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数字信号处理 版权信息
- ISBN：9787302643371
- 条形码：9787302643371 ; 978-7-302-64337-1
- 装帧：平装-胶订
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
数字信号处理 本书特色
本书严格参照《普通高等学校本科专业目录》和高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会《电子电气基础课程教学基本要求》编写。本书在总结作者多年“数字信号处理”课程教学经验的基础上，系统地阐述以傅里叶理论为核心的数字信号分析和处理技术，侧重基本概念、基本原理、基本方法和典型应用，以此培养学生逻辑思维、创新思维和工程系统观念，以及面向信息工程领域解决复杂工程问题的系统分析、设计、仿真和实践能力。
? 系统性强 按照数字信号处理技术的内在联系安排章节，依托概念体系和知识体系并基于独立主题单元模式组织内容和素材。
? 循序渐进 遵循认知—理解—应用—创新的规律，强调教材内容和分析方法的连续性，实现前修课程和后续课程的有序衔接。
? 层次分明 利用理论与实践、模拟与数字、时域与频域、信号与噪声等对称性概念体系，以多角度、分层次方式论述内容。
? 易于掌握 通过大量的直观图形和工程实践实例，将零散的问题系统化，将抽象的问题形象化，将复杂的问题简单化。
? 规范美观 除少量的框图和流图外，使用先进仿真计算软件绘制图形，且保持所绘图形的规范性和美观性。
? 可读性强 注重教材内容的工程性和实际意义，尽量减少繁杂冗长的数学推导，为几乎所有的公式赋予了明确的物理意义。
? 课程思政 融入能够体现中国传统文化和现代科技成果的相关内容和具体实例，有利于提升民族自信心和科技自豪感。
教学资源
? 微课视频
? 教学课件
? 程序代码
? 教学大纲
? 电子教案
? 习题解答
注：微课视频在本书文中扫码即可观看，其他文件可到清华大学出版社网站本书页面（或“人工智能科学与技术”微信公众号）获取下载。
数字信号处理 内容简介
本书是系统论述数字信号处理技术的新形态教材，包含丰富的教学资源，包括纸质图书、教学课件、 程序代码、教学大纲和电子教案等。全书共分为12 章：第1 章论述信号的概念、分类以及数字信号处 理发展历程和主要应用等；第2 章论述离散时间信号与系统、线性时不变系统和线性常系数差分方程； 第3 章论述离散时间傅里叶变换及其性质，以及离散时间系统的频率特性等；第4 章论述理想采样过程、 时域采样定理、插值重构方法和离散时间处理系统等；第5 章论述z 变换的基本概念、有理函数及零极 点图和z 反变换计算等；第6 章论述LTI 系统的频率响应、全通与*小相位系统和广义线性相位系统等； 第7 章论述离散傅里叶级数、离散傅里叶变换以及圆周卷积的计算方法；第8 章论述按时间抽取和按频 率抽取的FFT 算法，以及用FFT 实现线性卷积的方法；第9 章论述LTI 系统的流图表示、FIR 系统和IIR 系统的结构和LTI 系统的有限字长效应；第10 章论述基于脉冲响应不变和双线性变换的IIR 数字滤波器 设计方法；第11 章论述基于经典窗、Kaiser 窗和**逼近原理的FIR 数字滤波器设计方法等；第12 章 论述连续时间信号的频域分析、正弦序列分析中的加窗和频域采样效应，以及短时傅里叶变换等。 本书侧重讲述数字信号处理技术的基本概念、基本原理和典型应用。为了提高读者的学习效率，熟 练掌握数字信号处理方法并开展信息处理实践活动，作者制作了教学课件，并提供全书的程序代码，以 供读者参考和借鉴。为了便于教师开展教学，作者提供了教学大纲和电子教案，以及课后计算机仿真实 验程序等。 本书可以作为高年级本科生或低年级硕士研究生“数字信号处理”课程的教材，也可以作为科研工 作者或工程技术人员的自学参考书。
数字信号处理 目录
第 1 章 绪论 1
1.1 信号的概念和分类 1
1.1.1 信号和信息 1
1.1.2 信号的分类 4
1.1.3 连续信号和离散信号 5
1.2 数字信号处理系统 7
1.2.1 系统组成 7
1.2.2 实现方法 8
1.3 数字信号处理技术 9
1.3.1 学科概貌 9
1.3.2 应用领域 10
1.3.3 技术优势 11
本章小结 13
本章习题 13
第 2 章 离散时间信号与系统 14
2.1 离散时间信号 14
