内容简介本书是数字
信号处理领域的经典
教材，内容涵盖了信号与
信号处理、时域中的离散时间信号和系统、变换域中的离散时间信号和系统、连续时间信号的数字处理、有限长离散变换、z变换、数字滤波器的结构与
设计、dsp算法实现、有限字长效应的
分析、多速率
数字信号处理、多速率滤波器组和小波、
数字信号处理应用等方面。本书的特点在于讲解上述内容的同时，给出了matlab程序验证，并有大量的高质量的
习题和仿真作业。
本书的上册可作为高等院校电子信息类专业本科生的教材，下册可作为研究生的教材，也可供有关
技术、科研管理人员使用，或作为继续教育的参考书。
图书目录第12章有限字长效应的分析12.1量化过程和误差12.2定点数的量化12.3浮点数的量化12.4系数量化效应的分析12.5a/d转换噪声分析12.6算术舍入误差分析12.7动态范围缩放12.8低阶iir滤波器中的信噪比12.9低灵敏度数字滤波器12.10用误差反馈减少乘积舍入误差12.11iir数字滤波器中的极限环12.12fft算法中的舍入误差12.13小结12.14习题12.15matlab练习第13章多抽样率数字信号处理
基础13.1基本抽样率转换器件13.2抽样率变换过程中的多抽样率结构13.3抽取器和内插器的多级设计13.4多相分解13.5任意因子抽样率转换器13.6奈奎斯特滤波器13.7小结13.8习题13.9matlab练习第14章多抽样率滤波器组和小波14.1数字滤波器组14.2双通道正交镜像滤波器组14.3准确重构的双通道fir滤波器组14.4l通道qmf组14.5多级滤波器组14.6离散小波变换14.7小结14.8习题14.9matlab练习第15章数字信号处理的应用15.1双音多频信号检测15.2正弦信号的谱分析15.3非平稳信号的谱分析15.4随机信号的谱分析15.5音乐声处理15.6数字音乐合成15.7离散时间解析信号生成15.8信号压缩15.9多路复用器15.10数字数据的离散多音传输15.11过抽样模数转换器15.12过抽样数模转换器15.13稀疏天线阵列设计15.14小结附录a离散时间随机信号参考文献索引
序言/前言译者序数字信号处理已经成为几乎所有大学为电子及其相关专业设置的课程。有关的中、
英文课本已有几十种之多。本书确实是一本好教材，我们使用该教材（
第二版）教学已经五年多，体会到该书的诸多特点。实际上，世界上使用该课本的学校和班级非常之多，以至于根据众多使用该书的教师和读者的反馈建议，很快sanjitk.mitra教授推出了该教材的第三版。第三版保持了原有的三个最显著的特点:第一，在内容结构方面，本书的安排有很好的系统性和逻辑性，从信号到系统，从时域到变换域，从分析到处理，从基本内容到特殊技术，从原理到应用。本书结构的安排是作者在数字信号处理课程的教学中长期积累的经验的结晶。第二，在授课方法上，本书每章都分三步:原理和方法的论述，大量例题和解题练习，
计算机推演实验的练习。这是一个非常合理的教学步骤，非常有利于从学习基本原理（第一步）到掌握基本方法（第二步），有利于从理解基本技术（第二步）到学会实际应用（第三步）。第三，在
材料选择上，文中包含了大量
实用的信号和系统及其分析，大量实际的数字信号处理问题的描述，还提供了大量的例题和习题。这些对自学和巩固学习内容有很大帮助。第三版在结构上做了较大的调整，使之更适合教学；在内容上，增加了近些年发展而又广泛应用的技术:在数字
信号分析方面，增加了两个有限长离散变换（离散余弦变换和harr变换）以及其他一些数字信号独特的分析方法；在数字信号滤波方面，也增加了一些数字系统独特的运算方法，如fir滤波器的特殊设计方法、插值处理等；另外，在例题和应用方面还增加了一些实用系统的分析和介绍。该书（第三版）的中文译本几乎与原版影印改编教材同时问世，可以预计，该课本在我国的使用将会使得我们在该领域的教学紧跟世界水平，并将推动我们的教学工作更迅速地发展。需要注意的是，英文版原书附带有
