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陳後金，薛健，鬍健著 著

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 信號處理
• DSP
• 通信工程
• 電子工程
• 算法
• 數學
• 傅裏葉變換
• 濾波
• 係統分析

店鋪： 華文京典專營店

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040247213

商品編碼：29564805434

包裝：平裝

齣版時間：2008-11-01

基本信息

書名：數字信號處理(第2版)

定價：25.70元

作者：陳後金,薛健,鬍健著

齣版社：高等教育齣版社

齣版日期：2008-11-01

ISBN：9787040247213

字數：

頁碼：

版次：2

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.422kg

編輯推薦

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內容提要

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本書是2004年齣版的北京交通大學陳後金主編《數字信號處理》一書的修訂版。本書版於2001年被列為普通高等教育“十五”*規劃教材，2003年被列為高等教育門精品課程教材建設計劃精品項目。第2版被列為普通高等教育“十一五”*規劃教材。
本書介紹數字信號處理的基本原理、基本分析方法和處理技術。簡要介紹離散時間信號和係統的時域、頻域和：域分析的基礎理論，重點介紹離散Fourier變換的原理，以及DFT快速算法在信號處理中的應用，深入討論IIR和FIR數字濾波器的設計方法。根據信息技術的發展，闡述*信號經典功率譜估計的基本理論，簡要介紹多速率信號處理以及信號的小波分析。
本書內容豐富，強調基本理論、基本概念和基本方法，注重數學概念、物理概念和工程概念，並將計算機仿真軟件MATLAB與教材內容緊密結閤，增加瞭設計性、綜閤性和工程性的例題及習題。體現瞭經典與現代相結閤，基本理論與工程技術相結閤，解析方法與計算機輔助分析相結閤。全書敘述深入淺齣，條理清楚，概念清晰。
本書可作為通信與信息係統、交通信息與控製工程、信號與信息處理、生物醫學工程等學科專業本科生教材，也可供有關領域的科技工作者自學參考。

目錄

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章 離散信號與係統分析
1.1 離散時間信號
1.2 離散時間係統
1.3 離散時間信號的頻域分析
1.4 離散時間係統的頻域分析
1.5 離散時間信號的復頻域分析
1.6 離散時間係統的復頻域分析
1.7 全通濾波器與小相位係統
1.8 信號時域抽樣與信號重建
1.9 利用MATLAB實現離散信號和係統分析
1.10 習題
1.11 MATLAB習題
第2章 離散Fourier變換
2.1 有限長序列的Fourier分析
2.2 離散Fourier變換的性質
2.3 離散Fourier變換與z變換的關係
2.4 利用DFT計算綫性捲積
2.5 利用DFT分析連續周期信號的頻譜
2.6 利用MATLAB實現信號DFT的計算
2.7 習題
2.8 MATLAB習題
第3章 離紙Fourier變換快速算法
3.1 基2時間抽取FFT算法
3.2 基2頻率抽取FFT算法
3.3 實序列的DFT計算
3.4 IDFT的快速計算方法
3.5 基4時間抽取FFT算法
3.6 混閤基FFT算法
3.7 習題
第4章 IIR數字濾波器的設計
4.1 模擬低通濾波器設計
4.2 模擬域頻率變換
4.3 脈衝響應不變法
4.4 雙綫性變換法
4.5 IIR數字濾波器的基本結構
4.6 利用MATLAB設計IIR數字濾波器
4.7 習題
4.8 MATLAB習題
第5章 FIR數字濾波器的設計
5.1 綫性相位FIR數字濾波器的特性
5.2 窗函數法設計綫性相位FIR數字濾波器
5.3 頻率取樣法設計綫性相位FIR數字濾波器
5.4 綫性相位FIR數字濾波器的優化設計
5.5 FIR數字濾波器的基本結構
5.6 利用MATLAB設計FIR數字濾波器
5.7 習題
5.8 MATLAB習題
第6章 功率估計
6.1 信號的特徵描述
6.2 平穩序列通過LTI離散時間係統
6.3 估計質量的評價
6.4 自相關函數的估計
6.5 經典功率譜估計
6.6 現代功率譜估計
6.7 利用MATLAB實現信號的功率譜估計
6.8 習題
6.9 MATLAB習題
第7章 多速率信號處理基礎
7.1 多速率係統中的基本單元
7.2 抽取濾波器和內插濾波器
7.3 多相分解
7.4 半帶濾波器
7.5 兩通道濾波器組
7.6 習題
7.7 MATLAB習題
第8章 信號時頻分析與小波分析
8.1 短時Fourier變換
8.2 小波展開與小波變換
8.3 小波變換與多分辨分析
8.4 小波變換與濾波器組
8.5 基於小波的信號處理與應用
8.6 利用MATLAB實現信號小波分析
部分習題答案
參考文獻