2.1.1 序列的概念 14
2.1.2 常用序列 15
2.1.3 序列运算 20
2.1.4 任意序列 22
2.2 离散时间系统 23
2.2.1 线性 23
2.2.2 时不变性 24
2.2.3 因果性 25
2.2.4 稳定性 25
2.3 线性时不变系统 26
2.3.1 序列卷积 26
2.3.2 卷积计算 27
2.3.3 典型性质 31
2.4 线性常系数差分方程 34
2.4.1 递归差分方程 35
2.4.2 非递归差分方程 36
本章小结 38
本章习题 38
第 3 章 离散时间傅里叶变换 41
3.1 DTFT 的定义和条件 41
3.1.1 DTFT 的定义 41
3.1.2 一致收敛条件 43
3.1.3 均方收敛条件 47
3.2 周期序列的 DTFT 49
3.2.1 复指数和正弦序列 49
3.2.2 单位脉冲的衍生序列 51
3.3 DTFT 的主要性质 53
3.3.1 基本性质 54
3.3.2 对称性质 58
3.4 LTI 系统的频率响应 60
3.4.1 频率响应概念 60
3.4.2 频率响应实例 62
本章小结 64
本章习题 64
第 4 章 信号采样和重构 67
4.1 连续时间信号采样 67
4.1.1 理想采样过程 67
4.1.2 频谱周期延拓 69
4.1.3 时域采样定理 72
4.1.4 采样序列转换 74
4.2 带限信号的插值重构. 76
4.3 连续时间信号的离散时间处理. 79
4.3.1 等效系统的表示方法 80
4.3.2 理想低通滤波器 82
4.4 采样和重构的误差分析 84
4.4.1 数值量化及误差 84
4.4.2 A/D 的量化误差 86
4.4.3 D/A 的转换误差 89
本章小结 92
本章习题 92
第 5 章 z 变换及其反变换 94
5.1 z 变换及其收敛性 94
5.1.1 DTFT 和 z 变换 94
5.1.2 z 变换的收敛性 95
5.1.3 有理函数及零极点图 96
5.2 典型序列的 z 变换 99
5.2.1 有限长序列 99
5.2.2 右边序列 101
5.2.3 左边序列 102
5.2.4 双边序列 103
5.3 z 反变换及其计算 105
5.3.1 围线积分法 105
5.3.2 部分分式展开法 108
5.3.3 幂级数展开法 111
5.4 z 变换的性质 114
5.4.1 主要性质 114
5.4.2 性质列表 119
本章小结 121
本章习题 121
第 6 章 LTI 系统的变换域分析. 124
6.1 LTI 系统的系统函数. 124
6.1.1 LTI 系统的 z 域表示 . 124
6.1.2 因果性和稳定性 126
6.1.3 单位脉冲响应计算 128
6.2 LTI 系统的频域分析. 132
6.2.1 频率响应的基本概念 132
6.2.2 LTI 系统的频率响应 133
6.3 全通系统 138
6.3.1 相同幅度响应的系统 138
6.3.2 全通系统的主要性质 141
6.4 *小相位系统 145
6.4.1 原系统及其逆系统 145
6.4.2 *小相位和全通分解 148
6.4.3 *小相位系统性质 150
6.5 广义线性相位系统 153
6.5.1 线性相位系统特点 153
6.5.2 四类线性相位系统 154
6.5.3 线性相位系统零点分布 157
本章小结 159
本章习题 159
第 7 章 离散傅里叶变换 163
7.1 离散傅里叶级数 163
7.1.1 DFS 的基本概念 163
7.1.2 DFS 的简约表示 165
7.2 DFS 的主要性质 167
7.3 离散傅里叶变换 170
7.3.1 DFT 的定义 170
7.3.2 与其他变换的关系 172
7.4 DFT 的主要性质 176
7.4.1 主要性质 177
7.4.2 性质列表 182
7.5 圆周卷积的 DFT 计算. 183
7.5.1 圆周卷积的表示方法 183
7.5.2 用 DFT 计算圆周卷积. 186
本章小结 187
本章习题 187
第 8 章 快速傅里叶变换 190
8.1 DFT 的计算特点 190
8.1.1 DFT 计算量分析 190
8.1.2 降低计算量方法 191
8.2 按时间抽取的 FFT 算法. 192
8.2.1 按时间抽取思想 192
8.2.2 FFT 的计算优势 196
8.2.3 原位运算和码位倒序 198
8.3 按频率抽取的 FFT 算法. 199
