實時數字信號處理實踐方法：從理論到實現 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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金靖 等 著

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 實時處理
• DSP
• 實踐
• 算法實現
• MATLAB
• C++
• 通信係統
• 圖像處理
• 濾波技術

齣版社： 北京航空航天大學齣版社

ISBN：9787512421738

版次：1

商品編碼：12003300

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-08-01

用紙：膠版紙

內容簡介

　　本書介紹瞭實時數字信號處理係統設計和實現的相關理論、技術和方法。全書共9章，前4章介紹瞭實時數字信號處理應用基礎及仿真方法，主要包括信號産生與操作、信號頻譜分析技術、離散時間係統分析與實現、數字濾波器設計等；後5章介紹瞭實時數字信號處理係統設計與實現，包括係統組成、軟硬件結構和控製、摺衷設計、實時算法開發、係統實現的技術手段等。本書的重點是從信號處理理論到軟硬件實現的映射過程和轉換方法，並結閤實際應用需求配有大量實例。

　　本書可作為電子、儀器、自動控製、光學等專業高年級本科生和研究生的教材或參考書，也可供相關研究人員和工程師使用。

目錄

第1章 離散時間信號………………………………………………………………… 1

1.1 信號的概念及分類………………………………………………………… 1

1.2 基本離散時間信號的錶示………………………………………………… 5

1.3 典型離散隨機信號的錶示………………………………………………… 12

1.4 離散時間信號的基本運算和操作………………………………………… 19

第2章 離散傅裏葉變換和Z 變換………………………………………………… 30

2.1 離散傅裏葉變換…………………………………………………………… 30

2.2 進行頻譜分析的注意事項………………………………………………… 39

2.3 頻譜分析實例……………………………………………………………… 44

2.4 Z 變換概述………………………………………………………………… 46

第3章 離散時間係統……………………………………………………………… 49

3.1 離散時間係統的概念和性質……………………………………………… 49

3.2 離散時間係統的模型……………………………………………………… 50

3.3 離散時間係統的結構、分析與實現……………………………………… 56

第4章 數字濾波器設計…………………………………………………………… 68

4.1 概 述……………………………………………………………………… 68

4.2 IIR濾波器設計…………………………………………………………… 70

4.3 FIR濾波器設計…………………………………………………………… 80

第5章 實時數字信號處理係統概述……………………………………………… 93

5.1 實時數字信號處理係統的特點…………………………………………… 93

5.2 實時數字信號處理係統的基本組成……………………………………… 94

5.3 實時數字信號處理係統的數字錶示法………………………………… 102

第6章 實時數字信號處理係統的軟件和硬件結構……………………………… 115

6.1 實時數字信號處理係統的通用軟件結構……………………………… 115

6.2 硬件描述語言中的典型軟件結構……………………………………… 121

6.3 實時數字信號處理器的一般硬件結構………………………………… 126

6.4 FPGA 的基本硬件結構………………………………………………… 129

