高等學校電子與通信工程類專業“十二五”規劃教材·數字信號處理：基於數值計算 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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鄭佳春 著，鄭佳春，陳僅星，陳金西 編

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 信號處理
• 通信工程
• 電子工程
• 數值計算
• 高等教育
• 教材
• 十二五規劃
• MATLAB
• 算法

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560630342

版次：1

商品編碼：11271355

包裝：平裝

叢書名： 高等學校電子與通信工程類專業"十二五"規劃教材

開本：16開

齣版時間：2013-03-01

用紙：膠版紙

頁數：280

字數：426000

正文語種：中文

內容簡介

　　《數字信號處理：基於數值計算》係統地介紹瞭數字信號處理的基本理論和算法，給齣瞭利用MATLAB在計算機上實現數字信號處理係統分析、設計、計算的實例。

內頁插圖

目錄

緒論
第1章 離散時間信號與係統
1.0 引言
1.1 離散時間信號
1.1.1 序列的錶示
1.1.2 序列的運算
1.2 連續時間信號的采樣
1.2.1 連續信號的采樣過程
1.2.2 具有低通型頻譜連續的信號的采樣
1.2.3 具有帶通型頻譜的連續信號的采樣
1.3 離散時間係統
1.3.1 係統的綫性、時不變性、穩定性與因果性
1.3.2 離散時間係統的差分方程描述
1.3.3 離散時間係統的狀態方程描述
1.4 離散時間係統的時域分析
1.4.1 離散綫性時不變係統的單位樣值響應
1.4.2 綫性捲積
1.4.3 離散時間係統的MATLAB分析
習題一

第2章 離散時間信號與係統的頻域分析
2.1 引言
2.2 序列的傅立葉變換
2.2.1 DTFT定義和性質
2.2.2 周期序列及其傅立葉級數錶示
2.2.3 序列的周期捲積
2.3 序列的Z變換
2.3.1 Z變換定義
2.3.2 逆Z變換
2.3.3 Z變換的性質與Parseval定理
2.4 Z變換的應用
2.4.1 離散係統的係統函數
2.4.2 係統的零極點及頻率響應特性
習題二

第3章 離散傅立葉變換及其應用
3.1 引言
3.2 離散傅立葉變換
3.2.1 DFT定義
3.2.2 DFT性質
3.2.3 頻率域采樣
3.2.4 循環捲積定理
3.3 快速傅立葉變換FFT
3.3.1 減少運算量的思路
3.3.2 基2-FFT算法
3.3.3 N為組閤數的FFT算法
3.3.4 Chirp-Z變換
3.4 離散傅立葉變換的實際應用問題
3.4.1 頻譜泄漏（leakage）
3.4.2 分辨率及補零方法
3.4.3 DFT的處理增益
3.5 快速傅立葉變換FFT典型用法
3.5.1 IDFT的快速算法
3.5.2 實數序列的FFT
3.5.3 綫性捲積的FFT計算
3.5.4 相關函數的FFT計算
3.5.5 用FFT計算二維離散的傅立葉變換
習題三

第4章 無限長單位脈衝響應數字濾波器設計
4.1 數字濾波器的基本概念
4.1.1 數字濾波器的分類
4.1.2 數字濾波器的技術指標
4.1.3 數字濾波器設計方法概述
4.2 模擬濾波器的設計
4.2.1 模擬低通濾波器的技術指標及逼近方法
4.2.2 巴特沃茲濾波器
4.2.3 切比雪夫濾波器
4.2.4 橢圓濾波器（考爾濾波器）
4.2.5 模擬高通、帶通、帶阻濾波器設計
4.3 利用模擬濾波器設計IIR數字濾波器
4.3.1 脈衝響應不變法
4.3.2 雙綫性變換法
4.3.3 用MATLAB實現模擬濾波器變換到IIR數字濾波器
4.4 從模擬低通原型到各種數字濾波器的頻率變換
4.4.1 低通變換
4.4.2 高通變換
4.4.3 帶通變換
4.4.4 帶阻變換
4.4.5 MATLAB中直接設計IIR數字濾波器的函數介紹
習題四

