Материалы для преподавателей

Учебник «Инструменты обработки сигналов»

Цифровая обработка сигналов считается уже на протяжении многих лет современной и весьма актуальной научной дисциплиной. Многие учебные заведения уже давно предлагают лекции по цифровой обработке сигналов и изображений, в частности в области информатики и информационно-коммуникационных технологий, а также в других схожих технических направлениях. При этом проблема заключается в том, что практически не существует подходящих учебных пособий, которые не только ознакомят студентов с основами обработки сигналов, но в то же время покажут, какие именно инструменты, согласно каким условиям, при какой постановке задачи, могут быть применены. Учебное пособие «Werkzeuge der Signalverarbeitung» [1] нацелено на то, чтобы устранить это упущение.
В этой книге авторы представляют основные методы и технические приемы обработки сигналов в виде инструментов и подробно объясняют, в частности на простых примерах и многочисленных иллюстрациях, какие эффекты могут быть достигнуты, в связи с применением различных инструментов. Кроме того, они дают вспомогательные указания на выполнение необходимых условий при использовании определенных инструментов. Каждая глава книги заканчивается рядом задач для самостоятельного решения, что должно способствовать углублению и закреплению теоретического материала. Все задачи могут быть решены при помощи простых вспомогательных средств.
С момента издания книги неоднократно поступали просьбы опубликовать подробные решения задач с целью поддержки преподавателей на пути к правильности восприятия и понимания учебного материала, а также возможности контроля результатов.
На этом сайте представлены решения к задачам российского издания «Инструменты обработки сигналов» [2].

Глава 2 (Задачи 1 ... 9):
Для лучшего понимания тематики цифровой обработки сигналов сначала дается определение сигнала и анализируются самые важные свойства сигнало-обрабатывающих систем. На конкретных примерах показывается, как из аналогового сигнала путем равномерного отсчета можно получить цифровой, т. е. сигнал с дискретным временем и рассчитать его частотный спектр, при этом особое ударение ставится на применение теоремы отсчетов в связи с восстановлением исходного сигнала. Затем более подробно рассматривается модель обработки сигналов в виде цепи. Для этого работа отдельных элементов цепи демонстрируется на определенных заданиях обработки сигналов.
Глава 3 (Задачи 10 ... 31):
При решении задач к главе «Инструменты области оригинала» вырабатываются навыки в обращении с гистограммами и использование инструментов статистики сигналов, а также наглядно объясняется важность основных операций обработки сигналов: корреляции и свертки. Кроме того для лучшего понимания последовательно применяется алгоритм на основе метода главных компонент. Далее показаны несколько задач, посвященных аппроксимации сигналов. Здесь также поясняется, почему системы ортогональных функций играют особенную роль при обработке сигналов. Многие инструменты могут быть использованы как для обработки тех сигналов, которые зависят от времени, так и других, которые зависят от места в пространстве, т. е. изображений, поэтому в заданиях осознанно рассматриваются оба типа сигналов.
Глава 4 (Задачи 32 ... 48):
В решениях задач к разделу «Инструменты области спектра» демонстрируется применение методов, при помощи которых сигналы из временнóй или пространственной области переводятся в область спектра, при этом применяются различные разложения в ряды и ортогональные преобразования а также сравниваются их свойства. Для определенных областей спектра используются инструменты, с помощью которых спектр может изменяться целенаправленно. И в заключении иллюстрируются преимущества вейвлет-преобразования.

В качестве программного обеспечения в большинстве расчетов используется алгебраическая программа MATLAB, которая предоставляет обширные возможности в области цифровой обработки сигналов. При этом большое значение придается выполнению графических изображений. Таким образом, можно легко проследить и понять ход решения задач.

файлы

m-файлы (m)
PDF-файлы (PDF)

Литература

[1] Meffert, B., Hochmuth, O.: Werkzeuge der Signalverarbeitung. München: Pearson-Studium 2004 (ISBN 978-3-8273-7065-5)
[2] Мефферт, Б., Хохмут, О.: Инструменты обработки сигналов - основы, примеры применения и задачи. Berlin: EDOC-Server der HU Berlin 2019 (DOI:10.18452/19868)
[3] Аннотация

Светлана Клаус
25-04-2019, 14:08:18