余数系统原理与在高速数字信号处理中的应用 胡剑浩、马上 9787030339454 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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胡剑浩，马上 著

图书标签:

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030339454

商品编码：29299265547

包装：平装

出版时间：2012-04-01

基本信息

书名：余数系统原理与在高速数字信号处理中的应用

定价：50.00元

作者：胡剑浩、马上

出版社：科学出版社

出版日期：2012-04-01

ISBN：9787030339454

字数：257250

页码：193

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.322kg

编辑推荐

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《余数系统原理与在高速数字信号处理中的应用》由胡剑浩、马上所著，本书是在这些研究工作的基础上，由全体参研人员共同完成的，主要涉及以下几个方面的内容：①余数系统的理论基础，作者通过研究工作发现从近世代数的角度可以更好、更系统的描述余数系统的属性和基本原理，同时也可以更好地为余数系统与传统二进制系统建立对应联系。②余数系统在数字集成电路应用中的关键技术，包括余数系统的基本运算单元、前向转换和后向转换，还包括在数字信号处理系统必不可少的缩放技术和检测技术。③余数系统在通信信号处理中的应用实例，包括单元电路，如FIR滤波器、FFT、变换模块等，也包括系统设计，如．MIMO-OFDM接收机设计。作者希望通过本书，将余数系统在数字集成电路中应用的思路、方法介绍给广大读者，共同推动相关技术的发展。

