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信号処理/セキュリティ
計測，無線通信から画像，音声，電源まで，各種アナログ信号のディジタル処理アルゴリズムやプログラミング技術，シミュレーション技術を解説します．
ZEPマガジン
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計測のための24ビット$\Sigma\Delta$型A-Dコンバータ活用［第1回 高分解能$\times$高$SNR$の鍵「ノイズ・シェーピング」］ 24ビット$\Sigma\Delta$型A-Dコンバータは高分解能と高信号対雑音比を実現する技術．その中核技術はノイズ・シェーピングだ |
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実験しながら学ぶフーリエ解析とディジタル信号処理［Vol.1 フーリエ解析の基本「三角関数」の正しい理解］ 周波数解析は時間的に変化する信号を周波数成分に分解して扱う分野．よく使われるフィルタリング処理やスペクトル解析もこれに含まれる |
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実験しながら学ぶフーリエ解析とディジタル信号処理［Vol.4 「フーリエ級数」にもとづいて波形を分析する実験］ 「周期“$2\pi$”の関数のフーリエ係数」を求める方法について考えます．フーリエ係数の計算方法がわかったら，具体的な波形のフーリエ係数を求める |
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実験しながら学ぶフーリエ解析とディジタル信号処理［Vol.3 「フーリエ級数」を利用して波形を合成する実験］ 「フーリエ解析」や「ディジタル信号処理」は，様々なデータを加工して有益な情報を引き出すための技術 |
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フーリエ解析の基本「三角関数」の正しい理解 フーリエ解析は信号処理に欠かせない理論であり，その本質を理解するためには三角関数の性質をもう一度見直すことが重要だ |
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高校数学で読み解くマクスウェル方程式 微分と積分は密接に関連しており，エンジニアリングにおいては未来の挙動予測や最適化問題に応用される |
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Zynq搭載ボードの決定版“Eclypse Z7”で始める高速信号処理システム開発［Vol.2.C言語プログラムでZynqの“PS”を動かす実験］ ZynqのPS部分を使ったシンプルなアプリケーションを作る．LinuxなどのOSを利用することもできるが，C言語で書いたプログラムをそのままCPUで実行する |
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Zynq搭載ボードの決定版“Eclypse Z7”で始める高速信号処理システム開発［Vol.1 開発環境“Vivado”をインストールしてFPGA（PL）でLチカ］ Xilinx製“Zynq”を活用したディジタル信号処理システムの構築方法を基礎から解説．Digilent製Eclypse Z7ボードを使って実際に動かす |
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GNU Radioで遊ぶ超高速ディジタル無線スタータキット“USRP B205mini-i” “USRP B205mini-i”とRF信号処理ソフトウェア“GNU Radio”を使ってディジタルFMラジオを作りFM放送を聞く |
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Zynq搭載ボードの決定版“Eclypse Z7”で始める高速信号処理システム開発［Vol.3. PLによるディジタル・フィルタのサンプル・プロジェクトによる実験］ Xilinx（ザイリンクス）社のデバイスである“Zynq”（ジンク）を活用したディジタル信号処理システムの構築方法を基礎知識から解説 |
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USBカメラのキャプチャ＆描画プログラム “OpenCV”というライブラリを利用すると，数十行のPythonまたは C++コードで本格的な画像処理を実現できる |
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実験しながら学ぶフーリエ解析とディジタル信号処理［Vol.2 STM32マイコンの開発環境を準備する］ “STM32CubeIDE”は，STM32マイコンのプログラム開発用の環境．ソース・コードの編集，クロックや内部モジュールの設定，コンパイル，デバッグが可能 |
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量子鍵の基本的な転送プロトコルBB84とは 量子状態で情報を表現する量子ビットは，重ね合わせやもつれの特性をもつ．この性質を活用することで，従来の暗号アルゴリズムでは困難だった安全性の確保が可能 |
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量子技術が変える次世代サイバ・セキュリティ 量子状態で情報を表現する量子ビットは，重ね合わせやもつれの特性をもつ．この性質を活用することで，従来の暗号アルゴリズムでは困難だった安全性の確保が可能 |
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600GOPS！STM32N6マイコンによるエッジAIカメラの開発 Cortex-M55上で動かすファームウェアは，セキュア・ブートとハードウェア・アクセラレータによる暗号化機能を組み合わせて作る |
