信號處理引論

內(nèi)容概要

本書力求透徹地講解信號處理的基本原理，其結(jié)構(gòu)是：從簡單的連續(xù)時間正弦信號到離散時間信號和系統(tǒng)，然后再返回到連續(xù)時間信號。本書前八章詳細(xì)討論了連續(xù)時間正弦信號和它們的復(fù)指數(shù)表達(dá)式；引入頻譜和傅里葉級數(shù)的概念；研究抽樣正弦信號的方法，闡述離散信號和離散系統(tǒng)的特性；由FIR濾波器引出最基本的線性系統(tǒng)概念；導(dǎo)出并闡述了頻率響應(yīng)這一關(guān)鍵概念；然后引出z變換和IIR系統(tǒng)。之后又回到了連續(xù)時間信號和系統(tǒng)，引出卷積以及連續(xù)時間系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，進(jìn)行關(guān)于傅里葉變換的討論。最后討論了信號處理在線性濾波、調(diào)制和頻譜分析等方面的應(yīng)用。本書非常重視實驗，包含許多新的實驗課題，如濾波、傅里葉級數(shù)以及模擬和數(shù)字通信，特別是多媒體方面的課題；還采用了很多新的論證方法，具有可視性；本書納入了數(shù)以百計的課后作業(yè)習(xí)題和解答；并且包含MATLAB編程和許多新的計算機(jī)演示實例。隨書附帶的光盤記錄了本課程的全部內(nèi)容，包括書中的練習(xí)、實驗、例題以及課堂上使用的演示程序和動畫制作、實驗室測試工具和課后作業(yè)的解答，這些資料提供了超越公式概念的直觀的新方法，能夠很好地幫助我們理解信號處理的原理及方法。     本書是作者根據(jù)他們近十年的教學(xué)和研究工作成果寫成的，可以作為許多高校電氣和計算機(jī)工程專業(yè)二年級本科生的教科書，同樣適合在科學(xué)和技術(shù)等領(lǐng)域從事信號處理工作的科技人員閱讀。

作者簡介

James H.McClellan于1973年在美國賴斯大學(xué)獲博士學(xué)位。1973年到1974年間作為MIT林肯實驗的研究人員，之后成為MIT的電氣工程和計算機(jī)科學(xué)教授。McClellan教授是IEEE會士，于1987榮獲ASSP技術(shù)成就獎，1996年獲得信號處理社會獎。他從1987年起在佐治亞理工學(xué)院任教，對大學(xué)

