Multirate Digital Signal Processing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:Ronald E. Crochiere

出品人:

页数:336

译者:

出版时间:1983-01-01

价格:USD 89.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780136051626

丛书系列:

图书标签:

• 数字信号处理
• 多速率信号处理
• 信号处理
• 通信系统
• 滤波器设计
• 采样率转换
• 多分辨率分析
• 数字电路
• 算法
• 工程

《多速率数字信号处理》 书籍简介 在当今信息爆炸的时代，数字信号处理（DSP）技术已渗透到我们生活的方方面面，从通信系统、音频视频编码，到医疗成像、雷达探测，无一不依赖于其强大的能力。而当信号在不同采样率之间进行转换，或者需要以更高的精度和效率来处理时，传统的单速率处理方法便显得捉襟见肘。此时，多速率数字信号处理（Multirate Digital Signal Processing） 技术的重要性便应运而生。 本书深入浅出地剖析了多速率数字信号处理的核心原理、关键算法以及广泛应用。它旨在为读者提供一个全面而深入的理解框架，使读者能够掌握设计和实现高效多速率信号处理系统的能力。本书的内容涵盖了从基础概念到高级技术的完整谱系，旨在满足从初学者到资深工程师的广泛需求。 核心内容概述： 本书的核心内容围绕着信号采样率的改变以及由此引发的一系列处理技术展开。我们将从最基本的概念入手，逐步深入到复杂的系统设计。 第一部分：基础概念与基本操作 采样率转换的必要性与挑战： 我们首先探讨为什么需要改变信号的采样率，例如在不同数据格式之间进行转换、节省计算资源、提高分辨率等。同时，也会分析采样率改变过程中可能出现的挑战，例如混叠（aliasing）和频率失真。 插值（Upsampling）： 插值操作用于提高信号的采样率。本书将详细介绍各种插值技术，包括零阶保持、线性插值、多项式插值等。重点会放在上采样器（Upsampler） 的工作原理，它如何在保持原始信号信息的同时，在相邻样本之间插入新的样本。我们将深入分析上采样过程中的零填充（Zero Stuffing） 机制，并探讨不同插值滤波器在提高插值质量方面的作用，例如 sinc 函数插值作为理想情况，以及如何在实际中用有限长度的滤波器逼近它。 抽取（Downsampling）： 抽取操作则用于降低信号的采样率。本书将详细阐述抽取器（Downsampler） 的工作原理，即如何通过丢弃部分样本来降低采样率。在这里，抗混叠滤波器（Anti-aliasing Filter） 的作用至关重要，我们将深入探讨为什么在抽取之前必须使用一个设计精良的低通滤波器来防止混叠现象的发生，以及如何选择合适的截止频率和阻带衰减。 多速率滤波器的设计与实现： 结合插值和抽取操作，我们将重点介绍多速率滤波器（Multirate Filter） 的设计。这包括如何设计能够同时满足插值和抽取需求的滤波器，以及如何优化滤波器的结构以提高计算效率。我们将讨论理想多速率滤波器的概念，并介绍各种近似滤波器的设计方法，例如 FIR 和 IIR 滤波器。 第二部分：核心算法与结构 级联型多速率结构： 许多多速率系统可以看作是由多个插值器、抽取器和滤波器级联而成。本书将分析这些级联结构的特性，并介绍如何通过重排（Interchange） 操作来优化结构，例如将滤波器置于抽取器之前或之后，从而大大减少计算量。我们将深入探讨抽取器和滤波器顺序交换的条件和效果，以及由此带来的计算效率提升。 