9787030155436 中国科学院规划教材：数字信号处理 科学出版社 门爱东 等 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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门爱东 等 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030155436

商品编码：29502633883

包装：平装

出版时间：2005-08-01

基本信息

书名：中国科学院规划教材：数字信号处理

定价：28.00元

作者：门爱东 等

出版社：科学出版社

出版日期：2005-08-01

ISBN：9787030155436

字数：

页码：339

版次：1

装帧：平装

开本：

商品重量：0.440kg

编辑推荐

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内容提要

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《中国科学院规划教材：数字信号处理》为北京邮电大学校级精品课程配套教材，在多年原有教材的基础上，增加了新内容，重新整理而成。本书共分6章，主要涉及数字信号处理三个基本内容：一是对离散信号和离散系统进行表示和分析所必需的基础知识；二是离散傅里叶变换和快速算法及其典型应用；三是数字滤波器的设计和实现（包括结构和字长效应）等。为便于理解，本书将每章涉及的Mat-lab内容单独成节，列于每章之后。每章都配备了难易适中的习题，书后还提供了部分习题解答，可帮助学生理解。
《中国科学院规划教材：数字信号处理》可作为高等院校工科通信工程、电子信息工程、自动化、电子科学与技术、测控技术与仪器以及理科电子信息科学与技术等专业的本科教材，也可供相关专业的技术人员参考。

目录

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前言
章 绪论
1.1 数字信号处理的定义、特点和方法
1.2 数学预备知识
习题

第2章 离散时间信号与离散时间系统
2.1 取样和内插
2.2 离散时间信号
2.3 时域离散系统的基本概念
2.4 离散系统的差分方程描述及信号流图
2.5 离散时间信号的傅里叶变换
2.6 Z变换的定义及收敛域
2.7 Z反变换
2.8 Z变换的性质
2.9 一些常用的Z变换对
2.10 Z变换与拉普拉斯变换、傅里叶变换的关系
2.11 离散系统的频域分析
2.12 本章涉及的Matlab函数
习题

第3章 离散傅里叶变换及其快速计算方法
3.1 问题的提出
3.2 DFS及其性质
3.3 DFT及其性质
3.4 快速傅里叶变换
3.5 FFT的应用

第4章 IIR数字滤波器设计和实现
4.1 概述
4.2 模拟滤波器设计
4.3 模拟滤波器的数字仿真
4.4 冲激响应不变法
4.5 双线性变换法
4.6 数字滤波器的频率变换
4.7 IIR数字滤波器的计算机辅助设计
4.8 IIR数字滤波器的实现结构
4.9 本章涉及的Matlab函数

第5章 FIR数字滤波器设计
5.1 相位失真
5.2 线性相位FIR数字滤波器的条件和特性
5.3 窗函数法
5.4 频率取样法
5.5 FIR数字滤波器的优化设计
5.6 FIR数字滤波器的实现结构
5.7 本章涉及的Matlab函数
习题

