10月2日(月)午前、2000年ソサイエティ大会において、回路とシステム (CAS)研究専門委員会の企画による標記パネル討論が行われた。まず、CAS研究専門 委員会委員長兼座長である新潟大の菊池久和氏による挨拶とパネリスト、コメンテー タの紹介で幕を開けた。
座長挨拶では、現在の信号処理が情報技術(IT)を中心に必要不可欠な技術である とこと、そして信号処理技術者の人材育成がますます益々重要になっているとの指摘 がなされた。しかしながら、信号処理の包含するスペクトルは広く、アナログとデジ タル、大学と産業界、サイエンスとテクノロジー、日本と外国など立場の違いによ り、その教育に対する考えも異なる。このような状況において、個々の学生が専門家 として成長を遂げるためのコヒーレンスを確保した学部・大学院における信号処理教 育が如何にあるべきかを討論するとの主旨が述べられた。
本討論のパネリストは、座長挨拶を反映した形で、さまざまな立場の方々にご講演 いただいた。

• アナログ回路理論の重要性を指摘しつつディジタル信号処理による導入教育を提唱 する東工大の西原明法氏。
• 電気屋ではなく数理屋であるとの立場で、代表的な信号処理研究の数学の重要性と 理論教育の必要性を説く京大の酒井英昭氏。
• 産業界から大学へ移り、両者の視点を持つと共に、アナログ信号処理とシステム全 体の重要性を指摘する谷本洋氏。
• 産業界及び外国から見た日本の大学の信号処理教育、さらには日本の産業界と大学 との関係にまで言及するテキサス・インスツルメンツ社のパノス・パパミハリス氏。

-- 講演内容 --

1. 西原明法氏(東工大)

   ``信号処理としての回路理論と DSP First'''

   海外では70年代既に、ディジタル信号処理(DSP)の早期教育が提唱されていた。 また、ICASSP93,ISCAS95 などではDSP教育に関するセッションが設けられ、DSP教育 に関する関心が高い。日本においても、DSP教育者会議や今回のパネル討論など、こ こ数年DSP教育に関する議論が盛んになっている。
   アナログ信号処理(ASP)と比べたときのDSPの特徴として、パソコン(PC)上で原理 の実現や動作の確認が可能な点がある。海外では、"DSP First" というテキストが出 版され、ASPよりもDSPを先に学ぶ試みがなされている。このようなアプローチはPC世 代の教育に適しているのではないか？まず、線形システムやスペクトルの理解をDSP で学ぶことを薦める。昔のラジオ少年が回路理論を学んだときの喜びは、今のパソコ ン少年には通用しない。信号処理を学ぶことによる実感の方が効果が高い。しかし、 DSPは単なるソフトウェアではなく、回路理論的な洞察も必要である。古典回路合成 論と信号処理には深い関係があり、ウェーブフィルタなど回路理論に基づくものも少 なくない。
   パソコン少年には、DSP First を、より深い理解のために回路理論の教育を提唱す る。

2. 酒井英昭氏(京大)

   ``数理的視点から見た信号処理教育について''

   電気屋ではなく、数理屋として信号処理教育に対する意見を述べる。これまでの信 号処理の代表的な研究例を挙げると、FFT、音声合成、音声認識、適応フィルタな ど、数学ベースのものがほとんどである。Cooley　と Turkey による FFT の論文 は、Mathematics of Cumputation という数学の雑誌に掲載されたものであり、音声 合成の PARCOR は数学の直交多項式を回路化したものである。
   このように信号処理の最先端の研究が数学ベースの結果に依存している状況に、教 育も反映されるべきである。DSPは虚の世界であり、物理的実態から離れたもので り、数式の操作が本質的である。しかしながら、従来の信号処理の教科書では、微分 積分や確率統計などが手薄となっている。
   ICASSP2000の国別発表件数では、日本は、米国、仏国、英国に及んでいない。第三 者的な立場から、数学に重点を置いたDSP教育をしっかりしてもらいたい。
   
   • Q. 西原氏(東工大)：ICASSP2000での日本からの発表の割合はどれくらいか？
   • A. 総数が600程度で、日本が28。ただし、音声認識、生成は除いている。
   • Q. 貴家氏(都立大)：DSPは、実現上の制約などを意識することも重要では？
   • A. 虚の世界と実現の世界の間には壁があるのは確か。 しかし、アルゴリズムの裏には数学がある。 物理的なものに偏りすぎるのはどうかと思う。

3. 谷本洋氏(北見工大)

   ``アナログ信号処理と電子回路教育''

