本書第三版為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。
本書是2016年出版的《數(shù)字信號處理（第四版）》的修訂版。本次修訂保持了上一版的結(jié)構(gòu)和風(fēng)格。本書根據(jù)普通大學(xué)本科生的教學(xué)大綱要求選材，系統(tǒng)地講解了數(shù)字信號處理的基本原理、基本概念與基本分析方法。
全書共10章(不含緒論部分)，分別為時(shí)域離散信號和時(shí)域離散系統(tǒng)、時(shí)域離散信號和系統(tǒng)的頻域分析、離散傅里葉變換（DFT)、快速傅里葉變換（FFT）、時(shí)域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)、有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)、多采樣率數(shù)字信號處理、數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)（含五個(gè)基礎(chǔ)理論實(shí)驗(yàn)和一個(gè)綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)）。
為了方便教師教學(xué)以及幫助學(xué)生進(jìn)行上機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，本書在前8章中結(jié)合各章內(nèi)容，介紹了相應(yīng)的MATLAB信號處理工具箱函數(shù)，并給出了書中部分插圖的繪圖程序和大部分例題的求解程序。
本書適合作為普通高等學(xué)校電子信息類專業(yè)及相近專業(yè)的本科生和工程碩士研究生的教材，也可作為非電子信息類專業(yè)碩士研究生的教材，還可作為科技人員的參考書或大專生的選用教材。
為了便于教與學(xué)，本書配有學(xué)習(xí)指導(dǎo)書，其中含有習(xí)題參考解答。
★本書配有電子教案，有需要者可登錄出版社網(wǎng)站http://www.xduph.com下載，也可由任課教師通過電子郵件向作者索取。
作者郵箱地址：xqgao@mail.xidian.edu.cn。
隨著信息科學(xué)和計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字信號處理的理論與應(yīng)用得到了飛躍式發(fā)展，成為一門極其重要的學(xué)科。數(shù)字信號處理也已經(jīng)成為大專院校相關(guān)專業(yè)的必修課程，其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和仿真實(shí)驗(yàn)工具也都有了新的變化。為此，1994年我們中標(biāo)編寫并出版了全國統(tǒng)編教材《數(shù)字信號處理》。
《數(shù)字信號處理》前四版分別于1994年、2001年、2008年、2016年出版。其中第一版為全國統(tǒng)編教材，第三版入選普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。二十多年來，我們根據(jù)數(shù)字信號處理新理論與新技術(shù)的發(fā)展，參考廣大用戶的反饋意見和國內(nèi)外優(yōu)秀教材，對本書進(jìn)行了多次修訂，使其內(nèi)容更趨于完善，以滿足廣大師生和其他讀者的需求。
多年來，本書的讀者群體穩(wěn)定發(fā)展，有128所 這里只統(tǒng)計(jì)了任課教師通過電子郵件與作者聯(lián)系過的128所學(xué)校。大專院校選用本書作為本科生數(shù)字信號處理課程的教材。
本書先后重印60多次，印數(shù)達(dá)80多萬冊。2002年本書獲第五屆全國高校出版社優(yōu)秀暢銷書一等獎(jiǎng)，2005年獲陜西省高校優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)。
本書第五版是在第四版的基礎(chǔ)上修訂的。本次修訂內(nèi)容主要有兩點(diǎn)：
(1) 更正了第四版中的編寫錯(cuò)誤和印刷錯(cuò)誤，對原來敘述不完備或疏漏之處進(jìn)行了修改和補(bǔ)充。
(2) 考慮到信號處理和檢測領(lǐng)域中相關(guān)檢測已經(jīng)發(fā)展成一個(gè)獨(dú)立的分支，引起了廣泛關(guān)注，所以新增補(bǔ)了1.6節(jié)內(nèi)容，給出了確定性信號相關(guān)函數(shù)的基本概念、定義、計(jì)算和應(yīng)用舉例，使學(xué)生能夠初步建立信號相關(guān)性的基本概念，了解相關(guān)檢測的基本原理及其應(yīng)用領(lǐng)域。
