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出版者:第1版 (2002年1月1日)

作者:全子一

出品人:

页数:215

译者:

出版时间:2002-9

价格:24.00

装帧:平装

isbn号码:9787563505616

丛书系列:

图书标签:

• 数字信号处理
• 信号处理
• DSP
• 通信工程
• 电子工程
• MATLAB
• 算法
• 滤波
• 傅里叶变换
• 系统分析

数字信号处理基础 (Digital Signal Processing Fundamentals) 摘要 本书深入浅出地介绍了数字信号处理（DSP）的核心概念、理论基础、关键算法及其在工程实践中的应用。内容涵盖了离散时间信号与系统分析、Z变换、离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT）、数字滤波器设计（FIR与IIR）、有限字长效应分析，以及先进的谱估计技术。旨在为读者构建坚实的理论框架，并提供解决实际工程问题的工具和方法。本书适合电子工程、通信工程、自动控制、计算机科学等领域的学生、研究人员及工程师阅读。 --- 第一部分：离散时间信号与系统 本部分奠定数字信号处理的理论基石，详细阐述了数字信号的表示、采样理论以及离散时间系统的基本特性。 第一章 离散时间信号与系统概述 1.1 信号的分类与表示： 连续时间信号与离散时间信号的定义、表示方法（序列表示法、图形表示法）。 1.2 基本信号单元： 脉冲序列 ($delta[n]$) 和单位阶跃序列 ($u[n]$) 的性质、运算及其相互关系。正弦与复指数序列的周期性分析。 1.3 离散时间系统： 系统的定义、输入输出关系、因果性、稳定性、线性与时不变性（LTI系统）的判据。 1.4 线性时不变（LTI）系统分析： 卷积和的定义、计算及其物理意义。利用卷积和分析LTI系统的瞬态响应和稳态响应。 1.5 系统的差分方程表示： 描述LTI系统的常系数线性差分方程，以及其在时域的求解方法。 第二章 离散时间信号与系统的变换域分析 2.1 Z变换的定义与收敛域（ROC）： 单边Z变换和双边Z变换的定义。Z平面结构、收敛域的几何解释及其对系统稳定性和因果性的影响。 2.2 Z变换的基本性质： 线性性、时移性、时域卷积与频域乘积的关系、微分性质、周期延拓等关键性质的推导与应用。 2.3 Z变换在系统分析中的应用： 利用Z变换求解差分方程，确定系统的频率响应 $H(z)|_{z=e^{jomega}}$。 2.4 脉冲响应与系统函数： 利用系统函数 $H(z)$ 分析系统的零点和极点分布，判断系统的稳定性与因果性。 2.5 序列的Z变换对表： 常用序列及其Z变换的对照，用于快速分析。 --- 第二部分：离散傅里叶变换与谱分析 本部分聚焦于将时域信号转换到频域，理解信号的频谱特性，这是数字信号处理中最核心的应用领域之一。 第三章 离散时间傅里叶变换（DTFT） 3.1 DTFT的定义与性质： DTFT的数学表达式、周期性、共轭对称性。 3.2 DTFT与Z变换的关系： 当$z=e^{jomega}$时DTFT与Z变换的关系。 