数字信号处理实验（MATLAB版）/高等学校电子与通信类专业“十一五”规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘舒帆，费诺，陆辉 编

图书标签:

• 数字信号处理
• MATLAB
• 信号处理
• 实验
• 通信工程
• 电子工程
• 高等教育
• 教材
• 十一五规划
• 工程类

出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560620060

版次：1

商品编码：11324190

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-07-01

用纸：胶版纸

页数：288

字数：438000

正文语种：中文

内容简介

　　《数字信号处理实验（MATLAB版）/高等学校电子与通信类专业“十一五”规划教材》紧密配合“数字信号处理”课程的理论教学，充分应用MATl。AB这一通用的仿真分析软件进行实验内容的编排；针对“数字信号处理”课程中的主要知识点，设置了相应的实验专题；实验基本原理的介绍简明扼要，对所用MATLAB函数的讲解通俗易懂，提供了大量的典型例题程序，并布置了相应的实验内容和练习题，便于实验教学和学生自学。《数字信号处理实验（MATLAB版）/高等学校电子与通信类专业“十一五”规划教材》可作为大学本科通信工程、电子信息类专业数字信号处理实验的指导书，也可作为其它理工科相关专业教师和学生的参考书。

目录

实验1 MATLAB语言上机操作实践
实验2 时域离散信号的产生
实验3 离散序列的基本运算
实验4 离散系统的冲激响应和阶跃响应
实验5 卷积的原理及应用
实验6 离散LSl系统的时域响应
实验7 2变换及其应用
实验8 离散系统的描述模型及其转换
实验9 离散系统的零极点分析
实验10 离散系统的频率响应
实验11 离散傅里叶级数(DFS)
实验12 离散傅里叶变换(DFT)
实验13 离散傅里叶变换的性质
实验14 快速傅里叶变换(FFT)
实验15 时域抽样与信号的重建
实验16 频域抽样与恢复
实验17 数字滤波器的结构
实验18 模拟原型滤波器的设计
实验19 模拟域频率变换法
实验20 用脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器
实验21 用双线性变换法设计IIR数字滤波器
实验22 IIR数字滤波器的直接设计
实验23 线性相位FIR数字滤波器
实验24 用窗函数法设计FIR数字滤波器
实验25 用频率采样法设计FIR数字滤波器
实验26 用FDATool设计数字滤波器
实验27 用SPTool测试数字系统
实验28 综合应用实验l一一语音信号的采样和频谱分析
实验29 综合应用实验2——量化对IIR滤波器特性的影响
实验30 综合应用实验3——MATLAB设计数据的输出
附录1 MATLAB语言简介
附录2 信号处理工具箱常用函数
附录3 本书用到的MATLAB扩展子函数
参考文献

