Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik

AG Digitale Signalverarbeitung

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Vorlesung Multiraten-Signalverarbeitung

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In digitalen Systemen ist der Aufwand ( = Anzahl der Rechenoperationen pro Sekunde) direkt proportional zur Abtastrate. Daher kann der Aufwand stark reduziert werden, falls es möglich ist, mit einer oder mehreren möglichst niedrigen Abtastraten zu arbeiten. Dies ist immer dann der Fall, wenn die Bandbreite des zu verarbeitenden Signals wesentlich geringer ist als die halbe Abtastfrequenz, oder aber wenn das Signal in verschiedene Anteile von geringer Bandbreite zerlegt wird. Aufwandsreduktion war daher ein starkes Argument für die rasche Entwicklung der Multiraten-Signalverarbeitung, die in jüngerer Zeit erfolgt ist, und die der digitalen Signalverarbeitung neue Impulse gab. Darüber hinaus gibt es Fälle, in denen Multiraten-Signalverarbeitung benötigt wird, obwohl die Aufwandsreduktion nicht im Vordergrund steht, wie z.B. die Übertragung von Signalen zwischen zwei digitalen Systemen, die mit unterschiedlicher Abtastfrequenz arbeiten. Weitere Anwendungen findet man bei FSK-Datenmodems, bei der Multicarrier-Datenübertragung, beim digitalen Hörrundfunk (DAB), bei digitalen Audiomischpulten, bei der Teilbandcodierung von Sprach-, Audio- und Videosignalen sowie bei der Implementierung schneller Transformationen mit Hilfe digitaler Filterbänke.
Die Vorlesung bietet zunächst eine Einführung in die Theorie der Multiraten- systeme. Da diese auf digitalen Filtern aufbauen, folgt darauf eine kurze Besprechung von FIR-Filtern und deren Entwurf. Dabei werden diejenigen Aspekte, die für die Multiraten-Signalverarbeitung von besonderer Bedeutung sind, besonders hervorgehoben. Danach werden recheneffiziente Strukturen für Dezimatoren und Interpolatoren behandelt. Schließlich werden die wichtigsten Vertreter der sog. Multiratenfilter untersucht. Diesen Filtern ist gemeinsam, daß hier die Anzahl der Filteroperationen durch die Nutzung der Multiratentechnik gegenüber konventionellen FIR-Filtern beträchtlich reduziert werden kann.

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