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蔡坤宝 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121129940

商品编码：29729327705

包装：平装

出版时间：2011-03-01

基本信息

书名：数字信号处理(第2版)(英文版)

定价：39.90元

作者：蔡坤宝

出版社：电子工业出版社

出版日期：2011-03-01

ISBN：9787121129940

字数：

页码：316

版次：2

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.481kg

编辑推荐

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内容提要

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《数字信号处理（第2版）（英文版）》系统地阐述了数字信号处理所涉及的信号与系统分析和系统设计的基本理论、基本分析与设计方法、基本算法和处理技术。《数字信号处理（第2版）（英文版）》共10章，主要内容包括：离散时间信号与系统的基本概念，离散时间信号与系统的变换域分析，包括z变换和离散时间傅里叶变换、连续时间信号的抽样与重建，离散傅里叶变换及其快速算法（fft），数字滤波器实现的基本结构，iir和fir数字滤波器的设计原理与基本设计方法，数字信号处理中的有限字长效应，多抽样率数字信号处理。《数字信号处理（第2版）（英文版）》配有多媒体电子课件、英文版教学大纲、习题指导与实验手册。
n　　《数字信号处理（第2版）（英文版）》可以作为电子与通信相关专业的本科数字信号处理课程中英文双语教学的教材，或中文授课的英文版教学参考书，也可供从事数字信号处理的工程技术人员学习参考。《数字信号处理（第2版）（英文版）》尤其适合初步开展数字信号处理课程中英文双语授课的师生选用。

