《普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材：數(shù)字信號處理》系統(tǒng)講述了數(shù)字信號處理的基本原理、分析方法和處理技術(shù)。全書內(nèi)容南五部分組成：信號和信號處理概論及模擬信號的數(shù)字化處理方法；離散時間信號——序列與離散時間系統(tǒng)的基本概念和時域、頻域分析；序列離散傅里葉變換的概念、性質(zhì)和應(yīng)用及其快速算法；數(shù)字濾波器的基本概念與理論，數(shù)字濾波器的設(shè)計、算法結(jié)構(gòu)和誤差分析；多采樣速率數(shù)字信號處理的基本理論、高效算法結(jié)構(gòu)和應(yīng)用舉例。書中結(jié)合各章的重點內(nèi)容，列舉典型例子介紹相應(yīng)的Matlab信號處理工具箱函數(shù)，并給出用Matlab闡述問題和求解計算或設(shè)計的程序及結(jié)果。各章配有理論練習題和Matlab上機實驗題。
《普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材：數(shù)字信號處理》可作為普通高等學校工科電子信息工程、通信工程、智能信息處理、生物醫(yī)學工程、自動化、測控技術(shù)與儀器、電子科學與技術(shù)專業(yè)以及理科電子信息科學與技術(shù)等電子信息類專業(yè)本科生的教材，也可供從事信號與信息處理的科技工作者參考。
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目錄
前言
第1章 信號和信號處理 1
1.1 引言 1
1.2 信號及其分類 1
1.3 信號處理的基本概念 2
1.4 數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法 3
1.5 數(shù)字信號處理的主要特點 4
1.6 模擬信號的數(shù)字處理方法 5
1.6.1 模擬信號的數(shù)字處理原理框圖 5
1.6.2 采樣定理 6
1.6.3 采樣內(nèi)插恢復(fù) 9
1.7 習題 11
第2章 離散時間信號和系統(tǒng)的時域分析 15
2.1 引言 15
2.2 離散時間信號——序列 15
2.2.1 常用的典型序列 15
2.2.2 任意序列的表示 19
2.2.3 序列的基本運算 20
2.3 離散時間系統(tǒng) 23
2.3.1 線性系統(tǒng) 24
2.3.2 時不變系統(tǒng) 25
2.4 離散時間LTI系統(tǒng)的時域分析 26
2.4.1 系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng) 26
2.4.2 系統(tǒng)輸出與輸入之間的關(guān)系 26
2.4.3 系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性 30
2.4.4 數(shù)字濾波器的分類 34
2.5 離散時間LTI系統(tǒng)的差分方程描述 35
2.5.1 線性常系數(shù)差分方程 35
2.5.2 線性常系數(shù)差分方程的求解 35
2.6 習題 40
第3章 離散時間信號和系統(tǒng)的頻域分析 47
3.1 引言 47
3.2 序列的離散時間傅里葉變換 47
3.2.1 序列的離散時間傅里葉變換的定義 47
3.2.2 序列的離散時間傅里葉變換的性質(zhì) 49
3.3 基本序列的離散時間傅里葉變換 57
3.3.1 基本序列離散時間傅里葉變換的求解 57
3.3.2 基本序列離散時間傅里葉變換的列表 60
3.4 序列的Z變換 60
3.4.1 序列的Z變換的定義及收斂域 61
3.4.2 序列特性與收斂域的關(guān)系 62
3.4.3 常見序列的Z變換 65
3.4.4 序列的Z變換與DTFT的關(guān)系 66
3.4.5 逆Z變換 67
3.4.6 Z變換的性質(zhì)和定理 74
3.5 離散時間LTI系統(tǒng)的頻域分析 82
3.5.1 差分方程的Z變換解 82
3.5.2 離散時間LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng) 83
3.5.3 余弦型信號通過離散時間LTI系統(tǒng)的響應(yīng) 86
3.5.4 離散時間LTI系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和暫態(tài)響應(yīng) 87
3.5.5 離散時間LTI系統(tǒng)的相位延遲和群延遲 87
3.6 離散時間LTI系統(tǒng)的z域分析 89
3.6.1 離散時間LTI系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù) 89
3.6.2 離散時間LTI系統(tǒng)的差分方程與系統(tǒng)函數(shù) 89
3.6.3 系統(tǒng)函數(shù)的極點分布與系統(tǒng)因果性和穩(wěn)定性的關(guān)系 90
