Digitale Signalverarbeitung

5., neu bearbeitete Auflage, Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2014

D. Ch. von Grünigen

Digitale Signalverarbeitung
mit einer Einführung in die kontinuierlichen Signale und Systeme
358 Seiten, 249 Bilder, 125 Beispiele und 82 Aufgaben
ISBN 978-3-446-44079-1

 

 

Kurzbeschreibung

Die digitale Signalverarbeitung, d.h. das Verarbeiten von Signalen mit digitalen Rechnern, ist eine sehr aktuelle Disziplin. Dank leistungsfähiger und preiswerter Computer können heute umfangreiche Probleme aus der Kommunikations-, Mess-, Regelungstechnik, sowie der Audio-, Sprach- und Bildverarbeitung u.a. gelöst werden, deren Lösung vor einigen Jahren noch undenkbar war.

Das vorliegende Buch bietet eine Einführung in die kontinuierlichen Signale und Systeme und vermittelt umfassend die Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung. Es richtet sich an Studentinnen und Studenten, die in die analoge und digitale Signalverarbeitung einsteigen möchten, aber auch an Ingenieurinnen und Ingenieure, welche Aufgaben aus dem Bereich der diskreten Fourier-Transformation, der diskreten Korrelation, der digitalen Filter und der digitalen Signalgeneratoren zu lösen haben. Der Stoff wird so anschaulich wie möglich, aber dennoch wissenschaftlich korrekt präsentiert. Viele Anwendungsbeispiele, Zeichnungen und Übungen mit Lösungen ermöglichen ein spannendes Einarbeiten in die anspruchsvolle Materie.

MATLAB ist ein Programm, das in der digitalen Signalverarbeitung häufig eingesetzt wird. Viele Übungen sind mit diesem Programm ausgeführt und auf dieser Website verfügbar. Runterladbar sind zudem die Lösungen zu den Aufgabenstellungen sowie ein von Ivo Oesch realisieres Entwurfs- und Simulations-Programm für Digitalfilter und Signalgeneratoren.

 

Zur 5. Auflage
Das Buch in der 5. Auflage ist eine erweiterte und vollständig überarbeitete Version der 4. Auflage. Neu ist neben vielen Beispielen und Aufgaben das Kapitel 3 ‘Signalabtastung und Signalrekonstruktion’, das vorher in eingeschränkter Form in Kapitel 2 integriert war. Verzichtet wurde dagegen auf den Codegenerator für den DSP-Starterkit TMS320VC5510-DSK von Texas-Instruments. An seiner Stelle wurde zur Realisierung von digitalen Filtern und Signalgeneratoren das PC-Programm spsound entwickelt. Dieses Programm erlaubt die Eingabe von Digitalfiltern, die Darstellung ihres Amplitudengangs, die Generierung und die Filterung von Signalen, die Berechnung ihrer Spektren und die Ausgabe via Soundkarte. Das Programm ist lauffähig unter Windows XP und Windows 7 und kann von der vorliegenden Website heruntergeladen werden (siehe weiter unten).

 

Inhaltsverzeichnis

 

1. Einführung:
Grundlagen, der Signalprozessor als Digitalrechner, Anwendungsbeispiele, Vorteile und Nachteile der DSV.

2. Kontinuierliche Signale und Systeme:
Charakterisierung von Signalen, Fourier-Reihe und Fourier-Transformation, Faltung und Korrelation von Signalen, Laplace-Transformation, kontinuierliche Systeme.

3. Signalabtastung und Rekonstruktion.
Abtastung, Signalrekonstruktion, Antialiasing- und Glättungsfilter.

4. Zeitdiskrete Signale und Systeme:
Zeitdiskrete Signale, lineare zeitinvariante diskrete Systeme, z-Transformation, nichtrekursive und rekursive Systeme.

5. Zeitdiskrete stochastische Signale:
Zufallsvariable, Erwartungswerte, stochastische Signale, Leistungsdichtespektrum und Filterung, Schätzung von Erwartungswerten (Schätzung der Korrelationsfunktion).

