數字信號處理——原理、實現及應用 張立材,王民,高有堂 9787563526017 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張立材，王民，高有堂 著

圖書標籤:

• 數字信號處理
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• 王民
• 高有堂
• 9787563526017

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齣版社： 北京郵電大學齣版社有限公司

ISBN：9787563526017

商品編碼：29572590379

包裝：平裝

齣版時間：2011-05-01

基本信息

書名：數字信號處理——原理、實現及應用

定價：36.00元

作者：張立材,王民,高有堂

齣版社：北京郵電大學齣版社有限公司

齣版日期：2011-05-01

ISBN：9787563526017

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.481kg

編輯推薦

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內容提要

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本書是係統講述數字信號處理的基本原理、實現及應用的教材。本書主要講述時域離散信號與係統的基本概念及時域和頻域分析方法，重點討論離散傅裏葉變換及其快速算法、數字濾波器的基本概念與理論、數字濾波器的設計與實現方法，介紹模擬信號和數字信號處理的原理和方法、有關多采樣率數字信號處理的基本理論和高效實現方法、數字信號處理的典型應用，結閤各章例題和習題介紹MATLAB信號處理工具箱函數。
本書適閤作為高等學校電子信息類專業和相近專業本科生的教材，也可作為相關專業科技人員的參考書。

