数字信号处理实验与学习指导(高等学校应用型特色规划教材) 9787302284123 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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宋宇飞 著

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• 实践教学

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302284123

商品编码：29663240997

包装：平装

出版时间：2012-10-01

基本信息

书名：数字信号处理实验与学习指导(高等学校应用型特色规划教材)

定价：28.00元

作者：宋宇飞

出版社：清华大学出版社

出版日期：2012-10-01

ISBN：9787302284123

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.459kg

编辑推荐

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　　安排了基本实验与综合实验，有助于加深理解数字信号处理的基本原理，并熟悉MATLAB的应用。
　　系统梳理了数字信号处理的基本概念和理论线索，并详细分析了典型例题和部分习题，方便课后的系统练习和巩固基本知识。

内容提要

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　　本书是立足于工程应用型本科的教学实践而编写的数字信号处理实验与学习指导教材。
　　《高等学校应用型特色规划教材：数字信号处理实验与学习指导》是主教材《数字信号处理》的教辅材料，分为实验指导篇与学习指导篇。实验指导篇根据数字信号处理的基本概念与原理、重要算法与应用，安排了基本实验与综合实验，方便学生上机练习，以加深理解数字信号处理的基本原理，并熟悉MATLAB的应用；学习指导篇贴近数字信号处理的基本知识点与理论体系，系统梳理数字信号处理的基本概念和理论线索，并详细分析典型例题和部分习题，方便学生进行课后的系统练习和巩固基本知识。
　　本书可作为电子信息类本科专业的教材和其他相关专业的教学参考书，也可作为相关领域工程技术人员的参考书。

目录

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实验指导篇
章　基础实验
实验一 时域离散信号的产生和基本运算
一、实验目的
二、实验原理与方法
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
六、实验参考
实验二 时域离散系统及系统响应
一、实验目的
二、实验原理与方法
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
六、实验参考
实验三 离散时间傅里叶变换DTFT及IDTFT
一、实验目的
二、实验原理与方法
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
六、实验参考
实验四 离散傅里叶变换DTFT及IDFT
一、实验目的
二、实验原理与方法
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
六、实验参考
实验五 用FFT做频谱分析
一、实验目的
二、实验原理与方法
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
六、实验参考
实验六 时域采样与信号的重建
一、实验目的
二、实验原理与方法
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
六、实验参考
实验七 频域采样与恢复
一、实验目的
二、实验原理与方法
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
实验八 用脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器
一、实验目的
二、实验原理与方法
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
六、实验参考
实验九 用双线性变换法设计IIR数字滤波器
一、实验目的
二、实验原理与方法
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
实验十 用窗函数法设计FIR数字滤波器
一、实验目的
二、实验原理与方法
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
六、实验参考
实验十一 用频率采样法设计FIR数字滤波器
一、实验目的
二、实验原理与方法
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
实验十二 用FDATool设计数字滤波器
一、实验目的
二、实验原理与方法
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告

第2章　综合实验
综合实验一 利用FFT分析信号频率成分和功率
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
综合实验二 语音信号的采样和频谱分析
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告
综合实验三 用谱减法实现语音增强
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验预习
五、实验报告

学习指导篇
第3章　时域离散信号与系统
3.1 本章基本要求
3.2 学习要点与公式
3.2.1 信号与系统的类型
3.2.2 典型序列的特点
3.2.3 序列的运算
3.2.4 时域离散系统
3.2.5 时域离散系统的输入输出描述——线性常系数差分方程
3.2.6 模拟信号的数字处理方法
3.3 典型例题
3.4 习题选解

