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刘纪红 等 著

图书标签:

• 数字信号处理
• 信号处理
• DSP
• MATLAB
• 算法
• 通信
• 图像处理
• 滤波
• 理论与实践
• 工程应用

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118059953

版次：1

商品编码：10359400

包装：平装

开本：16开

出版时间：2009-01-01

用纸：胶版纸

页数：230

字数：341000

正文语种：中文

内容简介

《数字信号处理原理与实践》结合Matlab仿真软件和相关硬件平台，较系统地讨论了数字信号处理的基本理论、基本方法、基本算法和典型的应用实例。全书共分为9章。前4章主要讨论了离散时间信号与系统、z变换、离散傅里叶变换和快速傅里叶变换；第5章～第7章讨论了数字滤波器的基本结构、无限长单位冲激响应滤波器和有限长单位冲激响应滤波器，并给出了在Matlab环境下的滤波器设计方法和实例；第8章结合TI公司的TMS320系列芯片介绍了数字信号处理器和相关设计及应用的平台；第9章从话音和图像处理的角度出发，论述了DSP应用实例。《数字信号处理原理与实践》结合实例进行论述，条理清楚、深入浅出，便于自学和快速应用。《数字信号处理原理与实践》可以作为大专院校通信工程、电子信息工程、信息工程、自动控制工程和生物医学工程等专业的教材，也可以作为通信和信息技术、图像处理、遥感、雷达、话音处理和生物信息处理等领域从事信号处理的科学工作者的参考书。

目录

第1章 离散时间信号与系统
1.1 离散时间信号——序列
1.1.1 序列的定义与表示
1.1.2 一些常用的时间序列
1.1.3 序列的运算
1.1.4 序列的周期性
1.1.5 序列的能量与功率
1.2 离散时间系统
1.2.1 线性系统
1.2.2 时不变系统
1.2.3 单位冲激响应
1.2.4 因果性
1.2.5 稳定性
1.3 线性时不变系统性质
1.4 常系数线性差分方程
1.4.1 常系数线性差分方程形式
1.4.2 常系数线性差分方程的求解
1.4.3 边界条件对差分方程的影响
1.4.4 差分方程表示法的用途
1.5 信号的数字化处理
1.5.1 信号的采样
1.5.2 信号的恢复
1.6 系统的频率响应
本章小结
习题

第2章 z变换
2.1 z变换的定义和收敛域
2.1.2 z变换的定义
2.1.2 z变换的收敛域
2.2 z变换的性质
2.3 z反变换
2.3.1 幂级数展开法
2.3.2 围线积分法
2.3.3 部分分式法
2.4 利用z变换求解差分方程
2.5 系统函数
2.5.1 系统函数的定义
2.5.2 系统函数的收敛域
本章小结
习题

第3章 离散傅里叶变换
3.1 傅里叶变换的几种形式
3.2 周期序列的离散傅里叶级数
3.3 离散傅里叶级数的性质
3.4 有限长序列的离散傅里叶变换
3.5 离散傅里叶变换的性质
3.6 利用DFT计算线性卷积
本章小结
习题

第4章 快速傅里叶变换
4.1 离散傅里叶变换存在的问题
4.2 按时间抽取的基-2FFT算法
4.2.1 算法的推导
4.2.2 算法的讨论
4.3 按频率抽取基-2FFT算法
4.4 运算量进一步减少的方法
4.5 IDFF的快速计算方法IFFF
4.6 分裂基FFT算法
4.6.1 基-4FFT算法
4.6.2 分裂基算法
4.7 快速傅里叶变换的程序实现
4.7.1 FFT算法的Matlab实现
4.7.2 FFT算法的C语言实现
本章小结

第5章 数字滤波器的基本结构
5.1 数字系统的信号流图表示方法
5.2 无限长单位冲激响应滤波器的基本结构
5.2.1 直接Ⅰ型
5.2.2 直接Ⅱ型
5.2.3 级联型
5.2.4 并联型
5.3 有限长单位冲激响应滤波器的基本结构
5.3.1 直接形式（横截型）
5.3.2 级联型
5.3.3 频率采样型
5.3.4 线性相位FIR滤波器
本章小结
习题

