デジタル信号処理とは?

デジタル信号処理 (DSP) は、デジタル信号の解析、変換、送信の処理に使用される手法です。デジタル信号は、連続時間のアナログ信号からサンプリング、またはデジタルシステムから直接生成された情報のビットです。デジタル信号は時間的に離散し、量子化されているため、デジタル コンピューターは情報を高速かつ効率的に利用して操作できます。

重要な概念

• サンプリング: 一定の間隔で信号を測定することで、連続アナログ信号を離散デジタル信号に変換するプロセス。
• フィルター処理: デジタル信号処理の基本的な操作。信号から望ましくない特徴を取り除き、その品質を高めて、さらなる処理の準備のために使用します。フィルターの設計には MATLAB^® を使用できます。
• 変換:デジタル信号処理は、離散フーリエ変換 (DFT) などの数学的変換を使用して、周波数領域での信号の解析と操作を可能にします。高速フーリエ変換 (FFT) は、DFT の計算に使用するアルゴリズムです。また、信号は、DFT ベースの変換またはウェーブレットベースの変換を用いて、時間-周波数ドメインで解析することもできます。

デジタル信号処理は、無線通信、音声および動画処理、医用画像処理、レーダーおよびソナーシステム、制御システム、生体信号処理などの分野で応用されています。MATLAB、Simulink^®、および Signal Processing Toolbox™、DSP System Toolbox™、Radar Toolbox などのアドオン製品により、デジタル信号処理システムの解析、設計、構築を行うことができます。

実際の用途

• 画像処理: デジタル信号処理の手法は、画像に対して 2 次元的に適用でき、画像強調、画像圧縮、オブジェクト認識、コンピューター ビジョンなどの画像処理で使用されます。
• 音声処理:デジタル信号処理は、ノイズキャンセリング、イコライズ、音声認識など、音声アプリケーションで広く使用されています。多くの音声処理手法では、適応フィルター処理が必要となります。適応フィルターは、受信信号を考慮して経時的に変化するフィルターです。音声処理の詳細については、Audio Toolbox™ を参照してください。
• 通信: デジタル信号処理の手法は、通信システムにおいて、信号の変調と復調に使用されます。変調は、情報を搬送波信号に符号化するプロセスで、復調は、変調された信号から元の情報を抽出するプロセスです。通信チャネルは、送信信号に影響を与える歪みやノイズを発生します。信号に加わった歪みを考慮し、受信信号をフィルターして処理する必要があります。通信の詳細については、Communications Toolbox™ を参照してください。