第4章 时域离散信号与系统的频域分析
4.1 本章基本要求
4.2 学习要点与公式
4.2.1 DTFT和IDTFT
4.2.2 DTFT的基本性质
……
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《精通数字信号处理：理论、算法与实践》 内容梗概： 本书旨在为读者构建一个扎实而全面的数字信号处理（DSP）知识体系，深入浅出地讲解DSP的核心概念、关键理论、主流算法及其在实际工程中的应用。全书内容由浅入深，逻辑清晰，循序渐进，既注重理论的严谨性，又强调算法的实用性和工程实现的可行性。本书适合作为高等院校电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术等相关专业的本科生、研究生教材，也可作为DSP领域的研究人员、工程师及爱好者的重要参考书籍。 第一部分：数字信号处理基础 本部分奠定DSP学习的基石，旨在让读者理解离散时间信号和系统的基本特性，为后续深入学习打下坚实基础。 第一章：绪论 数字信号处理的重要性与发展历程： 介绍DSP在现代科技和生活中的 ubiquity，从早期模拟信号处理的局限性引出数字信号处理的优势（高精度、灵活性、可编程性等）。简述DSP的发展历程，包括早期理论探索、集成电路的发展以及现代高性能DSP芯片的出现，勾勒出DSP技术在通信、医疗、音频、图像、雷达等领域的广泛应用前景。 模拟信号与数字信号： 详细阐述模拟信号和数字信号的定义、区别与联系。通过实例说明模拟信号的连续性和数字信号的离散性、量化性，强调采样和量化在模拟信号向数字信号转换中的关键作用。 DSP系统的基本组成： 介绍一个典型的DSP系统的基本模块，包括信号源、传感器、模数转换器（ADC）、数字处理器（DSP芯片或微处理器）、数模转换器（DAC）以及执行器等，理解信号处理流程。 DSP的主要应用领域： 结合具体案例，如语音通信中的回声消除、音频处理中的均衡器、图像处理中的滤波和增强、通信系统中的调制解调等，展示DSP技术的强大能力和广泛影响力。 第二章：离散时间信号与系统 离散时间信号的表示与分类： 介绍单位脉冲序列、单位阶跃序列、指数序列、正弦序列等基本离散信号，以及周期信号、非周期信号、能量信号、功率信号等分类。重点讲解信号的奇偶分解、偶延、左移/右移等基本操作。 离散时间系统的基本概念： 定义离散时间系统，介绍系统的输入、输出、状态等要素。阐述系统的基本性质：线性、时不变（LTI）、因果性、稳定性。通过示例说明如何判断一个系统是否具有这些性质。 卷积和（Convolution Sum）： 深入讲解LTI系统的核心运算——卷积和。详细推导和解释卷积和的计算过程，展示如何通过输入信号和系统冲激响应的卷积来计算系统的输出。提供不同信号和系统冲激响应的卷积计算示例。 差分方程描述系统： 介绍如何用差分方程来描述和分析离散时间系统。讲解零输入响应（ZIR）和零状态响应（ZSR），以及全响应的概念。 系统框图与信号流图： 介绍如何用框图和信号流图来直观地表示离散时间系统，特别是可以用来说明差分方程的实现结构，为后续的系统设计和实现提供可视化工具。 第三章：傅里叶变换与Z变换 离散时间傅里叶变换（DTFT）： 引入DTFT的概念，阐述其在分析离散时间信号频谱特性中的重要作用。推导DTFT的定义，并通过实例计算不同信号的DTFT。重点讨论DTFT的收敛条件。 傅里叶级数（FS）与周期信号的DTFT： 讲解周期信号的傅里叶级数表示，并将其与DTFT联系起来，理解周期信号频谱的离散性。 傅里叶变换的性质： 详细列举并证明DTFT的各种重要性质，如线性、时移、频移、时域卷积与频域乘积的关系、微分等，帮助读者更灵活地运用DTFT分析信号。 离散傅里叶变换（DFT）： 介绍DFT的定义，及其与DTFT的关系（DFT是DTFT在离散均匀时间点的采样）。讲解DFT在计算机实现上的优势，为后续的快速傅里叶变换（FFT）做铺垫。 Z变换： 引入Z变换的定义，阐述其作为DTFT的推广，尤其适用于分析包含指数信号的离散时间系统。详细推导Z变换的公式，并介绍收敛域（ROC）的概念及其重要性。 