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*大量MATLAB實例。
*結閤日常應用。
本書是數字信號領域的經典教材Digital Signal Processing:A Computer-Based Approach,Fourth Edition的英文改編版,內容涵蓋瞭信號與信號處理、時域中的離散時間信號、頻域中的離散時間信號、離散時間係統、有限長離散變換、z變換、變換域中的LTI離散時間係統、數字濾波器結構、IIR數字濾波器設計、FIR數字濾波器設計、DSP算法實現等方麵。本書的特點是,在講解上述內容的同時,給齣瞭大量簡單而實用的例子,並用MATLAB程序進行瞭驗證,同時提供瞭大量的高質量習題和仿真練習。
Sanjit K. Mitra:美國南加州大學洛杉磯分校謝明電氣工程學係的Stephen和Etta Varra教授,加州大學聖?巴巴拉分校電氣與計算機工程係研究員。分彆於1960年和1962年獲得加州大學伯剋利分校電氣工程專業碩士學位和博士學位。曾以不同身份為IEEE服務,包括1986年IEEE電路與係統學會主席,1996年至1999年IEEE信號處理學會主席團成員。他在模擬與數字信號處理、圖像處理領域發錶瞭660多篇論文,齣版瞭12本圖書,並擁有5項專利。
Sanjit K. Mitra:美國南加州大學洛杉磯分校謝明電氣工程學係的Stephen和Etta Varra教授,加州大學聖?巴巴拉分校電氣與計算機工程係研究員。分彆於1960年和1962年獲得加州大學伯剋利分校電氣工程專業碩士學位和博士學位。曾以不同身份為IEEE服務,包括1986年IEEE電路與係統學會主席,1996年至1999年IEEE信號處理學會主席團成員。他在模擬與數字信號處理、圖像處理領域發錶瞭660多篇論文,齣版瞭12本圖書,並擁有5項專利。
Table of Contents
1 Signals and Signal Processing 1
1.1 Characterization and Classification of Signals 1
1.2 Typical Signal Processing Operations 4
1.3 Examples of Typical Signals 13
1.4 Typical Signal Processing Applications 21
1.5 Why Digital Signal Processing? 29
2 Discrete-Time Signals in the Time Domain 33
2.1 Time-Domain Representation 34
2.2 Operations on Sequences 38
2.3 Operations on Finite-Length Sequences 47
2.4 Typical Sequences and Sequence Representation 54
2.5 The Sampling Process 64
2.6 Correlation of Signals 66
2.7 Random Signals 72
2.8 Summary 73
2.9 Problems 73
2.10 MATLAB Exercises 79
3 Discrete-Time Signals in the Frequency Domain 81
3.1 The Continuous-Time Fourier Transform 81
3.2 The Discrete-Time Fourier Transform 86
3.3 Discrete-Time Fourier Transform Theorems 97
3.4 Energy Density Spectrum of a Discrete-Time Sequence 103
3.5 Band-Limited Discrete-Time Signals 104
3.6 DTFT Computation Using MATLAB 105
3.7 The Unwrapped Phase Function 105
3.8 Digital Processing of Continuous-Time Signals 107
3.9 Sampling of Bandpass Signals 121
3.10 Effect of Sample-and-Hold Operation 123
3.11 Summary 124
3.12 Problems 125
3.13 MATLAB Exercises 134
4 Discrete-Time Systems 135
4.1 Discrete-Time System Examples 135
4.2 Classification of Discrete-Time Systems 141
4.3 Impulse and Step Responses 145
4.4 Time-Domain Characterization of LTI Discrete-Time Systems 146
4.5 Simple Interconnection Schemes 153
4.6 Finite-Dimensional LTI Discrete-Time Systems 156
4.7 Classification of LTI Discrete-Time Systems 164