内容提要

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现代通信和信号处理系统，特别是移动、机载和星载设备日益增加的复杂度对数字信号处理芯片在速度和功耗上的要求越来越高。利用余数系统的并行数字表征及运算，即利用并行独立的简单运算单元代替传统的单次复杂运算以简化运算复杂度并降低功耗，从而使余数系统成为解决数字信号处理系统中高速、大动态范围与低功耗、低复杂度问题的有效途径之一。
本书全面系统地介绍了余数系统在数字信号处理应用中的算法基础、构造理论和实现方法，内容包括基础理论、基本运算、余数基的选择与评估、前后向转换、数值缩放、检测问题以及余数系统在通信系统中的应用等内容，为低功耗、低复杂度的数字信号处理芯片提供新方法及相关技术手段。
本书可供从事通信、雷达、多媒体等系统数字信号处理电路设计的专业工程师和研究人员阅读，也可作为通信、电子工程和数字集成电路设计方向研究生的参考书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《数字信号的奥秘：从基本原理到尖端应用》 一部深入探索数字信号处理核心奥义的著作，揭示信号转换、分析与重构的精妙机制，并展望其在现代科技领域波澜壮阔的未来。 引言：数字时代的脉搏 我们生活在一个被数字信号所塑造的时代。从智能手机的通信到高清电视的播放，从医学影像的诊断到航空航天的导航，数字信号处理（DSP）无处不在，驱动着现代科技的飞速发展。然而，在这看似寻常的背后，隐藏着一套深邃而精巧的理论体系和一系列复杂而高效的算法。本书旨在带领读者深入数字信号处理的殿堂，领略其独特的魅力，理解其核心的原理，并探索其在各个尖端技术领域中令人惊叹的应用。 第一篇：数字信号处理的基石——理论与模型 第一章：信号的本质与数字的转换 本章将首先从最基本的层面出发，深入剖析“信号”的概念。我们将探讨各种不同类型的信号，包括模拟信号和数字信号的根本区别，理解它们各自的特点、优势与局限性。随后，我们将聚焦于将连续的模拟信号转化为离散的数字信号这一关键过程——采样。详细阐述奈奎斯特-香特农采样定理，揭示采样频率对信号重建精度的决定性影响，并讨论采样过程中可能出现的混叠现象及其规避方法。紧接着，我们将深入研究量化，即模拟信号幅度离散化的过程。理解量化误差的产生机制，以及不同的量化策略（如均匀量化、非均匀量化）如何影响信号的动态范围和信噪比。最后，本章将阐述编码，即将量化后的数字值转换为计算机可识别的二进制形式，为后续的数字处理奠定基础。 第二章：离散时间系统与线性时不变（LTI）系统的奥秘 本章将围绕“系统”这一核心概念展开。我们将重点研究离散时间系统，理解输入信号与输出信号之间的映射关系。在此基础上，我们将深入探讨一类最为重要且应用最广泛的系统——线性时不变（LTI）系统。详细解析LTI系统的两大基本特性：叠加性和时移不变性。通过引入冲击响应（单位脉冲响应）的概念，我们将揭示LTI系统在时域内的行为特征。读者将学习如何利用卷积运算，通过系统的冲击响应和输入信号，精确预测系统的输出。本章还将介绍LTI系统的频率域特性，以及傅里叶变换在分析LTI系统频率响应中的作用。理解频率响应如何描述系统对不同频率成分信号的处理特性，对于设计滤波器和分析系统稳定性至关重要。 第三章：傅里叶变换家族——洞悉信号的频率成分 频率是理解信号行为的关键维度。本章将引领读者穿越傅里叶变换的浩瀚星海。我们将从连续时间傅里叶变换（CTFT）开始，理解它如何将时域信号分解为其无限频率成分的叠加。随后，我们将转向离散时间傅里叶变换（DTFT），探讨它在处理离散时间信号时的重要性。然而，DTFT的频率轴是连续的，这在实际计算中存在困难。因此，本章将重点阐述离散傅里叶变换（DFT），揭示它如何将连续的频率轴离散化，从而使其能够被计算机精确计算。我们将详细讲解DFT的计算公式，并通过大量实例演示其应用。更重要的是，本章将深入介绍快速傅里叶变换（FFT）算法。读者将理解FFT如何通过分治策略，极大地降低DFT的计算复杂度，从而使其在实时信号处理中得以广泛应用。最后，我们将简要介绍傅里叶级数（FS），理解其在周期信号频谱分析中的作用。 第四章：Z变换——超越傅里叶变换的统一框架 Z变换是分析离散时间系统，尤其是因果系统和稳定性的一种更为强大和统一的工具。本章将详细介绍Z变换的定义及其性质。我们将探讨Z变换如何将原本在复平面上表示的离散时间信号转换为一个复变量的函数。重点分析Z变换的收敛域（ROC），理解ROC如何与系统的因果性、稳定性以及系统的唯一性密切相关。本章将深入讲解逆Z变换的方法，使读者能够从Z域函数恢复到时域信号。我们将详细阐述Z变换在系统分析中的应用，特别是如何利用Z变换将差分方程转化为代数方程，简化系统的求解过程。此外，本章还将引入LTI系统的系统函数（传递函数）的概念，以及零、极点图在分析系统频率响应和稳定性方面的作用。Z变换为理解和设计数字滤波器提供了坚实的理论基础。 第五章：数字滤波器设计——塑造信号的频率特性 滤波器是数字信号处理中的核心组件，用于选择性地放大或衰减信号的特定频率成分。本章将深入探讨数字滤波器的设计。我们将区分两种主要的数字滤波器类型：无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器。详细阐述它们的结构、设计原理、优缺点以及适用场景。 对于IIR滤波器，我们将介绍几种经典的低通、高通、带通和带阻滤波器设计方法，如巴特沃斯、切比雪夫和椭圆滤波器，重点讲解如何将模拟滤波器原型映射到数字域。 对于FIR滤波器，我们将重点讲解窗函数法，包括矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等，以及它们的频率选择性、阻带衰减和过渡带宽度之间的权衡。本章还将介绍其他更高级的FIR滤波器设计方法，如频率采样法和最优逼近法（Parks-McClellan算法），使读者能够设计出满足特定性能指标的滤波器。 第二篇：高速数字信号处理的实践与算法 第六章：高速信号处理中的基础算法 本章将聚焦于在高速数字信号处理领域中至关重要的一类基础算法。我们将回顾并深化对卷积运算的理解，重点阐述其在时域和频域的计算方法，并探讨如何通过FFT加速大规模卷积的计算，这对于许多DSP应用（如滤波、相关性计算）至关重要。 