數字信號處理教程（第五版 MATLAB版） epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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本書係統地討論瞭數字信號處理的基礎理論、基本概念、基本分析方法、算法和設計。全書內容圍繞一個基礎（離散時間信號與離散時間係統的時域、頻域分析方法），兩個支柱（離散傅裏葉變換及其快速算法，數字濾波器理論及其設計方法）展開。
　　主要特點：
　　（1）內容充實，討論全麵，深入淺齣，便於理解。
　　（2）條理清晰，重點突齣，敘述流暢，可讀性強。
　　（3）配有大量例題、習題，提高分析、計算能力。
　　（4）包含MATLAB相關內容，以解決實際問題。
　　配套資源：
　　《數字信號處理教程習題分析與解答（第五版）》（覆蓋教程的全部習題，題解全麵細緻，附有簡要分析）
　　輔助教學軟件（包括概念瀏覽、教學演示、輔助設計和測試等子係統，提高學習能力，增強學習效果）
　　配套教學課件（完整的PPT，既可用來投影演示，輔助課堂教學，又可用來自習或復習，梳理知識點）
　　MATLAB程序（提供MATLAB相關例題的程序代碼，方便實驗驗證，加深對知識的理解和應用）
　　
　　

內容簡介

　　本書係統地討論瞭數字信號處理的基礎理論、基本概念、基本分析方法、算法和設計。全書共10章，包括四個部分。第一部分（第1、2章）介紹離散時間信號（序列）與係統的時域、頻域（包括z變換域）的分析方法與算法；第二部分（第3、4章）介紹離散傅裏葉變換及其快速算法，模擬信號用數字信號處理的原理方法；第三部分（第5~8章）介紹IIR及FIR數字濾波器的基本概念、理論、結構與設計方法；第四部分（第9、10章）介紹多抽樣數字信號處理的基礎理論以及數字濾波器實現中的有限字長效應。
　　本書把每章的主要內容所涉及的MATLAB函數相關例題放在該章的最後部分，這樣使讀者既能增強對基本理論的掌握，又能學會用MATLAB解決實際問題，尤其是較為復雜的應用問題。
　　本書可作為大學本專科院校電子信息類、自動化類、電氣類等專業的教材，也可供從事相關專業的科研人員和工程技術人員作為參考。

作者簡介

程佩青，北京信息科技大學原電子技術與通信係主任。1958年畢業於清華大學無綫電係“無綫電技術”專業。1956—1986年在清華大學無綫電係（無綫電電子學係）、電子係工作。1986年到北京信息工程學院（現北京信息科技大學）創建通信工程係（後改名電子技術與通信係）並任係主任。長期從事通信、信號與信息處理的教學和科研工作。講授過無綫電基礎、高頻電子綫路、數字濾波器、數字信號處理、電視接收機原理、數字信號處理（二）（選修）等課程。給清華大學、中國科技大學研究生院、北京廣播學院（現中國傳媒大學）的研究生多次講數字信號處理原理與應用（二）（統計信號處理為主）課程。著有《信息與係統（閤編）》、《數字濾波與快速傅裏葉變換》、《數字信號處理教程（一、二、三版）》（此書被評為校優秀教材）、《數字信號處理分析與解答》、《晶體管電視機原理（閤著）》、《高頻電子綫路》等教材。譯有《多維數字信號處理（閤譯）》等4種著作。參與研發的“SCA-4數據傳輸機”曾獲國防科委奬。閤著：《信息與係統》，國防工業齣版社，1980.12。著：《數字濾波與快速傅裏葉變換》，清華大學齣版社，1990.10。《數字信號處理教程（一、二、三版）》，清華大學齣版社，2000.12起。譯：《數字濾波器引論》，清華大學齣版社，1986.9。閤譯：《多維數字信號處理》，科學齣版社，1991.12。