并行型多速率结构： 对于某些信号特性，并行结构可能更为合适。本书将介绍如何将输入信号分解到多个并行的子通道中，每个子通道使用不同的采样率进行处理，然后将结果重新合并。我们将重点关注多相分解（Polyphase Decomposition），这是实现高效并行多速率结构的关键技术。我们将详细讲解如何将一个滤波器分解为多个多相分量（Polyphase Components），并利用这些分量来构建高效的插值器和抽取器。 多相滤波器组（Polyphase Filter Banks）： 多相滤波器组是多速率信号处理中一个极其强大的工具，它能够将信号分解成多个频率子带进行处理，并在需要时进行重构。本书将深入探讨短时傅里叶变换（STFT） 与滤波器组的联系，以及离散小波变换（DWT） 在多速率信号处理中的应用。我们将详细介绍均匀滤波器组（Uniform Filter Banks） 和非均匀滤波器组（Non-uniform Filter Banks） 的结构和性能，包括完美重构（Perfect Reconstruction） 的条件和实现方法。 第三部分：高级主题与应用 多速率在通信系统中的应用： 本书将详细介绍多速率技术在现代通信系统中的广泛应用，例如： 数字基带信号处理： 在数字通信系统中，发送端和接收端的采样率可能不同，多速率技术用于进行采样率转换和匹配。 软件定义无线电（SDR）： SDR 依赖于灵活的采样率转换能力来适应不同的通信标准和频段。 信道编码和解码： 在信道编码和解码过程中，有时需要对数据进行过采样或欠采样以匹配处理需求。 多速率在音频和图像处理中的应用： 音频采样率转换： 在音频播放、录音和编辑中，采样率转换是常见操作，例如从 CD 音质（44.1 kHz）转换为高分辨率音频（96 kHz 或更高），或转换为较低采样率的格式。 图像缩放和重采样： 图像的缩放操作本质上也是一种采样率转换，多速率技术在这里发挥着关键作用，以保证缩放后的图像质量。 多通道音频处理： 例如环绕声系统，需要对多个音频通道进行同步和采样率调整。 多速率滤波器的优化与实现： 计算复杂度分析： 本书将提供详细的计算复杂度分析方法，帮助读者评估不同多速率算法的效率，并找到最优的实现方案。 硬件实现考虑： 针对嵌入式系统和专用硬件，本书将讨论多速率算法的硬件实现策略，包括流水线设计、并行处理等。 软件实现优化： 在软件层面，如何利用 SIMD 指令集、高效的内存管理等来优化多速率信号处理的性能。 自适应多速率信号处理： 介绍如何在信号统计特性随时间变化的情况下，设计能够自适应调整采样率转换参数的多速率系统。 与其他信号处理技术的结合： 探讨多速率技术如何与其他信号处理技术（如自适应滤波、谱估计、小波分析等）相结合，以解决更复杂的问题。 本书的特点： 理论与实践相结合： 本书在阐述理论原理的同时，提供了丰富的实例和伪代码，帮助读者理解并动手实现。 循序渐进的教学方法： 从基础概念出发，逐步深入到高级主题，适合不同层次的读者。 清晰的数学推导： 对关键算法提供严谨的数学推导，确保读者理解其内在机制。 广泛的应用场景： 涵盖了多速率技术在通信、音频、图像等多个领域的实际应用。 侧重于效率和性能： 强调如何设计和实现高效的多速率系统，以满足实时处理的需求。 目标读者： 本书适合于电子工程、通信工程、计算机科学、信号处理等相关专业的本科生、研究生，以及从事相关领域研究和开发的工程师。对于希望深入了解数字信号处理高级技术，特别是采样率转换和高效处理的专业人士，本书将是宝贵的参考资料。 通过阅读本书，读者将能够深刻理解多速率数字信号处理的强大威力，并掌握运用这些技术解决实际工程问题的关键技能。无论您是刚刚接触数字信号处理，还是希望在这一领域取得更深入的进展，本书都将是您不可或缺的伴侣。

