9787512421738 實時數字信號處理實踐方法——從理論到實現 北京航空航天大學齣 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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金靖 著

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 實時信號處理
• DSP
• 實踐
• 算法實現
• 工程應用
• 通信
• 控製
• 北京航空航天大學
• 教材

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齣版社： 北京航空航天大學齣版社

ISBN：9787512421738

商品編碼：29453419515

包裝：平裝

齣版時間：2016-08-01

基本信息

書名：實時數字信號處理實踐方法——從理論到實現

定價：35.00元

作者：金靖

齣版社：北京航空航天大學齣版社

齣版日期：2016-08-01

ISBN：9787512421738

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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金靖等編*的《實時數字信號處理實踐方法--從 理論到實現(普通高等教育創新型人纔培養規劃教材) 》介紹瞭實時數字信號處理係統設計和實現的相關理 論、技術和方法。全書共9章，前4章介紹瞭實時數字 信號處理應用基礎及仿真方法，主要包括信號産生與 操作、信號頻譜分析技術、離散時間係統分析與實現 、數字濾波器設計等；後5章介紹瞭實時數字信號處 理係統設計與實現，包括係統組成、軟硬件結構和控 製、摺衷設計、實時算法開發、係統實現的技術手段 等。本書的重點是從信號處理理論到軟硬件實現的映 射過程和轉換方法，並結閤實際應用需求配有大量實 例。
　　本書可作為電子、儀器、自動控製、光學等專業 高年級本科生和研究生的教材或參考書，也可供相關 研究人員和工程師使用。

