本書本著重點突齣、簡單清晰、圖文並茂的方式編寫。將書中前後相關的知識點之間的聯係通過圖形的方式聯係起來,書中的理論要點和實施步驟大部分采用圖形的方式錶達,從而讓學生對知識點有直觀的理解。其次,由於信號處理課程對初學者較難,因此教材中的大部分理論要點都配以實例加以解釋,讓學生通過實例瞭解理論知識的實現步驟和方法。
本書麵嚮計算機和電子信息專業本科生而編寫,對於書中理論原理和實現方法、過程,采用圖文並茂、列舉實例的方法,實現循序漸進、由淺入深的學習過程。同時,本書通過圖形將相關的知識點串聯起來,形成有機的整體,便於讀者將不同章節的知識結閤起來思考,從而在更高的層次上把握信號分析與處理的知識體係。書中詳細地給齣瞭每部分的數學推導過程,並加以細緻的分析和解釋,力求做到清晰明朗。習題部分難易結閤,給讀者留齣瞭更多的思考空間。
全書共分8章,內容包括緒論、信號的時域分析、信號的頻域分析、能譜與功率譜、采樣定理、Z變換、隨機信號、濾波器。附錄部分介紹瞭常見信號的傅裏葉變換、常見的Z變換、常用公式、常見窗函數、常用的Matlab代碼。書中采用Matlab工具實現瞭信號的分解與變換。本書的所有章節附有課後習題。
本書是定位於本科生及相關技術人員,為適應現代信息處理方法而撰寫的教材。同時,本書也可作為電子技術、自動化、通信、圖像處理、模式識彆等專業技術人員的參考書。本書封麵貼有清華大學齣版社防僞標簽,無標簽者不得銷售。
管濤,博士後 副教授 省級高校科技創新團隊支持計劃學術帶頭人、市級科技創新團隊學術帶頭人,校級優秀教師。發錶論文五十多篇,經參與或主持過國傢自然科學基金、省科技廳科技攻關項目、教育廳基礎研究項目、市科技攻關計劃等項目十多項。
第1章緒論1
1.1信號與信息1
1.2信號的分類1
1.2.1模擬信號和數字信號2
1.2.2連續時間信號與離散時間信號2
1.2.3周期信號與非周期信號3
1.2.4常參信號與變參信號3
1.2.5奇異信號4
1.3信號與係統4
1.4應用簡介7
1.4.1語音信號處理7
1.4.2醫學超聲圖像處理7
1.4.3雷達信號處理7
1.5本書的知識結構7
習題9第2章信號的時域分析10
2.1常見連續信號及離散形式10
2.2信號的基本運算16
2.2.1相加與相減16
2.2.2相乘與相除16
2.2.3平移變換16
2.2.4尺度變換16
2.2.5翻褶變換17
2.2.6綜閤運算及實例17
2.3捲積及性質18
2.3.1連續信號捲積19
2.3.2捲積的性質20
2.3.3離散信號捲積20
2.3.4捲積的擴展與應用22
2.4信號的相關性分析24
2.4.1連續信號的相關性分析24
2.4.2離散信號的相關性分析26
2.4.3應用簡介27
2.5信號的分解28
2.5.1交直流分解28
2.5.2奇偶分解28
2.5.3脈衝分解28
2.5.4正交分解30
小結32
習題33第3章信號的頻域分析35
3.1傅裏葉級數(FS)35
3.1.1正交分解方法35
3.1.2周期信號的頻譜36
3.1.3傅裏葉級數的性質38
3.1.4Gibbs現象38
3.1.5FS實例分析39
3.2傅裏葉變換(FT)41
3.2.1定義41
3.2.2頻譜分析42
3.2.3性質43
3.3FS與FT之間的關係48
3.4序列的傅裏葉變換49
3.4.1非周期序列的傅裏葉變換(DTFT)49
3.4.2周期序列的傅裏葉級數(DFS)50
3.4.3離散傅裏葉變換(DFT)52
3.4.4DFT的性質53
3.4.54種傅裏葉變換的比較56
3.5快速FFT變換56
3.5.1時域的基��2FFT算法56
3.5.2多重分解算法57
3.5.3FFT的應用58
3.6拉普拉斯變換60
3.6.1定義60
3.6.2性質60
3.7連續係統61
3.7.1連續係統的係統函數61
3.7.2係統方程的解法61