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从版式设计和印刷质量上来看，这本书体现了出版方对知识传播的尊重。纸张的选取恰到好处，既保证了书写和标记的便利性，又避免了过度反光对眼睛的刺激。墨水的清晰度和色彩还原度都非常出色，尤其是那些复杂的电路图和频谱图，线条干净利落，细节清晰可辨，这在阅读技术书籍时至关重要。我发现作者对符号和变量的定义始终保持高度一致性，这在跨章节阅读时极大地减少了混淆的可能，体现了严谨的学术规范。一本好的技术书籍，其物理形态本身就应该服务于内容的有效传达，而这本书在这方面做得堪称典范。它不仅仅是一堆纸张的组合，更是一件精心制作的工具书，值得在书架上占据一个重要的位置，随时可以取用。

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这本书的语言风格非常独特，它不像一些学术著作那样冷峻刻板，反而带有一种老教授循循善诱的亲切感。作者在解释复杂数学原理时，常常会使用一些生活化的比喻或者历史上的小插曲来辅助说明，使得阅读过程轻松不少。我尤其喜欢它在章节末尾设置的“思考与拓展”部分，这些问题往往不是简单的记忆性考核，而是引导你去思考如何将所学知识应用于解决未曾设想过的新问题。这些开放性的问题激发了我强烈的求知欲，促使我去查阅更多的相关文献，进行更深层次的钻研。这种鼓励自主学习而非被动接受的教学方式，是我认为这本书最具价值的一点。它培养的不仅仅是知识的储备，更是科学的思维方式和解决问题的热情。

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这本书的装帧设计很吸引眼球，封面选择了深邃的蓝色调，配上简洁有力的白色字体，给人一种专业而又稳重的感觉。我拿到书后，首先被它清晰的排版和合理的章节划分所吸引。作者在内容组织上展现了极高的专业素养，每一章的逻辑衔接都非常流畅，仿佛在引导读者进行一次系统而深入的探索。特别是初学者，在阅读过程中会发现很多复杂概念被分解得非常细致，配有详实的图示和案例，这极大地降低了入门的门槛。我特别欣赏作者在引言部分对整个领域发展脉络的梳理，那部分内容不仅提供了历史背景，更指明了当前研究的前沿方向，让我对后续的学习充满了期待。尽管内容涵盖了数字信号处理的基础理论，但作者的叙述方式避免了枯燥的数学推导堆砌，而是侧重于概念的物理意义和实际应用场景的结合，这一点对于我这种偏向实践应用的读者来说，无疑是巨大的福音。

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这本书最让我感到惊喜的是它对计算方法和编程实现这一块的关注。在理论讲解之后，作者并没有止步于纸面推演，而是紧接着提供了大量的伪代码示例，甚至是一些主流编程语言的实现思路框架。这种从“是什么”到“怎么做”的无缝过渡，极大地提升了知识的可操作性。例如，在讲解快速算法时，书中不仅仅给出了算法的复杂度分析，还附带了针对不同硬件平台进行优化的潜在方向探讨，这对于工程实践者来说是极其宝贵的经验之谈。它让我意识到，理论的掌握必须与工程实现能力相结合才能真正发挥效力。这本书成功地搭建了理论殿堂与实际工程应用之间的桥梁，使读者能够带着最新的理论知识，立即投身到实际问题的解决中去，这对于快速迭代的现代技术领域而言，是不可或缺的特质。

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翻阅这本书的内页，我最直观的感受是其内容的深度和广度都远超我的预期。它不仅仅停留在教科书式的定义和公式介绍，而是深入到了许多前沿算法的细节推导和性能分析。比如，在处理滤波器设计的部分，作者详细对比了不同类型滤波器在特定应用场景下的优劣，并通过仿真结果直观地展示了参数调整对系统性能的影响。这种事无巨细的讲解，让读者能够真正理解“为什么”要选择某种方法，而不是仅仅学会“如何”使用。另外，书中对一些经典理论的阐述，如傅里叶分析在离散系统中的应用，都加入了作者自己独特的见解和对当前工程挑战的思考，使得原本有些陈旧的知识焕发出了新的活力。对于有一定基础的研究人员来说，这本书无疑是一本极佳的参考手册，可以随时查阅并加深对特定模块的理解。

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