目錄

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章 離散時間信號 1.1 信號的概念及分類 1.2 基本離散時間信號的錶示 1.3 典型離散信號的錶示 1.4 離散時間信號的基本運算和操作第2章 離散傅裏葉變換和Z 變換 2.1 離散傅裏葉變換 2.2 進行頻譜分析的注意事項 2.3 頻譜分析實例 2.4 Z 變換概述第3章 離散時間係統 3.1 離散時間係統的概念和性質 3.2 離散時間係統的模型 3.3 離散時間係統的結構、分析與實現第4章 數字濾波器設計 4.1 概述 4.2 IIR濾波器設計 4.3 FIR濾波器設計第5章 實時數字信號處理係統概述 5.1 實時數字信號處理係統的特點 5.2 實時數字信號處理係統的基本組成 5.3 實時數字信號處理係統的數字錶示法第6章 實時數字信號處理係統的軟件和硬件結構 6.1 實時數字信號處理係統的通用軟件結構 6.2 硬件描述語言中的典型軟件結構 6.3 實時數字信號處理器的一般硬件結構 6.4 FPGA 的基本硬件結構 6.5 實時數字信號處理係統中的多處理器結構 6.6 數字信號處理器係統的控製第7章 實時數字信號處理係統的摺衷設計 7.1 摺衷設計方法 7.2 軟件和硬件摺衷 7.3 軟件的時間和空間摺衷 7.4 硬件的時間和空間摺衷 7.5 其他類型摺衷第8章 實時數字信號處理算法的開發 8.1 實時數字信號處理算法的概念和性能分析 8.2 實時數字信號處理算法的設計和描述 8.3 實時數字信號處理算法實現的基本步驟第9章 實時數字信號處理係統實現的技術手段 9.1 輸入數據的簡化處理 9.2 算法的優化和簡化 9.3 算法的轉化和移植 9.4 算法的分解 9.5 軟硬件聯閤設計 9.6 通信優化設計 9.7 測試和驗證方法參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《信號的律動：現代通信與控製中的實時數字處理》 概述 在信息爆炸的時代，數據的實時處理能力已成為衡量一個係統先進與否的關鍵指標。從智能手機的流暢通信，到自動駕駛汽車的精準導航，再到醫療設備對生命體徵的實時監測，背後都離不開強大而高效的數字信號處理技術。本書旨在深入探討數字信號處理（DSP）在實時應用場景下的核心原理、關鍵技術以及實踐部署。我們將拂去理論的神秘麵紗，聚焦於工程師在實際項目中所麵臨的挑戰，引導讀者一步步構建起具備強大實時處理能力的數字係統。 內容梗概 本書的架構設計力求全麵而係統，從基礎理論的梳理，到算法的精煉，再到軟硬件的協同設計，層層遞進，旨在為讀者構建一個完整的實時數字信號處理知識體係。 第一部分：實時數字信號處理基礎 1. 數字信號與模擬信號的橋梁：采樣與量化 采樣定理的深層解讀： 我們將超越奈奎斯特定律的錶麵陳述，深入理解其背後的物理意義，探討欠采樣、超采樣等特殊采樣技術在實際應用中的優劣勢。例如，在某些傳感器應用中，為瞭降低 ADC 功耗或提高信噪比，我們會選擇更低的采樣率，但同時需要更復雜的後續數字濾波來恢復信號。 量化誤差與動態範圍： 分析量化誤差對信號保真度的影響，介紹不同的量化策略（如均勻量化、非均勻量化）以及它們在不同應用場景下的適用性。我們將探討如何通過增加量化比特數或采用過采樣加數字濾波（Sigma-Delta 調製）來擴展係統的動態範圍，以處理幅度變化範圍巨大的信號。 抗混疊濾波器的設計與實現： 詳細講解抗混疊濾波器的作用、設計原則以及如何在數字域或模擬域實現。我們會分析不同濾波器類型（如巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器）的特性，以及它們在不同硬件平颱下的實現復雜度。 2. 離散時間係統與捲積：信號的時域變換 LTI 係統的基本性質： 深入剖析綫性時不變（LTI）係統的數學模型，理解其因果性、穩定性等關鍵特性。我們將通過豐富的實例，說明 LTI 係統如何在時域上對輸入信號進行加權求和，即捲積運算。 捲積的計算方法與效率優化： 探討直接捲積、FFT 捲積等不同計算方法，並分析它們在計算復雜度上的差異。對於實時係統而言，FFT 捲積的效率提升至關重要，我們將詳細介紹如何利用快速傅裏葉變換（FFT）算法實現高效的捲積運算，並討論其在長序列處理中的應用。 差分方程與係統響應： 講解差分方程如何描述離散時間係統的行為，並推導係統在不同激勵下的瞬態響應和穩態響應。我們將從差分方程齣發，通過 Z 變換等工具，分析係統的頻率響應和相位響應，從而理解係統如何影響信號的頻譜。 3. 頻率域的洞察：傅裏葉變換與頻譜分析 離散傅裏葉變換（DFT）與快速傅裏葉變換（FFT）： 詳細介紹 DFT 的原理，並重點講解 FFT 算法如何大幅度提高計算效率。我們將討論不同 FFT 算法（如比特反轉、蝶形運算）的實現細節，以及如何根據硬件資源選擇最閤適的 FFT 實現方式。 頻譜泄漏與窗函數： 分析 DFT 在截斷信號時産生的頻譜泄漏現象，並介紹各種窗函數（如漢寜窗、海明窗、布萊剋曼窗）的特性及其在抑製頻譜泄漏中的作用。我們將提供具體的指導，說明如何根據信號的特點和對頻譜分辨率的要求來選擇閤適的窗函數。 功率譜密度（PSD）與能量譜密度（ESD）： 講解如何利用傅裏葉變換計算信號的功率譜密度和能量譜密度，以及它們在信號分析、噪聲評估和係統辨識中的應用。我們將展示如何通過周期圖法、Welch 方法等來估計 PSD，並討論這些方法在處理非平穩信號時的局限性。 第二部分：核心實時處理算法與技術 1. 濾波器的設計與實現 IIR 濾波器設計： 深入探討無限衝激響應（IIR）濾波器的設計方法，包括巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器等。我們將詳細介紹如何根據濾波器規格（如通帶、阻帶、過渡帶寬度、衰減度）來確定濾波器的階數和係數，並討論直接型、級聯型、並聯型等不同結構對計算精度和穩定性的影響。 FIR 濾波器設計： 詳細講解有限衝激響應（FIR）濾波器的設計方法，重點介紹窗函數法和頻率采樣法。我們將分析 FIR 濾波器的綫性相位特性，以及它在對相位失真敏感的應用中的優勢。 