数字信号处理实验指导书（MATLAB版）/国外电子与通信教材系列 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Sanjit K.Mitra 著，孙洪，余翔宇 译

图书标签:

• 数字信号处理
• MATLAB
• 信号处理
• 实验指导
• 电子通信
• 通信工程
• 工程教育
• 国外教材
• 高等教育
• 教材

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121210679

版次：1

商品编码：11304697

包装：平装

丛书名： 国外电子与通信教材系列

开本：16开

出版时间：2013-07-01

页数：192

字数：307000

正文语种：中文

内容简介

　　《数字信号处理实验指导书（MATLAB版）/国外电子与通信教材系列》是Sanjit K. Mitra所著的《数字信号处理——基于计算机的方法》一书的配套实验手册。《数字信号处理实验指导书（MATLAB版）/国外电子与通信教材系列》内容涵盖了信号与信号处理、时域中的离散时间信号与系统、变换域中的离散时间信号、变换域中的LTI离散时间系统、连续时间信号的数字处理、数字滤波器的结构与设计、DSP算法实现、有限字长效应分析、多速数字信号处理、数字信号处理应用等方面。本书的特点在于讲解上述内容的同时，给出了MATLAB程序验证，并列举了多达231个示例。

作者简介

SanjitK.Mitra：美国南加州大学洛杉矶分校谢明电气工程学系的Stephen和EttaVarra教授，加州大学圣巴巴拉分校电气与计算机工程系研究员。分别于1960年和1962年获得加州大学伯克利分校电气工程专业硕士学位和博士学位。曾任IEEE电路域系统学会主席、IEEE信号处理学会主席团成员。他在模拟与数字信号处理、图像处理领域发表了660多篇论文，出版了12本图书，并拥有5项专利。在工业和学术领域，Mitra博士获得了许多荣誉。Mitra博士还是美国工程院院士，芬兰科学院院士，挪威科学与技术学院院士，克罗地亚科学与艺术学院外籍成员，墨西哥工程院外籍成员，印度工程院外籍院士，印度科学院外籍院士，IEEE、AAAS、SPIE会士，EURASIP会员。

目录

第1章 离散时间信号的时域分析
1.1 导言
1.2 入门
1.3 基础知识回顾
1.4 用到的MATLAB命令
1.5 序列的产生
1.6 序列的简单运算
1.7 工作区信息
1.8 其他类型的信号（可选）
1.9 基础知识阅读

第2章 离散时间系统的时域分析
2.1 导言
2.2 基础知识回顾
2.3 用到的MATLAB命令
2.4 离散时间系统的仿真
2.5 线性时不变离散时间系统
2.6 基础知识阅读

第3章 离散时间信号的频域分析
3.1 导言
3.2 基础知识回顾
3.3 用到的MATLAB命令
3.4 离散时间傅里叶变换
3.5 Z变换
3.7 基础知识阅读

第4章 线性时不变离散时间系统的频域分析
4.1 导言
4.2 基础知识回顾
4.3 用到的MATLAB命令
4.4 传输函数和频率响应
4.5 传输函数和频率响应
4.6 传输函数的类型
4.7 稳定性测试

第5章 连续时间信号的数字处理
5.1 导言
5.2 基础知识回顾
5.3 用到的MATLAB命令
5.4 时域中的抽样过程
5.5 频域中抽样的效果
5.6 模拟低通滤波器
5.7 模数转换和数模转换
5.8 基础知识阅读

第6章 数字滤波器结构
6.1 导言
6.2 基础知识回顾
6.3 用到的MATLAB命令
6.4 有限冲激响应传输函数的实现
6.5 无限冲激响应传输函数的实现
6.6 基础知识阅读

第7章 数字滤波器设计
7.1 导言
7.2 基础知识回顾
7.3 用到的MATLAB命令
7.4 无限冲激响应滤波器设计
7.5 有限冲激响应滤波器设计
7.6 基础知识阅读

第8章 数字滤波器实现
8.1 导言
8.2 基础知识回顾
8.3 用到的MATLAB命令
8.4 无限冲激响应滤波器的仿真
8.5 有限冲激响应数字滤波器的仿真
8.6 可调数字滤波器的设计
8.7 离散傅里叶变换计算
8.8 函数逼近
8.9 基础知识阅读

