數(shù)字信號(hào)處理

前言

　　數(shù)字信號(hào)處理是高等院校電子、信息和通信工程等各類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，很多高校都開設(shè)了該課程。同時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理是一門理論和技術(shù)發(fā)展十分迅速、應(yīng)用非常廣泛的交叉和前沿性學(xué)科，因此，對(duì)該課程的教材和參考書也應(yīng)隨著科技的發(fā)展不斷地從內(nèi)容和講述方法上進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)新時(shí)期數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)與應(yīng)用的需求?！　”緯髡叨嗄陱氖聰?shù)字信號(hào)處理教學(xué)和科研工作，對(duì)教師如何講授，讀者如何學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)處理的基本理論、基本概念和基本算法等方面有切身的體會(huì)。針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)課教學(xué)中存在的問題，在編寫過程中，作者在全書內(nèi)容的取舍、章節(jié)的安排、問題的描述、例題的選用以及算法的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)等方面都進(jìn)行了精心安排。　　本書在系統(tǒng)講解數(shù)字信號(hào)處理基本原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了數(shù)字信號(hào)處理的軟、硬件實(shí)現(xiàn)方法。通過對(duì)MATLAB、DSP和FPGA等實(shí)現(xiàn)方式的討論，讀者可進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理基本理論和工程實(shí)踐的理解。在編寫中，我們把每一章所涉及的MATlLAB函數(shù)、實(shí)現(xiàn)和舉例按節(jié)集中放置于一章，以便于查找和學(xué)習(xí)。全書章節(jié)銜接緊密，內(nèi)容循序漸進(jìn)，安排合理，每章配有典型例題和習(xí)題，以方便講授和自學(xué)?！　∪珪鴥?nèi)容共分10章，概括為兩部分：第一部分包括第1～8章，是數(shù)字信號(hào)處理的基本原理部分；第二部分包括第9、10章，是數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)部分。原理部分的第1～4章主要介紹數(shù)字信號(hào)處理的變換域處理方法，其中第l章講述離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的描述方法以及模擬信號(hào)的數(shù)字處理方法；第2～4章分別討論三種重要的數(shù)學(xué)變換工具，即z變換、離散時(shí)間傅里葉變換和離散傅里葉變換，以及實(shí)現(xiàn)離散傅里葉變換的一種快速計(jì)算方法——快速傅里葉變換等。原理部分的第5～8章主要介紹數(shù)字信號(hào)處理的時(shí)域?yàn)V波理論及設(shè)計(jì)方法，包括IIR數(shù)字濾波器、FIR數(shù)字濾波器、抽樣率變換濾波器以及數(shù)字濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。在數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容中，第9章介紹數(shù)字信號(hào)處理的MATLAB實(shí)現(xiàn)方法，針對(duì)原理部分各種理論和算法，分別給出了具體的MATLAB實(shí)現(xiàn)；第10章介紹數(shù)字信號(hào)處理的硬件實(shí)現(xiàn)方法，重點(diǎn)介紹了基于I）SP芯片和FPGA芯片的數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)方法。

內(nèi)容概要

本書全面、系統(tǒng)地闡述了數(shù)字信號(hào)處理的基本理論、算法以及實(shí)現(xiàn)方法。 全書共10章， 其中第1～4章 講述了數(shù)字信號(hào)處理的變換域理論， 包括離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的介紹、Z變換、離散時(shí)間傅里葉變換、離 散傅里葉變換、快速傅里葉變換及頻率域分析等; 第5～8章講述了數(shù)字信號(hào)處理的時(shí)域?yàn)V波理論， 包括 IIR數(shù)字濾波器、FIR數(shù)字濾波器、抽樣率變換濾波器以及數(shù)字濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等; 第9～10章講述了數(shù) 字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)，包括MATLAB 實(shí)現(xiàn)和硬件實(shí)現(xiàn)等。 本書內(nèi)容豐富、系統(tǒng)性強(qiáng)、概念清晰。 為了 幫助讀者深刻理解基本理論和分析方法， 書中列舉了大量的精選例題， 同時(shí)還給出了各種算法的MATLAB 仿真實(shí)驗(yàn)。 另外， 在各章的最后還附有習(xí)題， 以幫助讀者進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí)。  　　本書可作為電子工程、計(jì)算機(jī)工程、信號(hào)處理以及通信工程等專業(yè)的本科生和非電子通信類研究生教材， 也可作為相關(guān)領(lǐng)域的科技工作者學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)處理理論的參考書。

