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張維璽著 著

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 信號處理
• DSP
• 通信工程
• 電子工程
• MATLAB
• 算法
• 濾波
• 頻譜分析
• 圖像處理

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111346869

商品編碼：29692273664

包裝：平裝

齣版時間：2011-07-01

基本信息

書名：數字信號處理

定價：27.00元

作者：張維璽著

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2011-07-01

ISBN：9787111346869

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.400kg

編輯推薦

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《數字信號處理》包括五部分內容：**部分包括前兩章和第9章，內容是離散時間信號與係統的基礎理論；第二部分包括第3、4章，討論的是快速傅裏葉變換算法；第三部分包括第5、6、7章，討論的是IIR及FIR型數字濾波器的設計；第8章構成第四部分，討論有限字長效應，是數字信號處理的誤差分析基礎；0章是實驗，構成第五部分。本書由張維璽、武曉春、張俐、劉舒祺老師編寫。

內容提要

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數字信號處理是從20世紀60年代以來，隨著現代信息科學和計算機技術的進步與集成電路技術的發展而迅速發展起來的一門新興學科。數字信號處理在各個方麵得到瞭廣泛應用，其重要性在多個領域中日益體現。數字信號處理是信息工程、電子科學、通信工程等電子信息類專業必須掌握的專業基礎知識和必修內容。因此，數字信號處理這門課程得到瞭高度的重視，幾乎所有的工科院校都開設瞭這門課程，國內外也齣版瞭很多的教材。而《數字信號處理》作為工科類電氣信息各專業本科二、三年級的教材，著重基本原理的闡述，力求使基本概念與工程技術緊密聯係，保持經典性與先進性之間的協調。
《數字信號處理》包括五部分內容：部分包括前兩章和第9章，內容是離散時間信號與係統的基礎理論；第二部分包括第3、4章，討論的是快速傅裏葉變換算法；第三部分包括第5、6、7章，討論的是IIR及FIR型數字濾波器的設計；第8章構成第四部分，討論有限字長效應，是數字信號處理的誤差分析基礎；0章是實驗，構成第五部分。本書主要作為大專院校電氣信息類專業的教材，或者作為相近專業選修課教材；也可作為有關科技人員在數字信號處理方麵的參考書。本書由張維璽、武曉春、張俐、劉舒祺老師編寫。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《數字信號處理》是一本深入淺齣的教材，旨在為讀者構建紮實的數字信號處理理論基礎，並引導讀者掌握實際應用所需的分析和設計能力。本書內容涵蓋瞭數字信號處理領域的關鍵概念、核心算法和常用技術，力求讓讀者在理解原理的同時，也能體會到其在工程實踐中的強大生命力。 第一部分：數字信號與係統基礎 本書的開篇，我們將從最根本的概念入手，為後續內容的學習打下堅實基礎。 離散時間信號與係統：首先，我們會詳細介紹離散時間信號的定義、錶示方法及其重要的分類，如能量信號、功率信號、周期信號、非周期信號等。我們將通過豐富的實例，闡述連續時間信號經過采樣後如何轉化為離散時間信號，並重點講解采樣定理（奈奎斯特-香農采樣定理）的原理與意義，說明理想采樣、保持以及實際采樣過程中的關鍵問題。 緊接著，我們將引入離散時間係統的概念。係統是將輸入信號轉換為輸齣信號的變換器，而離散時間係統則是在離散時間域工作的係統。我們會深入分析離散時間係統的基本性質，包括綫性、時不變性、因果性、穩定性等，並介紹判斷這些性質的常用方法。 捲積與差分方程：捲積是描述綫性時不變（LTI）離散時間係統輸入輸齣關係的數學工具，其重要性不言而喻。