書籍目錄

第1章    引言1.1    信號的數(shù)學(xué)表示1.2    系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表示1.3    關(guān)于系統(tǒng)的思考1.4    下一步第2章    正弦信號2.1    音叉實驗2.2    正弦和余弦函數(shù)回顧2.3    正弦信號2.3.1    頻率與周期的關(guān)系2.3.2    相移和時移2.4    正弦信號的抽樣和重構(gòu)2.5    復(fù)指數(shù)和復(fù)振幅矢量2.5.1    復(fù)數(shù)的回顧2.5.2    復(fù)指數(shù)信號2.5.3    旋轉(zhuǎn)復(fù)振幅描述2.5.4    逆歐拉公式2.6    復(fù)振幅矢量相加2.6.1    復(fù)數(shù)的加法2.6.2    復(fù)振幅加法規(guī)則2.6.3    復(fù)振幅加法規(guī)則舉例2.6.4    復(fù)振幅的MATLAB演示2.6.5    復(fù)振幅加法規(guī)則小結(jié)2.7    音叉的物理學(xué)2.7.1    物理學(xué)定律的公式2.7.2    微分方程的一般解2.7.3    聽音調(diào)2.8    時間信號2.9    小結(jié)和要點2.10  習(xí)題第3章    頻譜表示3.1    正弦信號之和的頻譜3.1.1    符號變化3.1.2    頻譜的圖形描繪3.2    拍音3.2.1    正弦信號相乘3.2.2    拍音波形3.2.3    幅度調(diào)制3.3    周期波形3.3.1    合成元音3.3.2    非周期信號的例子3.4    傅里葉級數(shù)3.4.1    傅里葉級數(shù)：分析3.4.2    傅里葉級數(shù)推導(dǎo)3.5    傅里葉級數(shù)的頻譜3.6    周期信號的傅里葉分析3.6.1    方波3.6.2    方波的頻譜3.6.3    方波的綜合3.6.4    三角波3.6.5    三角波的綜合3.6.6    傅里葉綜合的收斂性3.7    時間-頻率譜3.7.1    分級頻率3.7.2    譜圖分析3.8    頻率調(diào)制：線性調(diào)頻信號3.8.1    線性調(diào)頻或線性掃頻3.8.2    對瞬時頻率的進(jìn)一步考察3.9    小結(jié)和要點3.10  習(xí)題第4章    抽樣和混疊4.1    抽樣4.1.1    抽樣正弦信號4.1.2    混淆的概念4.1.3    離散時間信號的頻譜4.1.4    抽樣定理4.1.5    理想的重構(gòu)4.2    抽樣和重構(gòu)的頻譜觀察4.2.1    由抽樣得到的離散時間信號的頻譜4.2.2    過抽樣4.2.3    欠抽樣所引起的混疊4.2.4    欠抽樣所引起的折疊4.2.5    最大重構(gòu)頻率4.3    頻閃燈演示4.3.1    頻譜解釋4.4    離散到連續(xù)的轉(zhuǎn)換4.4.1    用脈沖進(jìn)行內(nèi)插4.4.2    零階保持內(nèi)插4.4.3    線性內(nèi)插4.4.4    立方樣條內(nèi)插4.4.5    過抽樣輔助內(nèi)插4.4.6    理想的限帶內(nèi)插4.5    抽樣定理4.6    小結(jié)和要點4.7    習(xí)題第5章    FIR濾波器5.1    離散時間系統(tǒng)5.2    運(yùn)行平均濾波器5.3    一般的FIR濾波器5.3.1    FIR濾波的一個圖解5.3.2    單位沖激響應(yīng)5.3.3    卷積與FIR濾波器5.4    FIR濾波器的實現(xiàn)5.4.1    結(jié)構(gòu)單元5.4.2    框圖5.5    線性時不變系統(tǒng)5.5.1    時不變性5.5.2    線性5.5.3    FIR情況5.6    卷積與LTI系統(tǒng)5.6.1    卷積和的導(dǎo)出5.6.2    LTI系統(tǒng)的一些性質(zhì)5.7    級聯(lián)的LTI系統(tǒng)5.8    FIR濾波的例子5.9    小結(jié)和要點5.10  習(xí)題第6章    FIR濾波器的頻率響應(yīng)6.1    FIR系統(tǒng)的正弦響應(yīng)6.2    疊加與頻率響應(yīng)6.3    穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)響應(yīng)6.4    頻率響應(yīng)的性質(zhì)6.4.1    沖激響應(yīng)與差分方程的關(guān)系6.4.2    Н()的周期性6.4.3    共軛對稱性6.5    頻率響應(yīng)的圖像表示6.5.1    延遲系統(tǒng)6.5.2    一階差分系統(tǒng)6.5.3    一個簡單的低通濾波器6.6    