作者介紹

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陳後金博士，二級教授，博士生導師，*教學名師，北京交通大學國傢電工電子實驗教學蒸範中心主任，教育部電子電氣基礎課程教學指導分委員會委員，國傢精品課程和國傢雙語教學示範課程“信號與係統”負責人，全國電路、信號與係統和電磁場教學與教材研究會副理事長。

文摘

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序言

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《信號的海洋：探索數字信號處理的奧秘（修訂版）》 在現代科技飛速發展的浪潮中，數字信號處理（DSP）已成為一股不可或缺的驅動力。從我們每天使用的智能手機、高清電視，到醫學影像、地震勘探、甚至是深邃的太空探索，DSP技術無處不在，默默地支撐著這些令人驚嘆的成就。它如同我們解讀世界、與世界互動的通用語言，幫助我們從紛繁雜亂的原始信息中提取齣有價值的洞見，並將其轉化為可識彆、可利用的形態。 本書旨在為讀者打開一扇通往數字信號處理廣闊天地的大門。我們並非僅僅停留於理論的陳述，而是將重點放在概念的清晰闡釋、核心原理的深度剖析，以及這些原理如何在實際應用中發揮作用。我們將帶領您一步步理解那些看似抽象的數學模型，如何轉化為解決現實問題的強大工具。 核心概念的基石：從離散到連續的橋梁 理解數字信號處理，首先需要建立對“信號”本身的認知。信號，最根本的定義，就是承載信息的物理量隨時間或空間的變化。無論是聲音的波動、光綫的強度，還是溫度的起伏，它們都可以被看作是信號。而數字信號處理，顧重道遠，其核心在於對這些信號進行離散化和量化。 想象一下，我們如何捕捉一個連續變化的聲波？自然界中的聲波是連續且無限細分的，但計算機隻能處理有限的、不連續的數據。數字信號處理的第一步，就是將這些連續的模擬信號按照一定的時間間隔進行“采樣”，得到一係列離散的時間點上的信號值。這個過程就像用一把尺子去測量一個麯綫，我們無法測量所有點，但通過在特定點上進行測量，我們可以近似地重構齣麯綫的形態。采樣的頻率至關重要，它決定瞭我們能夠捕獲多少原始信號的信息，過低的采樣率可能導緻信息的丟失，這便是著名的“奈奎斯特-香農采樣定理”所闡述的關鍵。 采樣之後，信號的值還需要被“量化”。連續的信號值可以取無窮多個數值，但數字係統隻能錶示有限的幾個離散的數值。量化就是將連續的信號幅度映射到預設的離散的幅度級彆上。這就像將一個連續變化的溫度計讀數，轉換為“寒冷”、“涼爽”、“溫暖”、“炎熱”等幾個等級。量化誤差是數字信號處理中不可避免的一部分，但通過增加量化比特數，我們可以減小量化誤差，提高信號的精度，使其更接近原始模擬信號。 離散時間信號與係統：數字世界的語言 一旦信號被離散化和量化，我們就進入瞭離散時間信號（DTS）的領域。這類信號以一係列獨立的樣本點錶示，例如 $x[n]$，其中 $n$ 代錶瞭離散的時間索引。理解DTS的性質，如奇偶性、周期性、能量和功率，是後續分析的基礎。 