離散時(shí)間信號(hào)分析和處理系統(tǒng)地介紹了離散時(shí)間信號(hào)分析和處理的基本概念、基本分析方法和處理技術(shù)。全書共9章，內(nèi)容包括離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論，離散傅里葉變換(DFT)及其快速算法(EFT)，數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)及其頻域法設(shè)計(jì)，有限字長(zhǎng)效應(yīng)，多采樣率信號(hào)處理等。為便于數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真，書中還介紹了目前國(guó)際流行的MATLAB軟件編程方法，列舉了與本書內(nèi)容有關(guān)的典型應(yīng)用實(shí)例。
全書系統(tǒng)性強(qiáng)，概念清晰，反映了數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中的基本內(nèi)容。每章附有習(xí)題，第9章附錄詳盡給出了用MATLAB語言編程的上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。本書適宜作為高等院校理工科數(shù)字信號(hào)處理課程的本科生教材，也可作為從事數(shù)字信號(hào)處理的科技人員的參考書。



隨著數(shù)字技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已深入到各學(xué)科領(lǐng)域。相對(duì)于模擬信號(hào)處理，用數(shù)字技術(shù)處理信號(hào)具有高靈活性(即可編程)、高穩(wěn)定性和高精度等特點(diǎn)。由于數(shù)字化技術(shù)有強(qiáng)大的軟、硬件環(huán)境支撐，因而發(fā)展非常迅速。同時(shí)數(shù)字信號(hào)處理作為一門學(xué)科正在不斷發(fā)展和完善，新的理論、新的算法、新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，推動(dòng)了當(dāng)前信號(hào)處理向高速、高效、實(shí)時(shí)性發(fā)展的進(jìn)程。學(xué)習(xí)和掌握數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已成為當(dāng)前信息時(shí)代所必不可少的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
作為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的基礎(chǔ)教材，本書主要介紹離散時(shí)間信號(hào)分析和處理的基本概念、基礎(chǔ)理論、分析方法及其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。書中介紹了數(shù)字信號(hào)處理的一般理論和方法，同時(shí)對(duì)與數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科發(fā)展有關(guān)的部分內(nèi)容加以引申，以尋求學(xué)科發(fā)展的脈絡(luò)，反映學(xué)科發(fā)展的動(dòng)向。數(shù)字信號(hào)處理也是一門工程實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，書中在分析方法上盡量結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真需求，并引入國(guó)際流行的用于科學(xué)計(jì)算的MATLAB語言。學(xué)習(xí)本書內(nèi)容可為讀者了解和掌握數(shù)字信號(hào)處理的理論及工程應(yīng)用打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，提高應(yīng)用理論解決實(shí)際問題的能力。
全書共9章。第1章涵蓋了離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的基本理論，這是全書的理論基礎(chǔ)。第2章、第3章是離散傅里葉變換(DFT)及其快速算法(FFT)，這是信號(hào)處理中對(duì)信號(hào)做譜分析的重要內(nèi)容。作為DFT的工程實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)FT的提出使數(shù)字信號(hào)學(xué)科步入實(shí)踐應(yīng)用階段，是學(xué)科發(fā)展中的重要里程碑。該章介紹了快速算法的基本原理，包括從基2到混合基以及到目前為止最接近理論效率的分裂基算法，從旋轉(zhuǎn)因子算法到素因子算法，用卷積處理DFT的算法等內(nèi)容，形成比較完整的快速算法內(nèi)容體系。第4章至第6章是信號(hào)處理中用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)濾波的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。第4章介紹數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)的不同結(jié)構(gòu)。第5章是數(shù)字濾波器的頻域法設(shè)計(jì)，給出了無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器和有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器的不同設(shè)計(jì)方法。