3.6.4 系統(tǒng)函數(shù)的零極點分布對系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的影響 92
3.7 梳狀濾波器？全通濾波器和最小相位系統(tǒng) 96
3.7.1 梳狀濾波器 96
3.7.2 全通濾波器 98
3.7.3 最小相位系統(tǒng) 100
3.8 習題 102
第4章 離散傅里葉變換 111
4.1 引言 111
4.2 周期序列的離散傅里葉級數(shù)及性質(zhì) 111
4.2.1 周期序列的離散傅里葉級數(shù) 111
4.2.2 DFS的性質(zhì) 113
4.3 離散傅里葉變換 116
4.3.1 離散傅里葉變換的定義 117
4.3.2 離散傅里葉變換的矩陣表示 118
4.3.3 離散傅里葉變換與Z變換及離散時間傅里葉變換之間的關(guān)系 119
4.4 離散傅里葉變換的隱含周期性和性質(zhì) 124
4.4.1 離散傅里葉變換的隱含周期性 124
4.4.2 離散傅里葉變換的性質(zhì)和定理 125
4.4.3 離散傅里葉變換性質(zhì)列表 136
4.5 離散傅里葉變換的應(yīng)用 137
4.5.1 利用DFT計算序列的線性卷積 137
4.5.2 利用DFT對連續(xù)時間信號進行頻譜分析 143
4.5.3 利用DFT對序列進行頻譜分析 152
4.5.4 利用DFT對周期性序列進行頻譜分析 157
4.6 習題 157
第5章 快速離散傅里葉變換 164
5.1 引言 164
5.2 基2FFT算法 164
5.2.1 直接計算DFT的運算量及減少運算量的基本途徑 164
5.2.2 時域抽取基2FFT算法 165
5.2.3 頻域抽取基2FFT算法 173
5.2.4 變形基2FFT運算流圖 176
5.3 IDFT的快速算法 177
5.3.1 旋轉(zhuǎn)因子指數(shù)變極性法 178
5.3.2 直接調(diào)用FFT子程序法 178
5.4 基4FFT算法 179
5.5 實序列的FFT算法 185
5.5.1 利用復(fù)序列的FFT計算實序列的FFT 185
5.5.2 離散哈特萊變換及其快速算法 186
5.6 習題 194
第6章 無限長單位脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計 197
6.1 引言 197
6.2 數(shù)字濾波器設(shè)計概述 197
6.3 模擬濾波器的設(shè)計 200
6.3.1 巴特沃思模擬低通濾波器 201
6.3.2 切比雪夫模擬低通濾波器 208
6.3.3 橢圓模擬低通濾波器 217
6.3.4 貝塞爾模擬低通濾波器 222
6.4 模擬濾波器的頻帶變換 223
6.4.1 原型低通到低通的頻帶轉(zhuǎn)換 224
6.4.2 原型低通到高通的頻帶變換 224
6.4.3 原型低通到帶通的頻帶變換 227
6.4.4 原型低通到帶阻的頻帶變換 231
6.5 用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器 234
6.5.1 基本原理 234
6.5.2 s平面與z平面之間的映射關(guān)系 235
6.5.3 設(shè)計方法 237
6.6 用雙線性變換法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器 241
6.6.1 基本原理 241
6.6.2 s平面與z平面之間的映射關(guān)系 243
6.6.3 設(shè)計方法 245
6.7 數(shù)字濾波器的頻帶變換 249
6.7.1 數(shù)字低通到數(shù)字低通的頻帶變換 251
6.7.2 數(shù)字低通到數(shù)字高通的頻帶變換 252
6.7.3 數(shù)字低通到數(shù)字帶通的頻帶變換 253
6.7.4 數(shù)字低通到數(shù)字帶阻的頻帶變換 254
6.8 用Matlab設(shè)計數(shù)字濾波器 255
6.9 IIR數(shù)字濾波器的直接設(shè)計方法 261
6.9.1 零極點累試法 261
6.9.2 頻域幅度誤差平方最小法 262
6.9.3 時域逼近法和最小二乘法 265
6.10 習題 267
第7章 有限長脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計 273
7.1 引言 273
7.2 線性相位FIR數(shù)字濾波器及其特點 273
7.2.1 線性相位FIR數(shù)字濾波器 273
7.2.2 線性相位的條件 274
7.2.3 線性相位FIR數(shù)字濾波器的幅度特性 277
7.2.4 線性相位FIR數(shù)字濾波器的零點分布 282
7.3 FIR數(shù)字濾波器的窗函數(shù)設(shè)計法 283
7.3.1 窗函數(shù)設(shè)計法的基本原理 283
7.3.2 矩形窗函數(shù)所設(shè)計濾波器的性能分析 284
7.3.3 典型窗函數(shù)及其特性 288
7.3.4 窗函數(shù)法設(shè)計FIR數(shù)字濾波器步驟 296
7.4 FIR數(shù)字濾波器的頻率采樣設(shè)計法 300
7.4.1 頻率采樣設(shè)計法的基本原理 301