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GPUで最新と過去のキー・フレームを丸ごと最適化 GLIMアルゴリズムは，各フレームの姿勢を不確かさをもつ変数として扱い，収束するまで一定期間継続的に最適化する |
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点群量の削減と形状保持：ダウン・サンプリング法 LiDARが出力する点群は1スキャンあたり50万点以上．レジストレーションやマッピング処理が非常に重いため，ダウン・サンプリングで削減する |
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位置・誤差・時刻の関係性を可視化＆最適化 ファクタ・グラフは，ロボットや車のセンサから得られる膨大な情報と変数間の関係性をグラフで表し，全体の誤差を最小化する強力な最適化手法 |
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フレーム前後の点群位置を補正：高精度地図生成アルゴリズム LiDARの計測原理に起因する「点群のひずみ補正」が，SLAMの位置精度の鍵を握る |
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大域軌跡最適化とポーズ・グラフの実習ほか リアルタイムSLAMは，移動ロボットや自律移動システムにおいて，自身の位置を推定しつつ周囲の環境地図を同時に生成する技術 |
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ビーム・フォーミングの原理：フェーズドアレイ・アンテナ入門 フェーズドアレイ・アンテナでは，複数のANTから出力される電波を制御して指向性を作り出す |
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低軌道衛星によるIoT通信システム設計 低軌道衛星を用いたIoT通信システムでは，衛星の高速移動により発生するドップラー効果と伝搬遅延が通信品質に大きく影響する |
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高速×並列処理！電源制御マイコンの要件 モータでは50μs程度の制御レートで十分だが，電源では0.5μ～2μsの応答が必要．単一のCPUやDSPではなく，並列処理に対応したマルチコアCPUがよい |
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量子鍵配送プロトコルBB84の仕組み 量子計算機による暗号解読の脅威への対策の1つは，古典的な計算資源で解読が困難な耐量子暗号の研究．もう1つはBB84のように量子力学の原理に基づいて安全性を確保する量子通信 |
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STM32N6マイコンのコード改ざん防止とブートローダの運用 STM32N6は組み込みシステムにおけるセキュリティを重視したマイコン．CPUはArm TrustZoneに対応し，SecureとNon-Secureを切り替えられる |
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STM32N6のAI サンプル(Object Detection) と評価指標 NPU搭載のエッジ推論用マイコンSTM32N657の開発環境にはAIサンプルが提供されており、組み込みシステムでAIモデルの動作確認が可能 |
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リアルタイム推論対応の組み込みシステム開発 STM32N657はディープニューラルネットワーク（D-NN）に特化し、組み込み機器におけるリアルタイム推論を可能にする |
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600GOPS NPU搭載STM32N6マイコンでリアルタイムAI画像処理 600GOPSのNPUを搭載するマイコンSTM32N6はリアルタイムの画像処理を組み込み機器で実現できる |
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最大1GHz，600GOPS，288並列MAC演算！NPU搭載STM32N6マイコン誕生 エッジAI開発を強く意識したNPU（Neural Processing Unit）搭載のSTM32N657マイコンは，1GHz動作で600GOPSの演算能力をもつ |
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音を目で見る！オーディオ・スペクトログラムの制作 マイクから拾った音のスペクトログラムをLCDに表示するプログラムを実装し，人間には聞こえない音を目で見る．音声や振動など，時間とともに変化する周波数成分を分析できる |
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スピーカ周波数特性テスタの実装 STM32H747I-DISCOとTouchGFXを組み合わせることで、GUI付きのオーディオ分析ツールを制作．周波数スイープとスペクトル表示を組み合わせれば、手軽にスピーカの特性を可視化できる |
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STM32H7ハイスペック・マイコン製オーディオ・スペクトラム・アナライザ 大型カラーLCDを搭載するマイコン・キット STM32H747I-DISCOを使って，再生速度＆音程エフェクタを制作．オーディオ機能を制御する専用API“BSP”を利用してスピード開発 |
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MATLAB/Simulink入門 ADCを読んでLED制御 Simulinkは，図形ブロックを操作することで，複雑な制御器や信号処理システムを直感的に作成できる．ラズパイに外付けしたA-Dコンバータを動かしてLEDの輝度を制御してみた |