第6章 无限长单位冲激响应滤波器
6.1 引言
6.2 由模拟滤波器设计IIR数字滤波器
6.3 冲激响应不变法
6.4 双线性变换法
6.5 阶跃响应不变法
6.6 频率变换法
6.7 模拟频率变换法
6.7.1 模拟低通滤波器变换成数字高通滤波器
6.7.2 模拟低通滤波器变换成数字带通滤波器
6.7.3 模拟低通滤波器变换成数字带阻滤波器
6.8 数字频率变换法
本章小结
习题

第7章 有限长单位冲激响应滤波器
7.1 引言
7.2 线性相位FIR滤波器的特点
7.2.1 线性相位条件
7.2.2 线性相位的特点
7.2.3 零点特性
7.3 窗函数设计法
7.3.1 设计思想
7.3.2 各种窗函数
7.4 频率采样法
本章小结
习题

第8章 数字信号处理器
8.1 数字信号处理器简介
8.2 DSP系统及其开发和应用
8.2.1 DSP系统构成
8.2.2 DSP系统的特点
8.2.3 DSP系统的设计过程
8.2.4 DSP芯片的应用
8.3 几种DSP芯片介绍
8.3.1 TMS320C5402DSP芯片
8.3.2 TMS320VC5416DSP芯片
8.3.3 TMS320DM642DSP芯片
8.3.4 TMS320LF2407芯片
8.4 DSP常用实验平台
8.4.1 CCdeComposerStudio集成开发环境
8.4.2 TMS320C5402DSK板
8.4.3 TMs320DM642EVM板
8.4.4 网络开发工具包NDK
8.4.5 Matlab／Simulink仿真软件

第9章 DSP应用实例
9.1 DSP在话音处理中的应用
9.1.1 话音处理功能的总体设计
9.1.2 话音的采集和滤波器的理论设计
9.1.3 基于TMS320C5402DsK的功能实现
9.2 DSP在运动目标跟踪中的应用
9.2.1 总体设计
9.2.2 Matlab中仿真结果
9.2.3 系统在TMS320DM642EVM板上的设计实现
9.2.4 实验结果
本章小结
参考文献

精彩书摘

第1章 离散时间信号与系统
信号是传载信息的函数，在数学上信号可以表示为一个或多个独立变量的函数。这些独立变量可以是连续的，也可以是离散的。在连续时间域上定义的信号称为连续时间信号或模拟信号，在离散时间点上定义的信号称为离散时间信号。数字信号是在时问与幅值上都离散化的信号。当一个系统的输入和输出都是连续时间信号，称该系统为连续时间系统；当一个系统的输入和输出都是离散时间信号，称该系统为离散时间系统。在数字信号处理中，研究和处理的对象为数字信号。本书的重点是研究离散时间信号与系统。在这一章中，将介绍离散时间信号与系统的基础理论知识，定义了离散时间信号的表示方式——序列，以及一些常用的时间序列和信号处理中的常用的运算，建立了离散系统的概念以及离散系统的一些性质，介绍了离散系统的表示方式、信号的数字化处理以及系统的频率响应。
1.1 离散时间信号——序列
1.1.1 序列的定义与表示
在数字信号处理中，信号是用数字序列来表示的。序列（Sequence）是一组以序列号为自变量的有序数字的集合，表示了在对应的离散时间点上的信号样本值。
通过对模拟信号在时域进行等时间间隔采样，可以获得时问量化的离散时间信号x（nT）。x（nT）是一个有序的数字序列，其中，T为采样周期，n表示样点先后顺序。为了简化书写，采样周期T可以省略，直接表示为x（n），即序列x（n）。
序列是离散时间信号在数学上的表示，其表示形式有两种，即集合或函数的表示形式以及序列图表示形式。