級聯(lián)的LTI系統(tǒng)6.7    運(yùn)行平均濾波6.7.1    描繪頻率響應(yīng)6.7.2    幅度和相位的級聯(lián)6.7.3    實驗：平滑一幅圖像6.8    對抽樣的連續(xù)時間信號濾波6.8.1    例子：低通平均器6.8.2    對延遲的解釋6.9    小結(jié)和要點6.10  習(xí)題第7章    z變換7.1    z變換的定義7.2    z變換和線性系統(tǒng)7.2.1    FIR濾波器的z變換7.3    z變換的性質(zhì)7.3.1    z變換的疊加性質(zhì)7.3.2    z變換的時延性質(zhì)7.3.3    一般的z變換公式7.4    作為一種運(yùn)算符的z變換7.4.1    單位延遲算符7.4.2    算子符號7.4.3    框圖中的算子符號7.5    卷積與z變換7.5.1    級聯(lián)系統(tǒng)7.5.2    z多項式的因式分解7.5.3    反卷積7.6    z域與 域之間的關(guān)系7.6.1    z平面與單位圓7.6.2    H(z)的零點和極點7.6.3    H(z)的零點的意義7.6.4    無效濾波器7.6.5    z與 之間的圖形關(guān)系7.7    有效濾波器7.7.1    L點運(yùn)行-和濾波器7.7.2    復(fù)數(shù)帶通濾波器7.7.3    實系數(shù)帶通濾波器7.8    實際的帶通濾波器設(shè)計7.9    線性相位濾波器的性質(zhì)7.9.1    線性相位條件7.9.2    FIR線性相位系統(tǒng)的零點的位置7.10  小結(jié)和要點7.11  習(xí)題第8章    IIR濾波器8.1    一般的IIR差分方程8.2    時域響應(yīng)8.2.1    IIR濾波器的線性和時不變性8.2.2    一階IIR系統(tǒng)的沖激響應(yīng)8.2.3    對有限長度輸入的響應(yīng)8.2.4    一階遞歸系統(tǒng)的階躍響應(yīng)8.3    IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)8.3.1    一般的一階情況8.3.2    系統(tǒng)函數(shù)和框圖結(jié)構(gòu)8.3.3    與沖激響應(yīng)的關(guān)系8.3.4    方法的小結(jié)8.4    極點和零點8.4.1    在原點或者無窮遠(yuǎn)點的極點或零點8.4.2    極點位置和穩(wěn)定性8.5    IIR濾波器的頻率響應(yīng)8.5.1    用MATLAB來得到頻率響應(yīng)8.5.2    系統(tǒng)函數(shù)的三維圖像8.6    三個域8.7    z反變換和一些應(yīng)用8.7.1    再談一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)8.7.2    z反變換的一般過程8.8    穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性8.9    二階濾波器8.9.1    二階濾波器的z變換8.9.2    二階IIR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)8.9.3    極點和零點8.9.4    二階IIR系統(tǒng)的沖激響應(yīng)8.9.5    復(fù)數(shù)極點8.10    二階IIR濾波器的頻率響應(yīng)8.10.1    通過MATLAB來得到頻率響應(yīng)8.10.2    3 dB帶寬8.10.3    系統(tǒng)函數(shù)的三維圖像8.11    一個IIR低通濾波器的例子8.12    小結(jié)和要點8.13    習(xí)題第9章    連續(xù)時間信號和LTI系統(tǒng)9.1    連續(xù)時間信號9.1.1    兩邊都有無限長度的信號9.1.2    單邊信號9.1.3    有限長度信號9.2    單位沖激9.2.1    沖激的抽樣性質(zhì)9.2.2    數(shù)學(xué)嚴(yán)密性9.2.3    工程實際性9.2.4    單位階躍信號的導(dǎo)數(shù)9.3    連續(xù)時間系統(tǒng)9.3.1    一些基本的連續(xù)時間系統(tǒng)9.3.2    連續(xù)時間輸出9.3.3    類比離散時間系統(tǒng)9.4    線性時不變系統(tǒng)9.4.1    時不變性9.4.2    線性9.4.3    卷積積分9.4.4    卷積的性質(zhì)9.5    基本的LTI系統(tǒng)的沖激響應(yīng)9.5.1    積分器9.5.2    微分器9.5.3    理想的延遲9.6    沖激的卷積9.7    計算卷積積分9.7.1    延遲的單位階躍輸入9.7.2    離散卷積的計算9.7.3    