本书本着重点突出、简单清晰、图文并茂的方式编写。将书中前后相关的知识点之间的联系通过图形的方式联系起来,书中的理论要点和实施步骤大部分采用图形的方式表达,从而让学生对知识点有直观的理解。其次,由于信号处理课程对初学者较难,因此教材中的大部分理论要点都配以实例加以解释,让学生通过实例了解理论知识的实现步骤和方法。
本书面向计算机和电子信息专业本科生而编写,对于书中理论原理和实现方法、过程,采用图文并茂、列举实例的方法,实现循序渐进、由浅入深的学习过程。同时,本书通过图形将相关的知识点串联起来,形成有机的整体,便于读者将不同章节的知识结合起来思考,从而在更高的层次上把握信号分析与处理的知识体系。书中详细地给出了每部分的数学推导过程,并加以细致的分析和解释,力求做到清晰明朗。习题部分难易结合,给读者留出了更多的思考空间。
全书共分8章,内容包括绪论、信号的时域分析、信号的频域分析、能谱与功率谱、采样定理、Z变换、随机信号、滤波器。附录部分介绍了常见信号的傅里叶变换、常见的Z变换、常用公式、常见窗函数、常用的Matlab代码。书中采用Matlab工具实现了信号的分解与变换。本书的所有章节附有课后习题。
本书是定位于本科生及相关技术人员,为适应现代信息处理方法而撰写的教材。同时,本书也可作为电子技术、自动化、通信、图像处理、模式识别等专业技术人员的参考书。本书封面贴有清华大学出版社防伪标签,无标签者不得销售。
管涛,博士后 副教授 省级高校科技创新团队支持计划学术带头人、市级科技创新团队学术带头人,校级优秀教师。发表论文五十多篇,经参与或主持过国家自然科学基金、省科技厅科技攻关项目、教育厅基础研究项目、市科技攻关计划等项目十多项。
第1章绪论1
1.1信号与信息1
1.2信号的分类1
1.2.1模拟信号和数字信号2
1.2.2连续时间信号与离散时间信号2
1.2.3周期信号与非周期信号3
1.2.4常参信号与变参信号3
1.2.5奇异信号4
1.3信号与系统4
1.4应用简介7
1.4.1语音信号处理7
1.4.2医学超声图像处理7
1.4.3雷达信号处理7
1.5本书的知识结构7
习题9第2章信号的时域分析10
2.1常见连续信号及离散形式10
2.2信号的基本运算16
2.2.1相加与相减16
2.2.2相乘与相除16
2.2.3平移变换16
2.2.4尺度变换16
2.2.5翻褶变换17
2.2.6综合运算及实例17
2.3卷积及性质18
2.3.1连续信号卷积19
2.3.2卷积的性质20
2.3.3离散信号卷积20
2.3.4卷积的扩展与应用22
2.4信号的相关性分析24
2.4.1连续信号的相关性分析24
2.4.2离散信号的相关性分析26
2.4.3应用简介27
2.5信号的分解28
2.5.1交直流分解28
2.5.2奇偶分解28
2.5.3脉冲分解28
2.5.4正交分解30
小结32
习题33第3章信号的频域分析35
3.1傅里叶级数(FS)35
3.1.1正交分解方法35
3.1.2周期信号的频谱36
3.1.3傅里叶级数的性质38
3.1.4Gibbs现象38
3.1.5FS实例分析39
3.2傅里叶变换(FT)41
3.2.1定义41
3.2.2频谱分析42
3.2.3性质43
3.3FS与FT之间的关系48
3.4序列的傅里叶变换49
3.4.1非周期序列的傅里叶变换(DTFT)49
3.4.2周期序列的傅里叶级数(DFS)50
3.4.3离散傅里叶变换(DFT)52
3.4.4DFT的性质53
3.4.54种傅里叶变换的比较56
3.5快速FFT变换56
3.5.1时域的基��2FFT算法56
3.5.2多重分解算法57
3.5.3FFT的应用58
3.6拉普拉斯变换60
3.6.1定义60
3.6.2性质60
3.7连续系统61
3.7.1连续系统的系统函数61
3.7.2系统方程的解法61
小结63
