數字信號處理(贈授課用電子教案) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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唐嚮宏 著

圖書標籤:

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• 信號處理
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• 工程
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• 控製
• 數學
• 算法
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店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040202243

商品編碼：29692657672

包裝：平裝

齣版時間：2006-12-01

基本信息

書名:數字信號處理(贈授課用電子教案)

：28.40元

售價：19.3元,便宜9.1元,摺扣67

作者:唐嚮宏

齣版社：高等教育齣版社

齣版日期：2006-12-01

ISBN：9787040202243

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.409kg

編輯推薦

內容提要

本書係統討論數字信號處理的基本理論、基本算法和基本實現方法，注重基本概念、基本方法的講解，壓縮瞭繁瑣的理論推導，所列舉的大量典型示例注重理論聯係實際，例題、習題緊扣基本概念、基本原理、基本方法的應用，內容通俗易懂、易教易學。
全書共8章，主要涉及離散時間係統的基本特徵、連續時間信號的抽樣、離散時間係統的變換域分析方法、離散係統結構、快速傅裏葉變換（FFT） 以及IIR和FIR數字濾波器的理論和設計方法等內容。結閤各章節的內容，介紹瞭相應的MATLAB信號處理工具箱函數，給齣有關的仿真程序。
本書可作為大專院校電氣信息類專業的教材，也可作為在通信工程、電子信息工程、自動控製工程、圖像處理、語音處理等領域從事信號處理的科技工作者的參考書。

目錄

緒論
章 離散時間信號與係統
1.1 離散時間信號與序列運算
1.2 離散時間係統
1.3 連續時間信號的抽樣
1.4 本章相關的MATLAB命令及應用
小結
習題
第2章 離散係統的變換域分析——z變換
2.1 Z變換與Z逆變換
2.2 離散係統的係統函數與係統特性的描述
2.3 係統的頻率響應與係統濾波特性
2.4 Z變換和拉氏變換的關係
2.5 本章相關的MATLAB命令及應用
小結
習題
第3章 離散係統的頻域分析——傅裏葉變換
3.1 非周期序列的傅裏葉變換及性質
3.2 周期序列的離散傅裏葉級數（DFS）及性質
3.3 有限長序列的離散傅裏葉變換（DFT）
3.4 頻域抽樣理論
3.5 利用DFT對連續時間信號處理時應注意的問題
3.6 本章相關的 MATLAB命令及應用
小結
習題
第4章 數字濾波器的基本結構
4.1 數字濾波器類型及結構錶示訪求
4.2 無限長單位衝激響應（IIR）濾波器的基本結構與特點
4.3 有限長單位衝激響應（FIR）濾波器的基本結構與特點
4.4 數字濾波器的格型結構
4.5 本章相關的MATLAB命令及應用
小結
習題
第5章 快速傅裏葉變換
5.1 快速計算DFT的改進途徑
5.2 按時間抽選（DIT）的基-2FFT算法
5.3 按頻率抽選（DIF）的基-1FFT算法
5.4 離散傅裏葉逆變換（IDFT）的快速算法
5.5 數字信號處理的FFT實驗
5.6 綫性調叔Z變換（Chirp-z變換）算法
5.7 本章相關的MATLAB命令及應用
小結
習題
第6章 無限長單位衝激響應（IIR）數字濾波器的設計方法
6.1 數字濾波器的設計步驟
6.2 模擬濾波器的數字化設計IIR數字濾波器
6.3 頻率變換法設計IIR數字濾波器——模擬域頻率變換法
6.4 頻率變換法設計IIR數字濾波器——數字域頻率變換法
6.5 本章相關的MATLAB命令及應用
小結
習題
第7章 有限長單位衝激響應（FIR）數字濾波器的設計方法
第8章 離散信號處理係統設計分析及有限字長效應
附錄A 常用模擬低通濾波器設計方法
附錄B MATLAB使用簡介
參考文獻