方形脈沖輸入9.7.4    很窄的方形脈沖輸入9.7.5    關(guān)于卷積例子的討論9.8    LTI系統(tǒng)的性質(zhì)9.8.1    級聯(lián)和并聯(lián)組合9.8.2    卷積的微分和積分9.8.3    穩(wěn)定性和因果性9.9    用卷積來消除多路徑失真9.10  小結(jié)9.11  習(xí)題第10章    頻率響應(yīng)10.1    LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)10.1.1    描繪頻率響應(yīng)的圖像10.1.2    幅度和相位變化10.2    實正弦信號的響應(yīng)10.2.1    余弦輸入10.2.2    H(jw)的對稱性10.2.3    對正弦信號的一般和的響應(yīng)10.2.4    周期的輸入信號10.3    理想的濾波器10.3.1    理想的延遲系統(tǒng)10.3.2    理想的低通濾波器10.3.3    理想的高通濾波器10.3.4    理想的帶通濾波器10.4    理想濾波器的應(yīng)用10.5    時域或者頻域10.6    小結(jié)和前景10.7    習(xí)題第11章    連續(xù)時間傅里葉變換11.1    傅里葉變換的定義11.2    傅里葉變換和頻譜11.2.1    傅里葉級數(shù)的極限11.3    傅里葉變換的存在和收斂性11.4    傅里葉變換對的例子11.4.1    右邊實指數(shù)信號11.4.2    矩形脈沖信號11.4.3    限帶信號11.4.4    時間沖激或者頻率沖激11.4.5    正弦信號11.4.6    周期信號11.5    傅里葉變換對的性質(zhì)11.5.1    標(biāo)度特性11.5.2    傅里葉變換對的對稱性11.6    卷積特性11.6.1    頻率響應(yīng)11.6.2    卷積的傅里葉變換11.6.3    運(yùn)用卷積特性的例子11.7    基本的LTI系統(tǒng)11.7.1    時延11.7.2    微分11.7.3    微分方程所描述的系統(tǒng)11.8    相乘特性11.8.1    一般的信號相乘性質(zhì)11.8.2    頻移特性11.9    傅里葉變換性質(zhì)和傅里葉變換對列表11.10  傅里葉變換用于多路徑分析11.11  小結(jié)11.12  習(xí)題第12章    濾波、調(diào)制和抽樣12.1    線性時不變系統(tǒng)12.1.1    級聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)12.1.2    理想的延遲12.1.3    頻選濾波器12.1.4    在頻域中濾波的例子12.1.5    對LTI濾波器的作用進(jìn)行補(bǔ)償12.2    正弦波振幅調(diào)制12.2.1    雙邊帶振幅調(diào)制12.2.2    具有發(fā)射載波的DSBAM系統(tǒng)12.2.3    頻分復(fù)用12.3    抽樣和重構(gòu)12.3.1    抽樣定理與混疊12.3.2    限帶信號的重構(gòu)12.3.3    限帶內(nèi)插12.3.4    理想的C/D轉(zhuǎn)換器和D/C轉(zhuǎn)換器12.3.5    離散時間傅里葉變換12.3.6    DTFT的反變換12.3.7    連續(xù)時間信號的離散時間濾波12.4    小結(jié)12.5    習(xí)題第13章    頻譜計算13.1    有限的傅里葉和13.2    不同的傅里葉變換13.2.1    DTFT與CTFT之間的關(guān)系13.2.2    DFT與DTFT之間的關(guān)系13.2.3    DFT與CTFT之間的關(guān)系13.3    時域加窗13.4    對正弦信號之和的分析13.4.1    加窗正弦信號的DTFT13.5    離散傅里葉變換13.5.1    DFT的反變換13.5.2    DFT表示的小結(jié)13.5.3    快速傅里葉變換13.5.4    負(fù)頻率與DFT13.5.5    DFT舉例13.6    有限長度信號的頻譜分析13.7    周期信號的頻譜分析13.8    譜圖13.8.1    譜圖顯示13.8.2    MATLAB中的譜圖13.8.3    已抽樣的周期信號的譜圖13.8.4    譜圖的分辨率13.8.5    音階的譜圖13.8.6    語音信號的譜圖13.8.7    濾波后的語音信號13.9    快速傅里葉變換13.9.1    FFT的推導(dǎo)13.10  小結(jié)和要點13.11  習(xí)題附錄A    復(fù)數(shù)附錄B    MATLAB編程附錄C    實驗課題附錄D    CD-ROM演示索引

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