前言/序言

《深入理解数字信号处理：从理论到实践的建模与仿真》 第一章：数字信号处理基础 本章将为读者构建坚实的数字信号处理（DSP）理论基础。我们将从离散时间信号与系统的基本概念出发，深入探讨采样定理，揭示连续信号离散化的关键原理及实际意义。采样定理的引入将不仅仅是理论的呈现，更会结合实际的信号采集场景，分析过采样、欠采样的影响，为后续的信号处理操作奠定理论依据。 傅里叶分析作为DSP的核心工具，在本章将得到详尽的阐述。我们将从傅里叶级数和傅里叶变换入手，逐步深入到离散时间傅里叶变换（DTFT）、离散傅里叶变换（DFT）以及快速傅里叶变换（FFT）。理论讲解将贯穿各种典型信号的频谱特性分析，例如冲激信号、单位阶跃信号、指数信号、正弦信号等，帮助读者直观理解信号在频域的分布。同时，我们将探讨傅里叶变换的性质，如线性、时移、频移、卷积等，并分析它们在信号处理中的应用，例如滤波、调制解调等。FFT算法的出现及其高效性将是本章的重点，我们将剖析其基本原理，理解其对计算效率的巨大提升，并为后续的工程实现打下基础。 除了傅里叶分析，本章还将涵盖Z变换，作为分析离散时间系统稳定性和频率响应的重要工具。我们将深入研究Z变换的定义、收敛域及其基本性质，并分析其与DTFT和DFT的联系。通过对典型系统的Z变换分析，读者将能够掌握判断系统稳定性的方法，并理解系统频率响应的意义，为设计滤波器等核心DSP模块提供理论支持。 此外，线性卷积和相关运算也是DSP中不可或缺的概念。本章将详细讲解线性卷积的定义、计算方法及其在系统分析中的作用，例如求解LTI系统的输出。同时，也将探讨相关运算，分析其在信号匹配、特征提取等方面的应用。 第二章：数字滤波器设计与实现 本章将聚焦于数字滤波器的设计与实现，这是DSP应用中最广泛、最重要的环节之一。我们将从滤波器分类入手，区分无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器，并深入分析它们各自的特点、优缺点以及适用场景。 2.1 IIR滤波器设计 IIR滤波器以其结构紧凑、计算量小的优势而备受青睐。本节将首先介绍模拟滤波器的基本类型，如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器，并深入讲解它们在幅频特性上的差异。在此基础上，我们将重点介绍将模拟滤波器转换为数字滤波器的几种经典方法，包括双线性变换法、脉冲不变法以及阶跃不变法。每种方法的原理、适用条件以及转换过程中的注意事项都将得到详尽的阐述。 双线性变换法将详细讲解其映射关系，以及在离散化过程中可能引起的频率扭曲问题，并提供校正方法。脉冲不变法将着重分析其在单位脉冲响应上的保持特性，以及在低通滤波设计中的优势。阶跃不变法则会介绍其在单位阶跃响应上的保持特性。 在讨论转换方法的同时，本章还将深入探讨IIR滤波器的具体设计步骤，包括确定滤波器的类型、阶数、通带和阻带的频率特性要求，以及如何根据这些要求选择合适的模拟原型滤波器。最终，我们将通过实际算例，演示如何根据给定的技术指标，设计出满足要求的IIR滤波器。 2.2 FIR滤波器设计 FIR滤波器以其零相位响应或线性相位响应的优点，在对相位失真敏感的应用中具有不可替代的作用。本节将深入讲解FIR滤波器的设计方法，重点介绍窗函数法和频率采样法。 窗函数法是FIR滤波器设计中最常用、最直观的方法。我们将详细介绍各种窗函数，如矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等，并分析它们在频谱泄漏、旁瓣衰减等方面的性能差异。读者将学会如何根据滤波器的技术指标（如阻带衰减、过渡带宽度）来选择合适的窗函数，以及如何确定FIR滤波器的阶数。 频率采样法作为另一种重要的FIR滤波器设计方法，将介绍其基本原理，即直接在数字域采样期望的频率响应，然后通过逆DFT获得滤波器系数。