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Einführung in die digitale Signalverarbeitung
Inhalt: Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung, zeitdiskrete Signale und LTI-Systeme, diskrete Faltung, Fourier- und Z-Transformation, DFT, Fensterung, Filterstrukturen, IIR- und FIR-Filter, Filterentwurf, Abtastung und Rekonstruktion
Bemerkung:
Pflichtmodul AKT 1-1
Pflicht für Tonmeister (UdK Berlin)
Veranstaltungsdetails:
| Wochentag/Zeit: | VL: Montag 16-18 Uhr UE: Mittwoch 12-14 Uhr |
|---|---|
| Zeitraum: | VL: 15.10.2018 - 11.02.2019 UE: 18.10.2018 - 16.02.2019 |
| Raum: | E 020 (VL) / FH 312 (UE) |
| Dozent: | Prof. Dr. S. Weinzierl |
| Tutor: | Roman Gebhardt |
| Veranstaltungstyp: | Vorlesung / Übung |
| Veranstaltungsnummer: | VL: 3135 L 371 UE: 3135 L 372 |
| Module: | Modul AKT 1-1 (Digitale Signalverarbeitung) |
| Prüfung: | Übungsaufgaben und Klausur |
| Angebot: | Im Wintersemester |
| Umfang: | 4 SWS |
| ISIS-Anmeldung erforderlich: | Ja |
Dozenten und Tutoren
Dozent: Prof. Dr. Stefan Weinzierl
Tutor: Roman Gebhardt
Prüfung
Die Klausur findet am 18.02.2019 in Raum E 020 um 10.00 Uhr statt.
Die Wiederholungsklausur findet zu Beginn des SoSe statt.
Zugelassene Hilfsmittel: nicht programmierbarer Taschenrechner, DIN A4 einseitig handbeschriebene Formelsammlung.
Zur Klausurvorbereitung eignet sich das Lösen der Aufgaben in der Aufgabensammlung.
Bitte Studenten-/Lichtbildausweis mitbringen.
Die Note der Klausur und die Gesamtnote für die drei während des Semesters abgegebenen Übungsblätter werden im Verhältnis 2:1 gewichtet und ergeben die Modul-Note.
Voraussetzungen und Hilfsmittel
Vorausgesetzt wird der Stoff der Vorlesungen und Übungen Analysis I und Lineare Algebra I oder vergleichbarer Veranstaltungen.
Zum Besuch von Vorlesung und Übung ist eine lauffähige Version von MATLAB oder eines freien MATLAB-Clones erforderlich. Günstigste Bezugsquelle für MATLAB ist der Erwerb einer Studenten-Lizenz. Für die digitale Signalverarbeitung ist die Signal Processing Toolbox erforderlich, für AKT Studierende ist zusätzlich die Statistics Toolbox empfehlenswert.
ISIS
Übungsblätter, Hausaufgaben, Folien, ergänzende Literatur und die Gruppeneinteilung werden über die E-Learning Plattform ISIS der TU Berlin organisiert.
Auf ISIS melden sie sich im Kurs
"Einführung in die digitale Signalverarbeitung 2018/19"
an.
Material und Skripte
Als Skript zur Vorlesung dient
A. V. Oppenheim, R. W. Schafer, J. R. Buck: Zeitdiskrete Signalverarbeitung, 2. Aufl., Pearson, 2004
bzw.
A. V. Oppenheim, R. W. Schafer, J. R. Buck: Discrete-Time Signal Processing, 2. Aufl., Prentice Hall, 1999
Weitere empfehlenswerte Sekundärliteratur:
R. G. Lyons: Understanding Signal Processing, 3rd ed., Prentice Hall, 2010
E. C. Ifeachor, B. W. Jervis: Digital Signal Processing - A Practical Approach, 2nd ed., Pearson, 2002
Ergänzend kann das alte Vorlesungsskript EDS verwendet werden.
Zum Nachschlagen mathematischer Grundlagen kann Lineare Algebra für Ingenieure und Analysis für Ingenieure verwendet werden.
Ein
Matlab-Einstieg
sowie weiteres Einführungsmaterial können hier herunterladen werden. Zwei Literaturbeispiele mit wichtigen MATLAB-Übungen und dazugehöriges verfügbares Material (.m Files) im Netz sind diese:
K. D. Kammeyer, K. Kroschel: Digitale Signalverarbeitung, Filterung und Spektralanalyse mit MATLAB-Übungen, 7. Auflage, Vieweg+Teubner, GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2009.