我们将深入分析相关性计算，讲解自相关和互相关函数的概念及其在信号检测、模式识别和系统辨识中的应用。 此外，本章还将介绍数字信号处理中的一些基础变换，如离散余弦变换（DCT）及其在图像和音频压缩中的广泛应用。我们将探讨DCT与DFT的联系与区别，并分析其在数据压缩效率上的优势。 第七章：抽样率变换与多速率信号处理 在许多实际应用中，我们需要改变信号的抽样率，例如将低速率信号上转换为高速率信号以适应处理器的速度，或者将高速率信号下转换为低速率信号以减小数据量和计算复杂度。本章将深入探讨抽样率变换的技术。 我们将详细介绍信号的抽取（downsampling）和插值（upsampling）过程，并重点讲解如何有效地实现它们，包括引入抽取器和插入器，以及如何设计合适的低通滤波器来防止混叠和消除插值产生的镜像。 在此基础上，我们将引入多速率信号处理的概念，分析当信号通过一系列不同速率的抽样率变换器时可能出现的复杂问题，以及如何通过先进的设计来优化系统的性能。本章还将介绍一些经典的多速率信号处理结构，如半带滤波器和多相滤波器组，为设计高效的信号处理系统提供重要的工具。 第八章：自适应滤波——应对时变信号与环境 现实世界中的信号往往不是静止的，其统计特性可能会随时间而变化。自适应滤波器能够根据输入信号的统计特性自动调整其滤波器的系数，从而实现最佳的滤波效果。本章将深入探讨自适应滤波的原理和应用。 我们将详细介绍几种经典的自适应滤波算法，包括最小均方（LMS）算法及其变种（如归一化LMS），以及递归最小二乘（RLS）算法。我们将分析这些算法的收敛性能、计算复杂度以及在不同应用场景下的适用性。 自适应滤波在诸多领域有着广泛的应用，例如：噪声消除（如回声消除、语音增强）、信道均衡（在通信系统中补偿信道失真）、系统辨识（实时估计未知系统的参数）以及模式识别等。 第九章：高速硬件实现的关键技术 将复杂的数字信号处理算法高效地转化为硬件实现，是实现高速数据处理的关键。本章将探讨实现高速DSP的硬件技术。 我们将介绍常用的DSP处理器架构，包括其独特的指令集、并行处理能力以及专门为DSP操作优化的硬件加速器。 此外，本章还将深入探讨现场可编程门阵列（FPGA）在高速DSP中的应用。我们将讲解如何利用FPGA的高度并行性和可编程性，将DSP算法直接映射到硬件逻辑，从而实现极高的处理速度和效率。读者将了解FPGA的开发流程，以及如何利用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）进行设计。 最后，本章还将讨论专用集成电路（ASIC）在超高速、低功耗DSP应用中的作用，以及在选择合适的硬件平台时需要考虑的因素，如性能、成本、功耗和开发周期。 第三篇：数字信号处理的尖端应用与未来展望 第十章：通信系统中的DSP 数字信号处理在现代通信系统中扮演着核心角色。本章将重点介绍DSP在各种通信技术中的具体应用。 我们将探讨在数字调制解调（如QPSK、QAM）中的DSP算法，如何将信息高效地编码到载波信号中，以及如何从接收到的信号中准确地恢复原始信息。 数字信号处理在信道估计与均衡中也至关重要，用于补偿传输过程中产生的信号失真和衰减，提高通信系统的可靠性。 此外，本章还将涉及DSP在多址接入技术（如OFDM）中的作用，以及在误码率（BER）分析和性能优化中的应用。 第十一章：图像与视频处理中的DSP 图像和视频信号的数字化和处理是DSP最直观的应用领域之一。本章将详细介绍DSP在图像与视频处理中的关键技术。 我们将从基本的图像增强（如对比度调整、锐化、降噪）开始，然后深入到图像压缩（如JPEG、MPEG）的核心算法，理解如何利用DSP技术在保证视觉质量的前提下减小数据量。 本章还将介绍特征提取、目标检测与识别等高级图像处理技术，以及在视频编码、运动估计和流媒体传输中的DSP应用。 第十二章：音频与声学信号处理中的DSP 音频信号的处理是DSP的另一个重要应用领域，涉及音乐、语音和环境声音的各种处理。本章将探讨DSP在音频信号处理中的应用。 我们将介绍音频编码与解码技术（如MP3、AAC），以及如何利用DSP实现高质量的音频压缩。 DSP在语音识别、语音合成、回声消除（用于电话会议和通信系统）、混响效果（用于音乐制作）以及声场分析等领域发挥着关键作用。 第十三章：其他前沿领域的DSP应用 数字信号处理的触角已经延伸到众多前沿科技领域。本章将简要介绍DSP在其他关键领域的应用，展示其强大的通用性和广阔的发展前景。 我们将探讨DSP在生物医学信号处理中的应用，例如心电图（ECG）信号分析、脑电图（EEG）信号处理以及医学影像（如MRI、CT）的重建与增强。 此外，本章还将介绍DSP在雷达与声纳系统中的信号探测与目标跟踪，在金融数据分析中的模式识别与预测，以及在科学仪器与测试测量中的数据采集与处理。 结论：数字信号处理的未来图景 本章将对全书内容进行总结，并展望数字信号处理未来的发展趋势。我们将讨论人工智能与机器学习如何与DSP深度融合，催生更智能、更自适应的信号处理系统。我们还将探讨在物联网（IoT）、5G/6G通信、虚拟现实（VR）/增强现实（AR）等新兴技术领域，DSP将扮演何种角色。数字信号处理作为现代科技的基石，其重要性将与日俱增，其创新潜力也将持续不断地释放。 《数字信号的奥秘：从基本原理到尖端应用》，将为您揭开数字信号处理的神秘面纱，带您领略其严谨的理论体系、精巧的算法设计以及无限的创新可能。无论您是相关领域的学生、研究人员，还是对现代科技充满好奇的爱好者，本书都将是您深入理解数字世界脉搏的宝贵向导。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当朴实，给人一种沉静而专业的印象。拿到手里，纸张的质感很好，触感厚实，翻阅时没有那种廉价的飘忽感，这点对于一本偏学术的书籍来说，是非常重要的加分项。序言部分，作者们并没有故弄玄虚，而是开门见山地阐述了研究背景和核心思想，语言条理清晰，逻辑严谨，读来让人立刻就能感受到作者深厚的学术功底和严谨的治学态度。即便我并非直接从事这方面的高端研究，仅仅是翻阅目录和部分章节的引言，也能感受到其内容的深度和广度。特别是关于“余数系统”这一概念的引入，我之前接触不多，但通过作者的描述，似乎触及到了数字系统设计中一种别具一格的计算思维方式，这种非传统思路的引入，本身就极具吸引力，让人期待后续更深入的讲解。