Z变换的性质： 列举并证明Z变换的各种重要性质，如线性、时移、初值定理、终值定理、卷积定理等，强调Z变换在系统稳定性、因果性分析中的作用。 逆Z变换： 讲解如何通过部分分式展开法、留数法等方法计算逆Z变换，从而从系统函数获得系统的冲激响应。 系统函数（Transfer Function）： 定义系统函数H(z)，阐述其与系统冲激响应h[n]之间的Z变换关系。利用系统函数分析系统的频率响应和稳定性。 第二部分：数字滤波器的设计与分析 本部分是DSP的核心内容之一，专注于数字滤波器的理论、设计方法和实现技巧，为信号去噪、信号增强、信号分离等应用提供关键技术。 第四章：无限冲激响应（IIR）滤波器 IIR滤波器的基本概念： 定义IIR滤波器，强调其冲激响应无限长，通常由反馈结构实现。介绍IIR滤波器的数学模型——差分方程。 IIR滤波器的频率响应： 讲解如何从系统函数H(z)的零、极点分布分析IIR滤波器的频率响应特性，理解滤波器对不同频率信号的衰减或增强作用。 IIR滤波器的稳定性与因果性： 深入分析IIR滤波器稳定性和因果性的判别条件，重点是极点在单位圆内的要求。 IIR滤波器的设计方法： 模仿模拟滤波器设计法： 详细介绍双线性变换法，如何将已有的模拟滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）的系统函数通过双线性变换转换为数字IIR滤波器。讨论预畸变（pre-warping）的必要性。 直接设计法： 介绍基于幅频特性的设计方法，如幅频线性要求的设计。 IIR滤波器的实现结构： 介绍直接型、标准二阶型（biquad）等不同实现结构，分析它们的优点和缺点（如计算量、对系数量化误差的敏感性）。 第五章：有限冲激响应（FIR）滤波器 FIR滤波器的基本概念： 定义FIR滤波器，强调其冲激响应有限长，不存在反馈，因此天然稳定且容易实现。 FIR滤波器的频率响应： 分析FIR滤波器幅频响应的对称性，及其与冲激响应时域对称性的关系。 FIR滤波器的线性相位： 重点讲解线性相位FIR滤波器的重要性，即相位失真小，在音频、图像处理等领域尤为关键。推导线性相位FIR滤波器的条件，包括四种类型。 FIR滤波器的设计方法： 窗函数法： 详细介绍使用不同的窗函数（矩形窗、汉宁窗、海明窗、凯塞窗等）截断理想滤波器的冲激响应，并分析不同窗函数对滤波器性能（阻带衰减、过渡带宽度）的影响。 频率采样法： 介绍通过指定滤波器在特定频率点的幅度和相位来设计FIR滤波器。 优化设计法（Parks-McClellan算法）： 深入介绍Parks-McClellan算法（也称Remez交换算法），这是一种最优设计方法，可以设计出在给定的通带和阻带内达到最小最大纹波的FIR滤波器。讲解算法的原理、迭代过程和应用。 FIR滤波器的实现结构： 介绍直接型、穿行型（transposed direct form）等实现结构，以及其在硬件实现上的效率。 第六章：滤波器设计实例与比较 低通、高通、带通、带阻滤波器的设计： 结合实例，演示如何设计不同类型的IIR和FIR滤波器，包括巴特沃斯、切比雪夫、海明窗FIR等，并展示其设计参数（截止频率、阻带衰减、过渡带宽度）。 IIR与FIR滤波器的性能比较： 从稳定性、计算复杂度、相位特性、滤波器阶数、对系数量化误差的敏感性等方面，系统地比较IIR和FIR滤波器的优缺点，帮助读者根据具体应用场景选择合适的滤波器类型。 陷波滤波器设计： 讲解如何设计陷波滤波器，用于去除特定频率的噪声，例如工频干扰。 第三部分：数字信号处理的算法与应用 本部分将深入探讨DSP中的核心算法，并结合实际应用场景，展示DSP技术的强大功能和广阔前景。 第七章：抽样定理与信号重建 奈奎斯特抽样定理： 详细阐述奈奎斯特抽样定理，理解信号带宽与抽样频率之间的关系，以及过采样和欠采样的后果。 采样过程的数学描述： 使用脉冲序列与原始信号相乘来模拟采样过程，并分析其频谱特性。 插值与信号重建： 讲解如何通过插值滤波器从离散的采样点重建原始连续信号。介绍sinc函数插值、线性插值、多项式插值等方法。 抗混叠滤波器： 强调在ADC之前使用抗混叠滤波器（低通滤波器）的重要性，以避免欠采样引起的混叠现象。 