实时数字信号处理实践方法：从理论到实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

金靖 等 著

图书标签:

• 数字信号处理
• 实时处理
• DSP
• 实践
• 算法实现
• MATLAB
• C++
• 通信系统
• 图像处理
• 滤波技术

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512421738

版次：1

商品编码：12003300

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-08-01

用纸：胶版纸

内容简介

　　本书介绍了实时数字信号处理系统设计和实现的相关理论、技术和方法。全书共9章，前4章介绍了实时数字信号处理应用基础及仿真方法，主要包括信号产生与操作、信号频谱分析技术、离散时间系统分析与实现、数字滤波器设计等；后5章介绍了实时数字信号处理系统设计与实现，包括系统组成、软硬件结构和控制、折衷设计、实时算法开发、系统实现的技术手段等。本书的重点是从信号处理理论到软硬件实现的映射过程和转换方法，并结合实际应用需求配有大量实例。

　　本书可作为电子、仪器、自动控制、光学等专业高年级本科生和研究生的教材或参考书，也可供相关研究人员和工程师使用。

目录

第1章 离散时间信号………………………………………………………………… 1

1.1 信号的概念及分类………………………………………………………… 1

1.2 基本离散时间信号的表示………………………………………………… 5

1.3 典型离散随机信号的表示………………………………………………… 12

1.4 离散时间信号的基本运算和操作………………………………………… 19

第2章 离散傅里叶变换和Z 变换………………………………………………… 30

2.1 离散傅里叶变换…………………………………………………………… 30

2.2 进行频谱分析的注意事项………………………………………………… 39

2.3 频谱分析实例……………………………………………………………… 44

2.4 Z 变换概述………………………………………………………………… 46

第3章 离散时间系统……………………………………………………………… 49

3.1 离散时间系统的概念和性质……………………………………………… 49

3.2 离散时间系统的模型……………………………………………………… 50

3.3 离散时间系统的结构、分析与实现……………………………………… 56

第4章 数字滤波器设计…………………………………………………………… 68

4.1 概 述……………………………………………………………………… 68

4.2 IIR滤波器设计…………………………………………………………… 70

4.3 FIR滤波器设计…………………………………………………………… 80

第5章 实时数字信号处理系统概述……………………………………………… 93

5.1 实时数字信号处理系统的特点…………………………………………… 93

5.2 实时数字信号处理系统的基本组成……………………………………… 94

5.3 实时数字信号处理系统的数字表示法………………………………… 102

第6章 实时数字信号处理系统的软件和硬件结构……………………………… 115

6.1 实时数字信号处理系统的通用软件结构……………………………… 115

6.2 硬件描述语言中的典型软件结构……………………………………… 121

6.3 实时数字信号处理器的一般硬件结构………………………………… 126

6.4 FPGA 的基本硬件结构………………………………………………… 129

6.5 实时数字信号处理系统中的多处理器结构…………………………… 132

6.6 数字信号处理器系统的控制…………………………………………… 137

第7章 实时数字信号处理系统的折衷设计……………………………………… 142

7.1 折衷设计方法…………………………………………………………… 142

7.2 软件和硬件折衷………………………………………………………… 143

7.3 软件的时间和空间折衷………………………………………………… 147