8.3.1 按频率抽取思想 199
8.3.2 IDFT 的计算方法 203
8.4 线性卷积的 FFT 实现 204
8.4.1 卷积与 DFT 205
8.4.2 重叠相加法 207
8.4.3 重叠保留法 209
本章小结 213
本章习题 213
第 9 章 离散时间系统结构. 215
9.1 LTI 系统的流图表示. 215
9.1.1 信号流图的基本单元 215
9.1.2 LTI 系统的流图化简 218
9.2 FIR 系统的基本结构 219
9.2.1 横截型结构 220
9.2.2 级联型结构 220
9.2.3 线性相位结构 222
9.3 IIR 系统的基本结构 223
9.3.1 直接型结构 224
9.3.2 级联型结构 226
9.3.3 并联型结构 228
9.3.4 转置型结构 230
9.4 LTI 系统的有限字长效应 231
9.4.1 系数量化效应 231
9.4.2 运算量化效应 234
9.4.3 零输入极限环 238
本章小结 241
本章习题 241
第 10 章 IIR 数字滤波器设计 244
10.1 IIR 滤波器设计流程 244
10.1.1 数字滤波器设计概述 244
10.1.2 数字滤波器设计指标 246
10.1.3 IIR 数字滤波器设计思路 248
10.2 典型模拟滤波器 249
10.2.1 巴特沃思滤波器 250
10.2.2 切比雪夫滤波器 251
10.2.3 椭圆滤波器 253
10.2.4 模拟滤波器比较 254
10.3 脉冲响应不变法 255
10.3.1 脉冲响应不变原理 255
10.3.2 模拟/数字系统转换 256
10.3.3 脉冲响应不变法设计流程. 259
10.4 双线性变换法 261
10.4.1 双线性变换原理 261
10.4.2 s 平面和 z 平面映射 263
10.4.3 模拟/数字频率映射 264
10.4.4 双线性变换法设计流程. 266
10.5 模拟域和数字域频率变换 268
10.5.1 模拟域的频率变换 269
10.5.2 数字域的频率变换 272
本章小结 276
本章习题 276
第 11 章 FIR 数字滤波器设计 279
11.1 加窗方法的基本原理 279
11.1.1 技术指标变换 279
11.1.2 时域加窗方法 281
11.1.3 频域卷积分析 283
11.2 基于经典窗的设计方法 286
11.2.1 经典窗函数 286
11.2.2 基于经典窗的设计流程 289
11.3 基于 Kaiser 窗的设计方法 291
11.3.1 Kaiser 窗函数. 292
11.3.2 确定窗口参数 293
11.3.3 基于 Kaiser 窗函数的设计流程 294
11.4 基于*佳逼近的设计方法 296
11.4.1 *佳逼近原理 297
11.4.2 Parks-McClellan 算法. 299
11.5 IIR 和 FIR 数字滤波器比较 302
本章小结 304
本章习题 304
第 12 章 数字信号的频域分析 307
12.1 连续时间信号的频域分析 307
12.1.1 频域分析系统结构 307
12.1.2 模拟/数字频率关系 311
12.2 正弦序列分析的加窗效应 314
12.2.1 时域加窗效应 314
12.2.2 加窗运算影响 316
12.3 正弦序列分析的频域采样 322
12.3.1 栅栏效应表现 323
12.3.2 补零运算影响 326
12.3.3 过采样的影响 327
12.4 短时傅里叶变换 329
12.4.1 傅里叶变换局限性 329
12.4.2 STFT 基本概念 332
12.4.3 加窗运算影响 333
12.4.4 STFT 实现方法 335
12.4.5 STFT 分析实例 337
本章小结 340
本章习题 340
参考文献 343
1.1 信号的概念和分类 1
1.1.1 信号和信息 1
1.1.2 信号的分类 4
1.1.3 连续信号和离散信号 5
1.2 数字信号处理系统 7
1.2.1 系统组成 7
1.2.2 实现方法 8
1.3 数字信号处理技术 9
1.3.1 学科概貌 9
1.3.2 应用领域 10
1.3.3 技术优势 11
本章小结 13
本章习题 13
第 2 章 离散时间信号与系统 14
2.1 离散时间信号 14
2.1.1 序列的概念 14
2.1.2 常用序列 15
2.1.3 序列运算 20
2.1.4 任意序列 22
2.2 离散时间系统 23
