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朱冰莲，方敏 著

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• 数字信号处理
• 信号处理
• DSP
• 通信工程
• 电子工程
• 算法
• 数学
• 傅里叶变换
• 滤波
• 系统分析

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121232916

版次：1

商品编码：11505556

包装：平装

丛书名： 电子信息科学与工程类专业规划教材

出版时间：2014-07-01

用纸：胶版纸

页数：284

正文语种：中文

内容简介

本书系统地阐述数字信号处理的基本概念、基本理论、基本分析方法和实现方法。全书共8章，主要包括：绪论，离散时间信号和离散时间系统，离散时间信号与系统的变换域分析；包括离散傅里叶变换及快速算法，IIR数字滤波器设计，FIR数字滤波器设计。数字信号处理系统的实现，多速率信号处理基础MATLAB仿真实验。各章中均安排有丰富的思考题和习题。本书提供配套电子课件、习题解答和程序代码等。

作者简介

朱冰莲，1982毕业于重庆大学无线电系无线电技术专业，并留校任教至今。1994年考入重庆大学自动控制原理及应用专业攻读博士学位，1997年毕业并获博士学位。现任重庆大学教授，硕士生导师。

目录

目 录

绪论 1
0．1 信号、系统与信号处理 1
0．2 数字信号处理系统的基本组成与数字信号处理学科内容 3
0．3 数字信号处理的特点 4
0．4 数字信号处理的发展及应用 5
第1章 离散时间信号和离散时间系统 7
1．1 连续时间信号的采样 7
1．1．1 理想采样 7
1．1．2 矩形脉冲采样 11
1．2 离散时间信号――序列 12
1．2．1 序列的表示方法 13
1．2．2 序列的基本运算 13
1．2．3 常用典型序列 17
1．2．4 用单位脉冲序列表示任意序列 21
1．3 离散时间系统 21
1．3．1 线性系统 21
1．3．2 非移变系统 23
1．3．3 线性非移变系统的单位脉冲响应与线性卷积和 23
1．3．4 线性非移变系统的性质 23
1．3．5 因果系统 24
1．3．6 稳定系统 26
1．4 离散线性非移变系统与差分方程 28
1．4．1 用差分方程描述离散线性非移变系统 28
1．4．2 递推法解差分方程 29
思考题 31
习题 31
第2章 离散时间信号与系统的变换域分析 34
2．1 Z变换 34
2．1．1 Z变换的定义和收敛域 34
2．1．2 逆Z变换 38
2．1．3 Z变换的性质 43
2．2 用单边Z变换解差分方程 50
2．3 离散时间傅里叶变换 52
2．3．1 离散时间傅里叶变换的定义 52
2．3．2 离散时间傅里叶变换的性质 54
2．3．3 Z变换与拉普拉斯变换、离散时间傅里叶变换的关系 56
2．4 离散时间系统的系统函数和频率响应 58
2．4．1 系统函数与差分方程的关系 59
2．4．2 因果稳定系统的系统函数 59
2．4．3 系统频率响应的意义及几何确定 61
2．4．4 数字全通系统与最小相移系统 64
思考题 69
习题 69
第3章 离散傅里叶变换及快速算法 74
3．1 傅里叶变换的几种可能形式 74
3．2 离散傅里叶级数 77
3．2．1 离散傅里叶级数的导入 77
3．2．2 离散傅里叶级数的性质 80
3．3 离散傅里叶变换 82
3．3．1 离散傅里叶变换的导入 83
3．3．2 DFT的性质 85
3．3．3 DFT性质的应用 90
3．4 频率采样理论 94
3．4．1 频率采样 94
3．4．2 内插 95
3．4．3 DFT与DTFT和Z变换的关系 97
3．5 利用DFT计算模拟信号的傅里叶变换 99
3．5．1 利用DFT计算模拟信号的傅里叶变换 99
3．5．2 利用DFT计算模拟信号的傅里叶变换可能造成的误差 101
3．5．3 用DFT进行谱分析的有关参数选择原则 104
3．6 傅里叶变换的快速算法――快速傅里叶变换FFT 104
3．6．1 DFT运算的特点及减少计算量的途径 105
3．6．2 按时间抽取的基-2 FFT算法 106
3．6．3 按频率抽取的基-2 FFT算法 112
3．6．4 快速傅里叶逆变换IFFT 114
3．6．5 N为复合数的FFT算法 114
3．7 线性卷积的FFT算法 117
3．7．1 有限长序列线性卷积的FFT算法 117
3．7．2 分段卷积 118
3．8 线性调频Z变换 122
思考题 126
习题 126
第4章 IIR数字滤波器设计 130
4．1 数字滤波器设计的基本概念 130
4．1．1 数字滤波器的技术指标 130
4．1．2 数字滤波器设计的基本步骤 132
