數(shù)字信號(hào)處理

前言

　　本書為普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材?！　”窘滩牡?版于2006年出版以后，被國(guó)內(nèi)數(shù)十所大學(xué)選用，使用效果良好。　　本教材特點(diǎn)為：　　1.突出基本原理、基本概念和基本分析方法，選材精煉?！　?.分析敘述問題條理清楚，深入淺出，邏輯性強(qiáng)。3.將數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)理論與MATLAB相結(jié)合，以基本理論為主線，以MATLAB為學(xué)習(xí)理論的工具。既避免了將數(shù)字信號(hào)處理教材寫成：MAq、LAB編程教材的喧賓奪主現(xiàn)象，又能使讀者利用風(fēng)靡世界的MATLAB進(jìn)行高效的上機(jī)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)與仿真，便于教學(xué)和自學(xué)?！　?.例題、習(xí)題與上機(jī)題多。配套出版了《數(shù)字信號(hào)處理學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解》（書號(hào)為978-7-121-04928）。

內(nèi)容概要

本書為普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。    本書系統(tǒng)地介紹了數(shù)字信號(hào)處理的基本原理、算法及其軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。主要講述時(shí)域離散信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念和時(shí)域、頻域的分析方法。重點(diǎn)介紹離散傅里葉變換及其快速算法、數(shù)字濾波的基本概念與理論、數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。介紹模擬信號(hào)數(shù)字處理原理與方法、多采樣率數(shù)字信號(hào)處理的基本理論和高效實(shí)現(xiàn)方法，數(shù)字信號(hào)處理的典型應(yīng)用。    結(jié)合各章的內(nèi)容，介紹相應(yīng)的MATLAB信號(hào)處理工具箱函數(shù)，并給出用MATLAB闡述問題和求解計(jì)算問題的程序。各章中安排了豐富的例題、習(xí)題和上機(jī)題。    本書適合作為高等學(xué)校電子信息類專業(yè)和相近專業(yè)本科生教材，也可以作為相關(guān)專業(yè)科技人員的參考書。

作者簡(jiǎn)介

　　高西全，1951年生。西安電子科技大學(xué)教授。長(zhǎng)期從事通信和信號(hào)處理方面的教學(xué)和科研工作。主講過通信原理和數(shù)字信號(hào)處理等10多門課程所負(fù)責(zé)的數(shù)字信號(hào)處理課程于20D4年被評(píng)為陜西省精品課程。主編或參編《數(shù)字信號(hào)處理》、《MATLAB及在電子信息課程中的應(yīng)用》《數(shù)字信號(hào)處理學(xué)習(xí)指導(dǎo)》、《數(shù)字信號(hào)處理及其MATLAB實(shí)現(xiàn)》等6本教材?！　《∮衩?，1936年生，1962年清華大學(xué)無線電電子學(xué)系畢業(yè)，西安電子科技大學(xué)教授。在職期間主要從事通信、電視技術(shù)和信號(hào)處理等方面的科研和教學(xué)工作。主編多本研究生、本科生和大專生等層次的數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)用書?！　晌蛔髡咴诳蒲泻徒滩慕ㄔO(shè)方面進(jìn)行了長(zhǎng)期合作，合著的《數(shù)字信號(hào)處理》（1994年）為全國(guó)統(tǒng)編教材；《數(shù)字信號(hào)處理（第二版）》（2001年）獲得第五屆全國(guó)高校出版社優(yōu)秀暢銷書一等獎(jiǎng)和2005年陜西省高校優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)?？傆?shù)20多萬冊(cè)，被國(guó)內(nèi)數(shù)十所大專院校用做教材；這本《數(shù)字信號(hào)處理——原理、實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用》更是兩位作者多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、教材建設(shè)與改革的成果。