作者介紹

文摘

序言

數字信號處理（贈授課用電子教案） 一、 引言 在信息爆炸的時代，數字信號處理（DSP）已成為一門核心技術，深刻影響著通信、音頻、視頻、醫療、科研等各個領域。從我們日常使用的手機、電視，到精密復雜的醫療成像設備、高精度導航係統，背後都離不開對數字信號的精妙處理。本書旨在係統、深入地介紹數字信號處理的基本原理、核心算法及其在實際中的應用，為讀者構建堅實的理論基礎和實踐能力。 本書的獨特之處在於，我們不僅僅提供瞭豐富的理論知識，還貼心附贈瞭專門為授課設計的電子教案。這套電子教案涵蓋瞭章節重點、教學思路、習題解析、實驗指導等內容，能夠極大地便利教師的教學工作，使課堂更加生動高效；同時，對於自學讀者而言，電子教案也提供瞭清晰的學習路徑和重要的提示，能夠幫助讀者更好地理解和掌握書中的知識。 二、 數字信號處理概述 數字信號處理是研究如何用數字計算機和數字電路對信號進行分析、變換、恢復、增強、壓縮、識彆等操作的學科。它與模擬信號處理相比，具有精度高、穩定性好、易於實現復雜功能、便於存儲和傳輸等優勢，因此在現代科技領域占據瞭不可替代的地位。 1. 信號的分類 連續信號（模擬信號）：信號在時間和幅度上都是連續變化的，例如我們耳朵聽到的聲音、相機捕捉的光綫。 離散信號（數字信號）：信號在時間和幅度上都是離散的，通常是通過對連續信號進行采樣（時域離散化）和量化（幅度離散化）得到的。 2. 數字信號處理係統的基本組成 一個典型的數字信號處理係統通常包括以下幾個部分： 信號源：産生需要處理的原始信號。 模數轉換器（ADC）：將模擬信號轉換為數字信號。 數字信號處理器（DSP）：執行各種數字信號處理算法。 數模轉換器（DAC）：將處理後的數字信號轉換迴模擬信號（如果需要）。 輸齣設備：顯示或播放處理後的信號。 3. 數字信號處理的意義與應用 DSP技術的普及極大地推動瞭科技進步和社會發展。其應用領域幾乎覆蓋瞭所有與信號相關的行業： 通信係統：移動通信、互聯網、衛星通信中的信號調製解調、信道編碼、噪聲抑製等。 音頻處理：MP3壓縮、降噪、迴聲消除、語音識彆、音頻特效等。 圖像與視頻處理：圖像壓縮（JPEG, MPEG）、圖像增強、目標識彆、人臉識彆、視頻編解碼等。 醫療領域：醫學影像分析（CT, MRI）、生物信號處理（心電圖ECG, 腦電圖EEG）、藥物研發等。 科學研究：地震波分析、天文信號處理、粒子物理實驗數據分析等。 自動控製：傳感器信號處理、控製器設計等。 三、 離散時間信號與係統 理解數字信號處理，首先需要掌握離散時間信號的數學描述以及它們所遵循的基本規律。 1. 離散時間信號的錶示 序列（Sequence）：離散時間信號通常錶示為一列數值，用 $x[n]$ 錶示，其中 $n$ 是離散時間索引。 基本序列： 單位脈衝序列（Unit Impulse Sequence）：$delta[n] = {1 ext{ if } n=0, 0 ext{ otherwise}}$。它是離散信號的基礎，許多信號可以錶示為脈衝序列的加權和。 單位階躍序列（Unit Step Sequence）：$u[n] = {1 ext{ if } n ge 0, 0 ext{ otherwise}}$。 指數序列（Exponential Sequence）：$a^n u[n]$。 正弦/餘弦序列（Sinusoidal Sequences）：$A cos(omega_0 n + phi)$ 或 $A sin(omega_0 n + phi)$。 序列運算：加法、乘法、移位、翻轉、尺度變換等。 2. 離散時間係統的錶示 係統（System）：接收輸入信號，産生輸齣信號的變換器。 綫性時不變（LTI）係統：這是數字信號處理中最重要的一類係統，其性質包括： 疊加性（Superposition）：對多個輸入的響應之和等於各個輸入單獨響應之和。 時移不變性（Time-Invariance）：輸入信號的延遲等於輸齣信號的相應延遲。 捲積（Convolution）：LTI係統的核心運算。輸入信號與係統衝激響應的捲積決定瞭係統的輸齣。 離散捲積公式：$y[n] = x[n] h[n] = sum_{k=-infty}^{infty} x[k] h[n-k]$。 3. 離散時間係統的基本分類 因果性（Causality）：係統的輸齣僅依賴於當前及過去的輸入。 穩定性（Stability）：對於任意有界的輸入，係統的輸齣也是有界的。 記憶性（Memory）：係統是否需要存儲過去的輸入信息。 可逆性（Reversibility）：係統是否可以被其逆係統所抵消。 遞推性（Recursiveness）：係統的輸齣是否依賴於過去的輸齣（反饋）。 四、 傅裏葉分析 傅裏葉分析是理解和分析信號頻譜特性的強大工具，也是數字信號處理的核心數學理論之一。 1. 傅裏葉級數（Fourier Series） 用於錶示周期信號。一個周期信號可以錶示為一係列正弦和餘弦分量的綫性組閤。 連續時間傅裏葉級數（CTFS）：適用於連續時間周期信號。 離散時間傅裏葉級數（DTFS）：適用於離散時間周期信號。 2. 傅裏葉變換（Fourier Transform） 用於錶示非周期信號的頻譜特性。它將信號從時域變換到頻域。 連續時間傅裏葉變換（CTFT）：將連續時間信號變換到連續頻域。 離散時間傅裏葉變換（DTFT）：將離散時間（非周期）信號變換到連續頻域（周期）。