第5章 有限長單位脈衝響應數字濾波器的設計
5.1 綫性相位FIR數字濾波器的特性
……

第6章 數字信號處理係統的實現
第7章 多采樣率信號處理
第8章 實驗教程
參考文獻

前言/序言

數字信號處理：核心概念、理論解析與實踐應用 一、 引言 在信息爆炸的時代，數字信號處理（Digital Signal Processing, DSP）作為一門連接理論與實踐的橋梁，已滲透到我們生活的方方麵麵。從手機通信、音頻視頻壓縮，到醫學影像分析、地震勘探，再到自動駕駛和人工智能，DSP技術都扮演著至關重要的角色。本書旨在為讀者構建一個紮實而全麵的數字信號處理知識體係，不僅深入剖析其核心理論，更注重理論與實踐的緊密結閤，幫助讀者掌握分析和處理數字信號的關鍵技能。本書麵嚮的讀者群體廣泛，包括但不限於電子信息工程、通信工程、計算機科學與技術等相關專業的本科生、研究生，以及對DSP技術感興趣的科研人員和工程師。 二、 數字信號處理的基石：信號與係統的數學模型 數字信號處理的首要任務是對信號進行精確的數學描述和分析。本書將從最基礎的概念入手，為您構建起堅實的理論基礎。 信號的定義與分類： 我們將首先明確信號的數學本質，理解它如何作為物理量隨時間或其他獨立變量變化的函數。在此基礎上，我們將對信號進行詳細的分類，包括連續時間信號與離散時間信號，周期信號與非周期信號，能量信號與功率信號，以及奇函數與偶函數等。這些分類不僅有助於我們理解不同信號的特性，也為後續的分析奠定瞭基礎。 係統的基本概念： 信號的處理離不開係統。我們將深入探討係統的定義，理解係統如何對輸入信號進行變換以産生輸齣信號。本書將重點介紹綫性時不變（Linear Time-Invariant, LTI）係統，這是DSP領域的核心研究對象。我們將詳細講解 LTI 係統的基本性質，如疊加性、齊次性、時移不變性，並闡述這些性質在係統分析中的重要意義。 捲積：LTI係統的核心運算： 捲積是描述LTI係統輸入輸齣關係的數學工具。本書將從離散捲積和連續捲積的定義齣發，逐步解析其運算過程。我們將通過豐富的圖示和算例，幫助讀者直觀理解捲積的物理意義，以及它如何揭示係統對輸入信號的“記憶”和“響應”特性。掌握捲積運算，是理解和設計數字濾波器、分析係統行為的關鍵。 差分方程與係統函數： 差分方程是描述離散時間LTI係統的代數方程。本書將講解如何建立和求解差分方程，以及差分方程與係統衝激響應之間的聯係。在此基礎上，我們將引入係統函數（Z域分析）的概念。Z變換作為一種強大的數學工具，能夠將時域的捲積運算轉化為頻域的乘積運算，極大地簡化瞭LTI係統的分析。我們將詳細介紹Z變換的性質，以及如何利用係統函數分析係統的穩定性和頻率響應。 三、 傅裏葉分析：信號的頻域透視 傅裏葉分析是理解信號頻譜特性、進行信號濾波和分析的必備工具。本書將帶領讀者走進信號的頻域世界。 傅裏葉級數：周期信號的頻譜分解： 對於周期信號，傅裏葉級數能夠將其分解為一係列不同頻率的正弦和餘弦分量的疊加。我們將介紹傅裏葉級數的收斂性，以及如何計算傅裏葉級數的係數（傅裏葉係數），從而得到信號的離散頻譜。 傅裏葉變換：非周期信號的連續頻譜： 傅裏葉變換將非周期信號從時域映射到頻域，揭示其無限帶寬的頻譜特性。本書將詳細介紹傅裏葉變換的定義、性質（如綫性性、時移性、頻率移位性、對稱性等），並通過大量實例展示其應用，例如如何分析方波、衝激信號等經典信號的頻譜。 離散時間傅裏葉變換（DTFT）：離散信號的連續頻譜： 當我們處理離散時間信號時，需要使用離散時間傅裏葉變換（DTFT）。DTFT的頻譜是連續的，但也是周期的。我們將詳細闡述DTFT的定義、性質，並與連續時間傅裏葉變換進行對比，理解它們之間的聯係與區彆。 離散傅裏葉變換（DFT）：計算頻譜的工具： 在實際的數字信號處理中，我們通常處理的是有限長的數據段。離散傅裏葉變換（DFT）正是為這種情況而設計，它能夠將一個有限長的離散時間序列變換為一組離散的頻率分量。本書將深入講解DFT的定義，並著重介紹其重要的性質，如綫性性、周期性、對稱性等。 快速傅裏葉變換（FFT）：高效計算DFT的算法： DFT的計算量較大，尤其對於長序列。快速傅裏葉變換（FFT）算法是一係列高效計算DFT的算法，它極大地降低瞭計算復雜度，使得頻譜分析在工程應用中成為可能。本書將介紹FFT算法的基本思想，例如蝶形運算，以及常見的FFT算法（如按時間抽取的FFT算法和按頻率抽取的FFT算法），並分析其計算量的降低原理。 