數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)

前言

　　“數(shù)字信號(hào)處理”是各高等院校電子類專業(yè)和通信類專業(yè)學(xué)生的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它在現(xiàn)代信息社會(huì)中的應(yīng)用之廣以及在各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域中的重要性已經(jīng)不需要筆者在這里細(xì)說了。然而，筆者在與許多本科生和研究生的接觸中發(fā)現(xiàn)，他們對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理方面的知識(shí)掌握得并不是太好，而且普遍感到這門課程比較難學(xué)。的確，“數(shù)字信號(hào)處理”這門課程有一定難度，因?yàn)檫@門課最初是一門研究生課程，從20世紀(jì)90年代以來，高等院校的有關(guān)專業(yè)才逐漸將其作為本科生的必修課；另外，掌握這門課要求讀者已經(jīng)較好地學(xué)習(xí)了“高等數(shù)學(xué)”、“線性代數(shù)”、“復(fù)變函數(shù)”、“信號(hào)與系統(tǒng)”等課程，并且具有一些計(jì)算機(jī)方面的基本知識(shí)；再有就是這門課程所涵蓋的知識(shí)較豐富，并且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理所包含的內(nèi)容還處在不斷發(fā)展和更新的進(jìn)程之中。　　一本面向本科生的好的教材，應(yīng)該對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的基本理論、基本概念和基本的計(jì)算方法能夠深入淺出、透徹清楚地進(jìn)行講解，以使得讀者能夠看得明白、學(xué)得懂，并且能夠理解、掌握。這樣的教材將使得大多數(shù)讀者不會(huì)感到學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)處理是一件困難的事情。這本書正是按照這樣的宗旨來編寫的。該書只包含本科生應(yīng)該掌握的數(shù)字信號(hào)處理的基本知識(shí)，作者力求在對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的基本原理、基本概念、基本算法融會(huì)貫通、深入理解的基礎(chǔ)上，將這些知識(shí)系統(tǒng)地、深入淺出地、透徹清楚地講解出來，做到有理、有據(jù)、有條理，數(shù)學(xué)推導(dǎo)正確，邏輯關(guān)系清楚，使讀者看得明白、容易理解，并且能夠在掌握這些基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步去學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)處理的其他更深入的內(nèi)容，或者能夠?qū)⑦@些知識(shí)投入實(shí)際應(yīng)用。因此，出。版這樣一本教材是一件十分重要而且非常有意義的工作?！　∵@本書是在筆者長期從事數(shù)字信號(hào)處理方面的教學(xué)和科研工作的基礎(chǔ)上，為電子和通信類專業(yè)的本科生而精心編寫的。近幾年，筆者已經(jīng)編寫或者翻譯了幾本關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理的書。筆者主筆的2002年版的《數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)》一書，基本上是按照上述宗旨編寫的。這次改版的《數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)》，修訂了原書的不足之處，對(duì)一些難點(diǎn)問題作了更深入詳細(xì)的講解，以使讀者更容易理解和掌握；同時(shí)，在全書的編排上作了一些調(diào)整，使得整本書邏輯性、系統(tǒng)性更強(qiáng)；此外，本書在原來的基礎(chǔ)上增加了許多例題及其講解，也增加了一些習(xí)題，以幫助讀者更好地理解基本概念和掌握基本算法。

內(nèi)容概要

　　“數(shù)字信號(hào)處理”是各高等院校電子類專業(yè)和通信類專業(yè)學(xué)生的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課?！稊?shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)（第2版）》闡述了離散系統(tǒng)的性質(zhì)、離散信號(hào)的各種變換；深入講解了DFT的原理及其性質(zhì)，討論了用DFT求線性卷積和進(jìn)行分段卷積的方法；闡述了各種FFT算法；詳細(xì)論述了IIR數(shù)字濾波器的原理和設(shè)計(jì)方法；分析了線性相位FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)條件和重要性質(zhì)以及設(shè)計(jì)方法；詳細(xì)討論了IIR數(shù)字濾波器和FIR數(shù)字濾波器的各種結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)；討論了數(shù)字信號(hào)處理中的有限字長效應(yīng)。此外，在每一章之后，加入了與本章所涉及的內(nèi)容有關(guān)的MATLAB方法、程序、函數(shù)等等，使讀者可以利用MATLAB得到的結(jié)果來幫助和驗(yàn)證自己對(duì)于原理的理解。　　全書系統(tǒng)地、深入淺出地、透徹清楚地講解了數(shù)字信號(hào)處理的基本理論、基本概念和基本算法，數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)、邏輯關(guān)系清楚，以使得讀者便于理解、掌握，并且便于自學(xué)?！稊?shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)（第2版）》不但可以作為本科生的教材，還可以為從事數(shù)字信號(hào)處理工作的技術(shù)人員自學(xué)所用。

