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出版者:西北工业大学出版社

作者:范世贵

出品人:

页数:346

译者:

出版时间:2006-7

价格:29.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787561214619

丛书系列:

图书标签:

• 信号与系统
• 线性系统
• 信号处理
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• 数学基础
• 工程数学
• 电子工程
• 高等教育

深入探索数字世界的基础：一窥《离散时间信号处理》的精彩内容 本书《离散时间信号处理》并非一本关于经典的连续时间系统分析的著作，它完全聚焦于现代信息技术、通信和控制领域的核心——离散时间系统。本书旨在为读者构建一个坚实的基础，理解如何对采样后的信号进行高效、精确的处理，并深入探讨支撑这一切的数学工具和实际应用。 第一部分：离散时间信号与系统的基础构建 本书的开篇部分，将读者从连续世界的概念中抽离出来，直接步入离散时间的殿堂。我们首先详细阐述了离散时间信号的定义、表示方法，以及如何通过采样将连续信号转化为离散信号。对于采样过程，书中不仅讲解了理想采样，更会深入分析混叠（Aliasing）现象的成因、影响以及避免策略，这是实际工程中必须掌握的关键知识点。 接下来，我们引入了离散时间系统的概念。与连续系统使用微分方程描述不同，本书的核心是线性常系数差分方程（LCCDE）。我们将系统响应分解为零输入响应和零状态响应，并引入了卷积和作为分析线性时不变（LTI）系统的基石。书中将用大量的实例来展示如何通过分析系统的脉冲响应来完全刻画一个LTI系统。 为了简化运算和分析，本书引入了两种至关重要的变换工具：Z变换和离散时间傅里叶变换（DTFT）。Z变换作为复变函数的强大工具，使得分析系统的稳定性和因果性变得直观。我们详细讨论了Z变换的收敛域（ROC）概念及其物理意义，并列举了常见信号序列的Z变换对。DTFT则被视为傅里叶分析在离散时间领域的延伸，帮助我们理解信号在离散频率域上的分布特性。 第二部分：频率分析与系统特性的深度剖析 当信号被数字化后，频率分析变得尤为重要。《离散时间信号处理》将大量的篇幅投入到离散傅里叶变换（DFT）及其高效实现算法——快速傅里叶变换（FFT）上。我们不仅阐释了DFT的数学推导，更重要的是，探讨了FFT在实际计算中的效率优势，并分析了在有限点数DFT下可能出现的频谱泄漏问题及其缓解措施（如加窗技术）。 系统特性的分析，尤其是频率响应，是本书的另一重点。通过计算系统的Z变换在单位圆上的取值，我们可以直接观察系统对不同频率信号的增益和相位延迟。书中将系统分类为低通、高通、带通滤波器，并详细分析了IIR（无限脉冲响应）和FIR（有限脉冲响应）滤波器的基本结构和性能差异。 第三部分：滤波器设计——从理论到实践的桥梁 滤波器设计是离散时间信号处理中最具实践价值的部分。本书将引导读者掌握两种主要的滤波器设计范式： 1. 无限脉冲响应（IIR）滤波器设计： 重点介绍如何利用已有的模拟滤波器设计方法（如巴特沃斯、切比雪夫）通过双线性变换法或脉冲不变法映射到离散时间系统。书中会详细比较这两种映射方法的优缺点及其对频率响应的影响。 2. 有限脉冲响应（FIR）滤波器设计： FIR滤波器以其线性相位特性（无群延迟失真）而在许多应用中占据优势。本书将深入讲解窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗）的设计原理，以及更精确的频率采样法和Parks-McClellan等波纹优化算法（仅作介绍）。读者将学会如何根据所需的通带、阻带衰减和过渡带宽度，选择合适的滤波器阶数和窗函数。 第四部分：高级主题与现代应用视角 为了拓宽读者的视野，本书在最后部分引入了一些前沿且实用的高级主题。 首先是多相分解与子带编码。这是现代高效编解码器（如音频、视频）的基础，它允许我们将复杂的滤波操作分解为多个并行的小型滤波器，极大地提高了处理效率。 其次，本书对有限精度算术对数字信号处理的影响进行了深入探讨。在实际的数字硬件（如DSP芯片或FPGA）上，所有运算都是有限位的，这会导致量化噪声和溢出问题。我们将分析量化误差在系统中的传播和累积效应，这是设计鲁棒数字系统的关键考虑因素。 最后，我们将随机过程引入到信号处理的框架中。虽然本书侧重于确定性信号，但我们简要介绍了宽平稳随机过程的特性，以及如何使用维纳滤波器（Wiener Filter）来设计最优线性滤波器，用于信号的估计与预测，这为理解现代通信中的均衡技术和自适应滤波奠定了基础。 总结 《离散时间信号处理》是一本结构严谨、内容详实的教材。它不仅仅罗列了公式和变换，更注重从物理意义上解释每一步操作背后的工程原理。本书旨在培养读者独立分析和设计数字信号处理系统的能力，无论读者未来是从事嵌入式系统开发、通信基带处理、声学、还是现代仪器仪表的设计，都能从中获得坚实的理论支撑和实用的设计工具。本书的深度和广度，使其成为进入数字信号处理领域的权威指南。