自適應濾波器： 介紹自適應濾波器的基本原理，包括最小均方（LMS）算法、歸一化 LMS 算法、遞歸最小二乘（RLS）算法等。我們將重點分析這些算法在噪聲消除、迴聲抑製、信道均衡等場景下的應用，並討論它們在收斂速度、計算復雜度以及穩健性方麵的權衡。 2. 調製與解調技術 幅度調製（AM）與幅度解調： 講解 AM 的原理、優缺點，以及同步解調和包絡檢波等解調方法。 頻率調製（FM）與頻率解調： 深入分析 FM 的特點，以及調頻解調技術（如鑒頻器、PLL）的工作原理。 相位調製（PM）與相位解調： 介紹 PM 的基本概念，以及與 FM 的關係。 數字調製技術（ASK, FSK, PSK, QAM）： 重點講解數字調製技術，包括其基本原理、星座圖、誤碼率性能等。我們將詳細分析 QAM（Quadrature Amplitude Modulation）在現代通信係統中的重要性，並討論其不同階數（如 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM）的性能和應用。 同步技術： 探討在接收端如何實現載波同步和碼元同步，以及這些同步技術在解調過程中的關鍵作用。 3. 相關與匹配濾波 自相關與互相關： 講解自相關函數和互相關函數的定義和性質，以及它們在信號檢測、模式識彆、參數估計等方麵的應用。 匹配濾波器的設計與性能： 深入分析匹配濾波器的原理，並推導齣其最優性。我們將探討如何利用匹配濾波器在噪聲背景下最大化信號的信噪比，以及它在雷達、聲呐等係統中的應用。 捲積的計算優化： 再次強調利用 FFT 加速捲積計算對於實時相關運算的重要性。 第三部分：實時處理的硬件與軟件實現 1. 數字信號處理器（DSP）架構 專用 DSP 芯片的特點： 介紹 DSP 芯片在指令集、內存架構、算術邏輯單元（ALU）等方麵與通用 CPU 的區彆，以及這些特點如何優化信號處理運算。 流水綫、並行處理與哈佛架構： 深入分析 DSP 芯片的流水綫技術、指令級並行、多核處理等技術，以及哈佛架構（獨立的數據總綫和指令總綫）如何提高數據訪問效率。 硬件加速器： 介紹在 DSP 芯片或 FPGA 中常見的硬件加速器，如 DMA 控製器、硬件乘法器、FFT 單元等，以及它們如何分擔 CPU 的計算負擔，實現更高效的實時處理。 2. FPGA 在信號處理中的應用 FPGA 的可編程性與並行性： 闡述 FPGA 靈活的硬件結構和大規模並行計算能力如何使其成為實時信號處理的理想平颱。 HDL 語言（Verilog/VHDL）與高層綜閤（HLS）： 講解使用 Verilog 或 VHDL 進行硬件描述，以及通過 HLS 工具直接將 C/C++ 代碼轉換為硬件描述語言，從而加速開發流程。 IP 核的設計與集成： 介紹如何利用現有的 IP 核（如 FFT IP、FIR IP）來快速構建復雜的信號處理係統。 實時性約束與資源管理： 討論在 FPGA 設計中如何處理時序約束，優化資源利用率，確保係統滿足實時性要求。 3. 嵌入式係統中的實時軟件開發 實時操作係統（RTOS）的應用： 講解 RTOS 在任務調度、中斷處理、多任務同步等方麵如何為實時信號處理提供必要的軟件支持。 多綫程與進程間通信： 分析在嵌入式係統中如何利用多綫程和進程間通信機製來組織和管理信號處理任務。 低功耗設計與優化： 探討在資源受限的嵌入式環境中，如何通過算法優化、代碼優化和硬件特性利用來實現低功耗目標。 算法的硬件映射與優化： 講解如何將理論算法有效地映射到具體的硬件平颱，並根據硬件特性進行優化，以達到最佳的實時性能。 第四部分：實際應用案例與工程實踐 1. 通信係統中的實時處理： 軟件定義無綫電（SDR）： 介紹 SDR 的架構，以及如何利用 DSP 和 FPGA 實現靈活的無綫通信係統，包括基帶信號的生成與解調、信道編碼與解碼。 OFDM 係統： 深入講解正交頻分復用（OFDM）的原理，及其在 Wi-Fi、LTE 等現代無綫通信中的應用，並分析 FFT/IFFT 在 OFDM 中的關鍵作用。 噪聲抑製與乾擾消除： 探討在惡劣通信環境下，如何利用自適應濾波、譜減法等技術來提高信號質量。 2. 控製係統中的實時處理： 數字 PID 控製器： 講解如何將模擬 PID 控製器轉換為數字域實現，並分析其在電機控製、機器人控製等領域的應用。 狀態估計與卡爾曼濾波器： 介紹卡爾曼濾波器及其變種（如擴展卡爾曼濾波器 EKF）在處理傳感器噪聲、估計係統狀態方麵的應用，例如在導航和目標跟蹤係統中。 運動控製算法： 討論在伺服係統、工業機器人等應用中，如何實時處理傳感器反饋信號，並生成控製指令。 3. 音頻與圖像處理的實時挑戰： 音頻編解碼： 講解 MP3、AAC 等音頻編碼標準背後的 DSP 原理，以及實時編解碼器的設計。 圖像采集與預處理： 討論在相機、視頻監控等係統中，如何實時采集圖像，並進行降噪、銳化、色彩校正等預處理。 目標檢測與跟蹤： 簡要介紹實時目標檢測和跟蹤算法在安防、自動駕駛等領域的應用。 本書特色 理論與實踐並重： 緊密結閤理論知識與實際工程應用，提供豐富的代碼示例和硬件實現思路。 深入剖析核心算法： 詳細講解各類 DSP 算法的數學原理、計算方法和性能特點。 關注硬件實現： 深入探討 DSP 芯片和 FPGA 在信號處理中的應用，幫助讀者理解軟硬件協同設計。 案例豐富多樣： 涵蓋通信、控製、音頻、圖像等多個領域的實際應用，幫助讀者將所學知識融會貫通。 麵嚮工程實踐： 聚焦於工程師在實際項目中可能遇到的問題，提供解決思路和工程經驗。 目標讀者 本書適閤對數字信號處理感興趣的電子工程、通信工程、自動化、計算機科學等專業的學生，以及從事相關領域研發的工程師和技術人員。特彆是那些希望深入理解實時數字信號處理技術，並將其應用於實際項目中的讀者，本書將是不可多得的參考。 通過閱讀本書，您將能夠： 深刻理解實時數字信號處理的基本原理和核心算法。 掌握如何設計和實現各種濾波器、調製解調器等關鍵模塊。 瞭解 DSP 芯片和 FPGA 在信號處理中的優勢和應用。 能夠運用所學知識解決實際工程中的信號處理問題。 構建和優化具有高性能實時處理能力的數字係統。 讓我們一同踏上這場探索信號律動的旅程，掌握數字世界的脈搏，賦能未來的創新科技。

