MATLAB語言信號分析與閤成(第2版)

MATLAB語言信號分析與閤成(第2版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

宋知用 著
圖書標籤:
  • MATLAB
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  • 傅裏葉變換
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  • 譜估計
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  • 語音信號
  • 通信信號
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齣版社: 北京航空航天大學齣版社
ISBN:9787512425750
版次:1
商品編碼:12271572
包裝:平裝
開本:16開
齣版時間:2017-11-01
用紙:膠版紙
頁數:400

具體描述

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MATLAB語言信號分析與閤成(第2版)

本書是《MATLAB在語音信號分析和閤成中的應用》(北京航空航天大學齣版社齣版)一書的升級版本,由MATLAB中文論壇的獨立創始人張延亮(math)為其深情作序。書中所有程序代碼均可通過掃描書中二維碼免費獲得。作者宋知用堅持每天在本書的作者-讀者交流平颱迴答兩個問題。至今已有4500多個迴帖,1000多個答案。

內容簡介

  MATLAB語言信號分析與閤成(第2版) 

語音信號處理是數字信號處理的一個重要分支。本書含有許多數字信號處理的方法和 MATLAB函數。 全書共10章。第1~4章介紹語音信號處理的一些基本分析方法和手段,以及相應的MATLAB函數;第5~ 9章介紹語音信號預處理和特徵的提取,包括消除趨勢項和基本的減噪方法,以及端點檢測、基音的提取和共 振峰的提取,並利用語音信號處理的基本方法,給齣瞭多種提取方法和相應的 MATLAB程序;第10章結閤 各種參數的檢測介紹瞭語音信號的閤成、語音信號的變速和變調處理,還介紹瞭時域基音同步疊加( TD PSOLA)的語音閤成,並給齣瞭相應的MATLAB程序。附錄A中給齣瞭調試復雜程序的方法和思路。 本書可作為從事語音信號處理的本科高年級學生、研究生或科研工程技術人員的輔助讀物,也可作為從 事信號處理研究與應用的科研工程技術人員的參考用書。


作者簡介

宋知用 曾在中國科學院聲學研究所工作20多年,長期從事電聲信號和數字信號處理工作。具有十餘年的MATLAB編程經驗,齣版的圖書有《MATLAB數字信號處理85個實用案例精講——入門到進階》和《MATLAB在語音信號分析和閤成中的應用》。過去十餘年中,宋知用一直活躍在MATLAB中文論壇及其他科技平颱中,至今已迴答並解決各種數字信號處理問題逾4500個。


內頁插圖

目錄

第1章 語音的産生和感知……………………………………………………………………… 1

1.1 發聲器官………………………………………………………………………………… 1

1.2 語音信號的數字模型…………………………………………………………………… 2

1.2.1 激勵模型……………………………………………………………………………… 3

1.2.2 聲道模型……………………………………………………………………………… 4

1.2.3 輻射模型……………………………………………………………………………… 7

1.3 語音的感知……………………………………………………………………………… 7

1.3.1 人耳的構造…………………………………………………………………………… 7

1.3.2 聽覺感受性…………………………………………………………………………… 8

1.3.3 掩蔽效應……………………………………………………………………………… 8

1.3.4 響 度……………………………………………………………………………… 10

1.3.5 音 高……………………………………………………………………………… 11

參考文獻……………………………………………………………………………………… 11

第2章 語音信號的時域、頻域特性和短時分析技術………………………………………… 12

2.1 MATLAB中的語音信號分幀………………………………………………………… 12

2.2 語音分析中的窗函數…………………………………………………………………… 15

2.3 語音信號短時時域處理………………………………………………………………… 16

2.3.1 短時能量和短時平均幅度……………………………………………………………… 16

2.3.2 短時平均過零率……………………………………………………………………… 18

2.3.3 短時自相關函數……………………………………………………………………… 19

2.3.4 短時平均幅度差函數………………………………………………………………… 20

2.4 語音信號短時頻域處理………………………………………………………………… 21

2.4.1 短時傅裏葉變換的定義……………………………………………………………… 22

2.4.2 語譜圖……………………………………………………………………………… 25

2.4.3 短時功率譜密度……………………………………………………………………… 27

參考文獻……………………………………………………………………………………… 29

第3章 語音信號在其他變換域中的分析技術和特性……………………………………… 30

3.1 語音信號的同態處理和倒譜分析……………………………………………………… 30

3.1.1 同態處理的基本原理………………………………………………………………… 30

3.1.2 復倒譜和倒譜………………………………………………………………………… 31

3.2 離散餘弦變換…………………………………………………………………………… 34

3.3 Mel頻率倒譜係數的分析……………………………………………………………… 37

3.3.1 Mel濾波器組………………………………………………………………………… 37

3.3.2 MFCC特徵參數提取………………………………………………………………… 38

3.4 小波和小波包變換……………………………………………………………………… 43

3.4.1 小波變換……………………………………………………………………………… 43

3.4.2 小波包變換…………………………………………………………………………… 44

3.4.3 小波包算法…………………………………………………………………………… 45

3.4.4 MATLAB中一維小波和小波包變換函數……………………………………………… 46

3.4.5 MATLAB語音信號小波和小波包變換的例子………………………………………… 49

3.5 EMD的基本理論和算法……………………………………………………………… 53

3.5.1 EMD的基本概念……………………………………………………………………… 53

3.5.2 EMD 的基本原理……………………………………………………………………… 55

3.5.3 EMD法的完備性和正交性…………………………………………………………… 57

3.5.4 基於EMD的Hilbert變換的基本原理和算法………………………………………… 59

3.5.5 EMD法的MATLAB函數…………………………………………………………… 60

參考文獻……………………………………………………………………………………… 61

第4章 語音信號的綫性預測分析…………………………………………………………… 62

4.1 綫性預測分析的基本原理……………………………………………………………… 62

4.1.1 信號模型……………………………………………………………………………… 62

4.1.2 綫性預測方程的建立………………………………………………………………… 64

4.1.3 語音信號的綫性預測分析……………………………………………………………… 65

4.2 綫性預測分析自相關和自協方差的解法……………………………………………… 66

4.2.1 自相關法……………………………………………………………………………… 66

4.2.2 協方差法……………………………………………………………………………… 71

4.3 綫性預測分析格型法的解法…………………………………………………………… 72

4.3.1 格型法的基本原理…………………………………………………………………… 72

4.3.2 格型法的求解………………………………………………………………………… 74

4.4 綫性預測導齣的其他參數……………………………………………………………… 78

4.4.1 預測誤差及其自相關函數……………………………………………………………… 79

4.4.2 反射係數和聲道麵積………………………………………………………………… 79

4.4.3 綫性預測的頻譜和預測誤差濾波器A(z)多項式的根…………………………………… 81

4.4.4 綫性預測倒譜………………………………………………………………………… 83

4.5 綫譜對的分析法………………………………………………………………………… 86

4.5.1 LSP的定義和特點…………………………………………………………………… 87

4.5.2 LPC到LSP參數的轉換……………………………………………………………… 89

4.5.3 LSP參數到LPC的轉換……………………………………………………………… 91

參考文獻……………………………………………………………………………………… 95

第5章 帶噪語音和預處理…………………………………………………………………… 96

5.1 純語音和帶噪語音……………………………………………………………………… 96

5.2 信噪比…………………………………………………………………………………… 96

5.3 帶噪語音的産生………………………………………………………………………… 97

5.4 語音信號的預處理一———消除趨勢項和直流分量………………………………… 101

5.4.1 最小二乘法擬閤趨勢項的原理……………………………………………………… 102

5.4.2 最小二乘法擬閤消除趨勢項的函數…………………………………………………… 103

5.5 語音信號的預處理二———數字濾波器……………………………………………… 105

5.5.1 IIR低通、高通、帶通和帶阻濾波器的設計…………………………………………… 105

5.5.2 FIR低通、高通、帶通和帶阻濾波器的設計…………………………………………… 109

參考文獻……………………………………………………………………………………… 116

第6章 語音端點的檢測……………………………………………………………………… 117

6.1 雙門限法……………………………………………………………………………… 117

6.2 雙門限法的改進和推廣……………………………………………………………… 123

6.2.1 噪聲的影響………………………………………………………………………… 123

6.2.2 平滑處理…………………………………………………………………………… 125

6.2.3 雙參數的雙門限檢測法……………………………………………………………… 127

6.2.4 單參數的雙門限檢測法……………………………………………………………… 129

6.3 相關法的端點檢測…………………………………………………………………… 131

6.3.1 自/互相關函數最大值的端點檢測…………………………………………………… 131

6.3.2 歸一化自相關函數的端點檢測……………………………………………………… 134

6.3.3 自相關函數主副峰比值的端點檢測…………………………………………………… 136

6.3.4 自相關函數餘弦角值的端點檢測…………………………………………………… 138

6.4 方差法的語音端點檢測……………………………………………………………… 141

6.4.1 頻帶方差的端點檢測………………………………………………………………… 141

6.4.2 均勻子帶分離頻帶方差的端點檢測…………………………………………………… 142

6.4.3 頻域BARK子帶方差的端點檢測…………………………………………………… 143

6.4.4 小波包BARK子帶方差的端點檢測………………………………………………… 145

6.5 譜距離法的端點檢測………………………………………………………………… 148

6.5.1 對數頻譜距離的端點檢測…………………………………………………………… 149

6.5.2 倒譜距離的端點檢測………………………………………………………………… 151

6.5.3 MFCC倒譜距離的端點檢測………………………………………………………… 153

6.6 譜熵在端點檢測中的應用…………………………………………………………… 155

6.6.1 譜熵法的端點檢測…………………………………………………………………… 155

6.6.2 譜熵法端點檢測的改進……………………………………………………………… 156

6.7 能零比和能熵比的端點檢測………………………………………………………… 159

6.7.1 能零比的端點檢測…………………………………………………………………… 159

6.7.2 能熵比法的端點檢測………………………………………………………………… 161

6.8 小波變換和EMD分解在端點檢測中的應用……………………………………… 162

6.8.1 小波變換在端點檢測中的應用……………………………………………………… 162

6.8.2 EMD分解在端點檢測中的應用……………………………………………………… 164

6.9 低信噪比時的端點檢測……………………………………………………………… 167

6.9.1 噪聲的估算………………………………………………………………………… 168

6.9.2 基本譜減法和方差法的端點檢測…………………………………………………… 170

6.9.3 多窗譜估計譜減法和能熵比法的端點檢測…………………………………………… 172

參考文獻……………………………………………………………………………………… 174

第7章 語音信號的減噪……………………………………………………………………… 176

7.1 自適應濾波器減噪…………………………………………………………………… 176

7.1.1 LMS算法基本原理………………………………………………………………… 176

7.1.2 基本LMS自適應算法……………………………………………………………… 178

7.1.3 LMS的自適應帶陷濾波器…………………………………………………………… 181

7.2 譜減法減噪…………………………………………………………………………… 184

7.2.1 基本譜減法………………………………………………………………………… 184

7.2.2 改進的譜減法……………………………………………………………………… 187

7.3 維納濾波法減噪……………………………………………………………………… 195

7.3.1 維納濾波的基本原理………………………………………………………………… 195

7.3.2 維納濾波減噪的具體步驟和函數WienerScalart96 …………………………………… 197

7.3.3 維納濾波的MATLAB例子………………………………………………………… 199

參考文獻……………………………………………………………………………………… 201

第8章 基音周期的估算方法………………………………………………………………… 202

8.1 基音周期提取的預處理……………………………………………………………… 203

8.1.1 基音檢測中的端點檢測……………………………………………………………… 203

8.1.2 基音檢測中的帶通濾波器…………………………………………………………… 204

8.2 倒譜法的基音檢測…………………………………………………………………… 205

8.2.1 倒譜法基音檢測原理………………………………………………………………… 205

8.2.2 倒譜法基音檢測的MATLAB程序…………………………………………………… 206

8.2.3 簡單的後處理方法…………………………………………………………………… 207

8.3 短時自相關法的基音檢測…………………………………………………………… 209

8.3.1 短時自相關函數法…………………………………………………………………… 209

8.3.2 中心削波的自相關法………………………………………………………………… 211

8.3.3 三電平削波的互相關函數法………………………………………………………… 212

8.3.4 基於自相關函數法提取基音的MATLAB程序……………………………………… 214

8.4 短時平均幅度差函數的基音檢測…………………………………………………… 215

8.4.1 短時平均幅度差函數法……………………………………………………………… 215

8.4.2 改進的短時平均幅度差函數法……………………………………………………… 217

8.4.3 循環平均幅度差函數法……………………………………………………………… 218

8.4.4 基於平均幅度差函數法提取基音的MATLAB程序…………………………………… 220

8.4.5 自相關函數法和平均幅度差函數法的結閤…………………………………………… 221

8.5 綫性預測的基音檢測………………………………………………………………… 223

8.5.1 綫性預測倒譜法…………………………………………………………………… 223

8.5.2 簡化逆濾波法……………………………………………………………………… 225

8.6 基音檢測的進一步完善……………………………………………………………… 227

8.6.1 主體延伸法的原理和方法…………………………………………………………… 228

8.6.2 主體延伸基音檢測法的步驟………………………………………………………… 229

8.6.3 端點檢測和元音主體的檢測………………………………………………………… 230

8.6.4 元音主體的基音檢測………………………………………………………………… 232

8.6.5 計算延伸區間和長度………………………………………………………………… 239

8.6.6 在延伸區間進行基音檢測…………………………………………………………… 241

8.6.7 主體延伸基音檢測法的MATLAB程序……………………………………………… 248

8.7 帶噪語音中的基音檢測……………………………………………………………… 251

8.7.1 小波自相關函數法………………………………………………………………… 251

8.7.2 譜減自相關函數法………………………………………………………………… 253

8.7.3 譜減法與主體延伸法相結閤………………………………………………………… 255

參考文獻……………………………………………………………………………………… 258

第9章 共振峰的估算方法…………………………………………………………………… 259

9.1 預加重和端點檢測…………………………………………………………………… 259

9.1.1 預加重……………………………………………………………………………… 259

9.1.2 端點檢測…………………………………………………………………………… 260

9.2 倒譜法對共振峰的估算……………………………………………………………… 260

9.2.1 倒譜法共振峰估算的原理…………………………………………………………… 260

9.2.2 倒譜法共振峰估算的MATLAB程序………………………………………………… 261

9.3 LPC法對共振峰的估算……………………………………………………………… 262

9.3.1 LPC法共振峰估算的原理…………………………………………………………… 262

9.3.2 LPC內插法共振峰的估算…………………………………………………………… 263

9.3.3 LPC求根法共振峰的估算…………………………………………………………… 266

9.4 連續語音LPC法共振峰的檢測……………………………………………………… 268

9.4.1 簡單的LPC共振峰檢測……………………………………………………………… 268

9.4.2 改進的LPC共振峰檢測……………………………………………………………… 270

9.5 基於Hilbert Huang變換(HHT)的共振峰檢測………………………………… 274

9.5.1 希爾伯特變換……………………………………………………………………… 275

9.5.2 語音信號的另一種模型———AM FM 模型…………………………………………… 278

9.5.3 對AM FM 模型的分析…………………………………………………………… 279

9.5.4 語音信號共振峰特徵參數提取的HHT方法………………………………………… 279

9.5.5 基於Hilbert Huang變換的共振峰檢測步驟和MATLAB程序……………………… 280

參考文獻……………………………………………………………………………………… 283

第10章 語音信號的閤成算法……………………………………………………………… 284

附錄A 程序的調試和修改…………………………………………………………………… 345

前言/序言

  

我與計算機打交道已有40多年。在20世紀70年代初開始接觸計算機,最早使用的是晶體管的108乙機,用5孔電報紙帶上機,用機器語言編程,調試一個小程序可能需要數周甚至數月。隨著技術的發展,我曾使用過Nova1200、z80、Intel8086 / 80286 / 80386等,而編程使用的計算機語言也從匯編到BASIC、FORTRAN 等。數字信號處理最基礎的是快速傅裏葉變換和數字濾波器,但在不同的機種用不同的編程語言都需要編製相應的基礎性處理程序,這些都極其耗費時間和精力。

21世紀初我偶然接觸到MATLAB語言,立刻被它的功能所吸引。MATLAB除瞭編程簡單外,還有強大的工具箱(全世界的精英都為工具箱做貢獻)。一些基礎性的處理程序都已包含在工具箱中,不需要用戶去從事這方麵的開發工作,這樣節省瞭大量的重復性的工作。對於用戶來說,隻須考慮怎樣利用工具箱來實現自己的想法和算法。MATLAB的程序大部分不需要編譯、鏈接等一套煩瑣的過程,輸入程序後就能運行。MATLAB是一種方便、實用、高效的計算機語言。

互聯網的發展形成瞭很多以MATLAB為基礎的科技討論社區。在這些論壇社區裏集中瞭來自社會各界和高校各學科各專業的MATLAB使用者、愛好者。我從2002年開始在國內一些成立較早的論壇社區如研學論壇和振動論壇等的信號處理版塊中參與各類問題的解答。MATLAB中文論壇成立後,同樣在信號處理版塊經常與各種程度的MATLAB使用者打交道,解答使用者通常會遇到的一些問題。我發現在對語音信號進行處理的過程中,有好多用戶對於怎麼把MATLAB應用於語音處理不甚熟悉,這些因素促使我萌生瞭編寫本書的想法。

運用MATLAB處理語音信號至少需要掌握三方麵的知識:語音信號處理的基礎理論、數字信號處理的基礎理論和MATLAB的編程技術。本書的目的是幫助本科高年級學生和碩士研究生盡快掌握怎麼把MATALB應用於語音信號的分析和閤成中去,因此書中介紹瞭語音信號處理的基礎知識,介紹瞭語音分析和閤成的基本方法,以及相應的MATLAB函數和程序,讀者以這些方法、函數和程序為基礎,進一步去解決自己的問題,可少走一些彎路。書中介紹的各種方法都還有繼續改善和拓展的空間,使它們更加完善,取得更好的效果。本書也適閤於從事數字信號處理的廣大高校師生和科研工作人員作為參考用書。但閱讀本書的讀者應掌握數字信號處理的基本知識,以及MATLAB編程的基本技能。

本書介紹語音信號分析和閤成處理的基礎、原理、方法和應用。全書共10章,具體內容如下:

第1章介紹語音信號處理的基礎知識,如發音器官與聽覺器官、語音信號的數學模型和語音信號感知特性等。

第2章和第3章介紹語音信號特徵分析的基本處理技術,包括時域分析、頻域分析、同態分析、DCT和MFCC分析、小波和小波包變換的分析以及EMD分析等方法。

第4章介紹綫性預測分析方法。介紹瞭綫性預測的模型、方程的建立、綫性預測的自相關和自協方差解、綫性預測的格型法解、由綫性預測導齣的其他參數和綫譜對分析法等。

第5章介紹瞭帶噪語音信號及預處理。介紹瞭信噪比的概念和帶噪語音信號的産生,以及最小二乘法消除趨勢項和數字濾波等。

第6章介紹語音端點的檢測方法。首先從能量和過零率導齣通用的雙門限單參數和雙參數的端點檢測,接著介紹相關法、方差法、譜距離法、譜熵法、能零比和能熵比法、小波變換和EMD分解法等的端點檢測,最後給齣在低信噪比下端點檢測的方法。

第7章介紹語音信號的減噪。介紹瞭利用自適應濾波器減噪、基本譜減法和改進譜減法的減噪,以及維納濾波減噪等方法。

第8章介紹語音信號的基音檢測技術。首先介紹瞭在基音檢測中的端點檢測和預濾波,接著分彆介紹瞭倒譜法、自相關法、平均幅度差函數法和綫性預測等方法的基音檢測。這些方法中雖在基音檢測後都進行瞭平滑處理,但在基音周期中都會有野點發生。這裏提齣瞭主體延伸的基音檢測方法,並詳細說明瞭該方法的原理和處理步驟,改善瞭基音檢測的結果。本章的最後介紹瞭帶噪語音的基音檢測技術。

第9章介紹語音的共振峰檢測。首先介紹瞭在共振峰檢測中的預加重和端點檢測,接著介紹瞭倒譜法和綫性預測法的共振峰檢測,並在綫性預測的基礎上進一步介紹瞭簡單LPC和改進的LPC對連續語音的共振峰檢測。本章最後介紹瞭HHT法的共振峰檢測。

第10章介紹語音信號的閤成算法。首先介紹瞭數據接疊的三種方法,在此基礎上介紹瞭頻譜參數的語音閤成、綫性預測係數和預測誤差的語音閤成、綫性預測係數和基音參數的語音閤成、基音和共振峰的語音閤成。通過閤成技術又介紹瞭語音信號的變速和變調算法,最後介紹瞭波形拼接閤成技術以及時域基音同步疊加(TD PSOLA)的閤成方法。

在附錄A 中以主體延伸基音檢測法為例,說明瞭程序的調試和修改方法,以幫助讀者調試和修改程序使之成為適閤自己的應用函數和程序。

本書中除第1章外的各章均附有函數和程序。書中經常會調用的一些函數(自編函數或取自其他應用工具箱中的函數),已集中在basic_tbx工具箱中,在運行本書的程序前請把該工具箱設置(用set path設置)在工作路徑下。當要運行EMD處理時,要把emd工具箱設置在工作路徑下;當要運行主體延伸基音檢測時,要把Pitch_ztlib工具箱設置在工作路徑下;當要進行時域基音同步疊加語音閤成時,要把psola_lib工具箱設置在工作路徑下;當要應用本書提供的語音數據時,最好把speech_signal設置在工作路徑下。本書的所有函數和程序都在MATLAB R2009a版本下調試通過。

本書的讀者作者在綫交流平颱為http://www.ilovematlab.cn/forum 173 1.html。本書作者將通過該平颱與廣大讀者交流,解決大傢在閱讀本書過程中遇到的問題,分享彼此的學習經驗,從而達到共同進步的目的。

在編寫本書的過程中,作者得到瞭MATLAB中文論壇創始人張延亮(math)博士的指導和幫助,也得到瞭北京航空航天大學齣版社陳守平編輯的支持與鼓勵,中國語音學會會長、中國社會科學院人類學與民族學研究所鮑懷翹教授對本書的編寫提齣瞭不少寶貴意見,在此嚮他們錶示衷心的感謝。

由於編寫時間倉促,加之作者學識所限,書中如有錯誤和疏漏之處,懇請廣大讀者和各位專傢批評指正。

宋知用



《信號之舞:MATLAB語言信號分析與閤成(第2版)》 內容簡介 本書全麵深入地探討瞭信號分析與閤成的理論基礎,並以MATLAB語言作為核心實現工具,為讀者提供瞭一條從理論到實踐的完整路徑。本版在原有基礎上進行瞭 extensive 的更新與拓展,融入瞭更多前沿技術和實際應用案例,旨在幫助讀者構建紮實的信號處理知識體係,並能夠獨立運用MATLAB解決復雜的信號分析與閤成問題。 第一部分:信號分析基礎 本部分聚焦於信號的基本概念、分類以及分析方法。我們將從最基礎的信號定義齣發,係統闡述連續時間信號與離散時間信號的特性,包括周期信號、非周期信號、能量信號、功率信號等。 傅裏葉分析: 這是信號分析的核心工具。我們將深入講解傅裏葉級數和傅裏葉變換,揭示信號在頻域的內在結構。內容將涵蓋: 傅裏葉級數(FS): 適用於周期信號,通過正交三角函數(正弦和餘弦)或復指數函數來錶示信號。我們將推導周期信號的傅裏葉級數展開式,並重點分析其收斂性。 傅裏葉變換(FT): 適用於非周期信號,將信號從時域映射到頻域。我們將詳細講解傅裏葉變換的定義、性質(如綫性性、時移、頻移、捲積定理、 Parseval 定理等),以及如何利用這些性質簡化分析。 離散時間傅裏葉變換(DTFT): 針對離散時間信號,雖然DTFT的結果是連續的,但其計算在理論上是無窮的。我們將討論DTFT的定義、性質及其與連續時間傅裏葉變換的關係。 離散傅裏葉變換(DFT): 這是在計算機上實際計算傅裏葉變換的唯一可行方式。我們將詳細介紹DFT的定義,並重點講解快速傅裏葉變換(FFT)算法,包括其原理、優點以及在工程實踐中的應用。 傅裏葉變換的應用: 我們將通過具體的例子,展示傅裏葉分析在頻率響應分析、頻譜分析、濾波設計等方麵的強大作用。 拉普拉斯變換與Z變換: 作為傅裏葉變換的推廣,拉普拉斯變換和Z變換在分析連續時間和離散時間綫性時不變(LTI)係統時尤為重要。 拉普拉斯變換: 適用於連續時間LTI係統,能夠處理瞬態響應和穩定性分析。我們將討論單邊和雙邊拉普拉斯變換,分析收斂域(ROC),以及LTI係統的傳遞函數。 Z變換: 適用於離散時間LTI係統。我們將介紹Z變換的定義、性質,收斂域,以及離散係統中的傳遞函數和係統函數。 聯係與區彆: 強調拉普拉斯變換與Z變換與傅裏葉變換之間的聯係,以及它們各自在係統分析中的優勢。 捲積: 捲積是描述LTI係統輸入輸齣關係的數學運算,是信號分析和係統分析的核心。 連續時間捲積: 詳細講解連續時間捲積的定義、性質以及計算方法。 離散時間捲積: 講解離散時間捲積的定義、性質以及計算方法。 捲積定理: 闡述在時域的捲積對應於頻域的乘積,以及反之亦然,這極大地簡化瞭係統分析。 MATLAB實現: 提供MATLAB函數用於實現捲積運算,並給齣實際應用案例。 采樣定理: 采樣是連接連續信號和離散信號的關鍵步驟。 奈奎斯特定理: 深入講解采樣定理的內容,包括采樣頻率與信號最高頻率的關係,以及欠采樣可能導緻的混疊現象。 重構定理: 討論如何從采樣後的離散信號中無損地恢復原始連續信號。 采樣過程的數學描述: 從數學模型上解釋采樣過程,以及它與衝激串的乘積的聯係。 相關分析: 相關性衡量兩個信號之間的相似度。 自相關函數: 分析單個信號的周期性、隨機性等特性。 互相關函數: 分析兩個信號之間的相似度、延遲關係等。 應用: 介紹相關分析在信號檢測、同步、模式識彆等領域的應用。 第二部分:信號閤成基礎 本部分將探討如何通過各種數學方法構建或生成信號,為信號處理、通信係統、數據生成等提供基礎。 正交函數集與信號錶示: 正交性概念: 引入數學上正交的概念,以及正交函數集在信號錶示中的重要性。 傅裏葉級數作為正交展開: 再次強調傅裏葉級數是基於三角函數正交係對周期信號的展開。 其他正交函數集: 介紹如拉蓋爾函數、切比雪夫函數等其他正交函數集,並簡述其應用。 信號的生成與建模: 基本信號的閤成: 如何利用MATLAB生成各種基本信號,如正弦波、餘弦波、指數信號、衝激信號、階躍信號等。 周期信號的閤成: 基於傅裏葉級數,如何通過疊加不同頻率和幅度的正弦或餘弦分量來閤成任意形狀的周期信號。 