與DTS相對應的是離散時間係統（DTS）。係統是將輸入信號轉化為輸齣信號的處理過程。在數字信號處理中，這類係統通常由一係列數學運算構成，這些運算作用於輸入的離散樣本點，生成新的離散樣本點作為輸齣。 描述離散時間係統的核心工具之一是差分方程。差分方程通過描述當前輸齣與過去輸入和過去輸齣之間的關係，精確地定義瞭係統的行為。例如，一個簡單的濾波器可能用一個差分方程來錶示：$y[n] = a y[n-1] + b x[n]$，其中 $y[n]$ 是當前輸齣，$x[n]$ 是當前輸入，$y[n-1]$ 是上一時刻的輸齣，$a$ 和 $b$ 是係統參數。 為瞭更係統地分析和設計離散時間係統，我們引入瞭捲積的概念。捲積是描述綫性時不變（LTI）係統輸入-輸齣關係的數學運算。對於LTI係統，其輸齣是輸入信號與係統脈衝響應的捲積。脈衝響應是係統對一個單位衝激信號（在 $n=0$ 時刻值為1，其他時刻為0）的響應。理解捲積，就像掌握瞭如何預測一個LTI係統在麵對任何輸入信號時的錶現。 頻率域的洞察：傅裏葉分析的魔力 當信號在時域中顯得復雜難解時，將其轉換到頻率域往往能揭示其內在的結構和規律。傅裏葉分析便是實現這一轉換的強大工具。 在連續時間信號領域，傅裏葉級數和傅裏葉變換將信號分解為一係列不同頻率的正弦和餘弦波的疊加。而在離散時間信號處理中，我們主要關注離散時間傅裏葉變換（DTFT）和離散傅裏葉變換（DFT）。 DTFT將一個無限長的離散時間信號分解為連續頻率分量的疊加，它揭示瞭信號的頻譜特性。然而，DTFT的結果是連續的，這對於計算機處理仍然不便。因此，我們引入瞭DFT。DFT是對DTFT的采樣，它將一個有限長度的離散時間信號分解為有限個頻率分量的疊加。DFT的結果是離散的頻率樣本，這使得我們能夠利用計算機進行計算和分析。 DFT的計算復雜度較高，對於長序列，直接計算DFT會非常耗時。快速傅裏葉變換（FFT）算法應運而生，它以一種巧妙的遞歸方式，極大地降低瞭DFT的計算量，使得傅裏葉分析在實際應用中變得可行。 理解瞭傅裏葉分析，我們就能更深入地理解信號的組成成分，例如一個音頻信號中包含瞭哪些頻率的聲音，一個圖像信號中包含瞭哪些空間頻率的細節。這為信號的濾波、壓縮、分析等應用奠定瞭基礎。 濾波器設計：塑造信號的“精細工藝” 濾波器是數字信號處理中最常見也最重要的工具之一。它的作用就像一個“信號的篩子”，能夠選擇性地允許某些頻率成分通過，而抑製或去除其他頻率成分。根據濾波器對不同頻率成分的處理方式，它們可以分為： 低通濾波器： 允許低頻成分通過，衰減高頻成分。 高通濾波器： 允許高頻成分通過，衰減低頻成分。 帶通濾波器： 允許特定頻率範圍內的成分通過，衰減其他頻率的成分。 帶阻濾波器： 抑製特定頻率範圍內的成分，允許其他頻率的成分通過。 在數字信號處理中，濾波器主要分為兩大類： 無限衝激響應（IIR）濾波器： 其脈衝響應是無限長的，通常使用差分方程來實現。IIR濾波器具有更高的運算效率，可以用較少的係統階數實現特定的濾波特性。 有限衝激響應（FIR）濾波器： 其脈衝響應是有限長的，通常可以通過直接的捲積實現。FIR濾波器具有綫性相位特性，能夠避免引入相位失真，這在某些應用中至關重要。 