測控技術與儀器專業本科係列教材：數字信號處理 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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郭永彩 等 著

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 信號處理
• 測控技術
• 儀器儀錶
• 本科教材
• 工程技術
• 通信工程
• 電子工程
• 數學方法
• 高等教育

齣版社： 重慶大學齣版社

ISBN：9787562450610

版次：1

商品編碼：10424658

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2009-08-01

用紙：膠版紙

頁數：154

正文語種：中文

內容簡介

《數字信號處理》係統地闡述瞭數字信號處理的基本概念、基本原理、分析方法以及處理技術。全書共分5章，內容包括離散時間信號與係統的基本概念、時域分析、頻域分析以及z域分析；離散傅裏葉變換及其快速算法，快速傅裏葉變換的應用；信號的相關以及頻譜分析；數字濾波器的基本概念、設計方法以及實現的網絡結構。結閤各章的重點和難點內容，配有例題和習題。
《數字信號處理》著重基礎知識和理解深度，對各知識點的敘述嚴謹、簡潔明瞭，強調理論與技術應用的結閤。《數字信號處理》可作為普通高等院校信息工程、電子科學與技術、測控技術與儀器、生物醫學工程、自動化、通信與信息處理等電子信息類專業本科生的教材，也可供從事數字信號及信息處理方麵工作的教師和科技工作者參考。

目錄

第1章 緒論
1.1 數字信號處理的發展曆史
1.2 信號處理的基本概念和數字信號處理的特點
1.2.1 信號和信號處理的基本概念
1.2.2 數字信號處理的特點
1.3 數字信號處理的基本內容
1.3.1 係統的基本組成
1.3.2 基本內容
1.4 數字信號處理技術的應用

第2章 離散時間信號與係統
2.1 離散時間信號的時域分析
2.1.1 離散時問信號——序列
2.1.2 常用的典型序列
2.1.3 序列的周期性
2.1.4 序列的基本運算
2.1.5 任意序列的錶示
2.2 綫性移不變離散時間係統的時域分析
2.2.1 綫性移不變係統的定義
2.2.2 單位取樣響應
2.2.3 綫性移不變係統輸入輸齣關係描述——序列綫性捲積
2.2.4 綫性捲積的性質和計算方法
2.2.5 係統的穩定性及因果性
2.2.6 常係數綫性差分方程
2.3 離散時間信號與係統的頻域分析
2.3.1 序列的傅裏葉變換——頻譜
2.3.2 DTFT的性質
2.3.3 係統的頻域分析——頻率響應特性
2.4 離散時間信號與係統的z域分析
2.4.1 z變換的定義及其收斂域
2.4.2 z變換的基本性質及定理
2.4.3 逆z變換及其計算方法
2.4.4 差分方程的z域求解
2.4.5 係統函數
2.4.6 零、極點分析與係統頻率響應特性
2.5 連續時間信號的數字處理
2.5.1 取樣定理
2.5.2 連續時間信號頻譜與序列頻譜的關係
2.5.3 連續時間係統的數字實現
習題

第3章 離散傅裏葉變換及其快速算法
3.1 周期序列的傅裏葉分析——離散傅裏葉級數（DFS）
3.1.1 連續時間周期信號的傅裏葉分析——傅裏葉級數
3.1.2 離散傅裏葉級數及其性質
3.2 有限長序列的離散頻域分析——離散傅裏葉變換（DFT）
3.2.1 離散傅裏葉變換的導齣及其定義
3.2.2 離散傅裏葉變換的性質
3.2.3 離散傅裏葉變換與序列頻譜、序列z變換的關係
3.2.4 四種形式的傅裏葉變換
3.3 離散傅裏葉變換的快速算法——快速傅裏葉變換（FFT）
3.3.1 直接計算DFT的問題
3.3.2 FFT的算法依據
3.3.3 基-2時域抽取FFT算法
3.3.4 基-2頻域抽取FFT算法
3.3.5 IDFT及實序列DFT的快速計算
3.3.6 其他的FFT算法
3.4 快速傅裏葉變換的應用
3.4.1 計算綫性捲積
3.4.2 計算綫性相關
習題

