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内容简介

根据“数字信号处理”课程教学要求，通过对多次再版教学讲义内容的整合修订，本书主要介绍数字信号处理的基本概念、理论及方法，适度引入现代信号处理概念。全书内容包括：离散时间信号和系统的时域描述、离散时间信号和系统的频域分析、离散傅里叶变换及其快速算法、无限脉冲响应数字滤波器设计、有限脉冲响应数字滤波器设计、系统网络结构、其他正交变换、序列的?变换及MATLAB中的滤波器设计工具等。参考课时为60学时。为便于读者学习，各章均附有主要知识点、实现程序、思考题及练习题，并提供相应的课堂教学课件。

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ISBN：9787121241475

开本：16开

页数：340

字数：544

本书目录

绪论 1
第1章  离散时间信号和离散时间系统 6
1.1  离散时间信号 6
1.1.1  序列的表示 6
1.1.2  序列的基本运算 8
1.1.3  常用典型序列 9
1.1.4  序列的周期性 12
1.1.5  序列的对称性 15
1.2  离散时间系统 19
1.2.1  系统的单位取样响应 21
1.2.2  线性时不变离散时间系统 21
1.2.3  线性卷积运算 24
1.2.4  线性时不变系统的因果性与稳定性 30
1.2.5  线性时不变系统的差分方程 33
1.3  时域连续信号的采样及恢复 36
1.3.1  信号采样 36
1.3.2  信号恢复 40
1.3.3* A/D转换与D/A转换 42
1.4  MATLAB实现举例 44
思考题 48
习题 49
第2章  时域离散信号和系统的频域分析 52
2.1  序列的傅里叶变换 52
2.1.1  序列傅里叶变换的定义 52
2.1.2  傅里叶反变换 55
2.1.3* 序列傅里叶变换的存在条件 56
2.1.4  序列傅里叶变换的性质 58
2.1.5  序列截断对频谱的影响 64
2.2  系统的频域描述 66
2.2.1  系统的频率响应 66
2.2.2  系统函数 67
2.2.3  利用系统函数的零极点分析系统特性 70
2.3  几种特殊系统 74
2.3.1  梳状滤波器 74
2.3.2  线性相位系统 77
2.3.3  全通系统 80
2.3.4  逆系统 83
2.3.5  最小相位系统 85
2.4*  序列的短时傅里叶变换 87
2.4.1  STFT的定义 88
2.4.2  STFT的分辨率 90
2.4.3  短时傅里叶变换应用举例 92
2.5  MATLAB实现举例 95
思考题 96
习题 97
第3章  离散傅里叶变换及其快速算法 100
3.1  傅里叶变换的几种形式 100
3.2  离散傅里叶变换 104
3.2.1  离散傅里叶变换的定义 105
3.2.2  离散傅里叶变换的隐含周期性 108
3.2.3  离散傅里叶变换的基本性质 109
3.3  频域采样理论 117
3.3.1  频域采样 117
3.3.2  频域采样定理 118
3.3.3  频域恢复 119
3.4  离散傅里叶变换应用举例 122
3.4.1  计算序列线性卷积 122
3.4.2  信号频谱分析 129
3.4.3  实现正交频分复用 133
3.5  快速傅里叶变换 135
3.5.1  减少DFT运算量的途径 136
3.5.2  时间抽取基2FFT算法 137
3.5.3  频率抽取基2FFT算法 144
3.5.4  快速傅里叶反变换（IFFT） 147
3.5.5  任意基数的FFT算法简介 149
3.5.6  实序列的FFT  152
3.6  MATLAB实现举例 155
思考题 159
习题 160
