生物物理学 · 15.01
信号の分類と比較
Classification and comparison of signals
🧠 信号の分類は測定・処理法を選ぶ基礎となるが、実際の選択には雑音、非定常性、解析目的も含めて考える。
分類の軸
| 軸 | 分類 | 例・意味 |
|---|---|---|
| 時間変化 | 静的/動的 | 体温の一時点/ECG波形 |
| 周期性 | 周期的/非周期的 | 理想的な反復波/単発パルス |
| 予測可能predictable 予測可能(predictable)predictable(予測可能) 性 | 決定論的/確率的stochastic (vs. deterministic)確率的(stochastic (vs. deterministic))stochastic (vs. deterministic)(確率的) | 既知の正弦波 sine wave正弦波(sine wave) sine wave(正弦波)/雑音を含むEEG |
| 時間・振幅 | 連続/離散 | アナログ信号analog signalアナログ信号(analog signal)analog signal(アナログ信号)/標本化sampling標本化(sampling)sampling(標本化)・量子化quantization 量子化(quantization)quantization(量子化) 済みデータ |
一つの生体信号が一つの分類だけに属するわけではない。例えばECGは連続時間の動的信号で、準周期的だが心拍ごとの変動と雑音を含む1。
アナログとデジタル
アナログ信号analog signal アナログ信号(analog signal)analog signal(アナログ信号) は時間・振幅が連続的に変化する。デジタル化digitizationデジタル化(digitization)digitization(デジタル化)では時間を標本化 sampling 標本化(sampling) sampling(標本化) し、振幅を量子化 quantization 量子化(quantization) quantization(量子化) するため、元信号の情報を完全には自動保存しない。
分類から処理を選ぶ
周波数成分はフーリエ解析Fourier analysisフーリエ解析(Fourier analysis)Fourier analysis(フーリエ解析)、不要帯域はフィルターbarrierフィルター(barrier)barrier(フィルター)で扱う。ただし処理法は分類だけで一意に決まらず、非定常性と解析目的も考慮する2。体表電位の発生源と測定は体表面の電気信号 PSP, postsynaptic potential電気信号(PSP, postsynaptic potential) PSP, postsynaptic potential(電気信号)につながる。
まとめ
- 信号は複数の独立した軸で分類する。
- アナログ/デジタルは、時間と振幅が連続か離散かを区別する。
- 分類は標本化 sampling標本化(sampling) sampling(標本化)、フィルターbarrierフィルター(barrier)barrier(フィルター)、周波数解析の選択へ直結する。
出典
- 1.Cepstral Analysis for Scoring the Quality of Electrocardiograms for Heart Rate Variability(Frontiers in Physiology・2022)ECGは雑音や不整脈で周期性が変動する擬周期信号である閲覧 2026-08-20
- 2.Time-frequency time-space LSTM for robust classification of physiological signals(Scientific Reports・2021)生理信号の解析では時間・周波数特性と解析目的を併せて扱う閲覧 2026-08-20