内容简介本书系统讲述数字信号处理的基本原理、算法及其实现方法。主要讲述时域离散信号与系统的基本概念和时域、频域的
分析方法。重点介绍离散傅里叶变换及其快速算法、数字滤波的基本概念与理论、数字滤波器的
设计与实现方法。介绍模拟信号数字处理原理与方法、多采样率数字信号处理的基本理论和高效实现方法，数字信号处理的典型应用。
结合各章的内容，介绍相应的matlab信号处理工具箱函数，并给出用matlab阐述问题和求解
计算问题的程序。各章中安排了丰富的例题、
习题和上机题。
本书适合作为高等学校电子信息类专业和相近专业本科生
教材，也可以作为相关专业科技人员的参考书。
图书目录绪论0.1数字信号处理的基本内容0.2数字信号处理的实现方法0.3数字信号处理的主要优点第1章时域离散信号和系统1.1引言1.2模拟信号、时域离散信号和数字信号1.2.1时域离散信号和数字信号1.2.2时域离散信号的表示方法1.2.3常用时域离散信号1.3时域离散系统1.3.1线性时不变时域离散系统1.3.2线性时不变系统输出和输入之间的关系1.3.3系统的因果性和稳定性1.4时域离散系统的输入输出描述法——线性常系数差分方程1.4.1线性常系数差分方程1.4.2线性常系数差分方程的递推解法1.4.3用matlab求解差分方程1.4.4应用举例——滑动平均滤波器习题与上机题第2章时域离散信号和系统的频域分析2.1引言2.2时域离散信号的傅里叶变换2.2.1时域离散信号的傅里叶变换的定义2.2.2周期信号的离散傅里叶级数2.2.3周期信号的傅里叶变换2.2.4时域离散信号傅里叶变换的性质2.3时域离散信号的z变换2.3.1时域离散信号z变换的定义及其与傅里叶变换的关系2.3.2z变换的收敛域与序列特性之间的关系2.3.3逆z变换2.3.4z变换的性质和定理2.4利用z变换对信号和系统进行分析2.4.1系统的传输函数和系统函数2.4.2根据系统函数的极点分布分析系统的因果性和稳定性2.4.3用z变换求解系统的输出响应2.4.4系统稳定性的测定及稳定时间的计算2.4.5根据系统的零、极点分布分析系统的频率特性习题与上机题第3章离散傅里叶变换（dft）及其快速算法（fft）3.1离散傅里叶变换的定义及
物理意义3.1.1dft定义3.1.2dft与zt、ft、dfs的关系3.1.3dft的矩阵表示3.1.4用matlab计算序列的dft3.2dft的主要性质3.3频域采样3.4dft的快速算法——快速傅里叶变换（fft）3.4.1直接计算dft的特点及减少运算量的基本途径3.4.2基2fft算法3.5dft（fft）应用举例3.5.1用dft（fft）计算两个有限长序列的线性卷积3.5.2用dft计算有限长序列与无限长序列的线性卷积3.5.3用dft对序列进行谱分析习题与上机题第4章模拟信号数字处理4.1模拟信号数字处理原理方框图4.2模拟信号与数字信号的相互转换4.2.1时域采样定理4.2.2由模拟信号到时域离散信号采样频率的确定4.2.3带通信号的采样4.2.4a/d变换器4.2.5将数字信号转换成模拟信号4.3对数字信号处理部分的设计考虑4.4线性模拟系统的数字模拟4.5模拟信号的频谱分析4.5.1公式推导及参数选择4.5.2用dft（fft）对模拟信号进行谱分析的误差4.5.3用dft（fft）对周期信号进行谱分析习题与上机题第5章数字滤波器的基本概念及一些特殊滤波器5.1数字滤波器的基本概念5.2理想数字滤波器5.2.1理想数字滤波器的特点及分类5.2.2理想滤波器的可实现性5.3简单滤波器的设计5.3.1一阶数字滤波器5.3.2一阶低