前言/序言

《数字世界的声音：信号的变换与解析》 在这个信息爆炸的时代，我们每天都在与各种各样的信号打交道，从手机里传递的语音，到电视屏幕上闪烁的图像，再到互联网上传输的数据，它们共同构成了我们丰富多彩的数字世界。然而，这些看似寻常的现象背后，隐藏着一套深刻而精妙的科学原理，它们赋予了我们理解、处理和创造这些信号的能力。本书旨在揭开数字信号处理的神秘面纱，带领读者深入探索信号的本质，掌握对其进行分析、变换和应用的强大技术。 一、信号的语言：离散与数字的魅力 万物皆有信号，而数字信号处理正是研究那些以离散形式、数值化形式存在的信号。与连续变化的模拟信号不同，数字信号是在特定时间点上取样，并用数值来表示其幅度的。这种离散化和数字化过程，是数字信号处理的基石，它使得信号的处理和存储变得前所未有的便捷和精确。 本书将从最基础的概念入手，详细阐述离散时间信号的定义，包括其采样过程、量化误差以及数字表示的特性。我们将探讨不同类型的离散信号，如单位脉冲信号、单位阶跃信号、指数信号和正弦信号，理解它们的数学模型及其在信号分析中的重要作用。通过对这些基本信号的深入理解，读者将为后续更复杂的信号处理技术打下坚实的基础。 二、时间的回响：序列的运算与卷积的奥秘 在数字信号的世界里，信号的演变与相互作用，主要通过序列运算和卷积来体现。本书将详细介绍各种基本的序列运算，包括加法、减法、乘法以及标量乘法，并通过实例演示它们如何应用于信号的组合和调制。 卷积，作为数字信号处理中最核心的概念之一，将得到深入的剖析。我们将从其数学定义出发，理解卷积在描述线性时不变（LTI）系统对输入信号的响应时的重要性。通过图解和算例，读者将掌握如何计算两个序列的卷积，并理解卷积在滤波、系统分析等方面的实际应用。例如，当我们听到一段音频，其最终的声音效果，就是原始声源信号经过扬声器、房间等系统的卷积结果。 三、频率的歌唱：傅里叶变换的视角 如果说时间域的分析让我们看到信号的“过去”，那么频率域的分析则让我们洞察信号的“本质”。傅里叶变换，这项伟大的数学工具，能够将一个在时域中复杂的信号，分解为一系列不同频率的正弦波的叠加。这就像将一首乐曲分解为各个音符的组合，让我们能够清晰地看到音乐的构成。 本书将系统地介绍傅里叶变换的理论基础，从连续时间傅里叶变换（CTFT）到离散时间傅里叶变换（DTFT），再到我们最为关注的离散傅里叶变换（DFT）。我们将详细推导DFT的计算方法，并探讨其性质，如线性和周期性。为了提高计算效率，快速傅里叶变换（FFT）算法也将被重点介绍，揭示其背后的蝶形运算和分治策略。通过对傅里叶变换的学习，读者将能够理解信号的频谱特性，例如，音频信号中的高频成分对应着尖锐的声音，低频成分则对应着浑厚的声音。 四、系统的透视：Z变换与传递函数 理解一个信号，离不开对其所经过的系统的理解。Z变换，是傅里叶变换在离散时间系统分析中的推广，它将时域的序列转换为复平面上的函数，极大地简化了系统的分析和设计。 本书将深入探讨Z变换的定义、性质以及逆Z变换的方法。我们将重点关注Z变换在描述和分析线性时不变（LTI）离散时间系统中的应用。传递函数，作为描述LTI系统输入输出关系的频域表示，将通过Z变换得到清晰的解析。