Selection of Sampling Grid and Prefilter for Image Decimation Based on Spectral Extension Analysis

Signal decimation aimed at optimal spectral packing has a variety of applications in areas ranging from array pro cessing to image processing In this article we propose and discuss a new method for determining decimation grid and prelter that best t the spectral extension of any D signal dened on an arbitrary sampling lattice The method has been implemented and tested on digital images in order to evaluate quality degradation due to optimal spectral truncatio

Efficient algorithms for arbitrary sample rate conversion with application to wave field synthesis

Arbitrary sample rate conversion (ASRC) is used in many fields of digital signal processing to alter the sampling rate of discrete-time signals by arbitrary, potentially time-varying ratios. This thesis investigates efficient algorithms for ASRC and proposes several improvements. First, closed-form descriptions for the modified Farrow structure and Lagrange interpolators are derived that are directly applicable to algorithm design and analysis. Second, efficient implementation structures for ASRC algorithms are investigated. Third, this thesis considers coefficient design methods that are optimal for a selectable error norm and optional design constraints. Finally, the performance of different algorithms is compared for several performance metrics. This enables the selection of ASRC algorithms that meet the requirements of an application with minimal complexity. Wave field synthesis (WFS), a high-quality spatial sound reproduction technique, is the main application considered in this work. For WFS, sophisticated ASRC algorithms improve the quality of moving sound sources. However, the improvements proposed in this thesis are not limited to WFS, but applicable to general-purpose ASRC problems.Verfahren zur unbeschränkten Abtastratenwandlung (arbitrary sample rate conversion,ASRC) ermöglichen die Änderung der Abtastrate zeitdiskreter Signale um beliebige, zeitvarianteVerhältnisse. ASRC wird in vielen Anwendungen digitaler Signalverarbeitung eingesetzt.In dieser Arbeit wird die Verwendung von ASRC-Verfahren in der Wellenfeldsynthese(WFS), einem Verfahren zur hochqualitativen, räumlich korrekten Audio-Wiedergabe, untersucht.Durch ASRC-Algorithmen kann die Wiedergabequalität bewegter Schallquellenin WFS deutlich verbessert werden. Durch die hohe Zahl der in einem WFS-Wiedergabesystembenötigten simultanen ASRC-Operationen ist eine direkte Anwendung hochwertigerAlgorithmen jedoch meist nicht möglich.Zur Lösung dieses Problems werden verschiedene Beiträge vorgestellt. Die Komplexitätder WFS-Signalverarbeitung wird durch eine geeignete Partitionierung der ASRC-Algorithmensignifikant reduziert, welche eine effiziente Wiederverwendung von Zwischenergebnissenermöglicht. Dies erlaubt den Einsatz hochqualitativer Algorithmen zur Abtastratenwandlungmit einer Komplexität, die mit der Anwendung einfacher konventioneller ASRCAlgorithmenvergleichbar ist. Dieses Partitionierungsschema stellt jedoch auch zusätzlicheAnforderungen an ASRC-Algorithmen und erfordert Abwägungen zwischen Performance-Maßen wie der algorithmischen Komplexität, Speicherbedarf oder -bandbreite.Zur Verbesserung von Algorithmen und Implementierungsstrukturen für ASRC werdenverschiedene Maßnahmen vorgeschlagen. Zum Einen werden geschlossene, analytischeBeschreibungen für den kontinuierlichen Frequenzgang verschiedener Klassen von ASRCStruktureneingeführt. Insbesondere für Lagrange-Interpolatoren, die modifizierte Farrow-Struktur sowie Kombinationen aus Überabtastung und zeitkontinuierlichen Resampling-Funktionen werden kompakte Darstellungen hergeleitet, die sowohl Aufschluss über dasVerhalten dieser Filter geben als auch eine direkte Verwendung in Design-Methoden ermöglichen.Einen zweiten Schwerpunkt bildet das Koeffizientendesign für diese Strukturen, insbesonderezum optimalen Entwurf bezüglich einer gewählten Fehlernorm und optionaler Entwurfsbedingungenund -restriktionen. Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen werden solcheoptimalen Entwurfsmethoden auch für mehrstufige ASRC-Strukturen, welche ganzzahligeÜberabtastung mit zeitkontinuierlichen Resampling-Funktionen verbinden, vorgestellt.Für diese Klasse von Strukturen wird eine Reihe angepasster Resampling-Funktionen vorgeschlagen,welche in Verbindung mit den entwickelten optimalen Entwurfsmethoden signifikanteQualitätssteigerungen ermöglichen.Die Vielzahl von ASRC-Strukturen sowie deren Design-Parameter bildet eine Hauptschwierigkeitbei der Auswahl eines für eine gegebene Anwendung geeigneten Verfahrens.Evaluation und Performance-Vergleiche bilden daher einen dritten Schwerpunkt. Dazu wirdzum Einen der Einfluss verschiedener Entwurfsparameter auf die erzielbare Qualität vonASRC-Algorithmen untersucht. Zum Anderen wird der benötigte Aufwand bezüglich verschiedenerPerformance-Metriken in Abhängigkeit von Design-Qualität dargestellt.Auf diese Weise sind die Ergebnisse dieser Arbeit nicht auf WFS beschränkt, sondernsind in einer Vielzahl von Anwendungen unbeschränkter Abtastratenwandlung nutzbar

