离散时间信号处理（原书第3版 精编版） 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

本书是信号处理领域的教材，是作者在美国麻省理工学院和佐治亚理工大学教授本科生和研究生课程的经验总结。本书阐述了离散时间系统的基本定理和性能，包括多速率滤波、离散余弦变换、噪声整形的采样策略，并更新了解决相关问题的实例，指出解决问题的实际方法。

目录

出版者的话
译者序
前言
配套网站
致谢
第1章　绪论1
第2章　离散时间信号与系统7
2.0　引言7
2.1　离散时间信号7
2.2　离散时间系统11
2.2.1　无记忆系统12
2.2.2　线性系统13
2.2.3　时不变系统14
2.2.4　因果性15
2.2.5　稳定性15
2.3　线性时不变系统16
2.4　线性时不变系统的性质20
2.5　线性常系数差分方程24
2.6　离散时间信号与系统的频域表示27
2.6.1　线性时不变系统的特征函数27
2.6.2　突然加上复指数输入30
2.7　用傅里叶变换表示序列32
2.8　傅里叶变换的对称性质36
2.9　傅里叶变换定理38
2.9.1　傅里叶变换的线性特点39
2.9.2　时移和频移定理39
2.9.3　时间翻折定理39
2.9.4　频域微分定理40
2.9.5　帕斯瓦尔定理40
2.9.6　卷积定理40
2.9.7　调制或加窗定理41
2.10　离散时间随机信号43
2.11　离散希尔伯特变换47
2.11.1　因果序列傅里叶变换实部和虚部的充分性47
2.11.2　复序列的希尔伯特变换关系49
2.11.3　带通信号的表示51
2.12　小结53
习题54
第3章　连续时间信号的采样69
3.0　引言69
3.1　周期采样69
3.2　采样的频域表示70
3.3　由样本重构带限信号74
3.4　连续时间信号的离散时间处理76
3.4.1　连续时间信号的离散时间LTI处理77
3.4.2　冲激响应不变80
3.5　离散时间信号的连续时间处理82
3.6　利用离散时间处理改变采样率84
3.6.1　采样率按整数因子减小85
3.6.2　采样率按整数因子增加88
3.6.3　简单而实用的内插滤波器90
3.6.4　采样率按非整数因子变化92
3.7　模拟信号的数字处理94
3.7.1　消除混叠的预滤波94
3.7.2　模拟到数字转换96
3.7.3　量化误差分析100
3.7.4　D/A转换104
3.8　小结106
习题107
第4章　z变换119
4.0　引言119
4.1　z变换119
4.2　z变换收敛域的性质126
4.3　反z变换129
4.3.1　观察法129
4.3.2　部分分式展开法130
4.3.3　幂级数展开法133
4.4　z变换性质134
4.4.1　线性135
4.4.2　时移135
4.4.3　用指数序列相乘136
4.4.4　X(z）的微分137
4.4.5　复数序列的共轭138
4.4.6　时间翻折138
4.4.7　序列卷积138
4.4.8　z变换性质总结139
4.5　z变换与LTI系统140
4.6　小结141
习题142
第5章　线性时不变系统的变换域分析148
5.0　引言148
5.1　LTI系统的频率响应148
5.1.1　频率响应的相位延迟和群延迟148
5.1.2　群延迟和衰减影响的说明150
5.2　用线性常系数差分方程描述系统153
5.2.1　稳定性和因果性154
5.2.2　逆系统155
5.2.3　有理分式系统函数的冲激响应157
5.3　有理分式系统函数的频率响应158
5.3.1　一阶系统的频率响应159
5.3.2　多个零极点情况举例162
5.4　幅度与相位的关系164
5.5　全通系统166
5.6　最小相位系统169
5.6.1　最小相位系统和全通系统的分解170
5.6.2　非最小相位系统的频率补偿171
5.6.3　最小相位系统的性质174
5.7　具有广义线性相位特性的线性系统176
5.7.1　线性相位系统176
5.7.2　广义的线性相位178
5.7.3　因果的广义线性相位系统180
5.7.4　FIR线性系统与最小相位系统的关系184
5.8　信号的全极点模型186
5.8.1　最小平方近似187
5.8.2　最小平方反模型187
5.8.3　全极点模型的线性预测结构189
5.9　全极点谱分析189
5.10　小结192
习题193
第6章　离散时间系统的结构211
6.0　引言211
6.1　线性常系数差分方程的方框图表示212
6.2　线性常系数差分方程的信号流图表示215
6.3　IIR系统的基本结构218
6.3.1　直接型218
6.3.2　级联型结构219
6.3.3　并联型结构221
6.3.4　IIR系统中的反馈222
6.4　转置形式223
6.5　FIR系统的基本网络结构225
6.5.1　直接型225
6.5.2　级联型226
6.5.3　线性相位FIR系统的结构226
6.6　有限精度数值效应概述227
6.6.1　数的表示228
6.6.2　实现系统中的量化230
6.7　系数量化效应231
6.7.1　IIR系统中的系数量化效应232
6.7.2　一个椭圆滤波器系数量化的例子233
6.7.3　量化的二阶节的极点235
6.7.4　FIR系统中的系数量化效应236
6.7.5　一个最佳FIR滤波器的量化举例237
6.7.6　线性相位的保持240
6.8　数字滤波器中的舍入噪声效应241
6.8.1　直接型IIR结构的分析241
6.8.2　IIR系统定点实现中的幅度加权246
6.8.3　一个级联IIR结构的分析举例248
6.8.4　直接型FIR系统的分析252
6.8.5　离散时间系统的浮点实现253
6.9　IIR数字滤波器在定点实现中的零输入极限环254
6.9.1　由舍入和截尾引起的极限环254
6.9.2　由溢出而引起的极限环255
6.9.3　消除极限环25

