信号処理

科目基礎情報

学校	岐阜工業高等専門学校	開講年度	令和05年度 (2023年度)
授業科目	信号処理
科目番号	0079	科目区分	専門 / 必修
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	電気情報工学科	対象学年	4
開設期	後期	週時間数	後期:2
教科書/教材	Pythonで学ぶフーリエ解析と信号処理（神永正博，コロナ社）
担当教員	田島 孝治

到達目標

①ディジタル信号とアナログ信号の違いを正確に説明できる。
②フーリエ変換に関する諸問題を解くことができる。
③信号の重ね合わせと線形性に関する問題を解くことができる。
④離散信号の時間領域と周波数領域の関係に関する問題を解くことができる．
⑤主要なメディア情報の表現形式や処理技法について説明できる．
岐阜高専ディプロマポリシー：（D）

ルーブリック

	理想的な到達レベルの目安	標準的な到達レベルの目安	未到達レベルの目安
評価項目1	ディジタル信号、アナログ信号の違いを説明できる。また、AD変換における標本化定理、量子化誤差の問題を正確に（8割以上）説明できる。	ディジタル信号、アナログ信号の違いを説明できる。また、AD変換における標本化定理、量子化誤差の問題をほぼ正確に（6割以上）説明できる。	ディジタル信号、アナログ信号の違いを説明できない。
評価項目2	連続時間信号に対するフーリエ変換に関する問題を正確に解くことができる。	連続時間信号に対するフーリエ変換に関する問題をほぼ正確(6割以上)に解くことができる。	連続時間信号に対するフーリエ変換に関する問題を解くことができない。
評価項目3	実空間における線形システムの入出力関係に関する問題(コンボリューション)を正確に解くことができる。	実空間における線形システムの入出力関係に関する問題(コンボリューション)をほぼ正確(6割以上)に解くことができる	実空間における線形システムの入出力関係に関する問題(コンボリューション)を解くことができない。
評価項目4	離散信号の実空間と周波数空間における表現について理解し、離散フーリエ変換に関する問題を解くことができる。	離散フーリエ変換に関する問題をほぼ正確(6割以上)に解くことができる	離散フーリエ変換に関する問題を解くことができない。
評価項目5	主要なメディア情報である音声と画像の符号化方式について理解し、音声認識や画像認識のための技法を具体的に説明できること。	主要なメディア情報である音声と画像の符号化方式について理解し、音声認識や画像認識のための技法をほぼ正確(6割以上)に説明できること。	主要なメディア情報である音声と画像の符号化方式について理解することができない。

教育方法等

概要:

線形システム理論、フーリエ変換、離散フーリエ変換、ｚ変換などの信号を処理する基本的な数学的知識を身に着け、研究及び技術開発で扱う主要なメディア情報の信号を処理する基本的な理論を理解する．

授業の進め方・方法:

授業の構成は、初めの10分を前回の課題解説をおこなう。次の60分で数式の説明、具体的な内容についてPPTで説明する。
最後に授業内容に関わる課題を実施する（学生同士の教えあい）。できない部分は教室外課題とする。教材はLMSを通じて公開する。
離散信号の処理に関しては計算機を使ってプログラムを作る場合もあるので、ノートPCなどを持ち込むことが望ましい。
（事前準備の学習）微積分および行列計算に関する数学的知識について復習しておくこと。
英語導入計画：Technical terms

注意点:

教材を利用して自学自習を心がけること。計算を面倒と思わず、多くの演習問題を解くことが重要となる。
中間試験までの学習内容について、著しく理解度が低く、達成度が４０％に満たない場合、４０％まで達成度が向上するように補講と追加の課題を実施する場合がある。
授業の内容を確実に身に着けるために、予習・復習が必須である。

