Understanding Digital Signal Processing

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出版者:Prentice Hall
作者:Richard G. Lyons
出品人:
页数:984
译者:
出版时间:2010-11-11
价格:USD 119.99
装帧:Hardcover
isbn号码:9780137027415
丛书系列:
图书标签:
  • 数字信号处理
  • DSP
  • 英文原版
  • Signal.Processing
  • 通俗易懂
  • 教材
  • 通信原理
  • communication
  • Digital Signal Processing
  • Understanding
  • Signals
  • Processing
  • Electronics
  • Engineering
  • Mathematics
  • Algorithms
  • Fourier
  • Filters
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具体描述

Amazon.com's Top-Selling DSP Book for Seven Straight Years--Now Fully Updated! Understanding Digital Signal Processing, Third Edition, is quite simply the best resource for engineers and other technical professionals who want to master and apply today's latest DSP techniques. Richard G. Lyons has updated and expanded his best-selling second edition to reflect the newest technologies, building on the exceptionally readable coverage that made it the favorite of DSP professionals worldwide. He has also added hands-on problems to every chapter, giving students even more of the practical experience they need to succeed. Comprehensive in scope and clear in approach, this book achieves the perfect balance between theory and practice, keeps math at a tolerable level, and makes DSP exceptionally accessible to beginners without ever oversimplifying it. Readers can thoroughly grasp the basics and quickly move on to more sophisticated techniques. This edition adds extensive new coverage of FIR and IIR filter analysis techniques, digital differentiators, integrators, and matched filters. Lyons has significantly updated and expanded his discussions of multirate processing techniques, which are crucial to modern wireless and satellite communications. He also presents nearly twice as many DSP Tricks as in the second edition--including techniques even seasoned DSP professionals may have overlooked. Coverage includes * New homework problems that deepen your understanding and help you apply what you've learned * Practical, day-to-day DSP implementations and problem-solving throughout * Useful new guidance on generalized digital networks, including discrete differentiators, integrators, and matched filters * Clear descriptions of statistical measures of signals, variance reduction by averaging, and real-world signal-to-noise ratio (SNR) computation * A significantly expanded chapter on sample rate conversion (multirate systems) and associated filtering techniques * New guidance on implementing fast convolution, IIR filter scaling, and more * Enhanced coverage of analyzing digital filter behavior and performance for diverse communications and biomedical applications * Discrete sequences/systems, periodic sampling, DFT, FFT, finite/infinite impulse response filters, quadrature (I/Q) processing, discrete Hilbert transforms, binary number formats, and much more