第6章 数字信号处理中的有限字长效应
6.1 数的表示及其对量化的影响
6.2 A／D变换的字长效应
6.3 系数量化语磋
6.4 运算中的有限字长效应
习题
部分习题答案
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《数字信号处理》 引言 在现代科技飞速发展的浪潮中，数字信号处理（DSP）已成为不可或缺的核心技术之一，渗透于通信、医疗、音频、视频、图像、控制等几乎所有技术领域。从智能手机中的语音识别到高清电视的图像增强，从医疗设备的精确诊断到航空航天的复杂导航，背后都离不开数字信号处理的身影。它使得我们能够对现实世界中的模拟信号进行高效、精确的采集、分析、变换和恢复，从而实现更智能、更便捷、更高效的各类应用。 本书旨在为读者提供一个全面、系统、深入的数字信号处理理论和实践的学习平台。我们力求在理论严谨性的基础上，注重知识的实际应用和工程实现，帮助读者建立扎实的DSP理论基础，掌握核心的算法和技术，并能够将所学知识灵活应用于解决实际工程问题。本书内容涵盖了数字信号处理的基础概念、关键理论、常用算法以及典型的工程应用，旨在培养具备独立分析和解决DSP领域问题的专业人才。 第一章 数字信号处理基础 本章我们将从最基础的概念出发，为读者搭建数字信号处理的认识框架。我们将首先介绍信号的类型，区分模拟信号与数字信号的本质差异，以及数字信号处理为何能在现代科技中扮演如此重要的角色。随后，我们将深入探讨信号的采样过程，这是将连续的模拟信号转化为离散的数字信号的关键步骤。我们将详细讲解奈奎斯特-香农采样定理，阐述采样率对信号保真度的重要影响，并分析过采样和欠采样的后果。 紧接着，我们将介绍信号的量化过程，即如何将连续的幅值信号转化为有限的数字表示。我们将讨论量化误差的产生及其对信号精度的影响，并介绍常见的量化方法。在此基础上，我们将引入数字信号的基本表示形式，包括序列、傅里叶级数和傅里叶变换在数字信号分析中的应用。理解这些基本工具对于后续深入学习至关重要。 第二章 离散时间系统 本章将聚焦于数字信号处理的核心——离散时间系统。我们将定义离散时间信号和系统的基本概念，并介绍描述离散时间系统的数学模型，重点是差分方程。我们将深入分析系统的性质，包括线性、时不变性、因果性以及稳定性。这些性质对于理解和设计有效的数字滤波器至关重要。 我们将重点讲解卷积的概念，它是描述线性时不变（LTI）系统输入输出关系的数学工具。我们将阐述如何通过卷积来预测系统的响应，并介绍计算卷积的各种方法。此外，本章还将引入Z变换，这是分析离散时间信号和系统频率特性的强大工具。我们将讲解Z变换的定义、性质以及逆Z变换，并演示如何利用Z变换来求解差分方程和分析系统的频率响应。 第三章 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT） 傅里叶分析是信号处理领域的基础，而在数字信号处理中，离散傅里叶变换（DFT）扮演着至关重要的角色。本章将详细介绍DFT的定义、性质以及其在信号频谱分析中的应用。我们将探讨DFT如何将时域的离散信号转化为频域的离散频谱，从而揭示信号的频率成分。 然而，直接计算DFT的计算量非常大，尤其是在处理长序列时。为了克服这一限制，快速傅里叶变换（FFT）应运而生。本章将深入讲解FFT算法，包括Cooley-Tukey算法等主流实现方法，并阐述其如何通过分解算法大大降低计算复杂度。