Digitale Signalverarbeitung

Während wir dieses Buch schrieben, war die eigentliche Person, auf die wir uns zu konzentrieren versuchten, der Student von technischen Universitäten, Hochschulen und Fachhochschulen. Wir wollten ihn (oder sie) mit einer zugänglichen und gründlichen Erläuterung der Grundlagen eines relativ neuen Teils des geistigen Rüstzeugs heutiger Studenten der Elektrotechnik versorgen: der digitalen Signalverarbeitung. Einst wurde sie als die fortschrittliche professionelle Tech nologie betrachtet und jetzt finden wir ihre Anwendung schon zu Hause in der Compact Disc (CD). Seitdem die komplexen integrierten Schaltkreise (Chips) erschwinglich geworden sind, sind viele Designer von elektronischen Schaltkreisen und Systemen plötzlich mit neuen Mög lichkeiten der digitalen Signal verarbeitung konfrontiert wurden, nicht nur indem schon bestehende Schaltkreise nun digital realisiert werden konnten, sondern auch in Form von anderen zeitdiskreten Alternativen wie "switched-capacitor filters" (Schalter-Kondensator-Filter, SC Filter) und "charge-coupled devices" (ladungsgekoppelte Bauelemente, CCD). Da die heutigen Studenten schon morgen ähnliche Fragen in Angriff nehmen werden, müsssen sie gründlich vorbereitet sein. Obwohl es sehr viele Parallelen zwischen der vertrauten analogen Welt und der neuen zeit diskreten Methoden gibt, bestehen doch bedeutende Unterschiede; ohne die nötigen neuen theoretischen Hilfsmittel sind die genauen Konsequenzen der Arbeit in diskreter Zeit und mit diskreter Amplitude nicht leicht zu beurteilen. Dies erklärt die wahre Flut von Kursen, Publi kationen und Büchern, mit denen dieser Bedarf gedeckt werden soll.

l Einleitung. - 1. 1 Hintergründe. - 1. 2 Signale und Signalverarbeitung. - 1. 3 Vor- und Nachteile der digitalen Signalverarbeitung. - 1. 4 Hardware Baugruppen der digitalen Signalverarbeitung. - 1. 5 Anwendungen der digitalen Signalverarbeitung. - 2 Zeitkontinuierliche Signale und Systeme. - 2. 1 Einführung. - 2. 2 Das Fourier-Integral. - 2. 3 Diskontinuitäten in x(t) oder X(?). - 2. 4 Die Impulsfunktion oder der Dirac-Impuls. - 2. 5 Periodische kontinuierliche Signale. - 2. 6 Kontinuierliche Systeme. - 2. 7 Die Impulsantwort. - 2. 8 Die Übertragungsfunktion. - 2. 9 Das Faltungs-Integral. - 2. 10 Pole und Nullstellen. - 2. 11 Übungsaufgaben. - 3 Umsetzung zeitkontinuierlicher Signale in zeitdiskrete Signale und umgekehrt. - 3. 1 Einleitung. - 3. 2 Abtastung mit Dirac-Impulsen. - 3. 3 Signalrekonstruktion. - 3. 4 Praktische Erwägungen. - 3. 5 Praktische Realisierung. - 3. 6 Abschließende Bemerkungen. - 3. 7 Übungsaufgaben. - 4 Zeitdiskrete Signale und Systeme. - 4. 1 Einführung. - 4. 2 Diskrete Signale Beschreibung im Zeitbereich. - 4. 3 Diskrete Signale Beschreibung im Frequenzbereich. - 4. 4 Lineare zeitinvariante diskrete Systeme. - 4. 5 Die z-Transformation. - 4. 6 Übungsaufgaben. - 5 Die DFT und die FFT. - 5. 1 Die DFT für periodische diskrete Signale. - 5. 2 Die DFT für diskrete Signale endlicher Länge. - 5. 3 Eigenschaften der DFT. - 5. 4 Die Wahl von N. - 5. 5 Die zyklische Faltung. - 5. 6 Die Anwendung der DFT auf kontinuierliche Signale. - 5. 7 Die FFT. - 5. 8 Übungsaufgaben. - 6 Übersicht von Signaltransformationen. - 6. 1 Einführung. - 6. 2 Ein qualitativer Vergleich. - 6. 3 Relationen mit LT und ZT. - 6. 4 Die Verwendung der Impulsfunktion. - 6. 5 Ein quantitativer Vergleich. - 6. 6 Übungsaufgaben. - 7 Filterstrukturen. - 7. 1 Einführung. - 7. 2 Nichtrekursive diskrete Filter. - 7. 3 Rekursive diskrete Filter. - 7. 4 Einigespezielle Filterstrukturen. - 7. 5 Transponierungssatz. - 7. 6 Adaptive Filter. - 7. 7 Übungsaufgaben. - 8 Entwurfsmethoden diskreter Filter. - 8. 1 Einführung. - 8. 2 Entwurfsmethoden für FIR-Filter. - 8. 3 Entwurfsmethoden für IIR-Filter. - 8. 4 Gegenüberstellung von FIR- und IIR-Filtern. - 8. 5 Übungsaufgaben. - 9 Systeme mit mehreren Abtastraten. - 9. 1 Einführung. - 9. 2 Verminderung der Abtastfrequenz. - 9. 3 Realisierung von Dezimierungsfiltem. - 9. 4 Erhöhung der Abtastfrequenz. - 9. 5 Realisierung von Interpolationsfiltern. - 9. 6 Veränderung der Abtastfrequenz durch einen rationalen Faktor. - 9. 7 Transponierung von Interpolations- und Dezimierungsfiltem. - 9. 8 Anwendungsbeispiele. - 9. 9 Übungsaufgaben. - 10 Endliche Wortlunge bei digitalen Signalen und Systemen. - 10. 1 Einführung. - 10. 2 Darstellungen von Zahlen. - 10. 3 Quantisierung und Überlauf. - 10. 4 A/D-Umsetzungsrauschen. - 10. 5 Quantisierung der Filterkoeffizienten. - 10. 6 Begrenzung der Wortlänge von Zwischenergebnissen. - 10. 7 Abschließende Bemerkungen zur Wortlängenbegrenzung. - 10. 8 Übungsaufgaben. - Anhang I Zusammenfassung der Fourier Integrale. - Anhang II Partialbruchzerlegung. - Anhang IV Lösungen der Übungsaufgaben. - Sachwortverzeichnis.