   産業界から大学へ移り、約半年がたった。まず問題なのが、特に電気系では、信号 処理自体が講義科目として存在しないことが多いことである。回路理論、電子回路、 制御理論などの講義で教育しているようだ。DSP First に関しては、物理的制約が少 なく、本質だけが学べる利点はあるが、バーチャル化の恐れがる。また、設計(CAD) ツールの発達によって、理解できなくても設計できてしまい、シミュレーションに頼 り、物理的感覚が鈍化してしまう問題がある。一体、今後は誰がCADツールを作るの か？
   アナログ電子回路における信号処理の側面としては、発信回路、増幅回路、変復調 回路、AD/DA変換回路が挙げられる。先進的受信機を例にあげると、IC化が目的であ り、ディジタル変調があるため、DSPは不可欠である。しかし、AD変換をどこでやる のか？HDDのリードチャネル等価器など、ASPとDSPをどこで切り分けるか？回路規 模、消費電力、A/D変換の分解能に影響があり、ASP, DSPそれぞれの問題の話では終 わらない。システム全体の最適化として、ASPとDSPの分担を決めるべきである。
   このような状況においては、ASPとDSPの相互乗り入れ(融合)が必要である。 ASP、DSPそれぞれだけでは実社会では通用しない。信号処理の統一的な教育が不可欠 である。実践材料としては、SCFやΔΣ変調などがある。ASP First か DSP First か は、学生がリアリティを感じられる方がよい。

4. パノス・パパミハリス氏(テキサス・インスツルメンツ社)

   ``Expectations and Reality of the Signal Processing Eduation in Japan

   携帯電話、CD/DVDなど、ディジタルの世界が広がっている。IT(情報技術)は多く のDSPから成っており、産業界にとって重要であり、政治までもが関心を持ってい る。DSPの利点として、アルゴリズムが変わっても、プロセッサで処理するという方 法が変わらない点がある。学生は、信号処理プロセッサを使うことで、プログラマビ リティ、実時間、低消費電力、低コストなど、DSPが現実のものであるという理解は できる。
   企業には、新入社員に教育を施すための十分な時間はない。米国の産業界が学生に 期待するのは、優秀かつ柔軟(新分野に対応可能)であること、DSPの理論的知識と 経験である。大学には十分な数のDSP技術者の供給を期待する。日本の産業界でも、 優秀かつ柔軟な学生を期待するが、1,2年の社員教育をわざわざ行っている。これ は、日本の産業界に悪影響を及ぼしている。
   日本の教育における欠点は次のとおりである。限られた表面的なDSPしか提示して いないこと。DSPの卒業者がほとんどいないこと。学生を雇うというアシスタント シップの制限。言語の壁。そして、産業界と共同研究を行おうという教員のモチベー ションの低さである。日本の産業界はただ献金をするのみであり、プレッシャーがな い。これでは、優秀だが知識・経験の弱い技術者しか育たない。
   何をすべきか？産業界は、大学へDSPのツールを供給すべきである。インターン シップを行うべきである。そして、プロジェクトの支援を行うべきである。一方、大 学は、学部におけるDSPの講義科目を持つべきである。DSPの卒業研究を行うべきであ る。インターンシップを活用し、プロジェクトの支援を受け、DSPの教員を増やし、 DSPの応用を重要視すべきである。
   • Q. 杉山氏(NEC)：日本には法律があり、産業界から大学への献金には面倒があ る。
   • A. 政治家がITを叫ぶならば、献金をしやすい制度にするべきでしょう。

5. 川又政征氏(東北大)[代理：菊池久和座長
   

   ``ディジタル信号処理教育の現状と課題''

   日本におけるDSP教育の平均的な姿。DSP教科書の問題。教育の2000年問題。ASP First か DSP First か。について述べる。
   調査結果より、DSP教育の平均像は次のとおりである。ソフトウェア(MATLABな ど)の利用はまだ少ない。学部においては、3年前期、後期の開講が多く、選択か選 択必修である。大学院に置いては、基礎理論、通信、画像、統計、音声、情報理論な どの名称で開講されている。
   DSPに関する教科書のページ数を調べたところ、和書では平均231ページ。洋書 では平均443ページであった。和書は6割程度であり、より深めた勉強ができない のではないかと危惧する。
   また、教育2000年問題がある。高校では2003年に完全週休5日制となり、理科と数 学の時間が1/3に削減される。結果として、学力低下が懸念される。一方では、コン ピュータ、インターネットの教育が増加する。大学内の対策としては、DSP教育のレ ベルダウン、もしくは開講時期を遅らせる必要があるだろう。
   教育2000年問題に対応するDSPの基礎教育において、ASP First か DSP First かと いう問題では、ディジタルとアナログの対応、例えば、離散時間システムと電気回 路、数列と関数、差分方程式と微分積分などを見ると、ディジタルの方がシンプルで 入門者向きではないか？DSP First がよいだろう。

