数字信号处理（第2版）（英文版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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蔡坤宝 著

图书标签:

• 数字信号处理
• 信号处理
• DSP
• 通信
• 电子工程
• 算法
• 数学
• 傅里叶变换
• 滤波
• 第二版
• 英文教材

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121129940

版次：2

商品编码：10550799

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-03-01

用纸：胶版纸

页数：316

字数：832000

正文语种：中文，英语

内容简介

　　《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。
　　《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。

作者简介

　　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、国家级双语教学示范课程“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。

目录

1 introduction
1.1 what is a signal?
1.2 what is a system?
1.3 what is signal processing?
1.4 classification of signals
1.4.1 deterministic and random signals
1.4.2 continuous-time and discrete-time signals
1.4.3 periodic signals and nonperiodic signals
1.4.4 energy signals and power signals
1.5 overview of digital signal processing
2 discrete-time signals and systems
2.1 discrete-time signals: sequences
2.1.1 operation on sequences
2.2 basic sequences
2.2.1 some basic sequences
2.2.2 periodicity of sequences
2.2.3 representation of arbitrary sequences
2.3 discrete-time systems
2.3.1 classification of discrete-time systems
2.4 time-domain representations of lti systems
2.4.1 the linear convolution sum
2.4.2 interconnections of lti systems
2.4.3 stability condition of lti systems
2.4.4 causality condition of lti systems
2.4.5 causal and anticausal sequences
2.5 linear constant-coefficient difference equations
2.5.1 recursive solution of difference equations
2.5.2 classical solution of difference equations
2.5.3 zero-input response and zero-state response
2.5.4 the impulse response of causal lti systems
2.5.5 recursive solution of impulse responses
2.5.6 classification of lti discrete-time systems
problems
3 transform-domain analysis of discrete-time signals and systems
3.1 the z-transform
3.1.1 definition of the z-transform
3.1.2 a general shape of the region of convergence
3.1.3 uniqueness of the z-transform
3.2 relation between the rocs and sequence types
3.3 the z-transform of basic sequences
3.4 the inverse z-transform
3.4.1 contour integral method
3.4.2 partial fraction expansion method
3.4.3 long division method
3.4.4 power series expansion method
3.5 properties of the z-transform
3.6 the discrete-time fourier transform
3.6.1 definition of the discrete-time fourier transform
3.6.2 convergence criteria
3.6.3 properties of the discrete-time fourier transform
3.6.4 symmetry properties of the discrete-time fourier transform
3.7 transform-domain analysis of lti discrete-time systems
3.7.1 the frequency response of systems
3.7.2 the transfer function of lti systems
3.7.3 geometric evaluation of the frequency response
3.8 sampling of continuous-time signals
3.8.1 periodic sampling
3.8.2 reconstruction of bandlimited signals
3.9 relations of the z-transform to the laplace transform
problems
4 the discrete fourier transform
4.1 the discrete fourier series
4.2 properties of the discrete fourier series
4.2.1 evaluation of the periodic convolution sum
4.3 the discrete fourier transform
4.4 properties of the discrete fourier transform
4.4.1 circular convolution theorems
4.5 linear convolutions evaluated by the circular convolution
4.6 linear time-invariant systems implemented by the dft
4.7 sampling and reconstruction in the z-domain
4.8 fourier analysis of continuous-time signals using the dft
4.8.1 fourier analysis of nonperiodic continuous-time signals
4.8.2 practical considerations
4.8.3 spectral analysis of sinusoidal signals
problems
5 fast fourier transform algorithms
5.1 direct computation and efficiency improvement of the dft
5.2 decimation-in-time fft algorithm with radix-2
5.2.1 butterfly-branch transmittance of the decimation-in-time fft
5.2.2 in-place computations
5.3 decimation-in-frequency fft algorithm with radix-2
5.4 computational method of the inverse fft
problems
6 digital filter structures
6.1 description of the digital filter structures
6.2 basic structures for iir digital filters
6.2.1 direct form i