光盘一张，内容主要为matlab示例程序、信号文件、复习材料等；为读者计，在中文译本中，我们将光盘的内容放到了电子工业出版社的网站上（www.phei.com.cn/download/download.asp)，读者可直接下载使用。同时，由于该教材的前11章主要针对高校的本科生，而后面的章节针对于研究生，因此在出版形式上我们将该书分为了上下两册，读者可根据需要选择阅读。参加本书翻译和校对工作的还有陈嘉宇（第1章、第5章）、罗玮、杨浩（第2章）、王青、薛妮（第3章），徐戈（第5章、第6章）、管鲍、胡意顺（第7章）、张永强、夏桂松（第8章），向倩、余志雄（第9章、第10章）、杨勇（第11章）、黄培荣（第12章）、董航（第13章、第14章）、杨文（第15章），另外薛妮改编了中文版的索引，贺军整理了附录；最后由孙洪审校全书。翻译中不妥和错误之处在所难免，敬请广大读者和同行批评指正。序言数字信号处理（dsp）在过去的40年间取得了飞速的发展，在研究和应用方面也取得了显著的进步。推动这种发展与进步的是数字计算机技术和软件开发的进展。世界上几乎所有的电子和计算机工程系都开设了一门或几门数字信号处理方面的课程，最初步的课程通常在大学四年级开设。本书旨在作为大学四年级和研究生一年级学生的数字信号处理两学期课程的教材。本书也适合实际工程人员或研究人员自学。尽管本书第二版仅仅在约三年前出版，但是根据采用这本书作为教材的教授和许多读者的反馈意见，很明显需要一个新的版本，以便反映对内容的修改建议。该版有三类变动:增加了大量的新内容，删除了一些内容，在内容的安排、结构上做了大幅度调整。另外，给出了更多的例题来解释那些难以理解的新概念。第三版的一个大变动是将离散时间信号和系统的变换域描述分成了三章:一章是离散时间傅里叶变换（dtft），另一章是离散傅里叶变换（dft），还有一章是z变换。有关离散时间傅里叶变换的章节中包括了连续时间信号和系统的连续时间傅里叶变换（ctft）的简要复述，指出连续时间和离散时间傅里叶变换两者之间的相似和不同之处。在这一章中还讨论了线性时不变离散系统的频率响应的概念及其性质。该章还增加了dft的讨论，包括另外两个有限长离散变换，即离散余弦变换和haar变换。这两个变换经常用在信号压缩中。在z变换的章节中给出了线性时不变离散时间系统的传输函数的概念。第三版中的第二个大变动是将无限冲激响应（iir）和有限冲激响应（fir）数字滤波器设计分别在两章讨论。第三个大变动是将多速率数字信号处理分成两章:一章讨论多速率数字信号处理的基本概念，另一章讨论滤波器组和离散小波变换。最后，有关离散随机信号的内容放在附录中。第三版新增加的内容有:连续时间傅里叶变换（见3.1节），相位展开函数（见3.7节），相位与群延时(见3.9节):傅里叶域滤波(见5.8节)，离散余弦变换（见5.11节），haar变换（见5.12节），有限长离散变换的能量压缩性质（见5.13节），基于幅度和相位特征的传输函数分类（见7.1节和7.2节），最小相位fir滤波器设计（见10.4节），谱分解（见10.4节），高效计算的fir滤波器设计（见10.6节），使用索引映射的快速傅里叶变换（见11.4节），滑动离散傅里叶变换（见11.6节），窄频带离散傅里叶变换计算（见11.7节），样条插值（见13.5节），离散小波变换（见14.6节），数字音乐合成（见15.7节），以及基于小波的信号压缩（见15.9节）。本书的一个主要特点是，大量使用基于matlabmatlab是位于马萨诸塞州natick的mathworks公司的
注册商标，联系方式为508-647-7000，http://www.mathworks.com。的例题来说明用程序解决信号处理问题具有很强的功能。本书采用了一种三步教学法的结构，以便充分利用matlab的优势，避免了“食谱”式方法解题的弊端。首先，每一章从讨论基本