2.2.1 线性 23
2.2.2 时不变性 24
2.2.3 因果性 25
2.2.4 稳定性 25
2.3 线性时不变系统 26
2.3.1 序列卷积 26
2.3.2 卷积计算 27
2.3.3 典型性质 31
2.4 线性常系数差分方程 34
2.4.1 递归差分方程 35
2.4.2 非递归差分方程 36
本章小结 38
本章习题 38
第 3 章 离散时间傅里叶变换 41
3.1 DTFT 的定义和条件 41
3.1.1 DTFT 的定义 41
3.1.2 一致收敛条件 43
3.1.3 均方收敛条件 47
3.2 周期序列的 DTFT 49
3.2.1 复指数和正弦序列 49
3.2.2 单位脉冲的衍生序列 51
3.3 DTFT 的主要性质 53
3.3.1 基本性质 54
3.3.2 对称性质 58
3.4 LTI 系统的频率响应 60
3.4.1 频率响应概念 60
3.4.2 频率响应实例 62
本章小结 64
本章习题 64
第 4 章 信号采样和重构 67
4.1 连续时间信号采样 67
4.1.1 理想采样过程 67
4.1.2 频谱周期延拓 69
4.1.3 时域采样定理 72
4.1.4 采样序列转换 74
4.2 带限信号的插值重构. 76
4.3 连续时间信号的离散时间处理. 79
4.3.1 等效系统的表示方法 80
4.3.2 理想低通滤波器 82
4.4 采样和重构的误差分析 84
4.4.1 数值量化及误差 84
4.4.2 A/D 的量化误差 86
4.4.3 D/A 的转换误差 89
本章小结 92
本章习题 92
第 5 章 z 变换及其反变换 94
5.1 z 变换及其收敛性 94
5.1.1 DTFT 和 z 变换 94
5.1.2 z 变换的收敛性 95
5.1.3 有理函数及零极点图 96
5.2 典型序列的 z 变换 99
5.2.1 有限长序列 99
5.2.2 右边序列 101
5.2.3 左边序列 102
5.2.4 双边序列 103
5.3 z 反变换及其计算 105
5.3.1 围线积分法 105
5.3.2 部分分式展开法 108
5.3.3 幂级数展开法 111
5.4 z 变换的性质 114
5.4.1 主要性质 114
5.4.2 性质列表 119
本章小结 121
本章习题 121
第 6 章 LTI 系统的变换域分析. 124
6.1 LTI 系统的系统函数. 124
6.1.1 LTI 系统的 z 域表示 . 124
6.1.2 因果性和稳定性 126
6.1.3 单位脉冲响应计算 128
6.2 LTI 系统的频域分析. 132
6.2.1 频率响应的基本概念 132
6.2.2 LTI 系统的频率响应 133
6.3 全通系统 138
6.3.1 相同幅度响应的系统 138
6.3.2 全通系统的主要性质 141
6.4 *小相位系统 145
6.4.1 原系统及其逆系统 145
6.4.2 *小相位和全通分解 148
6.4.3 *小相位系统性质 150
6.5 广义线性相位系统 153
6.5.1 线性相位系统特点 153
6.5.2 四类线性相位系统 154
6.5.3 线性相位系统零点分布 157
本章小结 159
本章习题 159
第 7 章 离散傅里叶变换 163
7.1 离散傅里叶级数 163
7.1.1 DFS 的基本概念 163
7.1.2 DFS 的简约表示 165
7.2 DFS 的主要性质 167
7.3 离散傅里叶变换 170
7.3.1 DFT 的定义 170
7.3.2 与其他变换的关系 172
7.4 DFT 的主要性质 176
7.4.1 主要性质 177
7.4.2 性质列表 182
7.5 圆周卷积的 DFT 计算. 183
7.5.1 圆周卷积的表示方法 183
7.5.2 用 DFT 计算圆周卷积. 186
本章小结 187
本章习题 187
第 8 章 快速傅里叶变换 190
8.1 DFT 的计算特点 190
8.1.1 DFT 计算量分析 190
8.1.2 降低计算量方法 191
8.2 按时间抽取的 FFT 算法. 192
8.2.1 按时间抽取思想 192
8.2.2 FFT 的计算优势 196
8.2.3 原位运算和码位倒序 198
8.3 按频率抽取的 FFT 算法. 199
8.3.1 按频率抽取思想 199
8.3.2 IDFT 的计算方法 203
8.4 线性卷积的 FFT 实现 204
8.4.1 卷积与 DFT 205