7.4.2 頻率采樣設(shè)計法的逼近誤差分析 303
7.4.3 頻率采樣設(shè)計法的改進措施 305
7.4.4 頻率采樣法的設(shè)計步驟 306
7.5 FIR數(shù)字濾波器最優(yōu)化設(shè)計 308
7.5.1 FIR數(shù)字濾波器最優(yōu)化設(shè)計準則 308
7.5.2 等波紋最佳逼近法的設(shè)計思想 309
7.5.3 remez和remezord函數(shù)的功能和調(diào)用 312
7.6 習題 316
第8章 數(shù)字濾波器的算法結(jié)構(gòu)與誤差分析 322
8.1 引言 322
8.2 信號流圖 323
8.3 無限長脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的算法結(jié)構(gòu) 325
8.3.1 直接型結(jié)構(gòu) 326
8.3.2 級聯(lián)型結(jié)構(gòu) 327
8.3.3 并聯(lián)型結(jié)構(gòu) 329
8.3.4 轉(zhuǎn)置型結(jié)構(gòu) 330
8.4 有限長脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的算法結(jié)構(gòu) 331
8.4.1 直接型結(jié)構(gòu) 331
8.4.2 級聯(lián)型結(jié)構(gòu) 332
8.4.3 線性相位結(jié)構(gòu) 333
8.4.4 頻率采樣結(jié)構(gòu) 334
8.4.5 快速卷積結(jié)構(gòu) 339
8.5 數(shù)字濾波器的格型結(jié)構(gòu) 339
8.5.1 全零點濾波器的格型結(jié)構(gòu) 340
8.5.2 全極點濾波器的格型結(jié)構(gòu) 345
8.5.3 具有零點和極點濾波器的格梯型結(jié)構(gòu) 348
8.6 利用Matlab進行數(shù)字濾波器算法結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換 352
8.6.1 由直接型轉(zhuǎn)換為級聯(lián)型 352
8.6.2 并聯(lián)型結(jié)構(gòu) 354
8.6.3 頻率采樣型結(jié)構(gòu) 357
8.6.4 格型結(jié)構(gòu) 359
8.7 數(shù)字信號處理中的誤差分析 361
8.7.1 二進制數(shù)的表示 362
8.7.2 量化及量化誤差分析 363
8.7.3 A/D變換的量化誤差 367
8.7.4 量化噪聲通過線性系統(tǒng)的響應(yīng) 368
8.7.5 數(shù)字系統(tǒng)中的系數(shù)量化效應(yīng) 370
8.7.6 數(shù)字信號處理中有限字長運算的量化效應(yīng) 375
8.8 習題 388
第9章 多速率數(shù)字信號處理 397
9.1 引言 397
9.2 信號的抽取 397
9.2.1 整數(shù)M 倍信號抽取的運算 397
9.2.2 信號抽取的變換域描述 398
9.2.3 抗混疊整數(shù)倍信號抽取 401
9.3 信號的內(nèi)插 403
9.3.1 整數(shù)L 倍信號內(nèi)插的運算 403
9.3.2 信號內(nèi)插的變換域描述 404
9.4 信號采樣速率的有理數(shù)轉(zhuǎn)換 406
9.5 采樣頻率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的FIR濾波器算法結(jié)構(gòu) 408
9.5.1 采樣速率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直接型FIR濾波器算法結(jié)構(gòu) 408
9.5.2 采樣速率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的多級實現(xiàn) 412
9.6 采樣速率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的多相濾波器算法結(jié)構(gòu) 418
9.6.1 多速率信號處理系統(tǒng)的多相分解表示 418
9.6.2 抽取和內(nèi)插系統(tǒng)的多相濾波器算法結(jié)構(gòu) 420
9.7 采樣速率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的Matlab實現(xiàn) 421
9.8 多采樣速率轉(zhuǎn)換應(yīng)用舉例 424
9.8.1 數(shù)字下變頻的傳統(tǒng)實現(xiàn)方法 425
9.8.2 直接中頻采樣的數(shù)字下變頻技術(shù) 426
9.9 過采樣技術(shù) 435
9.9.1 A/D變換器中的過采樣技術(shù) 436
9.9.2 D/A變換器中的過采樣技術(shù) 437
9.10 習題 437
參考文獻 441
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