本节将分析频率采样法的优点，例如能够直接逼近任意形状的频率响应，以及其在一些特殊滤波器设计中的应用。 此外，本章还将介绍更先进的FIR滤波器设计算法，例如Parks-McClellan算法（最优等纹波FIR滤波器设计），该算法能够设计出在通带和阻带具有最小最大纹波的FIR滤波器，其设计原理和流程将得到深入讲解。 2.3 滤波器实现 在设计完成后，本章将探讨数字滤波器的实现方式。我们将介绍直接型、级联型和并联型等滤波器结构，并分析它们在计算复杂度、数值稳定性以及硬件实现方面的特点。通过对不同结构下滤波器系数的表示和计算，读者将能够理解如何将设计的滤波器转化为可执行的代码或硬件逻辑。 第三章：离散傅里叶变换与FFT算法 本章将深入探讨离散傅里叶变换（DFT）及其高效算法——快速傅里叶变换（FFT）。我们将从DFT的定义出发，理解其将时域离散信号转换为频域离散信号的能力，以及它在频谱分析中的重要性。 3.1 DFT的性质与应用 本章将详细阐述DFT的各项重要性质，包括线性性、周期性、对称性、时移性、频移性、卷积定理、相关定理等。我们将通过具体算例，演示这些性质如何在信号处理中得到应用，例如如何利用时移性质实现信号的延迟，如何利用卷积定理在频域进行滤波等。 DFT在信号分析中的应用将是本章的重点。我们将讲解如何利用DFT计算信号的频谱，如何识别信号中的周期成分、噪声以及其他频率特征。频谱泄漏、栅栏效应等DFT在实际应用中可能遇到的问题也将被详细讨论，并提供相应的解决策略，例如使用窗函数对信号进行加窗处理。 3.2 FFT算法 FFT算法是DFT的一种高效计算方法，它极大地降低了DFT的计算复杂度，使得大规模信号处理成为可能。本章将深入剖析两种最常用的FFT算法：按时间抽取（Cooley-Tukey）算法和按频率抽取算法。我们将从蝶形运算的基本原理出发，逐步推导出这两类FFT算法的递归结构和迭代结构。 Cooley-Tukey算法将详细讲解其分治策略，如何将一个N点的DFT分解为两个N/2点的DFT，并推导出其运算量从O(N^2)降低到O(N log N)的过程。对于按频率抽取算法，也将进行类似的原理推导和复杂度分析。 本章还将探讨FFT算法在实际工程中的应用，例如如何处理不同长度的信号，如何利用FFT进行卷积和相关计算，以及在频谱分析中的实际操作技巧。 第四章：信号的采样、量化与重构 本章将深入探讨数字信号处理的源头——模拟信号到数字信号的转换过程，即采样、量化和重构。 4.1 采样理论 采样是连续时间信号离散化的关键步骤。本章将从奈奎斯特-香农采样定理出发，详细阐述其基本原理，即采样频率必须大于信号最高频率的两倍才能保证信号不失真地被重构。我们将深入分析过采样和欠采样的后果，过采样可以提高量化噪声比，减少抗混叠滤波器的设计难度；而欠采样则会导致混叠失真，使得原始信号无法准确恢复。 本章还将探讨实际采样过程中可能遇到的各种问题，例如采样信号的抖动、非均匀采样等，并介绍相应的处理方法。 4.2 量化与编码 量化是将采样后的连续幅度值映射到有限个离散电平的过程。本章将介绍均匀量化和非均匀量化。均匀量化中，量化间隔相等，分析其量化误差特性。非均匀量化，如μ律编码和A律编码，将通过改变量化间隔来提高信噪比，尤其是在信号幅度变化范围很大的情况下。 编码是将量化后的离散电平转换为二进制码字的过程。我们将介绍常见的编码方式，并分析其效率和抗干扰能力。 4.3 数字信号的重构 重构是将数字信号重新转换为模拟信号的过程。本章将介绍数字-模拟（D/A）转换器的基本原理，包括脉冲编码调制（PCM）和过采样D/A转换器。我们将详细分析零阶保持器（ZOH）的作用，以及它如何影响重构信号的平滑度。 插值理论将作为重构的关键技术进行讲解。我们将介绍线性插值、多项式插值等简单插值方法，并重点介绍基于sinc函数的理想插值，以及在实际应用中如何通过有限脉冲响应（FIR）滤波器来逼近理想插值。 