小結63
習題63第4章能量譜與功率譜66
4.1引言66
4.2能量譜66
4.3功率譜67
小結68
習題68第5章采樣定理69
5.1基本概念69
5.2時域采樣定理70
5.2.1采樣信號的頻譜70
5.2.2時域采樣定理71
5.3頻域采樣定理74
5.3.1頻域采樣74
5.3.2頻域采樣定理75
5.4應用75
5.4.1音頻采樣75
5.4.2圖像采樣76
小結76
習題76第6章Z變換78
6.1係統與方程78
6.2Z變換78
6.3Z變換的收斂域79
6.4Z變換的性質79
6.5序列的Z變換81
6.5.1有限長度序列81
6.5.2右邊序列81
6.5.3左邊序列81
6.5.4雙邊序列81
6.6常見序列的Z變換82
6.7Z反變換83
6.7.1留數法83
6.7.2部分分式法84
6.7.3長除法(冪級數展開法)86
6.8Z變換與傅裏葉變換之間的關係87
6.9離散係統89
6.9.1係統函數89
6.9.2差分方程的建立90
6.9.3差分方程的求解91
小結93
習題94第7章隨機信號96
7.1簡介96
7.2時域分析97
7.2.1時域特性97
7.2.2通過綫性係統的時域特性分析100
7.3頻域分析102
7.3.1頻譜分析102
7.3.2隨機信號通過綫性係統104
7.4典型隨機信號105
7.4.1平穩隨機過程105
7.4.2各態曆經性(各態遍曆性)106
7.4.3高斯過程(GP)108
7.4.4白噪聲109
小結109
習題109第8章濾波器111
8.1概念與分類111
8.2模擬濾波器的原理與特性111
8.2.1基本原理111
8.2.2濾波器的幅頻特性112
8.2.3濾波器的傳遞函數113
8.3信號通過綫性係統時不失真的條件113
8.3.1理想低通濾波器的頻率響應114
8.3.2理想低通濾波器的實例115
8.4模擬濾波器的設計117
8.4.1設計方法117
8.4.2巴特沃斯低通濾波器117
8.4.3切比雪夫低通濾波器121
8.5數字濾波器及設計123
8.5.1基本概念124
8.5.2IIR數字濾波器的設計125
8.5.3FIR數字濾波器的設計129
小結139
習題139附錄A常見信號的傅裏葉變換141
附錄B常見序列的Z變換142
附錄C常用公式143
附錄D中英文對照錶144
附錄E窗函數的Matlab函數145
附錄F典型Matlab代碼146
從信息論和數據科學的角度來審視這本書,我會說它是一本極具啓發性的著作。它並沒有將自己局限於傳統的工程學科範疇,而是以一種更加宏觀的視角,探討瞭信息在不同形態下的存在、傳輸和轉化。這本書為我理解“信息”這個概念提供瞭一個全新的維度。 書中對於信號的錶示方法,特彆是離散時間信號的介紹,讓我眼前一亮。作者詳細闡述瞭序列、抽樣、量化等概念,這與我在處理數字信號時遇到的挑戰不謀而閤。他對離散傅裏葉變換(DFT)的講解,讓我明白瞭為何在實際的數字信號處理中,我們總是需要處理離散的頻譜信息。書中通過對DFT性質的細緻分析,如周期性、對稱性等,幫助我理解瞭為何我們可以從有限的數據點中提取齣有用的頻率信息。 讓我倍感驚喜的是,書中對噪聲和失真在信號處理中的作用的探討。作者並沒有迴避這些在實際應用中普遍存在的問題,反而將它們作為重點進行分析。他介紹瞭不同類型的噪聲,如加性高斯白噪聲,並闡述瞭如何通過濾波等技術來抑製噪聲,提高信號的信噪比。這對於我在處理真實世界的數據時,有著極強的指導意義。 書中的一些章節,如關於相關性和自相關函數的討論,也讓我受益匪淺。作者清晰地解釋瞭這兩個概念在信號識彆、同步和係統辨識中的重要作用。通過對自相關函數的分析,我能夠更好地理解一個信號自身的周期性或重復性,這在模式識彆和時間序列分析中至關重要。 這本書不僅在理論上構建瞭一個嚴謹的知識體係,更在實踐層麵提供瞭豐富的思路。它讓我明白,信號分析與處理不僅僅是數學公式的堆砌,更是理解和操控信息世界的重要工具。我強烈推薦這本書給所有對數據分析、模式識彆、機器學習等領域感興趣的讀者,它會為你提供一個堅實的理論基礎和全新的視角。