6. Diskrete Fourier-Transformation:
Einführung, Interpretation und Eigenschaften der DFT, die DFT als pproximation, die Berechnung der DFT mittels der FFT, der Goertzel-Algorithmus, Fensterung, die praktische Durchführung der DFT.

7. Digitalfilter:
Einführung, Eigenschaften und Strukturen digitaler Filter, Entwurf digitaler Filter, nichtideale Effekte bei Digitalfiltern, Realisierung digitaler Filter.

8. Signalgeneratoren:
Einfache Signalgeneratoren, direkte digitale Synthese, Polynomapproximation, Impulsantwort-Generatoren, Rauschgeneratoren.

Anhang
Beschreibung der Begleitdateien und Programme

Literatur- und Sachwortverzeichnis

 

Zielgruppen

  • Studenten und Studentinnen der Elektrotechnik, Maschinentechnik, der Technischen Informatik und der Technischen Physik ab dem 4. oder 5. Semester
  • Hochschullehrer und Kursleiter industrieller Bildungszentren als lehrbegleitende Literatur
  • Ingenieure, Informatiker und Physiker als Lehrbuch zum Selbststudium.

Bezugsquellen

Das Buch kann unter anderem bei www.hanser-fachbuch.de, www.buchkatalog.de und www.amazon.de oder bei jeder Buchhandlung bestellt werden. (ISBN 978-3-446-44079-1, E-Book-ISBN 978-3-446-43991-7)

 

Dateien zum Herunterladen

Audio.zip
In diesem Archiv sind Audio-Dateien abgelegt.

DSVsoundtools.zip
Enthält das Programm spsound, sowie den Ordner Sound_Examples, in dem einige Audio-Files abgespeichert sind, die für spsound automatisch zur Verfügung stehen. Das Programm spsound ist ein unter Windows 7 oder höher lauffähiges PC-Programm zur Echtzeitrealisierung von Digitalfiltern, Signalgeneratoren und einer virtuellen Schallquelle über die Soundkarte.

Bemerkung: Falls beim Start von spsound die Fehlermeldung "0.01 is not a valid floating value" auftritt, ist unter "Systemeinstellungen, Region, Zahlenformat ändern" der Punkt "." als Dezimaltrennzeichen zu wählen.

DSVtools.zip
Alle MATLAB-Programme zum Entwurf und zur Simulation von Digitalfiltern und Signalgeneratoren sind in diesem Archiv abgespeichert. Die entworfenen Digitalfilter und Signalgeneratoren können mittels des oben erwähnten Programms spsound in Echtzeit auf dem PC über die Soundkarte ausführt werden.

MatDSV.zip
Beinhaltet die Lösungs-Dateien der MATLAB-Aufgaben und M-Files zum Experimentieren.

Loesungen.zip
In diesem Archiv finden sich die Lösungen zu den Aufgaben. Die Lösungen können mithilfe eines Internet-Browsers betrachtet werden.

 


 

Digitale Signalverarbeitung, Bausteine, Systeme, Anwendungen

Erschienen bei FO-Publishing .

D. Ch. von Grünigen

Digitale Signalverarbeitung
Bausteine, Systeme, Anwendungen
2008
322 Seiten, 191 Bilder, 81 Beispiele und 76 Aufgaben, kartoniert
ISBN 978-3-905681-42-0

 