目錄

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章 離散時間信號與係統
　1.1 信號和信號處理
　　1.1.1 信號的特徵與分類
　　1.1.2 典型的信號處理運算
　1.2 時域離散信號
1.2.1 時域離散信號的錶示方法
1.2.2 典型的時域離散信號
1.2.3 周期序列
1.2.4 離散序列的時域運算
1.2.5 任意序列的單位脈衝序列錶示
　1.3 時域離散係統
1.3.1 綫性時不變離散係統
1.3.2 綫性時不變離散係統輸齣與輸入的關係
1.3.3 係統的因果性和穩定性
　1.4 常係數綫性差分方程
1.4.1 N階綫性時不變係統的差分方程描述
1.4.2 綫性常係數差分方程的遞推解法
1.4.3 用MAT1AB求解差分方程
　1.5 模擬信號數字化處理方法
　 1.5.1 時域采樣
　 1.5.2 采樣在頻域中的效應
　 1.5.3 模擬信號的恢復
　小結
　思考題
　練習題
第2章　時域離散信號的頻域分析
第3章　離散傅葉變換
第4章　數字濾波器的算法結構
第5章　IIR數字濾波器的設計
第6章　FIR數學濾波器的設計
第7章　多采樣率數字信息處理
第8章　數字信號處理的實現與應用舉例
附錄　MATLAB信號處理工具函數錶
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：理論基礎與工程實踐》 引言 在信息爆炸的時代，數字信號處理（DSP）技術已經滲透到我們生活的方方麵麵，從手機通信、音頻視頻處理到醫學影像、自動駕駛，無處不在。它賦予瞭我們分析、理解和操控數字信息的能力，是現代科技發展不可或缺的核心技術之一。本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的數字信號處理理論框架，並結閤大量的工程實踐案例，幫助讀者掌握DSP的核心概念、算法實現及其在實際工程中的應用。我們力求在理論的嚴謹性與實踐的可操作性之間找到最佳平衡點，讓讀者不僅理解“為什麼”，更能掌握“怎麼做”。 第一部分：數字信號處理的基石——理論基礎 第一章：信號與係統概述 本章將從最基礎的概念齣發，為讀者構建對信號與係統的初步認知。我們將區分模擬信號與數字信號的本質區彆，闡述數字信號産生的必要性以及數字信號處理所解決的核心問題。 信號的定義與分類： 深入探討信號的數學錶示，包括連續時間信號和離散時間信號，以及它們各自的特性。我們將介紹周期信號、非周期信號、能量信號、功率信號等關鍵分類，並舉例說明其在不同領域的錶現形式，如語音信號、圖像信號、生物電信號等。 係統的定義與分類： 理解係統作為對信號進行處理的“黑箱”，我們將介紹綫性係統、時不變係統、因果係統、穩定係統等重要性質。綫性時不變（LTI）係統是數字信號處理的核心模型，我們將對其進行詳細闡述，並介紹其重要的性質，如疊加性、齊次性。 捲積： 作為LTI係統分析的核心工具，我們將詳細講解離散捲積的定義、計算方法及其重要意義。通過豐富的實例，讓讀者理解捲積如何描述係統對輸入信號的響應。 傅裏葉級數與傅裏葉變換： 傅裏葉分析是理解信號頻譜特性的關鍵。本章將介紹傅裏葉級數用於分析周期信號的頻譜，以及傅裏葉變換用於分析非周期信號的頻譜。我們將深入探討信號的頻率域錶示，理解頻率成分對信號特性的影響，以及傅裏葉變換在信號濾波、頻譜分析等方麵的基礎作用。 第二章：離散時間信號的時域與頻域分析 在掌握瞭信號與係統的基本概念後，本章將聚焦於離散時間信號的深入分析。 離散時間傅裏葉變換（DTFT）： 介紹DTFT的定義、性質及其與連續時間傅裏葉變換（CTFT）的關係。我們將強調DTFT在描述離散信號的連續頻率譜方麵的作用，並討論其在理論分析中的重要性。 傅裏葉變換的性質： 詳細闡述傅裏葉變換的綫性性、時移性、頻移性、捲積性質、帕塞瓦爾定理等，並結閤具體信號實例，展示這些性質在信號分析和處理中的實際應用。 離散傅裏葉變換（DFT）： 介紹DFT的定義、計算方法及其與DTFT的關係。我們將重點分析DFT在計算機實現中的優勢，並為後續快速傅裏葉變換（FFT）的學習打下基礎。 快速傅裏葉變換（FFT）： 講解FFT作為DFT的高效計算算法，將極大地加速信號的頻譜分析。我們將介紹FFT的基本思想和原理，並分析其在實際工程中的巨大價值。 第三章：離散時間係統的時域與頻域分析 本章將係統地分析離散時間係統的特性，並探討其在頻域中的錶現。 係統函數與零極點分析： 介紹係統函數H(z)作為描述離散時間係統頻率響應的復有理函數。我們將深入分析零點和極點在確定係統穩定性和頻率響應中的作用，並繪製其在z平麵上的分布圖，以直觀理解係統特性。 頻率響應： 詳細闡述離散時間係統的頻率響應H(e^(jω))，它反映瞭係統對不同頻率分量的增益和相位變化。我們將分析理想低通、高通、帶通、帶阻濾波器的頻率響應特性，為設計濾波器奠定理論基礎。 係統穩定性： 深入探討離散時間係統的穩定性判據，包括因果穩定性和絕對可積性。我們將分析係統函數零極點位置與係統穩定性之間的關係。 差分方程與係統實現： 介紹差分方程作為離散時間係統的基本描述方式，並講解如何根據差分方程實現係統，包括直接型、級聯型、並聯型等結構，為後續的軟件和硬件實現提供指導。 第二部分：數字信號處理的實現——濾波與變換 第四章：數字濾波器的設計 數字濾波器是數字信號處理中最核心的應用之一，用於去除信號中的噪聲、提取有用信息或改變信號的頻譜特性。本章將重點介紹數字濾波器的設計方法。 濾波器分類： 區分無限衝激響應（IIR）濾波器和有限衝激響應（FIR）濾波器。我們將分析這兩種濾波器在性能、實現復雜度、穩定性等方麵的優缺點，並根據具體應用場景進行選擇。 IIR濾波器設計： 介紹幾種常用的IIR濾波器設計方法，包括巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和橢圓（Elliptic）濾波器。我們將講解如何根據技術指標（如通帶衰減、阻帶衰減、過渡帶寬度）選擇濾波器類型和階數，並展示其設計流程。 FIR濾波器設計： 介紹常用的FIR濾波器設計方法，如窗函數法（矩形窗、漢寜窗、海明窗、布萊剋曼窗等）和頻率采樣法。