2024年度 学院等開講科目 工学院 情報通信系
情報通信実験1
- 開講元
- 情報通信系
- 担当教員
- 山口 雅浩 / 篠﨑 隆宏 / 武山 彩織 / JIN ZE
- 授業形態
- 講義/実験等 (対面型)
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 火3-4 (M-101(H116)) / 金1-4 (M-101(H116))
- クラス
- -
- 科目コード
- ICT.E213
- 単位数
- 101
- 開講時期
- 2024年度
- 開講クォーター
- 3Q
- シラバス更新日
- 2025年3月17日
- 使用言語
- 日本語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
本授業では、アナログフィルタの解析やディジタルフィルタの設計、周波数解析などを行います。
畳込み、スペクトル解析、標本化を実装し、実際のディジタル信号に適用して結果を観察することで理解を深めます。ギブス現象を観察したり、窓関数の効果について調べるとともに、FIR，IIRフィルタの設計を行い、音声信号などいくつかの信号に適用して効果を確認します。アナログフィルタの伝達関数を解析し、この伝達関数を基にしてディジタルフィルタを設計します。さらに、マルチレート信号処理についてプログラミングを行い、応用例を学びます。
到達目標
信号処理アルゴリズムをMATLABを用いて実装することを通して理解を深めるとともに、具体的な応用例について修得することが目標です。
キーワード
離散信号、線形システム、畳込み、フーリエ変換、DFT、FFT、窓関数、FIRフィルタ、IIRフィルタ、双一次変換法、インパルス不変法、ダウンサンプリングとアップサンプリング
学生が身につける力
- 専門力
- 教養力
- コミュニケーション力
- 展開力 (探究力又は設定力)
- 展開力 (実践力又は解決力)
授業の進め方
第1部から第５部の課題に関してMATLABを用いて各自プログラミングを行い、人工データ及び音声データに適用し、その結果の意味を考えることでディジタル信号処理に対する理解を深める。ICT.S210ディジタル信号処理を並行して履修することを想定しているが、実験は講義とは独立に進める。疑問点は教員・TAに質問して解決すること。実験内容について理解を深めるために参考書を活用することを勧める。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 第1部 Matlabによる信号処理入門(1) 信号とシステムの表現 | 離散時間信号をグラフに表示せよ。 |
| 第2回 | 第1部 Matlabによる信号処理入門(2) 畳込みとフーリエ変換 | ２つの信号の畳込みを計算せよ。 |
| 第3回 | 第1部 Matlabによる信号処理入門(3) 離散時間信号のスペクトル解析 | 信号の振幅、位相、パワースペクトルを計算し、グラフに表示せよ。 |
| 第4回 | 第1部 Matlabによる信号処理入門(4) 信号の標本化と再構成 | 連続時間信号を模擬した信号を生成し、標本化せよ。 エイリアスを周波数領域で観察せよ。 |
| 第5回 | 第2部 FFTを使いこなす(1) DFTによる周波数解析 | DFTで得られる周波数の意味を正しく理解してグラフに表示せよ。 |
| 第6回 | 第2部 FFTを使いこなす(2) FFTによる畳込みの実装 | FFTを用いて畳込みを正しく実装せよ。 線形畳込みと同じ結果を得るにはどうすればよいか。 |
| 第7回 | 第3部 FIRフィルタ(1) 直線位相特性の検証 | 与えられた係数を用いてFIRフィルタを構成し、フィルタ処理の結果をグラフに表示せよ。 フィルタの周波数特性をグラフに表示せよ。 |
| 第8回 | 第3部 FIRフィルタ(2) 理想低域通過フィルタ | 理想低域通過フィルタを実装せよ。 Gibbs現象を観察せよ。 |
| 第9回 | 第3部 FIRフィルタ(3) 窓関数法によるFIRフィルタの設計 | ハミング窓を用いた窓関数法によるFIR LPFを設計せよ。 |
| 第10回 | 第4部 IIRフィルタ(1) アナログフィルタの解析 | 与えられた仕様を満たすアナログバタワースフィルタを設計せよ。 |
| 第11回 | 第4部 IIRフィルタ(2) IIRフィルタの設計、周波数変換、BIBO安定性 | インパルス不変法及び双一次変換法を用いてIIRフィルタを設計せよ。 周波数変換を用いて任意のLPF, BPF, HPFを設計せよ。 |
| 第12回 | 第5部 多次元信号処理・マルチレート信号処理(1) 画像処理 | 2次元関数の2次元フーリエ変換を実行し、結果を表示せよ。 ソーベルフィルタを実装し、画像に適用せよ。 |
| 第13回 | 第5部 多次元信号処理・マルチレート信号処理(2) ダウンサンプリング・アップサンプリング | 低域透過フィルタを適切に設計し、信号をダウン・アップサンプリングする際に生じるエリアシング、イメージングを除去せよ。 |
| 第14回 | 第5部 多次元信号処理・マルチレート信号処理(3) サンプリングレートの変換 | 音声信号において、サンプリングレートとファイルサイズ・音質の関係を調べよ。 |
| 第15回 |
準備学修(事前学修・復習)等についての指示
学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ本学の学修規程で定められた時間を目安に行う。
教科書
資料をT2SCHOLAから各自ダウンロードすること。
参考書、講義資料等
MATLAB対応 ディジタル信号処理（第2版）、樋口龍雄 監修、川又政征、阿部正英、八巻俊輔 共著 （森北出版株式会社）
成績評価の方法及び基準
第1部から第5部までの各パートの内容の理解度をレポートにより評価する。
関連する科目
- ICT.S210 ディジタル信号処理
履修の条件・注意事項
ICT.S210ディジタル信号処理を並行して履修することが望ましい。
連絡先 (メール、電話番号) ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。
武山 彩織, E-mail: takeyama.s.aa[at]m.titech.ac.jp
ジン ゼ, E-mail: jin.z.ab[at]m.titech.ac.jp
篠崎 隆宏, E-mail: shinot[at]ip.titech.ac.jp
⼭⼝雅浩, E-mail: yamaguchi.m.aa[at]m.titech.ac.jp
オフィスアワー
電⼦メールで事前に予約すること。