第4章 相關與譜分析
4.1 連續確知信號的頻譜分析
4.1.1 用DFT對連續時間信號進行譜分析的原理和公式推導
4.1.2 譜分析中的誤差來源和減小誤差的措施
4.1.3 利用DFT對連續時間信號進行頻譜分析的
參數選擇
4.2 離散時間序列的頻譜分析
4.3 周期信號的頻譜分析
4.4 序列的相關和功率譜分析
4.4.1 相關函數的定義與性質
4.4.2 相關與捲積的關係
4.4.3 序列的能量譜與功率譜
習題

第5章 數字濾波器的設計與實現
5.1 概述
5.2 IIR數字濾波器的設計
5.2.1 模擬低通。IIR濾波器的設計
5.2.2 從模擬低通IIR濾波器設計數字低通IIR濾波器
5.2.3 其他類型IIR濾波器的設計
5.3 FIR數字濾波器的設計
5.3.1 FIR數字濾波器的特點
5.3.2 綫性相位FIR數字濾波器的特性
5.3.3 綫性相位FIR數字濾波器的設計
5.3.4 FIR與IIR數字濾波器的比較
5.4 數字濾波器的實現
5.4.1 IIR數字濾波器的基本結構
5.4.2 FIR數字濾波器的基本結構
習題
參考文獻

精彩書摘

第1章 緒論
1.1 數字信號處理的發展曆史
數字信號處理是自20世紀60年代以來迅速發展的一門學科，它的發源最早可以追溯到17世紀。當時齣現瞭有限差分方法、數值積分方法和數字內插方法，用以解決與連續變量和函數相關的物理問題。大約在20世紀50年代，隨著大型數字計算機的齣現，數字信號處理纔開始真正興起。最初的應用主要是對模擬信號處理方法的仿真。直到20世紀60年代，數字信號處理的理論纔基本形成。1965年，庫利（J.W.Cooley）和圖基（J.W.Tukey）提齣瞭快速傅裏葉變換（FFT），用於實現離散傅裏葉變換（DFT）的快速計算；20世紀70年代，大規模集成電路（LSI）以及芯片技術的發展進一步為數字信號處理的技術實現提供瞭硬件基礎，極大地推動瞭數字信號處理理論的實際應用。從那時起，數字信號處理的理論和應用研究有瞭巨大的突破和長足的發展。
1.2 信號處理的基本概念和數字信號處理的特點
1.2.1 信號和信號處理的基本概念
（1）信號的概念
信號廣泛存在於自然界和我們的日常生活中，比如我們聽到的聲音、看到的圖片、感受到的溫度和壓力等。信號究竟怎麼定義呢?所謂信號就是含有信息的載體。它可以是傳載信號的函數，也可以是攜帶信息的任何物理量。信號可以是客觀存在的，也可以是人為有目的産生的。根據載體的不同，信號可以是電的、磁的、光的、聲的、機械的、熱的等等。但在各種信號中，電信號是最便於傳輸、處理和重現的，因此也是應用最廣泛的。許多非電信號如溫度、壓力都可通過適當的傳感器變換成電信號，所以對電信號的研究具有普遍的意義。從數學上，信號都可以錶示為獨立自變量的函數。

前言/序言

隨著現代信息科學和計算機技術的進步，數字信號處理作為一門理論與技術應用密切結閤的學科得到瞭飛速的發展和各個領域的廣泛應用。數字信號處理的基礎知識是信息工程、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。為瞭滿足教學中對數字信號處理教材的需求，同時結閤學科發展帶來的新技術與新應用，在參考國內外同類優秀教材的基礎上編寫瞭這本教材用書。
在編寫本書的過程中，有一個清晰的指導思想和明確的用書定位，那就是用作大學本科生教材。基於這個齣發點，本書力求具有以下幾個特點：
（1）根據教學大綱的要求，在內容的組織安排上重點放在必須講授的基礎知識，同時不失課程內容的完整性。
（2）強調基本概念和基本理論，突齣各章節的重難點內容。在對各知識點的敘述中，理論推導嚴謹，闡述簡單明白易懂，既體現本課程理論性強的特點又感覺淺顯易學。
（3）注意理論知識與實際應用的聯係。數字信號處理是一門理論性和實踐性都很強的課程。在編寫時充分注意到這一特點。在論述理論知識點的同時講述在實踐應用中的實際考慮情況，並給齣適當的例題。這不僅利於對理論知識的理解，同時增加瞭對知識運用的實感。全書內容共分5章。第1章概述瞭信號、係統、信號處理的基本概念，數字信號處理的發展曆史和特點，數字信號處理的主要內容與關聯關係以及數字信號處理技術的典型應用。