第五章：应用案例与工程实践 本章旨在通过一系列具体的应用案例，将前几章所学的理论知识融会贯通，并强调在实际工程中进行数字信号处理的关键考虑因素。 5.1 语音信号处理 语音信号处理是DSP最经典的实际应用之一。本章将从语音信号的特性入手，例如其频率范围、时变性以及能量分布。我们将讲解语音信号的采样率选择、量化位数确定等工程实践问题。 在此基础上，本章将介绍几种典型的语音信号处理技术。例如，短时傅里叶变换（STFT）用于分析语音信号的频谱随时间的变化，从而实现语音的频谱分析和可视化。线性预测编码（LPC）作为一种重要的语音压缩技术，将详细讲解其基本原理，即利用过去一段时间的语音样本来预测当前样本，从而实现高效的语音编码。 此外，还将探讨语音识别、语音增强等更高级的语音处理应用，介绍它们所涉及的DSP技术和算法。 5.2 图像处理基础 图像作为二维信号，其处理也广泛应用DSP技术。本章将介绍图像信号的离散化表示，像素、灰度级和彩色模型。我们将讲解图像采样、量化和重构在图像处理中的体现。 二维傅里叶变换将作为图像处理的重要工具进行介绍。我们将分析图像在频域的特性，例如低频分量代表图像的平滑区域，高频分量代表图像的边缘和细节。二维滤波，包括低通滤波（用于图像平滑）、高通滤波（用于边缘检测）和带通滤波，将通过实际算例进行演示。 本章还将介绍图像压缩的基本原理，例如离散余弦变换（DCT）在JPEG图像压缩标准中的应用，以及小波变换在图像去噪和特征提取方面的优势。 5.3 通信系统中的DSP应用 数字通信系统是DSP技术最活跃的应用领域之一。本章将重点介绍DSP在通信系统中的关键作用，例如调制与解调。 我们将讲解幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相移键控（PSK）等基本调制技术的数字实现原理。以PSK为例，将深入分析其星座图、相干解调和非相干解调的实现过程。 此外，本章还将探讨信道编码与解码，例如海明码、卷积码等，并介绍它们在纠错和差错控制中的作用。均衡技术，用于补偿信道失真，提高通信系统的可靠性，也将作为重要内容进行讲解。 5.4 工程实践中的挑战与技巧 本章的最后部分将聚焦于实际工程中的挑战与技巧。我们将强调实时处理的必要性，以及如何进行算法的优化以满足实时性要求。浮点运算和定点运算的权衡、精度要求以及硬件资源的限制等实际问题将得到讨论。 数值稳定性是DSP系统设计中不可忽视的因素，本章将介绍可能导致数值不稳定的原因，以及如何通过选择合适的算法和数据表示方式来避免。 数据采集与处理流程的完整性，包括信号预处理、特征提取、决策或控制输出等，也将得到概括性的介绍，帮助读者建立完整的DSP系统设计思维。 通过这些丰富多样的应用案例，本章旨在帮助读者深刻理解数字信号处理的理论知识在实际问题中的强大应用能力，并培养解决工程实际问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受就是“豁然开朗”。作为一名电子通信专业的学生，数字信号处理一直是我的“硬骨头”。复杂的数学推导常常让我望而却步，而这本书则以一种极为友好的方式，将我引向了这片领域。书中通过大量的MATLAB实验，将抽象的理论变得生动具体。例如，在学习滤波器设计时，我不再仅仅是死记硬背各种滤波器的特性，而是通过实际操作，观察不同参数对滤波效果的影响，从而深刻理解了滤波器的设计原理。书中的实验项目设计得非常有条理，从基础到进阶，层层递进，循序渐进。即使是像我这样初次接触数字信号处理的学生，也能够轻松上手。而且，书中的代码编写清晰，注释详尽，极大地帮助了我理解MATLAB在信号处理中的应用。我甚至觉得，这本书的内容，已经远远超出了“实验指导书”的范畴，它更像是一本集理论讲解、案例分析和实践操作于一体的综合性教材。我非常有信心，通过这本书的学习，我能够真正掌握数字信号处理的核心技能。

