編輯推薦

本書係統講述數字信號處理的基本原理、算法及其實現方法，結閤各章的內容，介紹相應的MATLAB信號處理工具箱函數，並給齣用MATLAB闡述問題和求解計算問題的程序。各章中安排瞭豐富的例題、習題和上機題。

內容簡介

本書係統講述數字信號處理的基本原理、算法及其實現方法。主要講述時域離散信號與係統的基本概念和時域、頻域的分析方法。重點介紹離散傅裏葉變換及其快速算法、數字濾波的基本概念與理論、數字濾波器的設計與實現方法。介紹模擬信號數字處理原理與方法、多采樣率數字信號處理的基本理論和高效實現方法，數字信號處理的典型應用。 結閤各章的內容，介紹相應的MATLAB信號處理工具箱函數，並給齣用MATLAB闡述問題和求解計算問題的程序。各章中安排瞭豐富的例題、習題和上機題。

作者簡介

　　　　高西全，西安電子科技大學通信工程學院教授，主編國傢十一五規劃教材《數字信號處理——原理、實現及應用》，省精品課程負責人。

目錄

緒論 （1）
0．1 數字信號處理的基本內容 （2）
0．2 數字信號處理的實現方法 （3）
0．3 數字信號處理的主要優點 （3）
第1章 時域離散信號和係統 （5）
1．1 引言 （5）
1．2 模擬信號、時域離散信號和數字信號 （5）
1．2．1 時域離散信號和數字信號 （6）
1．2．2 時域離散信號的錶示方法 （6）
1．2．3 常用時域離散信號 （8）
1．3 時域離散係統 （11）
1．3．1 綫性時不變時域離散係統 （11）
1．3．2 綫性時不變係統輸齣和輸入之間的關係 （12）
1．3．3 係統的因果性和穩定性 （15）
1．4 時域離散係統的輸入輸齣描述法――綫性常係數差分方程 （17）
1．4．1 綫性常係數差分方程 （17）
1．4．2 綫性常係數差分方程的遞推解法 （17）
1．4．3 用MATLAB求解差分方程 （18）
1．4．4 應用舉例――滑動平均濾波器 （19）
習題與上機題 （21）
第2章 時域離散信號和係統的頻域分析 （25）
2．1 引言 （25）
2．2 時域離散信號的傅裏葉變換 （25）
2．2．1 時域離散信號的傅裏葉變換的定義 （25）
2．2．2 周期信號的離散傅裏葉級數 （26）
2．2．3 周期信號的傅裏葉變換 （28）
2．2．4 時域離散信號傅裏葉變換的性質 （31）
2．3 時域離散信號的Z變換 （34）
2．3．1 時域離散信號Z變換的定義及其與傅裏葉變換的關係 （34）
2．3．2 Z變換的收斂域與序列特性之間的關係 （35）
2．3．3 逆Z變換 （38）
2．3．4 Z變換的性質和定理 （41）
2．4 利用Z變換對信號和係統進行分析 （44）
2．4．1 係統的傳輸函數和係統函數 （44）
2．4．2 根據係統函數的極點分布分析係統的因果性和穩定性 （45）
2．4．3 用Z變換求解係統的輸齣響應 （46）
2．4．4 係統穩定性的測定及穩定時間的計算 （50）
2．4．5 根據係統的零、極點分布分析係統的頻率特性 （52）
2．5 幾種特殊濾波器 （56）
2．5．1 全通濾波器 （57）
2．5．2 最小相位濾波器 （58）
2．5．3 梳狀濾波器 （59）
2．5．4 正弦波發生器 （60）
習題與上機題 （61）
第3章 離散傅裏葉變換（DFT）及其快速算法（FFT） （68）
3．1 離散傅裏葉變換的定義及物理意義 （68）
3．1．1 DFT定義 （68）
3．1．2 DFT與ZT、FT、DFS的關係 （69）
3．1．3 DFT的矩陣錶示 （71）
3．1．4 用MATLAB計算序列的DFT （71）
3．2 DFT的主要性質 （73）
3．3 頻域采樣 （80）
3．4 DFT的快速算法――快速傅裏葉變換（FFT） （83）
3．4．1 直接計算DFT的特點及減少運算量的基本途徑 （83）
3．4．2 基2 FFT算法 （83）
3．5 DFT（FFT）應用舉例 （89）
3．5．1 用DFT（FFT）計算兩個有限長序列的綫性捲積 （90）
3．5．2 用DFT計算有限長序列與無限長序列的綫性捲積 （91）
3．5．3 用DFT對序列進行譜分析 （94）
習題與上機題 （96）
第4章 模擬信號數字處理 （99）
4．1 模擬信號數字處理原理方框圖 （99）
4．2 模擬信號與數字信號的相互轉換 （99）
4．2．1 時域采樣定理 （100）
4．2．2 帶通信號的采樣 （104）
4．2．3 A/D變換器 （105）
4．2．4 將數字信號轉換成模擬信號 （106）
4．3 對數字信號處理部分的設計考慮 （109）
4．4 綫性模擬係統的數字模擬 （110）
4．5 模擬信號的頻譜分析 （112）
4．5．1 公式推導及參數選擇 （112）
4．5．2 用DFT（FFT）對模擬信號進行譜分析的誤差 （113）
4．5．3 用DFT（FFT）對周期信號進行譜分析 （116）
習題與上機題 （119）
第5章 信號的相關函數和功率譜 （120）
5．1 互相關函數和自相關函數 （120）
5．2 周期信號的相關性 （122）
5．3 相關函數的性質 （123）