第9章 有限字长效应分析
9.1 导言
9.2 基础知识回顾
9.3 用到的MATLAB命令
9.4 二进制数的产生和量化
9.5 系数量化效应
9.6 模数转换噪声分析
9.7 运算舍人误差分析
9.8 低灵敏度数字滤波器
9.9 极限环
9.1 0基础知识阅读

第10章 多抽样率数字信号处理
10.1 导言
10.2 基础知识回顾
10.3 用到的MATLAB命令
10.4 基本抽样率改变器件
10.5 抽取器和内插器的设计与实现
10.6 滤波器组的设计
10.7 奈奎斯特滤波器的设计
10.8 基础知识阅读

第11章 高级主题
11.1 导言
11.2 离散变换
11.3 有限冲激响应滤波器的设计和实现
11.4 滤波器组的应用
11.5 调制和解调
11.6 数字数据传输

附录A MATLAB简介
附录B 用到的MATLAB命令总结
参考文献
索引

前言/序言

　　数字信号处理（DSP）研究数字序列信号的表示方法，并对信号进行运算，以提取包含在其中的特殊信息。近30年来，由于在研究及应用两方面均取得了进展，数字信号处理领域已经日趋成熟。如今，几乎所有大学在本科高年级及研究生一年级都开设了本主题至少一门或更多的课程。由于计算机的佳哥更加合理，这促使了高性能个人电脑机工作站的普及，从而很容易向学生提供实际环境，以验证所学的概念和算法。
　　本书适用于基于计算机的DSP实验课程，以补充该主题的讲授课程。它包括11个实验练习，而每一个练习又包含许多在计算机上实现的例子。若每周有三个小时实验，则完成全部例子所需要的课程可能会超过一个季度或一个学期。这里建议教师挑选与其所授课程相关的例子。若有充裕的时间用于计算机实验课，则应鼓励学生在实验室待更长的时间，以便能够完成全部例子。
　　本书所用的汇编语言是MATLAB，它广泛用于高性能数值计算和可视化。本书假定读者不具备MATLAB的基础知识，而是通过本书前半部分所测试过的程序，使他们理解这种在信号处理方面能解决重要问题的实用语言。本书的后半部要求学生编写必要的MATLAB撑血来完成例子。我相信学生通过利用测试过的、完整的程序，编写解决特定问题的简易程序，能很快地学会利用MATLAB来解决复杂问题的方法。附录A简要回顾了MATLAB的一些重要概念和特性。
　　本书中的全部75个MATLAB程序已经在MATLAB 5.2版及信号处理工具箱4.2版中测试过了。本书列出的程序在执行速度上不一定是最快的，也不一定是最简洁的。在未详细解释的情况下，我们将尽量清晰地将它们写出。本书包含一张磁盘，磁盘的内容是本书中所有的MATLAB程序，它适用于运行Windows 95/98的个人电脑或更高版本的Macintosh PowerPC以及UNIX工作站。所有程序也通过匿名FTP存储于互联网站点iplserv.ece.ucsb.edu的目录/pub/mitra/Labs中。
　　每个实验练习包含许多适于学生在电脑上实现的例子。每个例子后面都附有在进行随后例子之前学生必须回答的一系列习题。这些习题用于让学生理解MATLAB的基本原理以及数字信号处理的重要概念。对于后面的部分，每个练习都有一节简单回顾，用于总结所需要的DSP材料，以便学生实现包含在该练习的例子。为了了解详情和说明，在每个练习的结尾还包含有数字信号处理课本的清单，列出了明确的章节数。每个练习还包含有用来总结所用到的MATLAB命令的小节，以使学生在需要时通过help命令就能够更好地掌握这些命令。附录B给出了本书中用到的所有MATLAB函数的简要解释。