濾波器的設計涉及到選擇閤適的濾波器結構（如IIR或FIR），確定濾波器的階數，以及設計滿足特定頻率響應要求的濾波器係數。這些設計過程需要用到濾波器設計理論和相應的工具，以便得到性能優良的濾波器。 采樣定理與重構：從離散到連續的迴歸 雖然數字信號處理的核心在於對信號進行離散化，但在很多情況下，我們最終的目標是將處理後的數字信號重新轉換為模擬信號，以便在實際設備中使用。這就需要采樣定理和信號重構的技術。 如前所述，奈奎斯特-香農采樣定理告訴我們，隻要采樣頻率高於信號最高頻率的兩倍，我們就能從離散的樣本點中無損地恢復齣原始的連續信號。信號重構的過程，通常是通過插值技術來實現的。常見的插值方法包括零階保持（Nearest Neighbor）、綫性插值、以及更復雜的Sinc插值等。 理解信號的采樣與重構，能夠幫助我們理解數字係統中信號的完整生命周期，從模擬到數字，再從數字迴到模擬，每一步都至關重要。 實際應用：DSP的無處不在 本書的最終目的，是將這些理論知識與實際應用緊密聯係起來。數字信號處理技術滲透到瞭我們生活的方方麵麵： 通信係統： 手機通信、Wi-Fi、藍牙等都依賴DSP進行信號的調製、解調、編碼、解碼、噪聲抑製等。 音頻處理： MP3、AAC等音頻壓縮格式，迴聲消除、降噪、均衡器等音頻效果，都離不開DSP。 圖像和視頻處理： JPEG、MPEG等圖像和視頻壓縮標準，圖像增強、去噪、特徵提取、人臉識彆等，都是DSP的應用範疇。 生物醫學工程： 心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）信號的分析，醫學影像（CT、MRI）的重建，助聽器的設計，都依賴DSP技術。 控製係統： 工業自動化、機器人控製、航空航天等領域的許多控製係統，都需要DSP來實時處理傳感器數據並輸齣控製信號。 科學研究： 地震數據分析、天文信號處理、粒子物理實驗數據處理等，都離不開強大的DSP能力。 通過本書的學習，您將能夠理解這些應用背後的基本原理，並為進一步深入學習和掌握相關技術打下堅實的基礎。我們希望這本書能夠激發您對數字信號處理的興趣，讓您看到這個領域所蘊含的巨大潛力和無限可能。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容深度和廣度令人印象深刻，它不滿足於僅僅停留在基礎概念的羅列，而是深入到瞭許多現代數字信號處理領域的前沿應用和具體實現細節中。比如，在討論濾波器設計時，作者不僅詳盡對比瞭IIR和FIR的優劣及其設計標準，還花瞭相當大的篇幅去講解瞭頻率采樣法和窗口函數法的具體計算步驟和誤差分析，這對於工程實踐者來說是極其寶貴的。更值得稱贊的是，它似乎預料到瞭讀者在學習過程中可能遇到的所有“為什麼”，並在隨後的章節中以一種循序漸進的方式加以解答，使得知識體係的構建非常牢固，而不是零散的知識點堆砌。我感覺自己像是在跟著一位經驗極其豐富的導師，從最基本的離散時間係統理論開始，一步步攀登到現代自適應濾波和小波分析這些高階主題，每一步都有紮實的理論基礎作為支撐，完全不會有“知其然而不知其所以然”的睏惑感。

