本書是在普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《數(shù)字信號處理原理與實現(xiàn)》第2版的基礎上修訂而成的。根據(jù)普通高校本科生教學大綱要求選材，本次修訂在系統(tǒng)地討論了數(shù)字信號處理的基本原理、基本概念與基本分析方法的基礎上，跟蹤學科發(fā)展的前沿，增加了數(shù)字信號處理的工程應用，具體包括五個實際工程應用案例。全書共10章，包括緒論、時域離散時間信號與系統(tǒng)、離散信號與系統(tǒng)的頻域分析、離散傅里葉變換（DFT）、快速傅里葉變換（FFT）、數(shù)字濾波器的基本網(wǎng)絡結構、無限長沖激響應濾波器的設計方法、有限長沖激響應濾波器的設計方法、多采樣率數(shù)字信號處理、數(shù)字信號處理的工程應用。 為便于教師的教學及學生對采樣概念的深入理解，這次修訂充分利用了數(shù)字化、立體化教材的編撰方法，在以文字介紹為主的基礎上，為重點和難點部分配備了視頻講解和動畫演示。本書可作為普通高等學校電子信息類專業(yè)和相近專業(yè)本科生、工程碩士研究生的教材，也可作為非電子信息類專業(yè)碩士研究生的教材，還可作為科技人員的參考書。
劉泉, 武漢理工大學電信學院教授，博士生導師，長期從事數(shù)字信號處理課程的教學與研究工作， 發(fā)表論文多篇，在教學領域多次評為優(yōu)秀工作者。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 數(shù)字信號處理的定義和特點 1
1.1.1 數(shù)字信號處理的定義 1
1.1.2 數(shù)字信號處理的特點 1
1.2 數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成與實現(xiàn)方法 2
1.2.1 數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成 2
1.2.2 數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法 2
1.3 數(shù)字信號處理的應用領域 3
1.4 數(shù)字信號處理的發(fā)展趨勢 4
第2章 時域離散時間信號與系統(tǒng) 5
2.1 連續(xù)時間信號的采樣 5
2.1.1 信號的采樣 5
2.1.2 采樣定理 6
2.1.3 信號的恢復 7
2.2 離散時間信號序列 9
2.2.1 序列及其表示 9
2.2.2 常用的典型序列 9
2.2.3 序列的運算 12
2.2.4 用單位采樣序列表示任意序列 17
2.3 線性非移變系統(tǒng) 17
2.3.1 線性系統(tǒng) 18
2.3.2 非移變系統(tǒng) 18
2.3.3 單位采樣響應與卷積和 18
2.3.4 線性非移變系統(tǒng)的性質 19
2.3.5 穩(wěn)定系統(tǒng) 20
2.3.6 因果系統(tǒng) 20
2.4 線性常系數(shù)差分方程 21
2.4.1 線性常系數(shù)差分方程 21
2.4.2 線性常系數(shù)差分方程的求解 22
2.4.3 用差分方程表示濾波器系統(tǒng) 22
2.5 離散時間信號與系統(tǒng)時域分析綜合舉例及MATLAB實現(xiàn) 23
習題 29
第3章 離散時間信號與系統(tǒng)的頻域分析 32
3.1 序列的傅里葉變換 32
3.1.1 序列的傅里葉變換的定義 32
3.1.2 傅里葉變換的性質 33
3.2 序列的Z變換 38
3.2.1 Z變換的定義及收斂域 39
3.2.2 幾種序列的Z變換及其收斂域 39
3.3 Z反變換 44
3.3.1 留數(shù)法 44
3.3.2 部分分式展開法 46
3.3.3 冪級數(shù)法（長除法） 47
3.4 Z變換的基本性質和定理 48
3.4.1 線性 48
3.4.2 序列的移位 48
3.4.3 乘以指數(shù)序列（Z域尺度變換） 48
3.4.4 序列的線性加權 49
3.4.5 序列的共軛序列 49
3.4.6 序列的反褶 49
3.4.7 初值定理 49
3.4.8 終值定理 49
3.4.9 卷積定理 50
3.4.10 復卷積定理 51
3.4.11 帕塞瓦爾定理 51
3.5 Z變換、傅里葉變換、拉普拉斯變換的關系 52
3.5.1 x(n)的Z變換與序列的傅里葉變換之間的關系 52
3.5.2 的Z變換與 的拉普拉斯變換之間的關系 53
3.5.3 序列的Z變換與模擬信號的傅里葉變換之間的關系 54
3.6 離散時間系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)頻率響應 55
