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出版者:高等教育出版社

作者:陈振源

出品人:

页数:341

译者:

出版时间:2001-7

价格:25.20元

装帧:

isbn号码:9787040197143

丛书系列:

图书标签:

• 1
• 电子技术
• 基础
• 电路
• 模拟电子
• 数字电子
• 电子元件
• 半导体
• 电工学
• 通信原理
• 微电子学

图书简介：《数字信号处理原理与应用》 聚焦数字领域，探秘信息变换的奥秘 本书《数字信号处理原理与应用》是一本全面而深入的教材，旨在为读者构建坚实的数字信号处理（DSP）理论基础，并掌握其在现代工程实践中的广泛应用。我们摒弃了模拟电路的基础概念，将视角完全聚焦于离散时间信号的数学建模、分析方法以及高效的算法实现。全书内容组织严谨，逻辑清晰，从最基本的离散时间信号与系统定义出发，层层递进，直至复杂的自适应滤波与非线性系统分析。 --- 第一部分：离散时间信号与系统基础 (The Foundation) 本部分为后续高级主题打下不可或缺的理论基础，重点在于理解离散世界中信号的特性和系统的动态行为。 第一章：离散时间信号与系统 本章首先界定并区分了连续时间信号（CT）与离散时间信号（DT），强调了采样定理在理论和实际中的指导意义。我们详细探讨了离散时间信号的表示方法，包括序列、向量以及复指数序列的性质。信号的分类，如周期性、能​​量信号、功率信号等，均进行了严谨的数学定义。 随后，深入介绍了离散时间系统的基本特性：线性、时不变性（LTI）、因果性、稳定性。LTI系统的核心——卷积和——被作为分析工具贯穿始终。通过详细推导，读者将掌握如何利用卷积和来求解任意输入信号通过LTI系统后的输出，并理解冲激响应在表征系统特性中的关键作用。本章的数学工具侧重于对序列操作的精确掌握，为后续的频域分析做好铺垫。 第二章：离散时间系统的时域分析 本章将时域分析推向深入。我们首先复习并强调了系统函数的概念，即输入和输出信号之间的线性关系。随后，引入Z变换。Z变换是连接时域和频域的桥梁，其重要性不言而喻。我们详细阐述了单边和双边Z变换的定义、收敛域（ROC）的确定及其物理意义，特别是ROC如何决定系统的稳定性与因果性。 利用Z变换的性质，本章展示了如何通过代数运算（而非复杂的卷积）来求解差分方程的解，极大地简化了系统的分析过程。我们分析了常见系统在Z域的零极点分布，并直观地解释了零点和极点对系统响应，尤其是瞬态响应和稳态响应的影响。本章的重点在于熟练运用Z变换及其逆变换进行系统的建模与求解。 --- 第二部分：频域分析与变换方法 (Frequency Domain Transformation) 频域分析是DSP的核心，它揭示了信号中不同频率成分的分布，是滤波和频谱分析的理论基础。 第三章：离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT） 本章从连续傅里叶变换的离散化入手，严谨地推导了离散傅里叶变换（DFT）的定义。DFT将一个有限长序列映射到频域，揭示了序列中各个频率分量的幅值和相位。我们深入剖析了DFT的周期性和共轭对称性等重要性质，并讨论了频谱泄漏、栅栏效应等实际采样中遇到的问题及其缓解措施。 紧接着，本书详细介绍了快速傅里叶变换（FFT）算法，重点讲解了蝶形运算的原理和时间抽取（Decimation-in-Time, DIT）与频率抽取（Decimation-in-Frequency, DIF）的实现流程。通过具体的运算流程图和算例，读者能够深刻理解FFT如何将计算复杂度从 $O(N^2)$ 降低到 $O(N log_2 N)$，这是现代DSP得以高效实现的关键。 第四章：离散时间傅里叶变换（DTFT）与频域表示 DTFT是描述无限长离散时间信号频谱的工具，是DFT的理论基础。本章对比了DTFT与CTFT，强调了DTFT的周期性特征。 