-- 討論内容 --

• 菊池座長(新潟大)：
  信号処理には、ASP対DSPという視点がある。また、産業界から の支援を動機付けにするという現実的な視点も興味深い。 西原氏(東工大)：
  パノス氏の視点は正しい。しかし、大学の教員には定員がある。 DSPの教員を増やすには、他分野の教員を減らさなければならない。このような場 合、外部(産業界)の圧力は効果的である。
• パノス氏(TI社)：
  どの分野も必要だが、DSPの応用も増えているので、DSPもデバイ スなどと同様に強化されていい。
• 西原氏(東工大)：
  教員数を減らしている現実がある。教員を増やすには、多くの制 限があり、政府と大学と産業界の間の問題だ。これは、日本の構造的な問題だ。
• 関根氏(東京理大)：
  パノス氏の意見は正しい。しかし、隠れた問題がある。大学教 員は論文の数で評価される。応用向きの論文は難しい。理論的な論文は比較的簡単で ある。また、大学の教員は産業に弱い。理論的に偏るのは、論文数の評価があるため でやむを得ない。 また、信号処理において、性質を教えないのは問題だ。ツールを教えるだけではだ めだろう。どういう音にしたいか？どういう絵が目的にあっているのか？そのために は、どういうDSPで実現するのか？という視点が欠けている。ソフトで実行して、結 果が出ました。という学生は単なるプログラムを学んでいるにすぎない。どういう処 理を施しているかをわかるエンジニアを育てなければいけないのではないか？
• 谷本氏(北見工大)：
  企業では、効率を優先する。DSPでもASPでも、まずアプリケー ションがある。道具立てだけで終わってしまうのではという、危惧がある。
• 酒井氏(京大)：
  論文でも、最初は、業績のためという意味があっても、徐々に実現 向きになるという現実もある。
• 武部氏(金沢工大)：
  私は、ASPで育った。昔、真空管が使われている時期に、米国 に渡った留学生の話で、トランジスタで教育を行っていたということを聞き感銘を受 けた。大学では、早いうちに新しい技術に切り替えることはよいことだと思う。
  現在、我々の大学で問題なのは、情報工学科である。学生の間では、基礎必修でな ぜ電気回路をやらないといけないのか？という疑問が生じている。システムには必要 だと言ってもなかなか実感してもらえない。実質的に、DSP First にならざる終えな い。
  今は講義のあと、ブレッドボードを使った演習を加えている。しかし、電気回路の 実験がおろそかになっている。それをどうしたらよいか考えている。アナログをやら ないと、PCの画面で終わってしまう。学生には、実際にものをいじる自信が沸かない だろう。周波数、スペクトル、畳み込みの概念を教えるのが難しい。
  これからは、大学改革で各大学の特徴が出てくるだろう。金沢工大では、入学時 に、ノートパソコンを配り、Mathematica の利用環境を与える。学生も教員も全て。 また、インターネットを使える環境、365日、24時間、自由に自習できる環境作 り、メディア工房をつくり、最新のパソコンと相談員を置く。
• 菊池座長(新潟大)：
  国立大学は大学改革に対してネガティブな面があるが、金沢工 大の取り組みは参考になる。
• 山田氏(東工大)：
  DSP First か ASP First　かという問題も大切だが、酒井氏のい う数理的な側面を軽視せず、そこから入るべき。IEEE　Trans　の傾向として、CAS と SP では性質が違う。SPは数理的なアプローチが多い。
  DSPの講義を数コマのシリーズで教えるべきではないか。数理的な理論から、実装 までを教えるのはどうだろうか。
• 菊池座長(新潟大)：
  川又氏からは、信号処理学科をつくろうという意見があった。
• 貴家氏(都立大)：
  関根氏の意見に賛成だ。仕様がまず与えられるのが信号処理だ。 実装の問題は重要だ。多くの教員がいて、研究者を育てるためには、山田氏の意見も わかる。しかし、学部教育を考えると難しい。
  理論なき実践から理論を教えるフィードバックを行うような教育にしないといけな い。限られた時間のなかでやらないと改善されない。
• 西原氏(東工大)：
  我々は理論などわからないままラジオを作った。大学で理論を学 んで、こういうことかと初めて感動した。今の学生には、そのような経験がないの で、理論を学んでも感動がない。PCをいじっている学生には、画像処理ツールなどの 理論を教えてあげるのがよいのでは？
• 酒井氏(京大)：
  米国では強力な教育がなされているようだが、どういう教育がされ ているのか？パノス氏がDSPの理論的知識が要求されていると言うように、理論の徹 底的な教育と研究がされているのではないか。日本は相場的だ。日本では、DSPが共 通言語だということで広げていく努力が必要と思う。
• 関根氏(東京理大)：
  西原氏は、モチベーションをどうするかの問題を指摘している が、日本の最大の問題は、何をいじっても給料が同じというこである。DSPを知って いれば儲けられる事実があれば、モチベーションが上がる。それは、ASPでも同じ。