目录

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1 introduction
n1.1 what is a signal
n1.2 what is a system
n1.3 what is signal processing
n1.4 classificatioof signals
n1.4.1 deterministic and random signals
n1.4.2 continuous-time and discrete-time signals
n1.4.3 periodic signals and nonperiodic signals
n1.4.4 energy signals and power signals
n1.5 overview of digital signal processing
n2 discrete-time signals and systems
n2.1 discrete-time signals: sequences
n2.1.1 operatioosequences
n2.2 basic sequences
n2.2.1 some basic sequences
n2.2.2 periodicity of sequences
n2.2.3 representatioof arbitrary sequences
n2.3 discrete-time systems
n2.3.1 classificatioof discrete-time systems
n2.4 time-domairepresentations of lti systems
n2.4.1 the linear convolutiosum
n2.4.2 interconnections of lti systems
n2.4.3 stability conditioof lti systems
n2.4.4 causality conditioof lti systems
n2.4.5 causal and anticausal sequences
n2.5 linear constant-coefficient difference equations
n2.5.1 recursive solutioof difference equations
n2.5.2 classical solutioof difference equations
n2.5.3 zero-input response and zero-state response
n2.5.4 the impulse response of causal lti systems
n2.5.5 recursive solutioof impulse responses
n2.5.6 classificatioof lti discrete-time systems
nproblems
n3 transform-domaianalysis of discrete-time signals and systems
n3.1 the z-transform
n3.1.1 definitioof the z-transform
n3.1.2 a general shape of the regioof convergence
n3.1.3 uniqueness of the z-transform
n3.2 relatiobetweethe rocs and sequence types
n3.3 the z-transform of basic sequences
n3.4 the inverse z-transform
n3.4.1 contour integral method
n3.4.2 partial fractioexpansiomethod
n3.4.3 long divisiomethod
n3.4.4 power series expansiomethod
n3.5 properties of the z-transform
n3.6 the discrete-time fourier transform
n3.6.1 definitioof the discrete-time fourier transform
n3.6.2 convergence criteria
n3.6.3 properties of the discrete-time fourier transform
n3.6.4 symmetry properties of the discrete-time fourier transform
n3.7 transform-domaianalysis of lti discrete-time systems
n3.7.1 the frequency response of systems
n3.7.2 the transfer functioof lti systems
n3.7.3 geometric evaluatioof the frequency response
n3.8 sampling of continuous-time signals
n3.8.1 periodic sampling
n3.8.2 reconstructioof bandlimited signals
n3.9 relations of the z-transform to the laplace transform
nproblems
n4 the discrete fourier transform
n4.1 the discrete fourier series
n4.2 properties of the discrete fourier series
n4.2.1 evaluatioof the periodic convolutiosum
n4.3 the discrete fourier transform
n4.4 properties of the discrete fourier transform
n4.4.1 circular convolutiotheorems
n4.5 linear convolutions evaluated by the circular convolution
n4.6 linear time-invariant systems implemented by the dft
n4.7 sampling and reconstructioithe z-domain
n4.8 fourier analysis of continuous-time signals using the dft
n4.8.1 fourier analysis of nonperiodic continuous-time signals
n4.8.2 practical considerations
n4.8.3 spectral analysis of sinusoidal signals
nproblems
n5 fast fourier transform algorithms
n5.1 direct putatioand efficiency improvement of the dft
n5.2 decimation-in-time fft algorithm with radix-2
n5.2.1 butterfly-branch transmittance of the decimation-in-time fft
n5.2.2 in-place putations
n5.3 decimation-in-frequency fft algorithm with radix-2
n5.4 putational method of the inverse fft
nproblems
n6 digital filter structures
n6.1 descriptioof the digital filter structures
n6.2 basic structures for iir digital filters
n6.2.1 direct form i
n6.2.2 direct form ii
n6.2.3 cascade form
n6.2.4 parallel form
n6.3 basic structures for fir digital filters
n6.3.1 direct forms
n6.3.2 cascade forms
n6.3.3 linear-phase forms
nproblems
n7 desigtechniques of digital iir filters
n7.1 preliminary considerations
n7.1.1 frequency response of digital filters