本書將詳細講解捲積的定義、計算方法（包括圖解法、解析法），並通過大量實例展示捲積在係統響應分析中的應用。我們還將探討捲積的性質，如結閤律、交換律、分配律等，為後續理解係統特性打下基礎。 差分方程是描述離散時間 LTI 係統行為的另一種重要數學模型。本書將介紹如何建立和求解綫性常係數差分方程，包括齊次解和特解的求解方法，以及如何利用初始條件求得全解。我們將闡述差分方程與捲積之間的聯係，以及它們在係統分析中的互補作用。 傅裏葉變換與Z變換：為瞭更深入地分析離散時間信號和係統的頻率特性，傅裏葉變換是不可或缺的工具。本書將首先迴顧連續時間傅裏葉變換（CTFT），然後重點介紹離散時間傅裏葉變換（DTFT）和離散傅裏葉變換（DFT）。我們將詳細講解DTFT的性質，如綫性、時移、頻移、帕塞瓦爾定理等，以及DFT的定義、性質和與DTFT的關係。 Z變換是分析和設計離散時間係統的強大數學工具，尤其適用於處理有理係統函數。本書將係統地介紹Z變換的定義、收斂域（ROC）的概念及其重要性，詳細講解Z變換的性質，如綫性、時移、積分、微分、初值定理、終值定理等。我們還將深入探討反Z變換的求解方法，為後續係統分析和設計奠定基礎。 第二部分：數字濾波器設計 濾波器是數字信號處理中應用最廣泛的技術之一，用於去除信號中的噪聲、提取有用信息或改變信號的頻譜特性。本部分將深入探討數字濾波器的設計方法。 無限衝激響應（IIR）濾波器設計：IIR濾波器因其結構簡單、計算量小、頻率響應陡峭等優點而被廣泛應用。本書將詳細介紹幾種經典的IIR濾波器設計方法，包括： 衝激響應不變法：從連續時間原型濾波器（如巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器）齣發，通過衝激響應不變的原則，將其映射到離散時間濾波器。我們將分析該方法的優點和局限性，特彆是可能産生的混疊問題。 雙綫性變換法：這是一種更常用且能避免混疊的IIR濾波器設計方法。我們將詳細講解雙綫性變換的原理，以及如何將連續時間原型濾波器的S平麵映射到Z平麵，實現頻率軸的預畸變和最終的濾波特性。本書將詳細演示如何利用巴特沃斯、切比雪夫（第一類和第二類）以及橢圓濾波器的設計公式，通過雙綫性變換設計齣所需的IIR濾波器。 在介紹設計方法的同時，我們將重點關注IIR濾波器的幅頻響應、相頻響應和群延遲特性，並分析不同設計方法和參數選擇對這些特性的影響。 有限衝激響應（FIR）濾波器設計：FIR濾波器具有零相位響應（或綫性相位響應）的優點，這在許多應用中至關重要，因為它不會引起信號失真。本書將詳細介紹FIR濾波器的設計方法： 窗函數法：這是最簡單且最常用的FIR濾波器設計方法。我們將詳細介紹窗函數的概念，並分析不同窗函數的特性，如矩形窗、漢寜窗、漢明窗、布萊剋曼窗、凱澤窗等。我們將闡述如何根據所需的濾波器過渡帶寬度和阻帶衰減，選擇閤適的窗函數，並通過截斷理想濾波器的衝激響應來設計FIR濾波器。本書將詳細演示如何利用窗函數法設計低通、高通、帶通和帶阻FIR濾波器。 頻率采樣法：這是一種根據濾波器在特定頻率點的響應來設計FIR濾波器的直接方法。我們將解釋其基本原理，並分析其適用場景。 最優（Equiripple）FIR濾波器設計（Parks-McClellan算法）：本書還將介紹更為先進的Parks-McClellan算法，該算法能夠設計齣在特定通帶和阻帶內使最大誤差最小化的最優FIR濾波器（等波紋濾波器）。我們將介紹該算法的基本思想和迭代過程，並說明其在需要更高性能濾波器設計時的優越性。 在FIR濾波器設計部分，我們將著重討論綫性相位FIR濾波器的特性，分析不同類型的綫性相位（Type I, II, III, IV）及其應用。 第三部分：快速傅裏葉變換（FFT）與應用 傅裏葉變換在信號分析中扮演著核心角色，而FFT算法極大地提高瞭DFT的計算效率，使其在實際應用中成為可能。 離散傅裏葉變換（DFT）與快速傅裏葉變換（FFT）：在迴顧DFT的基礎上，本書將詳細介紹FFT算法的原理。我們將重點講解蝶形運算和信號流圖，並詳細介紹兩種最經典的FFT算法： 按時間抽樣的FFT算法（Cooley-Tukey算法）：我們將逐步分解計算過程，解釋如何將N點的DFT分解為兩個N/2點的DFT，以及如何通過這種遞歸的方式，將O(N^2)的計算復雜度降低到O(N log N)。 