习题63第4章能量谱与功率谱66
4.1引言66
4.2能量谱66
4.3功率谱67
小结68
习题68第5章采样定理69
5.1基本概念69
5.2时域采样定理70
5.2.1采样信号的频谱70
5.2.2时域采样定理71
5.3频域采样定理74
5.3.1频域采样74
5.3.2频域采样定理75
5.4应用75
5.4.1音频采样75
5.4.2图像采样76
小结76
习题76第6章Z变换78
6.1系统与方程78
6.2Z变换78
6.3Z变换的收敛域79
6.4Z变换的性质79
6.5序列的Z变换81
6.5.1有限长度序列81
6.5.2右边序列81
6.5.3左边序列81
6.5.4双边序列81
6.6常见序列的Z变换82
6.7Z反变换83
6.7.1留数法83
6.7.2部分分式法84
6.7.3长除法(幂级数展开法)86
6.8Z变换与傅里叶变换之间的关系87
6.9离散系统89
6.9.1系统函数89
6.9.2差分方程的建立90
6.9.3差分方程的求解91
小结93
习题94第7章随机信号96
7.1简介96
7.2时域分析97
7.2.1时域特性97
7.2.2通过线性系统的时域特性分析100
7.3频域分析102
7.3.1频谱分析102
7.3.2随机信号通过线性系统104
7.4典型随机信号105
7.4.1平稳随机过程105
7.4.2各态历经性(各态遍历性)106
7.4.3高斯过程(GP)108
7.4.4白噪声109
小结109
习题109第8章滤波器111
8.1概念与分类111
8.2模拟滤波器的原理与特性111
8.2.1基本原理111
8.2.2滤波器的幅频特性112
8.2.3滤波器的传递函数113
8.3信号通过线性系统时不失真的条件113
8.3.1理想低通滤波器的频率响应114
8.3.2理想低通滤波器的实例115
8.4模拟滤波器的设计117
8.4.1设计方法117
8.4.2巴特沃斯低通滤波器117
8.4.3切比雪夫低通滤波器121
8.5数字滤波器及设计123
8.5.1基本概念124
8.5.2IIR数字滤波器的设计125
8.5.3FIR数字滤波器的设计129
小结139
习题139附录A常见信号的傅里叶变换141
附录B常见序列的Z变换142
附录C常用公式143
附录D中英文对照表144
附录E窗函数的Matlab函数145
附录F典型Matlab代码146
作为一名对声学和音乐技术有一定了解的爱好者,我一直试图寻找一本能够将我所学的理论与实际应用相结合的书籍。当我翻开这本《信号分析与处理》时,我立刻被其内容所吸引,因为它恰恰填补了我知识体系中的一个重要空白。 书中对信号时域和频域特性的分析,让我得以从科学的角度去理解声音的本质。作者通过对不同乐器发声的频谱分析,以及对音乐信号中谐波、泛音的讲解,让我对音频信号有了更深刻的认识。我曾经在进行音频信号处理时,对均衡器的作用感到困惑,但通过书中对滤波器设计的详细介绍,我终于明白了不同频率段的信号是如何被独立处理的,以及为何不同的均衡器会产生不同的声音效果。 书中的关于采样和量化的章节,对于理解数字音频的形成至关重要。作者清晰地阐释了奈奎斯特采样定理,以及它在数字音频采集中的应用。他还深入探讨了过采样和欠采样的影响,以及如何通过量化来将模拟信号转换为数字信号。这些知识让我能够更好地理解数字音频文件的格式,以及不同音频采样率和位深之间的差异。 此外,书中对信号变换的应用,如短时傅里叶变换(STFT)和梅尔频率倒谱系数(MFCC),尤其让我感到兴奋。STFT让我能够理解声音信号在不同时间段的频率变化,这对于分析语音信号的韵律和语调至关重要。而MFCC,则是语音识别和音乐信息检索领域常用的特征提取方法,书中对其原理的讲解,为我后续的学习打开了新的大门。 这本书不仅仅是一本技术手册,更是一扇通往声音世界奥秘的窗口。它以一种易于理解的方式,将复杂的信号处理技术与实际应用紧密结合,让我得以用科学的眼光去欣赏音乐,去探索声音的无穷魅力。我强烈推荐这本书给所有热爱音乐、对音频技术感兴趣的读者,它一定会给你带来意想不到的收获。