n7.2 discrete-time systems characterized by phase properties
n7.3 allpass systems
n7.3.1 nonminimum-phase systems represented by a cascade connection
n7.3.2 group delay of the minimum-phase systems
n7.3.3 energy delay of the minimum-phase systems
n7.4 analog-to-digital filter transformations
n7.4.1 impulse invariance transformation
n7.4.2 step invariance transformation
n7.4.3 bilinear transformation
n7.5 desigof analog prototype filters
n7.5.1 analog butterworth lowpass filters
n7.5.2 analog chebyshev lowpass filters
n7.6 desigof lowpass iir digital filters
n7.6.1 desigof lowpass digital filters using the impulse invariance
n7.6.2 desigof lowpass digital filters using the bilinear transformation
n7.7 desigof iir digital filters using analog frequency transformations
n7.7.1 desigof bandpass iir digital filters
n7.7.2 desigof bandstop iir digital filters
n7.7.3 desigof highpass iir digital filters
n7.8 desigof iir digital filters using digital frequency transformations
n7.8.1 lowpass-to-lowpass transformation
n7.8.2 lowpass-to-highpass transformation
n7.8.3 lowpass-to-bandpass transformation
n7.8.4 lowpass-to-bandstop transformation
nproblems
n8 desigof fir digital filters
n8.1 properties of linear phase fir filters
n8.1.1 the impulse response of linear-phase fir filters
n8.1.2 the frequency response of linear-phase fir filters
n8.1.3 characteristics of amplitude functions
n8.1.4 constraints ozero locations
n8.2 desigof linear-phase fir filters using windows
n8.2.1 basic techniques
n8.2.2 window functions
n8.2.3 desigof linear-phase fir lowpass filters using windows
n8.2.4 desigof linear-phase fir bandpass filters using windows
n8.2.5 desigof linear-phase fir highpass filters using windows
n8.2.6 desigof linear-phase fir bandstop filters using windows
nproblems
n9 finite-wordlength effects idigital signal processing
n9.1 binary number representatiowith its quantizatioerrors
n9.1.1 fixed-point binary representatioof numbers
n9.1.2 floating-point representation
n9.1.3 errors from truncatioand rounding
n9.1.4 statistical model of the quantizatioerrors
n9.2 analysis of the quantizatioerrors ia/d conversion
n9.2.1 statistical model of the quantizatioerrors
n9.2.2 transmissioof the quantizationoise through lti systems
n9.3 coefficient quantizatioeffects idigital filters
n9.3.1 coefficient quantizatioeffects iiir digital filters
n9.3.2 statistical analysis of coefficient quantizatioeffects
n9.3.3 coefficient quantizatioeffects ifir filters
n9.4 round-off effects idigital filters
n9.4.1 round-off effects ifixed-point realizations of iir filters
n9.4.2 dynamic range scaling ifixed-point implementations of iir filters
n9.5 limit-cycle oscillations irealizations of iir digital filters
n9.5.1 zero-input limit cycle oscillations
n9.5.2 limit cycles due to overflow
n9.6 round-off errors ifft algorithms
n9.6.1 round-off errors ithe direct dft putation
n9.6.2 round-off errors ifixed-point fft realization
nproblems
n10 multirate digital signal processing
n10.1 sampling rate changed by ainteger factor
n10.1.1 downsampling with ainteger factor m
n10.1.2 decimatioby ainteger factor m
n10.1.3 upsampling with ainteger factor l
n10.1.4 interpolatioby ainteger factor l
n10.2 sampling rate conversioby a rational factor
n10.3 efficient structures for sampling rate conversion
n10.3.1 equivalent cascade structures
n10.3.2 polyphase depositions
n10.3.3 polyphase realizatioof decimatiofilters
n10.3.4 polyphase realizatioof interpolatiofilters
nproblems
nappendix a tables for the z-transform
nappendix b table for properties of the discrete-time fourier transform
nappendix c table for properties of the discrete fourier series
nappendix d table for properties of the discrete fourier transform
nappendix e table for the normalized butterworth lowpass filters
nreferences