按頻率抽樣的FFT算法：我們將介紹另一種重要的FFT算法。 本書還將探討FFT算法的各種變體，如基2、混閤基、分裂基FFT等，並分析它們在計算效率和實現復雜度上的權衡。 FFT在信號分析中的應用：FFT的齣現極大地推動瞭信號分析的發展。本書將詳細介紹FFT在以下方麵的應用： 頻譜分析：如何利用FFT計算信號的功率譜密度（PSD）和幅度譜，從而分析信號的頻率成分和能量分布。我們將探討窗口函數在頻譜分析中的作用，以解決頻譜泄漏問題。 捲積的快速計算：利用捲積定理，我們可以通過頻域乘積來快速計算兩個序列的捲積，從而大大提高捲積運算的效率。本書將詳細介紹基於FFT的捲積算法。 相關分析：利用FFT計算信號的自相關和互相關函數，以分析信號的周期性、相似性以及不同信號之間的關係。 濾波器的實現：介紹如何利用FFT加速FIR濾波器的運算，特彆是在處理長序列時，如重疊相加法和重疊保留法。 第四部分：采樣定理與信號重建 采樣與重建是數字信號處理與模擬信號處理之間轉換的關鍵環節。 采樣過程詳解：我們將深入探討連續時間信號的采樣過程，詳細分析采樣頻率、采樣間隔與信號最高頻率之間的關係。我們將再次強調奈奎斯特-香農采樣定理的嚴格數學推導，並解釋為什麼需要大於或等於兩倍最高頻率的采樣率纔能無失真地恢復原始信號。 本書還將討論實際采樣過程中可能遇到的問題，如混疊（Aliasing）現象，並分析其産生的原因和危害。我們將介紹抗混疊濾波器（Anti-aliasing filter）的作用，以及如何在采樣前進行低通濾波以避免混疊。 信號重建：在獲得離散時間信號後，如何將其無失真地轉換迴連續時間信號是信號重建的關鍵。本書將重點介紹基於插值理論的信號重建方法。 理想插值器（Sinc插值）：我們將推導理想插值公式，即利用Sinc函數進行插值，並分析其數學理論基礎。 實際插值方法：由於Sinc函數是無限長的，實際應用中無法直接實現。因此，我們將介紹一些實用的插值方法，如零階保持、一階保持（綫性插值）、多階保持以及更復雜的插值算法。我們將分析這些方法的精度和計算復雜度，並討論它們在不同應用場景下的適用性。 我們還將探討過采樣（Oversampling）技術在信號采集和重建中的作用，說明過采樣如何降低對ADC（模數轉換器）和DAC（數模轉換器）性能的要求，以及如何簡化抗混疊濾波器的設計。 第五部分：高級主題與應用 在掌握瞭基本理論和核心技術後，本書還將觸及一些數字信號處理領域的進階主題，並展示其在實際工程中的廣泛應用。 多速率信號處理：多速率信號處理涉及在不同采樣率之間進行信號轉換。本書將介紹上采樣（Upsampling）和下采樣（Downsampling）的基本概念和原理，以及如何設計多速率濾波器（如插值濾波器和抽取濾波器）來完成采樣率的轉換。我們將分析多速率信號處理在信號壓縮、多媒體處理等領域的應用。 自適應信號處理：自適應濾波器能夠根據輸入信號的統計特性自動調整其濾波器係數，以達到某種最優準則（如最小均方誤差）。本書將介紹幾種重要的自適應濾波器算法，包括： 最小均方（LMS）算法：我們將詳細講解LMS算法的原理、收斂性分析以及其在噪聲消除、迴聲消除、信道均衡等領域的應用。 遞歸最小二乘（RLS）算法：我們將介紹RLS算法，分析其相對於LMS算法的優越性和缺點。 數字信號處理在實際中的應用：本書將通過具體的案例，展示數字信號處理技術在各個領域的強大應用，包括但不限於： 通信係統：調製解調、信道編碼、均衡、頻譜感知等。 音頻和語音處理：語音識彆、語音閤成、音頻編碼、迴聲消除、噪聲抑製等。 圖像和視頻處理：圖像壓縮、邊緣檢測、濾波、特徵提取、視頻編碼等。 生物醫學信號處理：心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）等信號的分析與處理。 雷達與聲納係統：目標檢測、目標跟蹤、信號識彆等。 儀器儀錶與控製係統：傳感器信號處理、濾波器設計、係統辨識等。 本書力求以清晰的邏輯、嚴謹的數學推導和豐富的實例，引導讀者逐步掌握數字信號處理的理論精髓和實踐技巧。我們相信，通過對本書內容的深入學習，讀者不僅能夠構建紮實的理論體係，更能將所學知識融會貫通，應用於各種復雜的工程問題中，成為一名優秀的數字信號處理工程師。

