Mehrdimensionale Signalverarbeitung

Rechner und Spezialprozessoren werden heute in großem Umfang zur Filterung, Steuerung und Regelung im Zusammenwirken mit kontinuierlichen Prozessen verwendet. Die digitalen Elemente können den Prozess nur zu diskreten Zeitpunkten beeinflussen, während der Prozess kontinuierlich gestört wird und auch die Wirksamkeit der Gesamtanlage in kontinuierlicher (wirklicher) Zeit zu bewerten ist. Für ein solches gemischtes System ist sowohl die Behandlung als zeitinvariantes kontinuierliches System als auch der Übergang zu einer rein zeitdiskreten Beschreibung im allgemeinen mit prinzipiellen Fehlern behaftet. Im Buch wird eine exakte Beschreibung gemischter Systeme mittels der parametrischen Übergangsfunktion entwickelt, die auch eine messtechnische Erfassung als Frequenzgang erlaubt. Dieser Zugang im Frequenzbereich ist neu, entspricht der Denkweise des Ingenieurs und liefert weitreichende Ergebnisse. Es werden Verfahren angegeben, nach denen sich die Struktur und die Parameter der optimalen digitalen Elemente (mit MATLAB) berechnen lassen. Andererseits wird gezeigt, dass sehr große Fehler gemacht werden können, wenn der hybride Charakter solcher Systeme unbeachtet bleibt.

Autorentext

Prof. Dr. Hartmut Schröder, Leiter des Arbeitsgebietes Schaltungen der Informationsverarbeitung, Lehrstuhl für Kommunikationstechnik, Universität Dortmund; Dr. Holger Blume, ehem. Mitarbeiter am Institut für allgemeine Elektrotechnik und DV-Systeme/EECS, RWTH Aachen

Inhalt
1 Einführung.- 2 Mehrdimensionale Signale und Systeme.- 2.1 Eindimensionale Signale und Systeme.- 2.2 Eigenschaften und Beschreibungsformen mehrdimensionaler Signale und Systeme.- 2.3 Zeitlich-räumliche Signale und Systeme.- 3 Zeitlich-Räumliche Abtastung mehrdimensionaler Signale.- 3.1 Räumliche Abtastung zweidimensionaler Signale.- 3.2 Zeitlich-Räumliche Abtastung.- 3.3 Räumliche Bilddarstellung mit CCD-Sensoren und LC-Displays.- 3.4 Zeitlich-Räumliche Bilddarstellung mit CCD-Sensoren und LC-Displays.- 3.5 Zeitlich-Räumliche Bildabtastung im Zeilensprung.- 4 Diskrete Signale und lineare Systeme.- 4.1 Definition von diskreten Signalen, Wertefolgen.- 4.2 Lineare, Verschiebungsinvariante 1D-Systeme (LVI-Systeme).- 4.3 Lineare, Verschiebungsinvariante 2D-Systeme.- 4.4 1D-Übertragungsfunktion und Fouriertransformation.- 4.5 2D-Übertragungsfunktion und Fouriertransformation.- 5 Elementare Filterstrukturen und die z-Transformation.- 5.1 Differenzengleichungen zur Beschreibung von diskreten 1D-Systemen.- 5.2 Definition der z-Transformation.- 5.3 Konvergenzgebiet der z-Transformation.- 5.4 Eigenschaften und Sätze der z-Transformation.- 5.5 Rücktransformation der z-Transformation.- 5.6 Elementare Strukturen eindimensionaler digitaler Filternetzwerke.- 5.7 Zweidimensionaler Filter und ihre Beschreibungsgrundlagen.- 6 Diskrete Fouriertransformation.- 6.1 Eindimensionale diskrete Fouriertransformation.- 6.2 Schnelle Fouriertransformation.- 6.3 Zweidimensionale diskrete Fouriertransformation.- 6.4 Beziehungen zwischen der 2D-DFT und der diskreten Cosinus-Transformation.- 7 Entwurf von IIR-Filtern.- 7.1 Zum direkten IIR-Filterentwurf im z-Bereich.- 7.2 Ausgewählte Analogfilter bei Toleranzvorgaben im Frequenzbereich.- 7.3 Filterentwurf mit der Impulsinvarianz-Methode.-7.4 Filterentwurf durch die bilineare Transformation.- 8 Eigenschaften und Entwurf von FIR-Filtern.- 8.1 Eigenschaften nichtrekursiver Filter.- 8.2 FIR-Filter-Entwurf, Minimierung der mittleren quadratischen Abweichung.- 8.3 FIR-Filterentwurf mit Fenstersequenzen.- 8.4 FIR-Filter mit Tschebyscheff-Verhalten.- 9 Eigenschaften und Entwurf von 2D-FIR-Filtern für Bildsignale.- 9.1 Entwurf von 2D-FIR-Filtern mit Hilfe von Fenstertechniken.- 9.2 Entwurf von 2D-FIR-Filtern mit Hilfe der McClellan Transformation.- 9.3 FIR-Filter für Bildsignale.- 9.4 Optimierung von Bildsignalfiltern durch Evolutionsstrategien.- 10 Operatoren zur Bildbearbeitung.- 10.1 Generelle Konzepte der Bildsignalverarbeitung.- 10.2 Grauwerttransformationen.- 10.3 Lokale Operatoren.- 10.4 Kantendetektion und Kantenlokalisation.- 10.5 Morphologische Operatoren zur Bildbearbeitung.- 11 Grundlagen nichtlinearer Filter.- 11.1 Medianfilter.- 11.2 Kantenerhaltung durch Medianfilter.- 11.3 Deterministische Eigenschaften von Medianfiltern.- 11.4 Statistische Beschreibung von Rangordnungs- und Medianfiltern.- 11.5 Rauschreduktion durch Medianfilter.- 11.6 Schwellwertzerlegung bei Medianfiltern.- 11.7 Gewichtete Medianfilter.- 11.8 Weitere Formen nichtlinearer Filter.- Anhang: Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen und Abkürzungen.- Stichwortverzeichnis.