Kurzbeschreibung

Die digitale Signalverarbeitung, d.h. die Verarbeitung von Signalen mittels Digitalrechnern, ist eine aktuelle und wachsende Disziplin der Informationstechnik. Sie umfasst Anwendungen aus der Sprach- und Audioverarbeitung, der Kommunikationstechnik, der Signalanalyse und -erzeugung, der Automatisierungstechnik und vielen anderen Zweigen der Technik und Wissenschaft.
Das vorliegende Buch ist ein Lehr- und Anwenderbuch. Es richtet sich sowohl an Studierende wie auch an Ingenieure, Informatiker und Naturwissenschaftler, die Stoff und Aufgaben aus den Bereichen Filterung, Funktionswertbestimmung, Spektralanalyse und Multiraten-Signalverarbeitung zu studieren und zu bearbeiten haben. Der Stoff wird so anschaulich wie möglich, aber dennoch wissenschaftlich korrekt präsentiert. Viele Anwendungsbeispiele, Zeichnungen und Übungen mit Lösungen ermöglichen ein spannendes Einarbeiten in die anspruchsvolle Materie.
MATLAB ist ein Programm, das in der digitalen Signalverarbeitung häufig eingesetzt wird. Viele MATLAB-Programme stehen in der Zip-Archivsammlung mit dem Titel "Begleitdateien zum Buch" in Form von M-Files zum Experimentieren zur Verfügung. Die Archivsammlung enthält zudem die Lösungen zu den theoretischen Aufgabenstellungen sowie ein MATLAB-Entwurfs- und Analyse-Programm für klassische, spezielle und adaptive Digitalfilter, Funktionsgeneratoren, DFT-Analysatoren und Filterbänke. Diese Funktionsblöcke können auf dem Signalprozessor-Kit TMS320C6713-DSK von Texas Instruments automatisch implementiert und in Echtzeit getestet werden.

 

Inhaltsverzeichnis


1 Einführung
1.1 Der Signalprozessor als Digitalrechner
1.2 Das lineare Digitalfilter
1.3 Bausteine der digitalen Signalverarbeitung
1.4 Anwendungen

2 Algorithmen zur Auswertung von Funktionen
2.1 Polynomapproximation
2.2 Tabellenverfahren
2.3 Cordic-Algorithmus
2.4 Newton-Algorithmus
2.5 Diverse Algorithmen

3 Spezielle Digitalfilter
3.1 Allpass-Filter
3.2 Abstimmbare Filter
3.3 Audioeffekt-Filter
3.4 Diverse spezielle FIR-Filter
3.5 Schnelle Faltung
3.6 Median-Filter

4 Signalanalyse im Frequenzbereich
4.1 Grundlagen
4.2 Die Kurzzeit-Fourier-Transformation
4.3 Die Schätzung des Leistungsdichtespektrums
4.4 Cepstral-Analyse
4.5 Frequenzestimation

5 Adaptive Filter
5.1 Einführung
5.2 Theoretische Grundlagen
5.3 LMS-Algorithmus
5.4 Anwendungsbeispiele

6 Multiraten-Signalverarbeitung
6.1 Theoretische Grundlagen
6.2 Dezimatoren und Interpolatoren
6.3 Filterbänke
6.4 Die diskrete Wavelet-Transformation (DWT)

A Begleitdateien zum Buch
A.1 Inhaltsverzeichnis der Archive
A.2 Voraussetzungen
A.3 Installation
A.4 Der Signalprozessor-Kit TMS320C6713-DSK von TI

B Entwurfs- und Simulationsprogramme
B.1 Das Programm dspfilt
B.2 Das Programm dspfunc
B.3 Das Programm dspspecfilt
B.4 Das Programm dspfft
B.5 Das Programm dspadaptfilt
B.6 Das Programm dspfilterbank

 

Dateien zum Herunterladen

Audio.zip
In diesem Archiv sind Audio-Dateien im MP3-, WAV- und MAT-Format abgespeichert.

Dokumente.zip
Enthält Dokumente im PDF-Format.

DSPtools2_01.zip
In diesem Archiv befinden sich die MATLAB-Programme zum Entwurf und zur Simulation von digitalen Filtern, Funktionsgeneratoren, speziellen Digitalfiltern, Adaptivfiltern und Filterbänken. Das Archiv enthält zudem einen Code-Generator zur Erzeugung der zugehörigen C-Programme. Diese lassen sich kompilieren und auf den Signalprozessor-Kit TMS320C6713-DSK von Texas Instruments hinunterladen. Die Installation dieser Programme ist im Buch beschrieben.

Die Programme für den Signalprozessor wurden von Ivo Oesch (dipl. El. Ing. HTL) realisiert.

Loesungen.zip
Dieses Archiv enthält die Lösungen zu den Aufgaben im Buch. Die Lösungen können mithilfe eines Internet-Browsers betrachtet werden.

MatDSV2.zip
Hier finden sich die Lösungs-Dateien der MATLAB-Aufgaben. M-Files zum Experimentieren mit MATLAB sind ebenfalls hier abgelegt.