读者将学习如何利用传递函数来判断系统的稳定性、频率响应以及设计滤波器。例如，手机的降噪功能，就是通过设计一个具有特定传递函数的滤波器来实现的。 五、信息的过滤：滤波器设计与应用 滤波器是数字信号处理中最常见的应用之一，它能够有选择地允许某些频率成分通过，而阻止另一些频率成分。从音频降噪到图像增强，滤波器无处不在。 本书将详细介绍两种主要的滤波器类型：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。我们将探讨它们的数学模型、设计方法以及各自的优缺点。读者将学习如何根据实际应用的需求，选择合适的滤波器类型，并掌握设计低通、高通、带通和带阻滤波器的基本原理。通过具体的实例，例如音频信号中的背景噪音去除，图像信号中的模糊处理，读者将直观地感受到滤波器在提升信号质量方面的强大作用。 六、数字世界的脉搏：采样与重建的艺术 将连续的模拟信号转换为数字信号，离不开采样过程；而将处理后的数字信号还原为可听可看的模拟信号，则需要重建过程。奈奎斯特-香农采样定理，是这一过程的理论基石，它告诉我们以两倍于最高频率的速率进行采样，才能够无损地还原原始信号。 本书将深入阐述采样定理的原理，并讨论欠采样、过采样等实际应用中的采样策略。我们将详细介绍数字信号重建的方法，包括插值技术，如零阶保持、线性插值和多项式插值。通过对采样与重建理论的理解，读者将能更深入地认识到数字信号处理在音视频编解码、通信系统等领域的关键作用。 七、信号的压缩与编码：让信息更有效 在数字信号传输和存储过程中，信号的冗余往往会占用大量的资源。信号压缩技术旨在去除这些冗余，从而减小数据量，提高传输和存储效率。 本书将介绍一些基本的信号压缩和编码原理，例如幅度调制、频率调制和相位调制等。虽然不深入探讨复杂的现代压缩算法，但我们将通过基础的编码技术，让读者理解信号信息如何被高效地表示。例如，将一段文本信息转换为二进制编码，就是一种最简单的编码方式。理解这些基本原理，为理解更复杂的编码技术打下基础。 八、实际的呼唤：多媒体信号处理入门 理解了数字信号处理的基本原理，我们便能进一步将其应用于各种多媒体信号的处理。本书将触及一些与日常生活息息相关的多媒体信号处理的应用，例如： 音频信号处理： 噪声消除、回声抑制、语音识别、音乐合成等。 图像信号处理： 图像增强、边缘检测、图像滤波、特征提取等。 视频信号处理： 视频压缩、运动估计、视频稳定等。 通过这些实际应用的案例分析，读者将能够看到抽象的理论如何转化为解决实际问题的强大工具，进一步激发学习的兴趣和动力。 总结： 《数字世界的声音：信号的变换与解析》旨在为读者提供一个全面而深入的数字信号处理入门体验。我们不仅会探索理论的深度，更会强调实践的应用。本书力求通过清晰的讲解、丰富的实例和易于理解的数学推导，帮助读者掌握数字信号处理的核心概念和技术，从而更好地理解我们身处的数字世界，并能够运用这些知识去创造更美好的数字未来。无论您是初学者，还是希望巩固和扩展知识的从业者，本书都将是您探索数字信号处理领域的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

