| 科目責任者 | 守田 憲崇 (※) |
|---|---|
| 担当者 | 守田 憲崇 (※) |
| 科目概要 | ３年 （２単位・必修） [医療工学科 臨床工学専攻] |
臨床工学技士国家試験合格に十分なデジタル信号処理に関わる基本的知識および技法を講義と科学技術計算用ソフトウェアMATLABを用いたコンピュータ演習により修得することを目的とする。
【教育内容】
ディジタル信号処理に必要な以下の基本的知識（数学的表現法、アナログ信号処理方法を含む）および技法を学び、演習する。
1)複素数・指数表現、2)フーリエ/ラプラス変換、3)離散時間システム、4)離散・高速フーリエ変換、5)Z変換、6)デジタルフィルタ、7)MATLABの基礎と応用
【教育方法】
前期は、オンデマンド形式授業のみでGoogle Classroomに作成したクラスにおいて授業コンテンツの配信および確認テストを実施する。
オンデマンド形式授業は、達成度確認のために、毎回、確認テストを解いてもらう。場合により課題を作成してもらい、電子ファイル形式で提出をしてもらうことがある。課題内容等は、適宜、授業コンテンツ内で指示する。
後期は、Moodleを利用したオンデマンド形式の授業、そして対面による1人1台のPCによる計算演習を組み合わせて授業を行う。計算演習では課題を出し、授業中に完成し、提出をしてもらう。
連絡等は、電子メール等のツールを使用して行う。
| 回 | 項目 | 授業内容 | 担当者 | 日時 |
|---|---|---|---|---|
| 第1回 | 【オンデマンド】 イントロダクション アナログ信号処理とデジタル信号処理 | Google Classroomのこの授業での利用方法を説明する。 アナログ信号とデジタル信号の定義（教科書第1章）を学ぶ。 | 守田 憲崇 | |
| 第2回 | 【オンデマンド】 信号処理に使用する複素数計算 | オイラーの公式を用いた複素数の演算を学ぶ。 | 守田 憲崇 | |
| 第3回 | 【オンデマンド】 フーリエ級数とフーリエ変換 | フーリエ級数とフーリエ変換の定義とその性質を学ぶ。（教科書第2章） | 守田 憲崇 | |
| 第4回 | 【オンデマンド】 信号のエネルギー | 信号におけるエネルギーの定義とその性質を学ぶ。 | 守田 憲崇 | |
| 第5回 | 【オンデマンド】 ラプラス変換 | ラプラス変換の定義とその性質を学ぶ。（教科書第3章p.26-p.32） | 守田 憲崇 | |
| 第6回 | 【オンデマンド】 逆ラプラス変換 | 逆ラプラス変換により微分方程式を解く方法を学ぶ。（教科書第3章p.32-p.36） | 守田 憲崇 | |
| 第7回 | 【オンデマンド】 連続時間システムの安定性 | 連続時間システムの安定性を判別する方法を学ぶ。（教科書第3章p.36-p.37） | 守田 憲崇 | |
| 第8回 | 【オンデマンド】 デジタル信号の表現方法 | 基本信号である単位インパルス関数、単位ステップ関数および離散時間信号の表現方法を学ぶ。 | 守田 憲崇 | |
| 第9回 | 【オンデマンド】 離散時間システムの表現方法 | ブロック線図と差分方程式によるシステムの記述方法を学ぶ。（教科書p.66 6.5デジタル信号処理での基本要素） | 守田 憲崇 | |
| 第10回 | 【オンデマンド】 インパルス応答とたたみこみ積分 | インパルス応答とたたみ込み積分について定義とその意味およびその利用方法を学ぶ。 | 守田 憲崇 | |
| 第11回 | 【オンデマンド】 離散フーリエ変換とエイリアシング | 離散フーリエ変換の定義とその性質（特にエイリアシング）を学ぶ。（教科書第5章） | 守田 憲崇 | |
| 第12回 | 【オンデマンド】 高速フーリエ変換 | 高速フーリエ変換の定義とその性質を学ぶ。（教科書第7章p.76-p.82） | 守田 憲崇 | |
| 第13回 | 【オンデマンド】 窓関数とエンベロープ | 窓関数とエンベロープを学ぶ。（教科書第7章p.82-p.84） | 守田 憲崇 | |
| 第14回 9/2③ | 【対面】 MATLABプログラミング演習（1） 離散フーリエ変換と高速フーリエ変換 | 「MATLAB」を使用し窓関数を使用した離散フーリエ変換、高速フーリエ変換を行う方法を学ぶ。 | 守田 憲崇 | |
| 第15回 9/9③ | 【対面】 Excel計算演習 窓関数とエンベロープ | 「Excel」を使用し窓関数を使用しエンベロープを抑えたスペクトル解析を行う方法を学ぶ。 | 守田 憲崇 | |
| 第16回 9/16③ | 【対面】 サンプリング定理 | サンプリング定理を学ぶ。（教科書第6章p.58-p.61） | 守田 憲崇 | |
| 第17回 9/23③ | 【対面】 Z変換と逆Z変換 | Z変換の定義とその性質および逆Z変換を学ぶ。（教科書第4章） | 守田 憲崇 | |
| 第18回 9/30③ | 【対面】 伝達関数 | 伝達関数の定義と応用方法を学ぶ。（教科書第6章p.61-p.65） | 守田 憲崇 | |
| 第19回 10/7③ | 【対面】 システムの周波数特性 | 離散フーリエ変換の定義とその性質を学ぶ。（教科書第5章） | 守田 憲崇 | |
| 第20回 10/14③ | 【対面】 離散時間システムの安定性 | 離散時間システムの安定性を判別する方法を学ぶ。（教科書第3章p.36-p.37、第6章p.73-p.74） | 守田 憲崇 | |
| 第21回 10/21③ | 【対面】 MATLABプログラミング演習(2) 離散時間システムの周波数特性と安定性 | 「MATLAB」によりシステムの周波数特性，安定性を評価する方法を学ぶ。 | 守田 憲崇 | |