6.2.2 direct form ii
6.2.3 cascade form
6.2.4 parallel form
6.3 basic structures for fir digital filters
6.3.1 direct forms
6.3.2 cascade forms
6.3.3 linear-phase forms
problems
7 design techniques of digital iir filters
7.1 preliminary considerations
7.1.1 frequency response of digital filters
7.2 discrete-time systems characterized by phase properties
7.3 allpass systems
7.3.1 nonminimum-phase systems represented by a cascade connection
7.3.2 group delay of the minimum-phase systems
7.3.3 energy delay of the minimum-phase systems
7.4 analog-to-digital filter transformations
7.4.1 impulse invariance transformation
7.4.2 step invariance transformation
7.4.3 bilinear transformation
7.5 design of analog prototype filters
7.5.1 analog butterworth lowpass filters
7.5.2 analog chebyshev lowpass filters
7.6 design of lowpass iir digital filters
7.6.1 design of lowpass digital filters using the impulse invariance
7.6.2 design of lowpass digital filters using the bilinear transformation
7.7 design of iir digital filters using analog frequency transformations
7.7.1 design of bandpass iir digital filters
7.7.2 design of bandstop iir digital filters
7.7.3 design of highpass iir digital filters
7.8 design of iir digital filters using digital frequency transformations
7.8.1 lowpass-to-lowpass transformation
7.8.2 lowpass-to-highpass transformation
7.8.3 lowpass-to-bandpass transformation
7.8.4 lowpass-to-bandstop transformation
problems
8 design of fir digital filters
8.1 properties of linear phase fir filters
8.1.1 the impulse response of linear-phase fir filters
8.1.2 the frequency response of linear-phase fir filters
8.1.3 characteristics of amplitude functions
8.1.4 constraints on zero locations
8.2 design of linear-phase fir filters using windows
8.2.1 basic techniques
8.2.2 window functions
8.2.3 design of linear-phase fir lowpass filters using windows
8.2.4 design of linear-phase fir bandpass filters using windows
8.2.5 design of linear-phase fir highpass filters using windows
8.2.6 design of linear-phase fir bandstop filters using windows
problems
9 finite-wordlength effects in digital signal processing
9.1 binary number representation with its quantization errors
9.1.1 fixed-point binary representation of numbers
9.1.2 floating-point representation
9.1.3 errors from truncation and rounding
9.1.4 statistical model of the quantization errors
9.2 analysis of the quantization errors in a/d conversion
9.2.1 statistical model of the quantization errors
9.2.2 transmission of the quantization noise through lti systems
9.3 coefficient quantization effects in digital filters
9.3.1 coefficient quantization effects in iir digital filters
9.3.2 statistical analysis of coefficient quantization effects
9.3.3 coefficient quantization effects in fir filters
9.4 round-off effects in digital filters
9.4.1 round-off effects in fixed-point realizations of iir filters
9.4.2 dynamic range scaling in fixed-point implementations of iir filters
9.5 limit-cycle oscillations in realizations of iir digital filters
9.5.1 zero-input limit cycle oscillations
9.5.2 limit cycles due to overflow
9.6 round-off errors in fft algorithms
9.6.1 round-off errors in the direct dft computation
9.6.2 round-off errors in fixed-point fft realization
problems
10 multirate digital signal processing
10.1 sampling rate changed by an integer factor
10.1.1 downsampling with an integer factor m
10.1.2 decimation by an integer factor m
10.1.3 upsampling with an integer factor l
10.1.4 interpolation by an integer factor l
10.2 sampling rate conversion by a rational factor
10.3 efficient structures for sampling rate conversion
10.3.1 equivalent cascade structures
10.3.2 polyphase decompositions
10.3.3 polyphase realization of decimation filters
10.3.4 polyphase realization of interpolation filters
problems
appendix a tables for the z-transform
appendix b table for properties of the discrete-time fourier transform
appendix c table for properties of the discrete fourier series
appendix d table for properties of the discrete fourier transform
appendix e table for the normalized butterworth lowpass filters
references