G. Doblinger: MATLAB-Programmierung in der digitalen Signalverarbeitung, J. Schlembach Fachverlag, Weil der Stadt, 2001.
Die .m Files zu diesen Auflagen sind hier und hier verfügbar.
Faltungsanimation mit Matlab
Inhalte und Literatur
| Termin | Datum | Inhalt | Skript* |
|---|---|---|---|
| 1. VL | Vorlesungseinführung, Signale | 2.1 | |
| 2. VL | Systeme und Systemeigenschaften, LTI-Systeme, Faltungssumme | 2.2, 2.3 | |
| 3. VL | Faltung, Eigenschaften von LTI-Systemen | 2.3, 2.4 | |
| 4. VL | Differenzengleichungen, Blockschaltbilder, FIR-& IIR-Systeme | 2.5, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 | |
| 5. VL | Darstellung im Frequenzbereich, Fouriertransformation | 2.6, 2.7 | |
| 6. VL | Eigenschaften der Fouriertransformation, z-Transformation | 2.8, 2.9 | |
| 7. VL | z-Transformation, Konvergenzbereich, Pole und Nullstellen, Eigenschaften des Konvergenzbereichs | 3.1, 3.2 | |
| 8. VL | Inverse z-Transformation, Eigenschaften der z-Transformation | 3.2, 3.3, 3.4 | |
| 9. VL | Analyse von LTI-Systemen: Amplitudengang, Phasengang, Gruppenlaufzeit | 5.1, 5.2, 5.3 | |
| 10. VL | Inverse Systeme, Allpässe, Minimalphasensysteme | 5.5, 5.6 | |
| 11. VL | DFT | 8.1, 8.4 | |
| 12. VL | Eigenschaften der DFT | 8.5, 8.6 | |
| 13. VL | Fensterung | 10.1, 10.2, 10.3 | |
| 14. VL | FIR-Filter: Filterentwurf mit Fenstermethode, linearphasige FIR, minimalphasige FIR aus IIR-Prototypen | 7.1.2 | |
| 15. VL | IIR-Filter: Filterentwurf mit bilinearer Transformation | 5.7.2, 5.7.3, 7.2 | |
| 16. VL | Abtastung im Zeit- und Frequenzbereich | 4.1, 4.2, 4.3 | |
| Kapitel in: *A. V. Oppenheim, R. W. Schafer, J. R. Buck: Zeitdiskrete Signalverarbeitung, 2., überarbeitete Aufl., Pearson, 2004 | |||
| Termin | Datum | Thema |
|---|---|---|
| 1. UE | Matlab-Einführung I | |
| 2. UE | Matlab-Einführung II | |
| 3. UE | Signale, Systeme und Systemeigenschaften | |
| 4. UE | Faltung, Gleitender Mittelwert, Systemeigenschaften, Signalflussgraphen | |
| 5. UE | Verarbeitung von Audiodateien und -signalen, Filterprogrammierung, Systemanalyse. | |
| 6. UE | Fourier-Reihe, Fourier Transformation und Eigenschaften | |
| 7. UE | z-Transformation und Konvergenzbereich | |
| 8. UE | z-Transformation und Eigenschaften, Übertragungsfunktion | |
| 9. UE | z-Transformation und Übertragungsfunktion, Polynomdivision und Partialbruchzerlegung | |
| 10. UE | Analyse und Interpretation von LTI-Systemen - Pole, Nullstellen, Am- plitudengang, Phasengang, Gruppenlaufzeit, Impulsantwort | |
| 11. UE | Minimalphasensysteme, Zerlegung in Minimalphasensystem und Allpass | |
| 12. UE | Einführung in die Diskrete Fourier-Transformation (DFT), Eigenschaften der DFT Eigenschaften der DFT, Berechnung der DFT, Inverse DFT | |
| 13. UE | FFT, Fensterung | |
| 14. UE | Fensterung, Eigenschaften der DFT in der Praxis | |
| 15. UE | Prüfungsvorbereitung, Zusammenfassung und Rückblick | |
| 16. UE | Probeklausur |