我们将通过实例演示FFT在频谱分析、滤波以及相关计算中的应用，使其成为工程实践中不可或缺的工具。 第四章 数字滤波器设计 数字滤波器是数字信号处理系统中用于去除噪声、提取有用信息或改变信号频谱特征的关键组件。本章将系统介绍数字滤波器的设计原理和方法。我们将首先区分两种主要的数字滤波器类型：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器，并分析它们各自的优缺点。 对于IIR滤波器，我们将介绍其基于模拟滤波器原型（如巴特沃斯、切比雪夫）的设计方法，以及双线性变换等映射技术。对于FIR滤波器，我们将重点讲解窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、汉明窗、巴lett窗、Blackman窗等）和频率采样法等设计技术。我们将详细分析不同设计方法在滤波器性能（如阻带衰减、通带纹波、过渡带宽度）和计算复杂度上的权衡。此外，本章还将介绍滤波器设计中的一些重要指标和设计流程，以帮助读者掌握根据实际需求设计合适滤波器的能力。 第五章 有限冲激响应（FIR）滤波器 本章将对有限冲激响应（FIR）滤波器进行更为深入的探讨。我们将首先复习FIR滤波器的基本结构和性质，强调其线性相位特性带来的优势，例如不产生相位失真，这在许多对相位敏感的应用中尤为重要。我们将详细介绍FIR滤波器的设计方法，特别是窗函数法，深入分析不同窗函数的频谱泄露特性以及它们对滤波器性能的影响。 我们将讲解如何根据给定的技术指标（如通带截止频率、阻带截止频率、阻带衰减、通带纹波）选择合适的窗函数和设计参数。此外，本章还将介绍一些更为高级的FIR滤波器设计方法，如Parks-McClellan算法（也称为最优等纹波滤波器设计算法），该算法能够设计出在给定约束下性能最优的FIR滤波器。最后，我们将讨论FIR滤波器在实际应用中的一些考虑因素，如滤波器长度的选择、计算复杂度以及实现方式。 第六章 无限冲激响应（IIR）滤波器 与FIR滤波器相比，无限冲激响应（IIR）滤波器在实现相同性能指标的情况下，通常需要的阶数较低，从而节省了计算资源。本章将深入研究IIR滤波器的设计。我们将详细讲解IIR滤波器最常用的设计方法之一：基于模拟滤波器原型设计。我们将介绍几种经典的模拟滤波器原型，如巴特沃斯滤波器（具有平坦的通带）、切比雪夫滤波器（在通带或阻带引入纹波以提高阻带衰减或过渡带陡峭度）以及椭圆滤波器（在通带和阻带都引入纹波以达到最佳的综合性能）。 我们将阐述如何利用双线性变换等方法将连续时间域的模拟滤波器原型映射到离散时间域，从而得到IIR数字滤波器。本章还将讨论IIR滤波器设计中的一些关键问题，例如稳定性分析，以及如何处理原型设计过程中可能出现的非因果性问题。我们将通过实例说明不同IIR滤波器设计方法的特点及其在工程应用中的选择依据。 第七章 离散傅里叶变换（DFT）的性质与应用 本章将对离散傅里叶变换（DFT）进行更为细致的阐述，并深入挖掘其丰富的性质及其在实际应用中的广泛价值。我们将回顾DFT的定义，并重点讨论其重要的数学性质，包括线性性质、时移性质、频移性质、周期卷积性质、相关性质以及帕塞瓦尔定理等。这些性质不仅为理解DFT的内在机制提供了理论基础，也为我们在实际操作中进行高效的信号处理提供了指导。 我们将深入探讨DFT在信号分析中的应用，例如通过DFT的幅度谱和相位谱来分析信号的频率成分和瞬时相位信息。