Master-Studiengang
Informatik

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Modulbeschreibung Multidimensionale und Multimodale Signale

 

Master-Wahlpflichtmodul: Multidimensionale und Multimodale Signale

1. Modulkennung
WPM5

2. Studiengang
Bachelorstudiengang Informatik, Masterstudiengang Informatik

3. Modulbezeichnung
Multidimensionale und Multimodale Signale (MMS), engl.: Multidimensional and Multimodal Signals (MMS)

4. Modul-Verantwortlicher
Stiehl

5. Veranstalter/Dozent
Dreschler-Fischer, Neumann, Stiehl

6. Sprache
Deutsch mit deutsch- und englischsprachigem Lehrmaterial; Englisch möglich

7. Motivation, Bedeutung für / Stellung im Gesamtprogramm
In vielen anspruchsvollen Anwendungen ist der Entwurf und die Realisierung von Informatik-Systemen erforderlich, deren Komponenten die Erzeugung, Übertragung,  Repräsentation, Verarbeitung und Analyse von multidimensionalen und multimodalen Signalen leisten. Als Beispiele für aktuelle Anwendungen sind zu nennen: Audio- und Bildübertragung in der Digitalen Multimediatechnik und Mobilkommunikation; Sprachsignalverarbeitung und –analyse in fortgeschrittenen Mensch-Maschine-Systemen; Bildverarbeitung, -analyse und –archivierung in der Fernerkundung, Biomedizin, Nanostrukturforschung und Robotik. Der maßgeschneiderte Entwurf und der erfolgreiche Einsatz solcher Systeme erfordert die Beherrschung von formalen Grundlagen zu multidimensionalen und multimodalen Signalen, ihrer Repräsentation, Übertragung und Verarbeitung.  Darüber hinaus sind solche Grundlagen unverzichtbar im Kontext der empirisch abgesicherten neuroinformatischen Modellierung von sensorischen Komponenten natürlicher informationsverarbeitender Systeme. Im Fokus des Moduls stehen i) die formal sehr gut verstandene Klasse der linearen zeitinvarianten (LTI) Systeme, die eine hohe praktisch-technische Relevanz für die o.g. Anwendungen aufweist, aber auch die Grundlagen für die Modellierung etwa des visuellen und auditiven Systems legt und ii) die mit dieser Systemklasse in Beziehung stehenden Verfahrensklassen und ihre Eigenschaften. Das Modul schafft somit eine geeignete Basis für die weitere Behandlung von über die Signalebene hinausreichenden Komponenten komplexer Informatik-Systeme in Wahlpflicht- und vertiefenden Modulen, die insbesondere in Beziehung zum Leitthema „Intelligente Kommunikation und multimodale Informationsverarbeitung in komplexen Anwendungen“ stehen.

8. Lernziele/Kompetenzen

8.1 Passung Leitbild
Im Rahmen des Leitbild-Basiselements Erkenntnis und Wissen ist nicht nur das grundlegende und unverzichtbare (auch fächerübergreifende) Fachwissen über die Signal- und Systemtheorie sowie ihre Bedeutung für komplexe Informatik-Systeme zu erwerben, sondern darauf aufbauend die Befähigung i) zum gezielten Entwurf und zur kritischen Bewertung von grundlegenden Verfahren als auch ii) zur Modellierung von signalnahen Komponenten zu entwickeln. Diese Kernkompetenzen sind zugleich die Voraussetzungen für die zu vermittelnden Qualifikationen und Kompetenzen des Basiselements Konzeptualisierung und Realisierung, dem Motto folgend „Nothing is more practical than having a good theory.“

8.2 Grundlagen-/Faktenwissen
Es werden die formalen Grundlagen vermittelt, um zeit- und ortsabhängige Signale unterschiedlicher Quellen zu digitalisieren, hinsichtlich ihres globalen/lokalen spektralen Gehalts zu analysieren, bezüglich ihrer statistischen Eigenschaften zu charakterisieren und in Abhängigkeit von anwendungsorientierten Anforderungen durch geeignete Systeme zu übertragen zu bzw. zu verarbeiten. Zugleich wird durch das elementare Faktenwissen der System- und Signaltheorie die Grundlage für die geschlossene Modellierung von mehrdimensionalen und multimodalen Signalen und ihrer Repräsentation, Verarbeitung und Analyse in natürlichen Systemen und technischen Artefakten gelegt.

8.3 Methodenwissen
Es werden einschlägige Methoden insbesondere zur Modellierung von Sensoreigenschaften, zur Digitalisierung von Signalen, zur Transformation in den Frequenzraum, zur Repräsentation von Signalen, zur Verarbeitung von Signalen (z.B. Beseitigung von Störungen) sowie zur Analyse und Fusionierung von Signalen behandelt.         

8.4 Transferkompetenz
Die inhaltliche Gestaltung des Moduls geht von einen Dreiklang dergestalt aus, dass das Methodenwissen aus dem Grundlagen-/Faktenwissen heraus entwickelt werden muss und zugleich in Beziehung gesetzt werden muss zu didaktisch gut gewählten und gleichwohl interessanten Anwendungsbeispielen aus verschiedenen Bereichen. Besonderer Wert wird dabei auf den Erwerb von Abstraktionsvermögen und Modellierungsfähigkeit gelegt, zu verstehen als Voraussetzung für die Beherrschung der Bezüge zwischen Signal-, System-, und Methodenklassen, die wiederum die erfolgreiche Lösung von neuen Problemstellungen bedingt.

8.5 Normativ-bewertende Kompetenz
Erst das tiefe Verständnis der formalen Grundlagen und der elementaren Eigenschaften daraus hergeleiteter Methoden führt zu der Fähigkeit der Bewertung ihrer Leistungsfähigkeit und insbesondere ihrer Grenzen gegeben reale Anwendungsbeispiele aus unterschiedlichen wissenschaftlich-technischen Bereichen. An geeigneten Beispielen werden die elementar notwendigen Schritte einer theoretisch abgesicherten Performanzanalyse von ausgewählten Verfahren demonstriert.

8.6 ABK/BOK/Schlüsselqualifikationen

• Abstraktionsvermögen und Modellierungsfähigkeit als Voraussetzung zur praktischen Problemlösungskompetenz (Problemerfassung, -durchdringung und –lösung)
• Kommunikations-, Kooperations- und Teamfähigkeit in den Präsenzübungen und Kleingruppen
• Interdisziplinäres/systemisches Denken, Urteilsfähigkeit
  

10. Inhalt       

11. Bezüge zu anderen Modulen

12. Modulvoraussetzungen

Im Bachelor-Studiengang Informatik: