9787030155436 中國科學院規劃教材：數字信號處理 科學齣版社 門愛東 等 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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門愛東 等 著

圖書標籤:

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030155436

商品編碼：29502633883

包裝：平裝

齣版時間：2005-08-01

基本信息

書名：中國科學院規劃教材：數字信號處理

定價：28.00元

作者：門愛東 等

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2005-08-01

ISBN：9787030155436

字數：

頁碼：339

版次：1

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.440kg

編輯推薦

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內容提要

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《中國科學院規劃教材：數字信號處理》為北京郵電大學校級精品課程配套教材，在多年原有教材的基礎上，增加瞭新內容，重新整理而成。本書共分6章，主要涉及數字信號處理三個基本內容：一是對離散信號和離散係統進行錶示和分析所必需的基礎知識；二是離散傅裏葉變換和快速算法及其典型應用；三是數字濾波器的設計和實現（包括結構和字長效應）等。為便於理解，本書將每章涉及的Mat-lab內容單獨成節，列於每章之後。每章都配備瞭難易適中的習題，書後還提供瞭部分習題解答，可幫助學生理解。
《中國科學院規劃教材：數字信號處理》可作為高等院校工科通信工程、電子信息工程、自動化、電子科學與技術、測控技術與儀器以及理科電子信息科學與技術等專業的本科教材，也可供相關專業的技術人員參考。

目錄

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前言
章 緒論
1.1 數字信號處理的定義、特點和方法
1.2 數學預備知識
習題

第2章 離散時間信號與離散時間係統
2.1 取樣和內插
2.2 離散時間信號
2.3 時域離散係統的基本概念
2.4 離散係統的差分方程描述及信號流圖
2.5 離散時間信號的傅裏葉變換
2.6 Z變換的定義及收斂域
2.7 Z反變換
2.8 Z變換的性質
2.9 一些常用的Z變換對
2.10 Z變換與拉普拉斯變換、傅裏葉變換的關係
2.11 離散係統的頻域分析
2.12 本章涉及的Matlab函數
習題

第3章 離散傅裏葉變換及其快速計算方法
3.1 問題的提齣
3.2 DFS及其性質
3.3 DFT及其性質
3.4 快速傅裏葉變換
3.5 FFT的應用

第4章 IIR數字濾波器設計和實現
4.1 概述
4.2 模擬濾波器設計
4.3 模擬濾波器的數字仿真
4.4 衝激響應不變法
4.5 雙綫性變換法
4.6 數字濾波器的頻率變換
4.7 IIR數字濾波器的計算機輔助設計
4.8 IIR數字濾波器的實現結構
4.9 本章涉及的Matlab函數

第5章 FIR數字濾波器設計
5.1 相位失真
5.2 綫性相位FIR數字濾波器的條件和特性
5.3 窗函數法
5.4 頻率取樣法
5.5 FIR數字濾波器的優化設計
5.6 FIR數字濾波器的實現結構
5.7 本章涉及的Matlab函數
習題

第6章 數字信號處理中的有限字長效應
6.1 數的錶示及其對量化的影響
6.2 A／D變換的字長效應
6.3 係數量化語磋
6.4 運算中的有限字長效應
習題
部分習題答案
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《數字信號處理》 引言 在現代科技飛速發展的浪潮中，數字信號處理（DSP）已成為不可或缺的核心技術之一，滲透於通信、醫療、音頻、視頻、圖像、控製等幾乎所有技術領域。從智能手機中的語音識彆到高清電視的圖像增強，從醫療設備的精確診斷到航空航天的復雜導航，背後都離不開數字信號處理的身影。它使得我們能夠對現實世界中的模擬信號進行高效、精確的采集、分析、變換和恢復，從而實現更智能、更便捷、更高效的各類應用。 本書旨在為讀者提供一個全麵、係統、深入的數字信號處理理論和實踐的學習平颱。我們力求在理論嚴謹性的基礎上，注重知識的實際應用和工程實現，幫助讀者建立紮實的DSP理論基礎，掌握核心的算法和技術，並能夠將所學知識靈活應用於解決實際工程問題。本書內容涵蓋瞭數字信號處理的基礎概念、關鍵理論、常用算法以及典型的工程應用，旨在培養具備獨立分析和解決DSP領域問題的專業人纔。 第一章 數字信號處理基礎 本章我們將從最基礎的概念齣發，為讀者搭建數字信號處理的認識框架。我們將首先介紹信號的類型，區分模擬信號與數字信號的本質差異，以及數字信號處理為何能在現代科技中扮演如此重要的角色。隨後，我們將深入探討信號的采樣過程，這是將連續的模擬信號轉化為離散的數字信號的關鍵步驟。我們將詳細講解奈奎斯特-香農采樣定理，闡述采樣率對信號保真度的重要影響，並分析過采樣和欠采樣的後果。 緊接著，我們將介紹信號的量化過程，即如何將連續的幅值信號轉化為有限的數字錶示。我們將討論量化誤差的産生及其對信號精度的影響，並介紹常見的量化方法。在此基礎上，我們將引入數字信號的基本錶示形式，包括序列、傅裏葉級數和傅裏葉變換在數字信號分析中的應用。理解這些基本工具對於後續深入學習至關重要。 第二章 離散時間係統 本章將聚焦於數字信號處理的核心——離散時間係統。我們將定義離散時間信號和係統的基本概念，並介紹描述離散時間係統的數學模型，重點是差分方程。我們將深入分析係統的性質，包括綫性、時不變性、因果性以及穩定性。這些性質對於理解和設計有效的數字濾波器至關重要。 我們將重點講解捲積的概念，它是描述綫性時不變（LTI）係統輸入輸齣關係的數學工具。我們將闡述如何通過捲積來預測係統的響應，並介紹計算捲積的各種方法。此外，本章還將引入Z變換，這是分析離散時間信號和係統頻率特性的強大工具。我們將講解Z變換的定義、性質以及逆Z變換，並演示如何利用Z變換來求解差分方程和分析係統的頻率響應。 第三章 離散傅裏葉變換（DFT）與快速傅裏葉變換（FFT） 傅裏葉分析是信號處理領域的基礎，而在數字信號處理中，離散傅裏葉變換（DFT）扮演著至關重要的角色。本章將詳細介紹DFT的定義、性質以及其在信號頻譜分析中的應用。我們將探討DFT如何將時域的離散信號轉化為頻域的離散頻譜，從而揭示信號的頻率成分。 然而，直接計算DFT的計算量非常大，尤其是在處理長序列時。為瞭剋服這一限製，快速傅裏葉變換（FFT）應運而生。本章將深入講解FFT算法，包括Cooley-Tukey算法等主流實現方法，並闡述其如何通過分解算法大大降低計算復雜度。我們將通過實例演示FFT在頻譜分析、濾波以及相關計算中的應用，使其成為工程實踐中不可或缺的工具。 第四章 數字濾波器設計 數字濾波器是數字信號處理係統中用於去除噪聲、提取有用信息或改變信號頻譜特徵的關鍵組件。本章將係統介紹數字濾波器的設計原理和方法。我們將首先區分兩種主要的數字濾波器類型：無限衝激響應（IIR）濾波器和有限衝激響應（FIR）濾波器，並分析它們各自的優缺點。 對於IIR濾波器，我們將介紹其基於模擬濾波器原型（如巴特沃斯、切比雪夫）的設計方法，以及雙綫性變換等映射技術。對於FIR濾波器，我們將重點講解窗函數法（如矩形窗、漢寜窗、漢明窗、巴lett窗、Blackman窗等）和頻率采樣法等設計技術。我們將詳細分析不同設計方法在濾波器性能（如阻帶衰減、通帶紋波、過渡帶寬度）和計算復雜度上的權衡。此外，本章還將介紹濾波器設計中的一些重要指標和設計流程，以幫助讀者掌握根據實際需求設計閤適濾波器的能力。 第五章 有限衝激響應（FIR）濾波器 本章將對有限衝激響應（FIR）濾波器進行更為深入的探討。我們將首先復習FIR濾波器的基本結構和性質，強調其綫性相位特性帶來的優勢，例如不産生相位失真，這在許多對相位敏感的應用中尤為重要。我們將詳細介紹FIR濾波器的設計方法，特彆是窗函數法，深入分析不同窗函數的頻譜泄露特性以及它們對濾波器性能的影響。 我們將講解如何根據給定的技術指標（如通帶截止頻率、阻帶截止頻率、阻帶衰減、通帶紋波）選擇閤適的窗函數和設計參數。此外，本章還將介紹一些更為高級的FIR濾波器設計方法，如Parks-McClellan算法（也稱為最優等紋波濾波器設計算法），該算法能夠設計齣在給定約束下性能最優的FIR濾波器。最後，我們將討論FIR濾波器在實際應用中的一些考慮因素，如濾波器長度的選擇、計算復雜度以及實現方式。 第六章 無限衝激響應（IIR）濾波器 與FIR濾波器相比，無限衝激響應（IIR）濾波器在實現相同性能指標的情況下，通常需要的階數較低，從而節省瞭計算資源。本章將深入研究IIR濾波器的設計。我們將詳細講解IIR濾波器最常用的設計方法之一：基於模擬濾波器原型設計。我們將介紹幾種經典的模擬濾波器原型，如巴特沃斯濾波器（具有平坦的通帶）、切比雪夫濾波器（在通帶或阻帶引入紋波以提高阻帶衰減或過渡帶陡峭度）以及橢圓濾波器（在通帶和阻帶都引入紋波以達到最佳的綜閤性能）。 我們將闡述如何利用雙綫性變換等方法將連續時間域的模擬濾波器原型映射到離散時間域，從而得到IIR數字濾波器。本章還將討論IIR濾波器設計中的一些關鍵問題，例如穩定性分析，以及如何處理原型設計過程中可能齣現的非因果性問題。我們將通過實例說明不同IIR濾波器設計方法的特點及其在工程應用中的選擇依據。 第七章 離散傅裏葉變換（DFT）的性質與應用 本章將對離散傅裏葉變換（DFT）進行更為細緻的闡述，並深入挖掘其豐富的性質及其在實際應用中的廣泛價值。我們將迴顧DFT的定義，並重點討論其重要的數學性質，包括綫性性質、時移性質、頻移性質、周期捲積性質、相關性質以及帕塞瓦爾定理等。這些性質不僅為理解DFT的內在機製提供瞭理論基礎，也為我們在實際操作中進行高效的信號處理提供瞭指導。 我們將深入探討DFT在信號分析中的應用，例如通過DFT的幅度譜和相位譜來分析信號的頻率成分和瞬時相位信息。此外，本章還將重點介紹DFT在捲積計算中的作用，通過DFT和IDFT（離散傅裏葉逆變換）的組閤來實現快速捲積（即圓周捲積），並討論如何將其應用於綫性捲積的計算。DFT還廣泛應用於相關運算，例如信號的自相關和互相關分析，這對於模式識彆、係統辨識等領域具有重要意義。 第八章 采樣與恢復 采樣是數字信號處理的第一步，而信號恢復則是數字信號處理的最後一個環節，它將處理過的數字信號重新轉化為模擬信號，以便於人耳或傳感器感知。本章將深入探討采樣定理的原理及其重要性，並詳細分析理想采樣和實際采樣的區彆。我們將討論奈奎斯特速率的概念，並解釋為何需要以高於奈奎斯特速率的頻率進行采樣以避免混疊現象。 我們將詳細介紹混疊的成因以及如何通過抗混疊濾波器來避免它。在信號恢復方麵，本章將介紹理想插值器（ sinc 插值）和實際的采樣保持（Zero-Order Hold）及其他綫性插值方法。我們將分析不同恢復方法的性能，以及它們在實際應用中的優缺點。最後，本章還將探討信號的過采樣和欠采樣在特定應用場景下的意義和實現方法，以及如何利用信號的稀疏性進行采樣和恢復，例如在壓縮感知領域。 第九章 格形結構與狀態空間方法 除瞭差分方程和傳遞函數之外，格形結構（Lattice structure）和狀態空間方法（State-space representation）是描述和分析離散時間係統的另外兩種重要方法。本章將介紹格形結構，它將濾波器設計分解為一係列簡單的一階部分，具有良好的數值穩定性和易於實現的特點，特彆是在自適應濾波和語音處理中應用廣泛。我們將闡述格形結構的基本原理，以及如何將其應用於FIR和IIR濾波器的實現。 隨後，我們將引入狀態空間方法。這種方法使用一組一階綫性微分方程（對於連續時間係統）或差分方程（對於離散時間係統）來描述係統的動態行為，其中包含瞭係統的狀態變量。狀態空間方法能夠更全麵地描述係統的內部動態，尤其適閤分析多輸入多輸齣（MIMO）係統以及具有非綫性或時變特性的係統。我們將講解如何將傳遞函數轉換為狀態空間形式，以及如何利用狀態空間方法分析係統的可控性、可觀測性以及穩定性。 第十章 數字信號處理的應用領域 數字信號處理的理論和技術之所以如此重要，在於其在各個領域的廣泛應用。本章將選取幾個典型的應用領域，展現DSP的強大威力。我們將首先介紹通信係統中的DSP應用，例如數字調製解調、信道編碼與解碼、迴聲消除以及均衡技術等。 隨後，我們將探討語音信號處理，包括語音識彆、語音閤成、語音增強和說話人識彆等。在圖像和視頻處理領域，我們將介紹圖像增強、濾波、邊緣檢測、圖像壓縮以及視頻編碼等技術。此外，我們還將簡要介紹DSP在生物醫學工程（如心電圖、腦電圖分析）、音頻信號處理（如音頻編碼、效果處理）、控製係統以及科學計算等領域的應用。通過這些實例，讀者將能夠更直觀地理解DSP的實際價值和工程意義。 結論 數字信號處理是一門集數學、信號理論、計算機科學和工程實踐於一體的交叉學科。本書從基礎概念齣發，逐步深入到核心理論、關鍵算法以及典型的工程應用，力求為讀者提供一個全麵且係統的學習路徑。我們希望通過本書的學習，讀者能夠掌握數字信號處理的基本原理和方法，能夠獨立分析和解決實際工程問題，並為進一步探索更高級的DSP領域打下堅實的基礎。隨著技術的不斷發展，數字信號處理的應用前景將更加廣闊，期待本書能夠成為您在該領域學習和探索的有力助手。

評分☆☆☆☆☆

我特彆看重書籍的實用性和指導性，而這本《數字信號處理》在這方麵做得非常齣色。它不僅僅是理論的堆砌，而是緊密結閤瞭工程實踐的需求。書中提供瞭許多與實際應用相關的例子，比如在通信係統中的信號檢測、在生物醫學工程中的信號分析等，這些都讓我能夠將所學的知識與現實世界聯係起來。我記得在學習數字濾波器設計時，書中詳細介紹瞭巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器等幾種常見的設計方法，並且給齣瞭具體的公式和設計步驟。更重要的是，它還討論瞭不同濾波器在實際應用中的權衡，例如通帶紋波、阻帶衰減、相位失真等。這些信息對於工程實踐者來說非常寶貴。此外，書中對一些關鍵算法的實現也提供瞭思路，雖然沒有直接給齣完整的代碼，但其詳盡的解釋足以引導讀者進行編程實現。這種理論與實踐相結閤的風格，讓我覺得這本書非常“接地氣”，也讓我更有動力去探索數字信號處理在各種工程領域中的應用。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和全麵性是我選擇它的主要原因，它不僅涵蓋瞭數字信號處理的基礎理論，還涉及瞭一些更高級的主題，如自適應濾波、小波變換等，這讓我能夠在一個平颱上完成從入門到進階的學習。我尤其贊賞書中對高級主題的處理方式，並沒有直接拋齣復雜的公式，而是先鋪墊相關的背景知識，然後逐步引入新的概念和算法，使得讀者能夠在一個相對平緩的學習麯綫上掌握這些高難度內容。我記得在學習自適應濾波時，書中詳細介紹瞭LMS算法和RLS算法的原理及其在噪聲消除、迴聲消除等方麵的應用。作者通過對算法收斂性、計算復雜度等方麵的分析，幫助我理解不同算法的優缺點，並能夠根據具體應用場景選擇閤適的算法。書中還提供瞭一些仿真實驗的建議，雖然我沒有全部完成，但嘗試其中的幾個，確實讓我對理論知識有瞭更深刻的體會。這本書為我後續的專業學習和研究打下瞭堅實的基礎，它讓我有信心去麵對更復雜的技術挑戰。

評分☆☆☆☆☆

這本《數字信號處理》在我的學習生涯中扮演瞭至關重要的角色，它的深度和廣度都令人印象深刻。剛開始接觸這本書時，我被其係統性的編排所吸引。作者從最基礎的離散時間信號和係統概念入手，逐步深入到傅裏葉分析、Z變換等核心理論。每一個章節都邏輯清晰，層層遞進，仿佛在為構建一個完整的數字信號處理知識體係打下堅實的基礎。我尤其喜歡書中對數學原理的推導過程，雖然有時候會覺得略顯繁瑣，但正是這種嚴謹的論證，讓我能夠真正理解每一個公式背後的含義，而不是僅僅停留在死記硬背的層麵。書中大量的例題和習題也給我提供瞭寶貴的實踐機會，通過親手演算，我能夠更好地鞏固所學知識，並且在遇到睏難時，反復琢磨例題的解法，往往能獲得新的啓發。我記得有一次，我在理解一個關於捲積的復雜概念時遇到瞭瓶頸，翻閱瞭書中的幾個相關例題，並嘗試著自己去分解和重組，最終豁然開朗。這種通過反復練習來加深理解的學習方式，在這本書的指導下變得尤為有效。同時，書中在闡述理論的同時，也會穿插一些實際應用場景的介紹，這讓我意識到數字信號處理並非空中樓閣，而是與我們生活息息相關的技術。

評分☆☆☆☆☆

對於許多初學者來說，數字信號處理可能是一個令人望而生畏的領域，但這本書以其清晰易懂的語言和循序漸進的教學方法，極大地降低瞭學習門檻。作者非常善於將抽象的數學概念轉化為生動的圖示和形象的比喻，這使得我在閱讀過程中能夠更直觀地理解那些復雜的算法和原理。例如，在解釋濾波器設計時，書中配有大量的頻率響應圖和時域波形圖，這些可視化工具讓原本難以捉摸的濾波器特性變得一目瞭然。我印象特彆深刻的是關於FFT（快速傅裏葉變換）的部分，作者通過將長序列的DFT分解成若乾個短序列的DFT，然後進行組閤，巧妙地展現瞭FFT算法的效率優勢。這種“化繁為簡”的講解方式，讓我這個信號處理新手也能輕鬆掌握FFT的核心思想。此外，書中還包含瞭許多實際案例分析，比如音頻信號的處理、圖像壓縮的原理等，這些內容不僅拓展瞭我的視野，也讓我更加堅定瞭深入學習數字信號處理的決心。它不僅僅是一本教科書，更像是一位經驗豐富的老師，在我學習的道路上給予我耐心的指導和鼓勵。

評分☆☆☆☆☆

從編輯排版和語言風格來看，這本書都體現瞭齣版方的專業水準。書的裝幀精美，紙張質量也很好，閱讀體驗非常舒適。內容方麵，作者的敘述條理清晰，語言簡潔明瞭，即使是對於初學者來說，也不會感到晦澀難懂。我尤其喜歡作者在講解概念時所使用的類比和圖示，它們能夠有效地幫助讀者理解那些抽象的數學原理。例如，在解釋捲積的概念時，作者巧妙地運用瞭“滑動”和“疊加”的比喻，讓我一下子就理解瞭捲積的本質。書中公式的推導過程也清晰明瞭，每一步都給齣瞭詳細的解釋，這對於我這種喜歡刨根問底的學習者來說，簡直是福音。我記得曾經花瞭好幾個小時去研究一個關於離散傅裏葉變換（DFT）的性質，書中對該性質的推導過程清晰而詳盡，讓我受益匪淺。總而言之，這是一本值得推薦的優秀教材，它不僅內容豐富，而且講解深入淺齣，非常適閤作為學習數字信號處理的入門或進階讀物。