《数字信号处理原理与实践》 本书深入探讨了数字信号处理(DSP)的核心概念、算法及其在现代工程和科学领域的广泛应用。从基础的离散时间信号和系统理论出发,逐步构建起读者对数字信号处理的全面理解。 核心概念与理论基础: 离散时间信号与系统: 本章详细介绍了离散时间信号的表示方式,如序列、抽样信号等,并引入了线性时不变(LTI)系统的基本性质,如叠加性、时不变性、因果性、稳定性。通过分析单位脉冲响应,揭示了LTI系统的核心行为。 卷积: 卷积是LTI系统分析的关键工具。本书将详细阐述一维和多维卷积的计算方法,以及其在系统响应分析中的重要作用。 傅里叶分析: 傅里叶级数和傅里叶变换是理解信号频谱特性的基石。本书将深入讲解离散时间傅里叶变换(DTFT)、离散傅里叶变换(DFT)及其性质,为后续的滤波设计和谱分析奠定基础。 Z变换: Z变换作为连续时间傅里叶变换在离散时间系统中的推广,提供了另一种分析LTI系统的方法。本书将介绍Z变换的定义、收敛域,以及其在系统稳定性分析和频率响应求解中的应用。 采样理论: 采样是将连续时间信号转化为离散时间信号的关键步骤。本书将详细阐述奈奎斯特-香农采样定理,解释过采样和欠采样的影响,并介绍抗混叠滤波器的设计原理。 关键算法与技术: 快速傅里叶变换(FFT): FFT算法是DFT的高效计算方法,极大地推动了DSP的实用化。本书将介绍Cooley-Tukey FFT算法及其变种,并分析其计算复杂度。 数字滤波器设计: 数字滤波器是DSP的核心组成部分,用于选择性地增强或抑制信号的特定频率成分。本书将分类讲解两大类数字滤波器: 无限冲激响应(IIR)滤波器: 介绍其基本原理,包括巴特沃斯、切比雪夫和椭圆滤波器等设计方法,以及从模拟滤波器到数字滤波器的变换技术。 有限冲激响应(FIR)滤波器: 介绍其优点,如线性相位特性,以及窗函数法、频率采样法和最优设计法等设计方法。 谱分析: 谱分析用于研究信号的频率成分。本书将介绍经典谱估计方法,如周期图法,以及现代谱估计方法,如最大熵法和多重信号分类(MUSIC)法。 自适应滤波: 自适应滤波器能够根据输入信号的统计特性自动调整自身参数,以实现最优滤波。本书将介绍LMS(最小均方)算法和RLS(递归最小二乘)算法等经典自适应滤波算法,并探讨其在噪声消除、均衡和预测等方面的应用。 多速率信号处理: 多速率信号处理涉及在不同采样率之间进行信号转换。本书将介绍抽取(Decimation)、插值(Interpolation)及其组合(如Polyphase滤波器组),并分析其在信号压缩和信道复用中的作用。 小波变换: 小波变换提供了一种在时间和频率域上进行多分辨率分析的方法,适用于分析非平稳信号。本书将介绍连续小波变换(CWT)和离散小波变换(DWT),并探讨其在图像压缩、特征提取和噪声去除等领域的应用。 实际应用与案例分析: 本书不仅讲解理论,更注重将理论与实际应用相结合。将通过详细的案例分析,展示DSP在以下领域的应用: 通信系统: 如数字调制解调、信道编码、均衡技术。 音频信号处理: 如音频编码(MP3、AAC)、降噪、语音识别、回声消除。 图像与视频处理: 如图像压缩(JPEG、MPEG)、滤波、边缘检测、目标识别。 生物医学工程: 如心电图(ECG)分析、脑电图(EEG)信号处理、医学影像处理。 控制系统: 如数字控制器设计、系统辨识。 雷达与声纳系统: 如目标检测、距离估计、多普勒效应分析。 学习目标: 通过学习本书,读者将能够: 深刻理解离散时间信号和系统的基本性质。 掌握傅里叶变换、Z变换等核心分析工具。 熟练运用FFT算法进行高效计算。 能够设计和实现各种类型的数字滤波器。 理解和应用谱分析、自适应滤波、多速率信号处理和小波变换等高级技术。 将DSP理论知识应用于解决实际工程问题。 本书适合于电子工程、通信工程、计算机科学、自动化以及相关领域的本科生、研究生和工程师。通过系统性的学习,读者将能够掌握数字信号处理的精髓,并为其在各行各业的创新应用打下坚实的基础。