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作者介绍

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蔡坤宝博士，重庆大学通信工程学院教授，信号与信息处理硕士学位点负贵人。长期从事信号与信息处理的教学与科研工作。近十余年来，积极探索和实施中英文双语教学，现任重庆大学大类系列课程“信号与系统”建设项目负责人，重庆市精品课程“信号与线性系统”负责人、双语教学示范课程“信号与系统”负责人，并承担重庆市精品课程“数字信号处理”的建设工作。

文摘

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序言

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《信号的奥秘：理解与应用的工程视角》 核心内容简介 本书并非一本详述特定技术或算法的教科书，而是一本致力于构建读者对“信号”这一概念深层理解的工程学著作。它以一种宏观而又深入的视角，审视信号在自然界、工程领域以及信息传播中的角色，并着重探讨工程师如何有效地感知、分析、处理和生成信号，以解决实际问题并推动技术创新。本书旨在培养读者一种“信号思维”，使他们能够敏锐地捕捉和解读数据流的本质，并在复杂系统中灵活运用信号处理的原理。 第一部分：信号的本质与维度 本部分将信号从最基础的层面进行剖析，揭示其多样的存在形式和内在属性。 信号的多样性与普遍性： 物理信号： 从最直观的声波、光波、电磁波，到更复杂的振动、压力、温度、湿度等，它们是如何被转换为可量化的数据，并在工程系统中扮演关键角色的。我们将探讨声学、光学、热学等基础物理原理如何映射到信号的特性上。 信息信号： 语言、图像、视频、音乐、文本数据等，它们承载着人类的交流与创造。我们将分析这些信息信号在传输和存储过程中是如何编码和解码的，以及它们与物理载体的关系。 生物信号： 心电图、脑电图、基因序列等，这些复杂的生物信息是如何被捕捉、分析和解读，从而在医学诊断和生命科学研究中发挥作用的。 抽象信号： 金融市场的波动、网络流量的变化、传感器数据的统计分布等，它们虽然不直接对应物理现象，但同样遵循一定的规律和模式，可以通过信号处理的手段进行分析和预测。 信号的数学描述： 连续时间信号与离散时间信号： 它们之间的区别、联系以及在实际应用中的转换。我们将深入探讨采样定理的意义，以及如何通过有效的采样来避免信息失真。 模拟信号与数字信号： 它们各自的优缺点，量化误差的来源与控制，以及模数转换和数模转换在信号处理流程中的重要性。 周期信号与非周期信号： 傅里叶级数和傅里叶变换在揭示信号周期性成分中的作用。 确定性信号与随机信号： 随机信号的统计特性，如均值、方差、自相关函数等，以及它们在噪声分析和信号估计中的应用。 信号的域表示： 时域： 信号随时间（或空间）变化的直接表示，它是我们感知信号最直观的方式。 频域： 通过傅里叶变换将信号分解为其不同频率成分的表示。我们将详细阐述频率成分如何揭示信号的内在结构、带宽限制以及噪声的特性。 其他域： 例如，小波域（用于分析信号的局部特性和多分辨率）、Z域（用于离散时间系统分析）等，它们如何提供比时域和频域更丰富的信息。 第二部分：信号的分析与理解 本部分将引导读者掌握分析信号、从中提取有用信息的核心方法和技术。 信号的分解与表示： 傅里叶分析： 作为信号分析的基石，我们将详细讲解傅里叶级数和傅里叶变换的理论，以及它们在识别信号的频率构成、理解系统的频率响应方面的强大能力。 拉普拉斯变换与Z变换： 它们在分析连续时间系统和离散时间系统稳定性、频率特性以及瞬态响应中的作用。 小波分析： 探讨其如何克服傅里叶变换在时间-频率分辨率上的局限，尤其适用于分析非平稳信号、突变信号等。 信号的统计特性与随机信号分析： 概率论基础： 随机变量、概率密度函数、累积分布函数等概念在描述随机信号中的应用。 信号的统计描述： 均值、方差、协方差、自相关函数、互相关函数等，它们如何量化信号的平均行为、波动程度以及不同信号间的关联性。 噪声分析： 信号中噪声的来源、类型（加性噪声、乘性噪声等）、以及如何用统计方法对其进行建模和量化。 系统与信号的相互作用： 线性时不变（LTI）系统： 这是信号处理中最重要的一类系统模型。我们将探讨卷积运算在描述LTI系统输出与输入关系中的作用。 系统的频率响应： 滤波器如何改变信号的频率成分，以及幅频响应和相频响应的意义。 系统的时域响应： 阶跃响应、冲激响应等，它们如何表征系统对特定输入信号的动态反应。 信号的采样与重构： 奈奎斯特-香农采样定理： 深入理解其原理，以及采样频率选择不当可能导致的混叠失真。 采样过程中的细节： 采样保持、零阶保持、一阶保持等技术，以及它们对信号重构的影响。 重构信号的方法： 插值法、 sinc 插值等，以及如何根据采样信息最大限度地恢复原始连续信号。 第三部分：信号的处理与应用 本部分将重点关注如何运用信号处理技术来改进信号质量、提取有价值信息，并将其应用于实际工程问题。 滤波技术： 线性滤波： FIR滤波器（有限脉冲响应滤波器）： 设计方法（窗函数法、频率采样法、最优化设计法等），以及其稳定性、线性相位等优点。 IIR滤波器（无限脉冲响应滤波器）： 设计方法（冲激不变法、双线性变换法等），以及其在滤波器阶数和计算复杂度方面的优势。 非线性滤波： 例如，中值滤波在去除脉冲噪声方面的应用。 