这本《数字信号处理原理与实践》的编排风格真是太棒了！作者并没有拘泥于死板的理论体系，而是以一种更加开放和探索性的方式来引导读者。我特别喜欢书中关于离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）的章节。作者没有一开始就抛出复杂的数学公式，而是先从信号的周期性和频谱的概念入手，通过形象的比喻和生动的图示，解释了为什么我们需要进行频谱分析，以及DFT是如何将时域信号分解成不同频率的正弦和余弦分量的。随后，他才引入DFT的定义，并循序渐进地讲解FFT算法的原理，包括蝶形运算、按位倒序等关键步骤。书中还提供了不同FFT算法（如Cooley-Tukey算法）的MATLAB实现代码，并详细解释了代码的每一部分，让我能够清晰地理解算法的执行流程。读完这部分内容，我感觉自己对傅里叶变换的理解已经提升了好几个层次，再也不像以前那样觉得它是“天书”了。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的启发在于，它将复杂的理论知识与实际的工程应用无缝对接。例如，在讲解信号采样和量化时，作者并没有仅仅停留在理论层面，而是深入探讨了采样定理的实际意义，以及量化误差如何影响信号的质量。书中还通过一些具体的案例，比如音频信号的采集和处理，演示了采样率、位深度等参数的选择对最终音质的影响。更令我赞赏的是，书中对于各种滤波器的介绍，不仅仅停留在数学模型的层面，还结合了实际应用场景，分析了不同类型滤波器的优缺点，以及在通信、生物医学信号处理等领域中的具体应用。作者还分享了一些在实际项目中遇到的问题和解决方案，这些宝贵的经验对于我们这些正在学习DSP的学生来说，简直是无价之宝。我感觉自己不再是孤立地学习知识，而是能够将所学到的理论应用到实际问题中去，解决实际挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常亲切，就像一位经验丰富的老师在娓娓道来。作者在讲解过程中，经常会引用一些生活中的例子或者比喻，让原本枯燥的数学概念变得生动有趣。例如，在讲解卷积定理时，作者用了一个生动的手部动作比喻，瞬间就让这个抽象的概念变得容易理解。而且，书中对于各个章节的衔接处理得非常自然，不会让人感到突兀。从信号的表示，到系统的分析，再到滤波器设计，每一个环节都像是在为下一个环节铺垫，逻辑性极强。我尤其喜欢书中关于自相关函数和互相关函数的讲解，作者不仅解释了它们的数学定义，还详细说明了它们在信号检测、时延估计等方面的应用，并提供了相应的MATLAB代码实现。读这本书，我感觉自己是在和一位良师益友一起探索数字信号处理的奥秘，而不是在被动地接受信息。这种沉浸式的学习体验，让我对DSP的热情也与日俱增。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直就是为我量身定做的！作为一个刚入门的DSP爱好者，我之前尝试过几本教材，但都觉得晦涩难懂，概念性的东西太多，而实际操作的例子却少得可怜。这本《数字信号处理原理与实践》完全打破了我的顾虑。它从最基础的概念讲起，比如离散时间信号和系统的基本性质，用非常直观的图示和通俗易懂的语言进行解释，让我这个初学者也能迅速把握核心要点。更让我惊喜的是，书中穿插了大量基于MATLAB的编程实例，每一个算法都附带完整的代码和运行结果分析。我跟着书中的例子，一步步在电脑上复现，亲眼看到理论如何转化为实际的输出，这种“动手实践”的学习方式，极大地巩固了我对知识的理解，也让我对DSP的学习充满了信心。书中对于傅里叶变换、Z变换、滤波器设计等关键章节的讲解，逻辑清晰，层层递进，即使是复杂的数学推导，也通过图形化和类比的方式变得生动起来。我不再只是机械地记忆公式，而是真正理解了它们背后的物理意义和应用场景。这对于我后续深入学习和解决实际问题至关重要。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我才真正体会到“实践出真知”这句话的深刻含义。我之前一直觉得数字信号处理是一个非常抽象的学科，充满了各种看不懂的公式和理论。但这本书的作者，似乎洞悉了我们这些学习者的困惑，将理论知识与实际应用巧妙地结合在了一起。它不仅仅是一本介绍理论的教科书，更像是一本指导我们如何解决实际工程问题的“秘籍”。书中关于滤波器设计的部分，从经典滤波器（Butterworth, Chebyshev, Inverse Chebyshev）的原理讲到各种实现方式，并详细阐述了低通、高通、带通、带阻滤波器的设计步骤和注意事项。最令我印象深刻的是，作者还讲解了如何利用MATLAB的滤波器设计工具箱来快速生成滤波器系数，并提供了完整的代码示例，让我可以立刻上手，验证设计效果。此外，书中对FFT算法的讲解也让我茅塞顿开，不仅理解了算法的数学原理，还学会了如何分析FFT结果，并将其应用于频谱分析和信号去噪。这本书的价值在于，它教会了我“如何做”，而不仅仅是“是什么”。