書籍目錄

緒論  0.1  數(shù)字信號(hào)處理的基本內(nèi)容  0.2  數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法  0.3  數(shù)字信號(hào)處理的主要優(yōu)點(diǎn)第1章  時(shí)域離散信號(hào)和系統(tǒng)  1.1  引言  1.2  模擬信號(hào)、時(shí)域離散信號(hào)和數(shù)字信號(hào)　　1.2.1  時(shí)域離散信號(hào)和數(shù)字信號(hào)　　1.2.2  時(shí)域離散信號(hào)的表示方法　　1.2.3  常用時(shí)域離散信號(hào)  1.3  時(shí)域離散系統(tǒng)　　1.3.1  線性時(shí)不變時(shí)域離散系統(tǒng)　　1.3.2  線性時(shí)不變系統(tǒng)輸出和輸入之間的關(guān)系　　1.3.3  系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性  1.4  時(shí)域離散系統(tǒng)的輸入輸出描述法——線性常系　　數(shù)差分方程　　1.4.1  線性常系數(shù)差分方程　　1.4.2  線性常系數(shù)差分方程的遞推解法　　1.4.3  用MATLAB求解差分方程　　1.4.4  應(yīng)用舉例——滑動(dòng)平均濾波器  習(xí)題與上機(jī)題第2章  時(shí)域離散信號(hào)和系統(tǒng)的頻域分析  2.1  引言  2.2  時(shí)域離散信號(hào)的傅里葉變換　　2.2.1  時(shí)域離散信號(hào)的傅里葉變換的定義　　2.2.2  周期信號(hào)的離散傅里葉級(jí)數(shù)　　2.2.3  周期信號(hào)的傅里葉變換　　2.2.4  時(shí)域離散信號(hào)傅里葉變換的性質(zhì)  2.3  時(shí)域離散信號(hào)的Z變換　　2.3.1  時(shí)域離散信號(hào)Z變換的定義及其與傅里　　　　葉變換的關(guān)系　　2.3.2  Z變換的收斂域與序列特性之間的關(guān)系　　2.3.3  逆Z變換　　2.3.4  Z變換的性質(zhì)和定理  2.4  利用Z變換對(duì)信號(hào)和系統(tǒng)進(jìn)行分析　　2.4.1  系統(tǒng)的傳輸函數(shù)和系統(tǒng)函數(shù)　　2.4.2  根據(jù)系統(tǒng)函數(shù)的極點(diǎn)分布分析系統(tǒng)的因　　　　果性和穩(wěn)定性　　2.4.3  用Z變換求解系統(tǒng)的輸出響應(yīng)　　2.4.4  系統(tǒng)穩(wěn)定性的測(cè)定及穩(wěn)定時(shí)間的計(jì)算　　2.4.5  根據(jù)系統(tǒng)的零、極點(diǎn)分布分析系統(tǒng)的　　　　頻率特性  習(xí)題與上機(jī)題第3章  離散傅里葉變換（DFT）及其快速算法（FFT）  3.1  離散傅里葉變換的定義及物理意義　　3.1.1  DFT定義　　3.1.2  DFT與ZT、FT、DFS的關(guān)系　　3.1.3  DFT的矩陣表示　　3.1.4  用MATLAB計(jì)算序列的DFT  3.2  DFT的主要性質(zhì)  3.3  頻域采樣  3.4  DFT的快速算法——快速傅里葉變換（FFT）　　3.4.1  直接計(jì)算DFT的特點(diǎn)及減少運(yùn)算量的基本途徑　　3.4.2  基2 FFT算法  3.5  DFT（FFT）應(yīng)用舉例　　3.5.1  用DFT（FFT）計(jì)算兩個(gè)有限長(zhǎng)序列的　　　　線性卷積　　3.5.2  用DFT計(jì)算有限長(zhǎng)序列與無限長(zhǎng)序列的　　　　線性卷積（85）　　3.5.3  用DFT對(duì)序列進(jìn)行譜分析  習(xí)題與上機(jī)題第4章  模擬信號(hào)數(shù)字處理  4.1  模擬信號(hào)數(shù)字處理原理方框圖  4.2  模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換　　4.2.1  時(shí)域采樣定理　　4.2.2  帶通信號(hào)的采樣　　4.2.3  A/D變換器　　4.2.4  將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)  4.3  對(duì)數(shù)字信號(hào)處理部分的設(shè)計(jì)考慮  4.4  線性模擬系統(tǒng)的數(shù)字模擬  4.5  模擬信號(hào)的頻譜分析　　4.5.1  公式推導(dǎo)及參數(shù)選擇　　4.5.2  用DFT（FFT）對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行譜分析的誤差　　4.5.3  用DFT（FFT）對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行譜分析  