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刘国良 著

图书标签:

• 数字信号处理
• MATLAB
• 信号处理
• 通信工程
• 电子工程
• 算法
• 数值分析
• 工程数学
• 高等教育
• 理工科

出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560644202

版次：1

商品编码：12154251

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-08-01

用纸：胶版纸

内容简介

　　本书主要介绍数字信号处理的基本原理和应用，注重使用MATLAB的方法进行阐述、计算和仿真。本书的定位是介绍、研究“用数字方法处理信号，用MATLAB工具解决问题”的技术，着重于突出基础性、系统性、实用性和先进性，除了数字信号处理教材必须有的FFT、数字滤波器等内容外，还增加了用数字方法处理模拟信号的内容。

　　本书注重理论与实践的结合以及知识运用能力与创新意识的培养，适用于高等学校本科通信与电子信息类专业。

目录

第1章 离散时间信号
1.1 数字信号处理绪论
1.1.1 数字信号处理理论和技术的发展
1.1.2 数字信号处理技术的应用
1.1.3 数字信号处理系统的组成
1.1.4 数字信号处理的主要特点
1.1.5 数字信号处理的实现
1.2 离散时间信号
1.2.1 信号的描述与分类
1.2.2 序列
1.2.3 离散信号的能量与功率
1.2.4 基本的离散信号
1.3 序列的运算与变换
1.4 连续信号的采样
1.4.1 信号的采样
1.4.2 理想采样
1.4.3 理想采样信号的频谱
1.4.4 时域采样与Nyquist采样定理
1.4.5 信号恢复与理想低通滤波器
1.4.6 采样信号的量化与编码
练习与思考

第2章 离散时间系统的分析
2.1 离散时间系统
2.1.1 线性系统
2.1.2 时不变性
2.1.3 线性时不变系统
2.1.4 因果稳定系统（物理可实现系统）
2.1.5 线性时不变系统的分析方法
2.2 线性离散卷积
2.2.1 线性离散卷积的定义
2.2.2 线性离散卷积的运算规律与性质
2.2.3 离散序列卷积的图解法
2.2.4 离散序列卷积的解析法
2.2.5 使用conv()函数计算序列卷积
2.3 差分方程
2.3.1 差分方程的建立
2.3.2 差分方程的经典解法
2.3.3 差分方程的迭代解法
2.3.4 离散系统的冲激响应和阶跃响应
练习与思考

第3章 Z变换
3.1 Z变换的定义与收敛域
3.1.1 Z变换的定义
3.1.2 Z变换的收敛域
3.2 Z逆变换
3.2.1 留数法（围线积分法）
3.2.2 部分分式法
3.2.3 幂级数展开法（长除法）
3.3 MATLAB求Z变换
3.3.1 求Z变换
3.3.2 求Z逆变换
3.3.3 留数法、部分分式法求Z逆变换
3.3.4 求函数零、极点
3.4 Z变换的性质
3.5 离散系统函数
3.5.1 差分方程的z域解法
3.5.2 离散系统函数的定义
3.5.3 系统函数与差分方程的关系
3.6 离散系统函数的零极点
3.6.1 离散系统函数的零极点
3.6.2 零极点分布与系统的时域特性
3.6.3 系统的稳定性分析
3.6.4 零极点分布与离散系统的频率响应
3.7 FIR系统与IIR系统
3.7.1 FIR系统
3.7.2 IIR系统
练习与思考

第4章 离散信号的频域分析
第5章 快速傅立叶变换（FFT）
第6章 FFT在确定性信号谱分析中的应用
第7章 数字滤波器
第8章 IIR数字滤波器的设计
第9章 FIR滤波器的设计方法
第10章 数字滤波器的优化设计和工具设计法
附录1 常用函数的拉氏变换和Z变换表
附录2 傅立叶变换的性质
附录3 MATLAB常用算术函数
附录4 巴特沃斯归一化低通滤波器参数
参考答案
参考文献

前言/序言

　　“数字信号处理”是通信与电子信息类专业的专业基础课，本课程应在学完“信号与系统”、“高等数学”、“线性代数”、“MATLAB”等课程之后学习。

　　本书是作者根据多年的教学与实践，参阅了多本同类教材和工程应用书籍，结合当前社会形势对数字信号处理理论和实践的要求，以及学生学习知识的特点等，对原讲义修改、补充和编纂完成的。

　　本书从理论安排上可以分为离散信号分析、离散系统分析、FFT理论和数字滤波器设计几个部分，同时增加了实际应用的内容，包括数字系统应用于模拟信号等。全书突出基础性、系统性、实用性和先进性，并注重理论与实践结合，以及知识运用能力与创新意识的培养。本书的主要特点是全面优化了课程内容，并全面使用MATLAB的方法进行仿真和应用，使学生能够将抽象的理论用直观的效果表现出来，提高学习兴趣，加深对概念的理解，同时掌握一种实用的方法。