前言/序言

　　21世纪是国际化的知识经济时代，理工科教育已发生深刻的变化，各专业涉及的新理论与新技术发展日新月异，科技的创新在很大程度上已依赖于信息的及时获取、准确理解和有效利用。当今，数字信号处理理论和算法的研究、应用与实现技术的发展，以及其在现代信息与通信技术中的重要性和巨大潜力，已超越了初期人们所做的估计与预测。与此同时，社会对高素质信息技术人才的需求对高等学校专业基础课程的教学质量提出了越来越高的要求，然而“数字信号处理”及其相关技术的基础课程所能获得的学时数反而在减少。有知名专家与学者将当今的教学改革难题归结为：人类知识的无限积累与个人学习能力和时间的有限形成间日益尖锐的矛盾。

　　高等教育的国际化是当今教育与教学改革的必然趋势，国际视野和国际交流能力已成为我国高等学校人才培养的一项基本要求。为适应教学改革的新要求，我总结了“数字信号处理”教学与科研工作20余年所积累的经验与创新成果，并力图继承国内老一代专家与学者编著的优秀教材的知识体系结构严谨、系统性强的特色与传统，参考了20余本国内外一流或知名高等学校的优秀教材，通过消化、吸收和创新，编写了本书。2007年8月本书第1版由电子工业出版社出版。此后，本书在作者本人执教的重庆大学通信工程学院本科数字信号处理课程双语教学班连续使用了4届。本书第1版于2010年已脱销，由于作者工作繁忙，直至今日才进行修订工作。

　　我在教材内容的选择、知识体系的组织和编排方面，做了慎重考虑——本书内容要适应我国高等学校的教学和课程设置的实际情况。面对数字信号处理知识内容迅速扩展和学时数有限的实际情况，我在编写过程中始终贯彻的基本思想是：使读者系统地掌握离散时间信号与系统分析与设计的基本理论；在两种常用的数字信号处理技术方面（基于DFT的连续时间信号的频谱分析、IIR和FIR滤波器那样的数字信号处理系统的设计），力求使读者对分析与设计的原理和方法有较透彻的理解与掌握；在数字信号处理系统中的有限字长效应和多抽样率数字信号处理方面打下一定的基础；通过进一步自学或学习更加深入的后续课程，即可较容易地扩充数字信号处理的理论知识与实际技能。

　　基于我使用第1版作为教材的实际经验与体会，第2版保留了第1版中的主要内容，以适应目前本科教学的基本需要；压缩了篇幅，以适应学时数减少的实际情况；修正了第1版中的文字与公式符号错误，润色了语句文字。具体修订情况如下：

　　① 基于提高课堂教学效率和提高学生分析与解决问题能力的考虑，对第1版第2、3章中一些相对较简单的例题进行了精简。这些例题的题目被插入到相应章的习题中，可以作为学生课后作业。

