數字信號處理實驗（MATLAB版）/高等學校電子與通信類專業“十一五”規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉舒帆，費諾，陸輝 編

圖書標籤:

• 數字信號處理
• MATLAB
• 信號處理
• 實驗
• 通信工程
• 電子工程
• 高等教育
• 教材
• 十一五規劃
• 工程類

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560620060

版次：1

商品編碼：11324190

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2013-07-01

用紙：膠版紙

頁數：288

字數：438000

正文語種：中文

內容簡介

　　《數字信號處理實驗（MATLAB版）/高等學校電子與通信類專業“十一五”規劃教材》緊密配閤“數字信號處理”課程的理論教學，充分應用MATl。AB這一通用的仿真分析軟件進行實驗內容的編排；針對“數字信號處理”課程中的主要知識點，設置瞭相應的實驗專題；實驗基本原理的介紹簡明扼要，對所用MATLAB函數的講解通俗易懂，提供瞭大量的典型例題程序，並布置瞭相應的實驗內容和練習題，便於實驗教學和學生自學。《數字信號處理實驗（MATLAB版）/高等學校電子與通信類專業“十一五”規劃教材》可作為大學本科通信工程、電子信息類專業數字信號處理實驗的指導書，也可作為其它理工科相關專業教師和學生的參考書。

目錄

實驗1 MATLAB語言上機操作實踐
實驗2 時域離散信號的産生
實驗3 離散序列的基本運算
實驗4 離散係統的衝激響應和階躍響應
實驗5 捲積的原理及應用
實驗6 離散LSl係統的時域響應
實驗7 2變換及其應用
實驗8 離散係統的描述模型及其轉換
實驗9 離散係統的零極點分析
實驗10 離散係統的頻率響應
實驗11 離散傅裏葉級數(DFS)
實驗12 離散傅裏葉變換(DFT)
實驗13 離散傅裏葉變換的性質
實驗14 快速傅裏葉變換(FFT)
實驗15 時域抽樣與信號的重建
實驗16 頻域抽樣與恢復
實驗17 數字濾波器的結構
實驗18 模擬原型濾波器的設計
實驗19 模擬域頻率變換法
實驗20 用脈衝響應不變法設計IIR數字濾波器
實驗21 用雙綫性變換法設計IIR數字濾波器
實驗22 IIR數字濾波器的直接設計
實驗23 綫性相位FIR數字濾波器
實驗24 用窗函數法設計FIR數字濾波器
實驗25 用頻率采樣法設計FIR數字濾波器
實驗26 用FDATool設計數字濾波器
實驗27 用SPTool測試數字係統
實驗28 綜閤應用實驗l一一語音信號的采樣和頻譜分析
實驗29 綜閤應用實驗2——量化對IIR濾波器特性的影響
實驗30 綜閤應用實驗3——MATLAB設計數據的輸齣
附錄1 MATLAB語言簡介
附錄2 信號處理工具箱常用函數
附錄3 本書用到的MATLAB擴展子函數
參考文獻

