まずは実践してみよう！――近刊『MATLABによる信号処理実習』まえがき公開
2022年4月上旬発行予定の新刊書籍、『MATLABによる信号処理実習』のご紹介です。同書の「まえがき」を、発行に先駆けて公開します。
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まえがき
信号処理は、波形や数値列から情報を抽出し加工する技術です。信号処理に関する技術は汎用性が高く、様々な分野でプラットフォーム技術として用いられています。最近では人工知能（AI）やデータサイエンスなど、新分野でも活用されています。今後も信号処理は進化し、多様な分野で適用されることが見込まれます。
本書は、読者がコンピュータシミュレーションを行い、信号処理をわかりやすく理解する、初学者向けの実用的なテキストを目指しています。内容は、フーリエ変換に基づく信号解析から雑音除去まで、信号処理分野の主要な技法を幅広く網羅しています。前半の1章から4章で信号処理の基礎事項を扱い、5章と6章で代表的なスペクトル解析とたたみ込み演算を解説しています。後半の7章から12章では、ディジタルフィルタ、信号解析および雑音除去のトピックをカバーしています。
本書の特色は、テーマごとに実習例を用意し、それらを体験しながら信号処理を学べることです。例題を実行した結果に対しては、具体的に考察を行っています。さらに、事例を参考に、読者各自で実信号を準備して数値実験を行い、結果を可視化・可聴化することで、より効果的に学習できると思います。信号処理を習得し、プログラミングをすることで実践力が身に付き、応用専門分野へのステップアップのきっかけになれれば、著者にとっては望外の喜びです。
本書は、著者が行ってきた信号処理の講義および実習資料を基に執筆したものです。シミュレーション実習例は、ソフトウェアMATLABのプログラムを用いています。MATLABは種々の製品開発でも利用され、教育・研究の場において実績のあるプログラム言語として使用されています。本書に掲載されているプログラム等は、下記のサポートページからダウンロードできます。
https://www.morikita.co.jp/books/mid/073691
（以下略）
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著：和田 成夫（東京電機大学 教授）
MATLABで実践！ 初歩からわかる信号処理
《掲載のプログラムをサポートページからダウンロードできます》
MATLABを用いて、豊富なテーマごとに用意された実習例を体験しながら信号処理が学べます。フーリエ変換に基づく信号解析から雑音処理まで、信号処理の主要な技法を幅広く網羅しています。
＜実習例＞
・信号の周波数スペクトルを表示してみよう
・A-D/D-A変換をしてみよう
・DFTを計算してみよう
・DFT/IDFTを用いたフィルタリングをしてみよう
・FIRフィルタ/IIRフィルタを設計してみよう
・スペクトログラムを求めてみよう
・フィルタバンクによる多重解像度解析を行ってみよう
・メディアンフィルタで雑音を除去してみよう
…などなど
シミュレーション結果の具体的な考察も交えながら説明されており、実践的な力を身につけることができます。
【目次】
1章 アナログ信号とディジタル信号の表現－アナログ信号とディジタル信号を可視化してみよう
1.1 アナログ信号
1.2 ディジタル信号
1.3 信号の演算と表示
演習問題
2章 アナログ信号の周波数成分－信号に含まれる周波数成分を調べよう
2.1 アナログ信号のフーリエ解析
2.2 フーリエ変換と周波数解析
2.3 アナログ信号のパワースペクトル
演習問題
3章 サンプリングとA-D変換－エイリアジング現象を解析しよう
3.1 アナログ信号とディジタル信号の変換
3.2 A-D変換
3.3 D-A変換
3.4 サンプリング定理
演習問題
4章 ディジタル信号の周波数解析－離散フーリエ変換について理解しよう
4.1 離散フーリエ変換
4.2 有限長信号の周波数値
4.3 DFTを用いたパワースペクトル算出の注意点
4.4 DFTを用いたディジタル信号の周波数解析
演習問題
5章 定常信号のスペクトル解析－信号の周波数スペクトルを表示してみよう
5.1 広帯域信号のパワースペクトル
5.2 窓関数と周波数スペクトル解析
5.3 モデリングによるパワースペクトル推定
演習問題
6章 たたみ込み演算による信号処理－たたみ込み演算で周波数成分を抽出してみよう
6.1 たたみ込み演算とフィルタ
6.2 周波数成分の抽出
演習問題
7章 ディジタルフィルタの設計－仕様を満たすフィルタを設計してみよう
7.1 FIR/IIRシステム
7.2 ディジタルフィルタの特性近似
7.3 ディジタルフィルタの係数設計
演習問題
8章 フィルタによる信号処理－フィルタリングの効果を見てみよう
8.1 周波数選択性フィルタリング
8.2 狭帯域フィルタ
8.3 時間領域に着目したフィルタリング
演習問題
9章 周波数スペクトル変動の解析－非定常的な信号を解析してみよう
9.1 短時間フーリエ変換とスペクトログラム
9.2 フィルタバンクとスペクトログラム解析
9.3 窓関数と分解能
演習問題
10章 ウェーブレット変換を用いた信号解析－信号の特徴を調べてみよう
10.1 ウェーブレット解析
10.2 多重解像度解析とDWT
10.3 ウェーブレットとフィルタバンク
演習問題
11章 時間–周波数領域の雑音除去－信号を解析し雑音除去をしてみよう
11.1 短時間区間での雑音除去
11.2 時間－周波数雑音除去
11.3 混合雑音の除去
演習問題
12章 過渡的な雑音の除去－種々の信号の雑音を除去してみよう
12.1 ブロック変換処理
12.2 ウェーブレットデノイジング
演習問題
演習問題略解
索引