LabVIEW.zip
In diesem Archiv sind VI-Dateien zum Experimentieren mit LabVIEW abgespeichert.

 

 

 


 

 

 

Weitere Informationen

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Rezension

Das vorliegende Buch wendet sich sowohl an Studentinnen und Studenten der Ingenieurswissenschaften, die im Bereich der digitalen Signalverarbeitung bereits unterwegs sind als auch an den Anwender. Für ein Verständnis der Themen sollte der Leser bereits Vorkenntnisse haben, wie sie in einführenden Lehrbüchern zur digitalen Signalverarbeitung vermittelt werden. Die ersten beiden Kapitel sind den Grundlagen gewidmet und verschiedenen Algorithmen zur Approximation von Funktionswerten. Digitale Filter und die Signalanalyse im Frequenzbereich sind Gegenstand der folgenden Kapitel. Die zweite Hälfte des Buches wendet sich anspruchsvollen Themen wie adaptive Filter, Multiratensystem, Filterbänken und diskreten Wavelet-Transformationen zu. Im Buch wird intensiven Gebrauch von MATLAB und der Signalprocessing Toolbox gemacht. Ergänzend hätte ich mir gewünscht, dass der Autor auch die Filter Design Toolbox (adaptive Filter, Filterbank) und die WaveletToolbox (z. Bsp. für die Daubechies-Wavelets) genutzt bzw. auf sie hingewiesen hätte. Was mir von der Idee her besonders gefallen hat ist, dass der Autor Entwurfs- und Simulationsprogramme zu einem Signalprozessor-Kit mit zur Verfügung stellt. Leider konnte ich mangels Kit diesen Teil nicht testen. Positiv erwähnen möchte ich auch noch, dass alle Beispiele und die Lösungen via Internet zur Verfügung stehen und insbesondere die Lösungen liebevoll handschriftlich kommentiert sind. Alles in allem ein anspruchsvolles Buch, nützlich für jeden, der sich insbesondere für die Themen der zweiten Buchhälfte interessiert – Glückwunsch!

Prof. Dr. Wolfgang Schweizer
Manager Training Services
The MathWorks GmbH
D-85737 Ismaning
Deutschland

Bezugsquelle

Das Buch kann unter anderem beim FO-Publishing Verlags-Shop bestellt werden. (ISBN 978-3-905681-42-0)

 

 

Digitale Signalverarbeitung

4. erweiterte Auflage, Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2008

D. Ch. von Grünigen

Digitale Signalverarbeitung
Mit einer Einführung in die kontinuierlichen Signale und Systeme
357 Seiten, 222 Bilder, 91 Beispiele und 80 Aufgaben, kartoniert, mit CD-ROM
ISBN 978-3-446-41463-1

 

Kurzbeschreibung

Die digitale Signalverarbeitung, d.h. das Verarbeiten von Signalen mit digitalen Rechnern, ist eine sehr aktuelle Disziplin. Dank leistungsfähiger und preiswerter Computer können heute umfangreiche Probleme aus der Kommunikations-, Mess-, Regelungstechnik, Audio-, Sprach- und Bildverarbeitung u.a. gelöst werden, deren Lösung vor einigen Jahren noch undenkbar war.
Das vorliegende Buch bietet eine Einführung in die kontinuierlichen Signale und Systeme und vermittelt umfassend die Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung.
Es richtet sich an Studentinnen und Studenten, die in die analoge und digitale Signalverarbeitung einsteigen möchten, aber auch an Ingenieurinnen und Ingenieure, welche Aufgaben aus dem Bereich der diskreten Fourier-Transformation, der diskreten Korrelation, der digitalen Filter und der digitalen Signalgeneratoren zu lösen haben. Der Stoff wird so anschaulich wie möglich, aber dennoch wissenschaftlich korrekt präsentiert. Viele Anwendungsbeispiele, Zeichnungen und Übungen mit Lösungen ermöglichen ein spannendes Einarbeiten in die anspruchsvolle Materie.
MATLAB und LabVIEW sind zwei Programme, die in der digitalen Signalverarbeitung häufig eingesetzt werden. Viele Übungen sind mit diesen Programmen ausgeführt und auf der CD-ROM zum Buch verfügbar. Die CD enthält zudem die Lösungen zu den theoretischen Aufgabenstellungen sowie ein Entwurfs- und Simulations-Programm für Digitalfilter und Signalgeneratoren. Diese können automatisch auf dem Signalprozessor-Starterkit TMS320VC5510-DSK von Texas Instruments implementiert werden.