《数字信号处理实验指南》（MATLAB版）—— 探索信号的奥秘，掌握处理的艺术 数字信号处理（DSP）作为现代科学技术的核心驱动力之一，在通信、医疗、音频、图像、控制等众多领域扮演着至关重要的角色。从我们日常使用的手机、MP3播放器，到先进的医学成像设备、无人驾驶系统，DSP的技术无处不在。本书旨在带领读者深入理解数字信号处理的理论精髓，并通过实践操作，掌握利用MATLAB这一强大工具进行信号分析和处理的技能。 本书特色与内容概述 本书的编写理念是理论与实践相结合，强调动手能力和问题解决能力的培养。我们相信，通过亲身实践，读者才能真正理解抽象的理论概念，并能灵活运用所学知识解决实际问题。因此，本书的每一章都围绕核心的DSP概念，设计了与之配套的实验项目。 第一章：数字信号处理基础 本章将为读者打下坚实的理论基础，回顾并巩固必要的数学工具，如复数、傅里叶级数、傅里叶变换、拉普拉斯变换等。在此基础上，我们将引入离散时间信号和离散时间系统的基本概念，包括信号的分类（如单位冲激信号、单位阶跃信号、指数信号等）、系统的基本性质（如线性、时不变、因果性、稳定性等）。 核心概念： 离散时间信号的表示、采样定理、抽样与恢复、线性时不变（LTI）系统、卷积。 MATLAB实践： 实验1.1： 生成和可视化基本离散时间信号。学习如何使用MATLAB创建单位冲激信号、单位阶跃信号、正弦信号等，并进行时域和频域的绘制，直观感受不同信号的特性。 实验1.2： LTI系统的响应与卷积。通过搭建简单的LTI系统模型，利用MATLAB计算系统的单位冲激响应，并演示输入信号通过系统后的输出信号（即卷积）的计算和仿真。重点理解卷积的意义和计算过程。 实验1.3： 采样定理的验证。通过对不同频率的连续信号进行不同采样率的采样，观察欠采样和过采样现象，以及采样后信号的频谱变化，深刻理解奈奎斯特采样定理的重要性。 第二章：傅里叶变换及其在信号分析中的应用 傅里叶变换是信号处理中最基本、最重要的工具之一，它能够将时域信号分解为不同频率分量的叠加，从而揭示信号的频谱特性。本章将深入探讨离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）及其在信号分析中的广泛应用。 核心概念： 离散傅里叶变换（DFT）的定义与性质、频谱泄露、窗函数、快速傅里叶变换（FFT）算法、功率谱密度（PSD）、周期图法。 MATLAB实践： 实验2.1： DFT与FFT的计算与频谱分析。学习如何使用MATLAB的`fft`函数计算信号的DFT，并绘制其幅度谱和相位谱。通过分析不同信号（如正弦信号、方波信号、噪声信号）的频谱，理解其频率成分。 实验2.2： 频谱泄露与窗函数。研究信号截断（采样）带来的频谱泄露现象，并学习如何选择合适的窗函数（如汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗）来抑制频谱泄露，提高频谱分辨率。 实验2.3： 信号的功率谱密度估计。学习使用MATLAB的`pwelch`等函数估计信号的功率谱密度，分析不同类型信号的功率分布，理解PSD在信号特征提取中的作用。 第三章：Z变换与系统函数 Z变换是分析离散时间系统稳定性和频率响应的强大数学工具，它将离散时间系统在时域的差分方程转化为复频率域的有理函数，使得系统分析和设计更加便捷。本章将介绍Z变换的定义、性质以及系统函数的概念。 核心概念： Z变换的定义、收敛域（ROC）、Z反变换、系统函数H(z)、零点与极点、频率响应。 