這是理解數字信號頻譜的關鍵。 $X(e^{jomega}) = sum_{n=-infty}^{infty} x[n] e^{-jomega n}$ 傅裏葉變換的性質：綫性、時移、頻移、捲積定理、微分/差分性質等，這些性質在信號處理中非常有用。 3. 離散傅裏葉變換（DFT） DFT是將一個有限長的離散時間信號變換到離散頻域。它是計算機實現傅裏葉分析的基礎。 DFT定義：對於長度為 $N$ 的信號 $x[n]$（$0 le n le N-1$），其DFT為： $X[k] = sum_{n=0}^{N-1} x[n] e^{-j 2pi kn/N}$, $0 le k le N-1$ IDFT（離散傅裏葉逆變換）：將頻域的DFT結果轉換迴時域。 快速傅裏葉變換（FFT）：一種高效計算DFT的算法，極大地降低瞭計算復雜度，使得大規模的頻譜分析成為可能。 五、 Z變換 Z變換是離散時間信號和小波信號分析的通用工具，它將離散時間信號映射到一個復變量 $z$ 的復平麵上，從而提供瞭比DTFT更強大的分析能力，特彆是在係統分析方麵。 1. Z變換的定義 單邊Z變換：$X(z) = sum_{n=0}^{infty} x[n] z^{-n}$ 雙邊Z變換：$X(z) = sum_{n=-infty}^{infty} x[n] z^{-n}$ 收斂域（ROC）：Z變換收斂的 $z$ 平麵區域。ROC是Z變換的一個重要屬性，它決定瞭逆Z變換的唯一性，並與係統的因果性和穩定性直接相關。 2. Z變換的性質 Z變換具有許多重要的性質，使得它在係統分析中非常方便： 綫性性 時移性 尺度變換 捲積定理：在Z域，時域的捲積對應於頻域的乘積。 差分方程與Z變換：綫性常係數差分方程（LCCD）可以很容易地通過Z變換轉化為代數方程，從而方便地求解係統響應。 3. LTI係統的Z變換分析 係統函數（Transfer Function）：對於LTI係統，其係統函數 $H(z)$ 定義為零輸入下輸齣的Z變換與輸入的Z變換之比。 $H(z) = Y(z) / X(z)$ 係統函數與衝激響應：係統函數 $H(z)$ 是係統衝激響應 $h[n]$ 的Z變換。 係統穩定性與因果性：通過分析係統函數的極點（poles）在復平麵上的位置，可以判斷係統的穩定性。如果所有極點都在單位圓內，則係統穩定。如果係統函數沒有負指數項，則係統是因果的。 六、 數字濾波器設計 濾波器是數字信號處理中非常重要的組成部分，用於選擇性地去除或保留信號中的某些頻率成分。 1. 濾波器的基本概念 理想濾波器：在通帶內完全允許信號通過，在阻帶內完全阻止信號通過，在截止頻率處有無限陡峭的過渡。 實際濾波器：由於物理和數學上的限製，實際濾波器隻能逼近理想濾波器，存在通帶紋波、阻帶衰減、過渡帶等。 2. 數字濾波器的分類 無限衝激響應（IIR）濾波器：其衝激響應理論上是無限長的，通常使用遞歸結構實現，計算量較小，對濾波器性能要求較高時常用。 有限衝激響應（FIR）濾波器：其衝激響應是有限長的，不使用遞歸結構，具有綫性相位特性，易於實現，穩定性好，但需要更多的係數來實現相同的頻率響應。 3. 濾波器設計方法 IIR濾波器設計： 模擬濾波器原型法：如巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）、橢圓（Elliptic）濾波器，通過模擬濾波器的設計再進行脈衝不變法或雙綫性變換法映射到數字域。 直接設計法：如窗函數法（用於FIR）、頻率采樣法等。 FIR濾波器設計： 窗函數法：通過截斷無限長的理想濾波器頻譜得到有限長度的濾波器係數。常用的窗函數有矩形窗、漢寜窗、海明窗、布萊剋曼窗等。 頻率采樣法：直接在頻域指定濾波器頻率響應，然後通過IDFT得到時域係數。 最優化設計法：如Parks-McClellan算法，可以設計齣在特定誤差範圍內最佳的FIR濾波器。 七、 數字信號處理的應用實例 本書的理論知識最終將通過具體的應用實例得以體現，幫助讀者理解DSP如何在實際中發揮作用。 1. 通信係統中的DSP 調製與解調：AM, FM, PSK, QAM等信號的生成與恢復。 信道編碼與解碼：糾錯碼的設計與實現，提高傳輸可靠性。 均衡器：補償信道失真，提高信號質量。 自適應濾波器：用於噪聲消除、迴聲消除、信號預測等。 2. 音頻信號處理 音頻編解碼：MP3, AAC等有損壓縮算法。 音頻效果處理：混響、均衡、壓縮、降噪等。 語音識彆與閤成：將語音信號轉換為文本，或將文本轉換為語音。 3. 圖像與視頻處理 圖像增強：對比度增強、銳化、去模糊。 圖像壓縮：JPEG, PNG等。 視頻編解碼：MPEG, H.264等。 目標檢測與跟蹤。 八、 總結與展望 數字信號處理是一門快速發展且應用廣泛的學科。本書從基礎理論到核心算法，再到實際應用，力求為讀者提供一個全麵而深入的學習體驗。所附贈的授課用電子教案，更是旨在降低學習門檻，提高教學效率，使理論與實踐相結閤。 未來，隨著硬件計算能力的不斷提升和算法的不斷創新，數字信號處理將在人工智能、物聯網、5G/6G通信、生物醫學工程等前沿領域扮演越來越重要的角色。掌握數字信號處理的核心技術，將為讀者在這些新興領域的發展奠定堅實的基礎。 希望本書及配套教案能成為您學習和探索數字信號處理世界的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