6.5 實時數字信號處理係統中的多處理器結構…………………………… 132

6.6 數字信號處理器係統的控製…………………………………………… 137

第7章 實時數字信號處理係統的摺衷設計……………………………………… 142

7.1 摺衷設計方法…………………………………………………………… 142

7.2 軟件和硬件摺衷………………………………………………………… 143

7.3 軟件的時間和空間摺衷………………………………………………… 147

7.4 硬件的時間和空間摺衷………………………………………………… 157

7.5 其他類型摺衷…………………………………………………………… 166

第8章 實時數字信號處理算法的開發…………………………………………… 173

8.1 實時數字信號處理算法的概念和性能分析…………………………… 173

8.2 實時數字信號處理算法的設計和描述………………………………… 182

8.3 實時數字信號處理算法實現的基本步驟……………………………… 187

第9章 實時數字信號處理係統實現的技術手段………………………………… 191

9.1 輸入數據的簡化處理…………………………………………………… 191

9.2 算法的優化和簡化……………………………………………………… 192

9.3 算法的轉化和移植……………………………………………………… 202

9.4 算法的分解……………………………………………………………… 208

9.5 軟硬件聯閤設計………………………………………………………… 215

9.6 通信優化設計…………………………………………………………… 218

9.7 測試和驗證方法………………………………………………………… 222

參考文獻……………………………………………………………………………… 225

前言/序言

《數字信號處理之藝術：從基礎理論到前沿應用》 一、 核心理念與價值主張 本書旨在為讀者構建一個全麵且深入的數字信號處理（DSP）知識體係，不僅涵蓋瞭DSP的核心理論概念，更著重於其在實際應用中的落地與實現。我們相信，理解DSP的本質在於掌握其數學原理，並在實踐中驗證和運用這些原理。因此，本書將理論的嚴謹性與實踐的指導性相結閤，旨在培養讀者獨立解決實際DSP問題的能力，讓他們能夠自信地駕馭從基礎算法到復雜係統的整個DSP開發流程。 本書的價值在於： 係統性： 從最基礎的采樣定理、離散傅裏葉變換（DFT）講起，逐步深入到更復雜的濾波設計、自適應信號處理、譜估計等領域，構建完整的知識框架。 實用性： 每一項理論知識的講解都緊密聯係實際應用場景，並輔以大量的代碼示例和項目案例，讓讀者能夠“看得懂”更“做得到”。 前沿性： 除瞭經典理論，本書還探討瞭現代DSP技術的發展趨勢，如機器學習在DSP中的應用、高性能計算平颱（如FPGA、GPU）的DSP實現等，為讀者指明未來的發展方嚮。 易讀性： 采用清晰的語言和直觀的圖示，力求將抽象的數學概念轉化為易於理解的知識，降低學習門檻。 二、 內容深度與廣度 本書內容涵蓋瞭數字信號處理的各個重要維度，旨在為讀者提供一個360度的全景視角： 1. 基礎理論篇：夯實根基 信號的本質與錶示： 深入剖析模擬信號與數字信號的區彆，詳細介紹連續時間信號和離散時間信號的數學錶示方法，包括序列、嚮量、矩陣等。 采樣理論與重建： 詳細闡述奈奎斯特-香農采樣定理，解釋其重要性以及過采樣和欠采樣的影響。介紹采樣保持器、重構濾波器的作用及其設計原則。 離散傅裏葉變換（DFT）與快速傅裏葉變換（FFT）： 深入講解DFT的原理、性質及其在頻域分析中的核心地位。詳細推導和講解FFT算法，包括蝶形運算、基-2、基-4等不同實現方式，並分析其計算復雜度。 捲積與相關： 深入理解綫性捲積和循環捲積的概念及其在係統響應、濾波等方麵的應用。詳細介紹自相關和互相關函數，及其在信號檢測、時延估計等領域的用途。 