Zur 3. Auflage:
Neu hinzugekommen ist ein Einführungskapitel über kontinuierliche Signale und Systeme. Dieser Stoff gehört zur analogen Signalverarbeitung und ergänzt das Fachgebiet der digitalen Signalverarbeitung ideal. Digitalfilter- und Signalgenerator-Programme wurden für den aktuellen Signalprozessor-Starterkit TMS320C5510-DSK von Texas Instruments umgeschrieben.

Zur 4. Auflage:
Literatur- und Stichwortverzeichnis überarbeitet und Beispiele graphisch besser strukturiert.

 

Inhaltsverzeichnis

 

1. Einführung:
Grundlagen, der Signalprozessor als Digitalrechner, Anwendungen, Vorteile und Nachteile der DSV.

2. Kontinuierliche Signale und Systeme:
Charakterisierung von Signalen, Fourier-Reihe und Fourier-Transformation, Faltung und Korrelation von Signalen, Laplace-Transformation, kontinuierliche Systeme, Abtastung und Rekonstruktion.

3. Zeitdiskrete Signale und Systeme:
Zeitdiskrete Signale, lineare zeitinvariante diskrete Systeme, z-Transformation, nichtrekursive und rekursive Systeme.

4. Zeitdiskrete stochastische Signale:
Zufallsvariable, Erwartungswerte, stochastische Signale, Leistungsdichtespektrum und Filterung, Schätzung von Erwartungswerten (Schätzung der Korrelationsfunktion).

5. Diskrete Fourier-Transformation:
Einführung, Interpretation und Eigenschaften der DFT, die DFT als Approximation, die Berechnung der DFT mittels der FFT, der Goertzel-Algorithmus, Fensterung, die praktische Durchführung der DFT.

6. Digitalfilter:
Einführung, Eigenschaften und Strukturen digitaler Filter, Entwurf digitaler Filter, nichtideale Effekte bei Digitalfiltern, Realisierung digitaler Filter.

7. Signalgeneratoren:
Einfache Signalgeneratoren, direkte digitale Synthese, Polynomapproximation, Impulsantwort-Generatoren, Rauschgeneratoren.

 

Inhalt der Buch-CD

Lösungen zu den Aufgaben, MATLAB-Programme zum Entwurf und zur Simulation von Digitalfiltern und Signalgeneratoren, Code-Generator zur Implementation von Digitalfiltern und Signalgeneratoren auf dem Signalprozessor-Starterkit TMS320VC5510-DSK von Texas Instruments, MATLAB M-Files und LabVIEW Vi's zum Experimentieren.

Die Programme für den Signalprozessor wurden von Ivo Oesch (dipl. El. Ing. HTL) realisiert.

 

Zielgruppen

 

  • Studenten und Studentinnen der Elektrotechnik, Maschinentechnik, der Technischen Informatik und der Technischen Physik ab dem 4. oder 5. Semester
  • Hochschullehrer und Kursleiter industrieller Bildungszentren als lehrbegleitende Literatur
  • Ingenieure, Informatiker und Physiker als Lehrbuch zum Selbststudium.

 

Bezugsquellen

Das Buch kann unter anderem bei www.fachbuch-leipzig.hanser.de, www.buchkatalog.de und www.amazon.de oder bei jeder Buchhandlung bestellt werden. (ISBN 978-3-446-41463-1)

 

Detailierte Buchbeschreibung und Indexregister

bookview.libreka.de/retailer/urlResolver.do

 

Dokumente

 

 

Überarbeitete Dateien

 

 

Korrigenda

Seite 64, zweite Zeile unterhalb Gl.(2.129): Falsch: ..., der Höhe x(tau) mal 1 durch dtau und der ...
Richtig: ..., der Höhe x(tau) und der ...