本章的核心在于分析LTI系统在频域的响应特性，即频率响应 $H(e^{jomega})$。我们阐释了如何通过计算频率响应来预测系统对不同频率信号的增益和相移。通过对理想滤波器（如理想低通、高通）的频率响应进行分析，为读者建立了设计实际滤波器的直观概念。本章强调了频率响应在系统稳定性和信号处理中的指导作用。 --- 第三部分：数字滤波器设计 (Digital Filter Realization) 数字滤波是DSP最直接的应用，本部分专注于讲解如何设计和实现满足特定性能指标的数字滤波器。 第五章：无限脉冲响应（IIR）滤波器设计 本章主要探讨IIR滤波器的设计方法，其特点是系统冲激响应无限长，通常具有更陡峭的过渡带和更低的阶数。我们详细介绍了将模拟滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫）转换为数字滤波器的主要技术： 1. 脉冲响应不变法 (Impulse Invariance)：基于时域匹配。 2. 双线性变换法 (Bilinear Transformation)：基于Z域的映射关系，并着重分析了预掎变（Pre-warping）技术在解决频率非线性失真中的应用。 本章最后分析了IIR滤波器在实际应用中可能出现的量化效应和振荡问题，并讨论了二阶级联（Biquad）结构对提高稳定性的重要性。 第六章：有限脉冲响应（FIR）滤波器设计 FIR滤波器因其线性相位特性和绝对稳定性而备受青睐。本章重点讲解了FIR滤波器的设计原理，主要集中在窗函数法 (Windowing Method) 和 频率采样法。 对于窗函数法，我们系统地介绍了矩形窗、汉宁窗、海明窗等常见窗函数的特性，以及它们对主瓣宽度和旁瓣衰减的影响。读者将学习如何根据所需的过渡带宽和阻带衰减来选择合适的窗函数和滤波器阶数。本章强调了FIR滤波器在需要精确相位关系的场合（如通信和音频处理）中的不可替代性。 --- 第四部分：先进的DSP主题 (Advanced Topics) 本部分拓展到DSP领域的前沿和关键应用技术。 第七章：多速率信号处理与抽取/插值 本章介绍了信号采样率改变对系统性能的影响，这是软件定义无线电和高保真音频系统中的核心技术。我们详细讲解了抽取（Decimation） 和 插值（Interpolation） 的基本原理，以及在实际操作中如何利用滤波与降采样的顺序来避免混叠效应，并优化计算复杂度。 第八章：自适应滤波原理 自适应滤波器是能够根据输入信号的统计特性自动调整其滤波器系数的强大工具。本章首先介绍了自适应滤波的基本结构，即期望响应和误差信号。核心内容聚焦于最小均方误差（LMS）算法，包括其迭代公式、收敛速度和稳态误差分析。LMS算法的应用实例，如回声消除、信道均衡和噪声抵消，将帮助读者理解其强大的自适应能力。 第九章：DSP的硬件实现与性能评估 本章从工程实践的角度出发，探讨了将DSP算法固化到硬件中的关键考量。内容包括定点运算的精度损失、溢出问题以及模数转换（ADC/DAC）在整个系统链中的作用。我们对比了基于通用处理器（如CPU/GPU）和专用数字信号处理器（DSP芯片/FPGA）的实现差异，并给出了评估算法运算量（如乘加运算次数）和实时性要求的实用方法。 --- 本书特点： 严谨的数学推导与清晰的工程直觉相结合：确保读者在掌握“为什么”的同时，也明白“如何做”。 全书贯穿Z域与频域的统一分析视角：强化变换工具在系统分析中的核心地位。 丰富的图示与具体算例：特别是对于FFT的蝶形图和滤波器零极点图的分析，力求做到直观易懂。 本书适合于电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学等专业的高年级本科生、研究生，以及从事数字信号处理系统开发和研究的工程师作为专业参考书目。通过对本书的学习，读者将能够独立地分析、设计和实现各类现代数字信号处理系统。

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