　　本书重点突出、构思新颖、实践性强，内容叙述清楚、深入浅出、详略得当，案例丰富且注重理论联系实际，具有一定的趣味性和代表性。

　　本书的特点如下：

　　（1）将数字信号处理的专业理论与MATLAB有机结合，力求使学生在学习数字信号处理的基本理论和方法的同时，深入掌握MATLAB工具的使用，将大量繁杂的数学运算用计算机实现，使学生掌握与提高分析问题、解决问题的能力。

　　（2）从经典到现代逐步演绎，将离散信号与离散系统分开分析讨论，概念清楚、思路清晰。例如，从离散信号的分析到系统的z域分析，逐步演绎到使用FFT算法，实现计算机进行现代化的数字信号分析和处理。这是本书第一个重点内容。

　　（3）以实际应用为目的，不仅讨论了FFT理论的内容和发展过程，而且详细介绍了FFT实现各种应用的方法。

　　（4）确定性信号和随机信号是信号处理技术中涉及的两大类信号。本书比较详细地讨论了确定性信号分析和处理的知识，对随机信号处理不作探讨。

　　（5）以较大篇幅详细介绍了数字滤波器的知识和各种设计方法。这是本书的第二个重点内容。

　　本书各章均附有相应的上机练习题，供读者在学习完各章内容后进行上机实践。

　　刘国良担任本书主编，高海涛担任副主编，本书的编写分工为：第5、7章由刘国良编写，第2、9章由高海涛编写，第3、6章由白旭灿编写，第4、10章由芦逸云编写，第8章由路纲编写，第1章由任亚飞编写，全书由刘国良统稿。

　　本书的顺利出版得到了西安电子科技大学出版社的大力支持和云立实编辑等的热情帮助，在此表示衷心感谢！

　　由于本书内容涉及面广且有一定深度，加上作者的水平有限，不妥之处在所难免，敬请广大读者和同行批评指正，在此表示衷心感谢。作者E�瞞ail：mrlgl@163.com。