Engineering Education and Research Using MATLAB

MATLAB is a software package used primarily in the field of engineering for signal processing, numerical data analysis, modeling, programming, simulation, and computer graphic visualization. In the last few years, it has become widely accepted as an efficient tool, and, therefore, its use has significantly increased in scientific communities and academic institutions. This book consists of 20 chapters presenting research works using MATLAB tools. Chapters include techniques for programming and developing Graphical User Interfaces (GUIs), dynamic systems, electric machines, signal and image processing, power electronics, mixed signal circuits, genetic programming, digital watermarking, control systems, time-series regression modeling, and artificial neural networks

Signal processing for high-definition television

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mathematics, 1995.Includes bibliographical references (p. 60-62).by Peter Monta.Ph.D

Festschrift zum 60. Geburtstag von Wolfgang Strasser

Die vorliegende Festschrift ist Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Wolfgang Straßer zu seinem 60. Geburtstag gewidmet. Eine Reihe von Wissenschaftlern auf dem Gebiet der Computergraphik, die alle aus der "Tübinger Schule" stammen, haben - zum Teil zusammen mit ihren Schülern - Aufsätze zu dieser Schrift beigetragen. Die Beiträge reichen von der Objektrekonstruktion aus Bildmerkmalen über die physikalische Simulation bis hin zum Rendering und der Visualisierung, vom theoretisch ausgerichteten Aufsatz bis zur praktischen gegenwärtigen und zukünftigen Anwendung. Diese thematische Buntheit verdeutlicht auf anschauliche Weise die Breite und Vielfalt der Wissenschaft von der Computergraphik, wie sie am Lehrstuhl Straßer in Tübingen betrieben wird. Schon allein an der Tatsache, daß im Bereich der Computergraphik zehn Professoren an Universitäten und Fachhochschulen aus Tübingen kommen, zeigt sich der prägende Einfluß Professor Straßers auf die Computergraphiklandschaft in Deutschland. Daß sich darunter mehrere Physiker und Mathematiker befinden, die in Tübingen für dieses Fach gewonnen werden konnten, ist vor allem seinem Engagement und seiner Ausstrahlung zu verdanken. Neben der Hochachtung vor den wissenschaftlichen Leistungen von Professor Straßer hat sicherlich seine Persönlichkeit einen entscheidenden Anteil an der spontanten Bereischaft der Autoren, zu dieser Festschrift beizutragen. Mit außergewöhnlich großem persönlichen Einsatz fördert er Studenten, Doktoranden und Habilitanden, vermittelt aus seinen reichen internationalen Beziehungen Forschungskontakte und schafft so außerordentlich gute Voraussetzungen für selbständige wissenschafliche Arbeit. Die Autoren wollen mit ihrem Beitrag Wolfgang Straßer eine Freude bereiten und verbinden mit ihrem Dank den Wunsch, auch weiterhin an seinem fachlich wie menschlich reichen und bereichernden Wirken teilhaben zu dürfen

Optimal Space-Time-Frequency Design of Microphone Networks

Consider a sensing system using a large number of N microphones placed in multiple dimensions to monitor a acoustic field. Using all the microphones at once is impractical because of the amount data generated. Instead, we choose a subset of D microphones to be active. Specifically, we wish to find the D set of microphones that minimizes the largest interference gain at multiple frequencies while monitoring a target of interest. A direct, combinatorial approach - testing all N choose D subsets of microphones - is impractical because of problem size. Instead, we use a convex optimization technique that induces sparsity through a l1-penalty to determine which subset of microphones to use. Our work investigates not only the optimal placement (space) of microphones but also how to process the output of each microphone (time/frequency). We explore this problem for both single and multi-frequency sources, optimizing both microphone weights and positions simultaneously. In addition, we explore this problem for random sources where the output of each of the N microphones is processed by an individual multirate filterbank. The N processed filterbank outputs are then combined to form one final signal. In this case, we fix all the analysis filters and optimize over all the synthesis filters. We show how to convert the continuous frequency problem to a discrete frequency approximation that is computationally tractable. In this random source/multirate filterbank case, we once again optimize over space-time-frequency simultaneously

Applications of MATLAB in Science and Engineering

The book consists of 24 chapters illustrating a wide range of areas where MATLAB tools are applied. These areas include mathematics, physics, chemistry and chemical engineering, mechanical engineering, biological (molecular biology) and medical sciences, communication and control systems, digital signal, image and video processing, system modeling and simulation. Many interesting problems have been included throughout the book, and its contents will be beneficial for students and professionals in wide areas of interest