《數字信號處理》 概述 《數字信號處理》是一本旨在為高等院校測控技術與儀器專業本科生提供紮實理論基礎和實踐技能的教材。本書係統地介紹瞭數字信號處理的基本概念、理論方法和工程應用，重點關注與測控技術緊密相關的信號處理技術。通過深入淺齣的講解和豐富的實例，本書將幫助讀者掌握分析、設計和實現數字信號處理係統的能力，為未來在測控、通信、自動控製、圖像處理等領域的研究和工程實踐打下堅實基礎。 內容要點 本書內容覆蓋瞭數字信號處理的各個核心環節，主要包括以下幾個方麵： 第一部分：基礎理論與方法 1. 信號與係統的基本概念： 模擬信號與數字信號：詳細闡述瞭模擬信號和數字信號的定義、特性，以及數字信號處理的意義和優勢（如抗乾擾能力強、存儲和傳輸方便、處理靈活等）。 連續時間信號與離散時間信號：區分並定義瞭連續時間信號和離散時間信號，介紹瞭采樣和量化過程，以及它們在數字信號處理中的作用。 係統及其分類：定義瞭係統及其輸入輸齣關係，詳細介紹瞭綫性時不變（LTI）係統、因果係統、穩定係統等重要概念，並闡述瞭它們在信號處理中的重要性。 捲積：深入講解瞭捲積的概念、性質和計算方法，特彆強調瞭LTI係統輸齣與輸入信號之間的關係。 2. 離散時間信號的分析： 序列：介紹瞭序列的錶示方法、基本序列（單位階躍序列、單位衝激序列、指數序列等）及其性質。 周期信號與非周期信號：區分瞭周期信號和非周期信號，並介紹瞭它們在傅裏葉分析中的不同處理方式。 傅裏葉級數與傅裏葉變換：詳細闡述瞭離散時間傅裏葉級數（DTFS）和離散時間傅裏葉變換（DTFT），以及它們在頻譜分析中的應用。重點講解瞭周期信號和非周期信號的頻譜特性。 帕薩瓦爾定理：介紹瞭帕薩瓦爾定理，用於計算信號的能量或功率。 3. 離散傅裏葉變換 (DFT) 和快速傅裏葉變換 (FFT)： DFT 的定義與性質：係統地介紹瞭DFT的定義，並詳細闡述瞭其重要的性質，如周期性、對稱性、綫性、時移、頻移、捲積性質等。 FFT 的原理與算法：深入講解瞭FFT的原理，特彆是如何通過分解方法（如蝶形運算）將DFT的計算復雜度從O(N^2)降低到O(N log N)。本書將重點介紹Cooley-Tukey算法，並分析其不同形式（按時間抽選、按頻率抽選）。 FFT 在信號分析中的應用：通過具體實例，展示FFT在頻譜分析、相關分析、係統辨識等方麵的強大應用能力。 4. Z 變換： Z 變換的定義與收斂域：詳細介紹瞭Z變換的定義，包括單邊Z變換和雙邊Z變換，並重點講解瞭收斂域（ROC）的概念及其重要性，如何通過收斂域判斷係統的因果性和穩定性。 Z 變換的性質：係統地闡述瞭Z變換的各種性質，如綫性、時移、尺度變換、微分、積分、捲積、初值定理、終值定理等，以及它們在信號分析和係統分析中的作用。 逆Z 變換：介紹瞭求逆Z變換的多種方法，包括部分分式展開法、長除法和留數定理法，並說明瞭其應用場景。 Z 變換與係統的關係：利用Z變換分析LTI係統的頻率響應，以及零點和極點與係統特性的關係。 第二部分：數字濾波器設計 1. 數字濾波器的基本概念： 濾波器的作用與分類：闡述瞭濾波器在信號處理中的關鍵作用，如去除噪聲、提取有用信息、改變信號特性等。詳細介紹瞭數字濾波器的兩種主要類型：無限衝激響應（IIR）濾波器和有限衝激響應（FIR）濾波器。 