　　作者

　　2017年1月

《数字信号处理（MATLAB版）》图书简介 内容梗概 本书是一本关于数字信号处理（DSP）的综合性教材，特别侧重于利用MATLAB这一强大的工程计算软件进行理论阐述、算法实现与实验验证。全书系统地介绍了数字信号处理的基本概念、核心理论、经典算法以及在实际工程中常见的应用。通过大量的MATLAB实例，读者能够深入理解抽象的数学概念，掌握实用的编程技巧，并学会如何将理论知识转化为解决实际问题的能力。 主要内容 本书从最基础的离散时间信号和系统入手，循序渐进地构建起完整的数字信号处理知识体系。 第一部分：基础理论与初步认识 离散时间信号与系统： 详细讲解了离散时间信号的表示、分类（如单位冲激信号、单位阶跃信号、周期信号、能量信号、功率信号等），以及离散时间系统的基本性质（如线性、时不变性、因果性、稳定性）。通过MATLAB的可视化工具，直观地展示不同信号的波形及其特性。 线性时不变（LTI）系统： 深入探讨了LTI系统的基本特性，重点介绍了卷积运算在LTI系统分析中的核心作用。读者将学习如何利用MATLAB实现卷积运算，并分析系统的阶跃响应和冲激响应。 傅里叶变换在信号分析中的应用： 介绍了离散时间傅里叶变换（DTFT）和离散傅里叶变换（DFT）的概念及其性质。重点讲解了DFT如何在数字计算机上实现对连续信号的频谱分析，以及快速傅里叶变换（FFT）算法的重要性与实现。MATLAB的`fft`和`ifft`函数将是实现这些分析的关键工具。 Z变换及其在系统分析中的作用： 引入Z变换作为分析离散时间系统的重要数学工具。详细讲解了Z变换的定义、收敛域（ROC）的概念，以及如何利用Z变换分析系统的稳定性、因果性和频率响应。本书将展示如何通过MATLAB求解LTI系统的差分方程，并进行系统函数分析。 第二部分：核心理论与算法深入 频率采样与离散傅里叶级数（DFS）： 介绍了DFS的概念，以及它如何将周期信号的频谱分解为离散的频率分量。这为理解DFT奠定了基础。 数字滤波器的设计与实现： 这是本书的核心部分之一。 无限冲激响应（IIR）滤波器： 详细讲解了IIR滤波器的基本原理，包括模拟滤波器原型（巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）的转换方法，以及双线性变换法和脉冲响应不变法等数字滤波器设计技术。读者将学习如何利用MATLAB的`butter`、`cheby1`、`cheby2`、`ellip`等函数设计IIR滤波器，并理解其幅频响应和相频响应特性。 有限冲激响应（FIR）滤波器： 详细讲解了FIR滤波器的设计方法，包括窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗）和频率采样法。重点介绍线性相位FIR滤波器的特性，以及利用MATLAB的`fir1`、`firpm`等函数进行FIR滤波器设计。 滤波器性能分析： 讲解了如何评估滤波器的性能，如通带纹波、阻带衰减、过渡带宽度、相位失真等，并通过MATLAB进行仿真验证。 采样定理与重构： 深入阐述了奈奎斯特定理，并介绍了理想采样、实际采样（过采样、欠采样）以及采样率转换（抽取和插值）的概念。读者将学习如何利用MATLAB实现采样和重构，并理解采样过程中可能出现的混叠现象。 随机信号处理基础： 引入了随机信号的概念，包括自相关函数、互相关函数、功率谱密度等。讲解了如何利用MATLAB对随机信号进行统计分析和谱估计。 第三部分：高级主题与实际应用 多速率信号处理： 探讨了抽取（downsampling）和插值（upsampling）等基本操作，以及它们在采样率转换、滤波器组等复杂系统中的应用。MATLAB的`decimate`和`interp`函数将用于演示这些操作。 自适应滤波： 介绍了自适应滤波器的基本原理，如最小均方（LMS）算法、归一化LMS算法、递归最小二乘（RLS）算法等。本书将通过MATLAB实例展示自适应滤波器在噪声消除、信号均衡等方面的应用。 数字信号处理在通信系统中的应用： 简要介绍DSP在调制解调、信道编码、均衡等通信环节中的作用。 数字信号处理在图像处理中的应用： 介绍DSP在图像滤波、边缘检测、图像压缩等方面的基本原理和实现思路。 数字信号处理在生物医学信号处理中的应用： 探讨DSP在心电图（ECG）、脑电图（EEG）等生物医学信号分析中的应用，如滤波、特征提取等。 MATLAB的应用 贯穿全书，MATLAB被作为核心工具进行讲解和应用。本书的特色在于： 理论与实践紧密结合： 每一个重要的理论概念都伴随着相应的MATLAB代码示例，读者可以直接运行、修改并观察结果。 丰富的可视化功能： 利用MATLAB的绘图函数，直观地展示信号的时域、频域特性，滤波器的响应曲线，以及算法的执行过程。 实用的函数库介绍： 详细介绍MATLAB信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）中的常用函数，如`fft`, `ifft`, `conv`, `filter`, `freqz`, `butter`, `fir1`, `stem`, `plot`等，并解释其参数和用法。 工程实例分析： 通过具体的工程问题，引导读者如何运用所学的DSP理论和MATLAB工具进行问题分析和解决方案设计。 交互式学习： 鼓励读者动手实践，通过修改参数、设计不同的滤波器、分析不同信号，加深对数字信号处理的理解。 读者对象 本书适合以下读者： 高等院校电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术等相关专业的本科生和研究生。 从事信号处理、通信、控制、图像处理、嵌入式系统等领域的工程技术人员。 对数字信号处理感兴趣的自学者。 学习本书的益处 通过学习本书，读者将能够： 扎实掌握数字信号处理的核心理论知识。 熟练运用MATLAB进行数字信号的处理、分析和仿真。 理解并掌握各种经典数字信号处理算法的原理和实现。 具备将DSP理论应用于解决实际工程问题的能力。 为进一步学习更高级的信号处理技术和相关领域打下坚实基础。 本书力求理论严谨，实例丰富，操作简便，旨在成为读者在数字信号处理学习道路上不可或缺的参考书和实践指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，简直就是为我这样在信号处理领域摸爬滚打多年的“老兵”量身定制的。我一直对数字信号处理（DSP）这个学科有着浓厚的兴趣，但苦于理论知识繁杂，尤其是将抽象的数学概念转化为实际应用时，总感觉力不从心。市面上同类书籍很多，但要么过于理论化，要么代码示例陈旧，要么针对性不强。这次偶然间看到了《数字信号处理（MATLAB版）》，简直是惊喜连连！我尤其看重它能将复杂的DSP理论与MATLAB这个强大的工程计算软件相结合，这对我来说意义重大。我一直认为，学习DSP的最终目的是能够将其应用于实际问题，而MATLAB正是实现这一目标的绝佳工具。书中的例子是否能够深入浅出地讲解如何用MATLAB实现各种算法？滤波器的设计、傅里叶变换的应用、谱分析的方法，这些核心内容是否能通过MATLAB的实际操作得到充分的演示和理解？我非常期待能够通过这本书，不仅夯实理论基础，更能掌握一套行之有效的MATLAB实战技巧，从而解决我在项目开发中遇到的各种信号处理难题。这本书对我来说，可能不仅仅是一本技术手册，更像是一条通往DSP应用实践的“捷径”，我迫不及待地想翻开它，开始我的探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的嵌入式系统工程师，我经常需要在硬件平台上实现各种实时信号处理功能。过去，我在理论学习和代码实现之间常常感到脱节，花费大量时间在将数学模型转化为可执行代码上。这次看到的《数字信号处理（MATLAB版）》似乎能解决我的痛点。《MATLAB版》的定位非常吸引我，因为MATLAB在原型设计和算法验证方面拥有无可比拟的优势。我非常好奇书中是否能够提供如何从DSP理论出发，逐步推导出适用于嵌入式实现的算法，并最终通过MATLAB进行仿真验证的详细流程。例如，在图像处理领域，我经常需要处理大量的原始数据，并对其进行滤波、边缘检测、特征提取等操作。我希望这本书能教会我如何用MATLAB高效地实现这些算法，并能提供一些优化技巧，以便我将这些算法移植到资源受限的嵌入式平台上。我对书中关于实时信号处理、多速率信号处理以及自适应滤波等专题的讲解尤为关注。我期待这本书能够提供清晰的原理阐述，以及实用性强的MATLAB代码示例，帮助我缩短开发周期，提高算法的鲁棒性和效率。这本书对我来说，或许是连接理论与实践的桥梁，是提升我工程能力的“利器”。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在通信工程领域工作的技术人员，我深知数字信号处理在现代通信系统中的核心地位。从调制解调到信道编码，DSP无处不在。然而，在实际工作中，我发现理论知识和实际应用之间仍然存在一定的鸿沟。《数字信号处理（MATLAB版）》这本书的出现，正是我期待已久的。我特别关注书中关于“MATLAB版”的内容，这意味着它不仅仅是理论的堆砌，更能提供与实际工程紧密结合的工具和方法。我非常好奇书中是否能够详细阐述各种通信信号处理算法的MATLAB实现，例如ASK、FSK、PSK等调制解调技术的原理及其MATLAB仿真。此外，我对OFDM、CDMA等现代通信系统中的关键技术在MATLAB中的应用也充满期待。我希望通过这本书，能够更深入地理解这些算法的数学原理，并能够通过MATLAB进行仿真，验证算法的性能，甚至进行参数优化，以应对实际工程中的复杂场景。这本书对我而言，不仅是一本技术参考书，更是一个提升我解决实际通信工程问题的“智囊团”，我渴望从中学习到如何在MATLAB环境中高效地进行通信信号处理的设计与分析。

