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出版者:人民邮电出版社

作者:林全新

出品人:

页数:163

译者:

出版时间:2004-8

价格:15.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787115123534

丛书系列:

图书标签:

• 微型计算机
• 计算机原理
• 计算机组成原理
• 数字电路
• 汇编语言
• 8086
• 微处理器
• 计算机基础
• 电子技术
• 硬件

《数字信号处理基础与应用》 内容提要 本书系统深入地介绍了数字信号处理（DSP）的理论基础、关键算法及其在现代工程领域的广泛应用。全书结构清晰，逻辑严谨，内容涵盖了从离散时间信号与系统分析到复杂自适应滤波与谱估计的全部核心内容，旨在为读者构建扎实而全面的DSP知识体系。 第一部分：离散时间信号与系统 本部分奠定了数字信号处理的数学基础。我们首先详细阐述了连续时间信号经过理想和实际采样后的离散化过程，重点讨论了采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）及其在实际系统设计中的工程约束与挑战，例如混叠现象的成因与规避。 随后，内容深入到离散时间信号的表示与分析。傅里叶级数与傅里叶变换的概念被推广到离散时间域，引入了离散时间傅里叶变换（DTFT）。由于DTFT的计算复杂性，我们引入了离散傅里叶变换（DFT）及其高效实现算法——快速傅里叶变换（FFT）。书中不仅推导了Cooley-Tukey算法的蝶形运算结构，还对比了不同窗函数（如汉宁窗、海明窗）对频谱泄漏的影响，并提供了实际应用中选择合适窗函数的决策标准。 系统的分析是DSP的核心。我们从线性时不变（LTI）系统的定义出发，使用卷积积分和卷积和来描述系统的时域响应。随后，通过Z变换（包括单边和双边Z变换）将时域分析提升到复频域，Z平面上的极点和零点分布被确立为分析系统稳定性和频率响应特性的关键工具。详细讲解了如何利用Z变换来求解差分方程，以及如何通过对Z平面进行轨迹分析来理解滤波器的相位和群延迟特性。 第二部分：数字滤波器设计 数字滤波器是信号处理中最基础也是最重要的组成部分。本部分系统介绍了两大类数字滤波器的设计方法：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，我们首先回顾了模拟滤波器的经典原型（Butterworth、Chebyshev和椭圆滤波器），重点讲解了如何利用双线性变换法（Bilinear Transformation）将模拟滤波器转换为数字滤波器，并详细分析了预畸变（Pre-warping）技术如何补偿由于映射导致的频率非线性。书中通过实例展示了IIR滤波器在低阶实现高Q值选择性方面的优势与固有的相位非线性问题。 FIR滤波器的设计则完全基于其线性相位特性。我们详细介绍了窗函数法，包括截断长度的选择、特定过渡带宽的实现，并对比了不同窗函数对阻带衰减的影响。更进一步，本书引入了频率采样法和等波纹（Parks-McClellan）算法，后者通过最小化最大误差来实现最优的幅度响应，为设计具有精确规格的滤波器提供了强大的工具。对比分析指出，虽然FIR滤波器通常需要更高的阶数，但其相位线性优势使其在语音、图像处理等对瞬态响应要求高的领域不可替代。 第三部分：有限字长效应与DSP实现 理论与实践的桥梁在于硬件实现的约束。本部分聚焦于数字实现中不可避免的有限字长效应。我们量化分析了量化误差（舍入误差）对系统稳定性和信噪比的影响。重点探讨了乘法器和加法器中的溢出问题，以及如何通过选择合适的数值表示（如补码）和进行缩放来最小化误差累积。 此外，本书还深入探讨了运算结构对资源消耗和速度的影响。我们对比了直接形式、级联形式和并联形式在实现IIR和FIR滤波器时的计算复杂度、乘法器数量以及对溢出的敏感性，为嵌入式系统或FPGA实现提供优化指导。 第四部分：高性能算法与现代应用 在掌握基础理论后，本书转向高效的算法实现和前沿应用。 快速傅里叶变换（FFT）的实现被细化，包括对不同输入点数（如2的幂次方、素数因子）的FFT算法选择与优化。特别地，我们详细分析了重叠相加法和重叠保留法在高效进行长序列线性卷积中的应用，这是实时滤波和大规模数据处理的关键技术。 谱分析方面，我们区分了参数化谱估计和非参数化谱估计。非参数化方法涵盖了经典的周期图法及其方差降低技术（如Welch平均周期图法），以及更高分辨率的子空间方法，如最小方差无偏（MVDR）谱估计。这些方法在雷达、声呐和无线通信中的信号分离具有至关重要的作用。 最后，本书引入了自适应滤波的概念。通过推导最小均方（LMS）算法和归一化LMS（NLMS）算法的收敛性与稳定性，展示了如何利用环境反馈实时调整滤波器系数以消除未知干扰（如回声消除、噪声消除）。 总结与特色 本书的特色在于理论的深度挖掘与工程实践的紧密结合。每章都配有大量经过验证的MATLAB/Python代码示例，读者可以通过仿真直接观察到理论公式转化为实际算法后的效果。内容覆盖了从理论基础到高性能计算、从经典滤波器设计到现代自适应处理的完整链条，是电子工程、通信工程、自动控制及相关领域研究生和高年级本科生的理想教材，同时也为从事DSP系统开发的工程师提供了宝贵的参考手册。本书不侧重于微处理器的底层架构，而是专注于信号处理算法的数学模型和优化策略。