評分☆☆☆☆☆

這本書最齣彩的地方在於它對“軟件實現”和“實際工程問題”的關注程度遠遠超過瞭許多同類教材。很多教材在介紹完理論後就戛然而止，留給學習者的是一堆隻能在紙麵上成立的公式。但這一本則不同，它在講解完綫性捲積後，緊接著就討論瞭快速傅裏葉變換（FFT）的算法復雜度和實際加速效果，並且詳細分析瞭有限字長效應在ADC/DAC中的影響，這是非常貼近工程實際的痛點。此外，書中還穿插瞭一些關於C語言或MATLAB代碼片段的僞代碼描述，雖然不是完整的程序，但這些片段足以讓有編程經驗的讀者迅速將理論轉化為可操作的模型。對於正在進行畢業設計或者初入DSP領域工作的工程師來說，這本書提供的不僅僅是理論指導，更像是一份帶有實踐路綫圖的“操作手冊”，它成功地彌閤瞭純理論研究與工程應用之間的鴻溝。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和印刷質量簡直是教科書級彆的典範，厚實的紙張拿在手裏就有一種沉甸甸的專業感，內頁的黑白分明，圖錶的綫條清晰銳利，即便是涉及到復雜的數學公式推導，那些希臘字母和上下標也毫不含糊，讓人在長時間閱讀中眼睛不容易疲勞。裝幀設計上，雖然沒有花哨的裝飾，但那種沉穩的藍色封麵配閤簡潔的字體，透著一股經得起時間考驗的學術氣息，很適閤放在書架上作為工具書長期參考。我特彆欣賞作者在處理那些抽象概念時，對於插圖的運用是如此的恰到好處，每一個流程圖、每一個波形圖都像是精心繪製的藝術品，它們不是簡單地重復文字內容，而是用視覺語言在輔助解釋那些晦澀難懂的原理，比如在講解傅裏葉變換時，那個三維頻譜的動態示意圖，即使是初次接觸這個概念的人，也能立刻抓住其核心的鏇轉和疊加關係。這種對細節的極緻追求，無疑提升瞭整本書的閱讀體驗，也體現瞭齣版方在製作高標準專業教材上的匠心。

評分☆☆☆☆☆

對於我個人而言，這本書最像是一個耐心的、知識淵博的導師，它不會因為我反應稍慢而加速，也不會因為我提問重復而感到厭煩。在那些關於隨機信號處理和譜估計的部分，作者的處理方式尤為高明，他沒有直接拋齣維納-霍夫方程，而是先通過大量的統計學背景迴顧，確保讀者對白噪聲、平穩性等概念理解透徹，然後纔引齣最優綫性估計的推導。這種對先決條件的細緻鋪墊，極大地降低瞭理解復雜隨機過程的心理門檻。當我閤上書本，閤上後我感受到的是知識點的完整閉環，而不是零散的片段。這本書的價值，在於它提供瞭一個能夠自我修正和自我強化的學習框架，使得讀者在未來麵對新問題時，能夠有效地調用已有的理論工具進行分析和求解，它真正實現瞭“授人以漁”的教育目標，遠超瞭一本單純的參考書的範疇。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，與其說是在“學習”，不如說是在進行一場嚴謹的“思維體操”。作者的行文風格極其嚴謹，邏輯鏈條幾乎找不到任何可以被挑剔的斷裂點，每一個定理的引入都伴隨著清晰的證明過程，即便是那些看起來像是“常識”的推論，作者也會給齣明確的數學依據，這對於培養嚴謹的學術思維是至關重要的。我發現自己不僅記住瞭公式，更重要的是理解瞭公式背後的物理意義和數學限製條件。例如，在講解Z變換時，收斂域的討論被提升到瞭一個非常重要的地位，作者用多種方式強調瞭它對係統穩定性和因果性的決定性影響，這種強調不是說教，而是通過一係列緊密相連的例子自然而然地滲透齣來。這本書的難度是毋庸置疑的，它要求讀者有一定的數學基礎，但一旦跨過初期的門檻，後續的閱讀體驗就會變得越來越順暢，因為作者已經為你鋪設好瞭一條清晰且堅實的思維路徑。