| 第22回 10/28③ | 【対面】 フィルタ概論 | フィルタの種類、設計方法と周波数変換を学ぶ。（教科書第8章） | 守田 憲崇 | |
| 第23回 11/4③ | 【対面】 IIRフィルタ：インパルス不変法と双1次変換法 | IIRフィルタの設計方法（インパルス不変法と双1次変換法）を学ぶ。（教科書第9章） | 守田 憲崇 | |
| 第24回 11/11③ | 【対面】 FIRフィルタとその直線位相特性 | FIRフィルタと特性を学ぶ。（教科書p.101-p.107） | 守田 憲崇 | |
| 第25回 11/18③ | 【対面】 FIRフィルタの設計 | FIRフィルタの設計方法を学ぶ。（教科書p.107-p.111） | 守田 憲崇 | |
| 第26回 11/25③ | 【対面】 MATLABプログラミング演習(3) フィルタ設計 | 「MATLAB」を使用したIIR, FIRデジタルフィルタの設計方法を学ぶ。 | 守田 憲崇 | |
| 第27回 | 【オンデマンド】 臨床工学技士国家試験対策(1) デジタル信号処理 | 臨床工学技士国家試験に出題されたデジタル信号処理に関連する問題について学習する。（資料別途配布） | 守田 憲崇 | |
| 第28回 | 【オンデマンド】 臨床工学技士国家試験対策(2) コンピューター全般 | 臨床工学技士国家試験に出題されたコンピューター全般に関連する問題について学習する。（資料別途配布） | 守田 憲崇 | |
| 第29回 12/9② | 【対面】 相関関数と線形予測 | 相互相関関数、自己相関関数の定義とそれを利用した線形予測方法を学ぶ。（教科書第11章） | 守田 憲崇 | |
| 第30回 12/9③ | 【対面】 MATLABプログラミング演習(4) 自己相関を使用した周期性の検出 | 「MATLAB」を使用し、自己相関から周期性を検出する方法を学ぶ。 | 守田 憲崇 |
◆実務経験の授業への活用方法◆
病院での臨床経験を踏まえ、デジタル信号処理を学ぶ意義及び実際の臨床現場でデジタル信号処理がどのように展開されるのかを概説する。
デジタル信号処理のための基本的知識および技法を修得し、「情報処理工学Ⅰ」で学習したプログラミング技術とMATLABプログラミングにより、自力でデジタル信号およびデジタルシステムの解析がコンピュータで行えるようになることを目標とする。
１．アナログ信号処理とデジタル信号処理の違いが説明できる。（＊知識・理解）
２．連続時間システムと離散時間システムについて基本的なシステムを数式、ブロック線図を用いて説明できる。（＊知識・理解）
３．フーリエ級数、フーリエ変換、ラプラス変換について定義、性質が説明ができる。（＊知識・理解）
４．離散フーリエ変換、Z変換について定義、性質が説明ができる。（＊知識・理解）
５．システムの周波数特性および安定性を数式とMATLABにより評価できる。（＊技能）
５．デジタルフィルタを数式とMATLABにより設計できる。（＊技能）
授業中に出される課題（達成度確認のための毎回の確認テストを含む）（40%）と定期試験（60%）により評価する。
ただし、対面授業および定期試験が通学禁止等の事情で行えない場合、適宜、施行できる授業形態に沿って、到達目標の達成を評価できる評価方法に見直し、履修者に周知を行う。
オンデマンド形式の「確認テスト」は、各自が間違った問題について、受験後に解説およびフィードバックを行う。
また、対面授業での授業中に提出された課題は、次回以降の授業で解説を行う。
＊前期の授業は、オンデマンド形式授業のみでGoogle Classroomを使用して行う。
＊後期の授業は、対面形式とオンデマンド形式を組合せMoodleを使用して行う。
＊後期において、コンピュータを使用した演習での課題提出は、Moodleにより提出してもらう。Moodleを扱うためには、大学から付与されているメールアドレスが必須であるため、後期授業第1回目の授業までにメールアドレスとそのパスワードを確認しておくこと。
＊後期の配布資料は、Moodleにより配布する。欠席をした場合は、次週までにダウンロードし、内容を確認しておくこと。
＊この科目の予習・復習を含めた授業時間外に必要な学習時間は、60時間である。
＊予習は、講義予定内容について教科書または配布資料（前の回の授業で配布）の該当する箇所を読み、要点をA4用紙1枚以内にまとめ、疑問点を明らかにしておくこと。教科書のページが記載されていない場合は、項目に記載されているキーワードについてインターネット検索をかけて講義予定内容について基礎的事項を探し、要点をA4用紙1枚以内にまとめ、疑問点を明らかにしておくこと。
＊復習は、演習内容について教科書、ノート、配布資料により概要をA4用紙1枚以内にまとめること。さらに、講義において学習した内容について、コンピュータを用いて確認することにより理解を深めること。
＊授業中に与えられた問題を完成できなかったときは、次回までに完成させること（情報演習室は放課後は自習用に開放されている）。
| 種別 | 書名 | 著者・編者 | 発行所 |
|---|---|---|---|
| 教科書 | ディジタル信号処理 第２版 | 萩原将文 | 森北出版 |
| 参考書 | 信号処理、画像処理のためのMATLAB入門 | 高井信勝 | 工学社 |
教科書の内容に準拠して授業を進めていくが、教科書に記載されていない項目については資料を配布して授業を行う。
科目ナンバリングコード： CE202-SS22