4．2 模拟滤波器的设计 132
4．2．1 由幅度平方函数确定系统函数 133
4．2．2 巴特沃斯模拟低通滤波器的设计 134
4．2．3 切比雪夫模拟低通滤波器的设计 137
4．2．4 椭圆滤波器 144
4．3 模拟滤波器映射成数字滤波器的方法 144
4．3．1 冲激响应不变法 144
4．3．2 双线性变换法 147
4．4 IIR数字滤波器的频率变换方法 151
4．5 设计举例 155
思考题 158
习题 159
第5章 FIR数字滤波器设计 161
5．1 线性相位FIR数字滤波器的条件和特点 161
5．1．1 线性相位条件 161
5．1．2 线性相位FIR滤波器的幅度特点 163
5．1．3 线性相位FIR滤波器的零点分布特点 166
5．2 窗函数法设计FIR滤波器 167
5．2．1 设计原理 167
5．2．2 矩形窗截断的影响 168
5．2．3 常用窗函数 170
5．2．4 窗函数法设计FIR数字滤波器的基本步骤 173
5．2．5 设计举例 174
5．3 频率采样法设计FIR滤波器 177
5．3．1 设计原理 177
5．3．2 线性相位约束条件 177
5．3．3 过渡带采样的优化设计 180
5．3．4 频率采样法设计线性相位FIR数字滤波器的步骤 181
*5．3．5 频率采样的两种方法 183
5．4 FIR数字滤波器的优化设计 185
5．5 IIR和FIR数字滤波器的比较 189
思考题 190
习题 190
第6章 数字信号处理系统的实现 192
6．1 数字滤波器的结构 192
6．1．1 IIR滤波器的基本结构 193
6．1．2 FIR滤波器的基本结构 195
6．1．3 数字滤波器的格型结构 199
6．1．4 数字滤波器的转置结构 203
6．2 数字信号处理系统中的有限字长效应分析 203
6．2．1 二进制数的表示和量化 204
6．2．2 A/D变换的量化效应 207
6．2．3 系数量化对数字滤波器的影响 211
6．2．4 数字滤波器定点制运算中的有限字长效应 217
6．3 实时数字信号处理的实现方法 223
思考题 224
习题 224
第7章 多速率信号处理基础 227
7．1 整数因子抽取 227
7．2 整数因子插值 230
7．3 采样率的分数倍转换 231
7．4 多速率系统的多相滤波结构 232
7．4．1 抽取器与插值器的恒等变换 232
7．4．2 抽取和插值的多相滤波器结构 233
思考题 234
习题 235
第8章 MATLAB仿真实验 237
8．1 实验1 时域中的离散时间信号与系统 237
8．1．1 实验目的 237
8．1．2 实验原理 237
8．1．3 MATLAB相关基础 237
8．1．4 实验内容和步骤 244
8．1．5 实验报告要求 244
8．2 实验2 离散时间系统的响应 245
8．2．1 实验目的 245
8．2．2 实验原理 245
8．2．3 MATLAB相关基础 246
8．2．4 实验内容和步骤 249
8．2．5 实验报告要求 249
8．3 实验3 变换域中的离散时间信号 249
8．3．1 实验目的 249
8．3．2 实验原理 249
8．3．3 MATLAB相关基础 251
8．3．5 实验报告要求 254
8．4 实验4 变换域中的线性移不变离散时间系统 254
8．4．1 实验目的 254
8．4．2 实验原理 254
8．4．3 MATLAB相关基础 255
8．4．4 实验内容和步骤 255
8．4．5 实验报告要求 256
8．5 实验5 连续时间信号的数字处理 256
8．5．1 实验目的 256
8．5．2 实验原理 257
8．5．3 MATLAB相关基础 257
8．5．4 实验内容和步骤 257
8．5．5 实验报告要求 258
8．6 实验6 数字滤波器设计 258
8．6．1 实验目的 258
8．6．2 实验原理 258
8．6．3 MATLAB相关基础 259
8．6．4 实验内容和步骤 263
8．6．5 实验报告要求 264
8．7 实验7 交互式图形用户界面的使用 264
8．7．1 实验目的 264
8．7．2 实验原理 264
8．7．3 MATLAB相关基础 264
8．7．4 实验内容 269
8．7．5 实验报告要求 269
8．8 实验8 有限字长效应的MATLAB分析 270
8．8．1 实验目的 270
8．8．2 实验原理 270
8．8．3 MATLAB相关基础 270
8．8．4 实验内容与步骤 271
8．8．5 实验报告要求 272
8．9 实验9 双音多频信号的产生与检测 272
8．9．1 实验目的 272
8．9．2 实验原理 273
8．9．3 MATLAB相关基础 275
8．9．4 实验内容和步骤 275
8．9．5 实验报告要求 275
参考文献 276