通滤波器带宽的计算5.3.3二阶数字滤波器5.3.4低通到高通的简单变换5.4数字谐振器5.5数字陷波器5.6全通滤波器5.7最小相位滤波器5.8梳状滤波器5.9正弦波发生器习题与上机题第6章iir数字滤波器设计6.1模拟滤波器设计6.1.1模拟滤波器设计指标6.1.2巴特沃思模拟低通滤波器设计6.1.3切比雪夫（chebyshev）滤波器设计6.1.4椭圆滤波器6.1.5贝塞尔（bessel）滤波器设计6.1.6用matlab设计模拟滤波器6.1.7五种类型模拟滤波器的比较6.1.8频率变换与高通、带通及带阻滤波器设计6.2iir数字滤波器设计6.2.1用脉冲响应不变法设计iir数字滤波器6.2.2用双线性变换法设计iir数字滤波器6.2.3高通、带通和带阻iir数字滤波器设计6.2.4iir数字滤波器的频率变换习题与上机题第7章fir数字滤波器设计7.1线性相位firdf及其特点7.2用窗函数法设计firdf7.2.1用窗函数法设计firdf的基本方法7.2.2窗函数法的设计性能分析7.2.3典型窗函数介绍7.2.4用窗函数法设计firdf的步骤及matlab设计函数7.3利用频率采样法设计firdf7.3.1频率采样设计法的基本概念7.3.2设计线性相位特性firdf时，频域采样h(k)的设置原则7.3.3逼近误差及改进措施7.4利用等波纹最佳逼近法设计firdf7.4.1等波纹最佳逼近法的基本思想7.4.2remez和remezord函数介绍7.4.3fir希尔伯特变换器和fir数字微分器设计7.5firdf与iirdf的比较习题与上机题第8章时域离散系统的实现8.1引言8.2fir网络结构8.2.1fir直接型结构和级联型结构8.2.2线性相位结构8.2.3fir频率采样结构8.2.4快速卷积法8.3iir网络结构8.3.1iir直接型网络结构8.3.2iir级联型网络结构8.3.3iir并联型网络结构8.3.4转置型网络结构8.4格型网络结构8.4.1全零点格型网络结构8.4.2全极点格型网络结构8.5用软件实现各种网络结构8.6数字信号处理中的量化效应8.6.1量化及量化误差8.6.2a/d变换器中的量化效应8.6.3系数量化效应8.6.4运算中的量化效应8.7滤波器设计与分析工具习题与上机题第9章多采样率数字信号处理9.1引言9.2整数因子抽取9.3整数因子内插9.4按有理数因子i/d的采样率转换9.5采样率转换滤波器的高效实现方法9.5.1直接型fir滤波器结构9.5.2多相滤波器结构9.6采样率转换系统的多级实现9.7采样率转换器的matlab实现9.8采样率转换在数字语音系统中的应用9.8.1数字语音系统中的信号采样过程及其存在的问题9.8.2数字语音系统中改进的a/d转换方案9.8.3接收端d/a转换器的改进方案习题与上机题第10章数字信号处理应用举例10.1引言10.2数字信号处理在双音多频拨号系统中的应用10.3数字信号处理在音乐信号处理中的应用10.3.1时域处理10.3.2频域处理附录amatlab信号处理工具箱函数表参考文献
序言/前言前言随着信息科学和计算
技术的迅速发展，数字信号处理的理论与应用得到飞跃式发展，形成一门极其重要的学科。数字信号处理也已经成为大专院校相关专业的一门必修课程。对该课程的教材和参考书也应该随科技形势的发展不断地从教学内容、教学方法上进行改进。1994年我们根据无线电技术与信息系统教材编审委员会制定的教学大纲编写出版了全国统编教材《数字信号处理》，2001年编写并出版该书的第2版，其主要特点是满足普通大学教学大纲要求，选材少而精，并配有成熟的实验与习题，是一本适合教与学的较好教材，销售量已近20万册。2002年9月获第五届全国高校出版社优秀畅销书一等奖。
