具体描述
本书是按照高等等电子信息类本科专业与研究生基础课的教学内容编写的。本收的特点是将信息论和信息传输的基本内容紧密地融合为一体，并以信息论的观点和方法来审视信息传输中出现的各种关系和问题，以及介绍与信息传输有关的信息和信号处理方法。全书共分6章，其内容安排如下：第1章信息论基础，第2章信源编码，第3章信道编码，第4章数字信息传输，第5章多媒体信息传输，第6章无线信息传输。本书适用于高等学校电子信息类专业，作为本科、研究生教材或教学参考用书；也可供成人教育和培训班学员参考。
《信号处理导论》：从原理到实践的系统化探索 本书旨在为读者提供一个全面、深入且富有实践性的信号处理知识体系。 信号处理作为现代工程、科学和信息技术领域的核心基石，其理论深度与应用广度都对从业者提出了极高的要求。本书摒弃了传统教材中过于侧重纯理论推导的刻板模式，而是将严谨的数学框架与贴近工程实际的应用场景紧密结合，力求在传授基础理论的同时，激发读者利用这些工具解决实际问题的能力。 全书结构清晰，逻辑递进，共分为六大部分，从最基础的信号与系统概念出发，逐步深入到高级的变换技术和现代数字信号处理方法。 --- 第一部分：信号与系统的基础构建 本部分是构建整个信号处理知识大厦的基石。我们首先对信号进行分类和描述，区分连续时间信号与离散时间信号，并引入基本的信号操作，如移位、翻转和尺度变换。 1.1 信号的本质与表示： 深入探讨了如何用数学语言精确地描述物理世界中的各种信号，包括确定性信号和随机信号的初步概念。重点解析了周期信号和能量信号的数学特性。 1.2 系统的基本性质： 系统是信号处理的载体。我们详细分析了系统的线性、时不变性（LTI）、因果性和稳定性等核心判据。理解LTI系统的瞬时响应和冲激响应是后续所有分析的基础。 1.3 卷积的艺术： 卷积积分（对于连续系统）和卷积和（对于离散系统）被视为LTI系统的“DNA”。本书通过大量的图形化示例和代数推导，阐明了卷积操作在描述系统对任意输入信号响应中的核心地位。我们强调了卷积的物理意义——输入信号与系统冲激响应的加权叠加。 1.4 状态空间表示法： 为后续更复杂的系统分析（尤其是在控制论和现代滤波设计中）奠定基础，引入了用一组一阶微分方程（或差分方程）来描述系统动态行为的方法。 --- 第二部分：傅里叶分析——频域的透视镜 如果说时域分析揭示了信号随时间变化的轨迹，那么频域分析则揭示了信号内在的频率构成。傅里叶分析是信号处理中最强大、应用最广泛的工具之一。 2.1 连续时间傅里叶变换（CTFT）： 详细推导了欧拉公式在信号分析中的应用，定义了傅里叶变换对，并系统性地讲解了傅里叶级数与傅里叶变换之间的关系。着重分析了傅里叶变换的对称性、线性性、时移性和频移性等重要性质。 2.2 傅里叶变换在系统分析中的应用： 引入了系统的频率响应函数 $H(jomega)$，解释了它如何量化系统对不同频率成分的增益和相位延迟。通过频率响应曲线，读者可以直观地判断一个系统是低通、高通还是带通滤波器。 2.3 离散时间傅里叶变换（DTFT）： 针对离散信号，我们探讨了DTFT的周期性和频谱泄漏等特性。 2.4 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： DFT是实现数字信号处理的桥梁。本书详尽介绍了DFT的定义、性质，并重点讲解了FFT算法（如Cooley-Tukey算法）的原理和实现效率，强调了DFT在频谱分析中的实用性。 --- 第三部分：拉普拉斯与Z变换——解决复杂系统的利器 傅里叶变换的局限性在于它主要适用于稳定信号或具有特定收敛条件的信号。拉普拉斯变换和Z变换的引入，极大地拓宽了系统分析的范围，尤其在处理非周期信号和非稳定系统时展现出无可替代的优势。 3.1 拉普拉斯变换（Laplace Transform）： 探讨了单边和双边拉普拉斯变换，重点分析了收敛域（ROC）的概念及其在确定系统因果性和稳定性中的关键作用。拉普拉斯变换将微分方程转化为代数方程，极大地简化了瞬态响应和系统分析的难度。 3.2 Z变换（Z-Transform）： Z变换是拉普拉斯变换在离散时间系统中的对应物。本书详细阐述了Z变换的定义、收敛域，以及其在分析线性时不变（LTI）离散时间系统时的强大能力。通过Z平面上的零点和极点，读者可以清晰地洞察系统的稳定性边界。 3.3 变换域的系统函数： 深入分析了在s域（拉普拉斯）和z域（Z变换）中，系统的传递函数如何定义以及如何用于分析系统的阶跃响应和脉冲响应。 --- 第四部分：采样理论与模数转换 本部分关注如何将连续的模拟世界信息转化为可被数字系统处理的离散数据，这是所有数字信号处理流程的起点。 4.1 采样定理（Nyquist-Shannon）： 详尽阐述了奈奎斯特-香农采样定理的数学推导和物理意义，明确了采样频率与信号带宽之间的关系。重点讨论了欠采样和混叠（Aliasing）现象及其后果。 4.2 实际采样过程： 分析了理想采样与实际保持（Zero-Order Hold, ZOH）过程对信号频谱的影响，为理解数字重建过程提供了理论基础。 4.3 量化误差与位深： 引入了信号的幅度量化过程，分析了量化噪声的特性，帮助读者理解数字信号的精度限制。 --- 第五部分：数字滤波器设计与实现 滤波是信号处理中最核心的操作之一。本部分系统地介绍了数字滤波器的设计原则，区分了无限冲激响应（IIR）和有限冲覆响应（FIR）两大类滤波器。 5.1 FIR 滤波器设计： 重点讲解了窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗等）的设计原理及其对过渡带和阻带衰减的影响。分析了线性相位FIR滤波器的特殊结构。 5.2 IIR 滤波器设计： 主要基于模拟原型滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫）的变换，通过双线性变换等方法将其映射到数字域。详细讨论了IIR滤波器可能出现的非线性相位失真问题。 5.3 滤波器性能评估： 介绍了通带纹波、阻带衰减、群延迟和相位延迟等关键性能指标，指导读者根据应用需求选择合适的滤波器类型。 --- 第六部分：随机信号处理基础 现实世界中的许多信号，如语音、图像噪声、金融数据，本质上是随机的。本部分为理解和处理这些信号提供了必要的工具。 6.1 随机过程的基本概念： 区分了随机变量和随机过程，引入了均值、自相关函数、互相关函数等统计描述工具。 6.2 平稳性与遍历性： 定义了广义平稳过程（WSS）和各态历经过程，解释了这些性质如何使得随机信号的统计分析成为可能。 6.3 功率谱密度（PSD）： 阐述了维纳-辛钦定理，即随机过程的自相关函数与功率谱密度之间的傅里叶变换关系。PSD是分析信号能量在频率分布上的关键指标。 6.4 随机过程与LTI系统的交集： 分析了随机信号通过LTI系统后的输出过程的自相关函数和功率谱，这是理解通信系统噪声处理的基础。 --- 适用读者对象： 本书面向电子工程、通信工程、计算机科学、自动控制、生物医学工程等相关专业的高年级本科生和研究生，以及需要系统掌握信号处理理论和实践技能的工程师和研究人员。阅读本书需要具备扎实的微积分、线性代数和复变函数基础。本书的实践导向，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”。
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