自适应滤波： 滤波器参数能够根据输入信号的变化而自动调整，广泛应用于噪声消除、回声消除等领域。 滤波器设计的目标： 阻带衰减、通带纹波、过渡带宽度等关键性能指标。 信号的变换与压缩： 离散余弦变换（DCT）： 在图像和音频压缩（如JPEG、MP3）中的核心作用，以及其能量聚集特性。 小波变换及其应用： 在信号去噪、特征提取、图像压缩等方面的优势。 其他变换： 例如，奇异值分解（SVD）在数据降维、图像去噪等方面的应用。 信息论与信号压缩： 熵的概念，无损压缩与有损压缩的权衡。 信号的估计与检测： 参数估计： 例如，如何估计信号的频率、幅度、相位等。 信号检测： 在噪声背景下判断特定信号是否存在，例如雷达信号检测、通信信号的判决。 状态估计： 卡尔曼滤波器在跟踪动态系统状态中的应用，其在导航、控制等领域的关键作用。 最小均方误差（MMSE）估计： 理论基础和应用。 信号的生成与调制： 波形生成： 如何生成正弦波、方波、三角波等基本波形，以及更复杂的周期性或非周期性信号。 数字调制技术： 振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）、相移键控（PSK）、正交幅度调制（QAM）等，它们如何将数字信息映射到载波信号上，以便进行有效传输。 信号合成： 合成语音、音乐等，涉及数字信号生成器的原理。 第四部分：工程应用领域与前沿展望 本部分将从更广泛的视角，展示信号处理技术在不同工程领域的实际应用，并展望未来的发展趋势。 通信系统： 调制解调、信道编码、均衡、多用户接入技术（CDMA, OFDM）等。 音频与语音处理： 语音识别、语音合成、音频编码（MP3, AAC）、噪声抑制、声源定位。 图像与视频处理： 图像增强、去噪、边缘检测、特征提取、目标识别、图像压缩（JPEG, MPEG）、视频编码。 生物医学工程： 医学影像处理（CT, MRI, X光）、生理信号分析（ECG, EEG, EMG）、生物传感器数据处理。 控制系统： 状态反馈、滤波与估计在控制器设计中的作用。 雷达与声纳系统： 目标检测、距离和速度估计、信号杂波抑制。 仪器仪表与测量： 传感器信号的采集、处理与校准。 金融工程与数据科学： 时间序列分析、预测模型、异常检测。 前沿展望： 机器学习与信号处理的融合： 深度学习在信号分析、特征提取、模式识别等领域的革命性进展。 高性能计算与并行处理： 如何利用GPU、FPGA等硬件加速信号处理算法的实现。 嵌入式信号处理： 在资源受限的设备上实现实时、高效的信号处理。 新的信号处理范式： 图信号处理、量子信号处理等新兴领域。 本书的独特价值： 本书强调的是一种工程思维，即如何将抽象的信号理论与实际的工程问题相结合。它并非罗列大量的公式和算法，而是通过对概念的深入阐释、对基本原理的细致讲解，以及对应用场景的广泛描绘，帮助读者建立起一个系统、完整的信号处理知识体系。本书注重启发读者独立思考，培养他们分析和解决问题的能力，使他们能够自信地面对各种复杂信号挑战，并在不断发展的技术浪潮中，成为一名出色的信号处理工程师。本书的目标是让读者理解“为什么”以及“如何”去运用信号处理的工具，而非仅仅停留在“是什么”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格，初读之下可能会让人觉得略显“老派”，它更偏向于传统的工程教科书的叙事方式，少了一些花哨的比喻，多的是严谨的数学定义和逻辑推理。 这种风格的好处是，它能最大程度地减少歧义，确保读者对概念的理解是精确无误的。 作者在引入新概念时，往往会先建立一个坚实的数学基础，然后才逐步过渡到应用层面，这使得读者在面对更复杂的现代技术（比如自适应滤波）时，能够游刃有余地理解其背后的机理。 举个例子，关于线性卷积的圆周卷积的性质介绍，作者用了整整两页篇幅来解释周期延拓是如何影响最终结果的，这种对基础公理的尊重和细致描绘，确保了知识的“地基”是无比牢固的。 对于我这种习惯于通过案例来学习的人来说，虽然一开始需要更多的专注力去消化纯理论，但一旦跨过这道坎，后续学习所有相关分支都会感到异常顺畅，因为你已经掌握了处理信号处理问题的“通用语言”。 它的“不妥协”正是其最大的优点。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得非常简洁有力，黑白相间的字体在深蓝色的背景上显得格外醒目，初次翻阅时，我立刻被它那种严谨而专业的学术氛围所吸引。 尽管是英文原版，但排版清晰，图示丰富，这对于理解复杂的数学概念和工程原理来说至关重要。 比如说，书中对傅里叶变换的阐述，不仅给出了详尽的数学推导，还配有直观的图形示例，让人能迅速把握其物理意义。 尤其值得称赞的是，作者在介绍离散时间系统时，那种层层递进的讲解方式，仿佛在引导初学者一步步攀登高峰，完全没有传统教材那种晦涩难懂的感觉。 我记得有一次我在学习FIR滤波器设计时遇到了瓶颈，翻到书中关于窗函数选择的那一章，作者通过对比不同窗函数的频率响应曲线，清晰地指出了它们的优缺点和适用场景，那份洞察力简直令人拍案叫绝。 这不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的导师，在你迷茫时适时点拨。 它对理论的深度挖掘与对实际应用的兼顾，使得每一次阅读都充满了发现的乐趣。 整体而言，这本教材的质量，从纸张的触感到内容的组织，都体现出极高的水准，完全对得起它在业界的声誉。