我們將深入分析不同窗函數對濾波器頻率響應的影響，並提供設計步驟和技巧。 濾波器設計軟件與工具： 介紹常用的數字信號處理工具箱（如MATLAB的Signal Processing Toolbox）在濾波器設計中的應用，指導讀者如何利用這些工具進行高效的設計與驗證。 第五章：采樣與量化 數字信號處理的前提是對模擬信號進行采樣和量化。本章將深入探討這兩個關鍵過程。 采樣定理： 詳細闡述奈奎斯特-香農采樣定理，解釋采樣頻率與信號最高頻率之間的關係，以及欠采樣可能導緻的混疊（Aliasing）現象。我們將分析混疊的危害，並介紹抗混疊濾波器的作用。 采樣過程的數學模型： 使用數學工具描述理想采樣過程，並分析其在頻域中的錶現，即信號頻譜的周期性延拓。 量化過程： 介紹量化誤差的産生及其影響。我們將分析均勻量化和非均勻量化，並探討不同量化位數對信號保真度的影響。 過采樣與噪聲整形： 介紹過采樣（Oversampling）技術如何提高量化精度，以及噪聲整形（Noise Shaping）技術如何將量化噪聲推移到信號不關心的頻段，從而在有限的量化位數下獲得更高的信噪比。 第六章：隨機信號與譜估計 在許多實際應用中，我們處理的信號往往帶有隨機性，如通信中的噪聲、傳感器采集的測量數據等。本章將引入隨機信號的概念，並探討其譜估計方法。 隨機變量與隨機過程： 介紹隨機變量的基本概念，如概率密度函數、期望、方差等。在此基礎上，引入隨機過程的概念，並定義其統計特性，如自相關函數和互相關函數。 平穩隨機過程： 重點分析寬平穩（WSS）隨機過程，理解其自相關函數與時間無關的特性。 功率譜密度： 講解功率譜密度（PSD）的概念，它是描述隨機信號頻率成分功率分布的重要工具。我們將介紹Wiener-Khinchin定理，連接自相關函數和功率譜密度。 譜估計方法： 介紹經典的譜估計方法，包括周期圖法（Periodogram）和改進的周期圖法（如Welch法）。我們將分析這些方法的優缺點，以及在實際應用中的選擇依據。 第三部分：數字信號處理的應用——實例與發展 第七章：數字信號處理在通信係統中的應用 通信係統是數字信號處理最重要和最成熟的應用領域之一。本章將聚焦於DSP在通信中的關鍵作用。 調製與解調： 講解數字調製技術（如ASK, FSK, PSK, QAM）的基本原理，以及相應的解調過程。我們將分析這些調製方式的特點及其在不同通信場景下的適用性。 信道編碼與解碼： 介紹糾錯編碼（如海明碼、捲積碼、Turbo碼、LDPC碼）的基本原理，以及它們如何提高信號在噪聲乾擾下的傳輸可靠性。 均衡技術： 講解信道均衡器（如T型均衡器、自適應均衡器）的作用，如何補償信道引起的信號失真，提高數據傳輸的準確性。 多速率信號處理： 介紹多速率信號處理在通信係統中的應用，如采樣率轉換（Upsampling和Downsampling），以及它們在數據率匹配、節省計算量等方麵的作用。 第八章：數字信號處理在音頻與圖像處理中的應用 音頻和圖像是我們日常生活中最常見的數字信號類型。本章將展示DSP在這些領域的強大能力。 音頻信號處理： 音頻壓縮： 介紹MP3、AAC等音頻壓縮算法的基本原理，如何利用人耳聽覺特性去除冗餘信息，實現高壓縮比。 音頻效果處理： 講解迴聲消除、噪聲抑製、混響、均衡器等音頻效果的DSP實現原理。 語音識彆與閤成： 簡要介紹語音信號的特徵提取（如MFCC）以及語音識彆和閤成的基本流程。 圖像信號處理： 圖像增強： 介紹點運算（如灰度變換、直方圖均衡化）和空間域濾波（如平滑、銳化）在提升圖像視覺質量中的應用。 圖像復原： 講解如何利用DSP技術去除圖像噪聲、模糊等，恢復圖像的原始細節。 圖像壓縮： 介紹JPEG等圖像壓縮標準的基本原理，如離散餘弦變換（DCT）和量化。 圖像分割與特徵提取： 簡要介紹基於邊緣檢測、閾值分割等方法在圖像分割和特徵提取中的應用。 第九章：其他重要應用領域與未來發展趨勢 數字信號處理的應用遠不止於此，本章將觸及其他重要的應用領域，並展望未來的發展方嚮。 醫學影像處理： 如CT、MRI、超聲成像中的信號采集、濾波、重建和圖像增強技術。 雷達與聲納係統： 信號的發射、接收、目標檢測、距離和速度估計等。 生物信號處理： 如心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）等信號的分析與診斷。 控製係統： 數字PID控製器、狀態空間等。 機器學習與深度學習中的DSP： 強調DSP在特徵提取、數據預處理等方麵的基礎作用，以及AI算法在DSP領域的應用。 高性能計算與硬件實現： 介紹DSP芯片（DSPs）、FPGA、GPU等硬件平颱在加速DSP算法中的作用。 未來發展趨勢： 探討AI與DSP的深度融閤、邊緣計算中的DSP應用、以及在物聯網、5G/6G通信、自動駕駛等新興領域中DSP的新機遇。 結語 數字信號處理是一門既有深厚理論基礎又充滿工程實踐活力的學科。本書力求通過清晰的邏輯、詳實的闡述和豐富的案例，為讀者構建一個紮實的DSP知識體係，培養其獨立分析和解決問題的能力。希望本書能成為您在數字信號處理領域學習和探索的可靠夥伴，激發您在這一激動人心的技術領域不斷前進的動力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計倒是挺吸引人的，那種深邃的藍色調，讓人聯想到數據的海洋和復雜的算法。我拿到書的時候，第一印象是它挺厚實的，感覺內容會非常充實。我一直對信號處理這塊挺感興趣的，尤其是在現代通信和各種嵌入式係統中的應用，總覺得這是一個技術含量很高的領域。這本書的排版看起來很清晰，圖錶也比較多，這對於理解抽象的數學概念非常有幫助。我特彆留意瞭目錄，感覺涵蓋的範圍很廣，從基礎的理論推導到實際的係統實現都有涉及。我希望通過這本書能係統地梳理一下我對離散傅裏葉變換、Z變換這些核心概念的理解，並真正弄明白它們在工程實踐中是如何被應用的。畢竟，光知道公式還不夠，如何把理論轉化為可運行的代碼和可靠的係統，纔是檢驗學習成果的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