四、 數字濾波器的設計與實現 濾波器是數字信號處理中最重要的組成部分之一，用於去除信號中的噪聲、分離不同頻率的信號等。 濾波器的基本概念與分類： 我們將從濾波器的基本功能齣發，介紹其在信號處理中的作用。根據頻率響應的特性，濾波器可以分為低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）和帶阻濾波器（BSF）等。 無限衝激響應（IIR）濾波器： IIR濾波器通過係統的反饋來實現濾波功能，其衝激響應是無限長的。本書將介紹IIR濾波器的基本結構，如直接型、串聯型、並聯型等。我們將重點講解幾種常用的IIR濾波器設計方法，例如巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和橢圓（Elliptic）濾波器，並分析它們的幅頻特性和相頻特性，以及在設計過程中的權衡。 有限衝激響應（FIR）濾波器： FIR濾波器不包含反饋，其衝激響應是有限長的，這保證瞭其綫性相位特性，在音頻信號處理和圖像處理等領域尤為重要。本書將介紹FIR濾波器的基本結構。我們將詳細講解FIR濾波器的設計方法，包括窗函數法（如矩形窗、漢寜窗、海明窗、布萊剋曼窗）和頻率采樣法，並分析不同窗函數對濾波器性能的影響。 濾波器性能評價指標： 在設計和實現濾波器時，我們需要對其性能進行評價。本書將介紹常用的評價指標，如通帶紋波、阻帶衰減、過渡帶寬度、相位失真等，並指導讀者如何根據實際應用需求選擇閤適的濾波器類型和設計參數。 五、 采樣與量化：模擬信號到數字信號的轉化 模擬信號到數字信號的轉化是數字信號處理的起點。本章將深入探討這一過程中的關鍵技術。 采樣定理（奈奎斯特-香農采樣定理）： 采樣是將連續時間信號轉換為離散時間信號的關鍵步驟。我們將詳細闡述采樣定理，理解采樣率與信號最高頻率之間的關係，以及欠采樣可能導緻的混疊現象。本書將通過圖示和理論推導，清晰地解釋采樣定理的原理和重要性。 理想采樣與實際采樣： 我們將區分理想采樣和實際的脈衝采樣，理解它們之間的數學模型差異。同時，將討論實際采樣過程中可能齣現的頻譜擴展（辛普森采樣）等問題。 量化： 量化是將采樣後的連續幅度值映射到有限個離散值集閤的過程。我們將介紹量化的基本概念，包括均勻量化和非均勻量化。量化誤差是數字信號處理中的重要噪聲源，本書將分析量化誤差的性質，並討論如何通過增加量化比特數來減小量化誤差，以及如何使用動態範圍壓縮技術（如μ律和A律）來提高信噪比。 過采樣與抗混疊濾波： 為瞭保證信號的保真度，在采樣前通常需要進行抗混疊濾波。本書將講解抗混疊濾波器的作用以及其設計原則。同時，我們將引入過采樣技術，它可以通過引入高采樣率並在後續進行降采樣和濾波來提高信號的動態範圍和信噪比。 六、 相關主題與前沿展望 在掌握瞭數字信號處理的核心理論和技術後，本書還將帶領讀者瞭解一些重要的相關主題，並展望未來的發展方嚮。 離散傅裏葉變換（DFT）的性質迴顧與深入理解： 重新梳理DFT的各項重要性質，並結閤實際應用場景，加深讀者對其理解。例如，如何利用DFT的周期性分析周期信號，如何利用對稱性簡化計算等。 傅裏葉變換性質的工程應用： 詳細闡述傅裏葉變換的各種性質在實際工程問題中的應用，如如何利用頻率移位性進行調製解調，如何利用捲積定理簡化係統分析等。 多速率信號處理： 介紹多速率信號處理的基本概念，包括升采樣和降采樣。我們將分析多速率信號處理在信號壓縮、通信係統中的應用，並介紹相關的濾波器設計技巧，例如抽取濾波器和插值濾波器。 現代DSP技術的發展趨勢： 簡要介紹一些當前DSP領域的熱點技術和發展方嚮，如自適應信號處理（例如自適應濾波器）、小波變換（在信號壓縮和去噪方麵有優勢）、數字水印、信號識彆與分類等，為讀者提供進一步學習和研究的指引。 DSP在人工智能和機器學習中的應用： 隨著人工智能的飛速發展，DSP技術在特徵提取、模型訓練和數據預處理等方麵發揮著越來越重要的作用。本書將簡要探討DSP與AI/ML的交叉融閤，例如在語音識彆、圖像識彆中的信號處理方法。 七、 結論 數字信號處理是一門充滿挑戰且富有創造性的學科。本書力求通過深入淺齣的講解、豐富的實例和嚴謹的理論推導，幫助讀者建立起紮實的理論基礎，並掌握分析和解決實際問題的能力。掌握瞭數字信號處理的原理和技術，您將能夠更好地理解和駕馭信息時代的脈搏，為未來的學習和職業發展奠定堅實的基礎。希望本書能夠成為您探索數字信號處理世界的有力夥伴。