前言/序言

《数字信号处理》（第2版）图书简介 概览 《数字信号处理》（第2版）是一本深入浅出、内容详实的专业教材，旨在为读者提供数字信号处理领域全面而系统的理论知识和实践技能。本书以清晰的逻辑脉络、严谨的数学推导以及丰富的实例分析，系统阐述了数字信号处理的核心概念、基本原理、关键技术以及前沿应用。无论您是通信工程、电子工程、计算机科学、自动控制、生物医学工程等相关专业的在校学生，还是希望深入了解数字信号处理技术的科研人员、工程师，本书都将是您不可或缺的参考。 本书特色 本书在继承第一版优良传统的基础上，进行了大量的更新和修订，力求更贴合当前数字信号处理领域的发展趋势和教学需求： 理论体系完备，由浅入深： 从最基础的离散信号和系统概念入手，逐步深入到傅里叶变换、Z变换、离散卷积、滤波器设计等核心内容。每个章节都建立在前面知识的基础上，确保读者能够循序渐进地掌握复杂概念。 数学严谨，推导清晰： 在介绍核心概念和算法时，本书注重数学的严谨性，提供详细的推导过程，帮助读者理解公式的来源和物理意义。同时，避免过度繁琐的数学推导，将重点放在核心理论和实际应用上。 丰富实例，紧扣应用： 本书穿插了大量的实际工程案例和应用场景，例如音频处理、图像处理、通信系统、雷达信号处理、生物医学信号分析等。通过这些实例，读者能够直观地理解抽象的理论知识在现实世界中的应用价值，激发学习兴趣。 算法分析详尽，性能评估全面： 对于各种重要的数字信号处理算法，本书不仅进行了理论上的介绍，还深入分析了其计算复杂度、时间效率、空间复杂度以及在不同条件下的性能表现，帮助读者选择最适合特定场景的算法。 滤波器设计方法多样，实践性强： 详细介绍了无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器的设计原理和常用方法，包括巴特沃斯、切比雪夫、椭圆、窗函数法、频率采样法等，并提供了具体的实现指导，便于读者动手实践。 快速算法与高性能处理： 深入探讨了离散傅里叶变换（DFT）的快速算法——快速傅里叶变换（FFT），以及各种FFT算法的原理和实现技巧，这对于提高实际信号处理的效率至关重要。 多速率信号处理与谱估计： 涵盖了多速率信号处理（抽取、插值）的重要理论和应用，以及现代谱估计方法，如周期图法、Welch法、AR模型法等，这些是许多高级信号处理系统的基础。 教材与参考价值并重： 本书既是高等院校相关专业的理想教材，也适合作为相关领域从业人员的案头必备参考书，能够帮助读者快速解决实际工程问题。 适度更新，反映前沿： 在第二版中，对部分章节内容进行了更新，例如增加了关于自适应滤波器的初步介绍，以及对一些新兴应用领域的提及，使内容更具时代感。 内容梗概 本书共分为 [此处可根据实际书籍章节数填写，例如：十六章]，内容涵盖了数字信号处理的各个关键方面，主要包括： 第一部分：数字信号与系统基础 离散时间信号与系统： 介绍周期信号、非周期信号、能量信号、功率信号等基本信号类型，以及线性时不变（LTI）系统、因果性、稳定性等系统性质。重点讲解了单位冲激响应在描述LTI系统中的核心作用。 离散卷积： 深入阐述了离散卷积的计算方法及其在LTI系统分析中的应用，包括线性卷积和圆周卷积。 傅里叶变换： 详细介绍了离散时间傅里叶变换（DTFT）的定义、性质及其在信号频谱分析中的重要性。