第4章  无限脉冲响应数字滤波器设计 163
4.1  滤波器基础 163
4.1.1  滤波器基本概念 163
4.1.2  滤波器指标 165
4.1.3  数字滤波器常用设计方法 167
4.2* 模拟滤波器设计 168
4.2.1  滤波器平方幅度函数到系统函数的转换 168
4.2.2  Butterworth型模拟低通滤波器设计 170
4.2.3  Chebyshev型模拟低通滤波器设计 173
4.2.4  Cauer型模拟低通滤波器设计 177
4.2.5  模拟高通、带通、带阻滤波器设计 180
4.3  脉冲响应不变法IIR数字滤波器设计 188
4.3.1  设计原理 189
4.3.2  变换前后频率特性分析 190
4.3.3  设计步骤 192
4.4  双线性变换法IIR数字滤波器设计 194
4.4.1  设计原理 194
4.4.2  双线性变换特点分析 196
4.4.3  设计步骤 198
4.5  MATLAB实现举例 203
思考题 213
习题 213
第5章  有限脉冲响应数字滤波器设计 216
5.1  线性相位FIR数字滤波器 216
5.1.1  线性相位FIR滤波器的四种情况 217
5.1.2  线性相位FIR滤波器的零点分布 220
5.2  窗函数法FIR数字滤波器设计 221
5.2.1  设计原理 221
5.2.2  常用窗函数 226
5.2.3  设计步骤 230
5.2.4  MATLAB设计举例 234
5.3  频率采样法FIR数字滤波器设计 238
5.3.1  设计原理 239
5.3.2  误差分析及改进措施 240
5.3.3  设计步骤 242
5.3.4  MATLAB设计举例 242
5.4*  FIR数字滤波器应用实例 246
5.4.1  滑动平均提取股市行情走势 246
5.4.2  一阶高通滤波实现语音信号预加重 248
5.4.3  梳状滤波器滤除谐波干扰 249
5.5  IIR与FIR数字滤波器的比较 250
5.6  其他MATLAB实现举例 251
思考题 254
习题 254
第6章  系统网络结构 256
6.1  系统的信号流图表示 256
6.2  无限脉冲响应系统的基本结构 259
6.2.1  直接Ⅰ型 259
6.2.2  直接Ⅱ型 260
6.2.3  级联型 261
6.2.4  并联型 264
6.3  有限脉冲响应系统的基本结构 267
6.3.1  直接型 268
6.3.2  级联型 268
6.3.3  频率采样结构 269
6.3.4  线性相位结构 272
6.4  数字滤波器的格型结构 273
6.4.1  全零点FIR格型结构 273
6.4.2  IIR系统的全极点格型结构 277
6.4.3  IIR系统的零-极点格型结构 278
6.5  MATLAB实现举例 281
思考题 282
习题 282
第7章*  其他正交变换 284
7.1  正交函数集 284
7.1.1  正交函数的定义 284
7.1.2  离散正交变换 286
7.2  离散余弦变换 286
7.2.1  离散余弦变换的定义 286
7.2.2  二维离散余弦变换 288
7.2.3  离散余弦变换的计算 288
7.3  沃尔什变换 289
7.3.1  沃尔什函数 290
7.3.2  沃尔什变换 293
7.4  Haar变换 294
7.4.1  Harr函数 294
7.4.2  Harr函数的性质 295
7.4.3  Harr变换 295
7.5  正交变换在图像压缩编码中的应用 296
7.5.1  图像压缩编码 296
7.5.2  图像正交变换编码 297
7.6  MATLAB实现举例 300
思考题 302
习题 303
附录A  z变换 304
附录B  MATLAB中的滤波器设计工具 321
参考文献 327

