了得網圖書_數字信號處理

目錄
第1章引言（1）
第2章離散時間信號與繫統（6）
2．1 離散時間信號――序列（6）
2．1．1 離散時間信號的表示及典型序列（6）
2．1．2 周期序列（7）
2．1．3 序列的運算及參數特征（9）
2．1．4 序列的產生（12）
2．2 離散時間信號的傅裡葉變換（DTFT）（13）
2．2．1 序列DTFT的定義（13）
2．2．2 DTFT的特點與性質（14）
2．2．3 DTFT定理（16）
2．3 離散時間信號的z變換（18）
2．3．1 z變換定義及其收斂域（18）
2．3．2 逆z變換（20）
2．3．3 z變換的性質（20）
2．3．4 z變換與DTFT的關繫（23）
2．4 離散時間繫統（24）
2．4．1 線性時不變（LTI）離散繫統（25）
2．4．2 LTI離散繫統的單位脈衝響應（27）
2．4．3 LTI離散繫統的線性常繫數差分方程（27）
2．4．4 LTI離散繫統的繫統函數與頻響特性（28）
2．4．5 LTI離散繫統的因果性與穩定性（31）
2．5 離散時間繫統處理連續時間信號（33）
2．5．1 連續時間信號的數字化處理（33）
2．5．2 連續時間信號的采樣及采樣定理（34）
2．5．3 由采樣序列重構帶限信號（36）
2．6 用MATLAB分析和實現離散時間信號和繫統（37）
本章關鍵知識點概要（41）
綜合習題（44）
第3章離散傅裡葉變換（47）
3．1 周期序列的離散傅裡葉級數（47）
3．1．1 4種形式的傅裡葉變換（47）
3．1．2 離散傅裡葉級數（49）
3．1．3 DFS的性質（51）
3．2 有限長序列的DFT （54）
3．2．1 DFT的定義（54）
3．2．2 DFT和DTFT的關繫（55）
3．2．3 頻域采樣（56）
3．2．4 頻域插值（57）
3．3 DFT的性質（59）
3．3．1 線性（59）
3．3．2 循環移位（59）
3．3．3 對偶性（61）
3．3．4 圓周共軛對稱性（61）
3．3．5 循環卷積（62）
3．3．6 帕斯瓦爾定理（64）
3．4 用DFT實現線性卷積（65）
3．4．1 兩個有限長序列的線性卷積（65）
3．4．2 循環卷積和線性卷積的關繫（66）
3．4．3 用DFT計算線性時不變繫統的響應（67）
3．5 連續信號的DFT分析（68）
3．5．1 非周期連續時間信號的頻譜分析（68）
3．5．2 利用DFT對連續信號譜分析時應注意的幾個問題（69）
3．6 用MATLAB計算離散信號的DFT （72）
本章關鍵知識點概要（76）
綜合習題（78）
第4章快速傅裡葉變換（81）
4．1 DFT的運算量分析（81）
4．2 按時間抽取的基2-FFT算法（82）
4．2．1 算法原理（82）
4．2．2 DIT-FFT算法特點（85）
4．2．3 按時間抽取FFT算法的其他形式流圖（86）
4．3 按頻率抽取的基2-FFT算法（87）
4．3．1 算法原理（87）
4．3．2 DIF-FFT算法特點（89）
4．3．3 按頻率抽取的FFT算法的其他形式流圖（90）
4．4 線性調頻z變換算法（91）
4．4．1 算法原理（91）
4．4．2 線性調頻z變換的快速算法（92）
4．5 FFT算法的應用（93）
4．5．1 用FFT計算IDFT （93）
4．5．2 實序列的DFT計算（93）
4．5．3 用FFT實現線性卷積（94）
4．6 FFT的MATLAB實現（97）
本章關鍵知識點概要（101）
綜合習題（104）
第5章 IIR數字濾波器設計（105）
5．1 數字濾波器設計的基本概念（105）
5．1．1 數字濾波器及其設計方法概述（105）
5．1．2 理想數字濾波器（106）
5．1．3 全通繫統與最小相位繫統（107）
5．2 模擬濾波器的基本概念與設計方法（110）
5．2．1 模擬濾波器的物理可實現性（110）
5．2．2 模擬低通濾波器的設計方法（110）
5．2．3 貝塞爾（Bessel）濾波器（116）
5．3 IIR數字濾波器設計（117）
5．3．1 脈衝響應不變法（118）