作者简介

目录信息

PREFACE
ABOUT THE AUTHOR
1 DISCRETE SEQUENCES AND SYSTEMS
1.1 Discrete Sequences and Their Notation
1.2 Signal Amplitude, Magnitude, Power
1.3 Signal Processing Operational Symbols
1.4 Introduction to Discrete Linear Time-Invariant Systems
1.5 Discrete Linear Systems
1.6 Time-Invariant Systems
1.7 The Commutative Property of Linear Time-Invariant Systems
1.8 Analyzing Linear Time-Invariant Systems
2 PERIODIC SAMPLING
2.1 Aliasing: Signal Ambiguity in the Frequency Domain
2.2 Sampling Lowpass Signals
2.3 Sampling Bandpass Signals
2.4 Practical Aspects of Bandpass Sampling
3 THE DISCRETE FOURIER TRANSFORM
3.1 Understanding the DFT Equation
3.2 DFT Symmetry
3.3 DFT Linearity
3.4 DFT Magnitudes
3.5 DFT Frequency Axis
3.6 DFT Shifting Theorem
3.7 Inverse DFT
3.8 DFT Leakage
3.9 Windows
3.10 DFT Scalloping Loss
3.11 DFT Resolution, Zero Padding, and Frequency-Domain Sampling
3.12 DFT Processing Gain
3.13 The DFT of Rectangular Functions
3.14 Interpreting the DFT Using the Discrete-Time Fourier Transform
4 THE FAST FOURIER TRANSFORM
4.1 Relationship of the FFT to the DFT
4.2 Hints on Using FFTs in Practice
4.3 Derivation of the Radix-2 FFT Algorithm
4.4 FFT Input/Output Data Index Bit Reversal
4.5 Radix-2 FFT Butterfly Structures
4.6 Alternate Single-Butterfly Structures
5 FINITE IMPULSE RESPONSE FILTERS
5.1 An Introduction to Finite Impulse Response (FIR) Filters
5.2 Convolution in FIR Filters
5.3 Lowpass FIR Filter Design
5.4 Bandpass FIR Filter Design
5.5 Highpass FIR Filter Design
5.6 Parks-McClellan Exchange FIR Filter Design Method
5.7 Half-band FIR Filters
5.8 Phase Response of FIR Filters
5.9 A Generic Description of Discrete Convolution
5.10 Analyzing FIR Filters
6 INFINITE IMPULSE RESPONSE FILTERS
6.1 An Introduction to Infinite Impulse Response Filters
6.2 The Laplace Transform
6.3 The z-Transform
6.4 Using the z-Transform to Analyze IIR Filters
6.5 Using Poles and Zeros to Analyze IIR Filters
6.6 Alternate IIR Filter Structures
6.7 Pitfalls in Building IIR Filters
6.8 Improving IIR Filters with Cascaded Structures
6.9 Scaling the Gain of IIR Filters
6.10 Impulse Invariance IIR Filter Design Method
6.11 Bilinear Transform IIR Filter Design Method
6.12 Optimized IIR Filter Design Method
6.13 A Brief Comparison of IIR and FIR Filters
7 SPECIALIZED DIGITAL NETWORKS AND FILTERS
7.1 Differentiators
7.2 Integrators
7.3 Matched Filters
7.4 Interpolated Lowpass FIR Filters
7.5 Frequency Sampling Filters: The Lost Art
8 QUADRATURE SIGNALS
8.1 Why Care about Quadrature Signals?
8.2 The Notation of Complex Numbers
8.3 Representing Real Signals Using Complex Phasors
8.4 A Few Thoughts on Negative Frequency
8.5 Quadrature Signals in the Frequency Domain
8.6 Bandpass Quadrature Signals in the Frequency Domain
8.7 Complex Down-Conversion
8.8 A Complex Down-Conversion Example
8.9 An Alternate Down-Conversion Method
9 THE DISCRETE HILBERT TRANSFORM
9.1 Hilbert Transform Definition
9.2 Why Care about the Hilbert Transform?
9.3 Impulse Response of a Hilbert Transformer
9.4 Designing a Discrete Hilbert Transformer
9.5 Time-Domain Analytic Signal Generation
9.6 Comparing Analytical Signal Generation Methods
10 SAMPLE RATE CONVERSION
10.1 Decimation
10.2 Two-Stage Decimation
10.3 Properties of Downsampling
10.4 Interpolation
10.5 Properties of Interpolation
10.6 Combining Decimation and Interpolation
10.7 Polyphase Filters
10.8 Two-Stage Interpolation
10.9 z-Transform Analysis of Multirate Systems
10.10 Polyphase Filter Implementations
10.11 Sample Rate Conversion by Rational Factors
10.12 Sample Rate Conversion with Half-band Filters
10.13 Sample Rate Conversion with IFIR Filters
10.14 Cascaded Integrator-Comb Filters
11 SIGNAL AVERAGING
11.1 Coherent Averaging
11.2 Incoherent Averaging
11.3 Averaging Multiple Fast Fourier Transforms