  日本の大学では、卒業が目的である。平均的な学生は理論が断片的になり、応用す る場面で直ぐに出てこない。これは、モチベーションの問題だ。
  信号処理はプラクティカルである。実現の世界である。昔は、必要なかったが、今 の学生にはモチベーションを植え付ける必要がある。現実の世界のものであるという ことを教えて、興味を持たすことがまず重要だ。
• パノス氏(TI社)：
  理論と実践の問題の話し合いになったようだ。モチベーションは 重要だ。しかし、実践だけで教える場合の問題は、理論が何をしているのかわからな いことだ。理論も実践も両方必要だ。もし、理論を知っていれば、応用することがで きる。
• 青木氏(北大)：
  学生に如何にモチベーションを与えるか？これは大学教員の教え方 の問題だ。大学の教員は自分らの習っていないものを教えなければならない。独学で ある。結果として、一般性がなく、自分流になり特殊になるのではないか？
  私は、MATLABとCを使った教科書を書いている。しかし、売れなかった。なぜか？ それは、あまりにも特殊であったためである。理論は、特殊性を除いて、誰でも理解 できるところに還元されている。
  教員は研究もあり、独自性が出てしまい、教員ベースになってしまう。したがっ て、学生にモチベーションを与えるのが難しい。学生は何も知らないという前提で教 えるべき。わかる学生に対して研究を教えるべき。また、教員は、会議、講義など忙 しすぎる。毎年進歩しない。これは、教員に問題がある。
  DSPは積和演算でできる。私には、DSPでサイン波が積和演算だけでできるという感 動があった。学生に同じ感動があるか？きっと、ない。いろいろやってきた人間には 感動なのだ。教育にショートカットはない。 わからなくても、こういうことだった のかと最後にわかってもれえればよい。いまは、企業のために実践向きの人材を教育 するのがよいのか迷っている。
• 菊池氏(新潟大)：
  いま、独立法人化の問題を各大学で論じている。私は、信号処理 のコヒーレンスをもった講義をつくり、信号処理スペシャルの少人数体制をつくると よいと思っていた。しかし、議論を聞いていると、信号処理教育は螺旋階段のような ものに感じる。
  いろいろな窓口があるようだ。ラジオ少年にも、数理の世界にも感動がある。回る 回る階段のようなもの、ストレート、コヒーレントな階段ではないのかな？と思いは じめた。
• 西先生(九大)：
  DSP First という言葉は、初めてきいた。しかし、DSPのが簡単だ というのは、理解し難い面がある。私にとっては、線形数学と組み合わせ数学の難し さくらいの違いが、ASPとDSPの違いだろうか。アナログが先のほうが簡単な気がす る。
• 西原氏(東工大)：
  われわれの世代は、アナログをきちんと勉強してきた。しかし、 現在はディジタルが溢れている。 MP3がどうやって聞こえてるのか？どういう技術 が使われているのか？を取り掛かりとして教えることも重要では。理論を教える必要 はあるが、まず、モチベーションを与える必要がある。L,Cで教えたところでモチ ベーションが沸かない。数学的モデリング、取り扱いの注意を後で教えるための取り 掛かりである。
• 菊池座長(新潟大)：
  新潟大学では、スタディースキルズを教えている。そこでは、 画像の情報圧縮を教えており、まず、ビットとは何かから教える。学生は、JPEGなど わかってよかったなどと喜んでくれる。本当にわかっているかは、疑問であるが。
• 杉山氏(NEC)：
  企業からの意見を言わせてもらいたい。いま、フラストレーションを 感じているのは、卒業生の信号処理のセンスについてである。
  例とえば、高周波が多くあるということに、われわれは時間の世界で多くの変化が あるとわかる。それがわかっていない様だ。直感的にわかるように教えていないので は。われわれは、日々の研究で直感を養った。
  また、よいコミュニケーション能力を若い人に望む。テレコミュニケーションでは ない。これは、会社に入った時点で身についていると有益である。しかし、今の卒業 生は、論文を書いたり、OHPを作る時点で、わかってもらうことが重要だという訓練 ができていない。これがパノス氏の言う即戦力ではないか。コミュニケーションさえ 上手くできれば、時間を無駄に過ごすことはない。私の知っている限り、このことは 大学で教育されていない。
• パノス氏(TI社)：
  日本だけではなく、世界でもライティングを教えているが、コ ミュニケーションを教えているところは少ないようだ。
• 菊池座長(新潟大)：
  アナログとデジタルの両方を扱うと議論が難しくなると思った が、そんなことはなかった。みんな共通の問題を持っているようだ。今回の議論が、 これからの教育に役立てばよいと思う。
  日本では、産業界が大学教員にプレッシャーをあまり掛けていないのではないか？ モチベーションがはっきりすれば、教育改革が変化が早くなるのではと思う。