Z變換與係統分析： 引入Z變換作為處理離散時間係統的強大工具，詳細講解其性質、收斂域（ROC）的概念，以及如何利用Z變換分析LTI（綫性時不變）係統的穩定性、因果性等。 2. 數字濾波器設計篇：塑造信號 濾波器基礎： 明確濾波器的定義、分類（FIR和IIR）以及濾波器設計的核心目標（通帶、阻帶、截止頻率、阻帶衰減等）。 FIR濾波器設計： 詳細介紹窗函數法（矩形窗、漢寜窗、漢明窗、Blackman窗、Kaiser窗等）的設計步驟和優缺點。深入講解頻率采樣法和最優逼近法（Remez-Tukey算法）等高級設計方法。 IIR濾波器設計： 介紹將模擬濾波器（如Butterworth、Chebyshev I/II、Elliptic）轉換為數字濾波器的常用方法，包括脈衝不變法、雙綫性變換法等。詳細講解IIR濾波器設計的步驟、參數選擇以及其潛在的穩定性問題。 濾波器性能評估： 介紹評估濾波器性能的常用指標，如幅頻響應、相頻響應、群延遲、相位失真等。 3. 高級主題篇：拓展視野 自適應信號處理： 深入介紹自適應濾波器（如LMS、RLS算法）的工作原理、應用場景（如噪聲消除、迴聲消除、信道均衡）及其性能分析。 譜估計： 探討多種譜估計方法，包括非參數方法（周期圖法、Welch法）和參數方法（AR模型、MA模型、ARMA模型）的原理、優缺點及應用。 多速率信號處理： 介紹信號的升采樣、降采樣、抽取、插值等操作，以及它們在變采樣率係統、濾波器組等方麵的應用。 隨機信號處理： 引入隨機信號的基本概念，包括均值、方差、自相關函數、功率譜密度等，以及在噪聲分析、信號檢測等方麵的應用。 4. 實踐實現篇：化理論為現實 DSP算法的數學實現： 提供大量使用主流編程語言（如Python、MATLAB、C/C++）實現經典DSP算法的代碼示例。強調算法的效率和數值穩定性。 高性能計算平颱： 介紹在FPGA（現場可編程門陣列）和GPU（圖形處理器）等硬件平颱上實現DSP算法的策略和技術。探討硬件加速的優勢以及相關的開發工具和流程。 實際項目案例分析： 通過一係列精心挑選的實際項目案例，展示DSP理論和技術如何在音頻處理、通信係統、生物醫學信號分析、圖像處理等領域得到應用。例如，講解如何設計一個降噪耳機中的音頻濾波器，如何實現一個通信係統中的載波同步模塊，如何利用DSP技術分析心電圖信號等。 DSP工具鏈與軟件： 介紹常用的DSP開發工具，包括仿真軟件、調試器、性能分析工具等，幫助讀者快速進入實際開發狀態。 三、 目標讀者 本書麵嚮廣泛的讀者群體，包括但不限於： 高等院校相關專業學生： 計算機科學、電子工程、通信工程、自動化、生物醫學工程等專業的本科生和研究生，作為課程教材或參考書。 DSP工程師與研發人員： 希望係統學習DSP理論、拓展應用領域或提升工程實踐能力的行業從業者。 對數字信號處理感興趣的愛好者： 具備一定數學基礎，希望深入瞭解DSP技術原理和實際應用的學習者。 跨領域應用者： 機器學習、數據科學、機器人、物聯網等領域的研究者和開發者，需要理解和應用DSP技術來處理傳感器數據、音頻、視頻等信號。 四、 學習方法與建議 為瞭最大化本書的學習效果，我們建議讀者： 理論與實踐並重： 在學習理論知識的同時，積極動手實踐書中的代碼示例，並嘗試修改參數或實現變種算法。 深入理解數學原理： DSP的核心在於數學，務必花時間理解公式的推導過程及其物理意義，而非死記硬背。 積極思考應用場景： 嘗試將所學知識與生活中的實際問題聯係起來，思考DSP技術可以在哪些方麵提供解決方案。 利用輔助資源： 結閤其他在綫課程、技術文檔、開源項目等資源，加深對概念的理解。 循序漸進： 按照本書的章節順序進行學習，確保基礎紮實後再進入更高級的主題。 五、 結語 數字信號處理是現代科技發展不可或缺的核心技術之一，其應用領域之廣泛、技術更新之迅速，令人著迷。本書的誕生，正是為瞭引導讀者踏入這個充滿挑戰與機遇的領域，從理論的殿堂走嚮實踐的沃土。我們希望通過本書，能夠激發您對DSP的熱情，點燃您在技術道路上的創新火花，最終成為一名齣色的數字信號處理工程師，用您的智慧和技藝，塑造更加美好的數字世界。

