数字信号处理——原理、实现及应用(第4版)

本书为普通高等教育"十一五”重量规划教材。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。重点介绍信号相关性的基本概念和信号相关函数及其应用、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。

绪论 （1）
0.1 数字信号处理的基本内容 （2）
0.2 数字信号处理的实现方法 （3）
0.3 数字信号处理的主要优点 （3）
第1章 时域离散信号和系统 （5）
1.1 引言 （5）
1.2 模拟信号、时域离散信号和数字信号 （5）
1.2.1 时域离散信号和数字信号 （6）
1.2.2 时域离散信号的表示方法 （6）
1.2.3 常用时域离散信号 （8）
1.3 时域离散系统 （11）
1.3.1 线性时不变时域离散系统 （11）
1.3.2 线性时不变系统输出和输入之间的关系 （12）
1.3.3 系统的因果性和稳定性 （15）
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 （17）
1.4.1 线性常系数差分方程 （17）
1.4.2 线性常系数差分方程的递推解法 （17）
1.4.3 用MATLAB求解差分方程 （18）
1.4.4 应用举例―滑动平均滤波器 （19）
习题与上机题 （21）
第2章 时域离散信号和系统的频域分析 （25）
2.1 引言 （25）
2.2 时域离散信号的傅里叶变换 （25）
2.2.1 时域离散信号的傅里叶变换的定义 （25）
2.2.2 周期信号的离散傅里叶级数 （26）
2.2.3 周期信号的傅里叶变换 （28）
2.2.4 时域离散信号傅里叶变换的性质 （31）
2.3 时域离散信号的Z变换 （34）
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 （34）
2.3.2 Z变换的收敛域与序列特性之间的关系 （35）
2.3.3 逆Z变换 （38）
2.3.4 Z变换的性质和定理 （41）
2.4 利用Z变换对信号和系统进行分析 （44）
2.4.1 系统的传输函数和系统函数 （44）
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 （45）
2.4.3 用Z变换求解系统的输出响应 （46）
2.4.4 系统稳定性的测定及稳定时间的计算 （50）
2.4.5 根据系统的零、极点分布分析系统的频率特性 （52）
2.5 几种特殊滤波器 （57）
2.5.1 全通滤波器 （57）
2.5.2 最小相位滤波器 （58）
2.5.3 梳状滤波器 （59）
2.5.4 正弦波发生器 （60）
习题与上机题 （61）
第3章 离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT） （68）
3.1 离散傅里叶变换的定义及物理意义 （68）
3.1.1 DFT定义 （68）
3.1.2 DFT与ZT、FT、DFS的关系 （69）
3.1.3 DFT的矩阵表示 （71）
3.1.4 用MATLAB计算序列的DFT （71）
3.2 DFT的主要性质 （73）
3.3 频域采样 （80）
3.4 DFT的快速算法―快速傅里叶变换（FFT） （83）
3.4.1 直接计算DFT的特点及减少运算量的基本途径 （83）
3.4.2 基2 FFT算法 （83）
3.5 DFT（FFT）应用举例 （89）
3.5.1 用DFT（FFT）计算两个有限长序列的线性卷积 （90）
3.5.2 用DFT计算有限长序列与无限长序列的线性卷积 （91）
3.5.3 用DFT对序列进行谱分析 （94）
3.5.4 离散余弦变换及其DFT实现 （96）
习题与上机题 （98）
第4章 模拟信号数字处理 （101）
4.1 模拟信号数字处理原理方框图 （101）
4.2 模拟信号与数字信号的相互转换 （101）
4.2.1 时域采样定理 （102）
4.2.2 带通信号的采样 （106）
4.2.3 A/D变换器 （107）
4.2.4 将数字信号转换成模拟信号 （108）
4.3 对数字信号处理部分的设计考虑 （111）
4.4 线性模拟系统的数字模拟 （112）
4.5 模拟信号的频谱分析 （114）
4.5.1 公式推导及参数选择 （114）
4.5.2 用DFT（FFT）对模拟信号进行谱分析的误差 （115）
4.5.3 用DFT（FFT）对周期信号进行谱分析 （118）
习题与上机题 （120）
第5章 信号的相关函数和功率谱 （122）
5.1 互相关函数和自相关函数 （122）
5.2 周期信号的相关性 （124）
5.3 相关函数的性质 （125）
5.3.1 互相关函数性质 （126）
5.3.2 自相关函数性质 （126）
5.4 输入输出信号的相关函数 （127）