第八章：快速傅里叶变换（FFT）算法 FFT的原理与重要性： 介绍FFT作为一种高效计算DFT的算法，极大地降低了计算复杂度，使得傅里叶分析在实时系统中成为可能。 按时间抽取的FFT（Cooley-Tukey算法）： 详细推导和讲解Cooley-Tukey算法，包括蝶形运算（butterfly operation）的概念，以及如何通过分治法将N点DFT分解为两个N/2点DFT。 按频率抽取的FFT： 简要介绍按频率抽取的FFT算法。 FFT的应用： 讲解FFT在频谱分析、卷积计算（利用卷积定理）、相关计算等方面的应用。 第九章：自适应信号处理 自适应滤波器的概念与基本原理： 介绍自适应滤波器的核心思想，即滤波器系数可以根据输入信号的统计特性动态调整，以实现最优的滤波性能。 最小均方（LMS）算法： 详细讲解LMS算法的原理，包括代价函数（均方误差）、梯度下降法、步长（learning rate）等。推导LMS算法的更新公式。 递归最小二乘（RLS）算法： 介绍RLS算法，分析其比LMS算法收敛速度更快，但计算量更大的特点。 自适应滤波器的应用： 讲解自适应滤波器在噪声消除（如语音降噪）、回声消除、均衡（通信信道均衡）、模式识别等领域的实际应用。 第十章：相关与卷积 自相关与互相关： 定义自相关函数和互相关函数，并分析它们的性质。讲解如何利用相关来检测信号、估计时延、识别信号模式。 相关与卷积的关系： 阐述相关与卷积在数学上的紧密联系，强调卷积是LTI系统的核心运算，而相关则用于比较信号的相似性。 基于FFT的卷积计算： 介绍如何利用FFT和卷积定理，通过频域乘积来高效计算线性卷积和圆周卷积。 第十一章：多速率信号处理 采样率变化（升采样与降采样）： 讲解如何通过插入零或重复采样点实现信号的升采样（插值），以及如何通过抽取样本点来降低采样率（降采样）。 多速率滤波器的设计： 介绍多速率系统中滤波器的重要性，如抗混叠滤波器和抗镜像滤波器。 多速率信号处理的应用： 探讨多速率信号处理在通信系统（如多载波通信）、音频处理、图像处理等领域的应用。 第十二章：数字信号处理在通信系统中的应用 数字调制与解调： 介绍ASK、FSK、PSK、QAM等数字调制技术，以及相应的解调原理，如匹配滤波器（Matched Filter）的设计。 信道编码与解码： 简要介绍纠错码的作用，如汉明码、卷积码，以及它们在提高通信系统可靠性方面的作用。 OFDM技术： 详细介绍正交频分复用（OFDM）技术，包括其基本原理（将高速数据分解成多个低速子载波传输）、FFT/IFFT在OFDM中的应用、循环前缀（CP）的作用等。OFDM已成为现代无线通信（如Wi-Fi、LTE、5G）的核心技术。 软件定义无线电（SDR）： 介绍SDR的概念，以及DSP在SDR系统中实现灵活的无线通信功能的重要性。 第十三章：数字信号处理在图像与音频处理中的应用 图像处理基础： 图像的表示与采样： 介绍灰度图像和彩色图像的表示方式，以及图像的数字化过程。 图像增强： 讲解点处理（如对比度拉伸、直方图均衡）、空间域滤波（如平滑滤波、锐化滤波）、频率域滤波（如低通、高通滤波）等图像增强技术。 图像复原： 介绍退化模型，以及如何通过逆滤波、维纳滤波等方法来复原退化的图像。 图像压缩： 简要介绍无损压缩和有损压缩的基本原理，如JPEG标准中的DCT变换。 音频处理基础： 音频信号的数字化： 介绍音频信号的采样率、量化位数等参数。 音频信号的滤波与均衡： 讲解如何使用数字滤波器来调整音频的频率特性，实现音效增强。 音频降噪： 介绍谱减法、维纳滤波等音频降噪算法。 语音信号处理： 简要介绍语音的产生机制，以及语音识别、语音合成的基本概念。 附录 常用的数学公式与性质汇总 MATLAB/Python DSP工具箱简介与常用函数示例 本书在内容组织上力求理论与实践相结合，每一章的讲解都伴随着丰富的例题和必要的数学推导，并辅以大量的图示，帮助读者建立直观的理解。在算法介绍部分，不仅会讲解其原理，还会剖析其计算复杂度，并结合实际应用场景，给出具体的实现思路。此外，本书还特别注重工程实现的细节，如系数的量化误差、运算的溢出问题等，为读者将来从事实际的DSP系统开发打下良好的基础。本书期望通过详实的讲解和深入的分析，帮助读者真正掌握数字信号处理的精髓，并能将其灵活应用于各种实际工程问题中。