此外，本章还将重点介绍DFT在卷积计算中的作用，通过DFT和IDFT（离散傅里叶逆变换）的组合来实现快速卷积（即圆周卷积），并讨论如何将其应用于线性卷积的计算。DFT还广泛应用于相关运算，例如信号的自相关和互相关分析，这对于模式识别、系统辨识等领域具有重要意义。 第八章 采样与恢复 采样是数字信号处理的第一步，而信号恢复则是数字信号处理的最后一个环节，它将处理过的数字信号重新转化为模拟信号，以便于人耳或传感器感知。本章将深入探讨采样定理的原理及其重要性，并详细分析理想采样和实际采样的区别。我们将讨论奈奎斯特速率的概念，并解释为何需要以高于奈奎斯特速率的频率进行采样以避免混叠现象。 我们将详细介绍混叠的成因以及如何通过抗混叠滤波器来避免它。在信号恢复方面，本章将介绍理想插值器（ sinc 插值）和实际的采样保持（Zero-Order Hold）及其他线性插值方法。我们将分析不同恢复方法的性能，以及它们在实际应用中的优缺点。最后，本章还将探讨信号的过采样和欠采样在特定应用场景下的意义和实现方法，以及如何利用信号的稀疏性进行采样和恢复，例如在压缩感知领域。 第九章 格形结构与状态空间方法 除了差分方程和传递函数之外，格形结构（Lattice structure）和状态空间方法（State-space representation）是描述和分析离散时间系统的另外两种重要方法。本章将介绍格形结构，它将滤波器设计分解为一系列简单的一阶部分，具有良好的数值稳定性和易于实现的特点，特别是在自适应滤波和语音处理中应用广泛。我们将阐述格形结构的基本原理，以及如何将其应用于FIR和IIR滤波器的实现。 随后，我们将引入状态空间方法。这种方法使用一组一阶线性微分方程（对于连续时间系统）或差分方程（对于离散时间系统）来描述系统的动态行为，其中包含了系统的状态变量。状态空间方法能够更全面地描述系统的内部动态，尤其适合分析多输入多输出（MIMO）系统以及具有非线性或时变特性的系统。我们将讲解如何将传递函数转换为状态空间形式，以及如何利用状态空间方法分析系统的可控性、可观测性以及稳定性。 第十章 数字信号处理的应用领域 数字信号处理的理论和技术之所以如此重要，在于其在各个领域的广泛应用。本章将选取几个典型的应用领域，展现DSP的强大威力。我们将首先介绍通信系统中的DSP应用，例如数字调制解调、信道编码与解码、回声消除以及均衡技术等。 随后，我们将探讨语音信号处理，包括语音识别、语音合成、语音增强和说话人识别等。在图像和视频处理领域，我们将介绍图像增强、滤波、边缘检测、图像压缩以及视频编码等技术。此外，我们还将简要介绍DSP在生物医学工程（如心电图、脑电图分析）、音频信号处理（如音频编码、效果处理）、控制系统以及科学计算等领域的应用。通过这些实例，读者将能够更直观地理解DSP的实际价值和工程意义。 结论 数字信号处理是一门集数学、信号理论、计算机科学和工程实践于一体的交叉学科。本书从基础概念出发，逐步深入到核心理论、关键算法以及典型的工程应用，力求为读者提供一个全面且系统的学习路径。我们希望通过本书的学习，读者能够掌握数字信号处理的基本原理和方法，能够独立分析和解决实际工程问题，并为进一步探索更高级的DSP领域打下坚实的基础。随着技术的不断发展，数字信号处理的应用前景将更加广阔，期待本书能够成为您在该领域学习和探索的有力助手。