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作为一名在工程实践中偶尔需要用到信号处理知识的研发人员，我购买这本《信号与线性系统》是希望找到一个能连接理论与实践的桥梁。坦白说，这本书在“信号”的描述上做得非常出色，无论是连续还是离散信号的表示方法，各种变换工具的推导过程都极为详尽，为理解系统的输入输出关系打下了坚实的数学基础。然而，在“系统”的工程应用层面，我个人感觉略显不足。书中更多地停留在系统的数学模型建立和分析上，比如如何通过传递函数来判断系统的稳定性，这些固然重要，但对于如何选择合适的采样率、如何处理实际中的噪声干扰，或者如何将理论结果快速转化为可部署的代码逻辑，书中的篇幅就显得捉襟见肘了。我希望能看到更多关于“如何选择”而非“如何推导”的内容。例如，当面对一个实际的滤波需求时，书中会详细告诉你如何用理论公式设计一个理想的数字滤波器，但对于在有限精度环境下，如何优化这个设计以减少量化误差，书中涉及得不多。因此，这本书更像是培养“理论分析师”而非“工程实现者”的教材，我需要花费大量额外时间去学习如何将这些漂亮的数学公式“落地生根”。

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从一个注重可读性和学习曲线的角度来看，《信号与线性系统》无疑是一部重量级的经典之作，但其厚重感也直接转化为阅读上的门槛。这本书在基础概念的定义上毫不含糊，对于线性代数、微分方程等预备知识的要求非常高，它假设读者已经对这些工具驾轻就熟。我特别欣赏它在讲解傅里叶级数展开时，对周期延拓和频谱离散性的细致说明，这为理解周期信号在不同域下的表示方式提供了清晰的视角。然而，书中对图形化辅助工具的使用相对保守，很多复杂的信号处理过程，比如状态空间法的应用，更多依赖于纯粹的矩阵运算和代数展开，这使得可视化理解变得困难。对于习惯了通过大量图表和动画来辅助学习的现代学生来说，这本书在这一点上显得有些“老派”。它更青睐于符号化的、精确的数学表达，而不是模糊的、直观的感性认识。因此，如果你想通过这本书快速掌握信号处理的核心“直觉”，可能会感到有些受挫；但如果你更看重的是理论的严谨性和数学推导的完备性，那么这本书绝对是值得你投入大量时间去精研的宝藏。

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初次翻开这本厚厚的《信号与线性系统》，我首先被它那份扑面而来的“学术权威感”所震撼。书中的排版设计非常紧凑，几乎每一页都塞满了公式、定理和详细的证明过程，显示出作者在理论构建上的精雕细琢。对于那些追求完美数学逻辑和理论完备性的读者来说，这本书无疑是一部殿堂级的著作。我尤其欣赏它对线性时不变系统（LTI系统）性质的深入剖析，从因果性、稳定性到冲击响应，每一步的逻辑链条都扣得天衣无缝，让人不得不佩服其构建体系的严密性。但是，这种极致的严谨性也带来了一个副作用：阅读体验相对枯燥且压力山大。书中对物理意义的阐述往往被压缩在简短的脚注或旁白中，大部分篇幅都用于证明“为什么是这样”。我发现自己很容易在复杂的代数运算中迷失方向，常常忘记了我们最初为什么要引入这些复杂的工具。举个例子，书里对巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器的理论推导，虽然逻辑清晰，但其复杂程度足以让一个下午的时间在计算中悄然溜走，而我可能仍然无法清晰地描绘出两者在实际应用中的细微差别。这本书更像是给已经站在中级水平的同行提供了一份详尽的参考手册，而不是一个温柔的向导。

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这本《信号与线性系统》的教材，从我一个初次接触这个领域的学生角度来看，简直是打开了一扇全新的大门，但同时也是一扇布满挑战的迷宫入口。作者在阐述傅里叶变换和拉普拉斯变换这些核心概念时，似乎采取了一种非常“直观”的教学方式，比如用图像化的比喻来解释连续时间信号的频谱特性，这对于我这种偏向感性思维的学习者来说，初期确实很有帮助，能快速抓住问题的本质。然而，一旦进入到更深层次的系统分析，比如Z变换在离散时间系统中的应用，那种“直观性”就迅速减弱了。书中大量的数学推导，虽然严谨，但对于没有扎实数学基础的读者来说，每一步的跳跃都像是在悬崖边行走。我记得有一次为了搞懂一个卷积积分的推导过程，我反复看了好几遍，甚至不得不翻出高数课本复习基础，才能勉强跟上作者的思路。这本书的习题设计也很有特点，前半部分侧重于基本概念的计算和记忆，后半部分则开始转向综合性的系统设计问题，有时候一个题目的复杂程度，简直能让人怀疑自己是不是真的掌握了书中的知识点。总的来说，它更像是一本为已经具备一定数学功底，希望深入理解信号处理理论的工程师准备的工具书，对于零基础入门者，需要极大的毅力和额外的辅助资料才能啃下来。它的深度毋庸置疑，但“平易近人”程度，我只能打个中等偏下的分数。

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我对这本《信号与线性系统》的评价是，它极大地挑战了我的认知极限，但最终回报却是巨大的知识体系构建。这本书的叙事节奏非常快，几乎是以一种教科书式的简洁风格在推进，每一个章节都像是一个独立的知识模块，紧密相连却又各自独立成体。它没有过多的寒暄和铺垫，直接就切入了问题的核心——线性时不变系统的特性以及如何通过频域和复频域工具来研究它们。我个人特别喜欢它在引入离散时间系统时，对采样定理的深度阐述，作者没有仅仅停留在奈奎斯特速率的简单提及，而是详细探讨了欠采样和过采样的后果，以及引入窗函数对频谱泄漏的影响，这部分内容对我理解现代通信系统的基础至关重要。但正因为这种极高的信息密度，阅读体验并不轻松。我发现自己必须时刻保持高度的专注力，一旦稍有走神，可能就会错过一个关键的假设或一个重要的约束条件，导致后续的理解完全中断。这本书就像一座高难度的攀岩墙，你需要精确地找到每一个支点，才能顺利登顶，过程虽然艰辛，但登顶后的视野确实开阔得多。

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