目錄

緒論
第1章離散時間信號與係統
1.1離散時間信號——序列
1.1.1序列
1.1.2序列的運算
1.1.3序列的捲積和
1.1.4序列的相關性
1.1.5幾種常用的典型序列
1.1.6序列的周期性
1.1.7用單位抽樣序列錶示任意序列
1.2綫性移不變係統
1.2.1離散時間綫性係統
1.2.2離散時間移不變係統
1.2.3離散時間綫性移不變係統
1.2.4因果係統
1.2.5穩定係統
1.3常係數綫性差分方程——時域離散係統的輸入、輸齣錶示法
1.4連續時間信號的抽樣
1.4.1模擬信號的理想抽樣
1.4.2時域抽樣定理
1.4.3模擬信號的實際抽樣
1.4.4帶通信號的抽樣
1.4.5連續時間信號xa(t)及其理想抽樣信號x^a(t)以及離散時間抽樣
序列x(n)的關係
1.4.6時域信號的插值重構
1.4.7正弦型信號的抽樣
1.5本章部分內容涉及的MATLAB函數及例題
習題
第2章z變換與離散時間傅裏葉變換
2.1序列的z變換
2.1.1z變換的定義
2.1.2z變換的收斂域
2.1.34種典型序列的z變換的收斂域
2.1.4z反變換： 圍綫積分法（留數法）、部分分式法及
長除法（冪級數法）
2.1.5z變換的性質與定理
2.1.6利用z變換求解差分方程
2.2s平麵到z平麵的映射關係
2.3離散時間傅裏葉變換（DTFT）——序列的傅裏葉變換
2.3.1序列的傅裏葉變換定義
2.3.2序列傅裏葉變換的收斂性——DTFT的存在條件
2.3.3序列傅裏葉變換的主要性質
2.3.4序列及其傅裏葉變換的一些對稱性質
2.3.5周期性序列的傅裏葉變換
2.3.6xa（t）、x^a（t）、x（n）之間及其拉普拉斯變換、z變換、傅裏葉
變換之間關係
2.4離散綫性移不變係統的頻域錶徵
2.4.1LSI係統的描述
2.4.2LSI係統的因果、穩定條件
2.4.3LSI係統的頻率響應H（ejω）及其特點
2.4.4頻率響應的幾何確定法
2.4.5無限長單位衝激響應（IIR）係統與有限長單位
衝激響應（FIR）係統
2.5本章部分內容涉及的MATLAB函數及例題
習題
第3章離散傅裏葉變換（DFT）
3.1傅裏葉變換的四種可能形式
3.2周期序列的傅裏葉級數——離散傅裏葉級數（DFS）
3.2.1DFS的定義
3.2.2DFS的性質
3.3離散傅裏葉變換——有限長序列的離散頻域錶示
3.3.1DFT的定義，DFT與DFS、DTFT及z變換的關係
3.3.2模擬信號時域、頻域都抽樣後fk與N及fs的關係
3.3.3DFT隱含的周期性
3.4DFT的主要性質
3.4.1綫性
3.4.2序列的圓周移位性質
3.4.3圓周共軛對稱性質
3.4.4圓周翻褶序列及其DFT
3.4.5對偶性
3.4.6DFT運算中的圓周共軛對稱性
3.4.7DFT形式下的帕塞瓦定理
3.4.8圓周捲積和與圓周捲積和定理
3.4.9綫性捲積和與圓周捲積和的關係
3.5頻域抽樣理論
3.5.1頻域抽樣與頻域抽樣定理，由X(k)重構時間序列x(n)
3.5.2由X(k)插值重構X(z)、X(ejω)
3.6DFT的應用
3.6.1利用DFT計算綫性捲積
3.6.2利用DFT計算綫性相關
3.6.3利用DFT對模擬信號的傅裏葉變換（級數）對的逼近
3.6.4用DFT對模擬信號作譜分析
3.6.5用DFT對模擬信號作譜分析時參量的選擇
3.6.6用DFT對模擬信號作譜分析時的幾個問題
3.7有限長序列的X（z）、X（ejω）、X（k）之間的關係
3.8本章部分內容涉及的MATLAB函數及例題
習題
第4章快速傅裏葉變換（FFT）
4.1直接計算DFT的運算量，減少運算量的途徑
4.2按時間抽選（DIT）的基��2 FFT算法（庫利�餐薊�算法）
4.3按頻率抽選（DIF）的基��2 FFT算法（桑德�餐薊�算法）
4.4DIT�睩FT與DIF�睩FT的異同
4.5離散傅裏葉反變換（IDFT）的快速算法IFFT
4.6基��2 FFT流程圖
＊4.7N為復閤數的FFT算法——混閤基（多基多進製）FFT算法
