數(shù)字信號處理

內(nèi)容概要

本書全面、系統(tǒng)地闡述了數(shù)字信號處理的基本理論和分析方法，詳細介紹了離散時間信號及系統(tǒng)、傅里葉變換、z變換、小波分析和數(shù)字濾波器設(shè)計的確定性數(shù)字信號處理，以及多重速率數(shù)字信號處理系統(tǒng)、線性預測、時頻分析和譜估計等隨機數(shù)字信號處理，使讀者深刻理解數(shù)字信號處理的理論和設(shè)計方法。本書不僅可以作為高等院校電子、通信、電氣工程與自動化、機械電子工程和機電一體化等專業(yè)本科生或研究生教材，還可作為工程技術(shù)人員DSP設(shè)計方面的參考書。
本書特色
在上一版基礎(chǔ)上，擴充了濾波器組和小波分析的內(nèi)容，新增了隨機信號處理、譜估計和求解差分方程的內(nèi)容。
涵蓋Matlab實驗內(nèi)容，指導讀者如何使用Matlab工具進行數(shù)字信號處理系統(tǒng)的分析與設(shè)計。
包括120個范例、20個研發(fā)案例、約400道練習題，以幫助讀者理解概念和設(shè)計方法。
每章末增加了一節(jié)“Do-it Yourself”，使讀者通過Matlab實驗獲得解決實際信號處理問題的親身體驗。

作者簡介

Paulo S. R. Diniz 巴西里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學（UFRJ）電子與計算機工程系和COPPE/UFRJ研究生院教授，他還是IEEE會士。
Eduardo A. B. da Silva 巴西里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學（UFRJ）電子與計算機工程系和COPPE/UFRJ研究生院副教授。
Sergio L. Netto 巴西里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學（UFRJ）電子與計算機工程系和COPPE/UFRJ研究生院副教授。