8.4.2 重叠相加法 207
8.4.3 重叠保留法 209
本章小结 213
本章习题 213
第 9 章 离散时间系统结构. 215
9.1 LTI 系统的流图表示. 215
9.1.1 信号流图的基本单元 215
9.1.2 LTI 系统的流图化简 218
9.2 FIR 系统的基本结构 219
9.2.1 横截型结构 220
9.2.2 级联型结构 220
9.2.3 线性相位结构 222
9.3 IIR 系统的基本结构 223
9.3.1 直接型结构 224
9.3.2 级联型结构 226
9.3.3 并联型结构 228
9.3.4 转置型结构 230
9.4 LTI 系统的有限字长效应 231
9.4.1 系数量化效应 231
9.4.2 运算量化效应 234
9.4.3 零输入极限环 238
本章小结 241
本章习题 241
第 10 章 IIR 数字滤波器设计 244
10.1 IIR 滤波器设计流程 244
10.1.1 数字滤波器设计概述 244
10.1.2 数字滤波器设计指标 246
10.1.3 IIR 数字滤波器设计思路 248
10.2 典型模拟滤波器 249
10.2.1 巴特沃思滤波器 250
10.2.2 切比雪夫滤波器 251
10.2.3 椭圆滤波器 253
10.2.4 模拟滤波器比较 254
10.3 脉冲响应不变法 255
10.3.1 脉冲响应不变原理 255
10.3.2 模拟/数字系统转换 256
10.3.3 脉冲响应不变法设计流程. 259
10.4 双线性变换法 261
10.4.1 双线性变换原理 261
10.4.2 s 平面和 z 平面映射 263
10.4.3 模拟/数字频率映射 264
10.4.4 双线性变换法设计流程. 266
10.5 模拟域和数字域频率变换 268
10.5.1 模拟域的频率变换 269
10.5.2 数字域的频率变换 272
本章小结 276
本章习题 276
第 11 章 FIR 数字滤波器设计 279
11.1 加窗方法的基本原理 279
11.1.1 技术指标变换 279
11.1.2 时域加窗方法 281
11.1.3 频域卷积分析 283
11.2 基于经典窗的设计方法 286
11.2.1 经典窗函数 286
11.2.2 基于经典窗的设计流程 289
11.3 基于 Kaiser 窗的设计方法 291
11.3.1 Kaiser 窗函数. 292
11.3.2 确定窗口参数 293
11.3.3 基于 Kaiser 窗函数的设计流程 294
11.4 基于*佳逼近的设计方法 296
11.4.1 *佳逼近原理 297
11.4.2 Parks-McClellan 算法. 299
11.5 IIR 和 FIR 数字滤波器比较 302
本章小结 304
本章习题 304
第 12 章 数字信号的频域分析 307
12.1 连续时间信号的频域分析 307
12.1.1 频域分析系统结构 307
12.1.2 模拟/数字频率关系 311
12.2 正弦序列分析的加窗效应 314
12.2.1 时域加窗效应 314
12.2.2 加窗运算影响 316
12.3 正弦序列分析的频域采样 322
12.3.1 栅栏效应表现 323
12.3.2 补零运算影响 326
12.3.3 过采样的影响 327
12.4 短时傅里叶变换 329
12.4.1 傅里叶变换局限性 329
12.4.2 STFT 基本概念 332
12.4.3 加窗运算影响 333
12.4.4 STFT 实现方法 335
12.4.5 STFT 分析实例 337
本章小结 340
本章习题 340
参考文献 343
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数字信号处理 作者简介
王秋生:北京航空航天大学自动化学院副教授，校级教学名师和优秀主讲教师，本科一流课程“数字信号处理”负责人和主讲教师。长期从事数字信号处理、数字图像处理、模式识别与机器学习等方向的教学和科研工作，累计讲授7门本科生和研究生核心课程，以第一作者发表教学论文18篇，承担省部级教学类项目2项、校级教学类重点项目7项；荣获省部级教学成果奖2项、校级教学成果奖10项。主持和参加国家级、省部级及科研合作项目20余项，发表SCI期刊检索论文10余篇，获得北京市科学技术进步奖2项。
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