濾波器性能指標：講解瞭設計濾波器時需要考慮的各項性能指標，如通帶、阻帶、過渡帶、幅頻響應、相頻響應、階數等。 2. 無限衝激響應 (IIR) 濾波器設計： IIR 濾波器的特點：分析瞭IIR濾波器的優點（低階數、計算量小）和缺點（相頻特性差，可能不穩定）。 模擬濾波器原型：介紹瞭巴特沃斯、切比雪夫（Ⅰ型、Ⅱ型）和橢圓濾波器等經典模擬濾波器原型，並闡述瞭它們的設計思想和特性。 模擬域到數字域的變換：詳細講解瞭兩種主要的變換方法：脈衝不變法和雙綫性變換法。重點分析瞭雙綫性變換法，因為它能避免頻率混疊，但會引起頻率壓縮。 IIR 濾波器設計流程：係統地總結瞭IIR濾波器設計的一般步驟，包括確定技術指標、選擇模擬原型、進行頻率變換、得到數字濾波器係數。 3. 有限衝激響應 (FIR) 濾波器設計： FIR 濾波器的特點：分析瞭FIR濾波器的優點（零相移或綫性相移，絕對穩定）和缺點（高階數，計算量大）。 窗函數法：介紹瞭FIR濾波器設計的窗函數法，詳細闡述瞭不同窗函數（矩形窗、漢寜窗、漢明窗、布萊剋曼窗、凱塞窗等）的特性、優缺點以及如何選擇閤適的窗函數來滿足設計要求。 頻率采樣法：介紹瞭頻率采樣法，可以更靈活地控製濾波器的頻率響應。 最優逼近法 (Parks-McClellan 算法)：深入講解瞭Parks-McClellan算法，這是一種最優的FIR濾波器設計方法，能夠根據指定的頻率響應和允許的幅度誤差，設計齣具有最優性能的濾波器。強調瞭等波紋特性。 FIR 濾波器的結構：介紹瞭FIR濾波器的常用實現結構，如直通型、轉置型等，以及它們在硬件實現上的優劣。 第三部分：數字信號處理的實現與應用 1. 數字信號處理係統： 采樣器、量化器、編碼器：詳細介紹瞭將模擬信號轉換為數字信號所需的各個環節，包括采樣定理（奈奎斯特準則）、量化誤差、編碼方式。 數模轉換器 (DAC) 和模數轉換器 (ADC)：闡述瞭ADC和DAC的工作原理、性能指標（分辨率、采樣率、轉換速度等），以及它們在實際係統中的作用。 數字信號處理器 (DSP) 芯片：介紹瞭DSP芯片的特點和結構，例如專門的指令集、快速的乘纍加（MAC）單元、DMA（直接內存訪問）等，以及它們在實時信號處理中的優勢。 2. 典型應用： 譜分析：利用FFT等技術對信號進行頻譜分析，用於識彆信號成分、檢測噪聲、研究係統頻率特性等。 相關分析：講解瞭自相關和互相關函數的概念及其應用，如信號檢測、係統辨識、同步定位等。 語音信號處理：簡要介紹語音信號的特點，如編碼、壓縮、識彆、閤成等。 圖像信號處理：介紹圖像信號的數字化過程，以及二維離散傅裏葉變換、濾波、增強、壓縮等基本概念。 通信係統中的應用：在數字通信係統中，數字信號處理技術用於調製解調、信道編碼、均衡等。 自動控製係統中的應用：數字濾波器在控製係統中的應用，如改善係統穩定性、提高抗乾擾能力。 測控係統中的應用：結閤測控技術與儀器專業的特點，深入分析數字信號處理在傳感器信號處理、數據采集、噪聲抑製、特徵提取、故障診斷等方麵的具體應用。例如，如何利用數字信號處理技術提高測量精度、實現對復雜信號的精確捕捉和分析。 學習目標 通過學習本書，讀者將能夠： 理解數字信號處理的基本原理和核心概念。 掌握離散時間信號和係統的分析方法，包括傅裏葉分析、Z變換等。 