本書系統(tǒng)講述數(shù)字信號(hào)處理的基本原理、實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用，主要講述時(shí)域離散信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念及時(shí)域和頻域分析方法，重點(diǎn)討論離散傅里葉變換及其快速算法、數(shù)字濾波器的基本概念與理論、數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，介紹有關(guān)多采樣率數(shù)字信號(hào)處理的基本理論和高效實(shí)現(xiàn)方法、數(shù)字信號(hào)處理的典型應(yīng)用，結(jié)合各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)、例題和習(xí)題介紹MATLAB信號(hào)處理方法。本書提供配套電子課件、MATLAB源代碼、視頻、習(xí)題參考答案、慕課（MOOC）網(wǎng)上在線課程等。 本書適合作為高等學(xué)校電子信息類專業(yè)和相近專業(yè)本科生的教材，也可作為相關(guān)專業(yè)科技人員的參考書。
張立材，碩士，副教授，西安建筑科技大學(xué)通信工程教研室與通信與信息系統(tǒng)研究所骨干教師，陜西省圖形圖像學(xué)會(huì)會(huì)員和建筑學(xué)會(huì)弱電分會(huì)會(huì)員。1993年畢業(yè)于西安交通大學(xué)，獲工學(xué)碩士學(xué)位。長(zhǎng)期從事、電子信息及通信工程方面的教學(xué)及科研工作，主要研究領(lǐng)域包括自動(dòng)化系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理，計(jì)算機(jī)與通信網(wǎng)絡(luò)安全，智能信息處理等。 目前承擔(dān)或參與多項(xiàng)縱向和橫向科研任務(wù)，先后獲得西安交通大學(xué)校級(jí)科技進(jìn)步2、3等獎(jiǎng)3項(xiàng)，西安建筑科技大學(xué)各類教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)3項(xiàng)，編著教材4部，主編教材2部。目前主要方向?yàn)椋鹤詣?dòng)控制理論與應(yīng)用，自動(dòng)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)與信息融合技術(shù)，圖形、圖像的智能處理與分析，嵌入式智能控制技術(shù)及應(yīng)用等。孫曉艷，博士，副教授，西安建筑科技大學(xué)通信工程教研室骨干教師。2011年畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位。長(zhǎng)期從事通信工程方面的教學(xué)與科研工作，主要研究領(lǐng)域包括：無線通信系統(tǒng)、移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、車聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等。承擔(dān)或參與多項(xiàng)縱向和橫向科研項(xiàng)目和教學(xué)研究項(xiàng)目，編著教材3部。
目 錄
第1章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng) 1
1．1 信號(hào)和信號(hào)處理 1
1．1．1 信號(hào)的特征與分類 1
1．1．2 典型的信號(hào)處理運(yùn)算 3
1．2 離散時(shí)間信號(hào) 6
1．2．1 時(shí)域離散信號(hào)的表示方法 6
1．2．2 典型的時(shí)域離散信號(hào) 8
1．2．3 周期序列 10
1．2．4 離散序列的時(shí)域運(yùn)算 11
1．2．5 任意序列的單位脈沖序列表示 17
1．3 時(shí)域離散系統(tǒng) 17
1．3．1 線性時(shí)不變離散系統(tǒng) 18
1．3．2 線性時(shí)不變離散系統(tǒng)輸出與輸入的關(guān)系 20
1．3．3 系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性 23
1．4 常系數(shù)線性差分方程 27
1．4．1 N階線性時(shí)不變系統(tǒng)的差分方程描述 27
1．4．2 線性常系數(shù)差分方程的遞推解法 28
1．4．3 用MATLAB求解差分方程 29
1．5 模擬信號(hào)數(shù)字化處理方法 30
1．5．1 時(shí)域采樣 30