書籍目錄

譯者序
前言
引言
第1章　離散時間信號和系統(tǒng)1
1.1　概述1
1.2　離散時間信號1
1.3　離散時間系統(tǒng)4
1.3.1　線性4
1.3.2　時不變性5
1.3.3　因果關(guān)系5
1.3.4　沖激響應與卷積和6
1.3.5　穩(wěn)定性8
1.4　差分方程與時域響應8
1.4.1　遞歸與非遞歸系統(tǒng)對比11
1.5　求解差分方程11
1.5.1　計算沖激響應17
1.6　連續(xù)時間信號采樣19
1.6.1　基本原理19
1.6.2　采樣定理19
1.7　隨機信號32
1.7.1　隨機變量32
1.7.2　隨機過程34
1.7.3　隨機信號濾波36
1.8　實驗：離散時間信號和系統(tǒng)37
1.9　離散時間信號和系統(tǒng)與MATLAB41
1.10　總結(jié)41
1.11　習題41
第2章　z變換和傅里葉變換46
2.1　概述46
2.2　z變換的定義46
2.3　z反變換51
2.3.1　基于留數(shù)定理的計算52
2.3.2　部分分式展開法54
2.3.3　多項式長除法56
2.3.4　級數(shù)展開法57
2.4　z變換的性質(zhì)58
2.4.1　線性58
2.4.2　時間反轉(zhuǎn)59
2.4.3　時移定理59
2.4.4　指數(shù)倍乘59
2.4.5　復數(shù)微分59
2.4.6　復共軛60
2.4.7　實部與虛部序列60
2.4.8　初值定理60
2.4.9　卷積定理60
2.4.10　序列相乘61
2.4.11　帕塞瓦爾定理62
2.4.12　基本z變換表62
2.5　傳遞函數(shù)65
2.6　z域穩(wěn)定性66
2.7　頻率響應68
2.8　傅里葉變換72
2.9　傅里葉變換的性質(zhì)75
2.9.1　線性75
2.9.2　時間反轉(zhuǎn)75
2.9.3　時移定理75
2.9.4　復指數(shù)倍乘（頻移、調(diào)制）75
2.9.5　復數(shù)差分75
2.9.6　復共軛75
2.9.7　實數(shù)與虛數(shù)序列76
2.9.8　對稱和反對稱序列76
2.9.9　卷積定理77
2.9.10　序列相乘77
2.9.11　帕塞瓦爾定理77
2.10　周期序列傅里葉變換77
2.11　變換域隨機信號78
2.11.1　功率譜密度78
2.11.2　白噪聲80
2.12　實驗：z變換和傅里葉變換80
2.13　z變換和傅里葉變換與MATLAB85
2.14　總結(jié)87
2.15　習題87
第3章　離散變換91
3.1　概述91
3.2　離散傅里葉變換91
3.3　DFT的性質(zhì)97
3.3.1　線性97
3.3.2　時間反轉(zhuǎn)97
3.3.3　時移定理97
3.3.4　循環(huán)頻移定理（調(diào)制定理）99
3.3.5　時域循環(huán)卷積99
3.3.6　相關(guān)性100
3.3.7　復共軛101
3.3.8　實數(shù)與虛數(shù)序列101
3.3.9　對稱與反對稱序列101
3.3.10　帕塞瓦爾定理103
3.3.11　DFT與z變換的關(guān)系103
3.4　DFT數(shù)字濾波器104
3.4.1　線性和循環(huán)卷積104
3.4.2　重疊相加法106
3.4.3　重疊保留法109
3.5　快速傅里葉變換111
3.5.1　2為基時域抽取算法112
3.5.2　頻域抽取117
3.5.3　4為基算法119
3.5.4　任意值N算法122
3.5.5　計算DFT的其他技術(shù)123
3.6　其他離散變換123
3.6.1　離散變換和帕塞瓦爾定理124
3.6.2　離散變換和正交性125
3.6.3　離散余弦變換126
3.6.4　正弦和余弦變換族130
3.6.5　離散哈特利變換130
3.6.6　哈達馬變換131
3.6.7　其他重要變換132
3.7　信號表示法132
3.7.1　拉普拉斯變換132
3.7.2　z變換133
3.7.3　傅里葉變換（連續(xù)時間）133
3.7.4　傅里葉變換（離散時間）133
3.7.5　傅里葉級數(shù)134
3.7.6　離散傅里葉變換134
3.8　實驗：離散變換135
3.9　離散變換與MATLAB137
3.10　總結(jié)138
3.11　習題139
第4章　數(shù)字濾波器143
4.1　概述143
4.2　非遞歸數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)143
4.2.1　直接型144
4.2.2　級聯(lián)型144
4.2.3　線性相位型145
4.3　遞歸數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)150
4.3.1　直接型150
4.3.2　級聯(lián)型152
4.3.3　并聯(lián)型153
4.4　數(shù)字網(wǎng)絡分析155