　　② 考虑到学时数有限的实际情况，而且第1版未介绍频率抽样滤波器设计的内容，删除原6.3.4节。

　　③ 基于方便教师检验课堂教学效果的考虑，删除第1版附录F课后习题参考答案。为方便学生自学，课后习题参考答案可登录华信教育资源网注册下载。

《数字信号处理》（第2版）（英文版） 引言 信号，作为信息在时域或空域上的载体，广泛存在于我们生活的方方面面。从医学影像的诊断，到通信系统的传输，再到音频视频的处理，再到自动驾驶汽车的感知，几乎所有现代科技都离不开对信号的深入理解和有效处理。数字信号处理（Digital Signal Processing, DSP）正是这样一门核心技术，它利用数字计算机或专用集成电路对信号进行分析、变换、增强、复原、识别和压缩等操作，从而提取有用的信息，实现各种功能。 《数字信号处理》（第2版）（英文版）深入浅出地阐述了数字信号处理的基本理论、核心算法以及实际应用。本书旨在为读者构建一个坚实的理论基础，同时引导他们理解如何在复杂的实际问题中运用这些工具。它不仅仅是一本教科书，更是一本解决实际问题的指南，适合对信号处理有兴趣的工程师、研究人员和高级专业学生。 本书内容概述 第一部分：基础理论与数学工具 本书的开篇，首先为读者打下坚实的理论基础。在信息时代，理解信号的本质及其数学描述是至关重要的。 信号与系统的基本概念： 本章详细介绍了连续时间信号和离散时间信号的分类，包括能量信号、功率信号、周期信号、非周期信号、奇函数和偶函数等。同时，深入探讨了线性时不变（LTI）系统的基本性质，如叠加性、时不变性、因果性、稳定性等，并通过卷积运算清晰地阐述了LTI系统的输入-输出关系。这为后续理解更复杂的信号处理技术奠定了概念基础。 傅里叶变换及其在信号分析中的应用： 傅里叶变换是信号处理中最强大的工具之一。本章详细介绍了傅里叶级数（FS）和傅里叶变换（FT）的定义、性质及其在求解LTI系统响应中的应用。读者将学习如何将一个信号分解为其不同频率分量的叠加，从而揭示信号的频率特性。此外，还介绍了傅里叶变换在频谱分析、系统频率响应分析等方面的关键作用。 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： 现实世界的信号往往是离散的，因此离散傅里叶变换（DFT）成为处理这些信号的关键。本章详细阐述了DFT的定义、性质，并重点介绍了其计算的复杂度。在此基础上，本书隆重推出快速傅里叶变换（FFT）算法，揭示了其高效性，并详细解释了Cooley-Tukey算法等典型的FFT实现方式，使得大规模信号的频谱分析成为可能。FFT是现代数字信号处理应用中的基石，其重要性不言而喻。 Z变换及其在离散时间系统分析中的作用： Z变换是离散时间信号和系统的拉普拉斯变换的对应，是分析离散时间LTI系统的有力工具。本章深入探讨了Z变换的定义、收敛域（ROC）及其基本性质。读者将学习如何利用Z变换来分析离散时间系统的频率响应、稳定性，以及如何求解线性常系数差分方程。Z变换在滤波器设计和系统实现中发挥着不可替代的作用。 第二部分：数字滤波器设计与实现 数字滤波器是数字信号处理中最核心也是应用最广泛的技术之一，它们能够有选择地通过或阻止特定频率范围的信号，实现信号的增强、去噪、分离等功能。 无限冲激响应（IIR）滤波器设计： 本章介绍了IIR滤波器设计的重要方法。读者将学习如何将模拟滤波器的设计方法（如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）转化为数字滤波器设计。重点讲解了脉冲响应不变法、双线性变换法等设计技术，并详细分析了IIR滤波器的幅频响应和相频响应特性，以及其在实际应用中的优缺点。 有限冲激响应（FIR）滤波器设计： FIR滤波器以其线性相位特性而闻名，使其在对相位失真敏感的应用中具有优势。