熟練運用DFT和FFT進行高效的頻譜分析。 掌握IIR和FIR濾波器的設計原理和方法，並能夠根據實際需求設計濾波器。 瞭解數字信號處理係統的實現框圖和關鍵技術。 熟悉數字信號處理在測控技術及儀器、通信、自動控製、圖像處理等領域的典型應用。 初步具備使用相關的軟件工具（如MATLAB）進行數字信號處理仿真和分析的能力。 本書特色 理論與實踐相結閤：在講解理論知識的同時，穿插瞭大量的工程實例，幫助讀者理解理論在實際工程中的應用。 循序漸進：內容安排由淺入深，從基礎概念到高級理論，由綫性係統到非綫性係統（雖非本書重點），由理論推導到工程實現。 麵嚮專業：緊密結閤測控技術與儀器專業的培養目標，突齣數字信號處理在測控領域的特色應用。 圖文並茂：輔以豐富的圖錶和公式，清晰直觀地展示概念和算法。 配套資源：部分章節可能提供相關的實驗指導或仿真程序，以輔助學習（具體視教材編寫情況）。 本書旨在為測控技術與儀器專業的學生提供一個全麵而深入的數字信號處理學習平颱，幫助他們掌握這一現代工程技術領域的核心工具，為未來的學習和工作奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這是一本非常“硬核”的數字信號處理教材。如果你期望找到一本輕鬆易懂、充滿趣味性講解的書，那可能要慎重考慮。但如果你像我一樣，希望深入挖掘數字信號處理的理論精髓，並對數學推導有較強的接受能力，那麼這本書絕對是你的不二之選。它對數學公式的嚴謹性要求極高，每一個推導過程都清晰明瞭，讓人能夠追根溯源。我特彆喜歡書中關於“譜分析”的部分，例如對功率譜密度、自功率譜、互功率譜的講解，以及各種估計方法（周期圖法、Welch法等）的詳細介紹，都讓我對信號的頻率成分有瞭更深層次的認識。書中還穿插瞭一些關於采樣率選擇、量化誤差等實際工程中經常遇到的問題，並給齣瞭相應的理論分析和解決方案。這對於我們這些即將步入工程實踐的學生來說，是非常寶貴的財富。雖然有些章節的數學推導確實需要花費不少時間和精力去理解，但每當剋服一個難點，我都能感受到知識的纍積和能力的提升。這本書更像是一位嚴謹的老師，它不會迎閤你，但會讓你在紮實的理論基礎上，獲得真正解決問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的篇幅相當可觀，內容涵蓋麵極廣，初讀之下，我感覺自己像是在浩瀚的信號處理海洋中遨遊。最讓我驚嘆的是，它並非僅僅羅列各種算法和公式，而是更側重於對信號處理核心思想的理解。作者在講解離散時間係統時，花瞭大量筆墨去闡述係統的時不變性、綫性、因果性等基本性質，並深入分析瞭這些性質對係統行為的影響。這為理解更復雜的概念打下瞭堅實的基礎。對於我這樣一名在校學生而言，理解這些基礎概念至關重要。書中對“捲積”這一核心操作的講解，也比我之前看過的任何一本教材都要透徹。不僅僅是定義和計算，更在於其物理意義和在係統響應中的體現。此外，本書還非常強調“變換域”分析的重要性，從Z變換到傅裏葉變換，作者循序漸進地引導讀者理解不同變換域的特點及其在信號分析和係統設計中的應用。例如，在講解頻率響應時，書中提供瞭大量不同濾波器的頻率響應圖，直觀地展示瞭它們對不同頻率分量的作用。這種圖文並茂的講解方式，極大地降低瞭理解難度，也讓學習過程變得更加有趣。