前言/序言

《深入理解數字信號處理：從理論到實踐的建模與仿真》 第一章：數字信號處理基礎 本章將為讀者構建堅實的數字信號處理（DSP）理論基礎。我們將從離散時間信號與係統的基本概念齣發，深入探討采樣定理，揭示連續信號離散化的關鍵原理及實際意義。采樣定理的引入將不僅僅是理論的呈現，更會結閤實際的信號采集場景，分析過采樣、欠采樣的影響，為後續的信號處理操作奠定理論依據。 傅裏葉分析作為DSP的核心工具，在本章將得到詳盡的闡述。我們將從傅裏葉級數和傅裏葉變換入手，逐步深入到離散時間傅裏葉變換（DTFT）、離散傅裏葉變換（DFT）以及快速傅裏葉變換（FFT）。理論講解將貫穿各種典型信號的頻譜特性分析，例如衝激信號、單位階躍信號、指數信號、正弦信號等，幫助讀者直觀理解信號在頻域的分布。同時，我們將探討傅裏葉變換的性質，如綫性、時移、頻移、捲積等，並分析它們在信號處理中的應用，例如濾波、調製解調等。FFT算法的齣現及其高效性將是本章的重點，我們將剖析其基本原理，理解其對計算效率的巨大提升，並為後續的工程實現打下基礎。 除瞭傅裏葉分析，本章還將涵蓋Z變換，作為分析離散時間係統穩定性和頻率響應的重要工具。我們將深入研究Z變換的定義、收斂域及其基本性質，並分析其與DTFT和DFT的聯係。通過對典型係統的Z變換分析，讀者將能夠掌握判斷係統穩定性的方法，並理解係統頻率響應的意義，為設計濾波器等核心DSP模塊提供理論支持。 此外，綫性捲積和相關運算也是DSP中不可或缺的概念。本章將詳細講解綫性捲積的定義、計算方法及其在係統分析中的作用，例如求解LTI係統的輸齣。同時，也將探討相關運算，分析其在信號匹配、特徵提取等方麵的應用。 第二章：數字濾波器設計與實現 本章將聚焦於數字濾波器的設計與實現，這是DSP應用中最廣泛、最重要的環節之一。我們將從濾波器分類入手，區分無限脈衝響應（IIR）濾波器和有限脈衝響應（FIR）濾波器，並深入分析它們各自的特點、優缺點以及適用場景。 2.1 IIR濾波器設計 IIR濾波器以其結構緊湊、計算量小的優勢而備受青睞。本節將首先介紹模擬濾波器的基本類型，如巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器，並深入講解它們在幅頻特性上的差異。在此基礎上，我們將重點介紹將模擬濾波器轉換為數字濾波器的幾種經典方法，包括雙綫性變換法、脈衝不變法以及階躍不變法。每種方法的原理、適用條件以及轉換過程中的注意事項都將得到詳盡的闡述。 雙綫性變換法將詳細講解其映射關係，以及在離散化過程中可能引起的頻率扭麯問題，並提供校正方法。脈衝不變法將著重分析其在單位脈衝響應上的保持特性，以及在低通濾波設計中的優勢。階躍不變法則會介紹其在單位階躍響應上的保持特性。 在討論轉換方法的同時，本章還將深入探討IIR濾波器的具體設計步驟，包括確定濾波器的類型、階數、通帶和阻帶的頻率特性要求，以及如何根據這些要求選擇閤適的模擬原型濾波器。最終，我們將通過實際算例，演示如何根據給定的技術指標，設計齣滿足要求的IIR濾波器。 2.2 FIR濾波器設計 FIR濾波器以其零相位響應或綫性相位響應的優點，在對相位失真敏感的應用中具有不可替代的作用。本節將深入講解FIR濾波器的設計方法，重點介紹窗函數法和頻率采樣法。 窗函數法是FIR濾波器設計中最常用、最直觀的方法。我們將詳細介紹各種窗函數，如矩形窗、漢寜窗、海明窗、布萊剋曼窗等，並分析它們在頻譜泄漏、旁瓣衰減等方麵的性能差異。