5．3．1 互相關函數性質 （124）
5．3．2 自相關函數性質 （124）
5．4 輸入輸齣信號的相關函數 （125）
5．5 信號的能量譜密度和功率譜密度 （125）
5．5．1 信號的能量譜 （126）
5．5．2 信號的功率譜 （126）
5．6 相關函數的應用 （127）
5．6．1 相關函數在雷達和主動聲呐係統中的的應用 （127）
5．6．2 使用相關函數檢測物理信號隱含的周期性 （128）
5．7 用MATLAB計算相關函數 （130）
習題與上機題 （131）
第6章 IIR數字濾波器（IIRDF）設計 （133）
6．0 數字濾波器設計的基本概念 （133）
6．0．1 數字濾波器及其設計方法概述 （133）
6．0．2 數字濾波器的種類 （133）
6．0．3 理想數字濾波器 （134）
6．1 模擬濾波器設計 （136）
6．1．1 模擬濾波器設計指標 （137）
6．1．2 巴特沃思模擬低通濾波器設計 （138）
6．1．3 切比雪夫（Chebyshev）濾波器設計 （141）
6．1．4 橢圓濾波器 （144）
6．1．5 貝塞爾（Bessel）濾波器 （145）
6．1．6 用MATLAB設計模擬濾波器 （145）
6．1．7 五種類型模擬濾波器的比較 （151）
6．1．8 頻率變換與高通、帶通及帶阻濾波器設計 （152）
6．2 IIR數字濾波器設計 （159）
6．2．1 用脈衝響應不變法設計IIRDF （160）
6．2．2 用雙綫性變換法設計IIRDF （165）
6．2．3 高通、帶通和帶阻IIRDF （169）
6．2．4 IIRDF的頻率變換 （172）
習題與上機題 （175）
第7章 FIR數字濾波器（FIRDF）設計 （179）
7．1 綫性相位FIRDF及其特點 （179）
7．2 用窗函數法設計FIRDF （184）
7．2．1 用窗函數法設計FIRDF的基本方法 （184）
7．2．2 窗函數法的設計性能分析 （185）
7．2．3 典型窗函數介紹 （187）
7．2．4 用窗函數法設計FIRDF的步驟及MATLAB設計函數 （193）
7．3 利用頻率采樣法設計FIRDF （197）
7．3．1 頻率采樣設計法的基本概念 （197）
7．3．2 設計綫性相位特性FIRDF時，頻域采樣H (k)的設置原則 （198）
7．3．3 逼近誤差及改進措施 （198）
7．4 利用等波紋最佳逼近法設計FIRDF （202）
7．4．1 等波紋最佳逼近法的基本思想 （203）
7．4．2 remez和remezord函數介紹 （205）
7．4．3 FIR希爾伯特變換器和FIR數字微分器設計 （209）
7．5 FIRDF與IIRDF的比較 （213）
習題與上機題 （214）
第8章 時域離散係統的實現 （217）
8．1 引言 （217）
8．2 FIR網絡結構 （218）
8．2．1 FIR直接型結構和級聯型結構 （218）
8．2．2 綫性相位結構 （219）
8．2．3 FIR頻率采樣結構 （220）
8．2．4 FIR濾波器的遞歸實現 （223）
8．2．5 快速捲積法 （224）
8．3 IIR網絡結構 （224）
8．3．1 IIR直接型網絡結構 （224）
8．3．2 IIR級聯型網絡結構 （225）
8．3．3 IIR並聯型網絡結構 （226）
8．3．4 轉置型網絡結構 （227）
8．4 格型網絡結構 （227）
8．4．1 全零點格型網絡結構 （228）
8．4．2 全極點格型網絡結構 （231）
8．5 用軟件實現各種網絡結構 （233）
8．6 數字信號處理中的量化效應 （235）
8．6．1 量化及量化誤差 （235）
8．6．2 A/D變換器中的量化效應 （236）
8．6．3 係數量化效應 （237）
8．6．4 運算中的量化效應 （240）
8．7 濾波器設計與分析工具 （244）
習題與上機題 （249）
第9章 多采樣率數字信號處理 （253）
9．1 引言 （253）
9．2 整數因子抽取 （254）
9．3 整數因子內插 （256）
9．4 按有理數因子I/D的采樣率轉換 （258）
9．5 采樣率轉換濾波器的高效實現方法 （259）
9．5．1 直接型FIR濾波器結構 （259）
9．5．2 多相濾波器結構 （261）
9．6 采樣率轉換係統的多級實現 （264）
9．7 采樣率轉換器的MATLAB實現 （269）
9．8 采樣率轉換在數字語音係統中的應用 （270）
9．8．1 數字語音係統中的信號采樣過程及其存在的問題 （270）
9．8．2 數字語音係統中改進的A/D轉換方案 （271）
9．8．3 接收端D/A轉換器的改進方案 （272）
習題與上機題 （274）
第10章 數字信號處理應用舉例 （276）
10．1 引言 （276）
10．2 數字信號處理在雙音多頻撥號係統中的應用 （276）
10．3 數字信號處理在音樂信號處理中的應用 （282）
10．3．1 時域處理 （282）
10．3．2 頻域處理 （285）
附錄A MATLAB信號處理工具箱函數錶 （289）
參考文獻 （293）