4.8 Frequency-Domain Representations of LTI Discrete-Time Systems 167
4.9 Phase and Group Delays 174
4.10 Summary 178
4.11 Problems 179
4.12 MATLAB Exercises 187
5 Finite-Length Discrete Transforms 188
5.1 Orthogonal Transforms 188
5.2 The Discrete Fourier Transform 190
5.3 Relation Between the DTFT and the DFT and Their Inverses 194
5.4 Circular Convolution 200
5.5 Classifications of Finite-Length Sequences 205
5.6 DFT Symmetry Relations 210
5.7 Discrete Fourier Transform Theorems 213
5.8 Fourier-Domain Filtering 219
5.9 Computation of the DFT of Real Sequences 221
5.10 Linear Convolution Using the DFT 223
5.11 Summary 234
5.12 Problems 234
5.13 MATLAB Exercises 247
6 z-Transform 249
6.1 Definition 249
6.2 Rational z-Transforms 253
6.3 Region of Convergence of a Rational z-Transform 255
6.4 The Inverse z-Transform 261
6.5 z-Transform Theorems 269
6.6 Computation of the Convolution Sum of Finite-Length Sequences 277
6.7 The Transfer Function 280
6.8 Summary 292
6.9 Problems 292
6.10 MATLAB Exercises 304
7 LTI Discrete-Time Systems in the Transform Domain 305
7.1 Transfer Function Classification Based on Magnitude Characteristics 305
7.2 Transfer Function Classification Based on Phase Characteristics 314
7.3 Types of Linear-Phase FIR Transfer Functions 321
7.4 Simple Digital Filters 332
7.5 Inverse Systems 349
7.6 Summary 353
7.7 Problems 354
7.8 MATLAB Exercises 368
8 Digital Filter Structures 371
8.1 Block Diagram Representation 372
8.2 Equivalent Structures 375
8.3 Basic FIR Digital Filter Structures 376
8.4 Basic IIR Digital Filter Structures 381
8.5 Realization of Basic Structures Using MATLAB 387
8.6 Allpass Filters 390
8.7 IIR Tapped Cascaded Lattice Structures 399
8.8 FIR Cascaded Lattice Structures 404
8.9 Summary 409
8.10 Problems 410
8.11 MATLAB Exercises 423
9 IIR Digital Filter Design 425
9.1 Preliminary Considerations 425
9.2 Bilinear TransformationMethod of IIR Filter Design 430
9.3 Design of Lowpass IIR Digital Filters 435
9.4 Design of Highpass, Bandpass, and Bandstop IIR Digital Filters 437
9.5 Spectral Transformations of IIR Filters 441
9.6 IIR Digital Filter Design Using MATLAB 448
9.7 Summary 451
9.8 Problems 451
9.9 MATLAB Exercises 457
10 FIR Digital Filter Design 459
10.1 Preliminary Considerations 459
10.2 FIR Filter Design Based on Windowed Fourier Series 463
10.3 Computer-Aided Design of Equiripple Linear-Phase FIR Filters 478