第6章時(shí)域法(或模型法)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，完整地介紹了時(shí)域過濾信號(hào)的概念及信號(hào)處理系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的格型濾波器結(jié)構(gòu)。這些內(nèi)容的引入為讀者進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代譜估計(jì)、信號(hào)的預(yù)測(cè)、信號(hào)的建模與辨識(shí)、自適應(yīng)濾波等現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)打下良好的基礎(chǔ)。第7章介紹離散時(shí)間信號(hào)經(jīng)幅度量化后帶來的有限字長(zhǎng)效應(yīng)，該章提出用狀態(tài)???量法分析溢出振蕩、數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)算量化噪聲、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍等問題，便于用計(jì)算處理這些問題，為工程設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)仿真提供有力的理論依據(jù)和方法。多采樣率信號(hào)處理是信號(hào)處理???域中又一重要的研究和應(yīng)用課題，第8章介紹了多采樣率概念、頻譜變換、多采樣率系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及多采樣率應(yīng)用實(shí)例，為讀者在不同領(lǐng)域中用多采樣率處理信號(hào)打下良好的基礎(chǔ)。作為信號(hào)處理在目前最流行的仿真工具M(jìn)ATLAB?軟件在第9章作了介紹，結(jié)合課程內(nèi)容在講述編程原理同時(shí)給出了有關(guān)的編程應(yīng)用實(shí)例。該章附錄給出了部分上機(jī)練習(xí)的詳盡實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，通過實(shí)驗(yàn)不僅可以學(xué)會(huì)用MATLAB語言編程方法，而且對(duì)所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際、增加感性認(rèn)識(shí)是極其重要的。書中每章都有習(xí)題，全書約收錄140道習(xí)題，便于讀者鞏固所學(xué)的概念和方法，了解基本理論的應(yīng)用，提高分析問題和解決問題的能力。
第1章時(shí)域離散信號(hào)和系統(tǒng)1
1.1引言1
1.2時(shí)域離散信號(hào)——序列1
1.2.1序列及其表示1
1.2.2幾種常用序列2
1.2.3序列的運(yùn)算5
1.2.4任意序列用單位抽樣序列表示11
1.3序列的z變換11
1.3.1z變換的定義及其收斂域11
1.3.2序列特性與收斂域之間的關(guān)系13
1.3.3逆z變換14
1.3.4z變換的性質(zhì)與定理19
1.4序列的傅里葉變換26
1.4.1序列傅里葉變換的定義及其收斂性26
1.4.2序列傅里葉變換的主要性質(zhì)29
1.4.3序列傅里葉變換的對(duì)稱性31
1.4.4周期性序列的傅里葉變換34
1.4.5因果性序列的傅里葉變換37
1.5時(shí)域離散系統(tǒng)40
1.5.1時(shí)域離散系統(tǒng)的描述及特性表征40
1.5.2線性時(shí)不變系統(tǒng)特性42
1.5.3時(shí)域離散系統(tǒng)的差分方程描述46
1.5.4時(shí)域離散系統(tǒng)的變換域分析52
1.5.5全通系統(tǒng)與最小相位系統(tǒng)56
1.6時(shí)域連續(xù)信號(hào)的采樣60
習(xí)題64
附錄A.1離散系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析法71
A.1.1引言71
A.1.2離散系統(tǒng)的信號(hào)流圖及梅遜公式72
A.1.3離散系統(tǒng)狀態(tài)方程表示74
A.1.4離散系統(tǒng)狀態(tài)方程求解79
A.1.5系統(tǒng)函數(shù)與單位抽樣響應(yīng)81
A.1.6狀態(tài)方程的線性變換81第2章離散傅里葉變換(DFT)86
2.1引言86
2.2離散傅里葉級(jí)數(shù)(DFS)86
2.3離散傅里葉級(jí)數(shù)的性質(zhì)88
2.4離散傅里葉變換——有限長(zhǎng)序列的傅里葉表示91
2.5離散傅里葉變換的性質(zhì)94
2.6利用離散傅里葉變換做譜分析103
2.7利用離散傅里葉變換做線性卷積109
習(xí)題113 第3章快速傅里葉變換(FFT)119
3.1引言119
3.2時(shí)間抽選FFT算法120
3.3時(shí)間抽選FFT的數(shù)學(xué)表示127
3.4時(shí)間抽選FFT算法的矩陣表示130
3.5頻率抽選FFT算法134
3.6高組合數(shù)的FFT算法——旋轉(zhuǎn)因子算法139
3.7基4 FFT和分裂基FFT算法144
3.7.1基4 FFT算法144
3.7.2分裂基FFT算法145
3.8素因子FFT算法148
3.9利用卷積計(jì)算DFT153
3.9.1素?cái)?shù)DFT153
3.9.2線性調(diào)頻z變換算法155
習(xí)題159
附錄A.3161
A.3.1基2時(shí)間抽選FFT子程序161
A.3.2時(shí)間抽選分裂基FFT算法子程序163第4章數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)166
4.1引言166
