數字信號處理原理與應用

本書在系統講述數字信號處理的基本概念、原理和實現方法基礎上，將理論和工程實踐有機結合，充分引入應用實例，增加 MATLAB 編程驗證，拓展系統綜合應用，加強對基本知識的理解。全書共十章， 主要涉及三方面的內容：一是對離散時間信號與系統進行表示和分析所必需的基礎知識，以及離散傅里葉變換和快速算法及其典型應用；二是數字濾波器的設計與實現，以及多採樣率數字信號處理的基本理論和高效實現方法；三是數字信號處理的綜合應用舉例以及硬件開發環境介紹。本書內容全面豐富、系統性強、概念清晰。書中配有大量的精選例題、習題，並給出各種算法的 MATLAB 模擬實驗。 本書可作為高等院校電子信息類、自動化類、電腦類等專業的本科生和研究生教材，也可供相關領域的科技工作者參考。

目錄

緒論

第1章離散時間信號和系統的時域分析

1.1離散時間信號

1.1.1信號分類

1.1.2離散時間信號的定義與表示

1.1.3典型離散時間信號

1.1.4離散時間信號的基本運算

1.2離散時間系統

1.2.1線性系統

1.2.2時不變系統

1.2.3線性時不變離散系統

1.2.4線性捲積的計算

1.2.5系統的因果性和穩定性

1.3離散時間系統的時域描述

1.3.1線性常系數差分方程表示離散時間系統

1.3.2線性常系數差分方程的求解

1.4模擬信號的採樣和重構

1.4.1時域採樣定理

1.4.2模擬信號的重構

1.4.3模擬信號的數字化

1.4.4數字信號的模擬化

1.5離散時間信號和系統的MATLAB模擬

1.5.1離散時間信號的MATLAB表示

1.5.2離散時間信號基本運算的MATLAB實現

1.5.3線性時不變系統的MATLAB模擬

1.5.4模擬信號採樣與重構的MATLAB模擬

習題

第2章離散時間信號與系統的頻域分析

2.1序列的Z變換

2.1.1Z變換

2.1.2逆Z變換

2.1.3Z變換的性質和定理

2.1.4利用Z變換求解差分方程

2.2序列的離散時間傅里葉變換

2.2.1DTFT的定義

2.2.2DTFT的性質和定理

2.2.3離散時間傅里葉變換、Z變換、傅里葉變換和拉普拉斯變換之間

的關系

2.3離散時間系統的頻域分析

2.3.1系統函數與頻率響應

2.3.2系統的因果性與穩定性分析

2.3.3系統的頻率響應分析

2.3.4全通濾波器和最小相位濾波器

2.4離散時間信號與系統頻域分析的MATLAB模擬

2.4.1Z變換的MATLAB模擬

2.4.2DTFT的MATLAB模擬

2.4.3系統零極點的MATLAB模擬

2.4.4系統頻率響應的MATLAB模擬

習題

第3章離散傅里葉變換

3.1周期序列的離散傅里葉級數

3.1.1周期序列

3.1.2周期序列的DFS

3.2離散傅里葉變換及性質

3.2.1DFT的定義

3.2.2DFT的性質與定理

3.3頻域採樣與內插

3.3.1頻域採樣定理

3.3.2頻域內插公式

3.4離散傅里葉變換的應用

3.4.1DFT計算線性捲積

3.4.2DFT進行譜分析

3.5離散傅里葉變換的MATLAB模擬

3.5.1DFT與IDFT計算模擬

3.5.2DFT性質與定理模擬

3.5.3頻域採樣與內插模擬

3.5.4DFT計算線性捲積模擬

3.5.5DFT譜分析模擬

習題

第4章快速傅里葉變換

4.1快速傅里葉變換基本概念 

4.1.1DFT的運算量分析

4.1.2FFT的分解思想

4.2時域抽取法基2 FFT算法

4.2.1DITFFT算法原理

4.2.2DITFFT運算量分析與比較

4.2.3DITFFT運算規律

4.2.4DITFFT其他形式流圖

4.3頻域抽取法基2 FFT算法

4.3.1DIFFFT算法原理

4.3.2DIFFFT與DITFFT的比較

4.4快速傅里葉逆變換算法

4.4.1基於FFT間接計算IFFT

4.4.2基於蝶形運算流圖直接計算IFFT

4.5快速傅里葉變換的應用

4.5.1旋轉因子的生成

4.5.2旋轉因子的使用

4.5.3實序列的FFT計算

4.6快速傅里葉變換的MATLAB模擬

4.6.1FFT算法的模擬比較

4.6.2IFFT算法的模擬比較

4.6.3實序列的FFT計算模擬

習題

第5章數字濾波器設計基礎和實現結構

5.1數字濾波器的基本概念

5.1.1濾波的概念

5.1.2濾波器的分類

5.1.3數字濾波器的技術指標

5.1.4數字濾波器的網絡結構

5.2IIR數字濾波器實現結構

5.2.1IIR直接型網絡結構

5.2.2IIR級聯型網絡結構

5.2.3IIR並聯型網絡結構