書籍目錄

第一部分 離散信號(hào)和離散系統(tǒng)基礎(chǔ)第1章 數(shù)字信號(hào)處理概述1.1 信號(hào)的分類1.2 數(shù)字信號(hào)處理1.3 數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)越性1.4 數(shù)字信號(hào)處理的3種方式1.5 數(shù)字信號(hào)處理的兩大方法第2章 離散系統(tǒng)的性質(zhì)和離散信號(hào)的變換2.1 抽樣和內(nèi)插2.1.1 抽樣2.1.2 內(nèi)插2.2 離散時(shí)間信號(hào)2.2.1 離散時(shí)間信號(hào)序列2.2.2 常用序列2.3 離散系統(tǒng)及其線性和時(shí)不變性2.3.1 離散系統(tǒng)的定義及其單位抽樣響應(yīng)2.3.2 離散系統(tǒng)的線性2.3.3 離散系統(tǒng)的時(shí)不變性2.3.4 線性時(shí)不變系統(tǒng)2.4 離散信號(hào)的線性卷積2.4.1 離散線性卷積的定義2.4.2 離散線性卷積的計(jì)算2.5 離散系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性2.5.1 因果性2.5.2 穩(wěn)定性2.6 離散信號(hào)的傅里葉變換2.6.1 問題的提出2.6.2 傅里葉變換對(duì)的推導(dǎo)2.6.3 離散信號(hào)傅里葉變換的性質(zhì)2.6.4 線性時(shí)不變系統(tǒng)的頻率響應(yīng)2.7 離散信號(hào)的z變換2.7.1 z變換的定義及其收斂域2.7.2 z變換的性質(zhì)2.7.3 z反變換2.7.4 z變換與傅里葉變換的關(guān)系2.8 離散系統(tǒng)的差分方程、系統(tǒng)函數(shù)及其零極點(diǎn)2.8.1 離散系統(tǒng)的差分方程2.8.2 離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)2.8.3 系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)2.8.4 線性時(shí)不變因果系統(tǒng)的穩(wěn)定性2.9 Matlab方法2.9.1 常用序列及序列運(yùn)算的Matlab實(shí)現(xiàn)2.9.2 離散信號(hào)變換的Matlab實(shí)現(xiàn)習(xí)題第二部分 快速傅里葉變換第3章 離散傅里葉變換3.1 離散傅里葉級(jí)數(shù)及其性質(zhì)3.1.1 周期序列DFS的推導(dǎo)3.1.2 DFS的性質(zhì)3.2 離散傅里葉變換及其性質(zhì)3.2.1 DFT的導(dǎo)出3.2.2 DFT的性質(zhì)3.3 2變換與DFT的關(guān)系3.3.1 由z變換得到DFT3.3.2 由DFT得到z變換3.3.3 頻率分辨率3.4 用DDFT求線性卷積3.4.1 循環(huán)卷積與線性卷積的關(guān)系3.4.2 用DFT求線性卷積3.5 分段卷積3.5.1 重疊相加法3.5.2 重疊保留法3.6 Matlab方法3.6.1 利用Matlab計(jì)算信號(hào)的DFT和IDFT3.6.2 序列循環(huán)移位的Matlab實(shí)現(xiàn)3.6.3 循環(huán)卷積的Matlab實(shí)現(xiàn)3.6.4 利用DFT計(jì)算線性卷積的Matlab實(shí)現(xiàn)3.6.5 分段卷積的Matlab實(shí)現(xiàn)習(xí)題第4章 快速傅里葉變換4.1 引言4.1.1 DFT的矩陣表示及其運(yùn)算量4.1.2 因子的特性4.2 基2時(shí)間抽選的FFT算法4.2.1 算法推導(dǎo)4.2.2 算法特點(diǎn)4.2.3 關(guān)于FFT算法的計(jì)算機(jī)程序4.3 基2頻率抽選的FFT、算法*4.4 基4時(shí)間抽選的FFT算法4.5 快速傅里葉反變換*4.6 線性調(diào)頻z變換算法4.6.1 基本原理4.6.2 算法的要點(diǎn)4.6.3 算法的特點(diǎn)4.7 實(shí)序列的FFT的高效算法4.7.1 兩個(gè)長度相同的實(shí)序列4.7.2 一個(gè)2N點(diǎn)的實(shí)序列4.8 Matlab方法4.8.1 利用Matlab計(jì)算FFT4.8.2 用Matlab實(shí)現(xiàn)有限長序列的Chirpz變換習(xí)題第三部分 數(shù)字濾波第5章 數(shù)字濾波概述第6章 IIR數(shù)字濾波器的原理及設(shè)計(jì)第7章 FIR數(shù)字濾波器的原理及設(shè)計(jì)第8章 數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)第四部分 有限字長效應(yīng)第9章 數(shù)字信號(hào)處理中的有限字長效應(yīng)第10章 多率數(shù)字信號(hào)處理附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　2．