本書的具體內(nèi)容可參看目錄，這里不再贅述，下面主要介紹本書的主要特色和特點(diǎn)。
(1) 保持第四版的編寫風(fēng)格，突出基本原理、基本概念與基本分析方法，選材精練。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理的新內(nèi)容很多，但本科階段主要是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)知識、分析問題和解決問題的能力，而不是灌輸大量的具體知識和技術(shù)。培養(yǎng)這些能力的主要途徑是：打好理論基礎(chǔ)，掌握本學(xué)科的基本原理、基本概念與基本分析方法，了解并學(xué)會使用現(xiàn)代設(shè)計(jì)、分析、開發(fā)、仿真與實(shí)驗(yàn)的工具。所以，選材必須少而精，使學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)，通過學(xué)習(xí)、思考和仿真實(shí)驗(yàn)，真正掌握所講的基本知識。
(2) 理論聯(lián)系實(shí)際，滿足社會對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求。
利用基本理論解決實(shí)際工程問題的能力是應(yīng)用型人才必須具備的基本素質(zhì)。數(shù)字信號處理是電子信息類各專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程的基礎(chǔ)，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。為了更好地滿足教學(xué)需要，我們在講清基本原理、基本概念的基礎(chǔ)上，注重基礎(chǔ)理論知識與實(shí)際工程應(yīng)用之間的緊密結(jié)合，豐富工程應(yīng)用實(shí)例和實(shí)驗(yàn)等。例如：利用抽取和內(nèi)插技術(shù)解決數(shù)字語音系統(tǒng)中的工程實(shí)現(xiàn)問題；注重例題的選擇與講解，適當(dāng)增加了例題和習(xí)題的數(shù)量；第10章中精心選擇了6個(gè)上機(jī)實(shí)驗(yàn)。
(3) 增加或補(bǔ)充新內(nèi)容和新分析方法。
多采樣率數(shù)字信號處理廣泛應(yīng)用于通信與信號處理領(lǐng)域，為此，本書進(jìn)一步加強(qiáng)了多采樣率數(shù)字信號處理的內(nèi)容，單列第8章講授多采樣率數(shù)字信號處理的基本原理、采樣率變換系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法和高效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。
(4) 將數(shù)字信號處理的基礎(chǔ)理論、濾波器分析設(shè)計(jì)等與MATLAB進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合。
國外近幾年新出版的數(shù)字信號處理的優(yōu)秀教材或者參考書沒有一本不使用MATLAB 的。利用MATLAB可以使一些很難理解的抽象理論得到直觀演示和解釋，解決各種復(fù)雜問題的分析與計(jì)算等難題。
本書各章的基本原理，均使用MATLAB釋疑與實(shí)現(xiàn)。通過MATLAB，可使數(shù)字濾波器分析與設(shè)計(jì)的繁雜計(jì)算問題變成學(xué)生易接受、易實(shí)現(xiàn)的簡單問題，使學(xué)生能夠進(jìn)行高效的上機(jī)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)與仿真，驗(yàn)證基本理論，極大地提高教與學(xué)的效率。
但是本書的重點(diǎn)仍是對數(shù)字信號處理的基本原理和基本分析方法的介紹，因此本書主要結(jié)合例題和習(xí)題介紹一些MATLAB程序，而且這些程序盡可能調(diào)用MATLAB工具箱函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，因而簡單易讀。這樣既避免了有些作者將數(shù)字信號處理教材寫成MATLAB編程教材這種喧賓奪主現(xiàn)象，又能使讀者利用MATLAB軟件高效地進(jìn)行上機(jī)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)與仿真。
(5) 教輔材料比較完善。本書有配套的學(xué)習(xí)指導(dǎo)書，并提供書中例題的求解程序和插圖的繪圖程序，既便于教師制作課件并進(jìn)行課堂演示教學(xué)，也便于學(xué)生自學(xué)。