讀者將學會如何根據濾波器的技術指標（如阻帶衰減、過渡帶寬度）來選擇閤適的窗函數，以及如何確定FIR濾波器的階數。 頻率采樣法作為另一種重要的FIR濾波器設計方法，將介紹其基本原理，即直接在數字域采樣期望的頻率響應，然後通過逆DFT獲得濾波器係數。本節將分析頻率采樣法的優點，例如能夠直接逼近任意形狀的頻率響應，以及其在一些特殊濾波器設計中的應用。 此外，本章還將介紹更先進的FIR濾波器設計算法，例如Parks-McClellan算法（最優等紋波FIR濾波器設計），該算法能夠設計齣在通帶和阻帶具有最小最大紋波的FIR濾波器，其設計原理和流程將得到深入講解。 2.3 濾波器實現 在設計完成後，本章將探討數字濾波器的實現方式。我們將介紹直接型、級聯型和並聯型等濾波器結構，並分析它們在計算復雜度、數值穩定性以及硬件實現方麵的特點。通過對不同結構下濾波器係數的錶示和計算，讀者將能夠理解如何將設計的濾波器轉化為可執行的代碼或硬件邏輯。 第三章：離散傅裏葉變換與FFT算法 本章將深入探討離散傅裏葉變換（DFT）及其高效算法——快速傅裏葉變換（FFT）。我們將從DFT的定義齣發，理解其將時域離散信號轉換為頻域離散信號的能力，以及它在頻譜分析中的重要性。 3.1 DFT的性質與應用 本章將詳細闡述DFT的各項重要性質，包括綫性性、周期性、對稱性、時移性、頻移性、捲積定理、相關定理等。我們將通過具體算例，演示這些性質如何在信號處理中得到應用，例如如何利用時移性質實現信號的延遲，如何利用捲積定理在頻域進行濾波等。 DFT在信號分析中的應用將是本章的重點。我們將講解如何利用DFT計算信號的頻譜，如何識彆信號中的周期成分、噪聲以及其他頻率特徵。頻譜泄漏、柵欄效應等DFT在實際應用中可能遇到的問題也將被詳細討論，並提供相應的解決策略，例如使用窗函數對信號進行加窗處理。 3.2 FFT算法 FFT算法是DFT的一種高效計算方法，它極大地降低瞭DFT的計算復雜度，使得大規模信號處理成為可能。本章將深入剖析兩種最常用的FFT算法：按時間抽取（Cooley-Tukey）算法和按頻率抽取算法。我們將從蝶形運算的基本原理齣發，逐步推導齣這兩類FFT算法的遞歸結構和迭代結構。 Cooley-Tukey算法將詳細講解其分治策略，如何將一個N點的DFT分解為兩個N/2點的DFT，並推導齣其運算量從O(N^2)降低到O(N log N)的過程。對於按頻率抽取算法，也將進行類似的原理推導和復雜度分析。 本章還將探討FFT算法在實際工程中的應用，例如如何處理不同長度的信號，如何利用FFT進行捲積和相關計算，以及在頻譜分析中的實際操作技巧。 第四章：信號的采樣、量化與重構 本章將深入探討數字信號處理的源頭——模擬信號到數字信號的轉換過程，即采樣、量化和重構。 4.1 采樣理論 采樣是連續時間信號離散化的關鍵步驟。本章將從奈奎斯特-香農采樣定理齣發，詳細闡述其基本原理，即采樣頻率必須大於信號最高頻率的兩倍纔能保證信號不失真地被重構。我們將深入分析過采樣和欠采樣的後果，過采樣可以提高量化噪聲比，減少抗混疊濾波器的設計難度；而欠采樣則會導緻混疊失真，使得原始信號無法準確恢復。 本章還將探討實際采樣過程中可能遇到的各種問題，例如采樣信號的抖動、非均勻采樣等，並介紹相應的處理方法。 4.2 量化與編碼 量化是將采樣後的連續幅度值映射到有限個離散電平的過程。本章將介紹均勻量化和非均勻量化。均勻量化中，量化間隔相等，分析其量化誤差特性。非均勻量化，如μ律編碼和A律編碼，將通過改變量化間隔來提高信噪比，尤其是在信號幅度變化範圍很大的情況下。 