对连续时间傅里叶变换（CTFT）与DTFT之间的联系进行了梳理。 Z变换： 引入Z变换的概念，讲解其定义、性质、收敛域（ROC）以及零极点分析。Z变换作为一种强大的分析工具，在系统稳定性判断、系统函数建立等方面发挥着关键作用。 第二部分：数字信号处理的核心算法与技术 离散傅里叶变换（DFT）： 介绍DFT的定义、性质，以及它与DTFT的关系。特别地，本书对DFT的计算复杂度和实现挑战进行了分析。 快速傅里叶变换（FFT）： 深入讲解了FFT算法的原理，包括按时间抽取的FFT（Cooley-Tukey算法）和按频率抽取的FFT。详细分析了FFT如何显著降低DFT的计算量，并提供了不同FFT算法的比较。 数字滤波器基础： 介绍数字滤波器的基本概念，包括理想滤波器和实际滤波器。区分了无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。 FIR滤波器设计： 重点讲解了FIR滤波器的设计方法，如窗函数法（矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等）以及频率采样法。分析了不同窗函数对滤波器性能的影响。 IIR滤波器设计： 详细介绍了IIR滤波器的设计方法，包括模拟滤波器设计（巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）的转换方法（脉冲不变法、双线性变换法），以及直接数字IIR滤波器设计。 滤波器性能分析与实现： 讨论了滤波器的通带、阻带、过渡带、衰减度等性能指标，以及如何根据系统需求选择合适的滤波器类型和设计参数。 多速率信号处理： 介绍了信号的抽取（降采样）和插值（升采样）过程，以及它们在信号压缩、子带编码等领域的应用。重点分析了多速率系统中的滤波技术。 谱估计： 介绍了不同类型的谱估计方法，包括参数模型谱估计（AR模型、MA模型、ARMA模型）和非参数模型谱估计（周期图法、Welch法）。 第三部分：数字信号处理的应用与扩展 自适应滤波器（初步）： 简要介绍了自适应滤波器的基本原理和常见的自适应算法（如LMS算法），以及其在噪声消除、回声消除等方面的应用。 数字信号处理器（DSP）： 简要介绍了DSP芯片的体系结构和特点，以及其在数字信号处理中的关键作用。 典型应用领域： 结合前面所学知识，深入探讨了数字信号处理在通信系统（调制解调、信道编码）、音频处理（压缩、降噪）、图像处理（滤波、增强）、雷达信号处理、生物医学信号处理等领域的实际应用。 读者对象 在校本科生和研究生： 各类高校电子信息、通信工程、计算机科学、自动化、生物医学工程等专业的核心教材。 科研人员： 致力于信号处理、通信、控制、模式识别、人工智能等领域的研究者。 工程技术人员： 从事通信设备、音频视频产品、嵌入式系统、仪器仪表、医疗器械等研发和设计的工程师。 结语 《数字信号处理》（第2版）将帮助读者构建坚实的理论基础，掌握实用的分析和设计方法，并深刻理解数字信号处理技术在现代科技和社会发展中的重要作用。本书不仅是一本学习数字信号处理的“工具书”，更是激发读者深入探索该领域潜力的“启迪书”。通过学习本书，您将能够熟练运用数字信号处理的强大力量，解决各种复杂的工程挑战。

