Grundlagen Digitale Filter

Digitale Filterung ist eine der Hauptsäulen der digitalen Signalverarbeitung, die ihrerseits in der modernen Medien-, Übertragungs- und Messtechnik allgegenwärtig ist.
Das Seminar führt in die Grundlagen der digitalen Filter ein. Es bietet praktische Anleitungen für deren Realisierung und Optimierung, insbesondere mittels Matlab® oder der etablierten Open-Source-Alternative GNU Octave.

Inhalte
– Grundlagen, Vergleich von analogen mit digitalen Signalen, Vorteile und Schwachpunkte der digitalen Signalverarbeitung, Übersicht der Signalfiltertypen
– Entwurfsverfahren für FIR- und IIR-Filter in DSP, FPGA und ASIC, bewertender Vergleich der Eigenschaften der jeweiligen Filterstruktur
– Aspekte der Wortlängenbegrenzung und Abtastratenanpassung
– Einführung Kalman-Filter
– praktische Übungen mit der freien Software GNU Octave

Ziel der Weiterbildung

Nach einem zielgerichteten theoretischen Einstieg werden die Eigenschaften von digitalen FIR- und IIR-Filtern umfassend besprochen. Klassische und moderne Entwurfsverfahren werden vorgestellt sowie das umfangreiche Sortiment der einschlägigen Software-Tools bei Matlab® und GNU Octave. Neben den Signalfiltern wird als Repräsentant der Schätzfilter auch das Kalman-Filter behandelt.

Praktische Übungen am PC während des Seminars führen zu einem besseren Verständnis der ermittelten Entwurfs- und Optimierungsmethoden. Das Seminar wird mit der freien Software GNU Octave durchgeführt. Alle erarbeiteten Kenntnisse sind ohne Änderungen auch unter Matlab® verwendbar.

Voraussetzungen
Basiskenntnisse der Signaltheorie, Nachrichten- und Rechnertechnik sind hilfreich, aber keine Voraussetzung.

Methodik
– kurze Vortragseinheiten mit Schwerpunkt auf praktische Anwendbarkeit
– viele Beispiele die man im Seminar selbst aktiv am PC ausprobieren kann
– ausreichend Zeit für Fragen

Donnerstag, 24. und Freitag, 25. April 2024
9.00 bis 12.15 und 13.45 bis 17.00 Uhr

Signalfilter: Grundlagen, Frequenzgang, Tiefpass, Hochpass, Bandpass, Bandsperre, Kerbfilter, Allpass/Verzögerungsglied, Prä-/Deemphase, Entzerrer

Digitale Verarbeitung von analogen Signalen, Vorteile und Nachteile der digitalen Signalverarbeitung

Abtasttheorem, Aliasing, Antialiasing

Binäre Wertedarstellung, Quantisierungs- und Übersteuerungseffekte

Aspekte der Wortlängenbegrenzung und Abtastratenanpassung

Implementierungsoptionen in DSP, FPGA, ASIC, bewertender Vergleich der Eigenschaften der jeweiligen Filterstruktur

Nichtrekursive Filter (FIR-Filter) und rekursive Filter (IIR-Filter), Realisierungsformen

Filtereigenschaften: Latenz/Gruppenlaufzeit, Phasenlinearität, Pol-Nullstellen-Diagramm, Stabilität

Entwurfsfunktionen in Matlab® und GNU Octave zur effektiven Berechnung und Optimierung der Filterkoeffizienten

Digitale Filter als Signalgeneratoren

Schätzfilter: Kalman-Filter

Demonstrationen und praktische Übungen am PC