編碼是將量化後的離散電平轉換為二進製碼字的過程。我們將介紹常見的編碼方式，並分析其效率和抗乾擾能力。 4.3 數字信號的重構 重構是將數字信號重新轉換為模擬信號的過程。本章將介紹數字-模擬（D/A）轉換器的基本原理，包括脈衝編碼調製（PCM）和過采樣D/A轉換器。我們將詳細分析零階保持器（ZOH）的作用，以及它如何影響重構信號的平滑度。 插值理論將作為重構的關鍵技術進行講解。我們將介紹綫性插值、多項式插值等簡單插值方法，並重點介紹基於sinc函數的理想插值，以及在實際應用中如何通過有限脈衝響應（FIR）濾波器來逼近理想插值。 第五章：應用案例與工程實踐 本章旨在通過一係列具體的應用案例，將前幾章所學的理論知識融會貫通，並強調在實際工程中進行數字信號處理的關鍵考慮因素。 5.1 語音信號處理 語音信號處理是DSP最經典的實際應用之一。本章將從語音信號的特性入手，例如其頻率範圍、時變性以及能量分布。我們將講解語音信號的采樣率選擇、量化位數確定等工程實踐問題。 在此基礎上，本章將介紹幾種典型的語音信號處理技術。例如，短時傅裏葉變換（STFT）用於分析語音信號的頻譜隨時間的變化，從而實現語音的頻譜分析和可視化。綫性預測編碼（LPC）作為一種重要的語音壓縮技術，將詳細講解其基本原理，即利用過去一段時間的語音樣本來預測當前樣本，從而實現高效的語音編碼。 此外，還將探討語音識彆、語音增強等更高級的語音處理應用，介紹它們所涉及的DSP技術和算法。 5.2 圖像處理基礎 圖像作為二維信號，其處理也廣泛應用DSP技術。本章將介紹圖像信號的離散化錶示，像素、灰度級和彩色模型。我們將講解圖像采樣、量化和重構在圖像處理中的體現。 二維傅裏葉變換將作為圖像處理的重要工具進行介紹。我們將分析圖像在頻域的特性，例如低頻分量代錶圖像的平滑區域，高頻分量代錶圖像的邊緣和細節。二維濾波，包括低通濾波（用於圖像平滑）、高通濾波（用於邊緣檢測）和帶通濾波，將通過實際算例進行演示。 本章還將介紹圖像壓縮的基本原理，例如離散餘弦變換（DCT）在JPEG圖像壓縮標準中的應用，以及小波變換在圖像去噪和特徵提取方麵的優勢。 5.3 通信係統中的DSP應用 數字通信係統是DSP技術最活躍的應用領域之一。本章將重點介紹DSP在通信係統中的關鍵作用，例如調製與解調。 我們將講解幅度調製（AM）、頻率調製（FM）和相移鍵控（PSK）等基本調製技術的數字實現原理。以PSK為例，將深入分析其星座圖、相乾解調和非相乾解調的實現過程。 此外，本章還將探討信道編碼與解碼，例如海明碼、捲積碼等，並介紹它們在糾錯和差錯控製中的作用。均衡技術，用於補償信道失真，提高通信係統的可靠性，也將作為重要內容進行講解。 5.4 工程實踐中的挑戰與技巧 本章的最後部分將聚焦於實際工程中的挑戰與技巧。我們將強調實時處理的必要性，以及如何進行算法的優化以滿足實時性要求。浮點運算和定點運算的權衡、精度要求以及硬件資源的限製等實際問題將得到討論。 數值穩定性是DSP係統設計中不可忽視的因素，本章將介紹可能導緻數值不穩定的原因，以及如何通過選擇閤適的算法和數據錶示方式來避免。 數據采集與處理流程的完整性，包括信號預處理、特徵提取、決策或控製輸齣等，也將得到概括性的介紹，幫助讀者建立完整的DSP係統設計思維。 通過這些豐富多樣的應用案例，本章旨在幫助讀者深刻理解數字信號處理的理論知識在實際問題中的強大應用能力，並培養解決工程實際問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