評分☆☆☆☆☆

書評四： 我是一個偏嚮於應用層麵的學習者，對那些冗長而抽象的數學推導常常感到望而卻步。這本書的齣現，極大地拓寬瞭我對數字信號處理理解的邊界。它並非避開數學，而是以一種極其高效且“有目的性”的方式來呈現數學。作者深諳“少即是多”的道理，在必要的公式推導後，總是會立即用生動的語言總結齣其物理意義和工程啓示。例如，在討論采樣定理時，作者不僅僅停留在奈奎斯特速率的陳述上，而是通過對信號周期延拓的圖形化展示，直觀地說明瞭混疊現象的發生機製，那種“一目瞭然”的感覺是教科書上常見的數學錶達難以企及的。此外，這本書的視野非常開闊，它不僅涵蓋瞭經典的時域和頻域分析，還對現代信號處理領域如小波變換和盲源分離等前沿課題進行瞭恰到好處的介紹，為讀者指明瞭進一步深造的方嚮。這種對知識體係的宏觀把握能力，使得這本書的價值遠超一本單純的工具書。它更像是一份行業指南，幫助讀者建立起一個完整且與時俱進的知識框架。讀完之後，我感覺自己不再是孤立地看待傅裏葉分析或卡爾曼濾波，而是能將它們置於整個現代信息處理的大圖景中進行權衡和取捨。

評分☆☆☆☆☆

書評一： 這本書簡直是通往數字世界大門的鑰匙，它以一種近乎詩意的筆觸，將原本枯燥乏味的數學公式和算法，編織成瞭一幅清晰可見的信號處理圖景。作者的敘述方式極為巧妙，仿佛一位經驗豐富的嚮導，帶著你在錯綜復雜的理論迷宮中穿梭，每一步的引導都精準而富有洞察力。我尤其欣賞它在概念引入上的循序漸進，從最基礎的離散化和量化，到傅裏葉變換的深層含義，每一步的講解都如同剝洋蔥般層層遞進，讓人在不經意間領悟瞭數字信號處理的精髓。書中配有的案例分析，不僅僅是冰冷的數據堆砌，而是充滿瞭生活氣息的實例，讓我對所學知識的應用場景有瞭更直觀的認識。比如，在討論濾波器設計時，作者沒有停留在理論的推導上，而是結閤實際的音頻降噪和圖像增強場景進行瞭深入剖析，讀來讓人茅塞頓開，仿佛自己也成瞭那個在虛擬實驗室中調優參數的工程師。這本書的排版和圖示設計也堪稱一流，那些精美的頻譜圖和時域波形圖，本身就是一種藝術，極大地增強瞭閱讀體驗。對於初學者而言，它提供瞭一個平滑的學習麯綫，而對於有一定基礎的讀者，它又提供瞭深入挖掘前沿理論的階梯。我敢說，這本書不僅僅是教科書，更像是一部詳盡的修行手冊，指引著我們如何用數字的語言去理解和重塑我們所感知的世界。那種豁然開朗的感覺，是其他許多同類書籍無法給予的。

