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蔡坤宝著 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121047633

商品编码：29397403784

包装：平装

出版时间：2007-08-01

基本信息

书名：数字信号处理(英文版)

定价：39.80元

作者：蔡坤宝著

出版社：电子工业出版社

出版日期：2007-08-01

ISBN：9787121047633

字数：999600

页码：392

版次：1

装帧：平装

开本：

商品重量：0.640kg

编辑推荐

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内容提要

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本书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。全书共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。本书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。
　　本书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。本书尤其适合初步开展数字信号处理课程中英文双语授课的教师与学生选用。

目录

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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 Filtor Structures
　6.1 Description of the Digital Filter Structures
　6.2 Basic Structures for I1R Digital Filters
　　6.2.1 Direct Form
　　6.2.2 Direct Form
　　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
　　6.3.4 Frequency Sampling Form
　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 I]R 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 v
　　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 ILR 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 Depositions
　　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
Appendix F Answers To Partial Problems
References

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责人。多年来致力于*信号的产生与处理、生物组织粘弹性波动的有限元分析、现代信号处理及其应用和人工神经网络等方面的研究工作。十余年来，积极探索和实施中英文双语教学，现任重庆市级精品课程“信

文摘

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序言

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《数字信号处理（英文版）》—— 探索信号世界的奥秘 数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）作为一门跨越通信、控制、图像、音频、生物医学等众多领域的关键技术，早已渗透到现代社会生活的方方面面。从智能手机的通话降噪，到高清电视的图像增强，再到医疗影像的分析诊断，DSP的身影无处不在，驱动着科技的进步，提升着生活的品质。本书旨在深入浅出地阐释数字信号处理的核心概念、基本理论和实用技术，为读者构建一个扎实的DSP知识体系。 本书内容涵盖了DSP的 foundational principles，从最基本的信号与系统理论出发，逐步深入到数字滤波器的设计与实现，再到傅里叶变换在信号分析中的应用，直至更高级的采样理论、量化效应等关键议题。我们相信，只有深刻理解了信号在离散时间域和频率域的转换规律，才能有效地对其进行处理和分析。 第一部分：信号与系统基础 我们将从最根本的概念开始。首先，我们将区分模拟信号与数字信号，探讨数字信号的生成过程，包括采样和量化。理解这两个步骤至关二是数字信号处理的基石。我们将详细介绍采样定理，解释奈奎斯特定理的重要性，并探讨欠采样和过采样可能带来的影响。量化是另一个关键环节，我们将分析量化误差的来源，以及如何通过提高量化精度来改善信号质量。 接着，我们将进入“系统”的范畴。我们将定义线性时不变（LTI）系统，并强调其在DSP中的核心地位。通过卷积运算，我们将揭示LTI系统如何响应输入信号。本书将通过丰富的实例，直观地展示系统的冲激响应，以及如何利用它来预测系统对任意输入信号的输出。我们会探讨不同类型的系统，例如因果系统、稳定系统等，并分析它们各自的特性和应用场景。 第二部分：离散时间傅里叶变换（DTFT）与傅里叶级数 傅里叶变换无疑是信号分析中最为强大的工具之一。本书将重点介绍离散时间傅里叶变换（DTFT），它允许我们将一个离散时间信号分解为一系列不同频率的正弦和余弦分量的叠加。我们将深入理解DTFT的数学形式，并学习如何计算和解释频谱图。频谱图能够揭示信号的频率成分，这对于识别噪声、提取特定频率信息至关重要。 同时，我们也将回顾离散傅里叶级数（DFS），它适用于周期性离散时间信号的分析，并为理解DTFT提供了一个重要的前置概念。我们将探讨DFS与DTFT之间的关系，理解周期信号的频谱是如何离散的，以及非周期信号的频谱是如何连续的。 第三部分：离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT） 在实际的数字信号处理应用中，我们往往需要处理有限长度的离散信号。这就引出了离散傅里叶变换（DFT）。DFT是DTFT在有限长信号上的离散化版本。我们将详细推导DFT的计算公式，并分析其计算复杂度。 直接计算DFT的计算量非常庞大，尤其是在处理长序列时。为了克服这一挑战，本书将重点介绍快速傅里叶变换（FFT）算法。FFT是一类高效计算DFT的算法，它能够极大地降低计算复杂度。我们将深入剖析几种经典的FFT算法，例如Cooley-Tukey算法，并解释其工作原理。掌握FFT算法是进行高效数字信号处理的关键。 第四部分：数字滤波器设计 数字滤波器是DSP的核心应用之一，它们被用来去除不需要的频率成分，或者增强感兴趣的频率成分。本书将深入探讨数字滤波器的两种主要类型：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。 我们将详细介绍IIR滤波器的设计方法，包括巴特沃斯、切比雪夫和椭圆滤波器等经典设计。我们将讨论IIR滤波器的优点（例如高阶数下实现相同的频率响应所需的系数较少）和缺点（例如可能不稳定，相位失真较大）。 接下来，我们将详细介绍FIR滤波器的设计。我们将介绍几种常见的FIR滤波器设计方法，例如窗函数法（包括矩形窗、汉宁窗、海明窗等）和频率采样法。我们将分析FIR滤波器的优点（例如线性相位特性，易于实现稳定）和缺点（例如实现相同的频率响应通常需要更高的阶数）。 本书将指导读者如何根据具体的应用需求，选择合适的滤波器类型，并设计出满足特定频率响应要求的数字滤波器。我们将提供大量的实例，演示如何将设计好的滤波器应用于信号的平滑、去噪、均衡等实际场景。 第五部分：高级主题与应用 除了上述基础内容，本书还将触及一些更高级的DSP主题，为读者打开更广阔的视野。 自适应滤波：我们将介绍自适应滤波器，它们能够根据输入信号的统计特性自动调整自身参数，以实现最佳的滤波效果。自适应滤波器在噪声消除、回声消除、信道均衡等领域有着广泛的应用。我们将探讨几种典型的自适应算法，例如LMS（最小均方）算法。 多速率信号处理：在许多应用中，信号在不同的采样率下进行处理。多速率信号处理技术，例如抽取（decimation）和插值（interpolation），在降低计算复杂度、高效存储和传输信号方面发挥着重要作用。我们将解释抽取和插值的工作原理，以及它们在音频和图像处理中的应用。 谱估计：除了傅里叶变换，我们还将介绍其他谱估计方法，例如Welch方法和AR模型等。这些方法在信号的频谱分析方面提供了更精细或更具鲁棒性的工具，特别是在处理短时信号或带有噪声的信号时。 DSP在具体领域的应用：最后，本书将通过一系列生动具体的应用案例，展示DSP在通信系统（如调制解调、信道编码）、音频处理（如音频压缩、语音识别）、图像处理（如图像增强、目标检测）、以及生物医学工程（如心电图分析、脑电图处理）等领域的广泛应用。这些案例将帮助读者将理论知识与实际问题相结合，深刻体会DSP的强大威力。 学习展望 学习数字信号处理不仅需要掌握数学理论，更需要具备实践操作的能力。本书提供了清晰的原理阐述和丰富的示例，为读者奠定坚实的理论基础。我们鼓励读者通过实际编程（例如使用MATLAB、Python的NumPy/SciPy库等）来验证和应用所学知识，通过动手实践加深理解，最终能够独立地解决实际的DSP问题。 本书适合于电子工程、通信工程、计算机科学、自动化等相关专业的学生，以及对数字信号处理技术感兴趣的从业人员。通过本书的学习，您将能够深刻理解数字信号的本质，掌握处理和分析数字信号的强大工具，并能够将其应用于各种实际问题中，为科技的创新和社会的进步贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的配套资源也相当丰富，虽然我主要聚焦于纸质书的内容，但了解到书中提及的一些算法和理论，通过查阅相关的在线资料和代码实现，能够更直观地理解。作者在编写过程中，似乎特别注重逻辑的连贯性和知识的层层递进，使得即使对于初学者，也能在克服一定困难后，逐步建立起对数字信号处理的宏观认识。书中的习题设计也很有代表性，涵盖了从基础概念到复杂算法的各个方面，能够有效地检验和巩固所学知识，是我进行深入研究的宝贵参考。