7.4 硬件的时间和空间折衷………………………………………………… 157

7.5 其他类型折衷…………………………………………………………… 166

第8章 实时数字信号处理算法的开发…………………………………………… 173

8.1 实时数字信号处理算法的概念和性能分析…………………………… 173

8.2 实时数字信号处理算法的设计和描述………………………………… 182

8.3 实时数字信号处理算法实现的基本步骤……………………………… 187

第9章 实时数字信号处理系统实现的技术手段………………………………… 191

9.1 输入数据的简化处理…………………………………………………… 191

9.2 算法的优化和简化……………………………………………………… 192

9.3 算法的转化和移植……………………………………………………… 202

9.4 算法的分解……………………………………………………………… 208

9.5 软硬件联合设计………………………………………………………… 215

9.6 通信优化设计…………………………………………………………… 218

9.7 测试和验证方法………………………………………………………… 222

参考文献……………………………………………………………………………… 225

前言/序言

《数字信号处理之艺术：从基础理论到前沿应用》 一、 核心理念与价值主张 本书旨在为读者构建一个全面且深入的数字信号处理（DSP）知识体系，不仅涵盖了DSP的核心理论概念，更着重于其在实际应用中的落地与实现。我们相信，理解DSP的本质在于掌握其数学原理，并在实践中验证和运用这些原理。因此，本书将理论的严谨性与实践的指导性相结合，旨在培养读者独立解决实际DSP问题的能力，让他们能够自信地驾驭从基础算法到复杂系统的整个DSP开发流程。 本书的价值在于： 系统性： 从最基础的采样定理、离散傅里叶变换（DFT）讲起，逐步深入到更复杂的滤波设计、自适应信号处理、谱估计等领域，构建完整的知识框架。 实用性： 每一项理论知识的讲解都紧密联系实际应用场景，并辅以大量的代码示例和项目案例，让读者能够“看得懂”更“做得到”。 前沿性： 除了经典理论，本书还探讨了现代DSP技术的发展趋势，如机器学习在DSP中的应用、高性能计算平台（如FPGA、GPU）的DSP实现等，为读者指明未来的发展方向。 易读性： 采用清晰的语言和直观的图示，力求将抽象的数学概念转化为易于理解的知识，降低学习门槛。 二、 内容深度与广度 本书内容涵盖了数字信号处理的各个重要维度，旨在为读者提供一个360度的全景视角： 1. 基础理论篇：夯实根基 信号的本质与表示： 深入剖析模拟信号与数字信号的区别，详细介绍连续时间信号和离散时间信号的数学表示方法，包括序列、向量、矩阵等。 采样理论与重建： 详细阐述奈奎斯特-香农采样定理，解释其重要性以及过采样和欠采样的影响。介绍采样保持器、重构滤波器的作用及其设计原则。 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： 深入讲解DFT的原理、性质及其在频域分析中的核心地位。详细推导和讲解FFT算法，包括蝶形运算、基-2、基-4等不同实现方式，并分析其计算复杂度。 卷积与相关： 深入理解线性卷积和循环卷积的概念及其在系统响应、滤波等方面的应用。详细介绍自相关和互相关函数，及其在信号检测、时延估计等领域的用途。 Z变换与系统分析： 引入Z变换作为处理离散时间系统的强大工具，详细讲解其性质、收敛域（ROC）的概念，以及如何利用Z变换分析LTI（线性时不变）系统的稳定性、因果性等。 2. 数字滤波器设计篇：塑造信号 滤波器基础： 明确滤波器的定义、分类（FIR和IIR）以及滤波器设计的核心目标（通带、阻带、截止频率、阻带衰减等）。 FIR滤波器设计： 详细介绍窗函数法（矩形窗、汉宁窗、汉明窗、Blackman窗、Kaiser窗等）的设计步骤和优缺点。深入讲解频率采样法和最优逼近法（Remez-Tukey算法）等高级设计方法。 IIR滤波器设计： 介绍将模拟滤波器（如Butterworth、Chebyshev I/II、Elliptic）转换为数字滤波器的常用方法，包括脉冲不变法、双线性变换法等。详细讲解IIR滤波器设计的步骤、参数选择以及其潜在的稳定性问题。 滤波器性能评估： 介绍评估滤波器性能的常用指标，如幅频响应、相频响应、群延迟、相位失真等。 