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最近在研究一種新的通信協議，其中涉及到大量的信號調製和解調過程。傳統的信號處理方法在速度和效率上已經無法滿足要求，我迫切需要掌握實時數字信號處理的技術，以便能夠高效地對接收到的信號進行處理，並在極短的時間內完成信息的提取。這本書的齣現，恰好滿足瞭我的這一需求。我非常看重書中“從理論到實現”的敘述方式，我希望它能清晰地闡述各種實時信號處理算法背後的數學原理，並且詳細地講解如何在實際的工程中實現這些算法。我尤其期待書中能夠涵蓋一些與通信係統相關的實時信號處理技術，比如自適應濾波、同步技術、以及信道估計等。我猜測書中可能會介紹一些常用的DSP芯片或者FPGA的開發流程，以及如何利用這些硬件平颱來實現高速的信號處理。我希望這本書能夠幫助我理解如何將抽象的理論概念轉化為具體的工程實現，從而能夠獨立完成通信係統中的信號處理模塊的設計和開發。總而言之，我希望通過閱讀這本書，能夠全麵提升我在實時數字信號處理領域的理論水平和實踐能力，為我的研究和工作提供有力的支持。

評分☆☆☆☆☆

這本《9787512421738 實時數字信號處理實踐方法——從理論到實現 北京航空航天大學齣》的齣現，簡直是解瞭我燃眉之急！最近在做項目，需要處理大量的傳感器數據，傳統的信號處理方法感覺不夠及時，而且很多理論知識點雖然看過，但一到實際應用就抓瞎，不知道如何下手。這本書的光看名字就覺得非常有針對性，“實時”、“實踐”、“從理論到實現”，這幾個關鍵詞簡直就是為我量身定做的。我一直覺得，學習技術最怕的就是紙上談兵，理論再紮實，如果不能落地，那終究是空中樓閣。我非常期待它能提供一套清晰的、可操作的流程，讓我能夠快速理解實時數字信號處理的核心概念，並且能夠將這些概念轉化為實際的代碼和算法。特彆是“從理論到實現”這一點，我希望它不僅僅是羅列一些公式和算法，更能深入淺齣地講解每個步驟背後的原理，以及在不同場景下如何選擇和優化算法。我很想知道書中是否會涉及一些常用的實時信號處理的工具和平颱，比如DSP芯片、FPGA或者一些嵌入式係統，畢竟實際操作離不開這些硬件的支持。這本書如果能在這方麵提供一些指導，那就太棒瞭！總之，我迫切希望它能成為我攻剋實時信號處理難題的得力助手，讓我能把理論知識真正轉化為生産力，為我的項目添磚加瓦。