1．5．2 采樣在頻域中的效應(yīng) 30
1．5．3 模擬信號(hào)的恢復(fù) 34
小結(jié) 36
思考練習(xí)題 37
習(xí)題 37
第2章 時(shí)域離散信號(hào)的頻域分析 40
2．1 時(shí)域離散信號(hào)的傅里葉變換 40
2．1．1 時(shí)域離散信號(hào)的傅里葉變換的定義 40
2．1．2 周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù) 41
2．1．3 周期序列的傅里葉變換表示 43
2．1．4 序列傅里葉變換的性質(zhì) 46
2．1．5 時(shí)域離散信號(hào)傅里葉變換的對(duì)稱性 47
2．2 時(shí)域離散信號(hào)的z變換 51
2．2．1 z變換的定義 51
2．2．2 z變換的收斂域 52
2．2．3 序列z變換與其傅里葉變換之間的關(guān)系 55
2．2．4 z逆變換 57
2．2．5 z變換的性質(zhì) 62
2．3 時(shí)域離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)頻率特性 68
2．3．1 系統(tǒng)的傳輸函數(shù)與系統(tǒng)函數(shù) 68
2．3．2 利用系統(tǒng)函數(shù)分析系統(tǒng)的因果穩(wěn)定性 69
2．3．3 用z變換計(jì)算系統(tǒng)的輸出響應(yīng) 71
2．3．4 用系統(tǒng)函數(shù)的零、極點(diǎn)分布分析系統(tǒng)的頻率特性 76
2．4 時(shí)域離散信號(hào)z變換與拉普拉斯變換、傅里葉變換的關(guān)系 80
小結(jié) 82
思考練習(xí)題 83
習(xí)題 84
第3章 離散傅里葉變換 90
3．1 離散傅里葉變換的定義 90
3．1．1 離散傅里葉變換定義 90
3．1．2 離散傅里葉變換與FT、ZT、離散傅里葉級(jí)數(shù)的關(guān)系 91
3．2 離散傅里葉變換的性質(zhì) 94
3．3 頻率域采樣 101
3．4 快速傅里葉變換 103
3．4．1 直接計(jì)算離散傅里葉變換的問題及改進(jìn)的途徑 103
3．4．2 DIT基2FFT算法 104
3．4．3 DIF基2FFT算法 111
3．4．4 離散傅里葉逆變換的快速計(jì)算方法 111
3．5 離散傅里葉變換的應(yīng)用舉例 112
3．5．1 用離散傅里葉變換計(jì)算線性卷積 112
3．5．2 用離散傅里葉變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行譜分析 115
小結(jié) 116
思考練習(xí)題 116
習(xí)題 117
第4章 數(shù)字濾波器的算法結(jié)構(gòu) 123
4．1 數(shù)字濾波器的基本概念 123
4．2 時(shí)域離散系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 123
4．2．1 系統(tǒng)分類 123
4．2．2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的信號(hào)流圖表示 124
4．3 IIR系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 125
4．3．1 直接型 125
4．3．2 轉(zhuǎn)置型 126
4．3．3 級(jí)聯(lián)型 127
4．3．4 并聯(lián)型 128
4．4 FIR系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 129
4．4．1 FIR直接型 129
4．4．2 FIR級(jí)聯(lián)型 130
4．4．3 線性相位型 130
4．4．4 頻域采樣型 131
4．4．5 快速卷積法 136
4．5 格形網(wǎng)絡(luò) 137
4．5．1 全零點(diǎn)（FIR）型 137
4．5．2 全極點(diǎn)（IIR）型 139
4．5．3 零、極點(diǎn)（IIR）型 140
4．6 特殊濾波器 141
4．6．1 全通濾波器 141
4．6．2 數(shù)字諧振器 143
4．6．3 數(shù)字陷波器 145
4．6．4 最小相位濾波器 146
4．6．5 梳狀濾波器 147
4．6．6 正弦波發(fā)生器 148
4．6．7 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算復(fù)雜度 149
小結(jié) 149
思考練習(xí)題 150
習(xí)題 150
第5章 無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 153
