隨著信息、計算機(jī)和微電子等學(xué)科的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理的理論、算法及實現(xiàn)手段也都獲得了飛速的發(fā)展，并且應(yīng)用越來越廣泛。為適應(yīng)這一發(fā)展對人才的需要，目前國內(nèi)外高校中開設(shè)數(shù)字信號處理課程的專業(yè)也越來越多。
　　由于數(shù)字信號處理的內(nèi)容廣泛，理論復(fù)雜，因此，廣大讀者迫切需要能有一本適應(yīng)學(xué)科發(fā)展和教學(xué)改革要求的高水平的數(shù)字信號處理的教科書。本書正是在第二版（2003年）的基礎(chǔ)上朝著這一目標(biāo)所做的努力與嘗試。再版后的本書力求在詳盡論述數(shù)字信號處理基礎(chǔ)理論的同時，更多地反映該學(xué)科的新進(jìn)展；同時，在內(nèi)容的安排上也更多地考慮如何有利于教學(xué)和讀者的自學(xué)。為此，本書相對于第二版，在章節(jié)安排和內(nèi)容選取乃至一些論述的細(xì)節(jié)上都做了較大的改動。
　　數(shù)字信號處理的理論總體上可以分為三大部分，即經(jīng)典數(shù)字信號處理（classical digital signal processing) 、統(tǒng)計（statistical）數(shù)字信號處理和現(xiàn)代（modern，或advanced）數(shù)字信號處理。經(jīng)典數(shù)字信號處理包括離散信號和離散系統(tǒng)分析、Z變換、DFT、FFT、IIR和FIR及一些特殊形式的濾波器設(shè)計、有限字長問題及數(shù)字信號處理的硬件實現(xiàn)等。經(jīng)典的內(nèi)容自然是重要的和相對成熟的。本書把這一部分內(nèi)容列為“上篇”，即第1章～第11章。統(tǒng)計數(shù)字信號處理研究的對象是隨機(jī)信號。因為我們在自然界所遇到的信號基本上都是隨機(jī)的，所以研究隨機(jī)信號的分析和處理是非常重要的。對這一類信號研究的方法主要是統(tǒng)計的方法或“估計”的方法，其內(nèi)容包括隨機(jī)信號的描述、平穩(wěn)隨機(jī)信號、自相關(guān)函數(shù)的估計、經(jīng)典功率譜估計和現(xiàn)代功率譜估計，維納濾波和自適應(yīng)濾波。本書將這些內(nèi)容列為“下篇”，即第12章～第16章。
　　現(xiàn)代數(shù)字信號處理的“現(xiàn)代”一詞比較模糊，理論上說應(yīng)該是新內(nèi)容，但不同的教科書對此賦予了不同的內(nèi)容。例如，統(tǒng)計數(shù)字信號處理中的基于參數(shù)模型的功率譜估計（本書第14章）又稱為現(xiàn)代功率譜估計，維納濾波器和自適應(yīng)濾波器（本書第15章、第16章）又稱為“現(xiàn)代濾波器”。此處所說的現(xiàn)代信號處理指的是非平穩(wěn)信號分析和處理的理論。其主要內(nèi)容包括時-頻聯(lián)合分析、濾波器組和小波變換等。筆者已將這一部分內(nèi)容放在拙著《現(xiàn)代信號處理教程》（清華大學(xué)出版社，2004）一書中。
　　本書上篇中，第1章介紹了離散時間信號與離散時間系統(tǒng)的基本概念，包括離散信號的運(yùn)算、噪聲、信號空間、離散系統(tǒng)的性質(zhì)和輸入輸出關(guān)系、相關(guān)函數(shù)的定義、性質(zhì)及應(yīng)用等。
　　Z變換是離散時間系統(tǒng)分析與綜合的重要工具，第2章詳細(xì)討論了Z變換的定義、收斂域、性質(zhì)及應(yīng)用，包括轉(zhuǎn)移函數(shù)、頻率特性、極零分析以及離散系統(tǒng)的實現(xiàn)和信號流圖等。