MATLAB实践： 实验3.1： Z变换与Z反变换的计算。利用MATLAB的`ztrans`和`iztrans`函数计算信号的Z变换，并从Z域表示的系统函数进行Z反变换，理解时域系统与Z域系统函数之间的对应关系。 实验3.2： 系统函数的零点-极点图与频率响应。学习如何绘制系统函数的零点-极点图，并利用MATLAB的`freqz`函数计算和绘制系统的频率响应（幅度响应和相位响应）。理解零点和极点对系统频率特性的影响。 实验3.3： 系统稳定性的判别。通过分析不同系统函数的零点位置，并结合MATLAB仿真，判别系统的稳定性，理解ROC与稳定性的关系。 第四章：数字滤波器设计 数字滤波器是数字信号处理的核心模块，用于去除信号中的噪声、提取特定频率成分或进行信号整形。本章将介绍两种主要的数字滤波器类型：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器，以及在MATLAB中实现这些滤波器的设计方法。 核心概念： IIR滤波器： Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器、Elliptic滤波器，以及其设计原理和特点。 FIR滤波器： 窗函数法、频率采样法、最优逼近法（Parks-McClellan算法），以及其设计原理和特点。 滤波器性能指标： 阻带衰减、通带纹波、过渡带宽度。 MATLAB实践： 实验4.1： IIR滤波器设计与仿真。使用MATLAB的`butter`、`cheby1`、`cheby2`、`ellip`等函数设计不同类型的IIR滤波器，并绘制其幅频响应和相频响应。将设计的滤波器应用于带有噪声的信号，观察滤波效果。 实验4.2： FIR滤波器设计与仿真。利用MATLAB的`fir1`（窗函数法）、`firpm`（Parks-McClellan算法）等函数设计FIR滤波器，并分析其幅频响应和相频响应。比较IIR和FIR滤波器在设计和性能上的差异。 实验4.3： 滤波器的阶数选择与性能优化。通过调整滤波器阶数和设计参数，研究其对滤波性能的影响，学习如何在满足性能要求的前提下选择最优的滤波器设计方案。 第五章：信号的采样与重建 本章将深入探讨信号采样和重建的理论与实践。我们将在第一章的基础上，更详细地介绍不同类型的采样方案，如均匀采样、非均匀采样、过采样等，以及数字信号如何通过数字-模拟转换器（DAC）重建为模拟信号。 核心概念： 均匀采样、奈奎斯特率、欠采样、过采样、混叠、零阶保持器、一阶保持器、DAC。 MATLAB实践： 实验5.1： 均匀采样的仿真与分析。再次深入探讨采样定理，通过不同采样频率下信号的采样和频谱分析，直观理解混叠现象的产生及其危害。 实验5.2： 过采样与抗混叠滤波器的应用。学习如何利用过采样技术降低对滤波器性能的要求，并仿真过采样后信号的重建过程。 实验5.3： 数字-模拟转换（DAC）的仿真。模拟DAC过程，将数字信号通过插值和滤波等过程转换为模拟信号，并进行时域和频域的比较分析。 第六章：多速率信号处理 多速率信号处理是指对不同采样率的信号进行处理。在许多实际应用中，如通信系统、音频处理等，都会涉及到信号的升采样（插值）和降采样（抽取）。本章将介绍这些基本操作及其在信号处理中的应用。 核心概念： 升采样（插值）、降采样（抽取）、插值滤波器、抽取滤波器、多速率信号处理的原理。 MATLAB实践： 实验6.1： 信号的升采样与插值。