评分☆☆☆☆☆

本书在高级主题的探讨上也毫不含糊。例如，在谱估计的部分，作者介绍了经典方法如周期图法，并深入阐述了其局限性，然后引出了更先进的方法，如Welch方法和现代谱估计方法，比如AR模型、ARMA模型等。这些方法在噪声背景下的信号分析中起着关键作用，让我对如何从含有噪声的数据中提取有用的信息有了更深刻的认识。此外，书中还触及了数字信号处理在通信、图像处理等领域的应用实例，这极大地激发了我进一步学习的兴趣，让我看到了理论知识与实际工程的紧密联系。

评分☆☆☆☆☆

在滤波器设计方面，这本书提供了非常全面的视角。从模拟滤波器的基本结构（如巴特沃斯、切比雪夫滤波器）出发，详细介绍了如何将其离散化，设计出数字滤波器。书中重点讲解了无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。对于IIR滤波器，作者深入分析了如何利用双线性变换等方法将模拟滤波器转化为数字滤波器，并讨论了稳定性问题。而对于FIR滤波器，则详细介绍了窗函数法和频率采样法等设计方法，并强调了FIR滤波器具有线性相位响应的优点，这在很多实际应用中是至关重要的。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我印象深刻的是它对离散时间信号和系统的处理方式。作者循序渐进地引入了采样定理、奈奎斯特速率等关键概念，并且非常详细地解释了为什么实际系统中要进行采样，以及采样过程中可能出现的混叠现象。之后，书中详细讲解了离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）的算法原理，包括如何通过蝶形运算来大大提高计算效率。我尝试着跟着书中的例子，在脑海中模拟了一下FFT的计算过程，感觉豁然开朗，这种计算上的优化带来的实际意义简直是革命性的。

评分☆☆☆☆☆

这本《数字信号处理》的英文原版，我拿到手上的时候，就被它扎实的理论功底和清晰的讲解深深吸引了。书的开篇部分，作者非常细致地从连续时间信号和系统的基本概念讲起，无论是傅里叶级数、傅里叶变换，还是拉普拉斯变换，都给出了非常严谨的数学推导，并且配合了大量的图示，使得抽象的数学概念变得直观易懂。我尤其喜欢书中对冲激信号和卷积运算的阐述，这部分是理解线性时不变系统的核心，作者的讲解让我对这两个概念有了前所未有的透彻理解。