10.4 Design of Minimum-Phase FIR Filters 487
10.5 FIR Digital Filter Design Using MATLAB 488
10.6 Summary 504
10.7 Problems 505
10.8 MATLAB Exercises 512
11 DSP Algorithm Implementation 516
11.1 Basic Issues 516
11.2 Structure Simulation and Verification Using MATLAB 527
11.3 Computation of the Discrete Fourier Transform 534
11.4 Fast DFT Algorithms Based on Index Mapping 549
11.5 DFT and IDFT Computation Using MATLAB 557
11.6 Sliding Discrete Fourier Transform 559
11.7 DFT Computation over a Narrow Frequency Band 559
11.8 Summary 564
11.9 Problems 564
11.10 MATLAB Exercises 572
A Analog Lowpass Filter Design 575
A.1 Analog Filter Specifications 575
A.2 Butterworth Approximation 577
A.3 Chebyshev Approximation 579
A.4 Elliptic Approximation 582
A.5 Linear-Phase Approximation 583
A.6 Analog Filter Design Using MATLAB 584
A.7 Analog Lowpass Filter Design Examples 587
A.8 A Comparison of the Filter Types 589
A.9 Anti-Aliasing Filter Design 592
A.10 Reconstruction Filter Design 594
B Design of Analog Highpass, Bandpass, and Bandstop Filters 599
B.1 Analog Highpass Filter Design 599
B.2 Analog Bandpass Filter Design 601
B.3 Analog Bandstop Filter Design 604
Bibliography 605
改編者序
自教育部於2001年齣颱《關於加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若乾意見》以來,雙語教學工作在許多高校開展起來,盡管對於雙語教學的意義、效果的討論一直沒有中斷過,但發展現狀錶明雙語教學仍在較為迅速地發展。 不同院校開展雙語教學的層次不同,最基本的要求是采用原版教材,主要是學習國外先進的教學思想,科學技術和語言文化;由於文化傳統、教學體係的差異,原版教材與我國教學體係和教學習慣的矛盾是存在的。 “數字信號處理”是開展雙語教學較早、較為普及的課程,很多學校都選擇瞭Sanjit K. Mitra 編寫的本書第二版的影印版作為課本。Mitra 博士是國際著名的信號處理專傢、 IEEE 電路與係統學會的主席和多傢國際著名學術刊物的編委,他的教材不僅詳細介紹瞭數字信號處理的經典內容,也介紹瞭許多數字信號處理的最新發展及應用實例,是理論與實踐結閤的典範。書中有大量的例題、高質量的練習題和上機仿真作業,並用 MATLAB 來演示結果。該教材在美國加州大學、哥倫比亞大學、明尼蘇達大學等著名大學使用,銷量大。 原版教材的內容敘述非常詳盡,實踐性強,使得原版書通常很厚,容量是國內自編教材的幾倍。國內的高校數字信號處理課程基本是一個學期完成的,因此在實際的教學過程中,教材的1/3內容基本不涉及。由於國內雙語教學的開展還沒有係統化,學生的英文水平也有較大差異,造成瞭學生的學習負擔加重。因此,對原版教材進行改編,以適應國內課程內容及教學改革的要求,都是一件有意義的工作。 該書第三版齣版後,電子工業齣版社委托我進行瞭改編,取得瞭較好的效果。第四版與第三版相比,作者根據教師與學生的反饋意見,進行瞭較大的改動與修訂;為此,電子工業齣版社繼續委托我對此書進行瞭改編。 在改編教材的過程中,主要考慮是在保證教學內容的前提下,壓縮教材的篇幅,減輕學生的學習負擔;同時兼顧到不同院校的具體教學大綱,盡可能使選擇的內容覆蓋中文數字信號處理的內容。與原版教材相比,改動如下:刪除瞭1.4.1節、4.8.5節和4.8.6節、5.11節至5.14節、7.4.5節、7.5節、7.7節至7.9節、8.7節、8.9.2節、8.10節至8.12節、9.7節、10.6節、11.8節和11.9節,第12章全部、第13章全部、第14章全部、附錄C。教材的編排仍沿用原版教材的體係,僅對刪除相關內容後的全書進行瞭標題序號調整、引用調整等。 原書附帶光盤一張,為降低圖書成本,改編後的本書,其光盤內容放在華信教育資料網上。
闊永紅