学习如何使用MATLAB的`resample`或手动构建插值滤波器实现信号的升采样，并观察信号在时域和频域的变化。 实验6.2： 信号的降采样与抽取。通过MATLAB演示信号的降采样过程，分析其对信号频谱的影响，并学习如何使用抽取滤波器抑制混叠。 实验6.3： 一个简单的多速率系统设计。设计一个包含升采样和降采样模块的简单系统，例如一个变采样率的通信接收端，并进行仿真验证。 第七章：自适应信号处理简介 自适应信号处理是信号处理领域一个活跃的研究方向，其核心思想是滤波器参数能够根据输入信号的统计特性自动调整，以达到最佳的滤波效果。本章将介绍自适应信号处理的基本原理和几种常见的自适应算法。 核心概念： 最小均方误差（LMS）算法、归一化LMS（NLMS）算法、递归最小二乘（RLS）算法、应用场景（如噪声消除、均衡）。 MATLAB实践： 实验7.1： LMS算法的仿真与分析。使用MATLAB实现LMS算法，并将其应用于一个实际问题，如使用LMS滤波器消除信号中的周期性噪声，观察滤波器收敛过程和滤波效果。 实验7.2： NLMS算法与LMS算法的比较。对比NLMS算法和LMS算法在不同信噪比和信号特性下的性能表现，理解归一化对算法收敛速度和稳定性的影响。 实验7.3： 一个简单的自适应信号增强应用。例如，设计一个简单的自适应滤波器来增强特定频率的信号，或者消除混合信号中的干扰。 第八章：数字信号处理在特定领域的应用（选讲） 本章将选取数字信号处理在几个典型领域的应用进行介绍和实践，让读者了解DSP的实际价值和广阔前景。可选主题包括： 音频信号处理： 音频信号的采集、压缩（如MP3）、效果器（如混响、均衡）、语音识别基础。 图像信号处理： 图像的采样与量化、滤波（如平滑、锐化）、边缘检测、图像压缩基础。 通信信号处理： 调制与解调、信道编码与解码基础、OFDM技术简介。 MATLAB实践（示例）： 实验8.1（音频）： 使用MATLAB加载和播放音频文件，进行简单的音频滤波（如低通滤波去除高频噪声），并观察效果。 实验8.2（图像）： 使用MATLAB加载和显示图像，应用不同的滤波器进行图像增强或降噪处理，并对比效果。 实验8.3（通信）： 仿真一个简单的ASK（幅度键控）调制和解调过程，理解通信信号的基本处理流程。 学习方法与建议 本书的编写宗旨是引导读者主动学习。我们建议读者： 1. 独立完成实验： 每一个实验都旨在巩固理论知识，培养动手能力。请务必自己动手编写代码，运行仿真，并分析结果。 2. 理解理论基础： 不要将MATLAB仅仅视为一个“黑盒子”。在进行实验前，请仔细阅读对应的理论部分，理解其原理。 3. 深入分析结果： 实验运行结束后，不要急于进行下一个。花时间分析图表，思考结果的含义，尝试解释观察到的现象。 4. 探索与创新： 在完成基本实验后，鼓励读者进行扩展和创新。尝试修改实验参数，设计新的实验，解决更复杂的问题。 5. 参考与交流： 在遇到困难时，可以查阅MATLAB的官方文档，相关的DSP教材，并在同学之间进行交流讨论。 致谢 本书的完成离不开众多同事、同行和学生的宝贵意见与支持。我们特别感谢那些为DSP领域做出杰出贡献的科学家们，他们的研究成果是本书编写的基石。 结语 数字信号处理是一个既有深度又有广度的学科。希望本书能成为您探索DSP世界的有力助手，帮助您掌握必要的理论知识和实践技能，为您的学习和未来职业生涯打下坚实的基础。愿您在信号的海洋中，收获知识，激发创新！