评分☆☆☆☆☆

初读这本书，最直观的感受是其内容的“硬核”程度。它不像某些科普读物那样，用大量的类比和生动的语言来降低阅读门槛，而是直接深入到数学模型和算法层面。对于我这样一个对信号处理理论有一定基础但又非专业研究者来说，某些推导过程的确需要反复揣摩，甚至拿出纸笔进行演算。然而，正是这种严谨和深入，才更能体现出其作为一本专业书籍的价值。我尤其对书中在高速数字信号处理领域中引入余数系统的部分感到好奇。我之前主要接触的是傅里叶变换、卷积等经典方法，而余数系统似乎提供了一个全新的视角来解决高计算复杂度的问题，尤其是在现代通信、雷达等领域，对处理速度的要求极高，这种新颖的解决方案无疑具有重要的理论和实践意义。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期在数字信号处理一线工作的工程师，我拿到这本书时，内心是带着一份期待与一丝审慎的。期待是因为，我相信能够出版的专业书籍，其内容必然是经过精心打磨的；审慎则是因为，我们日常工作中接触到的“高速”和“应用”往往意味着对算法效率的极致追求，而“余数系统”这个概念，我之前在课程中有所涉猎，但对其在实际工程中的具体落地和优化，了解并不深入。这本书的出现，恰好填补了这一知识盲区。它不仅仅是理论的堆砌，更重要的是，作者似乎在努力架起理论与实践之间的桥梁。书中的一些案例分析，即便只是粗略翻阅，也能感受到其紧密结合实际工程需求的特点，这对于我这样希望将理论知识转化为实际生产力的读者来说，无疑是极具参考价值的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，用“精炼”和“深刻”来形容一点都不为过。作者们没有大篇幅的叙述，而是直击核心，将复杂的数学概念和算法逻辑浓缩于文字之中。对于我这种需要快速掌握核心要点的读者来说，这种风格非常高效。我特别注意到，书中在讲解余数系统原理时，并没有回避其数学上的严谨性，而是循序渐进地引导读者理解其背后的数学逻辑。这一点对于真正想要深入理解某个技术领域的读者而言，至关重要。我尤其感兴趣的是，余数系统与高速数字信号处理的结合点。在如今对实时性和吞吐量有着极高要求的数字系统设计中，任何能够带来性能提升的算法和理论都值得我们去深入研究。这本书，似乎就提供了这样一个契机，让我能够从一个新的维度去审视信号处理中的性能瓶颈。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，首先扑面而来的是一种严谨求实的学术气息。装帧设计虽然没有华丽的插图，但其内涵却足以吸引人。作者在序言和引言部分，就明确了本书的研究目标和贡献，语言精炼，直指核心。作为一个对信号处理领域感兴趣的读者，我一直在寻找能够提供系统性知识、又能启发新思路的读物。而“余数系统”这一概念，在我之前的知识体系中占据的位置并不显著，但其在数学上独具的魅力，以及在解决特定计算难题上的潜力，一直让我心生好奇。这本书，似乎就是为我打开了这扇门。它不仅仅是在介绍一个数学工具，更是在探讨如何用这一工具来革新高速数字信号处理的现有模式，这一点，无疑是极具吸引力的。