3.3 周期信号和有限长序列的DTFT： 分析周期信号的频谱特性，以及有限长序列的谱泄漏现象。 第四章 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT） 4.1 DFT的定义与性质： DFT的数学定义，周期性、线性性、圆周卷积的概念及其与线性卷积的关系。 4.2 DFT的应用： DFT在频谱分析、信号调制解调中的基础作用。 4.3 FFT算法原理： 引入FFT的必要性（计算复杂度分析）。阐述蝶形运算单元。 4.4 基2 FFT算法（以Cooley-Tukey算法为例）： 蝶形图的绘制、时间抽取和频率抽取算法的详细步骤与实现逻辑。 4.5 FFT的实际应用问题： 零填充（Zero Padding）对频谱分辨率的影响、窗函数（Windowing）的作用与选择（如汉宁窗、海明窗）。 --- 第三部分：数字滤波器设计 本部分详细介绍如何利用LTI系统的理论构建用于信号处理的数字滤波器，包括无限冲激响应（IIR）和有限冲激响应（FIR）两种类型。 第五章 数字滤波器基础与FIR滤波器设计 5.1 滤波器基本概念： 理想滤波器的频率响应，通带、阻带、过渡带、幅值响应与相位响应。 5.2 线性相位FIR滤波器： 线性相位条件及其对群延迟和相位的意义。 5.3 FIR滤波器设计方法（窗函数法）： 确定滤波器的阶数，设计理想频率响应，选择合适的窗函数，计算滤波器系数。 5.4 FIR滤波器设计方法（频率采样法与Parks-McClellan算法概述）： 介绍更精确的迭代优化设计方法。 第六章 IIR滤波器设计 6.1 IIR滤波器的基本特性： 因果性、稳定性要求，以及其频率响应的可塑性。 6.2 从模拟滤波器到数字滤波器（预畸变与映射）： 模拟滤波器的Butterworth和Chebyshev原型设计。 6.3 双线性变换法（BLT）： BLT的数学原理、对频率的映射关系及其引入的频率压缩效应。利用BLT将模拟原型转换为数字滤波器（IIR）。 6.4 脉冲响应不变法（Impulse Invariance）： 与BLT的对比分析。 6.5 IIR滤波器的稳定性与实现： 极点位置对稳定性的约束。 --- 第四部分：量化效应与高级主题 本部分讨论实际数字系统中不可避免的量化误差，并介绍一些高级的分析与应用技术。 第七章 有限字长效应分析 7.1 A/D转换的量化误差： 信号数字化过程中的量化噪声源。 7.2 乘积和系数量化： 滤波器系数的精度对系统性能的影响。 7.3 输入和中间变量的量化： 溢出与截断误差的分析。 7.4 抖动（Limit Cycle）现象： 在IIR滤波器中，由于量化和舍入引起的自激振荡现象及其避免方法。 第八章 线性预测与谱估计基础 8.1 线性预测滤波器： 预测误差滤波器（PEF）的基本结构与原理。 8.2 功率谱估计的基本概念： 功率谱的定义及其在信号分析中的重要性。 8.3 周期图法： 直接法估计功率谱的局限性（如高方差和低分辨率）。 8.4 基于LTI系统的谱估计方法概述（如自相关法）： 引入对非参数化方法（如Welch法）的过渡。 附录 A. 常用数学公式与恒等式 B. 常用Z变换对表 C. MATLAB/Python等工具箱在DSP中的基本函数应用示例