4.8綫性調頻z變換（Chirp�瞶變換或CZT）算法
4.9利用FFT算法計算綫性捲積
4.9.1重疊相加法
4.9.2重疊保留法
4.10利用FFT算法計算綫性相關
4.11本章部分內容涉及的MATLAB函數及例題
4.11.1用FFT計算有限長序列的綫性捲積和綫性相關
4.11.2用FFT計算模擬信號、離散時間信號及它們的頻譜
4.11.3綫性調頻z變換（CZT）算法
4.11.4重疊保留法與重疊相加法
習題
第5章數字濾波器的基本結構
5.1概述
5.2無限長單位衝激響應濾波器的基本結構
5.2.1IIR濾波器的特點
5.2.2直接型結構
5.2.3級聯型結構
5.2.4並聯型結構
5.2.5轉置型結構
5.3有限長單位衝激響應濾波器的基本結構
5.3.1FIR濾波器的特點
5.3.2直接型（橫截型、捲積型）結構
5.3.3級聯型結構
5.3.4頻率抽樣型結構
5.3.5快速捲積結構
5.3.6綫性相位FIR濾波器的結構
*5.4數字濾波器的格型及格型梯形結構
5.4.1全零點係統（FIR係統,又稱滑動平均（MA）係統）的格型結構
5.4.2全極點係統（IIR係統，又稱自迴歸（AR）係統）的格型結構
5.4.3零�布�點係統（IIR係統，又稱自迴歸滑動平均（ARMA）係統）
的格型梯形結構
5.5本章部分內容涉及的MATLAB函數及例題
5.5.1IIR濾波器的各種結構
5.5.2FIR濾波器的各種結構
5.5.3格型及格型梯形濾波器結構
習題
第6章數字濾波器的基本概念及幾種特殊濾波器
6.1數字濾波器的基本概念
6.2全通濾波器
6.3最小相位滯後濾波器
6.3.1最小相位係統、混閤相位係統、最大相位係統及其與全通
係統的關係
6.3.2最小相位係統的性質
6.3.3利用最小相位係統的逆係統補償幅度響應的失真
6.4陷波器
6.5數字諧振器
6.6梳狀濾波器
6.7波形發生器
6.7.1正弦波及餘弦波發生器
6.7.2周期性方波發生器
6.7.3任意周期序列的發生器
習題
第7章無限長單位衝激響應（IIR）數字濾波器設計方法
7.1概述
7.2數字濾波器的實現步驟
7.3數字濾波器的技術指標
7.4IIR數字濾波器的設計方法分類
7.5模擬原型低通濾波器設計
7.5.1引言
7.5.2模擬巴特沃思低通濾波器
7.5.3模擬切貝雪夫低通濾波器
*7.5.4橢圓函數低通濾波器（考爾濾波器）簡介
*7.5.5貝塞爾低通濾波器簡介
7.5.6五類模擬濾波器的比較
7.6模擬頻域頻帶變換
7.6.1從歸一化模擬低通濾波器到模擬低通濾波器的變換
7.6.2從歸一化模擬低通濾波器到模擬高通濾波器的變換
7.6.3從歸一化模擬低通濾波器到模擬帶通濾波器的變換
7.6.4從歸一化模擬低通濾波器到模擬帶阻濾波器的變換
7.7間接法的IIR數字濾波器設計方案
7.8模擬濾波器到數字濾波器的映射方法
7.8.1衝激（脈衝）響應不變法
7.8.2階躍響應不變法
7.8.3雙綫性變換法
7.9數字濾波器設計的第一種方案
7.10模擬低通濾波器直接變換成四種通帶數字濾波器
7.10.1模擬低通→數字帶通
7.10.2模擬低通→數字帶阻
7.10.3模擬低通→數字高通
7.11數字濾波器設計的第二種方案
7.12數字頻域頻帶變換
7.12.1數字頻域頻帶變換的基本要求
7.12.2數字低通→數字低通
7.12.3數字低通→數字高通
7.12.4數字低通→數字帶通
7.12.5數字低通→數字帶阻
7.12.6數字低通→數字多通帶
7.13數字濾波器設計的第三種方案
*7.14IIR濾波器的計算機輔助設計法
7.14.1IIR數字濾波器的時域直接設計
7.14.2IIR濾波器的頻域最小均方誤差設計法
7.14.3IIR濾波器的頻域最小p誤差設計法
7.15本章部分內容涉及的MATLAB函數及例題
7.15.1自編程序設計四類（巴特沃思型、切貝雪夫Ⅰ型、切貝雪夫Ⅱ型和
橢圓函數型）模擬濾波器
7.15.2工具箱中提供的模擬濾波器（低通、高通、帶通、帶阻）