5．1 模擬濾波器設(shè)計(jì) 153
5．1．1 模擬濾波器技術(shù)指標(biāo) 153
5．1．2 巴特沃思低通濾波器設(shè)計(jì) 154
5．1．3 切比雪夫?yàn)V波器設(shè)計(jì) 161
5．1．4 橢圓濾波器設(shè)計(jì) 168
5．1．5 貝塞爾濾波器設(shè)計(jì) 170
5．1．6 常用模擬濾波器的比較 171
5．1．7 模擬濾波器頻率變換 171
5．2 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 178
5．2．1 脈沖響應(yīng)不變法 179
5．2．2 雙線性變換法 184
5．2．3 低通、高通、帶通及帶阻IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 191
5．2．4 IIR數(shù)字濾波器的頻率變換 197
小結(jié) 200
思考練習(xí)題 200
習(xí)題 201
第6章 有限脈沖響應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì) 204
6．1 線性FIRDF的特點(diǎn) 204
6．1．1 FIRDF線性相位條件 204
6．1．2 FIRDF幅度特性 206
6．1．3 FIRDF零點(diǎn)分布特點(diǎn) 210
6．2 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR DF 210
6．2．1 FIRDF窗函數(shù)設(shè)計(jì)方法 211
6．2．2 常用窗函數(shù) 214
6．2．3 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIRDF的MATLAB函數(shù) 219
6．3 頻率采樣法設(shè)計(jì)FIRDF 224
6．3．1 頻率采樣法設(shè)計(jì)FIR DF基本原理 224
6．3．2 頻率采樣法設(shè)計(jì)線性相位濾波器的條件 225
6．3．3 逼近誤差及其改進(jìn)措施 226
6．4 等波紋最佳逼近設(shè)計(jì)法 232
6．4．1 等波紋最佳逼近基本原理 232
6．4．2 remez和remezord函數(shù)及應(yīng)用 236
6．4．3 FIR數(shù)字微分器設(shè)計(jì) 237
6．4．4 FIR希爾伯特變換器設(shè)計(jì) 239
6．5 IIR和FIR數(shù)字濾波器的比較 240
小結(jié) 240
思考練習(xí)題 241
習(xí)題 242
第7章 多采樣率數(shù)字信號(hào)處理 247
7．1 多采樣率數(shù)字信號(hào)處理的工程需求 247
7．2 按整數(shù)因子抽取 247
7．3 按整數(shù)因子內(nèi)插 250
7．4 按有理數(shù)因子的采樣率轉(zhuǎn)換 252
7．5 多采樣率轉(zhuǎn)換濾波器的設(shè)計(jì) 252
7．5．1 直接型FIR濾波器結(jié)構(gòu) 253
7．5．2 多相濾波器實(shí)現(xiàn) 255
7．5．3 采樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的多級(jí)實(shí)現(xiàn) 257
7．5．4 用MATLAB設(shè)計(jì)采樣率轉(zhuǎn)換濾波器 261
小結(jié) 261
思考練習(xí)題 262
習(xí)題 262
第8章 數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用舉例 264
8．1 數(shù)字信號(hào)處理的軟件實(shí)現(xiàn) 264
8．2 數(shù)字信號(hào)處理中的有限字長(zhǎng)效應(yīng) 266
8．2．1 數(shù)值表示法對(duì)量化的影響 267
8．2．2 濾波器系數(shù)量化誤差 269
8．2．3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量化誤差 270
8．2．4 運(yùn)算產(chǎn)生的誤差 271
8．3 數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用舉例 272
8．3．1 在音頻信號(hào)處理中的應(yīng)用 272
8．3．2 在圖像信號(hào)處理中的應(yīng)用 281
小結(jié) 284
思考練習(xí)題 284
習(xí)題 284
參考文獻(xiàn) 286
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