（フーリエ積分），離散フーリエ変換に関する特徴と，ディジタル信号を扱う際の特性について扱う．後半ではディジタルフィルタの特徴とそれらの音信号，画像信号への応用について扱う．

授業の進め方・方法:

授業は演習を含めた座学となる．
達成目標に関する内容の達成度評価試験および課題で総合的に達成度を評価する．達成度評価試験を30%, 演習・課題を70％として成績を評価し，60点以上を合格とする．再試験を実施することもある．
この科目は学修単位科目のため、事前・事後の自学自習課題として授業に対する演習課題等を課す。

注意点:

演習を行うときは，各自のパソコンを使用することを認める．

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	音と画像	音信号と画像のディジタル表現について説明できる
		2週	離散時間信号	サンプリング周波数とサンプリング定理について説明できる
		3週	ディジタルフィルタの性質	低域通過、帯域通過、高域通過フィルタについて説明できる
		4週	ディジタルフィルタの伝達関数と周波数特性	z変換の計算ができる。
		5週	ディジタルフィルタの伝達関数と周波数特性(2)	z変換を用いてディジタルフィルタの伝達関数を求めることができる。
		6週	IIRフィルタの特性(1)	IIRフィルタとFIRフィルタの特性の違いについて説明できる
		7週	IIRフィルタの特性(2)	IIRフィルタの安定性をz領域を用いて説明できる
		8週	達成度評価試験
	4thQ
		9週	フーリエ級数展開とフーリエ係数	フーリエ級数展開のプログラムを作成できる
		10週	離散フーリエ変換	離散フーリエ変換のプログラムを作成できる．スペクトルを解釈することができる．
		11週	各種信号のDFTスペクトル	音信号など実際の信号のFFTスペクトルを求めるプログラムを作成し、そのスペクトルを解釈できる
		12週	ディジタルフィルタの設計(1)	ディジタルフィルタの基礎的な構造について説明できる
		13週	ディジタルフィルタの設計(2)	ディジタルフィルタの伝達関数と周波数特性について説明できる
		14週	ディジタルフィルタの設計(3)	所望の特性を有するフィルタのプログラムを作成できる
		15週	画像フィルタ	代表的な画像フィルタとその特徴について説明できる
		16週

評価割合

	達成度評価	課題	合計
総合評価割合	30	70	100
基礎的能力	20	30	50
専門的能力	10	40	50
分野横断的能力	0	0	0