老實說，我購買這類技術書籍時，最看重的是它是否能提供一個完整的學習生態，而不僅僅是一本死闆的教材。這本書在這方麵給我帶來瞭驚喜。書中的內容設計似乎是為自學者量身定做的。比如，在每一個核心章節的末尾，都設置瞭不同難度的練習題，這些題目不僅僅是簡單的計算，很多還涉及到瞭對概念的深入理解和應用場景的分析。更重要的是，它提供瞭一個清晰的學習路徑指引。我感覺作者仿佛站在我的身後，時刻提醒著我“在進行下一步學習前，請確保你已經掌握瞭XX點”。這種結構上的引導，極大地增強瞭自學時的自信心和方嚮感。它不是強行灌輸知識，而更像是一個經驗豐富的導師，帶著你一步步穿越迷霧，到達知識的高地，這種陪伴感，在厚厚的技術書中是相當難得的品質。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實讓人眼前一亮，封麵那種深邃的藍色調，配上醒目的白色字體，既有學術的嚴謹感，又不失現代的簡潔。初次拿到手裏時，能感覺到紙張的分量，不是那種輕飄飄的感覺，而是很有質感的，這讓人對裏麵的內容充滿瞭期待。我記得當時是在一個非常嘈雜的咖啡館裏翻開的，但書頁在手中那種紮實的觸感，似乎能瞬間將我從外界的喧囂中抽離齣來，專注到文字本身。內頁的排版也做得非常用心，字體大小適中，行距閤理，長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。特彆欣賞的是，作者在關鍵概念的闡述旁，常常會用一些小圖標或者不同的顔色來突齣重點，這種視覺引導非常有效，幫助讀者快速抓住核心要點。這種對細節的打磨，體現瞭齣版方在教材製作上的專業和對讀者的尊重。我個人覺得，對於一本技術類書籍來說，良好的閱讀體驗是成功的一半，而這本書顯然在這方麵下足瞭功夫，光是翻閱的愉悅感，就足以讓人想要立刻投入學習之中。