评分☆☆☆☆☆

对于我们电子通信专业的学生而言，数字信号处理的重要性不言而喻，但如何将这门学科真正学懂弄通，却一直是个挑战。这本书的出现，为我们提供了一个极好的解决方案。它不再是枯燥的理论堆砌，而是以MATLAB为载体，将复杂的信号处理过程可视化、实践化。我尤其喜欢书中那些贴近实际应用的实验设计，比如音频信号的处理、图像的识别等，这些都让我看到了数字信号处理的实际价值。通过书中的详细指导，我能够一步步地搭建模型，运行代码，观察结果，并从中反思和学习。这种“做中学”的学习方式，比传统的填鸭式教学要高效得多。而且，书中对每一步操作的解释都非常到位，避免了初学者在实践中可能遇到的各种困惑。我甚至觉得，这本书不仅仅是为“十一五”规划的高校教材而编写，其内容和实践性，对于任何想要深入学习数字信号处理的人来说，都是一本不可多得的宝典。我正准备利用假期时间，系统地学习这本书，并将其中的实验内容融会贯通。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我对数字信号处理都有一种“只知其名，不知其所以然”的困惑。虽然在课程中接触过相关概念，但总感觉缺乏动手实践的机会，理论知识也显得格外枯燥。这本《数字信号处理实验（MATLAB版）》的出现，彻底改变了我的看法。它如同一扇窗户，让我得以窥见数字信号处理的真实模样。书中的实验设计非常精巧，能够很好地衔接理论知识。我印象深刻的是关于Z变换和傅里叶变换的实验，通过MATLAB的可视化工具，我能够直观地看到不同信号在时域和频域的表现，理解它们之间的转换关系。书中的代码示例也很规范，易于理解和修改，这极大地降低了我的学习门槛。我甚至觉得，通过这些实验，我对信号的性质、处理方法有了更深层次的理解，比单纯背诵理论知识要有效得多。这本书的出版，对于我这样的工科学生来说，无疑是提供了一个绝佳的学习平台，让我能够将枯燥的理论转化为生动的实践。我正计划着利用课余时间，将书中的所有实验都一一完成。

评分☆☆☆☆☆

作为一名即将毕业，但仍对信号处理领域抱有强烈好奇心的本科生，我一直在寻找一本能够帮助我系统梳理和深化理解相关知识的书籍。这本书的出现，正好满足了我的需求。它不仅仅是一本教材，更像是一位经验丰富的导师，引领我一步步走进数字信号处理的奇妙世界。我特别欣赏书中对算法原理的阐释，并非简单罗列公式，而是结合MATLAB的仿真结果，直观地展示算法的运行过程和效果。例如，在讲解FIR滤波器设计时，书中给出了不同窗函数对滤波器性能影响的对比图，让我对窗函数的作用有了更清晰的认识。此外，书中还穿插了一些前沿的研究方向和应用实例，比如在通信系统中的应用、在医学影像处理中的应用等，这让我对数字信号处理的未来发展有了更宏观的把握，也为我今后的学习和研究方向提供了有益的参考。我甚至觉得，这本书不仅仅是为“十一五”规划的高校教材而设计，其内容深度和广度，也足以作为研究生阶段的入门读物。我非常期待能够完成书中的所有实验，并尝试将学到的知识应用到自己的毕业设计中。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，对于我这样一名在校的电子信息工程专业的学生来说，简直是雪中送炭。之前接触数字信号处理，总觉得理论晦涩难懂，尤其是那些复杂的公式和算法，即使老师讲解得再细致，也难以在脑海中形成直观的图像。而这本书，顾名思义，将理论与实践紧密结合，通过MATLAB这个强大的工具，将抽象的信号处理概念具象化。我尤其喜欢书中那些循序渐进的实验项目，从最基础的采样、量化开始，逐步深入到傅里叶变换、滤波器设计等核心内容。每一个实验都配有详细的操作步骤和MATLAB代码示例，这使得我在学习过程中能够边学边练，遇到问题也能及时找到解决的思路。更重要的是，书中的一些案例分析，将理论知识应用到实际场景中，例如音频信号的去噪、图像的压缩等等，让我深刻体会到数字信号处理在现代科技中的重要作用，也激发了我进一步探索这个领域的兴趣。这本书的编写语言通俗易懂，没有过多冗余的理论陈述，而是侧重于操作性和实用性，对于初学者来说非常友好。我迫不及待地想要动手实践书中的每一个实验，希望通过大量的实践，能够真正掌握数字信号处理的核心技术。