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isbn号码:9787216058797

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好的，这是一份关于一本名为《数字音频处理与设计》的图书简介，内容详尽，不涉及任何多媒体技术及应用的内容。 --- 图书名称：《数字音频处理与设计》 图书简介 第一部分：基础理论与信号学基石 《数字音频处理与设计》是一部深度聚焦于音频信号的数字化、分析、合成与重构的专业著作。本书旨在为音频工程师、声学研究人员以及对声音科学抱有浓厚兴趣的读者，构建一套严谨而实用的理论框架与实践工具。 全书伊始，我们首先深入探讨了模拟信号与数字信号的转换基础。这部分内容详尽阐述了采样理论（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）的数学原理及其在实际音频系统中的应用限制。我们详细剖析了量化（Quantization）误差的特性，包括均匀量化与非均匀量化（如$mu$-law和A-law）的数学模型，并分析了噪声整形（Noise Shaping）技术在有限位深系统中的重要性。这为理解数字音频的极限性能奠定了基础。 紧接着，本书系统性地介绍了离散时间信号处理（DTFT）的核心概念。我们从傅里叶级数过渡到离散时间傅里叶变换（DTFT），并着重讲解了离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法FFT。书中不仅包含了FFT的蝶形运算结构图解和复杂度分析，还针对音频处理中常见的周期延展和栅栏效应（Leakage Effect）进行了深入的案例分析与修正方法探讨。读者将掌握如何利用FFT高效地分析音频频谱结构，识别瞬态事件和周期性噪声。 第二部分：数字滤波器设计与实现 音频处理的核心在于滤波。本书在这一部分投入了大量的篇幅，力求做到理论深度与工程实践的完美结合。 我们首先区分了无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器的特性。对于IIR滤波器，我们详细推导了双线性变换法（Bilinear Transformation）如何从模拟原型（如巴特沃斯、切比雪夫和椭圆滤波器）映射到数字域，并分析了IIR滤波器在相位响应上的固有缺陷。 对于FIR滤波器，本书侧重于窗函数法（Windowing Method）的设计流程，包括了从理想滤波器到实际滤波器转换过程中，如何选择合适的窗函数（如汉宁窗、海明窗、Blackman窗等）以控制旁瓣衰减和主瓣宽度之间的权衡。此外，我们还涵盖了更高级的频率采样法和最优幅度滤波器设计（Parks-McClellan/Remez Exchange Algorithm），确保读者能够设计出满足特定频率响应要求的最优滤波器组。 在实现层面，我们探讨了定点运算对滤波器稳定性和精度的影响，并引入了双倍精度缓冲和舍入模式对音频质量的实际考量。 第三部分：音频信号的分析与特征提取 本章节聚焦于如何从数字音频流中提取有意义的声学信息。我们首先介绍了时域分析工具，包括短时能量（Short-Time Energy）计算、过零率（Zero-Crossing Rate）分析，这些是区分语音、音乐和噪声的基础判据。 随后，本书转向频域分析。除了基础的频谱图（Spectrogram）绘制外，我们深入讲解了梅尔频率倒谱系数（MFCC）的完整生成流程，包括梅尔刻度滤波器的设计（基于人耳听觉模型）、对数能量计算和离散余弦变换（DCT）。MFCC的推导过程细致入微，确保读者理解其在语音识别和音乐信息检索中的核心地位。 此外，本书还引入了瞬态检测算法，如基于短时过零率变化和能量突变的组合检测方法，这对于精确标记音乐中的打击乐事件或语音中的起始点至关重要。我们还探讨了节拍和节奏（Beat Tracking）的初步算法框架，侧重于能量峰值检测和周期性验证。 第四部分：先进的音频合成与效果处理 数字音频合成是创造新声音的艺术与科学。本书详细阐述了波形合成（Waveform Synthesis）的基础，包括加性合成（Additive Synthesis）中基于正弦波叠加的原理，以及减性合成（Subtractive Synthesis）中数字振荡器和共振滤波器的实现。 我们对调制技术进行了深入剖析，特别是频率调制（FM）和幅度调制（AM）的数学模型，以及它们在数字合成器（如DX7风格音色）中的应用。 在效果处理方面，本书重点讨论了混响（Reverberation）的数字建模。我们详细介绍了基于反馈延迟网络（FDN）的混响算法，分析了如何通过矩阵运算实现更自然、更复杂的房间声学效果。对于延迟（Delay）和调制效果（如颤音、镶边），我们提供了基于环形缓冲区（Circular Buffer）和相位失真技术的精确实现指南。 第五部分：面向实践的工程考量 最后，本书回归到实际的音频系统工程。我们探讨了延迟（Latency）在实时处理中的挑战，并分析了延迟补偿的必要性。 关于动态范围处理，我们详细介绍了压缩器（Compressor）、限制器（Limiter）和扩展器（Expander）的数学模型，特别是如何设计其启动时间（Attack Time）、释放时间（Release Time）和拐点（Knee）参数，以实现对动态的精确控制。 此外，本书还涵盖了抖动（Jitter）和时钟恢复在专业数字音频接口中的重要性，以及抗混叠滤波器（Anti-Aliasing Filter）在系统输出端的关键作用。所有章节都配有详尽的数学推导、伪代码示例和性能评估指标，确保读者不仅理解“如何做”，更能理解“为何要这样做”。 《数字音频处理与设计》为读者提供了一条从基础采样理论到复杂声音合成与效果链构建的完整学习路径，是音频技术领域不可或缺的参考手册。

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