3. 高级主题篇：拓展视野 自适应信号处理： 深入介绍自适应滤波器（如LMS、RLS算法）的工作原理、应用场景（如噪声消除、回声消除、信道均衡）及其性能分析。 谱估计： 探讨多种谱估计方法，包括非参数方法（周期图法、Welch法）和参数方法（AR模型、MA模型、ARMA模型）的原理、优缺点及应用。 多速率信号处理： 介绍信号的升采样、降采样、抽取、插值等操作，以及它们在变采样率系统、滤波器组等方面的应用。 随机信号处理： 引入随机信号的基本概念，包括均值、方差、自相关函数、功率谱密度等，以及在噪声分析、信号检测等方面的应用。 4. 实践实现篇：化理论为现实 DSP算法的数学实现： 提供大量使用主流编程语言（如Python、MATLAB、C/C++）实现经典DSP算法的代码示例。强调算法的效率和数值稳定性。 高性能计算平台： 介绍在FPGA（现场可编程门阵列）和GPU（图形处理器）等硬件平台上实现DSP算法的策略和技术。探讨硬件加速的优势以及相关的开发工具和流程。 实际项目案例分析： 通过一系列精心挑选的实际项目案例，展示DSP理论和技术如何在音频处理、通信系统、生物医学信号分析、图像处理等领域得到应用。例如，讲解如何设计一个降噪耳机中的音频滤波器，如何实现一个通信系统中的载波同步模块，如何利用DSP技术分析心电图信号等。 DSP工具链与软件： 介绍常用的DSP开发工具，包括仿真软件、调试器、性能分析工具等，帮助读者快速进入实际开发状态。 三、 目标读者 本书面向广泛的读者群体，包括但不限于： 高等院校相关专业学生： 计算机科学、电子工程、通信工程、自动化、生物医学工程等专业的本科生和研究生，作为课程教材或参考书。 DSP工程师与研发人员： 希望系统学习DSP理论、拓展应用领域或提升工程实践能力的行业从业者。 对数字信号处理感兴趣的爱好者： 具备一定数学基础，希望深入了解DSP技术原理和实际应用的学习者。 跨领域应用者： 机器学习、数据科学、机器人、物联网等领域的研究者和开发者，需要理解和应用DSP技术来处理传感器数据、音频、视频等信号。 四、 学习方法与建议 为了最大化本书的学习效果，我们建议读者： 理论与实践并重： 在学习理论知识的同时，积极动手实践书中的代码示例，并尝试修改参数或实现变种算法。 深入理解数学原理： DSP的核心在于数学，务必花时间理解公式的推导过程及其物理意义，而非死记硬背。 积极思考应用场景： 尝试将所学知识与生活中的实际问题联系起来，思考DSP技术可以在哪些方面提供解决方案。 利用辅助资源： 结合其他在线课程、技术文档、开源项目等资源，加深对概念的理解。 循序渐进： 按照本书的章节顺序进行学习，确保基础扎实后再进入更高级的主题。 五、 结语 数字信号处理是现代科技发展不可或缺的核心技术之一，其应用领域之广泛、技术更新之迅速，令人着迷。本书的诞生，正是为了引导读者踏入这个充满挑战与机遇的领域，从理论的殿堂走向实践的沃土。我们希望通过本书，能够激发您对DSP的热情，点燃您在技术道路上的创新火花，最终成为一名出色的数字信号处理工程师，用您的智慧和技艺，塑造更加美好的数字世界。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我一开始对这本书的期望并不是很高，我以为它会和市面上其他同类书籍一样，充斥着各种晦涩难懂的公式和概念，读起来十分枯燥。然而，这本书彻底颠覆了我的看法。它从一个非常独特的视角切入，将抽象的数字信号处理理论与生动的实际应用场景完美地结合在一起。作者在书中运用了大量的类比和生动的例子，将复杂的概念讲解得深入浅出，即使是对DSP完全没有概念的读者，也能轻松理解。例如，在讲解离散傅里叶变换（DFT）时，作者并没有直接给出复杂的数学推导，而是用一种非常直观的方式，解释了DFT如何将一个时域信号分解成不同频率的成分，就像是把一首交响乐分解成各种乐器的声音一样。这种讲解方式让我受益匪浅，它不仅让我记住了概念，更让我理解了其背后的逻辑。书中还涉及了许多前沿的DSP技术，并且非常注重理论与实践的结合，提供了很多实际操作的指导和建议，这对于我这样一个想要将DSP知识应用到实际项目中的人来说，无疑是雪中送炭。它让我看到了DSP的无限可能，也让我对未来的学习和研究充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是让我打开了新世界的大门！