5．3．2 雙線性變換法（121）
5．4 數字濾波器的頻率變換（123）
5．4．1 模擬域的頻率變換（124）
5．4．2 數字域的頻率變換（125）
5．4．3 高通、帶通和帶阻數字濾波器設計（127）
5．5 用MATLAB函數設計IIR數字濾波器（128）
本章關鍵知識點概要（131）
綜合習題（133）
第6章 FIR數字濾波器設計（135）
6．1 線性相位FIR數字濾波器的特性（135）
6．1．1 線性相位特性（135）
6．1．2 線性相位FIR濾波器的幅度函數（136）
6．1．3 線性相位FIR濾波器的零點特性（140）
6．2 窗函數設計法（時間窗口法）（141）
6．2．1 窗函數設計法的基本原理（141）
6．2．2 幾種常用的窗函數（144）
6．3 頻率采樣設計法（148）
6．3．1 頻率采樣法設計原理（148）
6．3．2 頻率采樣法的設計步驟（149）
6．4 FIR數字濾波器的等波紋設計（152）
6．4．1 等波紋最佳一致設計的基本思想（152）
6．4．2 remez函數與remezord函數（154）
6．5 FIR濾波器與IIR濾波器的比較（155）
6．6 用MATLAB函數設計FIR數字濾波器（156）
本章關鍵知識點概要（159）
綜合習題（160）
第7章數字信號處理繫統的實現（162）
7．1 數字濾波器結構（162）
7．1．1 數字濾波器的結構框圖和信號流圖（162）
7．1．2 IIR數字濾波器結構（163）
7．1．3 FIR數字濾波器結構（167）
7．2 數的表示與量化誤差（173）
7．2．1 二進制數的表示（173）
7．2．2 定點制的量化誤差（174）
7．3 輸入信號的量化誤差（176）
7．3．1 A/D轉換的量化效應（176）
7．3．2 量化誤差統計模型及信噪比（177）
7．3．3 量化誤差通過線性繫統（179）
7．4 數字濾波器的繫數量化效應（180）
7．4．1 繫數量化對零、極點位置的影響（181）
7．4．2 繫數量化效應的統計分析（182）
7．5 數字濾波器的運算量化效應（184）
7．5．1 IIR數字濾波器的乘法運算量化效應（185）
7．5．2 FIR數字濾波器的運算量化效應（190）
7．5．3 IIR數字濾波器的極限環振蕩效應（191）
7．6 FFT實現中的量化誤差分析（194）
7．6．1 定點FFT計算中量化效應分析（194）
7．6．2 定點FFT計算中輸入序列的動態範圍（195）
7．7 用MATLAB分析數字信號處理繫統與量化效應（197）
本章關鍵知識點概要（200）
綜合習題（202）
習題參考答案（203）
參考文獻（211）

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前言/序言

前言
當前，“數字化”或“數碼化”不再是新名詞，每天每個人都在和它們打交道。它們既包括一般家庭中的電視機、影碟機、數碼相機等，也包括幾乎人手一部的手機，以及眾多服務場合中形形色色的電腦和用戶終端等，還包括專門行業的特殊診測設備，如大多數汽車安裝的衛星定位和導航設備，醫院的B超、CT（X射線斷層掃描）、MRI（核磁共振），石油天然氣的勘探、提煉、輸送設備，國防繫統中的雷達和各種新式武器裝備等，所有這些產品或設備，其核心技術就是本教材要討論的“數字信號處理”。
總的說來，“數字信號處理”仍是一門年輕的學科，是隨著超大規模集成電路技術和計算機技術的發明和興起，迅速發展和應用起來的。而隨著應用的廣泛和深入，其發展速度及其對各門學科和社會生活方方面面的影響，都已達到了驚人的程度。因此，許多高校將“數字信號處理”課程作為電子類本科生的必修課程和研究生的學位課程。