理论和算法开始。第二步，给出一些人工求解计算的实例。第三步，用matlab推演题解。开始时，尽量提供详细的matlab代码，以便学生在自己的计算机上重复这些例子。在每一章中，对常规理论问题要求分析求解，此外，还包括了大量需要用matlab求解的问题。本书只需要学生掌握初步的matlab知识。我们相信学生们通过使用验证过的完整程序可以加快掌握解决复杂问题的能力，然后可以自己编写一些简单的程序来求解指定的问题（这些问题在第2章到第15章的末尾）。由于计算机的验证可以增强对基本理论的理解，所以与前两版一样，第三版给出了一个庞大的matlab程序库。第二版原有的matlab程序都已做了升级，可以在matlab的新版本下运行，也可以使用信号处理工具箱。另外，在本版中加进了新的matlab程序及其代码段。所有的程序都在本书附带的光盘中。读者可以运行这些程序来验证本书中的结果。课本中所有的程序和代码段已经在matlab7(release14)以及信号处理工具箱6.2版下测试过。本书中所列出的一些程序就执行速度而言，不一定是最快的，行数也不一定是最短的。但是在没有详细的解释情况下，它们在书写表达上是最清晰的。本书第二个吸引人的特点是它包含了简单但很实用的例子。这些例子向读者展示了实际生活中的数字信号处理问题，我们可以使用计算机来解决这些实际问题。本书还涉及了当前的热门课题，它们没有出现在课本中。通过第2章到第14章后面的习题向读者介绍了其他一些课题。最后，本书在结尾的章节中专门讨论了一些重要的、实际的数字信号处理应用。这些应用很容易理解，不需要更高程度课程的知识。本书附带的光盘中还含有一些有用的
资料，例如真实的滤波器、复习材料、附加例题、常见问题解答（faq）以及matlab入门。在课文中，尽可能地用光盘符号为读者指出光盘中的相关资料。我们希望收到读者对第三版的反馈意见，从而在下一版本中改进光盘的内容。本书的先修课程是大学三年级关于线性连续时间和离散时间系统的课程，这在绝大部分学校都是必修课。本书提供了线性系统及其变换的简要复习，包括线性系统理论的基本内容，其中重要的内容用表格进行总结。这样，就可以在不明显增加课本厚度的情况下，包含较多的深入内容。本书分为15章和一个附录。第1章介绍信号处理领域，并且概述信号和信号处理方法。第2章讨论用数字序列在时域表示离散时间信号和离散时间系统，并描述常用的离散时间信号和系统的分类。然后介绍在任意离散时间信号和离散时间系统的时域定性分析中起着重要作用的几个基本离散时间信号和离散时间系统。接下来，描述了大量由一个或更多序列生成其他序列的基本运算。这些运算的组合还将用来构造离散时间系统。而用离散时间序列表示连续时间信号的问题仅作为一个特例来研究。第3章讨论离散时间序列的离散时间傅里叶变换（dtft）。我们从连续时间傅里叶变换（ctft）的概述开始，然后引入dtft及其逆变换，并讨论dtft的收敛性。接着给出dtft的性质，以及为除去dtft的某些间断点所需的相位展开函数。最后引入线性时不变（lti）系统频率响应的概念，并且详细讨论频率响应中相位延时和群延时之间的区别。第4章主要讨论连续时间信号的离散时间处理。首先推导出一个带限连续时间信号在理想抽样下用离散时间表示的情况下，可从它的抽样形式完全恢复的条件。一些接口电路将用在连续时间信号的离散时间处理中。其中有两个电路是反混叠滤波器和由模拟低通滤波器构成的重构滤波器。因此，本章简述了一些常用模拟滤波器设计方法的基本理论，并且用matlab演示了它们的使用。本章讨论的其他接口电路还有抽样和保持电路、模数转换器和数模转换器。第5章主要讨论离散傅里叶变换（dft）。它在一些数字信号处理应用中起着重要的作用，例如它可以用做快速算法来有效地实现线性卷积。开始引入dft及其逆变换，然后讨论其性质。本章还概述了离散余弦变换（dct）和haar变换。本章讨论的三种变换是有限长序列的正交变换的例子。第6章讨论z变换。首先引入z变换及其逆变换，并且讨论其性质。然后详细讨论z变换的收敛条件。还讨论lti离散时间系统的传输函数的概念及其与系统频率响应的关系。本书基本上只涉及线性时不变离散时间系统，第7章讨论这种系统的变换域描述。此外，还将讨论变换域描述的特有性质，以及一些简单的应用。线性时不变数字滤波器的硬件或软件实现的第一步是将基本模块互连起来的结构描述。结构的描述可以揭示一些固有的内部变量与输入和输出之间的关系，反过来它是系统实现的关键。有多种不同的数字滤波器的结构形式，第8章将讨论其中的两种描述形式，然后讨论实因果iir和fir数字滤波器实现的一些常用方案。