4.5　狀態(tài)空間描述157
4.6　數(shù)字網(wǎng)絡的基本性能158
4.6.1　特勒根定理158
4.6.2　互易性159
4.6.3　中間互易160
4.6.4　轉(zhuǎn)置160
4.6.5　靈敏度161
4.7　積木塊165
4.7.1　二階積木塊165
4.7.2　數(shù)字振蕩器167
4.7.3　梳狀濾波器168
4.8　實驗：數(shù)字濾波器169
4.9　數(shù)字濾波器與MATLAB171
4.10　總結(jié)174
4.11　習題174
第5章　FIR濾波器逼近179
5.1　概述179
5.2　標準濾波器的理想特性179
5.2.1　低通、高通、帶通和帶阻濾波器180
5.2.2　微分器180
5.2.3　希爾伯特變換器181
5.2.4　小結(jié)183
5.3　頻率采樣逼近FIR濾波器183
5.4　窗函數(shù)逼近FIR濾波器188
5.4.1　矩形窗190
5.4.2　三角窗190
5.4.3　漢明窗和漢寧窗191
5.4.4　布萊克曼窗192
5.4.5　凱澤窗194
5.4.6　道爾夫切比雪夫窗199
5.5　最平坦濾波器逼近200
5.6　優(yōu)化FIR濾波器逼近203
5.6.1　加權(quán)最小二乘法206
5.6.2　切比雪夫法209
5.6.3　WLS切比雪夫法213
5.7　實驗:FIR濾波器逼近217
5.8　FIR濾波器逼近與MATLAB220
5.9　總結(jié)224
5.10　習題224
第6章　IIR濾波器逼近229
6.1　概述229
6.2　模擬濾波器逼近229
6.2.1　模擬濾波器性能指標229
6.2.2　巴特沃斯逼近230
6.2.3　切比雪夫逼近231
6.2.4　橢圓逼近234
6.2.5　頻率變換236
6.3　連續(xù)時域到離散時域變換242
6.3.1　沖激響應不變法242
6.3.2　雙線性變換法244
6.4　離散時域頻率變換248
6.4.1　低通低通變換248
6.4.2　低通高通變換249
6.4.3　低通帶通變換249
6.4.4　低通帶阻變換249
6.4.5　可變截止頻率濾波器設(shè)計250
6.5　幅度和相位逼近251
6.5.1　基本原理251
6.5.2　多變量函數(shù)最小化方法253
6.5.3　交替法255
6.6　時域逼近257
6.6.1　逼近方法258
6.7　實驗:IIR濾波器逼近259
6.8　IIR濾波器逼近與MATLAB262
6.9　總結(jié)265
6.10　習題266
第7章　譜估計269
7.1　概述269
7.2　估計理論269
7.3　非參數(shù)譜估計270
7.3.1　周期圖270
7.3.2　周期圖變異271
7.3.3　最小方差譜估計272
7.4　建模理論275
7.4.1　有理傳遞函數(shù)建模275
7.4.2　耶魯沃克方程278
7.5　參數(shù)譜估計279
7.5.1　線性預測280
7.5.2　協(xié)方差法282
7.5.3　自相關(guān)方法283
7.5.4　萊文森杜斌算法283
7.5.5　伯格方法285
7.5.6　萊文森杜斌算法與網(wǎng)格結(jié)構(gòu)關(guān)系287
7.6　維納濾波器288
7.7　其他譜估計方法290
7.8　實驗:譜估計290
7.9　譜估計與MATLAB295
7.10　總結(jié)296
7.11　習題297
第8章　多重速率系統(tǒng)300
8.1　概述300
8.2　基本原理300
8.3　抽取301
8.4　內(nèi)插304
8.4.1　內(nèi)插示例306
8.5　采樣率變化307
8.6　逆運算307
8.7　諾貝爾一致性308
8.8　多相分解309
8.9　切換模型311
8.10　抽取和內(nèi)插實現(xiàn)高效濾波器313
8.10.1　窄帶FIR濾波器313
8.10.2　具有窄過渡帶的寬帶FIR濾波器315
8.11　重疊塊濾波316
8.11.1　不重疊情況317
8.11.2　重疊輸入和輸出319
8.11.3　快速卷積結(jié)構(gòu)Ⅰ321
8.11.4　快速卷積結(jié)構(gòu)Ⅱ322
8.12　多重速率系統(tǒng)的隨機信號324
8.12.1　內(nèi)插隨機信號324
8.12.2　抽取隨機信號325
8.13　實驗：多重速率系統(tǒng)325
8.14　多重速率系統(tǒng)與MATLAB327
8.15　總結(jié)329
8.16　習題329
第9章　濾波器組332
9.1　概述332
9.2　濾波器組332
9.2.1　帶通信號抽取332
9.2.2　帶通信號逆抽取333
9.2.3　精確抽取M段濾波器組333
9.3　完全重構(gòu)335
9.3.1　多相分量M帶濾波器組335
9.3.2　M帶濾波器組的完全重構(gòu)336
9.4　分析M帶濾波器組341
9.4.1　調(diào)制矩陣表示342