评分☆☆☆☆☆

二 说实话，当初买这本书，主要是因为在网上看到很多同行都推荐，说它是“DSP领域的圣经”。我当时的想法是，反正都要学，不如一步到位，选一本最权威的。拿到手后，这本书确实没有让我失望。它的内容非常详实，几乎涵盖了数字信号处理的所有重要方面。从傅里叶变换的各种形式，到Z变换的性质和应用，再到各种滤波器设计方法，每一个概念都讲解得非常细致。我印象特别深的是关于窗口函数的部分，作者详细介绍了不同窗口函数的特性和选择依据，还给出了它们在频谱泄漏方面的对比分析，这对于理解实际工程中的细节至关重要。而且，书中还提供了大量的习题，从简单的概念题到复杂的工程应用题，这为我巩固知识提供了绝佳的途径。虽然有些习题确实很有挑战性，但我愿意花时间去钻研，因为我知道，每一次攻克难题，都是一次能力的提升。我特别喜欢它在讲解算法时，不仅给出数学推导，还常常配以流程图或者伪代码，这使得算法的实现过程更加直观易懂。总的来说，这是一本非常扎实、严谨的专业书籍，适合想要深入学习DSP的读者。

评分☆☆☆☆☆

五 我一直认为，学习一门技术，关键在于理解其背后的思想和逻辑。这本书，在我看来，正是做到了这一点。它不仅仅是简单地堆砌公式和算法，而是花了大量的篇幅去解释“为什么”。比如，在讲解采样定理时，作者不仅给出了数学证明，还用生动的类比来解释奈奎斯特定理，让我一下子就明白了欠采样会导致什么后果。在介绍滤波器设计时，我发现它不仅仅是教我如何去设计一个滤波器，更重要的是让我理解不同滤波器类型（如低通、高通、带通、带阻）的物理意义，以及它们各自的优缺点和适用场景。我尤其欣赏的是书中对一些“陷阱”的提示，比如在数字滤波器设计中，如何避免出现振荡和相位失真等问题，这些都是在实际工作中非常容易遇到的挑战。书中的图表也非常丰富，很多地方通过图示能够直观地展示出信号的变化过程，大大降低了理解难度。虽然这本书内容非常丰富，但结构清晰，逻辑性强，这让我能够按照自己的节奏，逐步深入。我感觉，这本书不仅能教我“怎么做”，更能让我明白“为什么这样做”，这对于建立扎实的DSP理论基础至关重要。

评分☆☆☆☆☆

三 这本书的封面设计很简洁，但内容却非常厚重。我一直对信号的分析和处理很感兴趣，尤其是在一些通信和控制系统中，DSP扮演着至关重要的角色。这本书的内容，从我粗略翻阅的印象来看，非常系统地介绍了DSP的理论基础和核心技术。它不仅仅停留在数学公式层面，而是更注重概念的理解和实际的运用。我看到了关于离散时间信号和系统的基本性质，例如卷积、稳定性、因果性等，这些都是理解更复杂内容的基础。我还注意到，书中对各种变换，如离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）、Z变换以及拉普拉斯变换（虽然是连续的，但与离散变换有联系）的讲解非常到位，并且详细阐述了它们的性质和在信号处理中的作用。尤其让我感兴趣的是关于滤波器设计的部分，从模拟滤波器的概念过渡到数字滤波器的设计，包括FIR和IIR滤波器的不同设计方法，例如窗函数法、频率采样法、最小均方误差法等等，这些内容让我看到了如何根据具体需求设计出满足性能要求的滤波器。这本书的结构安排也很合理，循序渐进，让学习者能够逐步深入。

评分☆☆☆☆☆

四 作为一名在业余时间喜欢钻研技术的爱好者，我一直对数字信号处理这个领域充满好奇。市面上相关的书籍不少，但真正能够深入浅出、又不失严谨的却不多。当我拿到这本《数字信号处理》（第2版）时，我被它丰富的目录和精炼的插图所吸引。它从最基础的采样理论讲起，逐步深入到各种滤波技术、变换方法以及一些高级应用。我特别喜欢其中对一些经典算法的讲解，例如FFT的原理和实现，以及各种用于信号分析的变换，如短时傅里叶变换（STFT）和 웨이블릿 (Wavelet) 变换。作者在讲解过程中，不仅仅是罗列公式，而是通过图示和通俗易懂的语言，将复杂的概念变得更容易理解。我注意到书中还包含了不少实际工程中的例子，这让我能够看到这些理论是如何在现实世界中应用的，比如在音频信号压缩、图像去噪等领域。虽然我还没有完全读完，但仅凭目前的阅读量，我就能感受到这本书的价值。它不仅仅是一本教材，更像是一本指导我深入理解DSP世界的指南。

评分☆☆☆☆☆

一 这本书，简直就像一本武功秘籍，虽然我还没练到家，但仅仅是翻阅，就能感受到其中蕴含的深厚功力。刚拿到手时，厚实的装帧就给我一种沉甸甸的实在感，书页的纸质也很不错，摸起来滑滑的，闻起来有股淡淡的油墨香，让人忍不住想沉浸其中。我之前接触过一些数字信号处理的入门知识，但总感觉像是隔靴搔痒，不得要领。而这本书，从目录上看，就涵盖了从最基础的概念，比如采样、量化，到更复杂的滤波、变换等等，几乎把这个领域梳理得明明白白。我特别欣赏它的编排方式，理论讲解清晰透彻，公式推导严谨但不枯燥，而且穿插了不少实际应用的例子，比如音频处理、图像识别什么的，这让我这种初学者能够快速理解抽象概念是如何与现实世界联系起来的。虽然我还没有时间去深入研读每一个章节，但仅仅是浏览，就能感受到作者的用心良苦，力求让读者能够循序渐进地掌握这门技术。我尤其期待后面关于FFT和多速率信号处理的内容，听说这块是DSP的精髓，希望这本书能为我揭开它神秘的面纱。总而言之，这是一本让我充满期待的书，感觉它能为我打开一扇新世界的大门。