評分☆☆☆☆☆

對於一名希望能夠將所學知識應用於實際工程問題的學生來說，這本書無疑是一個寶貴的資源。它不僅僅是一本理論書籍，更是一本“工具書”。我尤其欣賞書中對各種算法的推導和實現過程的細緻講解。例如，在介紹短時傅裏葉變換（STFT）時，書中不僅給齣瞭理論公式，還詳細說明瞭窗口函數選擇的重要性以及如何通過編程實現STFT，這讓我能夠理解如何分析非平穩信號。同樣，在講到譜估計方法時，書中對比瞭多種方法，如周期圖法、Welch法等，並給齣瞭相應的數值計算代碼，讓我可以直觀地比較不同方法的優劣，並根據具體應用場景選擇最閤適的方法。我最喜歡的部分是書中關於自適應濾波器的章節，它詳細介紹瞭LMS算法及其變種，並提供瞭MATLAB代碼示例，讓我能夠理解自適應濾波器是如何工作的，以及它在噪聲消除、均衡等方麵的應用。這本書讓我深刻體會到，數字信號處理並非高不可攀的理論學科，而是可以通過數值計算和編程實踐來解決實際問題的有力工具。我發現，我能夠利用書中學到的知識，結閤數值計算工具，來解決一些我在項目開發中遇到的信號處理難題，這極大地提升瞭我的工程實踐能力。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對數字信號處理領域充滿好奇的學生，我一直在尋找一本能夠引領我入門，並且能夠讓我深入理解其精髓的教材。這本書無疑成為瞭我的首選。它最大的優點在於，它並沒有將讀者置於一個純粹的數學理論的真空之中，而是巧妙地將“數值計算”這一強大的工具融入到整個學習體係中。從最基礎的信號錶示和變換，到復雜的濾波器設計和譜估計，書中都提供瞭詳實而易懂的解釋，並且大量運用瞭MATLAB等數值計算平颱進行實例演示。這意味著，我不僅能夠理解理論背後的原理，更能夠通過親手實踐，去驗證這些理論的正確性，並從中獲得寶貴的工程經驗。我曾經在學習關於FFT的章節時，對它的計算效率感到驚嘆，並通過書中提供的代碼，親眼見證瞭FFT相比於DFT在計算速度上的巨大優勢。此外，書中對一些高級主題，如語音信號處理和圖像信號處理的簡介，也為我打開瞭新的視野，讓我看到瞭數字信號處理在實際生活中的廣泛應用。這本書不僅教會瞭我“是什麼”，更教會瞭我“怎麼做”，為我未來的學習和職業生涯奠定瞭堅實的基礎，激發瞭我不斷探索數字信號處理更深層奧秘的熱情。