本書的先修課程是工程數(shù)學(xué)、信號與系統(tǒng)、數(shù)字電路、微機(jī)原理和MATLAB語言等。對于本科學(xué)生，本書的參考教學(xué)時(shí)數(shù)為60課時(shí)。如果在信號與系統(tǒng)課程中已講授本書第1章和第2章的內(nèi)容，則教學(xué)時(shí)數(shù)可減少到46課時(shí)。第8章8.6.2小節(jié)中多相濾波器結(jié)構(gòu)較難講解，如果課時(shí)數(shù)緊張可以不講，但要向?qū)W生說明這種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在工程實(shí)際中的重要性。對于大專學(xué)生，可以只講前7章，參考學(xué)時(shí)數(shù)為60學(xué)時(shí)。
本書在編寫構(gòu)思和選材過程中，參考了書后所列參考文獻(xiàn)的一些編寫思想，采用了其中的一些內(nèi)容、例題和習(xí)題，在此向這些教材的作者們表示誠摯的感謝！
本書的出版得到了西安電子科技大學(xué)出版社臧延新總編和閻彬編輯的大力支持，在此深表感謝！
由于作者水平有限，書中難免有不足和疏漏之處，歡迎廣大讀者指正。歡迎讀者反饋寶貴建議和意見，交流教學(xué)體會和經(jīng)驗(yàn)，以便不斷修正錯(cuò)誤，去粗取精，使本書進(jìn)一步完善和提高。
為了便于教師授課和學(xué)生上機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，編者免費(fèi)提供本書完整的程序集，讀者可以登錄西安電子科技大學(xué)出版社網(wǎng)站（http：//www.xduph.com）下載，也可以由任課教師通過電子郵件向作者索取。
作者電子郵件地址：xqgao@mail.xidian.edu.cn。
編 者
2022年3月
于西安電子科技大學(xué)
緒論 1
第1章 時(shí)域離散信號和時(shí)域離散系統(tǒng) 4
1.1 引言 4
1.2 時(shí)域離散信號 5
1.2.1 常用的典型序列 7
1.2.2 序列的運(yùn)算 10
1.3 時(shí)域離散系統(tǒng) 11
1.3.1 線性系統(tǒng) 12
1.3.2 時(shí)不變系統(tǒng) 12
1.3.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)及其輸入與輸出之間的關(guān)系 13
1.3.4 系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性 18
1.4 時(shí)域離散系統(tǒng)的輸入輸出描述法——線性常系數(shù)差分方程 21
1.4.1 線性常系數(shù)差分方程 21
1.4.2 線性常系數(shù)差分方程的求解 21
1.5 模擬信號數(shù)字處理方法 24
1.5.1 采樣定理及A/D變換 24
1.5.2 將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號 28
1.6 確定性信號的相關(guān)函數(shù) 32
1.6.1 信號的互相關(guān)函數(shù)和自相關(guān)函數(shù) 32
1.6.2 周期信號的相關(guān)性 35
1.6.3 相關(guān)函數(shù)的性質(zhì) 36
1.6.4 輸入信號與輸出信號的相關(guān)函數(shù) 38
1.6.5 相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用 38
1.6.6 用MATLAB計(jì)算相關(guān)函數(shù) 41
習(xí)題與上機(jī)題 43
第2章 時(shí)域離散信號和系統(tǒng)的頻域分析 48
2.1 引言 48
2.2 時(shí)域離散信號的傅里葉變換的定義及性質(zhì) 48
2.2.1 時(shí)域離散信號傅里葉變換的定義 48
2.2.2 時(shí)域離散信號傅里葉變換的性質(zhì) 50
2.3 周期序列的離散傅里葉級數(shù)及傅里葉變換表示式 56
2.3.1 周期序列的離散傅里葉級數(shù) 56
2.3.2 周期序列的傅里葉變換表示式 58
2.4 時(shí)域離散信號的傅里葉變換與模擬信號傅里葉變換之間的關(guān)系 61
2.5 序列的Z變換 62
2.5.1 Z變換的定義 62
2.5.2 序列特性對收斂域的影響 64
2.5.3 逆Z變換 66
2.5.4 Z變換的性質(zhì)和定理 71
2.5.5 利用Z變換解差分方程 77
2.6 利用Z變換分析信號和系統(tǒng)的頻響特性 78