本章详细介绍了FIR滤波器设计的各种方法，包括窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗）和频率采样法。读者将学习如何根据设计指标（如通带、阻带、过渡带宽度）选择合适的窗函数和滤波器阶数，并掌握设计参数的确定过程。 滤波器实现结构： 滤波器设计完成后，还需要将其转化为实际的算法实现。本章介绍了两种主要的实现结构：直接型结构（Direct Form I, Direct Form II）和并行级联型结构。同时，讨论了对这些结构进行优化以减少计算量和提高数值稳定性，以及如何在硬件（如DSP芯片）和软件中高效地实现数字滤波器。 第三部分：采样、量化与数字信号处理的进阶话题 在将连续信号转化为数字信号并进行处理的过程中，采样和量化是必不可少的步骤，它们直接影响着信号的保真度和处理的精度。 采样定理与重构： 采样是将连续时间信号转换为离散时间信号的关键步骤。本章详细阐述了奈奎斯特-香农采样定理，解释了采样频率与信号带宽之间的关系，以及过采样和欠采样的影响。同时，介绍了如何通过插值滤波器（如零阶保持、一阶保持、 sinc函数插值）从采样后的离散信号中重构原始连续信号。 量化与模数转换： 信号在被采样后，还需要进行量化，即将其幅度值映射到有限的离散电平上。本章深入探讨了量化误差的来源和特性，包括量化噪声、非线性量化等。同时，介绍了不同类型的模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC），以及它们在信号处理链中的作用和性能指标。 多速率信号处理： 在许多实际应用中，需要对信号进行不同采样率的转换，例如在通信系统中上采样和下采样。本章介绍了多速率信号处理的基本概念，包括降采样（Decimation）和升采样（Interpolation）。读者将学习如何设计和实现高效的多速率滤波器，以及它们在信号压缩、系统接口匹配等方面的应用。 随机信号处理： 现实世界中的许多信号，如噪声、传感器信号等，具有随机性。本章介绍了随机信号的基本概念，包括自相关函数、功率谱密度（PSD）等。读者将学习如何利用这些工具来描述和分析随机信号的特性，以及如何设计滤波器来抑制噪声、提取有用信号。 第四部分：数字信号处理的应用领域 本书的最后部分，将前面介绍的理论和技术应用于实际问题，展示数字信号处理在各个领域的强大威力。 语音信号处理： 语音信号是人类交流最重要的方式之一。本章介绍了语音信号的特性、模型（如声道模型），以及数字信号处理在语音编码（如PCM、ADPCM、LPC）、语音识别、语音合成、回声消除等方面的应用。 图像信号处理： 图像可以被看作是二维信号。本章讨论了数字图像的基本概念、采样和量化，以及数字信号处理在图像增强（如去噪、锐化）、图像复原、图像压缩（如JPEG）、图像分割等方面的应用。 通信系统中的应用： 数字通信是现代社会的基础。本章将数字信号处理技术应用于通信系统的各个环节，包括调制解调、信道编码、均衡、自适应滤波等，以实现高效、可靠的信号传输。 其他应用： 除了上述主要领域，本书还简要介绍了数字信号处理在其他领域的应用，如生物医学信号处理（如心电图、脑电图分析）、地震信号分析、音频信号处理（如音频编码、效果处理）等，展现了DSP的广泛适用性。 总结 《数字信号处理》（第2版）（英文版）通过系统性的讲解和丰富的实例，为读者构建了一个完整而深入的数字信号处理知识体系。本书不仅强调理论的严谨性，更注重实际应用的指导性。通过对信号的数学描述、傅里叶变换、Z变换等基本工具的精通，以及对数字滤波器设计、采样、量化等核心技术的掌握，读者将能够独立地分析和解决各种复杂的信号处理问题。本书是投身数字信号处理领域的专业人士和学生不可或缺的学习资源。