評分☆☆☆☆☆

這是一本名副其實的“理論與實踐結閤”的優秀教材。在學習數字信號處理的過程中，我曾一度陷入理論的泥沼，對各種抽象的概念感到晦澀難懂，尤其是在推導那些復雜的數學公式時，總覺得少瞭些直觀的感受。直到我接觸到這本書，這種狀況纔得到瞭極大的改善。書中的內容雖然涵蓋瞭數字信號處理的各個核心知識點，從離散時間信號與係統、傅裏葉變換，到Z變換、濾波器設計等等，但它並沒有停留在純粹的理論闡述，而是巧妙地將數值計算的概念貫穿始終。作者通過豐富的實例，展示瞭如何利用MATLAB等數值計算工具來求解和驗證理論公式，這讓抽象的數學概念變得鮮活起來，我能夠通過運行代碼，看到信號的時域和頻域變化，直觀地理解傅裏葉變換如何揭示信號的頻譜特性，濾波器如何篩選特定頻率的成分。這種“動手實踐”的學習方式，極大地激發瞭我學習的興趣和主動性。我發現，不再是死記硬背公式，而是通過觀察和實驗來理解原理，這樣獲得的知識更加牢固，也更容易觸類旁通。書中對各個章節的數值計算方法的講解清晰透徹，代碼示例也非常實用，我可以直接套用並稍作修改，來解決自己遇到的實際問題。這本書真的讓我擺脫瞭“理論脫離實際”的睏境，為我後續更深入的學習打下瞭堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，好的教材不僅在於知識的深度，更在於其邏輯的嚴謹和結構的清晰。這本書在這方麵做得相當齣色。它以一種循序漸進的方式，層層深入地剖析數字信號處理的各個方麵，讓人感覺學習過程非常自然流暢。開篇對離散時間信號和係統的基本概念介紹，就為後續內容的展開奠定瞭堅實的基礎。然後，作者逐步引入傅裏葉變換、Z變換等核心工具，並清晰地闡述瞭它們之間的聯係與區彆。尤其讓我印象深刻的是，在講解濾波器設計時，書中不僅介紹瞭各種經典的設計方法，如巴特沃斯、切比雪夫等，還詳細講解瞭數字濾波器的實現方式，並且給齣瞭相應的數值計算示例，讓我能夠理解濾波器是如何在時域和頻域中工作的。書中對離散傅裏葉變換（DFT）和快速傅裏葉變換（FFT）的介紹，更是深入淺齣，讓我明白瞭FFT作為一種高效的算法，在實際應用中的巨大價值。此外，章節之間的過渡自然，各個知識點之間都有緊密的邏輯聯係，不會讓人感到跳躍或者突兀。我曾嘗試閱讀過其他一些數字信號處理的書籍，但往往因為結構混亂或者內容碎片化而感到睏惑，這本書的整體性讓我覺得耳目一新，它構建瞭一個完整的知識體係，讓我在學習過程中不會迷失方嚮。

評分☆☆☆☆☆

在這本書的學習過程中，我最大的感受是它所傳遞的“直觀性”和“可操作性”。很多傳統的數字信號處理教材，在講解離散傅裏葉變換（DFT）時，往往會給齣一堆數學公式，讓人感覺非常抽象，難以理解其物理意義。而這本書則通過豐富的圖示和具體的數值計算示例，將DFT的含義“可視化”瞭。例如，在介紹采樣定理時，書中不僅僅給齣瞭奈奎斯特頻率的數學公式，還通過不同采樣率下的信號頻譜圖，直觀地展示瞭欠采樣會導緻混疊現象，理解起來比單純記憶公式要深刻得多。同樣，在講解數字濾波器時，書中對濾波器頻率響應、相位響應的圖形化展示，以及通過改變濾波器階數和截止頻率來觀察其效果的代碼演示，都讓我對濾波器的作用有瞭更加清晰和直觀的認識。這本書讓我明白瞭，理論知識的學習不僅僅是為瞭理解公式本身，更重要的是理解這些公式背後所代錶的物理過程和工程意義。通過數值計算，我能夠“看到”信號和係統的行為，從而更好地掌握這些概念。這種“看得見，摸得著”的學習體驗，讓我在學習過程中充滿瞭成就感，也讓我更加渴望去探索更多數字信號處理的應用。