5.3FIR數字濾波器的實現結構

5.3.1FIR直接型網絡結構

5.3.2FIR線性相位結構

5.3.3FIR級聯型網絡結構

5.3.4頻率採樣型網絡結構

5.4數字濾波器結構的MATLAB模擬

5.4.1與數字濾波器結構相關的MATLAB函數

5.4.2IIR濾波器結構的MATLAB實現

5.4.3FIR濾波器結構的MATLAB實現

習題

第6章IIR數字濾波器設計方法

6.1模擬濾波器設計基礎

6.1.1模擬低通濾波器的技術指標

6.1.2幅度平方函數與系統函數

6.1.3常用模擬低通原型濾波器

6.1.4模擬低通濾波器的設計

6.1.5模擬高通、帶通及帶阻濾波器的設計

6.2脈沖響應不變法設計IIR數字濾波器

6.2.1脈沖響應不變法轉換原理

6.2.2s平面到z平面的映射關系

6.2.3頻譜混疊現象

6.2.4脈沖響應不變法的設計步驟

6.3雙線性變換法設計IIR數字濾波器

6.3.1雙線性變換法轉換原理

6.3.2s平面到z平面的映射關系

6.3.3頻率轉換的非線性

6.3.4雙線性變換法的設計步驟

6.4數字高通、帶通和帶阻IIR數字濾波器設計

6.5IIR數字濾波器的MATLAB模擬

6.5.1模擬濾波器MATLAB模擬

6.5.2脈沖響應不變法與雙線性變換法的MATLAB模擬

6.5.3高通、帶通和帶阻IIR數字濾波器的MATLAB模擬

習題

第7章FIR數字濾波器設計

7.1線性相位條件與特性

7.1.1線性相位條件

7.1.2線性相位FIR濾波器的幅度特性

7.1.3線性相位FIR濾波器零點分佈特性

7.2窗函數法設計FIR數字濾波器

7.2.1窗函數法設計原理 

7.2.2矩形窗設計性能分析

7.2.3典型窗函數

7.2.4窗函數法設計實例

7.3頻率採樣法設計FIR數字濾波器

7.3.1頻率採樣法基本原理

7.3.2線性相位的約束

7.3.3頻率採樣法逼近誤差分析

7.3.4頻率採樣法設計實例

7.4FIR數字濾波器的最優化設計

7.4.1最優設計準則

7.4.2等波紋逼近優化設計原理

7.4.3等波紋逼近法設計實例

7.4.4FIR濾波器與IIR濾波器對比

7.5FIR數字濾波器的MATLAB模擬

7.5.1線性相位的MATLAB模擬

7.5.2窗函數法設計的MATLAB模擬

7.5.3頻率採樣法設計的MATLAB模擬

7.5.4等波紋逼近設計的MATLAB模擬

習題

第8章多採樣率數字信號處理

8.1多採樣率變換的基本概念

8.2典型多採樣率變換

8.2.1整數倍抽取

8.2.2整數倍插值

8.2.3有理數倍採樣率變換

8.3多採樣率系統的網絡結構與實現

8.3.1多採樣率系統的等效變換

8.3.2多採樣率系統的多相結構

8.3.3採樣率轉換的多級實現

8.4用於多採樣率變換系統的一類特殊濾波器

8.4.1半帶濾波器

8.4.2積分梳狀濾波器

8.5多採樣率數字信號處理的MATLAB模擬

8.5.1整數倍抽取MATLAB模擬

8.5.2整數倍插值MATLAB模擬

8.5.3有理數數倍採樣率變換MATLAB模擬

習題

第9章數字信號處理綜合應用

9.1語音處理中的應用

9.1.1雙音多頻基本原理

9.1.2DTMF信號的譜分析

9.1.3DTMF信號生成與檢測模擬

9.2數字通信中的應用

9.2.1正交頻分復用基本原理

9.2.2基於IDFT/DFT的OFDM實現

9.2.3多徑通道下OFDM傳輸模擬

9.3圖像處理中的應用

9.3.1二維DFT與循環捲積理論

9.3.2圖像濾波基本原理

9.3.3圖像濾波模擬

9.4雷達測速中的應用

9.4.1雷達測速基本原理

9.4.2基於DFT頻域分析的雷達測速

9.4.3多目標雷達測速模擬

9.5無人機系統中的應用

9.5.1無人機減振設計原理

9.5.2基於數字濾波器的減振方法

9.5.3減振濾波模擬

第10章數字信號處理的硬件實現

10.1概述

10.2基於DSP芯片的硬件實現

10.2.1DSP芯片及特點

10.2.2典型DSP芯片的結構及主要性能

10.2.3基於DSP芯片的系統設計與調試

10.3基於FPGA芯片的硬件實現

10.3.1FPGA芯片及特點

10.3.2典型FPGA芯片的結構及主要性能

10.3.3基於FPGA芯片的系統設計與調試

10.4應用舉例

10.4.1FIR濾波器的DSP實現

10.4.2FIR濾波器的FPGA實現

附錄AMATLAB使用簡介

附錄BMATLAB中常用的數字信號處理類函數

附錄C縮略語