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數字信號處理
機械工業出版社大學教材
數字信號處理是一門研究信號處理的理論和技術,它具有注重信號本質和講求信號處理實效的科學精神,是信息類大學生的一門重要課程。機械工業出版社出版的這本《數字信號處理》有151個應用實例、334幅插圖、5個趣味實驗和593個術語索引,涉及天文地理、各行各業、各門學科,練習題的形式生動多樣,充分體現了數字信號處理的精神。書中的計算機模擬圖均配有MATLAB源程序,習題和實驗均有參考解答。
該書在傳播科學的同時,注重培養學生選擇優秀方法的能力,啟迪學生的智慧和心靈。其目的是,讓學生在學習高科技理論的過程中,看到科學家面對問題是怎麼想的、怎麼找到解決問題的方法、怎麼選擇最優方案,學會解決問題的科學策略,學會學習的方法,開發創新的能力。
數字信號處理是機械工業出版社出版的圖書。
第1章 數字信號處理的概念 / 1
1.1 什麼叫數字信號處理 / 1
1.1.1 數字信號的概念 / 1
圖1.14 在弱光線環境拍攝的照片
1.1.3 數字信號處理系統的結構 / 5
1.1.4 數字信號處理的特點 / 6
1.2 數字信號處理有什麼用 / 8
1.2.1 信號為什麼要處理 / 8
1.2.2 數字信號處理的應用領域 / 8
圖1.15 經過數字處理的照片
1.3 怎樣用數字信號處理 / 25
1.3.1 用數字代表事物的特徵 / 25
1.3.2 用數字信號描述事物的變化 / 25
1.3.3 用數學公式表示信號的關係 / 26
1.3.4 找出最佳的處理方法 / 27
1.3.5 用計算機處理數字信號 / 28
1.3.6 應用數字信號處理的關鍵 / 28
1.4 練習題 / 28
第2章時域的信號與系統 / 30
2.1 時域的信號 / 30
2.1.1 語言描述 / 30
圖2.16 聲波圖和聲音錄取的過程
2.1.3 公式描述 / 32
2.1.4 波形描述 / 34
2.2 信號之間的關係 / 37
2.2.1 相關係數 / 37
2.2.2 相關函數 / 42
2.2.3 自相關函數 / 43
圖2.17 錄取的聲音信號的全圖和放大圖
2.3 時域的系統 / 51
2.3.1 符號描述 / 51
2.3.2 單位脈衝響應 / 52
2.3.3 差分方程 / 56
2.3.4 圖形描述 / 58
2.4 信號處理的方法 / 60
2.4.1 比較兩個信號 / 60
2.4.2 合理運用數學公式 / 60
2.4.3 數學公式的演演算法 / 62
2.5 時域分析法的特點 / 63
2.6 練習題 / 64
第3章頻域的信號與系統 / 68
3.1 頻域的信號 / 69
3.1.1 正弦波的表達方法和特點 / 69
3.1.2 信號的正弦波成分 / 70
3.1.3 其它形式的信號成分 / 78
3.2 各類信號的頻域分析 / 81
3.2.1 信號的正弦變換 / 82
3.2.2 四類信號的正弦變換 / 82
3.3 正弦變換的物理意義 / 85
3.3.1 序列的正弦變換 / 85
3.3.2 函數的正弦變換 / 86
圖3.29 信號壓縮過程的波形圖
3.4 傅里葉變換 / 89
3.4.1 傅里葉變換的體系 / 89
3.4.2 傅里葉變換與正弦變換的區別 / 90
3.4.3 數字角頻率的低頻與高頻 / 92
3.4.4 頻譜的對稱性 / 96
3.5 頻域的系統 / 101
3.5.1 系統的頻率特性 / 101
3.5.2 頻率響應的物理意義 / 102
3.5.3 不失真系統的條件 / 104
3.6 頻域分析法的特點 / 106
3.7 練習題 / 107
第4章數字處理的技巧 / 110
4.1 信號的轉變 / 110
4.1.1 模擬信號變成數字信號 / 110
圖4.8 模數轉換器的組成
4.2 信號轉變遵循的定理 / 112
4.2.1 模擬信號到數字信號 / 112
4.2.2 數字信號到模擬信號 / 121
4.3 頻譜分析的推廣 / 127
4.3.1z變換的定義與性質 / 127
圖4.20 提高一倍採樣頻率的數模轉換
4.3.3 零極點的用途 / 133
4.3.4z變換的應用 / 136
4.4 離散傅里葉級數的演繹 /136
4.4.1 離散傅里葉變換 / 137
4.4.2 離散傅里葉變換的性質 / 137
4.4.3 離散傅里葉變換的關係 / 143
4.4.4 離散傅里葉變換的意義與用途 / 148
4.5 練習題 / 154
第5章信號處理的效率 / 157
5.1 直接計算離散傅里葉變換的代價 / 157
5.1.1 直接計算頻譜的代價 / 157
5.1.2 直接計算卷積的代價 / 158
圖5.6 蝶形圖表示8點時域抽取演演算法
5.3 時域抽取的快速演演算法 / 160
5.3.1 時域抽取法的原理 / 160
5.3.2 時域抽取法的應用 / 162
5.3.3 時域抽取法的運算量 / 164
5.4 頻域抽取的快速演演算法 / 165
5.4.1 頻域抽取法的原理 / 165