4.2無限沖激響應(yīng)(IIR)系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)167
4.3有限沖激響應(yīng)(FIR)系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)171
4.4線性相位FIR系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)173
4.5FIR系統(tǒng)的頻率取樣結(jié)構(gòu)181
習(xí)題185 第5章數(shù)字濾波器的頻域設(shè)計(jì)189
5.1引言189
5.2無限沖激響應(yīng)濾波器的間接法設(shè)計(jì)190
5.2.1用差分代微分的映射191
5.2.2沖激響應(yīng)不變法192
5.2.3雙線性變換法198
5.3數(shù)字濾波器的頻率變換206
5.4無限沖激響應(yīng)濾波器的頻域直接法設(shè)計(jì)219
5.5有限沖激響應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì)223
5.5.1線性相位FIR濾波器的頻率特性224
5.5.2窗函數(shù)加權(quán)設(shè)計(jì)228
5.5.3頻率取樣設(shè)計(jì)235
5.5.4等波紋逼近240
習(xí)題245
附錄A.5模擬濾波器設(shè)計(jì)250
A.5.1濾波器的逼近問題250
A.5.2巴特沃思濾波器——最大平坦幅度特性濾波器251
A.5.3切比雪夫Ⅰ型濾波器——通帶等波紋濾波器254
A.5.4模擬濾波器的頻率變換259第6章數(shù)字濾波器的時(shí)域設(shè)計(jì)269
6.1引言269
6.2全極點(diǎn)模型濾波器的設(shè)計(jì)272
6.3萊文遜\|杜賓遞推算法276
6.4全零點(diǎn)模型濾波器的設(shè)計(jì)284
6.5零極點(diǎn)模型濾波器的設(shè)計(jì)285
6.6數(shù)字濾波器的格形結(jié)構(gòu)290
習(xí)題297第7章數(shù)字系統(tǒng)中的有限字長(zhǎng)效應(yīng)299
7.1引言299
7.2二進(jìn)制數(shù)的表示及量化誤差300
7.2.1定點(diǎn)與浮點(diǎn)表數(shù)300
7.2.2定點(diǎn)制負(fù)數(shù)的表示300
7.2.3補(bǔ)碼表數(shù)特性及量化誤差302
7.2.4量化誤差的統(tǒng)計(jì)分析模型305
7.3A/D變換中的量化誤差306
7.3.1A/D量化誤差的統(tǒng)計(jì)分析306
7.3.2A/D量化噪聲通過線性系統(tǒng)307
7.4數(shù)字系統(tǒng)運(yùn)算量化噪聲的統(tǒng)計(jì)分析309
7.4.1IIR濾波器運(yùn)算量化噪聲的計(jì)算309
7.4.2系統(tǒng)用狀態(tài)方程描述時(shí)運(yùn)算量化噪聲的計(jì)算311
7.4.3串并聯(lián)系統(tǒng)的量化噪聲315
7.4.4FIR濾波器的運(yùn)算量化噪聲319
7.5防止溢出的壓縮比例因子319
7.5.1壓縮比例準(zhǔn)則319
7.5.2壓縮比例因子的計(jì)算321
7.5.3加壓縮比例因子后運(yùn)算量化噪聲的計(jì)算324
7.6數(shù)字系統(tǒng)的系數(shù)量化效應(yīng)328
7.6.1系數(shù)量化對(duì)零、極點(diǎn)位置的影響328
7.6.2系數(shù)量化對(duì)IIR濾波器頻率特性影響的統(tǒng)計(jì)分析331
7.6.3用狀態(tài)方程描述系統(tǒng)的系數(shù)靈敏度333
7.7定點(diǎn)制數(shù)字系統(tǒng)中的振蕩現(xiàn)象334
7.7.1溢出極限環(huán)振蕩334
7.7.2死區(qū)效應(yīng)——恒輸入極限環(huán)339
7.8FFT運(yùn)算的有限字長(zhǎng)效應(yīng)343
7.8.1直接計(jì)算DFT的量化誤差分析343
7.8.2定點(diǎn)FFT運(yùn)算量化效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析345
習(xí)題348第8章多采樣率處理352
8.1引言352
8.2用整數(shù)M抽取的降采樣率工作原理352
8.3用整數(shù)L內(nèi)插的升采樣率工作原理355
8.4以有理因子M/L作采樣率變換357
8.5數(shù)字采樣率變換的一般形式358
8.6內(nèi)插和抽取的流圖結(jié)構(gòu)360
8.7采樣率變換的多級(jí)實(shí)現(xiàn)365
8.8多采樣率信號(hào)處理應(yīng)用舉例371
習(xí)題376第9章數(shù)字信號(hào)處理算法仿真380
9.1MATLAB?使用基礎(chǔ)380
9.1.1MATLAB的工作原理380
9.1.2MATLAB的出入口381
9.1.3矩陣運(yùn)算和基本語句結(jié)構(gòu)384
9.1.4M文本文件和M函數(shù)文件的編寫與調(diào)用387
9.1.5MATLAB工作空間管理指令388
9.2MATLAB在信號(hào)處理中的應(yīng)用390
9.2.1譜分析390
9.2.2數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)392
9.2.3有限字長(zhǎng)效應(yīng)398
9.2.4多采樣率信號(hào)處理409
附錄A.9414
A.9.1MATLAB Signal Toolbox中的常用函數(shù)414
A.9.2數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書——使用MATLAB?語言417
參考文獻(xiàn)436