　　離散時間信號的傅里葉變換是數(shù)字信號處理中的核心內(nèi)容，因此在第3章以較大的篇幅分別詳細(xì)地討論了離散時間序列傅里葉變換（DTFT）和離散傅里葉變換的定義、性質(zhì)及應(yīng)用，還詳細(xì)討論了和這兩個變換相關(guān)聯(lián)的基本問題，如信號截短對頻譜分析的影響、周期卷積、分辨率的基本概念、時寬-帶寬積及DFT對FT的近似等。最后介紹了信號處理中的另一個基本變換，即希爾伯特變換的定義和性質(zhì)。
　　第4章是第3章的延續(xù)，詳細(xì)介紹了快速傅里葉變換（FFT）的各種算法，包括基2 算法、分裂基算法及頻域細(xì)化的CZT算法。
　　第5章內(nèi)容是第2章的繼續(xù)和深入，主要涉及離散時間系統(tǒng)的相位和結(jié)構(gòu)，包括線性相位的定義、線性相位系統(tǒng)零點分布、全通系統(tǒng)、最小相位系統(tǒng)、譜分解及離散時間系統(tǒng)的Lattice結(jié)構(gòu)等。
　　第6章、第7兩章集中討論數(shù)字濾波器的設(shè)計問題。前者討論IIR濾波器的設(shè)計，后者討論FIR濾波器的設(shè)計，并簡要介紹了一些特殊形式濾波器的設(shè)計問題。
　　正交變換的概念在數(shù)字信號處理中具有重要的作用，因此在第8章對其進(jìn)行了詳細(xì)的討論，包括信號正交分解和正交變換的基本概念，K-L變換，特別是針對K-L變換的不足，重點介紹了離散余弦變換，同時介紹了信號處理中的其他正交變換。此外，為使讀者了解這些正交變換的應(yīng)用，還增加了圖像壓縮的內(nèi)容。
　　在前8章系統(tǒng)地討論了有關(guān)信號處理理論的基礎(chǔ)上，本書選擇了信號處理中的7個典型算法在第9章給予介紹，目的是讓讀者了解和掌握更多的信號處理的內(nèi)容以及它們應(yīng)用的背景。這些算法是： 信號的抽取與插值、信號的子帶分解、調(diào)制與解調(diào)、反卷積、奇異值分解、獨立分量分析及同態(tài)濾波等。它們有的是經(jīng)典內(nèi)容，有的是近20年來新發(fā)展的內(nèi)容。
　　第10章是關(guān)于數(shù)字信號處理中有限字長問題。盡管使用高精度的A/D轉(zhuǎn)換器可以大大減輕有限字長所帶來的誤差及其影響，但是，有限字長問題畢竟是數(shù)字信號處理中的基本問題，特別是當(dāng)用硬件來具體實現(xiàn)一個數(shù)字系統(tǒng)時，掌握這些誤差的行為、了解它們對系統(tǒng)的影響是每一個設(shè)計者所必須考慮的。
　　第11章以美國TI公司的TMS320系列DSP為主集中介紹了DSP硬件的結(jié)構(gòu)、性能、軟件和硬件的開發(fā)方法及工具等，同時還介紹了DSP的應(yīng)用。
　　下篇的第12章～第16章討論隨機(jī)信號的統(tǒng)計處理。第12章主要討論平穩(wěn)隨機(jī)信號的定義、性質(zhì)、描述及通過線性系統(tǒng)的行為。第13章主要討論經(jīng)典功率譜估計問題，包括自相關(guān)函數(shù)的估計、功率譜估計的周期圖法與自相關(guān)法、估計的性能及改進(jìn)方法并介紹了短時傅里葉變換�，F(xiàn)代功率譜估計是近30年來信號處理學(xué)科中最為活躍的內(nèi)容之一，因此在第14章討論這一領(lǐng)域的主要內(nèi)容，即參數(shù)模型法，包括AR、MA及ARMA模型，還簡要介紹了非參數(shù)模型法，如最小方差方法、基于特征值分解的譜估計方法。第15章討論維納濾波器。維納濾波器已經(jīng)有50年以上的歷史，但它是所有現(xiàn)代濾波器（自適應(yīng)濾波器、卡爾曼濾波器）的基礎(chǔ)，并繼續(xù)得到應(yīng)用。第16章重點討論LMS和RLS兩種自適應(yīng)濾波器，并介紹了它們的應(yīng)用。