本書作者長期從事“信號與繫統”和“數字信號處理”兩門課程的教學工作，這兩門課程是高等學校電子信息類專業的核心課程，也是“電子信息類”課程群中的姊妹課程，前者為後者的先修課程，根據作者多年對兩門課程的教學探索和實踐總結，在兩門課程內容體繫的組成、架構和銜接等方面形成了獨特的認知和理解：這對於降低學生負擔、提高學習效率、在有限的學時內繫統完整掌握課程內容、學習方法尤為重要。我們首先編寫出版了《信號與繫統》教材，並先後修訂了4次，2016年推出了第5版，得到了廣大高校師生的喜愛，並被國內多所大學選作教材；在此基礎上，我們組織編寫了這本《數字信號處理》教材；2本教材在體繫結構、內容安排等方面一脈相承，並采用了統一的文字符號，便於學生閱讀和學習掌握。
本教材面向理工科電子類的學生群體，主要有以下幾個方面的特點：
（1）立足專業基礎。教材內容必須涵蓋大多數高校研究生入學考試所必需的基礎內容，不追風，即不涉及或少涉及本學科的新理論和新技術，以減少篇幅，達到夯實學生專業基礎的目的。本教材重點是信號頻譜分析的實現——離散傅裡葉變換（DFT）理論及應用方面，和繫統（主要是數字濾波器）的設計和實現方面。
（2）做好橋梁紐帶。“數字信號處理”是一門介於專業基礎課和專業課之間的課程，教學中既強調其基礎理論又說明其應用背景，把兩者較好地結合起來，成為學生應用理論分析處理實踐實際問題的橋梁紐帶。例如關於信號的頻譜分析，既強調其數學理論基礎，即連續信號傅裡葉變換的數學描述，但更重視實際實現，即DFT的物理實現，並關注從理論到實現過程中的一些物理現像，如分辨率、時長、采樣率等參數的意義，引導具有強烈興趣的同學能跟蹤並深入實用信號（如隨機信號功率譜）相關處理中的許多問題及研究發展。
（3）善用現代工具。“工欲善其事，必先利其器”，目前大量的計算機編程軟件、仿真軟件為數字信號處理的仿真和可視化提供了重要的工具，這些工具的使用既有利於加強學生對概念的理解，又能通過直觀的展示增強學生的成就感，激發他們的學習興趣，更是今後進一步學習和研究所不可缺少的手段。教材引入了國際流行的用於科學計算的MATLAB語言，多數例題都給出了相應的MATLAB程序，它們既說明了應用MATLAB解決信號處理問題的強大功能，又便於學生驗證書中的例題和進一步利用MATLAB去完成書中的實驗和習題。
（4）關鍵知識點總結。每門課程都有自己的重要知識點，認真歸納、總結和梳理這些知識點是學好該課程的重要環節之一。在本教材中，我們在每章的最後增加了該章關鍵知識點概要，使得本書不但可以作為學生每章復習的參考，而且也可用於本課程期末考試，以及研究生入學考試的總復習，在不增加本書篇幅及學生購書成本的情況下，實現了“一書多用”的效果。
（5）適應互聯網+的發展，部分內容以掃描二維碼形式出現。由於通信與電子信息類的新知識和新技術層出不窮，原來的專業課程課時被壓縮，造成許多重要知識點被刪除，因此，本教材嘗試將被刪除的內容放在網站，有需要的學生可以通過掃描二維碼得到相應的內容，進行自學從而提高其理論水平，並完善其知識結構。受教材篇幅的限制，有些例題的其他解法沒有在教材中列出，同樣讀者可以掃描相應位置的二維碼看到相關內容，更好地豐富教材的內容，擴大學生的知識面。
（6）習題合理分解。本教材將習題進行了合理分解，每節後安排適量與本節知識點相關的基本習題，方便強化相關知識點的訓練，便於師生的同步課程學習；每章後設計一些綜合題，通過綜合習題的訓練可以更好地融會貫通相關理論與方法。既方便老師布置作業，又便於學生有針對性地加強訓練。
本課程的參考學時數為56學時，包含實驗8學時。建議授課學時數安排：第1章1學時，第2章6學時，第3章9學時，第4章8學時，第5章10學時，第6章6學時，第7章8學時。與本教材配套的電子課件、MATLAB程序與部分習題答案，可以登錄電子工業出版社的華信教育資源網：www.hxedu.com.cn免費下載。
本教材由錢玲統稿，其中第1, 2, 7章由谷亞林編寫，第3, 4章由王海青編寫，第5, 6章及各章有關的MATLAB內容由錢玲編寫。本書由宋耀良教授審稿並提出了許多寶貴的意見，作者所在教研室的各位同仁也對本書出版提供了很多幫助，在此一並表示誠摯的謝意。
編著者
於南京理工大學
作者編著的、與本教材配套的姊妹課程教材《信號與繫統》（ISBN 978-7-121-31470，電子工業出版社），歡迎一並選作教材。

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