2.6.1 頻率響應(yīng)函數(shù)與系統(tǒng)函數(shù) 79
2.6.2 利用系統(tǒng)函數(shù)的極點(diǎn)分布分析系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性 80
2.6.3 利用系統(tǒng)的極零點(diǎn)分布分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性 82
2.6.4 幾種特殊系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)及其特點(diǎn) 86
習(xí)題與上機(jī)題 90
第3章 離散傅里葉變換(DFT) 95
3.1 離散傅里葉變換的定義及物理意義 95
3.1.1 DFT的定義 95
3.1.2 DFT與傅里葉變換和Ｚ變換的關(guān)系 96
3.1.3 ＤＦＴ的隱含周期性 97
3.1.4 用ＭＡＴＬＡＢ計(jì)算序列的ＤＦＴ 99
3.2 離散傅里葉變換的基本性質(zhì) 100
3.2.1 線性性質(zhì) 100
3.2.2 循環(huán)移位性質(zhì) 100
3.2.3 循環(huán)卷積定理 102
3.2.4 復(fù)共軛序列的DFT 105
3.2.5 DFT的共軛對稱性 105
3.3 頻率域采樣 108
3.4 DFT的應(yīng)用舉例 111
3.4.1 用DFT計(jì)算線性卷積 111
3.4.2 用DFT對信號進(jìn)行譜分析 117
習(xí)題與上機(jī)題 128
第4章 快速傅里葉變換(FFT) 133
4.1 引言 133
4.2 基2FFT算法 133
4.2.1 直接計(jì)算ＤＦＴ的特點(diǎn)及減少運(yùn)算量的基本途徑 133
4.2.2 時(shí)域抽取法基2FFT基本原理 134
4.2.3 DIT-FFT算法與直接計(jì)算DFT運(yùn)算量的比較 137
4.2.4 DIT-FFT的運(yùn)算規(guī)律及編程思想 138
4.2.5 頻域抽取法FFT(DIF-FFT) 142
4.2.6 IDFT的高效算法 145
4.3 進(jìn)一步減少運(yùn)算量的措施 145
4.3.1 多類蝶形單元運(yùn)算 145
4.3.2 旋轉(zhuǎn)因子的生成 147
4.3.3 實(shí)序列的FFT算法 147
4.4 其他快速算法簡介 148
習(xí)題與上機(jī)題 150
第5章 時(shí)域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 151
5.1 引言 151
5.2 用信號流圖表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 152
5.3 IIR系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 154
5.4 FIR系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 159
5.5 FIR系統(tǒng)的線性相位結(jié)構(gòu) 160
5.6 FIR系統(tǒng)的頻率采樣結(jié)構(gòu) 161
5.7 格型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 164
5.7.1 全零點(diǎn)格型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 164
5.7.2 全極點(diǎn)格型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 167
習(xí)題與上機(jī)題 171
第6章 無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 175
6.1 數(shù)字濾波器的基本概念 175
6.2 模擬濾波器的設(shè)計(jì) 179
6.2.1 模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)及逼近方法 180
6.2.2 巴特沃斯低通濾波器的設(shè)計(jì) 182
6.2.3 切比雪夫?yàn)V波器的設(shè)計(jì) 189
6.2.4 橢圓濾波器的設(shè)計(jì) 196
6.2.5 五種類型模擬濾波器的比較 198
6.2.6 頻率變換與模擬高通、帶通、 帶阻濾波器的設(shè)計(jì) 198
6.3 用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器 206