要說這本書最吸引我的地方,那絕對是它那種“寓教於樂”的設計理念。《數字信號處理:基於計算機的方法(第四版 英文版)》並不是一本枯燥乏味的理論堆砌,而更像是一位經驗豐富的導師,耐心而細緻地引領你一步步探索數字信號處理的奇妙世界。我特彆喜歡它在講解每一個概念時,都會先給齣一個直觀的例子,然後纔引入相應的數學公式。比如,在講解濾波器時,它不會上來就拋齣一堆低通、高通、帶通的定義,而是會先用一個例子,比如“我們想過濾掉收音機裏的雜音,隻保留清晰的音樂信號”,然後纔引齣低通濾波器的工作原理。這種從實際問題齣發,再迴歸理論解釋的方式,讓抽象的概念變得非常容易理解和記憶。而且,書中還提供瞭大量的圖示,用圖形化的方式來展示信號的變化、濾波器的頻率響應等等,這比單純的文字描述要生動形象得多。我常常會在學習某個章節的時候,反復對照書中的圖錶,感覺自己仿佛真的在“看見”信號的處理過程。此外,書中還穿插瞭一些“小貼士”和“注意事項”,這些看似不起眼的內容,卻往往能點醒我一些在實踐中容易遇到的睏惑,讓我少走瞭很多彎路。這本書的閱讀體驗非常流暢,讓我能夠保持高度的學習興趣,並且在不知不覺中掌握瞭大量的DSP知識。
評分這本《數字信號處理:基於計算機的方法(第四版 英文版)》真是讓人眼前一亮,尤其是對於我這種剛入門不久,又想深入理解背後原理的讀者來說。我一直在尋找一本能夠將理論知識與實際應用緊密結閤的書籍,而這本書恰恰做到瞭這一點。它的內容組織得非常清晰,從最基礎的采樣定理、離散傅裏葉變換開始,一步步引導讀者深入到更復雜的濾波設計、自適應濾波等主題。我尤其欣賞書中對算法實現的詳細講解,它不僅僅給齣瞭公式,還提供瞭僞代碼和實際的編程示例,這對於我這種動手能力比較弱,更傾嚮於通過實踐來鞏固知識的人來說,簡直是福音。每次遇到抽象的概念,我都能找到書中對應的代碼實現,通過運行和調試,直觀地理解算法的工作流程和參數對結果的影響。而且,書中提供的練習題也是精心設計的,既有鞏固基礎的,也有拓展思維的,完成這些題目,我感覺自己的DSP功底紮實瞭不少。這本書的插圖和圖錶也做得非常齣色,能夠有效地輔助理解,避免瞭枯燥的文字堆砌。總而言之,這本書是一本集理論深度、實踐指導和學習趣味性於一體的優秀教材,強烈推薦給所有希望在數字信號處理領域有所建樹的同學和工程師。
評分作為一名有一定DSP基礎的從業者,我一直對第四版的更新內容充滿期待。《數字信號處理:基於計算機的方法》這本書在我之前的學習生涯中就扮演瞭重要的角色,第四版在保持原有的精髓的基礎上,進行瞭很多與時俱進的更新,這讓我感到非常欣喜。我注意到書中加入瞭更多關於現代DSP技術的內容,比如針對嵌入式係統的優化策略,以及對一些新興應用領域的探討,這對於我更新知識體係,跟上行業發展非常有幫助。特彆是關於機器學習在DSP中的應用,這本書有瞭更深入的闡述,它展示瞭如何利用機器學習技術來解決傳統DSP難以處理的一些復雜問題,例如非綫性係統辨識和異常檢測。書中提供的案例分析,結閤瞭深度學習模型在信號分析中的具體實現,讓我看到瞭未來DSP發展的新方嚮。此外,新版在某些算法的解釋上也更加精煉和高效,例如在介紹自適應濾波器的收斂性分析時,引入瞭更現代的數學工具,使得論證過程更為嚴謹。這本書不僅僅是一本教材,更是一本能夠引導你探索前沿技術的“指南針”,它讓我重新審視瞭DSP的邊界,並激發瞭我不斷學習和創新的動力。
評分對於我這樣對算法和計算效率有著極高要求的讀者來說,《數字信號處理:基於計算機的方法(第四版 英文版)》無疑是一本教科書級彆的參考。這本書最大的亮點在於其對“基於計算機的方法”的深刻詮釋,它不僅僅停留在理論層麵,而是將大量的算法實現細節和計算優化技巧融入其中。我尤其欣賞書中關於數字濾波器設計章節的詳盡論述,它不僅介紹瞭FIR和IIR濾波器的理論基礎,還詳細講解瞭各種設計算法,如窗函數法、頻率采樣法、SPURIOUS法等,並且給齣瞭它們在計算復雜度、實現難度和性能上的權衡。更重要的是,書中還提供瞭如何利用MATLAB等工具對這些濾波器進行仿真和優化,以及如何在資源受限的嵌入式平颱上高效實現的指導。這對於我從事的信號處理算法開發工作來說,具有直接的指導意義。此外,書中關於譜估計的章節也讓我受益匪淺,它全麵介紹瞭經典譜估計和現代譜估計方法,並深入分析瞭它們的優缺點以及適用場景,這有助於我在實際項目中根據數據的特性選擇最閤適的譜估計方法,從而獲得更準確的信號分析結果。這本書的深度和廣度都達到瞭一個非常高的水平,是每一個在DSP領域深耕的工程師和研究人員不可或缺的參考書。
評分對於我而言,這本《數字信號處理:基於計算機的方法(第四版 英文版)》的價值遠不止於其理論深度。我更看重的是它提供的那種“化繁為簡”的能力,將那些一開始看起來如同天書般的數學公式和算法,通過清晰的邏輯推演和形象的比喻,變得觸手可及。我記得在學習FFT(快速傅裏葉變換)的時候,很多教材要麼上來就是蝶形運算的公式推導,要麼就是停留在概念層麵,讓我摸不著頭腦。但這本書不同,它循序漸進地解釋瞭FFT的原理,從DFT的計算復雜度入手,然後介紹分治思想如何在時間域和頻率域上進行分解,並配以直觀的流程圖,我仿佛看到瞭一個清晰的算法脈絡。而且,它還強調瞭在實際應用中,如何根據不同的硬件平颱和實時性要求來選擇和優化FFT算法,這讓我的學習不再是紙上談兵,而是真正具備瞭解決實際問題的潛力。書中關於多速率信號處理的章節也給我留下瞭深刻的印象,它解釋瞭上采樣和下采樣在數據壓縮、通信係統等領域的關鍵作用,並且給齣瞭如何設計相應的插值器和抽取器,這對於我正在進行的一個音頻處理項目來說,提供瞭非常寶貴的思路和方法。這本書的例子都非常貼近實際應用場景,讓我能夠清晰地看到DSP技術是如何在現實世界中發揮作用的。
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