另外还将描述用来产生一对正交的正弦序列的iir数字滤波器结构的实现方法。第9章考虑iir数字滤波器的设计问题。首先，讨论滤波器设计所涉及的问题。然后，描述iir滤波器最常用的设计方法，即基于将一个原型模拟传输函数转换成一个数字传输函数的方法。此外，还将讨论经过频谱变换将一类iir传输函数变换到另一类函数，最后讨论用matlab设计iir数字滤波器。第10章讨论fir滤波器的设计问题。首先描述一种非常简单的fir滤波器设计方法，然后讨论用计算机辅助方法来设计等波纹线性相位fir数字滤波器的通用方法。最后，讨论用matlab设计iir数字滤波器。第11章涉及dsp算法的实现。首先讨论涉及到实现的两个主要问题。通过在计算机上使用matlab对数字滤波和dft算法进行软件实现过程，说明其要点。接着讨论在数字
设备中的数字和信号变量的各种表示方法，这是在第12章中讨论有限字长效应分析方法的基础。接下来讨论用来实现加法和乘法的一些算法，以及两个在数字信号处理中的主要算术运算，同时讨论算法的溢出处理。最后，本章列出用来设计和实现可调谐数字滤波器的两种常用方法，然后讨论某类特殊函数的逼近算法。第12章着重分析不同来源的量化误差效应，描述对这些效应敏感度较小的结构。此外，还讨论系数量化效应。第13章和第14章讨论多抽样率离散时间系统，它在不同的部分使用不同的抽样率。本章概述了变抽样率的基本概念和特性，数字滤波器的抽取和内插的设计，以及多抽样率滤波器组的设计。第15章叙述数字信号处理的一些简单的实际应用。本书的内容已在加州大学圣巴巴拉分校用做两个学期的数字信号处理课程，并经过了课堂上超过13年的仔细
检验。基本框架是，从第2章到第8章是大学高年级的基础课程，第8章到第15章是研究生课程。本书包含了352个例题、163个matlab程序、783个习题以及158个matlab练习。我们尽最大努力保证本书中所有材料（包括matlab程序）的准确性。但是，我也非常感激读者指出课本上出现的任何我和出版社没有发现的错误。对于这些错误和任何评论，读者可以通过电子邮件的方式和我交流，我的电子邮件地址是mitra@ece.ucsb.edu。最后，非常荣幸能有机会在我的教学生涯中与我的研究小组中出色的学生一起工作长达40多年。在与他们的交流与合作中，我受益匪浅，谨以此书向他们表示衷心的感谢。sanjitk.mitra致谢本书第一版的完整初稿经过了下述人员的审阅:克罗地亚萨格勒布大学的hrvojcbabic博士，杜克大学的jamesf.kaiser博士，奥地利维也纳大学的wolfgangf.g.mecklenbruker博士，以及加州理工大学的p.p.vaidyanathan博士。草稿经过了下述人员的审阅:微软公司的robertoh.bambmerger博士，普度大学的charlesboumann博士，明尼苏达大学的kevinbuckley博士，南卫里公会大学的johna.flemming博士和jerryd.gibson博士，所罗门大学的johngowdy博士，加州理工学院的jamesharris博士和mahmoodnahvi博士，波特兰州立大学的yih-chyunjenq博士，波士顿大学的troungq.ngyuen博士，以及亚利桑那州立大学的andreasspanias博士。该草稿的许多内容还受到了如下人员的审阅:莱斯大学的c.sidneyburrus博士，at&t实验室的richardv.cox博士，加州大学圣迭哥分校的iangalton博士，乔治亚理工学院的nikils.jayant博士，挪威科技大学的torramstad博士，wright州立大学的b.ananthshenoi博士，德国俄勒根-纽伦堡大学的hansw.schüssler博士，以及俄勒冈州立大学的richardschreier博士和gaborc.temes博士。