展开

前言

本书在多年教学累积的《数字信号处理》讲义基础上，经过长期教学改革实践不断修改完善，同时汲取国内外同类教材优点，由教研室多名教员共同参编完成，属支撑性基础学科教材。
作为专业基础教材，本书定位于初学“数字信号处理”课程的大学本科三、四年级学生，要求在先修《信号与线性系统》、《复变函数》基础上学习。教材依据“数字信号处理”课程的基本教学要求，主要介绍数字信号处理的基本概念、理论和方法，为进一步学习随机数字信号处理、现代信号处理、时频分析与小波变换、信号检测与估值、自适应信号处理、雷达信号处理、语音信号处理、图像信号处理、DSP系统原理及应用、数据压缩、数据融合等系列课程和信号处理理论技术奠定基础。其特色在于既能反映信号处理学科的基础理论体系，又在一定程度上反映现代信号处理理论。
教材注重基础知识的系统性、实践性和应用性。在详细论述数字信号处理的基本概念、基本理论及重要算法基础上，引入“短时傅里叶变换”、“离散余弦变换”等现代信号处理基本理论。结合教材内容，说明语音短时频谱分析、雷达回波分析、图像压缩、正交频分复用等技术方法。将语音去噪、心电图市电信号滤除、图像增强等应用实例融入教材，使读者在拓展知识的同时，对理论有更深入的理解。
MATLAB软件强大的计算仿真功能和方便易用的图形绘制能力，将课程中抽象的概念和结论转化为形象化的图形曲线展现在学生面前，“信号处理工具箱”包含大量可供选择的算法程序，为信号处理理论的深入理解和掌握提供了便利有效的工具。教材将基本概念、基本理论及算法思想等采用MATLAB进行释义和实现验证。为便于读者学习，在章节中和每章后包含了大量MATLAB函数和调用说明，以及与知识点相应的应用举例，并提供了部分自定义的功能函数。
本书总体架构纵向为时域、频域、其他变换域，横向为信号分析、系统描述、设计方法、实现结构，共涵盖绪论、1~7章和附录共九部分内容，参考课时为60学时，目录中打“*”的章节，可根据情况选学。
绪论部分对数字信号处理的概念、系统组成、实现方法及典型应用进行概要描述。
第1章是对离散时间信号和系统的时域描述。讲述离散时间信号与系统的基础理论知识，包括离散信号的运算、系统的因果稳定性、线性时不变系统的输入输出关系、连续时间信号的采样等。
第2章是对离散时间信号和系统的频域分析。主要讨论序列的傅里叶变换和系统函数的概念，包括频率响应的意义和几何确定方法、几种特殊系统的概念特点等 。此外，作为序列傅里叶变换的延伸，本章还介绍了短时傅里叶变换的概念，并进行了应用实例说明。第1、2章除带*内容外是本书的基础部分。
第3章介绍离散傅里叶变换及其快速算法。着重阐述离散傅里叶变换与傅里叶变换和 变换的关系、离散傅里叶变换的应用、基2快速算法，并简要介绍了任意基数的FFT算法。
第4章探讨无限脉冲响应数字滤波器理论与设计方法。首先讨论模拟滤波器设计，继而阐述基于将原形模拟系统函数转换成数字系统函数的两种设计方法。
第5章讨论有限脉冲响应数字滤波器理论与设计方法。介绍窗函数法和频率采样法设计线性相位FIR数字滤波器的方法。第3、4、5三章是本书的核心内容。
第6章讨论系统的网络结构。结构描述是硬件或软件实现数字滤波器的第一步，可以揭示一些固有的内部变量与输入、输出之间的关系，这是系统实现的关键。本章介绍了无限脉冲响应和有限脉冲响应数字滤波器的几种常用结构形式及其特点。
第7章介绍其他正交变换，包括离散余弦变换（DCT）、沃什变换和Harr变换等，这三种变换和离散傅里叶变换都是有限长序列正交变换的例子。
附录A介绍序列的 变换。给出了 变换的定义、逆 变换、性质，主要说明了 变换的收敛域，之后对 变换与拉氏变换和序列傅里叶变换的关系进行讨论。虽然有些读者在前期课程中学习过 变换的相关知识，但是根据多年的教学经验，有必要对这部分内容重温，故此放在附录，读者可根据具体情况选用。 
附录B介绍了MATLAB数字信号处理工具箱中工具FDAtool和SPtool。举例说明利用FDAtool可以方便地设计出满足各种性能指标的滤波器，利用SPtool能容易实现信号频谱分析和滤波。
各章附有提炼的主要知识点、实现程序、思考题与练习题，为读者留有足够的阅读空间、思考空间和练习空间。
本书提供课堂教学课件和源程序等教学资源，任课老师可登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）免费注册下载。教学课件设计科学、内容丰富、文字清晰、动画形象，是对课堂内容的梳理和进一步的补充，所有程序均经过调试，为教员授课和读者自学提供了便利。
本教材编写团队成员均在教学一线工作，主要从事信号处理学科方向教学和科研工作。绪论由李宏伟编写，第1章由樊昌周编写，第2、3、5章由段艳丽编写，第4章由林永照编写，第6章由王敏编写，第7章由王敏和林永照编写，附录由霍文俊编写，课件制作及程序编写由王敏负责完成。段艳丽和王敏对全书进行统稿，李宏伟和林永照完成了全部内容的详细审阅，罗迎等提供了部分应用实例的相关资料和程序。衷心感谢郭英教授在讲义编写期间给予的指导和帮助，感谢张群教授在教材出版过程中给予的关心和支持。此外，教材试用过程中多名学员和其他教员也提出了宝贵意见，在此一并表示感谢。
本书的内容已在多个期班的教学过程中得到验证，但是限于作者水平有限，不妥之处在所难免，恳请读者给予批评指正。

作  者       
2014年10月

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