评分☆☆☆☆☆

从实用性的角度来看，这本书的价值主要体现在它对经典算法的全面覆盖和精确阐述上。 几乎所有数字信号处理领域的核心算法，无论是基础的卷积、相关，还是进阶的FFT、IIR/FIR滤波器设计，书中都给予了详尽的介绍，而且往往附带了不同实现方法的对比分析。 比如，在介绍FFT算法时，它不仅详细解释了蝶形运算的结构，还探讨了不同排序方式（如按位反转）对内存访问和并行处理潜力的影响，这种细致入微的描述，对于编写高效代码至关重要。 我个人特别欣赏它对实际工程问题的映射能力，它很少出现那种脱离实际的纯理论堆砌。 举例来说，它在讨论量化噪声和溢出问题时，立刻就将讨论引向了定点数运算的局限性，这对于嵌入式系统开发人员来说是极具指导意义的宝贵经验。 尽管这本书的篇幅宏大，但组织得井井有条，章节之间的衔接非常自然，使得查阅特定内容也变得高效。 它更像是一本工具书和教材的完美结合体，可以作为工具书随时查阅关键公式，也可以系统地用于深度学习。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，这本书的难度系数绝对不低，它更像是为那些已经对信号与系统有了一定基础，渴望深入研究数字信号处理核心机制的工程师或高年级学生量身定制的“硬核”读物。 刚开始接触时，我常常需要在演算纸上花费大量时间来跟上作者的逻辑步伐，特别是涉及到Z变换和状态空间模型的部分，那种密集的数学符号和复杂的矩阵运算，着实考验人的心算和笔算能力。 我曾经花了整整一个下午，才完全吃透了书中关于功率谱估计中LOM（最大熵谱估计）方法的原理，那份坚持不懈的动力，部分来源于作者在文字中透露出的那种对技术细节的偏执追求。 此外，书中对算法效率和计算复杂度的讨论也相当深入，这在当今追求实时处理的时代背景下显得尤为重要。 它不是那种只告诉你“怎么做”的书，而是深入探究“为什么必须这样做”的典范。 对于那些希望把DSP应用到实际硬件设计中的人来说，这本书提供的理论基础是牢固到可以支撑起整个系统的。 尽管阅读过程充满挑战，但每攻克一个难点，那种成就感是无可替代的，它锻造的不仅仅是知识，更是解决复杂问题的思维框架。

评分☆☆☆☆☆

相较于市面上许多追求“快餐式”知识的教材，这本著作展现出一种对知识体系完整性的执着追求。 它不仅仅罗列了算法，而是构建了一个完整的数字信号处理知识体系的地图。 从信号的采样、量化，到滤波器的设计与实现，再到频谱分析的各种流派，每一个环节都有详尽的铺陈和内在的联系。 这种结构上的宏大叙事，让我能够跳出孤立地看待单个技术点，转而从全局视角理解DSP在现代通信、音频处理乃至雷达系统中的核心作用。 特别是在涉及到非平稳信号处理的那一部分，作者巧妙地引入了时频分析的概念，将原本分散的知识点有机地串联起来，令人不得不佩服其知识架构的精妙。 毫无疑问，这本书的阅读和吸收需要投入大量的时间和精力，它不是那种可以在通勤路上轻松翻阅的读物，它要求你坐下来，准备好笔和纸，进行深入的思考和推演。 然而，正是这种投入，换来了对该领域知识体系的系统性掌握，这种深度学习带来的收益是长期且难以被替代的。