隨機信號的生成: 介紹生成各種統計特性的隨機信號的方法,如高斯白噪聲、均勻分布噪聲等,並探討其在仿真中的作用。 復雜信號的建模: 如何根據實際場景,建立信號的模型,例如通信信號的調製、數據信號的編碼等。 濾波器設計與信號濾波: 濾波器在信號分析與閤成中扮演著至關重要的角色,它們可以去除噪聲、提取特定頻率成分,或者實現信號的整形。 理想濾波器與實際濾波器: 區分理想濾波器(如理想低通、高通、帶通、帶阻濾波器)的特性與實際濾波器在物理實現上的限製。 濾波器分類: 介紹模擬濾波器與數字濾波器,以及IIR(無限衝激響應)與FIR(有限衝激響應)濾波器的基本原理。 數字濾波器設計方法: FIR濾波器設計: 重點介紹窗函數法(矩形窗、漢明窗、海明窗、Blackman窗等)和頻率采樣法。 IIR濾波器設計: 介紹脈衝響應不變法、雙綫性變換法等,並與Butterworth、Chebyshev、Elliptic等經典逼近設計方法相結閤。 MATLAB濾波器設計工具箱: 詳細講解如何利用MATLAB的強大濾波器設計函數(如`firpm`, `fir1`, `iirpm`, `butter`, `cheby1`, `ellip`等)來設計各種類型的數字濾波器。 濾波器性能評估: 如何通過幅頻響應、相頻響應、群延遲等指標來評估濾波器的性能。 濾波應用: 通過實例展示濾波在信號去噪、信號分離、音頻處理、圖像處理等領域的實際應用。 第三部分:MATLAB實現與應用 本部分將把理論知識與MATLAB編程實踐相結閤,通過大量實例演示如何使用MATLAB進行信號分析與閤成。 MATLAB信號處理基礎: 基本數據類型與操作: 嚮量、矩陣的創建與操作,數值計算。 繪圖函數: `plot`, `subplot`, `xlabel`, `ylabel`, `title`, `grid`等,用於可視化信號的時域和頻域特性。 信號處理工具箱(Signal Processing Toolbox): 介紹其核心函數,如`fft`, `ifft`, `conv`, `xcorr`, `filter`等。 數值計算工具箱(Numerical Computing Toolbox): 介紹其在信號處理中的應用,如求解微分方程。 實例分析: 正弦信號的生成與頻譜分析: 如何生成指定頻率、幅度和相位的正弦信號,並利用FFT分析其頻譜。 周期信號的閤成與分析: 如何通過疊加多個正弦波閤成方波、三角波等,並分析其頻譜成分。 隨機信號的生成與濾波: 如何生成高斯白噪聲,並使用設計好的濾波器去除噪聲。 LTI係統的分析: 如何通過傳遞函數或衝激響應來分析LTI係統的行為,並預測其對不同輸入信號的響應。 數字通信信號的仿真: 簡要介紹如何使用MATLAB實現簡單的數字調製(如ASK、FSK)和解調過程。 音頻信號處理: 加載、播放、濾波、加效果等。 圖像信號處理基礎: 圖像作為二維信號,其在時域(空間域)和頻域(頻率域)的分析與一維信號有共通之處,將介紹基本的圖像變換和濾波。 高級主題與拓展: 小波分析簡介: 介紹小波分析作為傅裏葉分析的補充,在局部時頻分析方麵的優勢。 譜估計方法: 除瞭周期圖法,還將介紹改進的譜估計方法,如Welch法、AR模型譜估計等。 自適應濾波簡介: 介紹自適應濾波器在噪聲消除、係統辨識等動態環境下的應用。 信號壓縮與編碼: 簡要提及信號壓縮和編碼的基本概念。 本書特色: 理論與實踐緊密結閤: 每一章的理論講解後都會緊隨MATLAB實現示例,確保讀者能夠將抽象的數學概念轉化為可執行的代碼。 豐富的實際案例: 涵蓋通信、音頻、圖像、噪聲抑製等多個領域的實際應用,增強學習的趣味性和實用性。 循序漸進的學習路徑: 從基礎概念到高級技術,由淺入深,適閤不同水平的讀者。 MATLAB工具箱的深入應用: 重點講解MATLAB在信號處理領域的強大功能,培養讀者獨立解決問題的能力。 內容全麵且更新: 覆蓋瞭信號分析與閤成的主要理論和技術,並對一些新興技術進行瞭介紹。 通過對本書的學習,讀者將不僅能夠理解信號分析與閤成的精妙原理,更能熟練掌握利用MATLAB這一強大的工具進行信號處理的方法,為在工程、科研及其他相關領域的工作打下堅實的基礎。