11.4 Averaging Phase Angles
11.5 Filtering Aspects of Time-Domain Averaging
11.6 Exponential Averaging
12 DIGITAL DATA FORMATS AND THEIR EFFECTS
12.1 Fixed-Point Binary Formats
12.2 Binary Number Precision and Dynamic Range
12.3 Effects of Finite Fixed-Point Binary Word Length
12.4 Floating-Point Binary Formats
12.5 Block Floating-Point Binary Format
13 DIGITAL SIGNAL PROCESSING TRICKS
13.1 Frequency Translation without Multiplication
13.2 High-Speed Vector Magnitude Approximation
13.3 Frequency-Domain Windowing
13.4 Fast Multiplication of Complex Numbers
13.5 Efficiently Performing the FFT of Real Sequences
13.6 Computing the Inverse FFT Using the Forward FFT
13.7 Simplified FIR Filter Structure
13.8 Reducing A/D Converter Quantization Noise
13.9 A/D Converter Testing Techniques
13.10 Fast FIR Filtering Using the FFT
13.11 Generating Normally Distributed Random Data
13.12 Zero-Phase Filtering
13.13 Sharpened FIR Filters
13.14 Interpolating a Bandpass Signal
13.15 Spectral Peak Location Algorithm
13.16 Computing FFT Twiddle Factors
13.17 Single Tone Detection
13.18 The Sliding DFT
13.19 The Zoom FFT
13.20 A Practical Spectrum Analyzer
13.21 An Efficient Arctangent Approximation
13.22 Frequency Demodulation Algorithms
13.23 DC Removal
13.24 Improving Traditional CIC Filters
13.25 Smoothing Impulsive Noise
13.26 Efficient Polynomial Evaluation
13.27 Designing Very High-Order FIR Filters
13.28 Time-Domain Interpolation Using the FFT
13.29 Frequency Translation Using Decimation
13.30 Automatic Gain Control (AGC)
13.31 Approximate Envelope Detection
13.32 A Quadrature Oscillator
13.33 Specialized Exponential Averaging
13.34 Filtering Narrowband Noise Using Filter Nulls
13.35 Efficient Computation of Signal Variance
13.36 Real-time Computation of Signal Averages and Variances
13.37 Building Hilbert Transformers from Half-band Filters
13.38 Complex Vector Rotation with Arctangents
13.39 An Efficient Differentiating Network
13.40 Linear-Phase DC-Removal Filter
13.41 Avoiding Overflow in Magnitude Computations
13.42 Efficient Linear Interpolation
13.43 Alternate Complex Down-conversion Schemes
13.44 Signal Transition Detection
13.45 Spectral Flipping around Signal Center Frequency
13.46 Computing Missing Signal Samples
13.47 Computing Large DFTs Using Small FFTs
13.48 Computing Filter Group Delay without Arctangents
13.49 Computing a Forward and Inverse FFT Using a Single FFT
13.50 Improved Narrowband Lowpass IIR Filters
13.51 A Stable Goertzel Algorithm
A THE ARITHMETIC OF COMPLEX NUMBERS
A.1 Graphical Representation of Real and Complex Numbers
A.2 Arithmetic Representation of Complex Numbers
A.3 Arithmetic Operations of Complex Numbers
A.4 Some Practical Implications of Using Complex Numbers
B CLOSED FORM OF A GEOMETRIC SERIES
C TIME REVERSAL AND THE DFT
D MEAN, VARIANCE, AND STANDARD DEVIATION
D.1 Statistical Measures
D.2 Statistics of Short Sequences
D.3 Statistics of Summed Sequences
D.4 Standard Deviation (RMS) of a Continuous Sinewave
D.5 Estimating Signal-to-Noise Ratios
D.6 The Mean and Variance of Random Functions
D.7 The Normal Probability Density Function
E DECIBELS (DB AND DBM)
E.1 Using Logarithms to Determine Relative Signal Power
E.2 Some Useful Decibel Numbers
E.3 Absolute Power Using Decibels
F DIGITAL FILTER TERMINOLOGY
G FREQUENCY SAMPLING FILTER DERIVATIONS
G.1 Frequency Response of a Comb Filter
G.2 Single Complex FSF Frequency Response
G.3 Multisection Complex FSF Phase
G.4 Multisection Complex FSF Frequency Response
G.5 Real FSF Transfer Function
G.6 Type-IV FSF Frequency Response
H FREQUENCY SAMPLING FILTER DESIGN TABLES
I COMPUTING CHEBYSHEV WINDOW SEQUENCES
I.1 Chebyshev Windows for FIR Filter Design
I.2 Chebyshev Windows for Spectrum Analysis
INDEX
· · · · · · (收起)