评分这本书给我带来的最大惊喜,在于它不仅仅是对“信号分析与处理”这个宽泛概念的简单罗列,而是以一种非常体系化、脉络清晰的方式,将这个学科的精髓呈现给了读者。初拿到这本书,我担心它会是一堆枯燥的公式和抽象理论,但事实证明我的担忧是多余的。作者在开篇就奠定了一个非常扎实的理论基础,通过引人入胜的引入,让我快速理解了信号的本质以及为什么要对其进行分析和处理。 我尤其欣赏书中对傅里叶变换的深入探讨。它没有止步于基本的定义和性质,而是详细讲解了不同类型的傅里叶变换(如离散傅里叶变换、快速傅里叶变换)的原理、适用场景以及它们在实际应用中的威力。书中对每个概念的推导都极为严谨,同时又不失直观的解释,使得那些原本看起来难以理解的数学公式变得生动起来。我常常会在阅读某个变换的章节时,感到豁然开朗,仿佛之前的困惑瞬间被驱散。 书中对滤波器设计的部分也让我印象深刻。作者不仅介绍了多种经典的滤波器类型,如巴特沃斯、切比雪夫等,还深入剖析了它们各自的设计思路和优缺点。我特别喜欢其中关于滤波器性能指标的详细阐述,例如通带纹波、阻带衰减、过渡带宽度等等,这些细致的分析对于实际工程设计来说至关重要。书中还提供了大量的实例,通过这些具体的例子,我能够更直观地理解滤波器在音频处理、图像去噪等领域的应用。 此外,书中对采样理论的讲解也是我学习过程中的一大收获。它清楚地阐释了奈奎斯特-香农采样定理的核心思想,并详细分析了过采样和欠采样的影响。我曾在一个项目中遇到过采样频率选择不当导致失真的问题,阅读了这部分内容后,我才真正理解了背后的原理,并且能够更自信地去解决类似的问题。书中还探讨了一些更高级的采样技术,这对于提升信号采集的精度和效率非常有帮助。 总而言之,这本书是一本兼具理论深度和实践指导意义的优秀教材。它循序渐进,逻辑严谨,语言流畅,非常适合想要系统学习信号分析与处理的读者。无论是初学者还是有一定基础的工程师,都能从中获益匪浅。我强烈推荐这本书给所有对信号处理领域感兴趣的人。
评分作为一名对通信工程领域抱有浓厚兴趣的学生,我最近有幸研读了这本《信号分析与处理》。坦白说,在翻开这本书之前,我对于“信号”这个概念的理解还停留在比较模糊的层面,更多的是一种直观的感受,而非系统性的认知。然而,这本书以其严谨又不失生动的笔触,为我打开了一扇通往信号世界的大门。 作者在内容组织上非常有匠心。开篇并没有直接抛出复杂的数学模型,而是从信号的分类、基本属性入手,循序渐进地引入了时间域和频率域分析的概念。我特别喜欢他对“信号”这一抽象概念的具象化描述,通过生活中的例子,如声音、光波的振动,让我更容易理解信号的物理含义。书中的数学推导清晰流畅,对于每一个重要公式的提出,都有充分的理论铺垫和逻辑支撑,这让我能够深入理解其背后的数学原理,而非仅仅记忆结论。 书中最令我印象深刻的部分,是对傅里叶变换及其变种的细致讲解。作者花了相当大的篇幅来阐释傅里叶级数、傅里叶变换、离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶变换(FFT)的联系与区别。他不仅解释了它们在数学上的推导过程,更着重强调了它们在信号处理中的实际应用。我曾经在理解FFT的算法原理时感到困惑,但通过书中对蝶形运算的分解和图示讲解,我终于茅塞顿开,深刻理解了FFT为何能够大幅提高计算效率。 此外,书中关于各种信号变换的介绍,如拉普拉斯变换和Z变换,也让我受益匪浅。作者清晰地阐述了它们在分析连续时间和离散时间系统中的重要性,以及它们与傅里叶变换之间的关系。通过对这些变换的深入学习,我能够更好地理解系统的动态特性,并为后续的系统设计打下坚实的基础。 这本书的阅读体验非常出色,它不仅仅是一本技术书籍,更像是一次引人入胜的智力探索。我从中不仅获得了宝贵的知识,更培养了对信号分析与处理这一学科的浓厚兴趣。我强烈推荐这本书给所有对信号与系统、通信、控制等领域感兴趣的读者。