書籍目錄

緒論 第1章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)   1.1 信號(hào)的分類   1.2 離散時(shí)間信號(hào)   1.3 離散時(shí)間系統(tǒng)   1.4 離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域描述   1.5 模擬信號(hào)的離散化和重構(gòu)   習(xí)題 第2章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析   2.1 Z變換   2.2 逆Z變換   2.3 Z變換的性質(zhì)與定理   2.4 離散時(shí)間傅里葉變換   2.5 離散時(shí)間系統(tǒng)的頻域分析   習(xí)題 第3章 離散傅里葉變換（DFT）   3.1 周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù)   3.2 離散傅里葉變換   3.3 離散傅里葉變換的基本性質(zhì)   3.4 頻域采樣與內(nèi)插   3.5 離散傅里葉變換計(jì)算線性卷積   3.6 離散傅里葉變換進(jìn)行譜分析   習(xí)題 第4章 快速傅里葉變換（FFT）   4.1 直接計(jì)算DFT的運(yùn)算量及改進(jìn)途徑   4.2 時(shí)間抽取法（DIT）基-2 FFT算法   4.3 頻域抽取法（DIF）基-2 FFT算法   4.4 快速傅里葉逆變換（IFFT）算法   4.5 FFT算法的工程實(shí)現(xiàn)考慮   習(xí)題 第5章 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)   5.1 數(shù)字濾波器的基本概念   5.2 模擬濾波器的設(shè)計(jì)   5.3 利用模擬濾波器設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器   習(xí)題 第6章 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)   6.1 線性相位FIR濾波器   6.2 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器   6.3 頻率采樣設(shè)計(jì)法   6.4 FIR濾波器的最優(yōu)化設(shè)計(jì)   6.5 FIR與IIR對(duì)比   習(xí)題 第7章 數(shù)字濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)   7.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的信號(hào)流圖表示   7.2 IIR數(shù)字濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)   7.3 FIR數(shù)字濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)   7.4 格型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)   習(xí)題 第8章 多抽樣率數(shù)字信號(hào)處理   8.1 抽樣率變換的基本理論   8.2 多抽樣率系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)   8.3 用于多抽樣率系統(tǒng)的一類特殊濾波器   習(xí)題 第9章 數(shù)字信號(hào)處理的MATLAB實(shí)現(xiàn) 第10章 數(shù)字信號(hào)處理的硬件實(shí)現(xiàn) 附錄A 數(shù)字信號(hào)處理中常用的MATLAB函數(shù) 附錄B 縮略語 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　?。?）靈活性強(qiáng)。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的參數(shù)預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中，通過改變這些存儲(chǔ)的參數(shù)，就可以方便地改變系統(tǒng)的性能，甚至得到完全不同的系統(tǒng)。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的改變可以通過在線完成，相比之下，改變模擬系統(tǒng)的參數(shù)要困難得多?！　。?）精度高。模擬系統(tǒng)的精度由元器件決定，模擬元器件的精度很難達(dá)到10-3以上。目前數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的運(yùn)算位數(shù)由8位提高到16位、32位甚至更高，14位字長就可達(dá)到10-4的精度。因此，為滿足高精度的要求，高精度測量與處理系統(tǒng)都采用甚至只能采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)?！　。?）可靠性高。模擬系統(tǒng)的元器件都有一定的溫度系數(shù)，而且電信號(hào)是連續(xù)變化的，容易受周圍環(huán)境溫度及噪聲等的影響。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)只有0和1兩個(gè)信號(hào)電平，受周圍環(huán)境、溫度及噪聲的影響較小。目前數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)采用大規(guī)模集成電路，可靠性更高?！　。?）便于大規(guī)模集成。模擬系統(tǒng)采用電感器、電容器等模擬元器件，其選用非常困難，性能也難以達(dá)到要求。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)采用的數(shù)字器件本身具有高度規(guī)范性，便于大規(guī)模集成和生產(chǎn)，產(chǎn)品成品率高，從而降低了系統(tǒng)成本?！　。?）可獲得高性能指標(biāo)。例如，有限長脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的線性相位特性，而模擬系統(tǒng)很難達(dá)到。再如，對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析時(shí)，模擬頻譜儀在頻率低端只能分析到10 Hz以上的頻率，且難以做到高分辨率，但在數(shù)字譜分析中，可作到10-3Hz的譜分析?！　∮捎跀?shù)字信號(hào)處理的突出優(yōu)點(diǎn)，使它在通信、語音、雷達(dá)、地震測報(bào)、聲納、遙感、生物醫(yī)學(xué)等行業(yè)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。

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