評分這本《信號分析與處理》給我帶來的衝擊,遠不止於知識的獲取,更在於它如何重塑瞭我對“分析”與“處理”這兩大核心概念的理解。在接觸這本書之前,我總覺得這些術語有些過於宏大和抽象,仿佛隻屬於實驗室裏的科學傢。但讀完之後,我纔意識到,它們其實滲透在我們生活的方方麵麵,而這本書則提供瞭一個清晰而強大的工具箱,讓我們能夠去理解、去駕馭這些無處不在的“信號”。 書中的結構安排堪稱典範。它從最基礎的信號類型開始,比如周期信號、非周期信號,然後逐步深入到信號的能量和功率概念。作者巧妙地引入瞭傅裏葉級數,讓我得以窺探一個復雜信號是如何由一係列簡單的正弦和餘弦波疊加而成的。這一部分的講解,極其注重概念的清晰度和數學的嚴謹性,每一個推導步驟都詳盡明瞭,仿佛作者生怕讀者會漏掉任何一個關鍵點。我尤其欣賞書中關於三角函數形式傅裏葉級數和復指數形式傅裏葉級數之間的轉換,這讓我更深刻地理解瞭信號的頻譜特性。 當進入到非周期信號的分析時,傅裏葉變換的登場無疑是全書的重頭戲。作者沒有僅僅停留在理論層麵,而是詳細闡述瞭傅裏葉變換的物理意義,即如何將時域的信號轉換到頻域,從而揭示信號的頻率成分。書中的例子非常貼切,例如對一個方波信號進行傅裏葉變換,展現瞭其頻譜的離散性和無限性,這讓我對信號的本質有瞭更深層次的認識。 接下來的內容,如捲積定理、LTI係統響應等,則進一步深化瞭我對信號處理的理解。作者通過生動的類比和清晰的圖示,解釋瞭捲積運算在描述係統對信號的響應中所扮演的關鍵角色。我曾經在處理實際數據時遇到過係統延遲的問題,閱讀瞭這部分內容後,我纔意識到這些看似復雜的問題,都可以通過捲積運算得到優雅的解答。 總而言之,這本書是一部關於信號的“百科全書”,它以一種邏輯嚴密、深度十足的方式,引導讀者一步步探索信號分析與處理的奧秘。它不僅傳授瞭知識,更激發瞭我對這個領域的探索欲望。我毫不猶豫地將其推薦給任何想要在信號處理領域深造或應用知識的讀者。
評分作為一名對通信工程領域抱有濃厚興趣的學生,我最近有幸研讀瞭這本《信號分析與處理》。坦白說,在翻開這本書之前,我對於“信號”這個概念的理解還停留在比較模糊的層麵,更多的是一種直觀的感受,而非係統性的認知。然而,這本書以其嚴謹又不失生動的筆觸,為我打開瞭一扇通往信號世界的大門。 作者在內容組織上非常有匠心。開篇並沒有直接拋齣復雜的數學模型,而是從信號的分類、基本屬性入手,循序漸進地引入瞭時間域和頻率域分析的概念。我特彆喜歡他對“信號”這一抽象概念的具象化描述,通過生活中的例子,如聲音、光波的振動,讓我更容易理解信號的物理含義。書中的數學推導清晰流暢,對於每一個重要公式的提齣,都有充分的理論鋪墊和邏輯支撐,這讓我能夠深入理解其背後的數學原理,而非僅僅記憶結論。 書中最令我印象深刻的部分,是對傅裏葉變換及其變種的細緻講解。作者花瞭相當大的篇幅來闡釋傅裏葉級數、傅裏葉變換、離散傅裏葉變換(DFT)和快速傅裏葉變換(FFT)的聯係與區彆。他不僅解釋瞭它們在數學上的推導過程,更著重強調瞭它們在信號處理中的實際應用。我曾經在理解FFT的算法原理時感到睏惑,但通過書中對蝶形運算的分解和圖示講解,我終於茅塞頓開,深刻理解瞭FFT為何能夠大幅提高計算效率。 此外,書中關於各種信號變換的介紹,如拉普拉斯變換和Z變換,也讓我受益匪淺。作者清晰地闡述瞭它們在分析連續時間和離散時間係統中的重要性,以及它們與傅裏葉變換之間的關係。通過對這些變換的深入學習,我能夠更好地理解係統的動態特性,並為後續的係統設計打下堅實的基礎。 這本書的閱讀體驗非常齣色,它不僅僅是一本技術書籍,更像是一次引人入勝的智力探索。我從中不僅獲得瞭寶貴的知識,更培養瞭對信號分析與處理這一學科的濃厚興趣。我強烈推薦這本書給所有對信號與係統、通信、控製等領域感興趣的讀者。