5.4.2 頻域抽取法的應用 / 166
5.4.3 頻域抽取法的運算量 / 168
5.4.4 兩種快速演演算法的相似之處 / 168
圖5.13 重疊相加卷積法
5.5.1 仿效快速傅里葉變換 / 169
5.5.2 取旋轉因子的復共軛 / 169
5.5.3 取頻譜的復共軛 / 170
5.6 實數序列的快速傅里葉變換 / 170
5.6.1 直接運用 / 170
5.6.2 合二為一 / 170
5.6.3 一分為二 / 171
5.7 快速傅里葉變換的應用 / 172
5.7.1 提高信號分析的計算速度 / 172
5.7.2 提高線性卷積的計算速度 / 174
5.7.3 提高相關函數的計算速度 / 179
5.8 練習題 / 182
第6章數字濾波的原理 / 184
6.1 數字濾波器的概念 / 184
圖6.2 數字濾波器的方框圖
6.3 數字濾波器的研究方法 / 187
6.3.1 數字濾波器的表示 / 187
6.3.2 信號流圖與系統函數 / 192
6.3.3 信號流圖的轉置 / 194
圖6.31 長8點的偶對稱線性相位結構
6.5 數字濾波器的結構 / 197
6.5.1 無限脈衝響應濾波器的結構 / 197
6.5.2 有限脈衝響應濾波器的結構 / 203
6.6 數字濾波器的應用 / 206
6.7 練習題 / 209
第7章無限脈衝響應濾波器的設計 / 211
7.1 模擬濾波器的設計 / 211
7.1.1 模擬濾波器的描述方法 / 211
7.1.2 巴特沃斯濾波器的設計 / 212
圖7.5 切比雪夫濾波器的幅度平方響應
7.2 間接設計數字濾波器 / 224
7.2.1 脈衝響應不變法 / 225
7.2.2 雙線性變換法 / 229
7.3 直接設計數字濾波器 / 232
7.3.1 零極點設計法 / 232
7.3.2 最小誤差設計法 / 236
圖7.26 模擬帶通濾波器的幅頻特性
7.4.1 模擬頻率域的頻率變換 / 240
7.4.2 數字頻率域的頻率變換 / 245
7.5 無限脈衝響應濾波器的應用 / 247
7.5.1 數字圖形均衡器 / 247
7.5.2 數字控制器 / 248
7.5.3 數據通信的時鐘恢復 / 249
7.6 練習題 / 251
第8章有限脈衝響應濾波器的設計 / 253
8.1 系統頻譜的本質 / 253
8.1.1 系統頻譜的含意 / 253
8.1.2 系統的延時 / 255
8.2 有限脈衝響應濾波器的頻譜 / 258
8.2.1 有限脈衝響應濾波器的頻譜表示法 / 259
8.2.2 實現線性相位的方法 / 260
8.2.3 線性相位濾波器的幅度特性 / 261
8.3 在時域設計濾波器 / 263
8.3.1 截取一段序列 / 263
8.3.2 截斷序列的後果 / 266
8.4 在頻域設計濾波器 / 272
8.4.1 設計單位脈衝響應 / 273
8.4.2 設計系統函數 / 275
圖8.31 增大M后的第三次加權誤差曲線
8.5.1 最小化最大誤差的原理 / 277
8.5.2 最小化最大誤差的設計方法 / 279
8.5.3 設計方法的演繹 / 283
8.6 無限和有限脈衝響應濾波器的區別 / 290
8.6.1 濾波器的性能 / 290
8.6.2 設計方法的特點 / 291
8.7 練習題 / 292
第9章多採樣率的系統 / 294
9.1 多採樣率的概念 / 294
圖9.1 時序間隔為2的抽取
9.2.1 抽取前後的頻譜 / 295
9.2.2 防止抽取的失真 / 301
9.2.3 抽取的用途 / 305
圖9.42 低採樣率和高採樣率的階梯信號
9.3.1 內插前後的頻譜 / 308
9.3.2 防止內插的失真 / 310
9.3.3 內插的用途 / 313
9.4 非整數倍改變採樣率 / 318
9.5 練習題 / 319
第10章數字信號處理的實現 / 322
10.1 實現數字信號處理的方法 / 322
圖10.3 高速計算的辦法
10.2.1 處理器的結構 / 323
10.2.2 處理器的流水線機制 / 325
10.2.3 乘法加法器 / 327
10.3 數字信號處理器的數字錶示 / 328
10.3.1 定點數 / 328
10.3.2 浮點數 / 330
10.3.3 數字的動態範圍和精度 / 331
10.4 信號處理的誤差 / 332
10.4.1 模數轉換的誤差 / 332
10.4.2 數字運算的誤差 / 333
10.4.3 數模轉換的誤差 / 336
10.5 數字信號處理的應用實例 / 337
10.5.1 簡單的實例 / 337
10.5.2 較複雜的實例 / 338
10.5.3 複雜的實例 / 340
10.6 練習題 / 342
附圖2 純凈的心跳曲線和有污染的心跳曲線
實驗1 測量人耳辨別迴音的最小時間 / 344
實驗2 觀察一句話的頻譜特點 / 344
實驗3 雙音多頻的通信 / 344
實驗4 濾除心電圖信號中的電網干擾 / 346
實驗5 軟體無線電的通信 / 347
索引 / 350
參考文獻 / 360