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这本书的排版和印刷质量简直是教科书级别的典范，纸张的质感很好，即使长时间阅读也不会觉得眼睛特别疲劳。我尤其欣赏的是，每一章的末尾都精心设计了一组具有挑战性的习题。这些习题的难度跨度很大，有些是简单的概念验证，有些则需要综合运用好几章的知识点才能解答。对我这种偏向于通过“做题”来巩固知识的学习者来说，这套题库的价值不亚于主体的讲解内容。我花了大量时间去消化那些需要手算Z变换逆变换的题目，它们强迫我必须真正理解那个过程，而不是仅仅记住公式。如果说有什么美中不足，那就是在关于多相滤波器的介绍部分，图示的清晰度略有下降，导致我需要反复对照文字才能完全理解其结构是如何通过分解实现效率提升的。总的来说，它成功地扮演了一个可靠的“陪跑者”角色，用清晰的结构和丰富的练习，带领读者走完DSP的基础旅程，是一份值得信赖的案头参考资料。

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这本书的封面设计挺吸引人的，色调沉稳，字体排版也比较考究，看得出来在视觉呈现上是下了功夫的。不过，说实话，我一开始被吸引更多是冲着“数字信号处理”这个主题去的，希望能找到一本既有理论深度又能兼顾实践应用的入门读物。翻开目录后，我对它初步的印象是结构非常清晰，章节划分逻辑性很强，从最基础的离散时间信号和系统开始，逐步过渡到Z变换、傅里叶分析，再到滤波器的设计和实际应用。这种循序渐进的编排方式，对于像我这种需要快速建立知识体系的学习者来说，无疑是一个巨大的加分项。我特别留意了其中关于采样定理和量化的部分，作者的阐述深入浅出，用了一些非常形象的例子来解释复杂的概念，比如用“动画帧率”来比喻采样频率，一下子就让原本抽象的知识变得直观易懂了。尽管如此，我还是希望在后续阅读中，能看到更多与现代通信、图像处理等前沿领域紧密结合的案例，毕竟理论最终是要落到解决实际问题的能力上的。总的来说，从装帧到初步的结构来看，这是一本让人愿意捧起来细读的教材，至少在“形”上是合格的。

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我最近在忙着准备一个关于系统识别的交叉学科项目，急需一本能够迅速帮我梳理DSP核心概念的书籍，所以毫不犹豫地入手了这本据说是“基础”的读物。我的期待值其实很高，希望它不仅仅停留在教科书的层面，而是能提供一些“内行人才懂”的技巧和陷阱提示。然而，阅读的体验有点像在攀登一座设计精良但略显传统的阶梯。作者在推导傅里叶级数和变换时的数学严谨性毋庸置疑，每一步公式的转化都交代得清清楚楚，这对于打牢基本功是极好的。但是，当我试图寻找关于FFT算法效率优化，或者在低资源环境下如何进行快速卷积的实际代码片段或伪代码时，内容就显得有些单薄了。它更像是一份扎实的期末考试复习纲要，确保你掌握了所有“标准答案”，但在面对工程实践中那些非标准、需要灵活变通的难题时，这本书提供的直接帮助似乎少了一些“火花”。我更偏爱那种能在旁注里吐槽一下某个经典算法在特定场景下性能不佳，并暗示替代方案的书籍，这本书在这方面略显保守和学院派。

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我最近在参与一个音频信号降噪的项目，需要一套可靠的理论支撑来指导我们设计自适应滤波器。拿到这本“数字信号处理基础”后，我最关注的自然是关于FIR和IIR滤波器设计的那几章。我发现作者在讲解窗函数法时，非常细致地对比了不同窗函数（如汉宁窗、海明窗）在主瓣宽度和旁瓣衰减之间的权衡关系，并且给出了非常实用的设计图表，这对于确定滤波器阶数简直是立竿见影。这比我之前看过的几本只给出公式而不做实际性能分析的书要好太多了。但是，当涉及到现代的优化设计方法，比如Parks-McClellan算法或者基于最小二乘法的滤波器设计时，本书的介绍就显得非常简略了。它似乎更侧重于经典的频率采样法和波纹法，这在理论上是重要的基石，但在追求高性能和低复杂度的现代设计中，我们往往需要更先进的工具。因此，对于一个已经具备一定基础，希望直接深入到前沿滤波器设计领域的研究者来说，这本书可能更适合作为“快速回顾”工具，而不是“深入研究”的唯一参考。

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说实话，这本书的内容对我而言，最大的价值在于它对基本概念的“重申”和“校准”。我过去自学过一些相关的网络课程，总感觉对某些核心定义——比如什么是稳定的系统，或者理想滤波器和实际滤波器之间的差距到底在哪里——总是模棱两可。这本书的出现，就像一位经验丰富的老教授在给你“掰着指头”讲道理，把那些容易混淆的边界条件和假设条件讲得一清二楚。尤其是关于线性时不变（LTI）系统的讨论部分，作者没有草率带过，而是花了相当的篇幅去解释为什么在实际工程中，我们必须依赖LTI模型的近似，以及这种近似带来的误差源头在哪里。这种对“为什么”的深度挖掘，远超出了我阅读许多声称涵盖“基础”的参考资料的预期。尽管篇幅不短，但阅读的流畅性很好，没有那种令人窒息的晦涩感。唯一的遗憾是，在处理量化噪声和溢出问题时，篇幅略显不足，这部分在嵌入式DSP设计中至关重要，希望未来的修订版能在这方面增加实践性的讨论。

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