3.6.1 系統(tǒng)函數(shù) 55
3.6.2 利用系統(tǒng)函數(shù)的極點分布確定系統(tǒng)的因果性與穩(wěn)定性 55
3.6.3 系統(tǒng)頻率響應函數(shù) 56
3.6.4 系統(tǒng)頻率響應的幾何確定法 57
3.6.5 最小相位系統(tǒng)及全通系統(tǒng) 60
3.7 離散時間信號與系統(tǒng)頻域分析綜合舉例及MATLAB實現(xiàn) 60
習題 64
第4章 離散傅里葉變換 67
4.1 傅里葉變換的幾種形式 67
4.1.1 連續(xù)非周期時間信號的傅里葉變換 67
4.1.2 連續(xù)周期時間信號的傅里葉變換 68
4.1.3 離散非周期時間信號的傅里葉變換 68
4.1.4 離散周期信號的傅里葉變換 69
4.2 離散傅里葉級數(shù)（DFS） 69
4.2.1 離散傅里葉級數(shù)的導出 69
4.2.2 離散傅里葉級數(shù)的性質 71
4.3 離散傅里葉變換（DFT） 73
4.3.1 離散傅里葉變換（DFT）的導出 73
4.3.2 離散傅里葉變換的物理意義及隱含的周期性 75
4.4 離散傅里葉變換的基本性質 76
4.4.1 線性 77
4.4.2 序列的圓周移位定理 77
4.4.3 延長序列的離散傅里葉變換 78
4.4.4 復共軛序列的DFT 78
4.4.5 DFT的對稱性 78
4.4.6 圓周卷積 81
4.4.7 帕塞瓦爾定理 84
4.4.8 圓周相關定理 84
4.5 頻率采樣定理 86
4.6 離散傅里葉變換綜合舉例與MATLAB實現(xiàn) 88
習題 91
第5章 快速傅里葉變換 93
5.1 直接計算DFT的問題及改進的基本途徑 94
5.1.1 直接計算DFT的運算量 94
5.1.2 改進措施 94
5.2 按時間抽取的基2 FFT算法（DIT-FFT） 95
5.2.1 算法原理 95
5.2.2 DIT-FFT的運算量 99
5.2.3 DIT-FFT算法的特點 100
5.3 按頻率抽取的基2 FFT算法（DIF-FFT） 102
5.3.1 算法原理 102
5.3.2 DIF-FFT的運算量 104
5.3.3 按頻率抽取的FFT的特點 105
5.3.4 DIT-FFT與DIF-FFT的區(qū)別與聯(lián)系 105
5.4 離散傅里葉反變換的快速算法（IFFT） 106
5.5 N為復合數(shù)的FFT算法 107
5.5.1 整數(shù)的多基多進制表示 107
5.5.2 N為復合數(shù)的快速離散傅里葉變換 108
5.6 基4 FFT算法 109
5.6.1 算法原理 109
5.6.2 運算步驟和結構流圖 111
5.6.3 運算量 113
5.7 分裂基FFT算法 113
5.7.1 運算原理和結構流圖 113
5.7.2 運算量 115
5.8 線性調頻Z變換算法 116
5.8.1 算法的基本原理 116
5.8.2 線性調頻Z變換的實現(xiàn)步驟 118
5.8.3 運算量的估算 119
5.9 實序列的FFT算法 120
5.9.1 用N點FFT計算兩個N點實序列的DFT 120
5.9.2 用N點FFT計算一個2N點實序列的DFT 121
5.10 快速傅里葉變換的編程思想及實現(xiàn) 121
5.10.1 FFT算法的編程思想 121
5.10.2 DIT-FFT實現(xiàn)的C語言代碼 122
5.11 快速傅里葉變換的應用 123
5.11.1 快速卷積運算 123
5.11.2 使用DFT對連續(xù)時間信號進行譜分析 127
5.12 快速傅里葉變換綜合舉例與MATLAB實現(xiàn) 129
習題 136
第6章 數(shù)字濾波器的基本網(wǎng)絡結構 137
6.1 數(shù)字濾波器結構的表示方法 137
6.2 無限長沖激響應濾波器的基本網(wǎng)絡結構 138
6.2.1 直接I型 139
6.2.2 直接II型 139
6.2.3 級聯(lián)型 140
6.2.4 并聯(lián)型 141
6.2.5 轉置定理 142
6.3 有限長沖激響應（FIR）濾波器的基本網(wǎng)絡結構 143
6.3.1 直接型 143
6.3.2 級聯(lián)型 143
6.3.3 快速卷積型 144
6.3.4 線性相位FIR濾波器的結構 144
6.3.5 頻率采樣型結構 146
6.4 數(shù)字濾波器的格型結構 149
6.4.1 全零點系統(tǒng)（FIR系統(tǒng)）的格型結構 149
6.4.2 全極點系統(tǒng)（IIR系統(tǒng)）的格型結構 151
6.4.3 零-極點系統(tǒng)（IIR系統(tǒng)）的格型結構 153