9.4.2　時域分析343
9.4.3　正交和雙正交濾波器組349
9.4.4　解多路復用器353
9.5　普通雙帶完全重構(gòu)濾波器組354
9.6　QMF濾波器組357
9.7　CQF濾波器組359
9.8　塊變換363
9.9　余弦調(diào)制濾波器組366
9.9.1　余弦調(diào)制濾波器組設(shè)計優(yōu)化問題370
9.10　重疊變換373
9.10.1　快速算法和雙正交LOT379
9.10.2　廣義LOT381
9.11　實驗：濾波器組387
9.12　濾波器組與MATLAB395
9.13　總結(jié)396
9.14　習題396
第10章　小波變換399
10.1　概述399
10.2　小波變換399
10.2.1　分級濾波器組399
10.2.2　小波399
10.2.3　尺度函數(shù)404
10.3　x(t)和x(n)的關(guān)系404
10.4　小波變換與時頻分析405
10.4.1　短時傅里葉變換405
10.4.2　連續(xù)時間小波變換408
10.4.3　采樣連續(xù)時間小波變換：離散小波變換409
10.5　多分辨率表示411
10.5.1　雙正交多分辨率表示413
10.6　小波變換與濾波器組415
10.6.1　濾波器系數(shù)之間的關(guān)系419
10.7　正則性422
10.7.1　正則性條件對濾波器組的附加約束422
10.7.2　正則性實際估計423
10.7.3　消失矩數(shù)424
10.8　小波示例425
10.9　圖像小波變換427
10.10　有限長信號小波變換430
10.10.1　周期信號擴展430
10.10.2　對稱信號擴展432
10.11　實驗：小波變換436
10.12　小波與MATLAB441
10.13　總結(jié)445
10.14　習題445
第11章　有限精度數(shù)字信號處理448
11.1　概述448
11.2　二進制數(shù)表示449
11.2.1　定點表示449
11.2.2　有符號二次冪表示450
11.2.3　浮點表示451
11.3　基本單元451
11.3.1　二進制補碼表示特性451
11.3.2　串行加法器452
11.3.3　串行乘法器453
11.3.4　并行加法器459
11.3.5　并行乘法器459
11.4　分布式算法實現(xiàn)460
11.5　乘積量化464
11.6　信號縮放468
11.7　系數(shù)量化474
11.7.1　靈敏度標準475
11.7.2　統(tǒng)計預測字長477
11.8　極限環(huán)479
11.8.1　顆粒極限環(huán)480
11.8.2　溢出極限環(huán)481
11.8.3　消除零輸入極限環(huán)482
11.8.4　消除常數(shù)輸入極限環(huán)487
11.8.5　溢出非線性數(shù)字濾波器的強迫響應穩(wěn)定性488
11.9　實驗：有限精度數(shù)字信號處理491
11.10　有限長精度數(shù)字信號處理與MATLAB493
11.11　總結(jié)493
11.12　習題494
第12章　FIR結(jié)構(gòu)496
12.1　概述496
12.2　格型構(gòu)成496
12.2.1　格型濾波器組497
12.3　多相型501
12.4　頻域型502
12.5　遞歸運算和型502
12.6　修正辛格濾波器503
12.7　降低算術(shù)運算次數(shù)504
12.7.1　前置濾波器法504
12.7.2　內(nèi)插法506
12.7.3　頻率響應隱蔽法509
12.7.4　正交法518
12.8　實驗：FIR結(jié)構(gòu)521
12.9　FIR結(jié)構(gòu)與MATLAB524
12.10　總結(jié)524
12.11　習題525
第13章　IIR結(jié)構(gòu)528
13.1　概述528
13.2　并聯(lián)和級聯(lián)型IIR濾波器528
13.2.1　并聯(lián)型528
13.2.2　級聯(lián)型530
13.2.3　誤差頻譜整形533
13.2.4　閉合形式縮放535
13.3　狀態(tài)空間模塊536
13.3.1　最優(yōu)狀態(tài)空間模塊537
13.3.2　無極限環(huán)狀態(tài)空間模塊540
13.4　格型濾波器546
13.5　雙互補濾波器551
13.5.1　QMF濾波器組實現(xiàn)554
13.6　波動濾波器555
13.6.1　動機555
13.6.2　波元件557
13.6.3　格型波動數(shù)字濾波器568
13.7　實驗：IIR結(jié)構(gòu)573
13.8　IIR結(jié)構(gòu)與MATLAB574
13.9　總結(jié)575
13.10　習題575
參考文獻578
索引591

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