2005年获陕西省高等院校优秀教材一等奖。为了适应数字信号处理新理论与新技术的发展，满足教学的需要，打破原教材的格局，重新编写的这本新教材主要有以下特点：突出基本原理、基本概念与基本分析方法，选材精练。随着科学技术的发展，数字信号处理的新内容很多，但限于篇幅和教学大纲的要求，以及学时所限，教材选材必须少而精。只能选择理论成熟并有较强的实用价值的内容，且仍然要以讲授基本原理、基本概念和基本分析方法为重点。本教材中的傅里叶变换和z变换部分，重点仍是定义和物理概念，对性质部分的一些容易理解且推导也简单的内容，用列表方式进行压缩，或者作为习题请读者自己推导。突出快速傅里叶变换（fft）的思想和使用方法，去掉分裂基fft和离散哈德来变换（dht）。数字滤波器部分重点放在
设计原理与方法，以及如何用matlab进行设计与分析上。将网络结构、软件实现方法、量化效应等集中在一章中，可以节约篇幅，重点放在各种实现结构的特点及各种量化效应的物理概念上。补充新内容和新分析方法。近几年多采样率数字信号处理广泛应用于通信与信号处理领域，为此本书进一步加强了多采样率数字信号处理的内容，主要讲授多采样率数字信号处理的基本方面原理、采样率变换系统的实现方法和高效实现网络结构等。在基本内容方面，增加了有关新的系统分析内容和方法，引入系统的暂态输出和稳定输出的概念，增加了系统到达稳定状态所需要的时间等重要的参考数据，分析证明了用单位阶跃响应测试系统稳定性的实用方法，增加了线性卷积列表计算法和循环卷积的矩阵计算法，使原理简单且应用方便，更贴近计算机编程处理。增加了从模拟信号到时域离散信号采样频率的确定，弥补了过去只讲模拟信号到理想采样信号的不足。增加了数字滤波器的基本概念及一些特殊滤波器，介绍了理想滤波器的特点及可实现性，一阶、二阶滤波器的构成和带宽计算方法。增加陷波器、谐振器及振荡器等。增加用软件实现各种网络结构的方法。将数字信号处理的
基础理论、滤波器设计等与matlab进行适当的结合。美国mathwork公司推出的matlab是当前最优秀的科技应用软件，早在20世纪90年代就已成为国际公认的信号处理
标准软件和仿真开发平台。国外近几年出版的数字信号处理的优秀教材或者参考书没有一本不使用matlab的。利用matlab可以使一些很难理解的抽象理论得到直观演示解释，解决各种复杂问题的分析与计算等难题。本书各章的基本原理，均使用matlab释疑与实现。尤其matlab使复杂的数字滤波器设计的繁杂计算问题，变成了学生易接受、易实现的简单问题。但是本书的主要内容仍然是数字信号处理的基本原理和基本分析方法，因此本书主要结合例题和习题介绍一些matlab程序。本书所有程序尽可能调用matlab信号处理工具箱函数解决问题，力求程序简单易读，从而保证了以基本理论为主线，以matlab作为学习理论的工具。既避免了有些作者将数字信号处理教材写成matlab编程教材的喧宾夺主现象，又能使读者利用风靡世界的matlab软件进行高效的上机实验、设计与仿真。例题、习题与上机题多。大量的举例有利于帮助读者理解并掌握书中的基本理论，培养学生分析问题和解决问题的能力。本书重要的或者难理解的内容均有举例，而且引用了许多实际例子。本书中许多习题是经过几次编写教材，在多年的教学实践积累、改进、筛选的基础上形成的好习题，另外还参考选用了许多国外优秀教材的例题和习题，其中一些是实际中的问题。matlab语言非常适合数字信号处理，习题中的许多上机题目的明确，而且解题方法和使用的子程序，在例题中都可以找到。数字信号处理是一门理论和实际密切结合的课程，学生在学习过程中，最好自始至终能用matlab在计算机上进行分析问题和求解问题，以便提高学生分析、解决问题的能力，提高学生数字信号处理的理论水平。分析、叙述问题条理清楚，逻辑性强，语言深入浅出。数字信号处理离不开