評分☆☆☆☆☆

我之前接觸過一些關於DSP的書籍，但很多都過於偏重理論，讀起來像是在啃一本厚厚的數學手冊，讓人昏昏欲睡，而且學完之後感覺離實際應用還是有一段距離。這本書則完全不同，它就像一位經驗豐富的工程師，手把手地教你如何將理論付諸實踐。從第一章開始，它就強調“實踐”的重要性，並提供瞭清晰的框架，讓你知道如何一步步地搭建自己的DSP係統。它不僅僅是告訴你“是什麼”，更重要的是告訴你“怎麼做”。書中大量的代碼示例，而且這些代碼都是可以直接運行的，這對於我這種動手能力比較強的人來說，簡直是福音。我可以一邊看書，一邊敲代碼，立刻就能看到理論效果的驗證，這種即時反饋極大地增強瞭我的學習動力。書中對不同算法的實現細節講解得非常到位，包括參數的選擇、優化策略等等，這些都是在傳統教材中很難找到的寶貴經驗。而且，它還會講解一些在實際工程中經常會遇到的問題，比如精度問題、實時性要求等等，並給齣相應的解決方案。讀完這本書，我感覺自己不再是那個隻會紙上談兵的理論派，而是真正具備瞭解決實際DSP問題的能力。它讓我覺得，DSP不再是遙不可及的科學，而是可以被掌握並應用於各種創新項目中的強大工具。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是讓我打開瞭新世界的大門！之前我對數字信號處理（DSP）一直停留在比較抽象的理論層麵，感覺像是空中樓閣，雖然知道它很重要，但就是抓不住“怎麼做”的精髓。這本書恰恰填補瞭我的這一空白。它沒有一開始就拋齣一堆讓人望而生畏的數學公式，而是非常有條理地從最基礎的概念講起，一步步引導讀者理解信號的本質、采樣、量化這些關鍵步驟。最讓我驚喜的是，它在講理論的同時，會立刻結閤實際的例子，而且非常具體。比如，在講到濾波器設計時，它會清晰地解釋為什麼需要濾波器，不同的濾波器類型有什麼優缺點，然後立刻就用代碼展示如何實現一個簡單的低通濾波器。我印象特彆深的是，書中對各種實際應用場景的講解，像是音頻處理、圖像識彆這些我平時經常接觸到的技術，它都用瞭DSP的視角去剖析，讓我恍然大悟，原來那些神奇的效果背後是如此嚴謹的科學原理。而且，它用的語言很平實，即使是我這種非科班齣身的人，也能讀懂。它不是那種隻會堆砌術語的書，而是真正站在讀者的角度，思考讀者會遇到哪些睏惑，然後逐一解答。它讓我對DSP不再感到畏懼，而是充滿瞭探索的興趣，迫不及待地想去嘗試書中介紹的各種實踐方法。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我一開始對這本書的期望並不是很高，我以為它會和市麵上其他同類書籍一樣，充斥著各種晦澀難懂的公式和概念，讀起來十分枯燥。然而，這本書徹底顛覆瞭我的看法。它從一個非常獨特的視角切入，將抽象的數字信號處理理論與生動的實際應用場景完美地結閤在一起。作者在書中運用瞭大量的類比和生動的例子，將復雜的概念講解得深入淺齣，即使是對DSP完全沒有概念的讀者，也能輕鬆理解。例如，在講解離散傅裏葉變換（DFT）時，作者並沒有直接給齣復雜的數學推導，而是用一種非常直觀的方式，解釋瞭DFT如何將一個時域信號分解成不同頻率的成分，就像是把一首交響樂分解成各種樂器的聲音一樣。這種講解方式讓我受益匪淺，它不僅讓我記住瞭概念，更讓我理解瞭其背後的邏輯。書中還涉及瞭許多前沿的DSP技術，並且非常注重理論與實踐的結閤，提供瞭很多實際操作的指導和建議，這對於我這樣一個想要將DSP知識應用到實際項目中的人來說，無疑是雪中送炭。它讓我看到瞭DSP的無限可能，也讓我對未來的學習和研究充滿瞭信心。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對DSP充滿好奇但又缺乏實踐經驗的學生。這本書的齣現，簡直像是一盞指路明燈，為我點亮瞭DSP學習的道路。它從零開始，用一種非常友好的方式介紹瞭DSP的基本概念和核心技術，讓我能夠在一個紮實的基礎上，逐步深入。書中大量的實例，無論是理論講解還是代碼實現，都非常貼閤實際應用，讓我能夠親身體驗DSP的魅力。我特彆喜歡書中關於信號濾波和頻譜分析的部分，它將抽象的數學概念轉化為具體的圖形和數據，讓我能夠直觀地理解信號的變化。而且，書中提供的代碼示例，清晰易懂，並且帶有詳細的注釋，這對我來說簡直是太有幫助瞭。我可以跟著代碼一步步地去理解，然後嘗試自己修改和擴展，這種實踐性的學習方式，讓我對DSP的理解更加深刻。它不僅僅是一本書，更像是一位循循善誘的老師，耐心地引導我一步步地探索DSP的奧秘。這本書讓我對DSP産生瞭濃厚的興趣，也激發瞭我未來深入學習和研究的熱情。

評分☆☆☆☆☆

作為一個在DSP領域摸爬滾打多年的老兵，我一直在尋找一本能夠真正連接理論與實踐的書籍，一本能夠讓我對現有知識體係進行梳理和深化的書。這本書恰好滿足瞭我的需求。它沒有停留在基礎概念的重復，而是直擊核心，深入剖析瞭實時數字信號處理中的關鍵挑戰和應對策略。我尤其欣賞書中對算法優化和性能提升的探討，這部分內容對於追求高效能的工程實踐至關重要。書中對一些經典算法的講解，既有嚴謹的數學推導，又有清晰的僞代碼和實際代碼實現，能夠幫助我從不同維度去理解和掌握這些算法。此外，它還涉及到瞭一些在實際工程中非常重要的考量因素，比如硬件架構的影響、資源限製下的算法選擇等，這些都是在學術論文中很難找到的寶貴經驗。它不是一本“速成”的書，而是一本需要認真研讀、反復思考的書，它能夠幫助我鞏固和提升現有的DSP技能，讓我能夠更自信地麵對更復雜的項目需求。閱讀過程中，我經常會停下來思考，然後結閤自己的工作經驗進行比對，這種學習方式讓我受益匪淺。