評分☆☆☆☆☆

書評五： 這本書的閱讀體驗是一種持續不斷的“驚喜反饋循環”。它成功地將理論的嚴謹性與教學的藝術性完美融閤。作者在處理復雜概念時，采用瞭多重視角切換的策略，這極大地提高瞭不同學習風格讀者的接受度。譬如，在講解維納濾波器的最優性準則時，書中不僅提供瞭基於最小均方誤差的代數推導，還巧妙地引入瞭投影定理的幾何解釋，使得抽象的優化問題瞬間具象化為一個空間中的垂足問題。這種多維度的闡釋，確保瞭知識點的牢固吸收。我特彆喜歡其中關於“局限性討論”的部分，作者從不神化任何一種算法或技術。在介紹快速傅裏葉變換（FFT）的優勢時，他也會坦誠地指齣其在特定非周期信號處理中的潛在問題，並引導讀者思考何時應該迴歸到更基礎的DFT。這種坦誠和批判性的視角，對於培養齣色的工程師至關重要。這本書的行文流暢自然，選詞精準到位，沒有冗餘的贅述，每一句話都像是經過精心打磨的寶石。它不是一本可以快速翻閱的書籍，它要求你沉浸其中，與作者進行一場深入的思想對話。閤上最後一頁時，我感到的不是知識的終結，而是一個更廣闊、更清晰的專業領域的開啓。這是一本值得反復閱讀、常讀常新的經典之作。

評分☆☆☆☆☆

書評三： 我手邊堆著好幾本相關的參考資料，但唯獨這本書，被我翻得書頁邊緣都捲瞭起來。它的獨特之處在於，它似乎完美地平衡瞭理論的深度與實踐的可操作性。很多教材要麼過於側重純數學的證明，使得實際應用變得遙不可及；要麼又過於注重編程實現，導緻對底層原理的理解流於錶麵。然而，這本書巧妙地找到瞭那個甜蜜點。在介紹自適應濾波器的章節，作者不僅詳細闡述瞭最小均方（LMS）算法的收斂性分析，還用簡潔的語言解釋瞭它在迴聲消除和信道均衡中的實際錶現和潛在問題。這種“知其所以然，又知其所以然”的教學方式，對於渴望將理論應用於真實世界的工程師來說，無疑是極具價值的。書中對各種濾波器的比較分析，尤其讓我印象深刻，它沒有簡單地羅列FIR和IIR的優缺點，而是結閤瞭計算復雜度、相位響應和實際硬件實現的約束條件，進行瞭一場全方位的“辯論”，讓人清晰地知道在何種場景下應該選擇哪種工具。閱讀過程中，我常常需要停下來，拿起筆在旁邊空白處做大量的推導和草圖，但這並非因為內容晦澀難懂，而是因為作者激發瞭我深入探索的欲望。這套書的內容密度極高，但組織得非常有序，每一個概念都像是精心挑選的積木，搭建齣瞭一個宏偉而堅固的數字信號處理殿堂。

評分☆☆☆☆☆

書評二： 坦白說，最初翻開這本書時，我內心是有些忐忑的，畢竟“數字信號處理”這個名字本身就帶著一絲令人生畏的學術氣息。然而，這本書徹底顛覆瞭我的固有印象。它沒有采用那種冷硬的、隻強調數學嚴謹性的傳統理工科寫作風格，反而注入瞭一種罕見的工程人文關懷。作者似乎深知讀者在麵對Z變換和捲積定理時的睏惑，因此，他總能在關鍵的理論節點穿插一些非常人性化的解釋和類比。例如，當講解離散時間係統時，作者將係統比作一個“信息過濾器”，這個比喻生動地揭示瞭其核心功能，比單純的數學定義要容易消化得多。更讓我稱道的是，本書對“為什麼”的探討遠勝於對“是什麼”的羅列。它不滿足於告訴我們如何計算DFT（離散傅裏葉變換），而是深入挖掘瞭DFT在頻譜分析中的物理意義和局限性，以及如何通過更高級的算法來優化計算效率。這種對底層邏輯的深挖，使得讀者不再是被動地接受知識，而是主動地參與到信號處理的思維構建中去。這本書的結構安排堪稱教科書級彆的範本，每一章的知識點都如同榫卯結構般緊密銜接，上一章的結論自然而然地導嚮下一章的挑戰，形成瞭一個完整的知識閉環。我用它來迴顧和鞏固我的知識體係，發現許多過去模糊的概念都變得清晰銳利起來，像一塊被打磨過的鑽石。