一直以來，我對數字信號處理都有一種“隻知其名，不知其所以然”的睏惑。雖然在課程中接觸過相關概念，但總感覺缺乏動手實踐的機會，理論知識也顯得格外枯燥。這本《數字信號處理實驗（MATLAB版）》的齣現，徹底改變瞭我的看法。它如同一扇窗戶，讓我得以窺見數字信號處理的真實模樣。書中的實驗設計非常精巧，能夠很好地銜接理論知識。我印象深刻的是關於Z變換和傅裏葉變換的實驗，通過MATLAB的可視化工具，我能夠直觀地看到不同信號在時域和頻域的錶現，理解它們之間的轉換關係。書中的代碼示例也很規範，易於理解和修改，這極大地降低瞭我的學習門檻。我甚至覺得，通過這些實驗，我對信號的性質、處理方法有瞭更深層次的理解，比單純背誦理論知識要有效得多。這本書的齣版，對於我這樣的工科學生來說，無疑是提供瞭一個絕佳的學習平颱，讓我能夠將枯燥的理論轉化為生動的實踐。我正計劃著利用課餘時間，將書中的所有實驗都一一完成。

評分☆☆☆☆☆

對於我們電子通信專業的學生而言，數字信號處理的重要性不言而喻，但如何將這門學科真正學懂弄通，卻一直是個挑戰。這本書的齣現，為我們提供瞭一個極好的解決方案。它不再是枯燥的理論堆砌，而是以MATLAB為載體，將復雜的信號處理過程可視化、實踐化。我尤其喜歡書中那些貼近實際應用的實驗設計，比如音頻信號的處理、圖像的識彆等，這些都讓我看到瞭數字信號處理的實際價值。通過書中的詳細指導，我能夠一步步地搭建模型，運行代碼，觀察結果，並從中反思和學習。這種“做中學”的學習方式，比傳統的填鴨式教學要高效得多。而且，書中對每一步操作的解釋都非常到位，避免瞭初學者在實踐中可能遇到的各種睏惑。我甚至覺得，這本書不僅僅是為“十一五”規劃的高校教材而編寫，其內容和實踐性，對於任何想要深入學習數字信號處理的人來說，都是一本不可多得的寶典。我正準備利用假期時間，係統地學習這本書，並將其中的實驗內容融會貫通。

評分☆☆☆☆☆

作為一名即將畢業，但仍對信號處理領域抱有強烈好奇心的本科生，我一直在尋找一本能夠幫助我係統梳理和深化理解相關知識的書籍。這本書的齣現，正好滿足瞭我的需求。它不僅僅是一本教材，更像是一位經驗豐富的導師，引領我一步步走進數字信號處理的奇妙世界。我特彆欣賞書中對算法原理的闡釋，並非簡單羅列公式，而是結閤MATLAB的仿真結果，直觀地展示算法的運行過程和效果。例如，在講解FIR濾波器設計時，書中給齣瞭不同窗函數對濾波器性能影響的對比圖，讓我對窗函數的作用有瞭更清晰的認識。此外，書中還穿插瞭一些前沿的研究方嚮和應用實例，比如在通信係統中的應用、在醫學影像處理中的應用等，這讓我對數字信號處理的未來發展有瞭更宏觀的把握，也為我今後的學習和研究方嚮提供瞭有益的參考。我甚至覺得，這本書不僅僅是為“十一五”規劃的高校教材而設計，其內容深度和廣度，也足以作為研究生階段的入門讀物。我非常期待能夠完成書中的所有實驗，並嘗試將學到的知識應用到自己的畢業設計中。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，對於我這樣一名在校的電子信息工程專業的學生來說，簡直是雪中送炭。之前接觸數字信號處理，總覺得理論晦澀難懂，尤其是那些復雜的公式和算法，即使老師講解得再細緻，也難以在腦海中形成直觀的圖像。而這本書，顧名思義，將理論與實踐緊密結閤，通過MATLAB這個強大的工具，將抽象的信號處理概念具象化。我尤其喜歡書中那些循序漸進的實驗項目，從最基礎的采樣、量化開始，逐步深入到傅裏葉變換、濾波器設計等核心內容。每一個實驗都配有詳細的操作步驟和MATLAB代碼示例，這使得我在學習過程中能夠邊學邊練，遇到問題也能及時找到解決的思路。更重要的是，書中的一些案例分析，將理論知識應用到實際場景中，例如音頻信號的去噪、圖像的壓縮等等，讓我深刻體會到數字信號處理在現代科技中的重要作用，也激發瞭我進一步探索這個領域的興趣。這本書的編寫語言通俗易懂，沒有過多冗餘的理論陳述，而是側重於操作性和實用性，對於初學者來說非常友好。我迫不及待地想要動手實踐書中的每一個實驗，希望通過大量的實踐，能夠真正掌握數字信號處理的核心技術。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受就是“豁然開朗”。作為一名電子通信專業的學生，數字信號處理一直是我的“硬骨頭”。復雜的數學推導常常讓我望而卻步，而這本書則以一種極為友好的方式，將我引嚮瞭這片領域。書中通過大量的MATLAB實驗，將抽象的理論變得生動具體。例如，在學習濾波器設計時，我不再僅僅是死記硬背各種濾波器的特性，而是通過實際操作，觀察不同參數對濾波效果的影響，從而深刻理解瞭濾波器的設計原理。書中的實驗項目設計得非常有條理，從基礎到進階，層層遞進，循序漸進。即使是像我這樣初次接觸數字信號處理的學生，也能夠輕鬆上手。而且，書中的代碼編寫清晰，注釋詳盡，極大地幫助瞭我理解MATLAB在信號處理中的應用。我甚至覺得，這本書的內容，已經遠遠超齣瞭“實驗指導書”的範疇，它更像是一本集理論講解、案例分析和實踐操作於一體的綜閤性教材。我非常有信心，通過這本書的學習，我能夠真正掌握數字信號處理的核心技能。