读后感

评分

作者为了降低难度,去掉了很多必要的公式,取而代之的是用叙述的方法配合大量的图表来说明问题。 个人感觉这种做法有点欠妥,公式是对问题精确地反应,还是得有大量公式才行,关键是对于公式要有很好的解释,让人看了以后才能明白。 感觉这本书需要与一本“学院派”的书籍相互...

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作者为了降低难度,去掉了很多必要的公式,取而代之的是用叙述的方法配合大量的图表来说明问题。 个人感觉这种做法有点欠妥,公式是对问题精确地反应,还是得有大量公式才行,关键是对于公式要有很好的解释,让人看了以后才能明白。 感觉这本书需要与一本“学院派”的书籍相互...

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作者为了降低难度,去掉了很多必要的公式,取而代之的是用叙述的方法配合大量的图表来说明问题。 个人感觉这种做法有点欠妥,公式是对问题精确地反应,还是得有大量公式才行,关键是对于公式要有很好的解释,让人看了以后才能明白。 感觉这本书需要与一本“学院派”的书籍相互...

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作者为了降低难度,去掉了很多必要的公式,取而代之的是用叙述的方法配合大量的图表来说明问题。 个人感觉这种做法有点欠妥,公式是对问题精确地反应,还是得有大量公式才行,关键是对于公式要有很好的解释,让人看了以后才能明白。 感觉这本书需要与一本“学院派”的书籍相互...

用户评价

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这本书,叫做《艺术的灵魂:从印象派到后现代》,简直是为我量身定做的!我一直对绘画很感兴趣,但总觉得隔靴搔痒,对那些大师的作品了解不多。这本书就如同一个贴心的艺术导游,带领我一步步走进了一个五彩斑斓的艺术世界。它没有枯燥地罗列艺术家名字和年代,而是巧妙地将不同流派的艺术家和他们的作品置于历史和社会背景中去解读,让我明白了为什么梵高会选择用那样奔放的笔触,为什么莫奈的光影处理如此独特,为什么波洛克会把颜料甩在画布上。作者的语言非常优美,充满了对艺术的热爱,读起来一点也不费力,反而像在品味一首首诗歌。让我印象深刻的是,书中对印象派画家如何打破传统、捕捉瞬间光影的描述,以及后印象派画家如何将主观情感融入色彩的分析,都让我茅塞顿开。读完之后,我去博物馆看画时,眼光都变得不一样了,能看到更多隐藏在画面背后的故事和情感,甚至能和作者的解读产生共鸣,这种感觉太棒了!

评分

我最近刚看完一本关于“古代文明的失落之城”的书,这本书就像一本穿越时空的探险日记,作者是一位资深的考古学家,他用极其生动的笔触,描绘了那些湮没在历史长河中的辉煌文明。书里详细介绍了那些令人惊叹的遗迹,比如失落的亚特兰蒂斯,或者是亚马逊丛林的神秘马丘比丘,不仅仅是文字描述,还穿插了大量的考古发现和最新的研究成果,让我对那些古老的故事有了更鲜活的认识。作者并没有仅仅停留在“复述历史”的层面,他还深入分析了这些文明衰落的原因,从气候变化到内部政治斗争,再到外敌入侵,每一个推测都基于扎实的证据和严谨的逻辑,读起来就像在听一场精彩绝伦的公开课。更重要的是,书中对那些未解之谜的探讨,激发了我强烈的好奇心,让我开始思考,在我们现代文明的高度发达之下,是否也潜藏着类似的危机?这本书让我深刻体会到了人类文明的脆弱与坚韧,也对历史的长河有了更宏大的敬畏之心。