评分☆☆☆☆☆

作为一名动手能力要求很强的学习者，我最看重教材的实践指导性，而这本书在这方面展现出了卓越的水准。它不仅仅停留在理论讲解的层面，而是紧密结合实际应用场景，为我们搭建了一个非常坚实的实践平台。每一个章节后面配套的实验设计都极具针对性和挑战性，不会是那种为了凑数而设置的简单操作，而是真正能让你把书本上的知识点转化为实际代码或硬件操作的“试金石”。更难能可贵的是，它在描述实验步骤时，不仅告诉你“做什么”，更深入地解释了“为什么这么做”，这种知其然也知其所以然的教学方式，极大地培养了我们独立分析和解决问题的能力。我感觉自己在使用这本书的过程中，已经开始像一个真正的工程师那样去思考和调试，而不是仅仅停留在理论概念的背诵上。这种“做中学”的理念，在这本书里得到了完美的贯彻和体现，是真正能让人技能得到飞跃的实用型教材。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和排版真是让我眼前一亮，初上手感觉非常舒服。纸张的质感不错，拿在手里沉甸甸的，一看就是用心制作的教材。封面设计简洁大气，透着一股专业范儿，不像有些教材那样花里胡哨。内页的字体大小和行距设置得很合理，阅读起来一点都不费劲，即使长时间盯着看，眼睛也不会太累。而且，这本书的目录结构清晰明了，章节划分逻辑性很强，让我能很快找到自己想学习或者复习的重点内容。在学习过程中，我发现作者在细节处理上非常到位，比如图表的清晰度和专业性，每一个公式和关键概念的标注都非常准确，这对于我们这种需要深入理解理论的学习者来说，无疑是一个巨大的加分项。总的来说，从实体书的质感和阅读体验上来说，这本书绝对是教科书中的上乘之作，让人有种想立刻捧起来仔细研读的冲动，看得出来出版方在生产环节的把控非常严格，确实配得上“特色规划教材”这个名号。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容组织简直是一场精彩的智力冒险，它没有一上来就堆砌那些晦涩难懂的公式，而是采用了循序渐进的方式，仿佛一位经验丰富的老师在耐心地引导我们进入一个全新的知识领域。我特别欣赏它在引入新概念时所采用的那些巧妙的比喻和生活化的例子，这些“引子”一下子就打破了我对某些抽象理论的畏惧感，让我能迅速抓住核心思想的脉络。比如，它解释某个滤波器的原理时，不是简单地抛出一个数学表达式，而是先描绘一个现实中类似的情境，再用这个情境来“构建”出这个理论的必要性和运作方式，这种沉浸式的学习体验非常棒。对于一些复杂的算法推导，作者似乎非常理解学生在哪个步骤最容易卡住，所以会在关键的过渡点上增加额外的解释和旁注，让整个学习过程充满了“豁然开朗”的惊喜感。这种设计，极大地提升了学习的效率和兴趣，让人感觉这不是在啃教材，而是在和一位高水平的导师进行深度对话。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格真是太接地气了，用词精准又不失活力，完全没有那种传统教材特有的干巴巴的学术腔调。阅读起来，你会感觉到作者的知识储备深厚，但表达方式却非常亲切自然，仿佛老朋友在给你讲解一个很酷的技术。在处理一些跨学科的知识点交叉融合时，它的叙述流畅得惊人，很少出现需要反复阅读才能理清逻辑关系的情况。我特别喜欢它在某些特定章节末尾设置的“思考题”或者“拓展阅读建议”，这些往往不是直接的练习题，而是引导你去探索更前沿或者更深入的领域，有效地激发了我的自主学习动力和好奇心。这种鼓励探索的精神，对于培养具有创新思维的专业人才来说，比死记硬背重要得多。可以说，这本书的文字本身就具有一种引导性，它不仅传授知识，更是在塑造一种积极探索、勇于实践的学习态度。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我接触过不少同类教材，但这本书在对知识点进行深度剖析和结构化梳理方面，做得尤其出色。它在处理复杂概念时，总能找到一个最佳的平衡点，既保证了理论的严谨性，又避免了不必要的繁琐。作者对于如何构建一个完整的知识体系有着清晰的认知，你会发现前一章的内容是如何自然地为后一章的深入分析打下坚实基础的，整个知识体系就像一个精密设计的建筑群，稳固而有逻辑。对于那些需要跨领域学习的读者来说，这本书的“知识桥梁”作用非常明显，它能有效地帮助我们理清不同理论之间的相互联系和制约关系，避免了知识点碎片化的问题。这种整体观的构建，是衡量一本优秀教材的关键标准之一，而这本书无疑在这方面达到了极高的水准，让人读完后感觉对整个学科的认识都上升到了一个新的维度。