6.4 用雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器 213
6.5 數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì) 219
習(xí)題與上機(jī)題 223
第7章 有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 226
7.1 線性相位ＦＩＲ數(shù)字濾波器的條件和特點(diǎn) 226
7.2 利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)ＦＩＲ濾波器 232
7.2.1 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)原理 232
7.2.2 典型窗函數(shù)介紹 237
7.2.3 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的步驟 242
7.2.4 窗函數(shù)法的MATLAB設(shè)計(jì)函數(shù)簡介 244
7.3 利用頻率采樣法設(shè)計(jì)FIR濾波器 248
7.4 利用等波紋最佳逼近法設(shè)計(jì)ＦＩＲ數(shù)字濾波器 254
7.4.1 等波紋最佳逼近法的基本思想 255
7.4.2 remez和remezord函數(shù)及濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo) 257
7.5 IIR和FIR數(shù)字濾波器的比較 261
7.6 幾種特殊類型濾波器簡介 262
7.7 濾波器分析設(shè)計(jì)工具FDATool 263
習(xí)題與上機(jī)題 267
第8章 多采樣率數(shù)字信號處理 272
8.1 引言 272
8.2 信號的整數(shù)倍抽取 273
8.3 信號的整數(shù)倍內(nèi)插 279
8.4 按有理數(shù)因子I/D的采樣率轉(zhuǎn)換 283
8.5 整數(shù)倍抽取和內(nèi)插在數(shù)字語音系統(tǒng)中的應(yīng)用 284
8.5.1 數(shù)字語音系統(tǒng)中的信號采樣過程及其存在的問題 285
8.5.2 數(shù)字語音系統(tǒng)中改進(jìn)的A/D轉(zhuǎn)換方案 286
8.5.3 接收端D/A轉(zhuǎn)換的改進(jìn)方案 287
8.6 采樣率轉(zhuǎn)換濾波器的高效實(shí)現(xiàn)方法 288
8.6.1 直接型FIR濾波器結(jié)構(gòu) 288
8.6.2 多相濾波器結(jié)構(gòu) 292
8.7 采樣率轉(zhuǎn)換器的MATLAB實(shí)現(xiàn) 296
習(xí)題與上機(jī)題 298
第9章 數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn) 300
9.1 數(shù)字信號處理中的量化效應(yīng) 301
9.1.1 量化及量化誤差 301
9.1.2 A/D變換器中的量化效應(yīng) 302
9.1.3 數(shù)字系統(tǒng)中的系數(shù)量化效應(yīng) 303
9.1.4 數(shù)字系統(tǒng)中的運(yùn)算量化效應(yīng) 308
9.2 數(shù)字信號處理技術(shù)的軟件實(shí)現(xiàn) 314
9.3 數(shù)字信號處理的硬件實(shí)現(xiàn)簡介 318
第10章 上機(jī)實(shí)驗(yàn) 321
10.1 實(shí)驗(yàn)一：系統(tǒng)響應(yīng)及系統(tǒng)穩(wěn)定性 321
10.2 實(shí)驗(yàn)二：時(shí)域采樣與頻域采樣 323
10.3 實(shí)驗(yàn)三：用ＦＦＴ對信號作頻譜分析 326
10.4 實(shí)驗(yàn)四： ＩＩＲ數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn) 327
10.5 實(shí)驗(yàn)五：FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與軟件實(shí)現(xiàn) 330
10.6 實(shí)驗(yàn)六： 數(shù)字信號處理在雙音多頻撥號系統(tǒng)中的應(yīng)用 333
附錄 339
附錄Ａ 用Masson公式求網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)Ｈ(z) 339
附錄Ｂ MATLAB信號處理工具箱函數(shù)索引表 340
參考文獻(xiàn) 347
書單推薦