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我是一个习惯于通过动手实践来巩固学习效果的学习者，因此，我对技术书籍中的配套资源有着很高的要求。这本书在这方面做得非常出色，它的附录部分简直是一个“实战工具箱”。不仅提供了大量用于手工计算和推导的练习题，而且这些题目都精心设计，与正文的理论紧密挂钩，解答过程详略得当，既不会因为过于简单而失去意义，也不会因为过于复杂而打击读者的信心。更重要的是，书中很多关键算法的伪代码实现，都清晰地标明了其对应的硬件操作意图，这让我可以非常顺利地将其翻译成Verilog或VHDL代码进行仿真验证。我利用书中的一个关于向量处理单元的章节描述，成功地在我的FPGA开发板上实现了一个小型加速模块，这种理论到实践的无缝衔接体验，极大地提升了我学习的热情和成就感。一本好的技术书，理应是知识的传递者，更是实践的催化剂，这本书无疑扮演了后者。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面色彩搭配得很有品味，那种低调的深蓝与科技感的银灰交织在一起，透露出一种严谨又不失现代气息的专业范儿。我尤其喜欢封面上那个抽象化的电路板纹理，它不仅仅是一个装饰，更像是对全书内容的一种无声预告，暗示着即将深入的那些精妙的底层逻辑。拿到手里时，纸张的质感也相当不错，厚实、光滑，即便是长时间翻阅也不会觉得累手，这对于需要反复对照和查阅的技术书籍来说，是一个非常重要的加分项。内页的排版布局也体现了编者对读者的体贴，章节标题和关键术语的字体大小和粗细处理得恰到好处，重点突出，逻辑清晰。我想，一本优秀的教材或专业参考书，首先要在“形”上抓住读者，这本书无疑做到了这一点，它在书架上占据着一个令人愉悦的位置，每次拿起它，都会有一种“值得信赖”的专业感油然而生，这是很多同类书籍所欠缺的，他们往往过于侧重内容而忽略了阅读体验的整体构建。

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我最近在学习嵌入式系统设计，需要一本能帮助我夯实基础的参考书，朋友力荐了我这本。坦白讲，最初我对这类偏理论的书籍是有些抗拒的，总觉得晦涩难懂，但翻阅了前几章后，我的看法有了极大的转变。作者在讲解复杂概念时，似乎总能找到一种非常接地气的比喻或者类比，比如在阐述存储器寻址机制时，他用了好几页篇幅细致地描绘了一个“虚拟图书馆管理员”的工作流程，生动形象到让人一下子就抓住了核心思想，那种“原来如此！”的顿悟感非常强烈。而且，书中提供的那些经过精心挑选的案例分析，不再是那种高高在上、脱离实际的“玩具代码”，而是真正涉及到数据传输效率优化和功耗控制的真实场景模拟，这对于希望将理论知识转化为实际工程能力的读者来说，简直是如获至宝。它不像有些教材那样只堆砌公式和定义，而是真正引导你去思考“为什么会这样设计？”和“如何能做得更好？”。

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这本书的价值，很大程度上体现在它对“演变历史”的尊重和记录上。与其他追求“最新技术栈”的书籍不同，作者花费了相当大的篇幅去回顾那些经典架构，比如早期的冯·诺依曼模型是如何被后来的哈佛结构在特定领域超越的，指令流水线技术是如何一步步从五级发展到超标量、乱序执行的。这种历史的纵深感非常有益，它教会我们技术不是凭空出现的，而是为了解决特定历史阶段的瓶颈而诞生的。通过了解这些“为什么”，我们才能更清晰地预判未来的发展趋势，避免陷入对短期热点技术的盲目追逐。书中对不同时代计算范式转换的分析极其精辟，让我对当前主流架构的优缺点有了更为辩证的理解。这种立足于历史的洞察力，是任何一本只关注当前技术规范的书籍都无法提供的宝贵财富。

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这本书的内容深度和广度都达到了一个令人敬佩的高度，尤其是它对系统级互联的探讨，远远超出了我原本对基础读物的预期。我本来以为它会停留在对CPU结构和指令集的简单介绍上，但令人惊喜的是，书中花了大量的篇幅去解析现代计算机系统中，总线仲裁机制的演进、缓存一致性协议的复杂博弈，甚至是I/O设备如何通过DMA（直接内存访问）绕过CPU进行高效数据交换的底层细节。这些内容往往是进阶课程才会涉及的，但作者却将其融入了基础框架之中，使得读者在建立起基本概念的同时，就能对整个计算架构有一个宏观而深刻的认识。阅读过程中，我常常需要停下来，对着书后的附录图表反复推敲，才能完全消化作者构建的这个多层次的知识体系。这种“以小见大”的叙事方式，使得全书的知识点之间环环相扣，逻辑链条异常坚固，绝非零散知识点的简单堆砌。

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