習(xí)題與上機(jī)題第5章  數(shù)字濾波器的基本概念及一些特殊濾波器  5.1  數(shù)字濾波器的基本概念  5.2  理想數(shù)字濾波器　　5.2.1  理想數(shù)字濾波器的特點(diǎn)及分類　　5.2.2  理想濾波器的近似實(shí)現(xiàn)  5.3  簡(jiǎn)單濾波器的設(shè)計(jì)　　5.3.1  一階數(shù)字濾波器　　5.3.2  二階數(shù)字濾波器　　5.3.3  低通到高通的簡(jiǎn)單變換  5.4  數(shù)字諧振器  5.5  數(shù)字陷波器  5.6  全通濾波器  5.7  最小相位濾波器  5.8  梳狀濾波器  5.9  正弦波發(fā)生器  習(xí)題與上機(jī)題第6章  IIR數(shù)字濾波器（IIRDF）設(shè)計(jì)  6.1  模擬濾波器設(shè)計(jì)　　6.1.1  模擬濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)　　6.1.2  巴特沃思模擬低通濾波器設(shè)計(jì)　　6.1.3  切比雪夫（Chebyshev）濾波器設(shè)計(jì)　　6.1.4  橢圓濾波器　　6.1.5  貝塞爾（Bessel）濾波器設(shè)計(jì)　　6.1.6  用MATLAB設(shè)計(jì)模擬濾波器　　6.1.7  五種類型模擬濾波器的比較　　6.1.8  頻率變換與高通、帶通及帶阻濾波器設(shè)計(jì)  6.2  IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)　　6.2.1  用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIRDF　　6.2.2  用雙線性變換法設(shè)計(jì)IIRDF　　6.2.3  高通、帶通和帶阻IIRDF　　6.2.4  IIRDF的頻率變換  習(xí)題與上機(jī)題第7章  FIR數(shù)字濾波器（FIRDF）設(shè)計(jì)  7.1  線性相位FIRDF及其特點(diǎn)  7.2  用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIRDF　　7.2.1  用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIRDF的基本方法　　7.2.2  窗函數(shù)法的設(shè)計(jì)性能分析　　7.2.3  典型窗函數(shù)介紹　　7.2.4  用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIRDF的步驟及　　　　MATLAB設(shè)計(jì)函數(shù)（192）  7.3  利用頻率采樣法設(shè)計(jì)FIRDF　　7.3.1  頻率采樣設(shè)計(jì)法的基本概念　　7.3.2  設(shè)計(jì)線性相位特性FIRDF時(shí)，頻域　　　　采樣H (k)的設(shè)置原則　　7.3.3  逼近誤差及改進(jìn)措施  7.4  利用等波紋最佳逼近法設(shè)計(jì)FIRDF　　7.4.1  等波紋最佳逼近法的基本思想　　7.4.2  remez和remezord函數(shù)介紹　　7.4.3  FIR希爾伯特變換器和FIR數(shù)字微分器設(shè)計(jì)  7.5  FIRDF與IIRDF的比較   習(xí)題與上機(jī)題第8章  時(shí)域離散系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)  8.1  引言  8.2  FIR網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)　　8.2.1  FIR直接型結(jié)構(gòu)和級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)　　8.2.2  線性相位結(jié)構(gòu)　　8.2.3  FIR頻率采樣結(jié)構(gòu)　　8.2.4  快速卷積法  8.3  IIR網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)　　8.3.1  IIR直接型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)　　8.3.2  IIR級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)　　8.3.3  IIR并聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)　　8.3.4  轉(zhuǎn)置型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)  8.4  格型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)　　