之前我对数字信号处理（DSP）一直停留在比较抽象的理论层面，感觉像是空中楼阁，虽然知道它很重要，但就是抓不住“怎么做”的精髓。这本书恰恰填补了我的这一空白。它没有一开始就抛出一堆让人望而生畏的数学公式，而是非常有条理地从最基础的概念讲起，一步步引导读者理解信号的本质、采样、量化这些关键步骤。最让我惊喜的是，它在讲理论的同时，会立刻结合实际的例子，而且非常具体。比如，在讲到滤波器设计时，它会清晰地解释为什么需要滤波器，不同的滤波器类型有什么优缺点，然后立刻就用代码展示如何实现一个简单的低通滤波器。我印象特别深的是，书中对各种实际应用场景的讲解，像是音频处理、图像识别这些我平时经常接触到的技术，它都用了DSP的视角去剖析，让我恍然大悟，原来那些神奇的效果背后是如此严谨的科学原理。而且，它用的语言很平实，即使是我这种非科班出身的人，也能读懂。它不是那种只会堆砌术语的书，而是真正站在读者的角度，思考读者会遇到哪些困惑，然后逐一解答。它让我对DSP不再感到畏惧，而是充满了探索的兴趣，迫不及待地想去尝试书中介绍的各种实践方法。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对DSP充满好奇但又缺乏实践经验的学生。这本书的出现，简直像是一盏指路明灯，为我点亮了DSP学习的道路。它从零开始，用一种非常友好的方式介绍了DSP的基本概念和核心技术，让我能够在一个扎实的基础上，逐步深入。书中大量的实例，无论是理论讲解还是代码实现，都非常贴合实际应用，让我能够亲身体验DSP的魅力。我特别喜欢书中关于信号滤波和频谱分析的部分，它将抽象的数学概念转化为具体的图形和数据，让我能够直观地理解信号的变化。而且，书中提供的代码示例，清晰易懂，并且带有详细的注释，这对我来说简直是太有帮助了。我可以跟着代码一步步地去理解，然后尝试自己修改和扩展，这种实践性的学习方式，让我对DSP的理解更加深刻。它不仅仅是一本书，更像是一位循循善诱的老师，耐心地引导我一步步地探索DSP的奥秘。这本书让我对DSP产生了浓厚的兴趣，也激发了我未来深入学习和研究的热情。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在DSP领域摸爬滚打多年的老兵，我一直在寻找一本能够真正连接理论与实践的书籍，一本能够让我对现有知识体系进行梳理和深化的书。这本书恰好满足了我的需求。它没有停留在基础概念的重复，而是直击核心，深入剖析了实时数字信号处理中的关键挑战和应对策略。我尤其欣赏书中对算法优化和性能提升的探讨，这部分内容对于追求高效能的工程实践至关重要。书中对一些经典算法的讲解，既有严谨的数学推导，又有清晰的伪代码和实际代码实现，能够帮助我从不同维度去理解和掌握这些算法。此外，它还涉及到了一些在实际工程中非常重要的考量因素，比如硬件架构的影响、资源限制下的算法选择等，这些都是在学术论文中很难找到的宝贵经验。它不是一本“速成”的书，而是一本需要认真研读、反复思考的书，它能够帮助我巩固和提升现有的DSP技能，让我能够更自信地面对更复杂的项目需求。阅读过程中，我经常会停下来思考，然后结合自己的工作经验进行比对，这种学习方式让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

我之前接触过一些关于DSP的书籍，但很多都过于偏重理论，读起来像是在啃一本厚厚的数学手册，让人昏昏欲睡，而且学完之后感觉离实际应用还是有一段距离。这本书则完全不同，它就像一位经验丰富的工程师，手把手地教你如何将理论付诸实践。从第一章开始，它就强调“实践”的重要性，并提供了清晰的框架，让你知道如何一步步地搭建自己的DSP系统。它不仅仅是告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“怎么做”。书中大量的代码示例，而且这些代码都是可以直接运行的，这对于我这种动手能力比较强的人来说，简直是福音。我可以一边看书，一边敲代码，立刻就能看到理论效果的验证，这种即时反馈极大地增强了我的学习动力。书中对不同算法的实现细节讲解得非常到位，包括参数的选择、优化策略等等，这些都是在传统教材中很难找到的宝贵经验。而且，它还会讲解一些在实际工程中经常会遇到的问题，比如精度问题、实时性要求等等，并给出相应的解决方案。读完这本书，我感觉自己不再是那个只会纸上谈兵的理论派，而是真正具备了解决实际DSP问题的能力。它让我觉得，DSP不再是遥不可及的科学，而是可以被掌握并应用于各种创新项目中的强大工具。