設計的MATLAB函數
7.15.3衝激響應不變法及雙綫性變換法設計IIR數字濾波器
7.15.4用數字頻帶變換法設計數字濾波器的MATLAB實現
7.15.5基於MATLAB直接設計各類數字濾波器
習題
第8章有限長單位衝激響應（FIR）數字濾波器設計方法
8.1概述
8.2綫性相位FIR數字濾波器的特點
8.2.1綫性相位條件
8.2.2綫性相位約束對FIR數字濾波器（DF）的單位衝激
響應h(n)的要求
8.2.3兩類綫性相位約束下，FIR數字濾波器幅度函數H(ω)的特點
8.2.4綫性相位FIR濾波器的零點位置
8.3窗函數設計法
8.3.1窗函數設計法的設計思路
8.3.2理想低通、帶通、帶阻、高通的綫性相位數字濾波器的錶達式
8.3.3窗函數設計法的性能分析
8.3.4各種常用窗函數
8.3.5偶對稱單位衝激響應［h(n)=h(N-1-n)］的
綫性相位FIR DF
的窗函數法設計步驟及舉例
*8.3.6奇對稱單位衝激響應［h(n)=-h(N-1-n)］
綫性相位微分器及
希爾伯特變換器的窗函數法設計
8.3.7窗函數設計法計算中的主要問題
8.4頻率抽樣設計法
8.4.1頻率抽樣設計法的基本思路
8.4.2頻率抽樣的兩種方法
8.4.3頻率抽樣設計法的逼近誤差及改進辦法
8.4.4頻率抽樣設計法的設計步驟及舉例
8.4.5頻率抽樣設計法存在的問題
*8.5設計綫性相位FIR濾波器的最優化方法
8.5.1均方誤差最小準則
8.5.2最大誤差最小化準則——加權切貝雪夫等波紋逼近
8.5.3交錯定理
8.5.4最佳綫性相位FIR濾波器設計算法
8.5.5Parks�睲cClellan算法（Remez交換算法）
8.6本章部分內容涉及的MATLAB函數及例題
8.6.1綫性相位FIR濾波器的MATLAB函數
8.6.2窗函數法設計FIR綫性相位濾波器的MATLAB函數
8.6.3頻率抽樣法設計FIR綫性相位濾波器
8.6.4綫性相位FIR濾波器的等波紋最優設計（Parks�睲cClellan算法）
的MATLAB函數及例題
習題
*第9章序列的抽取與插值——多抽樣率數字信號處理基礎
9.1概述
9.2用正整數D的抽取——降低抽樣率
9.3用正整數I的插值——提高抽樣率
9.4用正有理數I/D做抽樣率轉換
9.5抽取、插值以及兩者結閤的流圖結構
9.5.1抽取係統的直接型FIR結構
9.5.2插值係統的直接型FIR結構
9.5.3抽取和插值的綫性相位FIR結構
*9.5.4抽取器的多相FIR結構
*9.5.5插值器的多相FIR結構
*9.5.6正有理數I/D抽樣率轉換係統的變係數FIR結構
*9.6變換抽樣率的多級實現
9.7本章部分內容涉及的MATLAB函數及例題
習題
*第10章數字信號處理中的有限字長效應
10.1概述
10.2二進製數的錶示及其對量化的影響
10.2.1二進製的三種算術運算法
10.2.2負數的錶示法——原碼、補碼、反碼
10.2.3量化方式——捨入與截尾
10.3模擬/數字（A/D）變換的量化效應
10.3.1A/D變換的非綫性模型
10.3.2A/D變換對輸入抽樣信號幅度的要求
10.3.3A/D變換的量化非綫性特性
10.3.4A/D變換量化誤差的統計分析
10.3.5量化噪聲的功率譜密度
10.4白噪聲(A/D變換的量化噪聲)通過綫性係統
10.5數字濾波器的係數量化效應
10.5.1係統極點(零點)位置對係數量化的靈敏度
10.5.2係數量化對二階子係統極點位置的影響
10.5.3係數量化效應的統計分析
10.6數字濾波器運算中的有限字長效應
*10.7防止溢齣的幅度加權因子
*10.8IIR濾波器的定點運算中零輸入的極限環振蕩
*10.9FFT算法的有限字長效應
10.9.1定點DFT計算中的有限字長效應的統計分析
10.9.2定點FFT計算中有限字長效應的統計分析
10.9.3係數量化對FFT的影響
10.10本章部分內容涉及的MATLAB函數及例題
習題
參考文獻
本書所附“數字信號處理多媒體CAI教程”軟件簡介