8.4.1  全零點(diǎn)格型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)　　8.4.2  全極點(diǎn)格型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)  8.5  用軟件實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)  8.6  數(shù)字信號(hào)處理中的量化效應(yīng)　　8.6.1  量化及量化誤差　　8.6.2  A/D變換器中的量化效應(yīng)　　8.6.3  系數(shù)量化效應(yīng)　　8.6.4  運(yùn)算中的量化效應(yīng)  8.7  濾波器設(shè)計(jì)與分析工具   習(xí)題與上機(jī)題第9章  多采樣率數(shù)字信號(hào)處理  9.1  引言  9.2  整數(shù)因子抽取  9.3  整數(shù)因子內(nèi)插  9.4  按有理數(shù)因子I/D的采樣率轉(zhuǎn)換  9.5  采樣率轉(zhuǎn)換濾波器的高效實(shí)現(xiàn)方法　　9.5.1  直接型FIR濾波器結(jié)構(gòu)　　9.5.2  多相濾波器結(jié)構(gòu)  9.6  采樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的多級(jí)實(shí)現(xiàn)  9.7  采樣率轉(zhuǎn)換器的MATLAB實(shí)現(xiàn)  9.8  采樣率轉(zhuǎn)換在數(shù)字語音系統(tǒng)中的應(yīng)用　　9.8.1  數(shù)字語音系統(tǒng)中的信號(hào)采樣過程及　　　　其存在的問題　　9.8.2  數(shù)字語音系統(tǒng)中改進(jìn)的A/D轉(zhuǎn)換方案　　9.8.3  接收端D/A轉(zhuǎn)換器的改進(jìn)方案  習(xí)題與上機(jī)題第10章  數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用舉例  10.1  引言  10.2  數(shù)字信號(hào)處理在雙音多頻撥號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用  10.3  數(shù)字信號(hào)處理在音樂信號(hào)處理中的應(yīng)用　　 10.3.1  時(shí)域處理　　 10.3.2  頻域處理附錄A  MATLAB信號(hào)處理工具箱函數(shù)表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　前面我們討論了IIR和FIR兩種濾波器的設(shè)計(jì)方法。這兩種濾波器究竟各有什么特點(diǎn)？在實(shí)際運(yùn)用時(shí)應(yīng)該怎樣去選擇它們呢？下面我們對(duì)這兩種濾波器作一簡(jiǎn)單的比較，并回答這些問題。，首先，從性能上來說，IIR濾波器系統(tǒng)函數(shù)的極點(diǎn)可以位于單位圓內(nèi)的任何地方，因此可用較低的階數(shù)獲得好的選擇性，所用的存儲(chǔ)單元少，運(yùn)算量小，所以經(jīng)濟(jì)高效。但是這個(gè)高效率是以相位的非線性為代價(jià)的。選擇性越好，則相位非線性越嚴(yán)重。相反，F(xiàn)IR濾波器卻可以得到嚴(yán)格的線性相位特性。然而由于FIR濾波器系統(tǒng)函數(shù)的極點(diǎn)固定在原點(diǎn)，所以只能用較高的階數(shù)達(dá)到高的選擇性；對(duì)于同樣的濾波器幅頻響應(yīng)指標(biāo)，F(xiàn)IR濾波器所要求的階數(shù)可以比IIR濾波器高5～10倍，成本較高，運(yùn)算量大，信號(hào)延時(shí)也較大；對(duì)相同的選擇性和相同的線性相位要求來說，則IIR濾波器必須加全通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相位校正，同樣要大大增加濾波器的階數(shù)和復(fù)雜性。　　從結(jié)構(gòu)上看，IIR濾波器必須采用遞歸結(jié)構(gòu)，極點(diǎn)位置必須在單位圓內(nèi)，否則系統(tǒng)將不穩(wěn)定。另外，在這種結(jié)構(gòu)中，由于運(yùn)算過程中對(duì)序列的舍入處理，所產(chǎn)生的有限字長(zhǎng)效應(yīng)有時(shí)會(huì)引起寄生振蕩。相反，F(xiàn)IR濾波器主要采用非遞歸結(jié)構(gòu)，不論在理論上還是在實(shí)際的有限精度運(yùn)算中都不存在穩(wěn)定性問題。此外，F(xiàn)IR濾波器可以采用快速傅里葉變換算法實(shí)現(xiàn)，在相同階數(shù)的條件下，運(yùn)算速度可以大大提高。

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