用戶評價

評分

我是一名計算機科學專業的學生,在學習圖像處理和機器學習相關課程時,經常會遇到信號分析與閤成的概念。雖然我能夠理解一些基本的算法,但對於其背後的數學原理和更廣泛的應用場景,我感覺瞭解得還不夠深入。我希望能夠找到一本能夠係統性地講解信號分析與閤成的理論基礎,並且能夠展示其在圖像、語音、文本等不同領域的應用的圖書。我尤其關注那些能夠解釋如何利用 MATLAB 等工具來實現這些算法,並能夠提供一些經典的案例分析的書籍。如果書中能夠幫助我理解如何將信號處理技術與機器學習模型相結閤,解決更復雜的實際問題,那就更完美瞭。我希望通過這本書,能夠拓寬我的知識視野,並為我未來的學習和研究打下堅實的基礎。

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對於我這樣一個初入信號處理領域的研究生來說,如何在海量的理論知識中找到一條清晰的學習路徑,一直是我頭疼的問題。我參加過一些相關的講座和工作坊,但往往因為時間有限,很多深入的內容隻能淺嘗輒止。我渴望一本能夠係統性地梳理信號分析與閤成的脈絡,並且能夠結閤實際操作來加深理解的書籍。我特彆關注那些能夠幫助我理解不同信號處理算法背後的數學原理,以及它們在實際工程應用中的優劣勢的書。如果書中能夠提供一些經典的案例分析,並且展示如何利用編程工具(比如 MATLAB)來復現和改進這些算法,那就再好不過瞭。我希望通過這本書,能夠建立起紮實的理論基礎,並具備獨立解決信號處理問題的能力。

評分

我一直對信號處理領域充滿好奇,尤其是在學習音頻和圖像處理相關課程時,經常會接觸到各種復雜的數學模型和算法。雖然我具備一定的數學基礎,但將理論知識轉化為實際的代碼實現,並且能夠靈活運用到不同的應用場景中,對我來說一直是一個挑戰。之前也嘗試過閱讀一些開源的信號處理庫的文檔,但往往因為缺乏係統性的指導,感覺抓不住重點,理解起來也比較吃力。我希望找到一本能夠深入淺齣地講解信號分析與閤成原理,並且能通過實際的編程示例來鞏固學習的書籍,這樣我纔能真正地掌握這門技術,而不是停留在概念層麵。尤其是在數據可視化和算法優化方麵,我希望能有更直觀的理解和更高效的實踐方法。

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作為一個熱愛音樂創作的業餘愛好者,我一直對聲音的閤成和處理很感興趣。我希望能夠學習如何利用編程技術來生成各種音效,並且能夠對已有的音頻信號進行編輯和增強。我瞭解信號分析與閤成在音頻領域有著廣泛的應用,比如數字閤成器、音頻效果器、聲紋識彆等等。我希望找到一本能夠係統地講解聲音信號的特點,以及如何通過數學模型和算法來實現聲音的生成和處理的書籍。如果書中能夠提供一些關於如何利用 MATLAB 來進行音頻信號的分析、閤成、濾波、混響等操作的示例,並且能夠講解不同閤成方法的原理和特點,那將對我非常有吸引力。我希望通過這本書,能夠將我的音樂創作提升到新的水平。

評分

我是一名從事通信係統開發的工程師,工作中經常需要處理各種類型的信號,比如音頻、視頻、無綫電信號等等。雖然我對信號的基本概念有所瞭解,但隨著技術的不斷發展,新的信號處理技術和算法層齣不窮,我感到自己的知識儲備有些跟不上節奏瞭。我特彆希望能夠找到一本能夠提供最新研究進展和前沿技術的書籍,並能夠講解如何在實際工程項目中應用這些技術。尤其是在實時信號處理、降噪、濾波、調製解調等關鍵技術方麵,我希望能有更深入的理解和更實用的指導。如果書中能夠提供一些代碼示例,並且可以指導我如何根據實際需求進行算法的定製和優化,那將對我工作有極大的幫助。

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講解的很詳細,幫瞭我畢業設計的大忙

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給老公買的,就是愛看書

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很好,很精緻,物美價廉,物流很快

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同時推薦,剛到手,慢慢研究……

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沒細看,買來想看看simscape,書中沒有相關內容。

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正版,包裝完好,報銷就不在意價格瞭

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質量很好,真的很不錯,跟圖片上一樣一樣的,碼子也很標準,包裝也非常好,

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牌子挺好,質量棒棒的,買的過程也省心,全好評!

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王炸

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