說實話，剛翻開前幾章的時候，那種撲麵而來的數學公式陣列確實讓人有點心悸。它沒有迴避那些必要的理論深度，這一點我挺欣賞的，畢竟想吃透數字信號處理這碗飯，繞不過這些硬骨頭。那些關於采樣定理、量化誤差的深入探討，寫得非常細緻，感覺作者在講解這些基本原理時，是站在一個非常紮實的數學基礎之上，力求邏輯上的嚴密性。不過，說實話，對於初學者來說，可能需要多花點時間去消化這些嚴謹的論證。我更期待的是後續章節中關於濾波器設計和快速傅裏葉變換（FFT）算法的詳細剖析。我希望書中能提供一些具體的、可操作的案例分析，展示如何根據不同的性能指標（比如通帶紋波、阻帶衰減）來選擇和設計閤適的IIR或FIR濾波器。這纔是真正體現“應用”價值的部分。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和印刷質量給我留下瞭很好的印象，紙張的厚實度保證瞭在反復翻閱和圈點時不會輕易損壞，這對於一本工具書來說非常重要。我注意到書中插圖的清晰度和準確性都非常高，特彆是那些錶示時域和頻域響應的圖形，綫條非常銳利，有助於區分不同的係統特性。我個人比較看重的是書本的邏輯組織是否流暢，從基礎概念的鋪墊到復雜算法的推導，過渡是否自然。如果能做到像一位經驗豐富的導師在逐步引導學生建立知識體係，那麼這本書的價值就不僅僅在於知識的傳授，更在於思維方式的塑造。我希望通過閱讀，能建立起一種係統性的、自上而下的信號處理問題解決框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書的整體行文風格是偏嚮學術和嚴謹的，不像有些科普讀物那樣輕鬆活潑。它更像是為已經具備一定工程背景或者正在進行相關專業學習的學生準備的教材。我對其中關於自適應濾波和譜估計的部分非常感興趣，這部分內容往往是區分普通信號處理和高級應用的關鍵。我希望作者能清晰地闡述LMS算法的工作流程，並提供一些實際的噪聲消除或迴聲消除係統的框圖和關鍵參數設置的指導。同時，對於現代譜分析方法，比如Welch法或最大熵譜估計，如果能配上一些用MATLAB或Python工具箱實現的對比仿真結果，那讀起來的直觀感受會大大提升。這種理論與仿真緊密結閤的敘述方式，纔是現代工程技術書籍的標誌。

評分☆☆☆☆☆

我購買這本書的一個主要驅動力，是想找到一些關於現代DSP芯片和FPGA實現方麵的詳盡介紹。現在很多教材都停留在純理論的層麵，而這本書的副標題裏明確提到瞭“實現”，這讓我對它抱有更高的期望。我希望書中能不僅僅停留在算法層麵，而是能深入到具體的硬件加速或軟件優化策略。比如，在使用定點運算時，如何進行有效的溢齣控製和精度管理；在實現FFT時，有沒有給齣一些高效的位翻轉算法的C語言或匯編層麵的僞代碼示例。如果能結閤一些主流的DSP平颱（如TI的C6000係列或者ADI的SHARC係列）的編程模型來講解，那就更完美瞭。這本書的篇幅看起來很有潛力去覆蓋這些實踐性的內容，希望它能成為我從理論到實踐之間那座堅實的橋梁。