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最近我读了一本关于“赛博朋克美学与反乌托邦社会”的书,这本书就像一把钥匙,打开了我对未来社会运作方式的全新认知。作者以一种犀利而深刻的视角,剖析了科技发展与社会结构之间错综复杂的关系。书里对“控制”的探讨让我印象尤为深刻,从大数据监控到基因编辑,再到虚拟现实的沉溺,这些看似与我们日常生活毫不相关的概念,在作者的笔下却变得触目惊心。他用大量的案例和理论,揭示了科技进步在带来便利的同时,可能带来的潜在威胁,特别是对个体自由和人性尊严的侵蚀。书中的文字充满了力量,每一个论点都经过深思熟虑,读来让人不禁脊背发凉,但又有一种无法自拔的吸引力。我开始反思我们当下所处的社会,那些看似合理的科技应用,是否正在不知不觉中将我们推向一个更加被动和被操控的境地?这本书让我对未来充满了警惕,也促使我去更深入地思考科技伦理和社会责任的问题。

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天啊,我最近翻开了一本叫做《深入理解量子力学》的书,简直把我整个人都吸引进去了!书里对叠加态和量子纠缠的解释,用了很多形象的比喻,虽然我之前对这些概念也略有耳闻,但这本书让我仿佛亲眼看到了那个奇妙的微观世界。作者用一种非常引人入胜的方式,循序渐进地带领读者穿越那些看似高深莫测的数学公式,让我这个非物理学专业的读者也能逐渐领悟其中的精髓。特别是关于薛定谔的猫那个思想实验,书里不仅详细阐述了其背后的逻辑,还深入探讨了它对我们理解现实世界可能产生的哲学冲击,这部分简直太震撼了!而且,书的排版也很舒服,插图虽然不多,但每一张都恰到好处地加深了理解。我感觉自己好像不再是被动地接受信息,而是主动地在与作者进行一场思想的对话。读完之后,我看向世界的角度都有些不同了,开始思考那些我们习以为常的“确定性”背后,是否隐藏着更深层的量子不确定性。这本书绝对是我近期读过最令人振奋的一本,它不仅仅是知识的传递,更是一次思维的启迪。

评分

这是一本关于“宇宙的起源与演化”的书,读起来简直比科幻小说还要精彩!作者用一种极其宏大的视角,为我描绘了一幅波澜壮阔的宇宙画卷。从宇宙大爆炸的瞬间,到星系的形成,再到生命的诞生,每一个环节都描绘得栩栩如生,仿佛我能亲眼目睹那些宇宙级的事件发生。最让我着迷的是,作者并没有回避那些未解之谜,比如暗物质和暗能量的神秘,又或者是宇宙是否是唯一的等等,而是用一种引人入胜的方式,将当前的科学猜想和理论娓娓道来,让我对这些宏大的问题产生了浓厚的兴趣。书中的一些理论,比如关于虫洞和黑洞的解释,虽然有一定的门槛,但作者运用了大量的类比和图示,让即使是初学者也能大致理解。我感觉自己就像一个宇宙探险家,跟着书中的文字,在浩瀚的星海中遨游,每一次翻页都充满了惊喜和震撼。读完之后,我对宇宙的敬畏之心油然而生,也对人类在宇宙中的渺小与独特有了更深的体会。

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封面图就表明他对信号为何用复数表示有过思考。。。

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封面图就表明他对信号为何用复数表示有过思考。。。

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在数字信号处理学习中,该书应该排名第一,通俗易懂,不知国内为何无中文版本

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非常适合作为信号处理的入门书籍,深入浅出通俗易懂,是对初学者十分友好的一本教科书

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在数字信号处理学习中,该书应该排名第一,通俗易懂,不知国内为何无中文版本

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