评分☆☆☆☆☆

对于许多初学者来说，数字信号处理可能是一个令人望而生畏的领域，但这本书以其清晰易懂的语言和循序渐进的教学方法，极大地降低了学习门槛。作者非常善于将抽象的数学概念转化为生动的图示和形象的比喻，这使得我在阅读过程中能够更直观地理解那些复杂的算法和原理。例如，在解释滤波器设计时，书中配有大量的频率响应图和时域波形图，这些可视化工具让原本难以捉摸的滤波器特性变得一目了然。我印象特别深刻的是关于FFT（快速傅里叶变换）的部分，作者通过将长序列的DFT分解成若干个短序列的DFT，然后进行组合，巧妙地展现了FFT算法的效率优势。这种“化繁为简”的讲解方式，让我这个信号处理新手也能轻松掌握FFT的核心思想。此外，书中还包含了许多实际案例分析，比如音频信号的处理、图像压缩的原理等，这些内容不仅拓展了我的视野，也让我更加坚定了深入学习数字信号处理的决心。它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的老师，在我学习的道路上给予我耐心的指导和鼓励。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和全面性是我选择它的主要原因，它不仅涵盖了数字信号处理的基础理论，还涉及了一些更高级的主题，如自适应滤波、小波变换等，这让我能够在一个平台上完成从入门到进阶的学习。我尤其赞赏书中对高级主题的处理方式，并没有直接抛出复杂的公式，而是先铺垫相关的背景知识，然后逐步引入新的概念和算法，使得读者能够在一个相对平缓的学习曲线上掌握这些高难度内容。我记得在学习自适应滤波时，书中详细介绍了LMS算法和RLS算法的原理及其在噪声消除、回声消除等方面的应用。作者通过对算法收敛性、计算复杂度等方面的分析，帮助我理解不同算法的优缺点，并能够根据具体应用场景选择合适的算法。书中还提供了一些仿真实验的建议，虽然我没有全部完成，但尝试其中的几个，确实让我对理论知识有了更深刻的体会。这本书为我后续的专业学习和研究打下了坚实的基础，它让我有信心去面对更复杂的技术挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本《数字信号处理》在我的学习生涯中扮演了至关重要的角色，它的深度和广度都令人印象深刻。刚开始接触这本书时，我被其系统性的编排所吸引。作者从最基础的离散时间信号和系统概念入手，逐步深入到傅里叶分析、Z变换等核心理论。每一个章节都逻辑清晰，层层递进，仿佛在为构建一个完整的数字信号处理知识体系打下坚实的基础。我尤其喜欢书中对数学原理的推导过程，虽然有时候会觉得略显繁琐，但正是这种严谨的论证，让我能够真正理解每一个公式背后的含义，而不是仅仅停留在死记硬背的层面。书中大量的例题和习题也给我提供了宝贵的实践机会，通过亲手演算，我能够更好地巩固所学知识，并且在遇到困难时，反复琢磨例题的解法，往往能获得新的启发。我记得有一次，我在理解一个关于卷积的复杂概念时遇到了瓶颈，翻阅了书中的几个相关例题，并尝试着自己去分解和重组，最终豁然开朗。这种通过反复练习来加深理解的学习方式，在这本书的指导下变得尤为有效。同时，书中在阐述理论的同时，也会穿插一些实际应用场景的介绍，这让我意识到数字信号处理并非空中楼阁，而是与我们生活息息相关的技术。

评分☆☆☆☆☆

我特别看重书籍的实用性和指导性，而这本《数字信号处理》在这方面做得非常出色。它不仅仅是理论的堆砌，而是紧密结合了工程实践的需求。书中提供了许多与实际应用相关的例子，比如在通信系统中的信号检测、在生物医学工程中的信号分析等，这些都让我能够将所学的知识与现实世界联系起来。我记得在学习数字滤波器设计时，书中详细介绍了巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器等几种常见的设计方法，并且给出了具体的公式和设计步骤。更重要的是，它还讨论了不同滤波器在实际应用中的权衡，例如通带纹波、阻带衰减、相位失真等。这些信息对于工程实践者来说非常宝贵。此外，书中对一些关键算法的实现也提供了思路，虽然没有直接给出完整的代码，但其详尽的解释足以引导读者进行编程实现。这种理论与实践相结合的风格，让我觉得这本书非常“接地气”，也让我更有动力去探索数字信号处理在各种工程领域中的应用。

评分☆☆☆☆☆

从编辑排版和语言风格来看，这本书都体现了出版方的专业水准。书的装帧精美，纸张质量也很好，阅读体验非常舒适。内容方面，作者的叙述条理清晰，语言简洁明了，即使是对于初学者来说，也不会感到晦涩难懂。我尤其喜欢作者在讲解概念时所使用的类比和图示，它们能够有效地帮助读者理解那些抽象的数学原理。例如，在解释卷积的概念时，作者巧妙地运用了“滑动”和“叠加”的比喻，让我一下子就理解了卷积的本质。书中公式的推导过程也清晰明了，每一步都给出了详细的解释，这对于我这种喜欢刨根问底的学习者来说，简直是福音。我记得曾经花了好几个小时去研究一个关于离散傅里叶变换（DFT）的性质，书中对该性质的推导过程清晰而详尽，让我受益匪浅。总而言之，这是一本值得推荐的优秀教材，它不仅内容丰富，而且讲解深入浅出，非常适合作为学习数字信号处理的入门或进阶读物。