第二版经过了如下人员的审阅:北卡罗莱纳州立大学的winsere.alexander博士，罗切斯特工学院的sohaila.dianat博士，印度工学院的suhashduttaroy博士，北达科他州立大学的davidc.farden博士，苏丹qaboos大学的abdulnasiry.hossein博士，杜克大学的jamesf.kaiser博士，安捷伦实验室的ramakrishnakakarala博士，奥地利维也纳大学的wolfgangf.g.mecklenbruker博士，南加州大学的antonioortega博士，auburn大学的stanleyj.reeves博士，马里兰大学的georgesymos博士，以及麻省理工学院的gregorya.wornell博士。该手稿的许多内容还受到了如下人员的审阅:哥伦比亚大学的dimitrisanastassiou博士，佛罗里达州立大学的rajendrak.arora博士，罗得岛大学的ramdaskumaresan博士，加州大学圣巴巴拉分校的upamanyumadhow博士，纽约布鲁克林理工学院的ivanselesnick博士，俄勒冈州立大学的gaborc.temes博士。第三版经过了如下人员的审阅:新西兰massey大学donaldg.bailey博士，意大利罗马大学的marcocarli博士，明尼苏达大学的emads.ebbini博士，塔斯克基大学的chandrakanthh.gowda博士，奥斯汀得克萨斯大学的robertw.heath.jr博士，史蒂文斯工学院的hon
gbinli博士，加州大学riverside分校的pingliang博士，俄勒冈州立大学的lucalucchese博士，迈阿密大学的kamalpremaratne博士，rutgers大学的lawrencer.rabiner博士，威斯康星州密尔沃基大学的alim.reza博士，新奥尔良大学的terrye.riemer博士，得克萨斯a&m大学的erchinserepdin博士，以及阿克伦城大学的okechukwuc.ugweje博士。该手稿的许多内容还受到了如下人员的审阅:加州大学圣巴巴拉分校的shivkumarchandrasekaran博士，拉斯克鲁斯新墨西哥州立大学的charlesd.creusere博士，新加坡南洋理工大学的yong-chinglim博士和kai-kwangma博士，mathworks有限公司的ricardolosada先生，斯坦福大学的juliuso.smith博士，加州大学圣迭哥分校的truongngyuen博士。这里我要感谢他们有价值的意见，这些意见无疑对本书非常有用。我的许多学生审阅了所有版本的各种手稿，并测试了许多matlab程序。我尤其要感谢charlesd.creusere，rajeevgandhi，gabrielgomes,serkanhatipoglu，何志海，michaellightstone，林应松，lucalucchese，debarghamukherjee，norbertstrobel，stefanthurnhofer，messrs，mylenequeirozdefarias，hsin-hanho，ericleipnik，michaelmoore。我还要感谢加州大学圣巴巴拉分校ece158和ece258a课程的学生，感谢他们几年来的反馈，这些反馈帮助我使这本书增色不少。感谢goutamk.mitra和aliciarodriguez为本书设计了封面。最后，我要感谢patriciamonohon为本书的第三版准备了latex文件。补充本书中所含的matlab程序都在本书附带的光盘中，也可通过匿名ftp从网站iplserv.ece.ucsb.edu的目录/pub/mitra/book3e中获得。由chowdaryadsumilli，chin-chayekoh，gabrielgomes，hsin-hanho和mylenequeirozdefarias完成的习题解答包含了所有习题以及matlab练习的答案，教员们可通过出版商获得该解答
手册。由作者编写的配套图书digitalsignalprocessinglaboratoryusingmatlab即《数字信号处理实验手册（matlab版）》，该书已由电子工业出版社出版。——编者注，也可自mcgraw-hill出版社获得。