6.5 數(shù)字信號處理中的有限字長效應 155
6.5.1 量化誤差 155
6.5.2 量化誤差的統(tǒng)計方法 155
6.5.3 乘積的舍入誤差 157
6.6 數(shù)字濾波器網(wǎng)絡結構綜合舉例與MATLAB實現(xiàn) 159
習題 165
第7章 無限長沖激響應濾波器的設計方法 167
7.1 一般數(shù)字濾波器的設計方法概述 167
7.1.1 數(shù)字濾波器的分類 167
7.1.2 數(shù)字濾波器的技術要求 168
7.1.3 數(shù)字濾波器的設計方法概述 169
7.2 模擬濾波器的設計方法簡介 170
7.2.1 由幅度平方函數(shù)確定系統(tǒng)函數(shù) 170
7.2.2 巴特沃斯濾波器 171
7.2.3 切比雪夫濾波器 173
7.3 用沖激響應不變法設計IIR數(shù)字低通濾波器 178
7.3.1 變換原理 178
7.3.2 混疊失真 179
7.3.3 模擬濾波器的數(shù)字化方法 180
7.3.4 優(yōu)缺點分析 181
7.4 用雙線性變換法設計IIR數(shù)字低通濾波器 181
7.4.1 變換原理 181
7.4.2 變換常數(shù)的選擇 182
7.4.3 逼近情況分析 183
7.4.4 優(yōu)缺點分析 183
7.4.5 濾波器的數(shù)字化方法 184
7.5 IIR數(shù)字濾波器的模擬頻率變換設計方法 185
7.5.1 模擬濾波器變換成數(shù)字帶通濾波器 185
7.5.2 模擬低通濾波器變換成數(shù)字帶阻濾波器 188
7.5.3 模擬低通濾波器變換成數(shù)字高通濾波器 190
7.6 IIR數(shù)字濾波器的數(shù)字頻率變換設計方法 192
7.7 IIR數(shù)字濾波器設計綜合舉例與MATLAB實現(xiàn) 194
習題 199
第8章 有限長沖激響應濾波器的設計方法 202
8.1 線性相位FIR濾波器的特點 202
8.1.1 線性相位條件 202
8.1.2 線性相位FIR濾波器的頻率響應特點 204
8.1.3 幅度函數(shù)的特點 206
8.1.4 零點位置 209
8.2 利用窗函數(shù)法設計FIR濾波器 210
8.2.1 設計原理 210
8.2.2 加窗處理產(chǎn)生的影響 212
8.2.3 各種窗函數(shù) 214
8.2.4 窗函數(shù)法的設計步驟 218
8.2.5 窗函數(shù)法計算中的主要問題 219
8.3 利用頻率采樣法設計FIR濾波器 220
8.3.1 設計原理 220
8.3.2 用頻率采樣法設計線性相位濾波器的條件 220
8.3.3 逼近誤差及其改進措施 221
8.4 IIR與FIR數(shù)字濾波器的比較 222
8.5 FIR數(shù)字濾波器設計綜合舉例與MATLAB實現(xiàn) 223
習題 232
第9章 多采樣率數(shù)字信號處理 234
9.1 信號的整數(shù)倍抽取 234
9.1.1 信號整數(shù)倍抽取的時域描述 234
9.1.2 信號整數(shù)倍抽取的頻域解釋 235
9.1.3 抗混疊濾波器 236
9.2 信號的整數(shù)倍插值 237
9.2.1 信號整數(shù)倍內插的時域描述 237
9.2.2 信號整數(shù)倍內插的頻域解釋 239
9.3 按有理因子I/D的采樣率轉換 240
9.4 采樣頻率轉換濾波器的實現(xiàn) 241
9.4.1 直接型FIR濾波器結構 241
9.4.2 多相濾波器的FIR結構 244
9.4.3 變換采樣率的多級實現(xiàn) 245
9.5 多采樣率數(shù)字信號處理綜合舉例與MATLAB實現(xiàn) 247
習題 250
第10章 數(shù)字信號處理的工程應用 252
10.1 設計巴特沃斯濾波器去除噪聲對地震波的干擾 252
10.1.1 MATLAB的主要函數(shù)介紹 252
10.1.2 地震波信號處理 253
10.1.3 代碼 254
10.2 自適應濾波器用于信道均衡 256
10.2.1 基本原理 256
10.2.2 系統(tǒng)仿真 256
10.3 數(shù)字變聲器 259
10.3.1 變聲原理 259
10.3.2 實現(xiàn)方法 259
10.4 面向腦機接口的運動意圖識別 263
10.4.1 運動意圖識別原理 263
10.4.2 實現(xiàn)方法 264
10.5 肌電控制人機交互的運動意圖識別 267
10.5.1 目的及原理 267
10.5.2 實現(xiàn)方法 268
漢英名詞對照表 273
參考文獻 278
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