評分☆☆☆☆☆

這本書的章節組織結構非常邏輯嚴密，體現瞭作者深厚的教學功底。我尤其贊賞它對“連續時間信號”和“離散時間信號”的過渡處理。很多教材往往在介紹完連續信號的拉普拉斯變換後，就倉促地跳到Z變換和離散係統，中間的橋梁搭建得非常薄弱，導緻讀者對“離散化”的本質理解不深。這本書花費瞭相當的篇幅，用大量的對比圖和數學推導來展示這種“時域離散化”和“頻域映射”是如何自然發生的。這種循序漸進、步步為營的編排，使得我對信號處理的全局觀建立得非常穩固，而不是零散地記憶各個變換的公式。每次學習一個新概念，都能清晰地看到它與前麵知識點的聯係，這對於構建牢固的知識體係至關重要。讀完一章後，會有一種“原來如此，一切都是環環相扣的”豁然開朗的感覺。

評分☆☆☆☆☆

作為一名已經工作多年的軟件工程師，我目前正在轉崗到嵌入式係統領域，需要快速惡補DSP的基礎知識以便理解底層算法的實現。我發現這本書的理論深度是完全夠用的，但它的“工程化”視角尤其吸引我。很多教科書在推導完公式後就戛然而止，留給讀者自己去琢磨如何將其映射到實際的硬件資源限製中去。這本書則不然，它在講解完快速傅裏葉變換（FFT）的原理後，緊接著就討論瞭FFT在定點運算係統中的精度損失和優化技巧，甚至提到瞭流水綫操作對計算效率的影響。這種與實際硬件資源和實時性約束緊密結閤的論述方式，對我這種需要立刻將知識轉化為生産力的人來說，價值巨大。它不僅僅是告訴我“怎麼算”，更重要的是在告訴我“在資源有限的情況下，應該如何高效地、正確地計算”。這種麵嚮應用的深度剖析，是很多偏重理論的教材所欠缺的。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在校的電子信息專業本科生，這本書是我暑期預習數字信號處理（DSP）課程時選用的參考資料。坦白說，我之前對DSP這個領域是相當畏懼的，感覺公式多、概念抽象，像是高牆難以逾越。然而，這本書的敘事方式卻齣乎意料地平易近人。它沒有一上來就拋齣復雜的傅裏葉變換或Z變換，而是從一個非常直觀的“為什麼要對信號進行數字化處理”的工程問題齣發，層層遞進。舉例來說，當講到采樣定理時，作者引用瞭一個關於音樂錄製和圖像分辨率的生動類比，讓我立刻明白瞭“欠采樣”帶來的後果，而不是死記硬背數學公式。作者在解釋捲積和濾波器設計時，更是大量運用瞭圖形化的解釋，那些動態的波形變化圖，比純文字的描述要清晰一百倍。對我這種偏嚮實踐和視覺學習的人來說，這種教學方法簡直是醍醐灌頂，極大地降低瞭我對DSP的恐懼感，讓我感受到瞭理論背後的實用價值。