评分☆☆☆☆☆

从另一个角度来看，这本书的优点在于其对基础概念的覆盖面相对较广。数字信号处理涉及的领域非常多，包括采样、量化、滤波、变换等等，这本书在有限的篇幅内，尽可能地将这些核心概念都进行了介绍，并提供了相应的MATLAB实验。这对于初学者来说，能够建立起一个相对完整的知识体系框架。我尤其欣赏书中对傅里叶变换的介绍，它不仅解释了理论原理，还通过实验直观地展示了信号的时域和频域之间的关系，让我对这个重要的概念有了更深刻的理解。同时，书中在讲到特定算法时，会简要介绍其原理和应用场景，虽然不够深入，但足以激发我的进一步学习兴趣。例如，在介绍自相关函数时，它提到了其在信号检测和模式识别中的应用，这让我对这个工具的使用有了初步的认识。总体而言，这本书更像是一本“导游手册”，带领读者初步游览数字信号处理的风景线，为后续深入探索打下基础。

评分☆☆☆☆☆

对于那些希望通过实践来巩固数字信号处理理论知识的同学来说，这本书可能提供了一个不错的起点，但要达到精通的地步，则需要付出更多努力。实验部分的代码注释相对简略，很多时候需要结合课本理论去理解每一行代码的作用，对于刚接触MATLAB的同学来说，这无疑增加了学习门槛。而且，一些实验的预期结果与实际运行代码后得到的波形，在细节上存在一些出入，这让人不禁怀疑是代码本身的问题，还是实验步骤的描述不够精确。我尝试着去修改一些代码参数，想要观察不同参数对结果的影响，但书中提供的指导信息非常有限，导致探索的自由度不高。此外，某些实验的题目描述过于宽泛，没有给出明确的指导方向，让我在动手实践时感到有些无从下手，只能凭借着模糊的理解去尝试，花费了大量的时间去摸索。如果能提供更具体的实验指导，例如给出关键参数的取值范围，或者提示一些可能遇到的问题及解决方法，相信学习效果会更加显著。

评分☆☆☆☆☆

在学习过程中，我发现这本书的理论解释与MATLAB实验之间的衔接，有时会显得有些仓促。例如，在介绍完一个复杂的理论概念后，紧接着就是一段MATLAB代码，而两者之间的逻辑关系并没有得到充分的阐释。这使得我在尝试理解实验时，经常需要来回翻阅，试图在理论部分找到代码的依据，或者在代码中理解理论的应用。某些实验的设计，感觉更像是对书中理论的简单复现，缺乏一些挑战性和创新性，如果能增加一些需要读者独立思考和解决问题的环节，例如让读者自己去设计一个特定功能的滤波器，或者去分析一段未知信号，相信会更有助于培养解决实际问题的能力。此外，书中对一些高级的数字信号处理技术，如自适应滤波、小波变换等，只是浅尝辄止，并没有深入展开，这对于希望进一步提升技能的读者来说，可能会感到有些意犹未尽。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版真是让人一言难尽，印刷质量也只能说中规中矩，纸张稍显薄了一些，长时间翻阅后容易出现折痕，边缘也没有做特别的包边处理，感觉耐用性一般。封面设计倒是中规中矩，没有太多亮点，但也算清晰明了。翻开目录，章节划分清晰，理论知识的介绍部分，虽然是入门级别的，但感觉有些地方的逻辑跳转略显生硬，理解起来需要反复推敲。一些公式的推导过程，对于初学者来说，可能需要额外的参考资料才能完全跟上。书中的插图虽然有，但分辨率不高，有些细节看不太清楚，如果能配上更清晰、更具引导性的图示，相信会大大提升学习效率。而且，某些章节在内容深度上存在一定差异，有的地方讲解得比较透彻，有的地方又显得过于简略，这可能会让读者在学习过程中产生一定的不确定感，不知道哪些内容是重点，哪些可以一带而过。总的来说，这本书在基础知识的呈现上，还有不少可以改进的空间，希望未来的版本能够在这方面有所提升。

评分☆☆☆☆☆

尽管这本书在某些方面存在些许不足，但它作为一本入门级的实验指导书，还是具备一定的参考价值的。它将枯燥的理论知识与实际操作相结合，使得抽象的概念变得更加直观。在完成某些实验时，我能够清晰地看到FFT变换如何揭示信号的频率成分，或者滤波器如何有效地去除噪声，这些直观的感受是纯理论学习难以比拟的。书中提供的MATLAB代码，虽然有时不够完善，但至少提供了一个可以运行的基础框架，让我可以此为起点进行二次开发和学习。我特别喜欢其中关于滤波器设计的部分，虽然讲解的深度有限，但让我初步了解了不同类型滤波器的特性以及它们在实际应用中的作用，比如低通滤波可以平滑信号，高通滤波可以保留高频成分。此外，书中的一些案例分析，虽然篇幅不长，但能够帮助我理解理论在解决实际问题中的应用，例如如何利用信号处理技术来识别特定声音，或者分析音频信号的特征。

评分☆☆☆☆☆

95/V98的个人电脑或更高版本的Macintosh

评分☆☆☆☆☆

6.4

评分☆☆☆☆☆

连续时间信号的数字处理

评分☆☆☆☆☆

离散f时间信l号的时域分析f

评分☆☆☆☆☆

很好，够深，够看不懂

评分☆☆☆☆☆

Q线性时不变离散时间系统

评分☆☆☆☆☆

国外教材，有参考价值的。

评分☆☆☆☆☆

8.4

评分☆☆☆☆☆

无限冲激响应滤波器设计