数学，离不开数学公式的推导。在推导公式过程中尽量讲清物理概念、分析方法和推导公式的思路。有的公式推导太繁杂，仅提供最后结果，指出参考
资料，并解释清楚结论。本书共分10章。第1～2章主要叙述时域离散信号与系统时域分析和变换域分析的基本理论，是学习和应用数字信号处理的基础内容。第3章介绍离散傅里叶变换及其快速算法和应用。第4章讨论模拟信号数字处理的基本原理，包括采样定理、a/d变换、d/a变换、模拟信号数字处理系统的基本构成、线性模拟系统的数字模拟方法，以及用dft（fft）对模拟信号进行谱分析的基本原理。第5～7章主要介绍数字滤波的概念和滤波器设计与分析的原理和方法。第5章介绍数字滤波器的基本概念及一些特殊滤波器，包括理想数字滤波器，以及一阶和二阶简单滤波器的概念和设计方法。第6章讨论模拟滤波器和iir数字滤波器的设计方法。第7章叙述fir数字滤波器的主要特点和设计方法。第8章首先介绍时域离散系统的各种实现结构，然后讨论数字信号处理中的量化效应，并分析了a/d变换器中的量化效应，各种实现结构的系数量化效应，以及滤波处理运算中的量化效应。第9章主要介绍多采样率数字信号处理的基本原理、采样率变换系统的实现方法和高效实现网络结构等。第10章为数字信号处理的几种基本应用举例。每章都结合基本内容，介绍了相应的matlab信号处理工具箱函数，并给出理论仿真和例题求解程序及运行结果。每章都配有大量的习题和上机题，题号后带有“*”的习题为上机题。上机题由授课教师根据具体教学情况适当选用。本书第1,2,4,5,8章由丁玉美编写，第10章由丁玉美和阔永红共同编写，其余各章由高西全编写。本书的先修课程是工程数学、信号与系统、数字电路、微机原理和matlab语言等。本书参考教学时数为60课时。如果在信号与系统课程中已讲授本书第1章和第2章的内容，则教学时数可减少到46课时。第9章中多相滤波器结构和采样率转换系统的多级实现较难讲解，如果课时数紧张可以不讲，但要向学生说明这两种实现结构在实际中的重要性。对大专学生，可以只讲前8章，参考学时数为60学时。本书在编写构思和选材过程中，参考了书后所列参考文献的一些编写思想，采用了其中一些内容、例题和习题，在此向这些教材的作者们表示诚挚的感谢！本书的出版得到电子工业出版社韩同平编辑的大力支持，为我们提供了重要的资料和同类教材的出版信息，对本书做了大量细致的工作，在此深表感谢！为便于广大师生更好地学习和掌握数字信号处理课程的主要内容，本书将出版配套学习参考书，内容包括学习指导、习题解答、自我检查题和有关的实验程序等，也可以作为考研和自学数字信号处理的辅导书。为了便于教师授课和师生上机仿真实验，作者免费提供本书电子课件及完整的程序集，最好由任课教师通过电子邮件向作者索取，也可以登录电子工业出版社华信教育资源网www.huaxin.edu.cn下载。由于作者水平所限，书中难免有不足和错误，欢迎广大读者指正。欢迎读者反馈宝贵建议和意见，交流教学体会和经验，以便不断修正错误，去粗取精，使本教材进一步完善和提高。作者联系电话：88202853，电子邮件地址：xqgao@mail.xidian.edu.cn。
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