　　MATLAB是學(xué)習(xí)和應(yīng)用數(shù)字信號處理的一個極好的工具。因此，本書在1.9節(jié)簡要介紹了MATLAB的功能，在各章（第10章和第11章除外）的最后一節(jié)都對該章所涉及的MATLAB文件給予了說明，并給出了使用的具體實例。通過MATLAB的應(yīng)用，讀者可以掌握應(yīng)用MATLAB實現(xiàn)信號處理的方法，同時更深入地理解數(shù)字信號處理的理論。
　　本書所附光盤除了包含第一版所附軟盤中的全部內(nèi)容（即40個分別用FORTRAN和C語言編寫的信號處理子程序）外，還包含了100多個用MATLAB編寫的信號處理程序，它們是本書各個章節(jié)的大部分例題。這些程序都很短，通過程序的運(yùn)行可以掌握這些例題的求解方法及MATLAB的編程方法。此外，光盤中還包含了本書部分習(xí)題所需要的數(shù)據(jù)。
　　本書內(nèi)容豐富，既包含了經(jīng)典數(shù)字信號處理和統(tǒng)計數(shù)字信號處理中的主要內(nèi)容，也包含了部分前沿內(nèi)容；編寫中注重理論和應(yīng)用相結(jié)合，特別注重應(yīng)用MATLAB來解決理論和算法的實現(xiàn)問題。通過本書的學(xué)習(xí)，讀者可以掌握數(shù)字信號處理的主要內(nèi)容。
　　本書定位于理工科的研究生教材，也可作為相關(guān)專業(yè)的本科生教材。同時本書也可供從事數(shù)字信號處理研究與應(yīng)用的廣大科技人員學(xué)習(xí)與參考。根據(jù)筆者使用此書的經(jīng)歷，建議可按如下方式組織教學(xué)。對研究生，若
　　32學(xué)時： 建議講授第1章～第8章和第11章，第9章選講，第10章供同學(xué)自學(xué)；
　　48學(xué)時： 建議講授第1章～第8章和第11章～第14章，第9章選講，第10章供同學(xué)自學(xué)；
　　64學(xué)時： 建議講授第1章～第8章和第11章～第16章，第9章選講，第10章供同學(xué)自學(xué)。
　　對本科生，建議以上篇（第1章～第8章，第11章）的內(nèi)容為主，根據(jù)不同的學(xué)時，選擇下篇的部分內(nèi)容，或選用拙著《數(shù)字信號處理導(dǎo)論》(清華大學(xué)出版社，2005).
　　為了方便組織教學(xué)，筆者將可以概括講、用講座講或讓研究生自己閱讀的部分，在標(biāo)題前標(biāo)注了“*" ，供使用此書的老師和讀者選用。
　　自本書前兩版分別于1997年和2003年出版以來，得到了使用本書作為教材的老師、研究生以及廣大讀者的熱情關(guān)心，他們對本書提出了許多非常好的建議。2000年，本書被教育部研究生工作辦公室推薦為“研究生教學(xué)用書”, 2005年本書被評為“北京市高等教育精品教材”。讀者的期望及上級主管部門的肯定既是鼓勵，又是鞭策，促使筆者完成了本書的修訂。在此，向廣大的讀者及使用本書的老師表示衷心的感謝！
　　作者在編寫本書和承擔(dān)清華大學(xué)研究生公共課“數(shù)字信號處理”的過程中得到了清華大學(xué)研究生院、生物醫(yī)學(xué)工程系的關(guān)心與支持，在此向他們表示衷心的感謝！
　　承蒙TI公司的林坤山博士和鄭小龍先生審閱了本書的第11章，他們提出了非常中肯的建議；清華大學(xué)張輝博士協(xié)助編寫了本書的11.5節(jié)；清華大學(xué)張旭東教授審閱了本書的第15章和第16章，張教授對這兩章提出了很多非常有益的建議。在此對林坤山博士、鄭小龍先生、張輝博士和張旭東教授表示衷心的感謝！
　　在本書第一版～第三版的編著過程中，朱莉、汪夢蝶、張戈亮、王俊峰、勞長安、李曉娟、洪波、朱常芳、丁海艷、孫勇、劉冰、肖憲波、徐進(jìn)、劉少穎、許燕、耿新玲、黃惠芳、趙龍蓮、郭曉蓮、彭美然、董曉霞和王新增等在協(xié)助本書習(xí)題和計算機(jī)程序的編寫、繪圖以及資料搜集等各個方面都做了大量的工作，在此一并表示感謝！
　　限于作者的水平，不妥及錯誤之處在所難免，懇切希望讀者給予批評指正。

　　作 者
　　2012年春于清華大學(xué)