可靠性高　　模擬系統(tǒng)中各種參數(shù)受溫度、環(huán)境影響較大，因而易出現(xiàn)感應(yīng)、雜散效應(yīng)，甚至震蕩等等；而數(shù)字系統(tǒng)受溫度、環(huán)境影響較小。模擬信號(hào)受到干擾即產(chǎn)生失真，而數(shù)字信號(hào)由于只有兩種狀態(tài)，因此，所受的干擾只要在一定范圍以內(nèi)，就不會(huì)產(chǎn)生影響，這就是說，數(shù)字信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。另外，如果用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，在中繼站還可以對(duì)畸變了的脈沖波形進(jìn)行整形，并使其再生。總的說來，信號(hào)的數(shù)字處理可靠性高　　3．靈活性強(qiáng)　　一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的性能主要取決于各乘法器的系數(shù)，而這些系數(shù)存放于系數(shù)存儲(chǔ)器中，只需對(duì)這些存儲(chǔ)器輸入不同的數(shù)據(jù)，就可以改變系統(tǒng)參數(shù)從而得到不同性能的系統(tǒng)。數(shù)字信號(hào)的靈活性還表現(xiàn)在可以利用一套設(shè)備同時(shí)處理多路相互獨(dú)立的信號(hào)，即所謂的“時(shí)分復(fù)用”，這在數(shù)字電話系統(tǒng)中是非常有用的技術(shù)　　4．便于大規(guī)模集成化　　數(shù)字部件具有高度的規(guī)范性，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成化　　5．?dāng)?shù)字信號(hào)便于加密處理　　由于數(shù)字信號(hào)實(shí)際上為數(shù)據(jù)序列，因此便于加密運(yùn)算處理。6．對(duì)于低頻信號(hào)尤其優(yōu)越　　處理低頻信號(hào)的模擬元件如電感、電容等一般都體積較大、制作不易、使用不便而且成本較高；如果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)來進(jìn)行處理，由于頻率低，對(duì)數(shù)字部件的速度要求不高，因而是很容易實(shí)現(xiàn)的　　數(shù)字處理當(dāng)然也有其局限性，大家在后面學(xué)了抽樣定理后就會(huì)知道，所處理的信號(hào)頻率越高，對(duì)處理系統(tǒng)所要求的工作速度也就越高，目前，數(shù)字系統(tǒng)的速度還不能達(dá)到實(shí)時(shí)處理很高頻率信號(hào)（例如射頻信號(hào)）的要求。但是，隨著大規(guī)模集成電路、高速數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展，尤其是微處理器的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)的速度將會(huì)越來越高，數(shù)字信號(hào)處理也會(huì)越來越顯示出其優(yōu)越性。數(shù)字技術(shù)正在取代傳統(tǒng)的模擬技術(shù)，日益廣泛地應(yīng)用于數(shù)字通信、圖像傳輸、自動(dòng)控制、遙感技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、電子測(cè)量技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程以及地震學(xué)、波譜學(xué)、震動(dòng)學(xué)等許多領(lǐng)域

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