授業の属性・履修上の区分

ICT 利用

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	ガイダンス、ディジタル信号とアナログ信号(C)	ディジタル信号とアナログ信号に関する基礎的問題が解ける （授業外学習・事前）日常生活における信号処理について実例を考えておく（約 1 時間） （授業外学習・事後）信号の種類と分類についてのレポートにまとめ、次回授業までに提出する（約３時間）
		2週	基本的な連続時間信号とPythonプログラム(C)	基本的な連続時間信号に関する基礎的問題が解ける （授業外学習・事前）アナログ信号の特徴について復習しておく（約 1 時間） （授業外学習・事後）基本的な連続時間信号に関する基礎的問題を解き、次回授業までに提出する（約３時間）
		3週	フーリエ級数展開(C)	実空間と周波数空間に関する基本的概念について理解する （授業外学習・事前）級数展開の特徴について復習しておく（約 1 時間） （授業外学習・事後）フーリエ級数展開に関する基本的問題を解き、次回授業までに提出する（約３時間）
		4週	関数の直行性(C)	ベクトルの直行性や内積について理解する （授業外学習・事前）フーリエ級数展開の実行方法について復習しておく（約 1 時間） （授業外学習・事後）フーリエ級数展開に関する応用問題を解き、次回授業までに提出する（約３時間）
		5週	複素フーリエ級数(B)	複素数空家運におけるフーリエ級数展開の表現方法について理解する （授業外学習・事前）フーリエ級数展開の特徴について復習しておく（約 1 時間） （授業外学習・事後）複素フーリエ級数展開に関する基本的問題を解き、次回授業までに提出する（約３時間）
		6週	フーリエ変換(C)	実空間と周波数空間に関する基本的問題が解ける （授業外学習・事前）連続でない信号の特徴について復習しておく（約 1 時間） （授業外学習・事後）フーリエ変換に関する基本的問題を解き、次回授業までに提出する（約３時間）
		7週	中間試験	これまでの内容を振り返り、自己学習を進めておく（約４時間）
		8週	畳み込み積分（B）	畳み込み積分に関する基礎的問題が解ける （授業外学習・事前）信号の重ね合わせついて復習しておく（約 1 時間） （授業外学習・事後）畳み込み積分に関する問題を解き、次回授業までに提出する（約３時間）
	4thQ
		9週	離散フーリエ変換(B)	信号の実空間と周波数空間に関する基本的問題が解ける （授業外学習・事前）連続信号のフーリエ変換について復習しておく（約 1 時間） （授業外学習・事後）離散フーリエ変換に関する基本的問題を解き、次回授業までに提出する（約３時間）
		10週	離散信号とＺ変換(C)	ラプラス変換及びシステムの伝達関数に関する基礎的問題が解ける （授業外学習・事前）フーリエ変換の適用範囲について復習しておく（約 1 時間） （授業外学習・事後）ラプラス変換およびｚ変換に関する基本的問題を解き、次回授業までに提出する（約３時間）
		11週	離散フーリエ変換についてのまとめ 離散フーリエ変換に関するテスト（期末試験相当：60分）	音声信号とその表現形式について、基本的な説明ができる （授業外学習・事前）これまでの内容を振り返り、離散フーリエ変換について復習しておく（約３時間） （授業外学習・事後）テストの実施について振り返る。理解度向上のためのレポートを作り提出する（約１時間）
		12週	メディア情報とその表現形式：音声信号(C)，映像・画像信号(C)	音声信号と映像・画像信号とその表現形式について、基本的な説明ができる （授業外学習・事前）パソコンなどにおける映像・画像ファイルついて調査しておく（約 1 時間） （授業外学習・事後）映像・画像ファイルの種類に関するレポートを作り、次回授業までに提出する（約２時間）
		13週	メディア情報処理１：音声信号処理(B)	音声信号の基本的な処理方法についてプログラムを作成できる （授業外学習・事後）音声ファイルの分析をプログラムを作成することで行い、その結果をレポートにまとめ、１５週目の授業までに提出する（約４時間）
		14週	メディア情報処理２：画像信号処理(B)	画像信号の基本的な処理方法についてプログラムを作成できる （授業外学習・事後）映像・画像ファイルの分析をプログラムを作成することで行い、その結果をレポートにまとめ、１５週目の授業までに提出する（約４時間）
		15週	期末試験は実施しない	上記までの内容を踏まえたレポートを作り、課題出題後２週間以内に提出する（６時間）
		16週	２次元フーリエ変換	２次元フーリエ変換に関する基礎的問題が解ける （授業外学習・事前）画像信号のフーリエ変換について復習しておく（約 1 時間） （授業外学習・事後）２次元フーリエ変換に関する基本的問題を解き、次回授業までに提出する（約３時間）

モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標

分類		分野	学習内容	学習内容の到達目標	到達レベル	授業週
専門的能力	分野別の専門工学	情報系分野	その他の学習内容	メディア情報の主要な表現形式や処理技法について説明できる。	4
				ディジタル信号とアナログ信号の特性について説明できる。	4
				情報を離散化する際に必要な技術ならびに生じる現象について説明できる。	4

評価割合

	中間試験	期末試験	メディア情報処理のレポート	授業内課題	合計
総合評価割合	100	50	50	20	220
得点	100	50	50	20	220