评分从信息论和数据科学的角度来审视这本书,我会说它是一本极具启发性的著作。它并没有将自己局限于传统的工程学科范畴,而是以一种更加宏观的视角,探讨了信息在不同形态下的存在、传输和转化。这本书为我理解“信息”这个概念提供了一个全新的维度。 书中对于信号的表示方法,特别是离散时间信号的介绍,让我眼前一亮。作者详细阐述了序列、抽样、量化等概念,这与我在处理数字信号时遇到的挑战不谋而合。他对离散傅里叶变换(DFT)的讲解,让我明白了为何在实际的数字信号处理中,我们总是需要处理离散的频谱信息。书中通过对DFT性质的细致分析,如周期性、对称性等,帮助我理解了为何我们可以从有限的数据点中提取出有用的频率信息。 让我倍感惊喜的是,书中对噪声和失真在信号处理中的作用的探讨。作者并没有回避这些在实际应用中普遍存在的问题,反而将它们作为重点进行分析。他介绍了不同类型的噪声,如加性高斯白噪声,并阐述了如何通过滤波等技术来抑制噪声,提高信号的信噪比。这对于我在处理真实世界的数据时,有着极强的指导意义。 书中的一些章节,如关于相关性和自相关函数的讨论,也让我受益匪浅。作者清晰地解释了这两个概念在信号识别、同步和系统辨识中的重要作用。通过对自相关函数的分析,我能够更好地理解一个信号自身的周期性或重复性,这在模式识别和时间序列分析中至关重要。 这本书不仅在理论上构建了一个严谨的知识体系,更在实践层面提供了丰富的思路。它让我明白,信号分析与处理不仅仅是数学公式的堆砌,更是理解和操控信息世界的重要工具。我强烈推荐这本书给所有对数据分析、模式识别、机器学习等领域感兴趣的读者,它会为你提供一个坚实的理论基础和全新的视角。
评分这本《信号分析与处理》给我带来的冲击,远不止于知识的获取,更在于它如何重塑了我对“分析”与“处理”这两大核心概念的理解。在接触这本书之前,我总觉得这些术语有些过于宏大和抽象,仿佛只属于实验室里的科学家。但读完之后,我才意识到,它们其实渗透在我们生活的方方面面,而这本书则提供了一个清晰而强大的工具箱,让我们能够去理解、去驾驭这些无处不在的“信号”。 书中的结构安排堪称典范。它从最基础的信号类型开始,比如周期信号、非周期信号,然后逐步深入到信号的能量和功率概念。作者巧妙地引入了傅里叶级数,让我得以窥探一个复杂信号是如何由一系列简单的正弦和余弦波叠加而成的。这一部分的讲解,极其注重概念的清晰度和数学的严谨性,每一个推导步骤都详尽明了,仿佛作者生怕读者会漏掉任何一个关键点。我尤其欣赏书中关于三角函数形式傅里叶级数和复指数形式傅里叶级数之间的转换,这让我更深刻地理解了信号的频谱特性。 当进入到非周期信号的分析时,傅里叶变换的登场无疑是全书的重头戏。作者没有仅仅停留在理论层面,而是详细阐述了傅里叶变换的物理意义,即如何将时域的信号转换到频域,从而揭示信号的频率成分。书中的例子非常贴切,例如对一个方波信号进行傅里叶变换,展现了其频谱的离散性和无限性,这让我对信号的本质有了更深层次的认识。 接下来的内容,如卷积定理、LTI系统响应等,则进一步深化了我对信号处理的理解。作者通过生动的类比和清晰的图示,解释了卷积运算在描述系统对信号的响应中所扮演的关键角色。我曾经在处理实际数据时遇到过系统延迟的问题,阅读了这部分内容后,我才意识到这些看似复杂的问题,都可以通过卷积运算得到优雅的解答。 总而言之,这本书是一部关于信号的“百科全书”,它以一种逻辑严密、深度十足的方式,引导读者一步步探索信号分析与处理的奥秘。它不仅传授了知识,更激发了我对这个领域的探索欲望。我毫不犹豫地将其推荐给任何想要在信号处理领域深造或应用知识的读者。
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