精彩書摘

第5章數字濾波器的基本結構
5.1概述
1. 數字濾波器結構的框圖及流圖錶示法。
一個數字濾波器在時域用常係數綫性差分方程錶示
y(n)=∑Mk=0bkx(n-k)-∑Nk=1aky(n-k)
(5.1.1)
在z域則是用係統函數錶示，即對(5.1.1)式取z變換可得係統函數H（z）為
H(z)=∑Mk=0bkz-k
1+∑Nk=1akz-k(5.1.2)
數字濾波器的功能就是通過一定的運算，如（5.1.1）式所示
，把輸入變換成輸齣，這一運算就是“濾波”作用，廣義而言，也是信號處理。
可以有兩種辦法實現數字濾波： 一種是用軟件編程實現，另一種是用專用硬件或用通用的數字信號處理器實現。
圖5.1基本運算單元的兩種錶示
由（5.1.1）式看齣，一個數字濾波器實現時的基本運算單元為： 加法器、乘法器和延時器。這些基本運算單元可以有兩種錶示方法——方框圖法及信號流圖法，如圖5.1所示。
在本書的各章中都采用信號流圖錶示法，因為它簡單、方便。方框圖錶示法較為直觀，但更為煩瑣。在流圖錶示中，①如果一個節點有兩個或兩個以上輸入，則此節點一定是加法器； ②任一節點的節點值是指此節點輸齣的信號值； ③任一節點隻有一個輸入，有一個或多個輸齣，則此節點是分支節點。隻有輸齣、沒有輸入的節點稱為源節點，隻有輸入、沒有輸齣的節點稱為阱節點。
2. 實現（5.1.1）式或（5.1.2）式可以有很多方法，例如將（5.1.1）式的差分方程變換成各種不同的差分方程組，或等效地將（5.1.2）式的分式變換成各種分式的組閤，每種都有不同的運算方式，但這些運算的基本單元仍為延遲器、加法器、乘法器。因而可以有多種網絡結構，而這些網絡結構都是指運算結構（而非具體的電路結構）。這些結構都對應於同一差分方程，理論上說它們應該有相同的運算結果，即這些不同的網絡結構，在同樣的輸入情況下，應有完全相同的輸齣。
但是，實際上，不同的濾波器網絡結構，有不同的效果，因而，纔會去研究各種不同的網絡結構。從效果來看，主要是以下這幾個因素會影響人們對某種網絡結構的選擇。
（1） 計算復雜性。指乘法次數、加法次數、取指、存儲的次數，兩個數的比較次數。計算復雜性會影響計算速度。
（2） 存儲量。指係統參數、輸入信號、中間計算結果以及輸齣信號的存儲。
（3） 運算誤差。主要是指有限字長效應，由於輸入輸齣信號、係統參數、運算過程都受二進製編碼長度限製，就會帶來各種量化（有限字長）效應産生的誤差。

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