评分☆☆☆☆☆

这本《数字信号处理（第2版）（英文版）》在我手头已经几个月了，每次翻开它，总能收获一些新的感悟。虽然我对其中某些章节的理解可能还不够深入，但它所构建的理论框架和提供的解决思路，无疑为我在实际项目中的应用提供了坚实的基础。我特别喜欢书中对傅里叶变换、Z变换以及滤波器设计等核心概念的循序渐进的阐述。作者在引入抽象概念时，总能辅以清晰的数学推导和直观的图示，这对于我这样需要将理论与实践相结合的读者来说，简直是福音。而且，书中还穿插了一些实际应用的案例，例如在音频处理和图像压缩领域的应用，这些案例的分析让我对抽象的理论有了更具体的认识，也激发了我进一步探索相关技术的热情。尽管我还没有完全掌握书中的每一个细节，但它所展现出的深度和广度，已经让我觉得这次的投资非常值得。它更像是一本可以反复研读的工具书，每次遇到新的问题，翻阅一下，总能找到一些启发性的方向。

评分☆☆☆☆☆

当我第一次拿到这本《数字信号处理（第2版）（英文版）》时，我并没有抱太高的期望，但随后的阅读经历彻底改变了我的看法。这本书在理论深度和实践应用之间找到了一个绝佳的平衡点。我尤其欣赏作者在讲解关于系统响应和稳定性分析时，是如何将抽象的数学模型与实际的信号行为联系起来的。书中对窗口函数在频谱分析中的作用的阐述，让我明白了在实际应用中需要考虑的各种权衡。而且，它还涉及了自适应信号处理等一些前沿领域，虽然这些章节我还在深入学习中，但已经让我看到了数字信号处理不断发展的广阔前景。这本书的编排结构非常合理，各个章节之间相互关联，形成了一个有机的整体。尽管英文阅读需要一定的基础，但本书的专业性和严谨性，使其成为一本值得反复研读的经典之作。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样的初学者而言，这本《数字信号处理（第2版）（英文版）》的难度确实不小，但我从中获得的知识和启发是巨大的。作者的写作风格严谨而不失生动，使得一些复杂的概念变得更容易理解。我特别喜欢书中对于卷积定理和相关性原理的解释，这些基本概念是理解许多高级应用的基石。而且，书中提供了很多不同类型的信号示例，并对它们的特性进行了详细分析，这为我理解信号的本质打下了坚实的基础。我时常会回顾书中关于离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT）的部分，这些内容对于高效处理数字信号至关重要。虽然我可能还没有完全消化书中所有的数学推导，但它已经为我建立了一个扎实的理论框架，让我对数字信号处理的各个方面都有了初步的认识。这本书无疑是我学习数字信号处理道路上的一份宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在我拿起这本《数字信号处理（第2版）（英文版）》之前，我对这个领域可以说是知之甚少。它就像一本打开我新世界大门的钥匙。书中的内容并非一蹴而就，需要反复的琢磨和思考。我印象最深的是关于谱分析的部分，作者是如何从时域的信号一步步过渡到频域的分析，并且解释了不同频率成分的意义，这让我对信号的内在结构有了更深刻的理解。同时，书中对信号的去噪和增强等方面的技术讨论，也为我解决实际问题提供了思路。我尝试着将书中介绍的一些基本算法应用到我正在进行的一些小项目中，虽然效果还有待提升，但已经让我看到了数字信号处理在现实世界中的巨大潜力。这本书的英文表达准确且专业，虽然有时候会遇到一些生词，但结合上下文和前后文的推导，大体上都能理解。它像是一条清晰的指南线，指引我在浩瀚的数字信号处理领域中探索前进。

评分☆☆☆☆☆

从我个人的学习经历来看，这本书对于理解数字信号处理的精髓起到了至关重要的作用。尤其是关于离散时间系统和随机过程的章节，我之前在这方面一直感到有些模糊，但这本书通过详细的讲解和大量的示例，有效地消除了我的困惑。作者对于信号的采样、量化以及重构等过程的分析，条理清晰，让我对数字信号的生成和还原有了全新的认识。此外，书中对各种数字滤波器（如FIR和IIR滤波器）的详细介绍，包括它们的原理、设计方法以及性能比较，为我进行实际的滤波器设计提供了非常有价值的参考。我尤其欣赏作者在讲解滤波器设计时，不仅仅局限于理论公式，还深入剖析了不同设计算法的优缺点以及适用场景，这在实际工程中是非常宝贵的指导。虽然有时候阅读英文原版会花费一些额外的时间去理解一些专业术语，但这本书的语言表达清晰，逻辑严谨，总体而言，阅读体验还是相当不错的。