前言/序言

第3版前言

本教材第1版和第2版分彆於2006年和2010年齣版以後，承濛廣大師生的厚愛，被國內數十所高等學校選用，使用效果良好。第2版為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材。

相比第2版，第3版總體結構變化不大，仍然保持第2版的基本內容、體例結構和編寫風格；根據學科發展和數字信號處理的實際應用需求，並參考國內外近期齣版的同類新教材，調整或重新編寫部分章節，對原來敘述不完備或疏漏之處進行瞭補充。具體修訂內容如下：

1. 考慮到信號處理和檢測領域中，相關檢測已經發展成一個獨立的分支，已經引起人們的廣泛關注，重新編寫瞭第5章，詳細敘述瞭確定性信號的相關函數的基本概念、定義、計算和工程應用舉例，並簡要介紹瞭能量譜和功率譜的概念。使學生建立信號相關性的基本概念，瞭解相關檢測的基本原理及其應用領域。

2. 刪除瞭第5章中簡單濾波器設計、數字諧振器和數字陷波器等內容；將第5章中的全通濾波器、最小相位係統、梳狀濾波器和正弦波發生器等內容，移到第2章，作為時域離散係統頻域分析的舉例，使學生鞏固頻域分析概念，瞭解頻域分析的特點和實例；將與濾波器分析及設計相關的數字濾波器的基本概念、理想濾波器和濾波器的分類移到第6章，使濾波器設計的敘述更加緊湊。

3. 正弦信號不管是在理論研究還是在實際信號處理的應用中，都是非常重要的。但正弦信號又有其特殊性，如果以奈奎斯特采樣頻率對其采樣，則有可能丟失信息。第3版的4.2.1節補充瞭正弦信號采樣的內容。

為瞭使學生通過解答習題和上機實驗題對本課程的基本理論和基本方法加深理解，掌握數字信號處理課程的主要內容，作者精心選取瞭大量的習題和上機題（加“*”號）。為瞭便於教師授課，便於讀者自學，並能自我檢測學習效果，作者以電子版形式免費提供：（1）本書完整的程序集、習題解答、上機題求解程序及其運行結果；（2）四份自測題及其解答；（3）五份重點大學碩士研究生入學考試題及其解答。希望讀者能正確使用這些學習資料，使其真正成為幫助廣大讀者學好數字信號處理課程的正能量。建議讀者學習過程中最好先獨立做完習題，然後再對照習題解答檢查。以上資料最好由任課教師通過電子郵件嚮本書作者索取。

本書的先修課程是工程數學、信號與係統、數字電路、微機原理和MATLAB語言等。本書參考教學時數為60課時。如果在信號與係統課程中已講授本書第1章和第2章的內容，則教學時數可減少到46課時。第9章中多相濾波器結構和采樣率轉換係統的多級實現較難講解，如果課時數緊張可以不講，但要嚮學生說明這兩種實現結構在實際中的重要性。對大專學生，可以隻講前8章，參考學時數為60學時。

本書在編寫構思和選材過程中，參考瞭書後所列參考文獻的一些編寫思想，采用瞭其中一些內容、例題和習題，在此嚮這些教材的作者們錶示誠摯的感謝！

作者電子郵件地址：xqgao@mail.xidian.edu.cn

編著者

於西安電子科技大學