5.5 信号的能量谱密度和功率谱密度 （127）
5.5.1 信号的能量谱 （128）
5.5.2 信号的功率谱 （128）
5.6 相关函数的应用 （129）
5.6.1 相关函数在雷达和主动声呐系统中的的应用 （129）
5.6.2 使用相关函数检测物理信号隐含的周期性 （130）
5.7 用MATLAB计算相关函数 （132）
习题与上机题 （133）
第6章 IIR数字滤波器（IIRDF）设计 （135）
6.0 数字滤波器设计的基本概念 （135）
6.0.1 数字滤波器及其设计方法概述 （135）
6.0.2 数字滤波器的种类 （135）
6.0.3 理想数字滤波器 （136）
6.1 模拟滤波器设计 （138）
6.1.1 模拟滤波器设计指标 （139）
6.1.2 巴特沃思模拟低通滤波器设计 （140）
6.1.3 切比雪夫滤波器设计 （143）
6.1.4 椭圆滤波器 （146）
6.1.5 贝塞尔滤波器 （147）
6.1.6 用MATLAB设计模拟滤波器 （147）
6.1.7 五种类型模拟滤波器的比较 （153）
6.1.8 频率变换与高通、带通及带阻滤波器设计 （154）
6.2 IIR数字滤波器设计 （161）
6.2.1 用脉冲响应不变法设计IIRDF （162）
6.2.2 用双线性变换法设计IIRDF （167）
6.2.3 高通、带通和带阻IIRDF （171）
6.2.4 IIRDF的频率变换 （174）
习题与上机题 （177）
第7章 FIR数字滤波器（FIRDF）设计 （181）
7.1 线性相位FIRDF及其特点 （181）
7.2 用窗函数法设计FIRDF （186）
7.2.1 用窗函数法设计FIRDF的基本方法 （186）
7.2.2 窗函数法的设计性能分析 （187）
7.2.3 典型窗函数介绍 （189）
7.2.4 用窗函数法设计FIRDF的步骤及MATLAB设计函数 （195）
7.3 利用频率采样法设计FIRDF （199）
7.3.1 频率采样设计法的基本概念 （199）
7.3.2 设计线性相位特性FIRDF时，频域采样H (k)的设置原则 （200）
7.3.3 逼近误差及改进措施 （200）
7.4 利用等波纹很好逼近法设计FIRDF （204）
7.4.1 等波纹很好逼近法的基本思想 （205）
7.4.2 remez和remezord函数介绍 （207）
7.4.3 FIR希尔伯特变换器和FIR数字微分器设计 （211）
7.5 FIRDF与IIRDF的比较 （215）
习题与上机题 （216）
第8章 时域离散系统的实现 （219）
8.1 引言 （219）
8.2 FIR网络结构 （220）
8.2.1 FIR直接型结构和级联型结构 （220）
8.2.2 线性相位结构 （221）
8.2.3 FIR频率采样结构 （222）
8.2.4 FIR滤波器的递归实现 （225）
8.2.5 快速卷积法 （226）
8.3 IIR网络结构 （226）
8.3.1 IIR直接型网络结构 （226）
8.3.2 IIR级联型网络结构 （227）
8.3.3 IIR并联型网络结构 （228）
8.3.4 转置型网络结构 （229）
8.4 格型网络结构 （229）
8.4.1 全零点格型网络结构 （230）
8.4.2 全极点格型网络结构 （233）
8.5 用软件实现各种网络结构 （235）
8.6 数字信号处理中的量化效应 （237）
8.6.1 量化及量化误差 （237）
8.6.2 A/D变换器中的量化效应 （238）
8.6.3 系数量化效应 （239）
8.6.4 运算中的量化效应 （242）
8.7 滤波器设计与分析工具 （246）
习题与上机题 （251）
第9章 多采样率数字信号处理 （255）
9.1 引言 （255）
9.2 整数因子抽取 （256）
9.3 整数因子内插 （258）
9.4 按有理数因子I/D的采样率转换 （260）
9.5 采样率转换滤波器的高效实现方法 （261）
9.5.1 直接型FIR滤波器结构 （261）
9.5.2 多相滤波器结构 （263）
9.6 采样率转换系统的多级实现 （266）
9.7 采样率转换器的MATLAB实现 （271）
9.8 采样率转换在数字语音系统中的应用 （272）
9.8.1 数字语音系统中的信号采样过程及其存在的问题 （272）
9.8.2 数字语音系统中改进的A/D转换方案 （273）
9.8.3 接收端D/A转换器的改进方案 （274）
习题与上机题 （276）
第10章 数字信号处理应用举例 （278）
10.1 引言 （278）
10.2 数字信号处理在双音多频拨号系统中的应用 （278）
10.3 数字信号处理在音乐信号处理中的应用 （284）
10.3.1 时域处理 （284）
10.3.2 频域处理 （287）
附录A MATLAB信号处理工具箱函数表 （291）
参考文献 （295）