前言/序言

本书是于1975年出版的《数字信号处理》一书的延续。那本非常成功的教科书出现时，该技术领域还不成熟，刚刚开始进入快速发展的时期。当时，这个技术主题只在研究生阶段和为数很少的学校里讲授。1975年版的那本书正是专门为这类课程写的。目前，它仍旧在重印并依然在美国本土和国际上的许多学校中成功地使用着。
到了20世纪80年代，信号处理研究、应用和实现技术的发展速度都清晰地表明，数字信号处理（DSP）将实现并超越它在70年代就已显露出的巨大潜力。DSP所萌发出的重要性清楚地表明对原书进行修订和更新已势在必行。在筹划修订本时，由于在该技术领域以及相关课程的讲授水平和风格上都已经出现了很多变化，显然最合适的方案是在原书的基础之上重写一本新书，而同时原书仍然可以继续出售。我们将1989年出版的新书定名为《离散时间信号处理》，以强调该书所讨论的大部分理论和设计方法都是面向一般离散时间系统应用的，既可以是模拟的，也可以是数字的。
在编写《离散时间信号处理》时，我们意识到DSP的基本原理已经普遍在大学本科阶段讲授了，有时甚至作为有关离散时间线性系统的第一门课程中的一部分内容，但更为普遍的是在第三学年和第四学年稍微深入一些的课程上讲授，或者作为研究生的起始专题课来讲授。因此，在讲授线性系统、采样、多采样率信号处理、应用以及谱分析方面的内容时进行一定幅度的扩展是合适的。另外，此书还用更多的例题来强调和说明一些重要概念。我们始终把精心构造的例题和课后习题放在重要的地位，所以这一版包含了400多道习题。
尽管该技术领域在理论和应用上还在继续发展，但其包含的基本原理和基础内容大多是一样的，只是在突出的重点上、理解上和教学方法上做了一些锤炼。因此1999年出版了《离散时间信号处理》第2版。这个版本做了重要的修订，目的是让“离散时间信号处理”这一学科对于大学生和实践工程师来说都更加容易理解和接受，而没有在基本内容范围上做过多考虑。
第3版是对第2版的重要修订。根据大学本科生和一年级研究生阶段的课程讲授方法的改变以及典型课程范围的变化，编写了第3版。它继承了重视学生和实践工程师对于专题的可接受性，以及关注基本工作原理和广泛适用性的传统。新版本的一个主要特征是结合并扩充了一些更为前沿的主题以及在该领域有效开展工作所必需的基础知识。新版本对第2版的每章都进行了重要的审阅和修改，并增加了全新的一章，还有一章是在第1版的基础上做了重大更新。伴随第3版的出版，Rose-Hulman技术学院的Mark Yoder教授和Wayne Padgett教授也开发完成了一个交互性较好的配套网站。后面的“配套网站”部分对此有更加全面的说明。
自第2版以来，我们已经持续教授这门课程超过了10年，自然也为作业布置和测验出了一些新的题目。我们总是非常重视精心构造的例题和习题，所以英文原书第3版包含了从这些题目中精选出的最好的130道题目，整本书的习题总数超过了700道。包含在第2版中但未纳入第3版中的习题可以在配套网站上找到。
和本书之前版本一样，假定读者已具备高等微积分的知识背景，并对复数和复变函数基础有较好的掌握，对包括拉普拉斯变换和傅里叶变换在内的连续时间信号的线性系统理论有所了解，这些内容在大多数电气和机械工程系大学本科的课程安排中都有。同时，现在大多数大学本科课程中也普遍包含了离散时间信号与系统、离散时间傅里叶变换和连续时间信号的离散时间处理的基础知识。
在大学本科高年级和研究生中讲授“离散时间信号处理”的经验表明，一开始对这些主题进行仔细的回顾是很有必要的，这可以让学生从对基础内容的理解、对贯穿课程和课本始终的统一符号框架的熟悉，逐渐过渡到可以学习更深入的主题。在大学本科低年级课程中关于离散时间信号处理的初步介绍，最通常的做法是让学生学习求解许多数学变换问题，但在重新整理这些问题时，我们想让学生尝试对一些基本概念做更深入的推理。因此，在这一版的前5章中保留了对这些基本知识的覆盖，并通过新的例题和扩展讨论对其进行了增强。在这些章的后面几节中，会涉及一些量化噪声之类的内容，这就要求读者有随机信号方面的基础知识。第2章对此进行了简单介绍。
VII大约过去十年间，在DSP教学中发生了一个重大变革，那就是广泛地使用类似MATLAB、LabVIEW和Mathematica等复杂的软件包，为学生提供具有交互性的亲手操作经验。这些软件包使用起来方便简单，提供了将离散时间信号处理中的基本概念、数学公式与涉及实信号和实时系统的应用联系起来的机会。这些软件包有完备的说明文档、良好的技术支持和友好的用户界面，这些都使得学生可以在专心进行软件基础结构的深入研究和理解的基础上方便地使用它们。现在，在许多信号处理课程中都普遍包含利用一个或多个软件包实现的工程课题和练习题。当然，为了有利于学生的学习，需要对这些课题和题目进行仔细的设计，应该强调基于概念、参数等内容的实验，而不是简单地照着书本操练。令人特别振奋的是，只要安装上这样一款强大的软件包，每个学生的笔记本电脑都能变成一个可以对
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