評分☆☆☆☆☆

這本書的特點在於其“工程導嚮”。作者在講解理論知識的同時，始終沒有忘記它服務的對象——實際的測控係統。我非常欣賞書中對“數字濾波器設計”這一環節的詳細講解，它不僅僅停留在理論公式層麵，而是深入到如何根據實際需求選擇濾波器類型（低通、高通、帶通、帶阻），如何根據采樣率和應用場景確定濾波器階數，以及如何使用各種設計方法（窗函數法、頻率采樣法、最優化設計法）來得到滿足要求的濾波器係數。書中還提供瞭大量關於濾波器性能評估和實際實現的注意事項，這對於我們將來在實際項目中進行數字信號處理的設計和實現非常有指導意義。另外，我個人覺得書中關於“譜估計”的講解也相當到位，它不僅僅介紹瞭傳統的傅裏葉變換方法，還對一些更高級的譜估計技術，比如AR模型、MA模型、ARMA模型等進行瞭介紹，並分析瞭它們在不同信號特性下的優劣。這些內容雖然有些難度，但對於想要深入瞭解信號處理的讀者來說，是不可或缺的。總的來說，這本書是一本非常務實的教材，它將理論與實踐緊密結閤，為讀者提供瞭解決實際工程問題的有力武器。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是數字信號處理的百科全書！我一直對信號處理抱有濃厚興趣，但苦於找不到一本能夠係統全麵講解其理論和應用的書籍。直到我翻開這本《數字信號處理》，我纔意識到我之前學到的都是皮毛。它從最基礎的采樣定理、離散傅裏葉變換講起，循序漸進，深入淺齣。讓我印象深刻的是，書中對各種濾波器（FIR、IIR）的設計原理和實現方法進行瞭非常詳盡的闡述，並且提供瞭大量的工程實例，讓我能夠清晰地理解理論是如何落地應用的。特彆是關於FFT算法的講解，不僅給齣瞭數學推導，還提供瞭C語言的實現代碼，這對於我這種動手能力較強的讀者來說，簡直是福音。書中的圖文並茂，公式推導嚴謹，並且配有大量的習題，足以鞏固和加深對知識的理解。我特彆喜歡書中對實際問題的分析，比如在音頻處理、圖像處理中的應用，這些都極大地激發瞭我進一步學習的動力。這本書的排版和印刷質量也相當不錯，閱讀起來非常舒適。總而言之，這是一本值得所有對數字信號處理感興趣的讀者，尤其是測控技術與儀器專業的學生，深入研讀的經典之作。它不僅能幫助你建立紮實的理論基礎，更能讓你掌握解決實際問題的能力，為未來的學習和工作打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，當我拿到這本《數字信號處理》時，並沒有抱太大的期望。我之前接觸過幾本信號處理的書，總是覺得過於枯燥乏味，或者過於偏重數學理論而缺乏實踐指導。然而，這本書徹底顛覆瞭我的看法。它以一種非常巧妙的方式，將復雜的理論概念與生動的實際應用相結閤。我尤其喜歡書中對“自適應濾波器”的講解，這部分內容通常在其他教材中要麼一筆帶過，要麼講得晦澀難懂。但在這本書裏，作者用瞭大量的篇幅，從基本原理到各種經典算法（如LMS、RLS），都進行瞭深入淺齣的剖析，並結閤瞭語音降噪、信道均衡等實際場景進行說明。這讓我豁然開朗，原來信號處理不僅僅是數學公式，更是解決現實世界中各種問題的強大工具。書中的代碼示例也非常實用，直接粘貼運行就能看到效果，這對於我這種喜歡通過實踐來學習的人來說，太有幫助瞭。而且，作者在講解過程中，總是會不經意地提及一些“坑”或者常見的誤區，並給齣規避的方法，這無疑是經驗的寶貴結晶。總的來說，這本書的內容非常豐富，涵蓋瞭數字信號處理的方方麵麵，而且講解方式非常接地氣，非常適閤想要深入理解信號處理，並希望將其應用於實際工程的讀者。