评分☆☆☆☆☆

我是一位对信号分析充满好奇心的业余爱好者，尤其对声音和图像背后的科学原理着迷。一直想深入了解数字信号处理（DSP）是如何让我们的生活变得更加丰富多彩的。然而，市面上很多DSP的书籍要么太过学术，让人望而却步，要么就只有干巴巴的公式，缺乏生动的例子。《数字信号处理（MATLAB版）》这个书名立刻吸引了我，因为我听说MATLAB是一个非常强大的工具，可以用来做很多酷炫的事情。我希望这本书能够用一种更加易于理解的方式，讲解DSP的核心概念，比如什么是采样，什么是量化，为什么会有傅里叶变换，以及它在音乐、通信等领域是如何应用的。我尤其希望书中能有大量的、直观的MATLAB代码示例，能够让我跟着一步步操作，亲眼看到信号被处理后的变化。例如，我想知道如何用MATLAB来分析一段音频的频谱，看看它里面包含哪些频率成分，或者如何用MATLAB来给图片加一些有趣的滤镜效果。我希望这本书能够像一个良师益友，带我领略DSP的魅力，让我不再只是停留在“听过”的层面，而是能够“玩转”DSP，真正理解并体验其中的乐趣。

评分☆☆☆☆☆

我是一名初入数字信号处理领域的研究生，面对海量的理论知识和复杂的数学公式，常常感到无所适从。在导师的推荐下，我了解到《数字信号处理（MATLAB版）》这本书。我被它“MATLAB版”的定位深深吸引。在我看来，学习DSP，掌握理论知识固然重要，但如果不能将其与实际工具相结合，理论就如同空中楼阁。MATLAB作为业界广泛使用的工程计算软件，在信号处理领域拥有强大的支持和丰富的工具箱。因此，我非常期待这本书能够提供丰富的、贴合实际的MATLAB代码示例，帮助我理解和实现各种DSP算法。例如，我特别希望书中能详细讲解如何利用MATLAB进行信号的采集、预处理、滤波、变换以及特征提取等关键步骤。我希望通过阅读这本书，不仅能够掌握Z变换、傅里叶变换、离散卷积等核心概念的数学推导，更能亲手通过MATLAB编写代码，模拟出真实信号，观察算法的效果，并对结果进行分析。这本书对我而言，更像是一位循循善诱的老师，能够引导我从理论走向实践，逐步建立起对DSP的直观认识和操作能力，为我今后的科研之路打下坚实的基础。