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MATLAB/Simulink入門 なぜ，MATLABなのか MATLABは米MathWorks社が開発した数値解析ソフトウェア．複雑な行列演算を数行のコードで記述できる．ロボティクスからソフトウェア無線まで，制御や信号処理アルゴリズム開発に欠かせない |
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ライン・トレース・ロボットの目を作る 赤外線を放ち反射光の強度を測定するライン・センサを使うと白黒のパターンを識別できる．計測値に環境光やノイズが含まれる場合は，移動平均を用いた信号処理が有効 |
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誤差の多いBang Bang制御の誤差を改善 ライン・トレーサの直進性は，左右モータの個体差や床面摩擦，ギアの組立て精度など，多くの誤差要因によって損なわれる．Bang-Bang制御とPID制御の補償性能を比べてみた |
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3次元LiDARとIMUを用いたSLAM/位置推定 自己位置推定とマップ生成技術“SLAM”は，現代の自律ロボットや自動運転車の開発に欠かせない．鍵を握るのは3次元LiDARとIMU，そして測定情報を処理する数学と実装技術 |
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ディジタル信号処理入門 再生速度＆音程エフェクタの制作 音声の再生速度の調整にはバッファ・サイズとサンプリング周波数が重要な役割を果たす．バッファ内のサンプルを管理する関数では，$N$サンプルごとに速度調整が行われる |
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ディジタル信号処理入門 FFTスペアナの制作 Cortexコアを2つ搭載するSTM32H7に，ARM DSPライブラリを実装することで，高性能なFFTスペアナを制作できる．動画では，録音・再生バッファの作成，LCDの表示方法を紹介する |
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ソフトウェア無線と通信の同期 ノイズの影響を受けやすい無線通信において，正確にデータを受信するためには，フレームの冒頭に配置される“SyncWord”にどのような符号を使うかが重要 |
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Cortex-M4/M7×500MHz！初めてのタッチパネルLCD搭載マイコン・キット STM32H7DISCO タッチパネルLCDで操作するアプリケーション開発をテーマに，STM32マイコンの知識がない状態からSTM32H747I-DISCOで新しくプロジェクトを作るまでの方法を紹介する |
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高感度受信！ソフトウェア無線機の心臓部“Root-Raised Cosine Filter”の設計 SDRの通信性能のかぎを握る群遅延一定の帯域制限フィルタ“Root Raised Cosine Filter”．このフィルタの良し悪しが感度や通信速度に大きく影響する |
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GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機 USB接続型の定番ソフトウェア無線器“USRP”シリーズを使って，ソフトウェアFMレシーバを作ります．GNU Radioのプログラミング支援ツール“GNU Radio Companion”も利用します |
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世界標準暗号AES 仕様書のチェックポイント AES暗号のマイコン実装では，メモリ制約や計算速度を考慮しつつ，仕様に忠実な実装が求められます．仕様書（FIPS 197）に従う際，LSBとMSBの並びに注意が必要です |
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鍵はレンズ選び！VR特有の撮影術 VR撮影では使うレンズのイメージ・サークルの大きさが重要です．イメージ・サークルとはレンズを通してピントが合った際に得られる画像の円形の範囲です |
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宇宙ロケットの高セキュア＆エラー・レス通信技術 ロケットに異常が発生したときの指示と判断のため，信頼性の高い無線通信が極めて重要である．サイバ攻撃やノイズに強いMAC（メッセージ認証コード）のしくみを解説 |
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5G・宇宙通信の鍵を握る！最先端ソフトウェア無線機の最新開発デモ アジャイルRFトランシーバ“RadioVerse”（アナログ・デバイセズ製）とFPGA“Cyclone V SoC”（インテル製）を使った最先端SDRの開発手法を解説 |
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スパコンでも破れない！高セキュリティ・マイコン・プログラミング 高セキュリティな組込みシステム開発に欠かせない鍵長最短128bit（2$^{128}=$340282366920938463463374607431768211456通り）の世界標準暗号“AES”導入のための入門解説 |
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タッチパネルLCD搭載！Cortex-M4/M7$times$500MHz！全部入りマイコン・キット STM32H747I-DISCO誕生 タッチパネルLCDで操作するアプリケーション開発をテーマに，STM32マイコンの知識がない状態からSTM32H747I-DISCOで新しくプロジェクトを作るまでの方法を紹介する |