評分作為一名對聲學和音樂技術有一定瞭解的愛好者,我一直試圖尋找一本能夠將我所學的理論與實際應用相結閤的書籍。當我翻開這本《信號分析與處理》時,我立刻被其內容所吸引,因為它恰恰填補瞭我知識體係中的一個重要空白。 書中對信號時域和頻域特性的分析,讓我得以從科學的角度去理解聲音的本質。作者通過對不同樂器發聲的頻譜分析,以及對音樂信號中諧波、泛音的講解,讓我對音頻信號有瞭更深刻的認識。我曾經在進行音頻信號處理時,對均衡器的作用感到睏惑,但通過書中對濾波器設計的詳細介紹,我終於明白瞭不同頻率段的信號是如何被獨立處理的,以及為何不同的均衡器會産生不同的聲音效果。 書中的關於采樣和量化的章節,對於理解數字音頻的形成至關重要。作者清晰地闡釋瞭奈奎斯特采樣定理,以及它在數字音頻采集中的應用。他還深入探討瞭過采樣和欠采樣的影響,以及如何通過量化來將模擬信號轉換為數字信號。這些知識讓我能夠更好地理解數字音頻文件的格式,以及不同音頻采樣率和位深之間的差異。 此外,書中對信號變換的應用,如短時傅裏葉變換(STFT)和梅爾頻率倒譜係數(MFCC),尤其讓我感到興奮。STFT讓我能夠理解聲音信號在不同時間段的頻率變化,這對於分析語音信號的韻律和語調至關重要。而MFCC,則是語音識彆和音樂信息檢索領域常用的特徵提取方法,書中對其原理的講解,為我後續的學習打開瞭新的大門。 這本書不僅僅是一本技術手冊,更是一扇通往聲音世界奧秘的窗口。它以一種易於理解的方式,將復雜的信號處理技術與實際應用緊密結閤,讓我得以用科學的眼光去欣賞音樂,去探索聲音的無窮魅力。我強烈推薦這本書給所有熱愛音樂、對音頻技術感興趣的讀者,它一定會給你帶來意想不到的收獲。
評分這本書給我帶來的最大驚喜,在於它不僅僅是對“信號分析與處理”這個寬泛概念的簡單羅列,而是以一種非常體係化、脈絡清晰的方式,將這個學科的精髓呈現給瞭讀者。初拿到這本書,我擔心它會是一堆枯燥的公式和抽象理論,但事實證明我的擔憂是多餘的。作者在開篇就奠定瞭一個非常紮實的理論基礎,通過引人入勝的引入,讓我快速理解瞭信號的本質以及為什麼要對其進行分析和處理。 我尤其欣賞書中對傅裏葉變換的深入探討。它沒有止步於基本的定義和性質,而是詳細講解瞭不同類型的傅裏葉變換(如離散傅裏葉變換、快速傅裏葉變換)的原理、適用場景以及它們在實際應用中的威力。書中對每個概念的推導都極為嚴謹,同時又不失直觀的解釋,使得那些原本看起來難以理解的數學公式變得生動起來。我常常會在閱讀某個變換的章節時,感到豁然開朗,仿佛之前的睏惑瞬間被驅散。 書中對濾波器設計的部分也讓我印象深刻。作者不僅介紹瞭多種經典的濾波器類型,如巴特沃斯、切比雪夫等,還深入剖析瞭它們各自的設計思路和優缺點。我特彆喜歡其中關於濾波器性能指標的詳細闡述,例如通帶紋波、阻帶衰減、過渡帶寬度等等,這些細緻的分析對於實際工程設計來說至關重要。書中還提供瞭大量的實例,通過這些具體的例子,我能夠更直觀地理解濾波器在音頻處理、圖像去噪等領域的應用。 此外,書中對采樣理論的講解也是我學習過程中的一大收獲。它清楚地闡釋瞭奈奎斯特-香農采樣定理的核心思想,並詳細分析瞭過采樣和欠采樣的影響。我曾在一個項目中遇到過采樣頻率選擇不當導緻失真的問題,閱讀瞭這部分內容後,我纔真正理解瞭背後的原理,並且能夠更自信地去解決類似的問題。書中還探討瞭一些更高級的采樣技術,這對於提升信號采集的精度和效率非常有幫助。 總而言之,這本書是一本兼具理論深度和實踐指導意義的優秀教材。它循序漸進,邏輯嚴謹,語言流暢,非常適閤想要係統學習信號分析與處理的讀者。無論是初學者還是有一定基礎的工程師,都能從中獲益匪淺。我強烈推薦這本書給所有對信號處理領域感興趣的人。
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