評分☆☆☆☆☆

我是一名剛剛入行的嵌入式開發工程師，目前負責一個需要進行聲學信號采集和分析的項目。項目要求能夠實時地識彆不同的聲音模式，並做齣相應的反應，例如區分人聲、環境噪聲以及特定的警報聲。這對我來說是一個巨大的挑戰，因為我之前在學校裏接觸到的信號處理知識大多是理論層麵的，對於如何在資源受限的嵌入式係統中實現高效的實時處理，我感到非常迷茫。這本書的齣版，對我來說簡直就像一束光，照亮瞭我前行的道路。我非常希望能從這本書中學習到如何將理論中的DSP算法，例如FIR、IIR濾波器，以及FFT等，有效地移植到嵌入式平颱，並且如何對其進行優化，以滿足實時的處理需求。我尤其關注“實踐方法”的部分，我希望它能提供一些具體的步驟和技巧，告訴我如何進行係統設計、如何選擇閤適的硬件、如何編寫高效的代碼，以及如何進行性能的評估和調試。如果書中能提供一些針對嵌入式環境的實時信號處理案例，比如聲紋識彆、噪聲消除等，那我將受益匪淺。我相信，通過深入學習這本書，我能夠快速掌握實時數字信號處理的關鍵技術，為我的項目成功奠定堅實的基礎，也為我未來的職業發展打下堅實的根基。

評分☆☆☆☆☆

我在一個自動化控製係統的開發團隊中工作，負責處理來自各種傳感器（如編碼器、陀螺儀、加速度計等）的實時數據。這些數據需要被快速準確地分析，以便係統能夠及時做齣相應的控製決策。然而，傳統的信號處理方法往往存在一定的延遲，這對於需要高精度和高響應速度的自動化控製係統來說是不可接受的。這本書的標題“實時數字信號處理實踐方法——從理論到實現”吸引瞭我，因為它精準地觸及瞭我所麵臨的痛點。我非常渴望從書中學習到如何優化信號處理算法，以降低延遲，並提高處理效率。我希望書中能夠詳細講解一些適用於實時係統的信號處理技術，比如濾波器設計、采樣率轉換、以及一些針對特定傳感器信號的處理方法。更重要的是，我期待書中能夠提供實際的實現案例和代碼示例，讓我能夠將學到的理論知識快速應用到我的項目中。我希望這本書能夠幫助我理解如何在硬件層麵優化信號處理的性能，以及如何進行有效的係統集成和調試。通過這本書，我希望能為我的自動化控製係統帶來更快的響應速度和更高的控製精度，從而提升整個係統的性能和可靠性。

評分☆☆☆☆☆

老實說，在接觸到這本書之前，我對“實時數字信號處理”這個概念的理解一直比較模糊，總覺得它是一個非常高深且遙不可及的領域。我過去接觸的信號處理大多是離綫分析，比如對錄製的音頻文件進行降噪，或者對采集的圖像進行濾波。但現在的工作需要我處理動態變化的信號，比如雷達迴波、生物電信號等等，這些信號要求在接收到的瞬間就進行分析和決策，稍有延遲都可能導緻嚴重後果。所以，尋找一本能夠係統講解實時處理原理，並且提供實踐指導的書籍，對我來說至關重要。我聽說這本書的作者來自北京航空航天大學，這讓我對它的學術嚴謹性和前沿性充滿瞭信心。我特彆關注的是書中對於“實踐方法”的闡述，我希望能學到如何在實際的硬件平颱上實現這些算法，包括對計算資源的優化、對時延的控製以及如何處理可能齣現的各種噪聲和乾擾。我猜測書中可能會介紹一些經典的實時濾波算法、快速傅裏葉變換（FFT）的實時實現方法，以及一些用於目標檢測和跟蹤的算法。如果它還能包含一些代碼示例，那就更完美瞭！我非常期待通過這本書，能夠建立起一個完整的實時信號處理的知識體係，並且掌握一套切實可行的實踐技巧，將理論知識轉化為實際的工程能力。