本書系統(tǒng)講述數(shù)字信號處理的基本原理、實現(xiàn)及應用，主要講述時域離散信號與系統(tǒng)的基本概念及時域和頻域分析方法，重點討論離散傅里葉變換及其快速算法、數(shù)字濾波器的基本概念與理論、數(shù)字濾波器的設計與實現(xiàn)方法，介紹有關多采樣率數(shù)字信號處理的基本理論和高效實現(xiàn)方法、數(shù)字信號處理的典型應用，結合各章節(jié)的知識點、例題和習題介紹MATLAB信號處理方法。本書提供配套電子課件、MATLAB源代碼、視頻、習題參考答案、慕課（MOOC）網(wǎng)上在線課程等。 本書適合作為高等學校電子信息類專業(yè)和相近專業(yè)本科生的教材，也可作為相關專業(yè)科技人員的參考書。
張立材，碩士，副教授，西安建筑科技大學通信工程教研室與通信與信息系統(tǒng)研究所骨干教師，陜西省圖形圖像學會會員和建筑學會弱電分會會員。1993年畢業(yè)于西安交通大學，獲工學碩士學位。長期從事、電子信息及通信工程方面的教學及科研工作，主要研究領域包括自動化系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理，計算機與通信網(wǎng)絡安全，智能信息處理等。 目前承擔或參與多項縱向和橫向科研任務，先后獲得西安交通大學校級科技進步2、3等獎3項，西安建筑科技大學各類教學優(yōu)秀獎3項，編著教材4部，主編教材2部。目前主要方向為：自動控制理論與應用，自動信號檢測技術與信息融合技術，圖形、圖像的智能處理與分析，嵌入式智能控制技術及應用等。孫曉艷，博士，副教授，西安建筑科技大學通信工程教研室骨干教師。2011年畢業(yè)于西安電子科技大學，獲工學博士學位。長期從事通信工程方面的教學與科研工作，主要研究領域包括：無線通信系統(tǒng)、移動自組織網(wǎng)絡、無線傳感器網(wǎng)絡、車聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等。承擔或參與多項縱向和橫向科研項目和教學研究項目，編著教材3部。
目 錄
第1章 離散時間信號與系統(tǒng) 1
1．1 信號和信號處理 1
1．1．1 信號的特征與分類 1
1．1．2 典型的信號處理運算 3
1．2 離散時間信號 6
1．2．1 時域離散信號的表示方法 6
1．2．2 典型的時域離散信號 8
1．2．3 周期序列 10
1．2．4 離散序列的時域運算 11
1．2．5 任意序列的單位脈沖序列表示 17
1．3 時域離散系統(tǒng) 17
1．3．1 線性時不變離散系統(tǒng) 18
1．3．2 線性時不變離散系統(tǒng)輸出與輸入的關系 20
1．3．3 系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性 23
1．4 常系數(shù)線性差分方程 27
1．4．1 N階線性時不變系統(tǒng)的差分方程描述 27
1．4．2 線性常系數(shù)差分方程的遞推解法 28
1．4．3 用MATLAB求解差分方程 29
1．5 模擬信號數(shù)字化處理方法 30
1．5．1 時域采樣 30
1．5．2 采樣在頻域中的效應 30
1．5．3 模擬信號的恢復 34
小結 36
思考練習題 37
習題 37
第2章 時域離散信號的頻域分析 40
2．1 時域離散信號的傅里葉變換 40
2．1．1 時域離散信號的傅里葉變換的定義 40
2．1．2 周期序列的離散傅里葉級數(shù) 41
2．1．3 周期序列的傅里葉變換表示 43
2．1．4 序列傅里葉變換的性質(zhì) 46
2．1．5 時域離散信號傅里葉變換的對稱性 47
2．2 時域離散信號的z變換 51
2．2．1 z變換的定義 51
2．2．2 z變換的收斂域 52
2．2．3 序列z變換與其傅里葉變換之間的關系 55
2．2．4 z逆變換 57
2．2．5 z變換的性質(zhì) 62
2．3 時域離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)頻率特性 68
2．3．1 系統(tǒng)的傳輸函數(shù)與系統(tǒng)函數(shù) 68
2．3．2 利用系統(tǒng)函數(shù)分析系統(tǒng)的因果穩(wěn)定性 69
2．3．3 用z變換計算系統(tǒng)的輸出響應 71
2．3．4 用系統(tǒng)函數(shù)的零、極點分布分析系統(tǒng)的頻率特性 76
2．4 時域離散信號z變換與拉普拉斯變換、傅里葉變換的關系 80
小結 82
思考練習題 83
習題 84
第3章 離散傅里葉變換 90
3．1 離散傅里葉變換的定義 90
3．1．1 離散傅里葉變換定義 90
3．1．2 離散傅里葉變換與FT、ZT、離散傅里葉級數(shù)的關系 91
3．2 離散傅里葉變換的性質(zhì) 94
3．3 頻率域采樣 101
3．4 快速傅里葉變換 103
3．4．1 直接計算離散傅里葉變換的問題及改進的途徑 103
3．4．2 DIT基2FFT算法 104
3．4．3 DIF基2FFT算法 111
3．4．4 離散傅里葉逆變換的快速計算方法 111
3．5 離散傅里葉變換的應用舉例 112
3．5．1 用離散傅里葉變換計算線性卷積 112
3．5．2 用離散傅里葉變換對信號進行譜分析 115
小結 116
思考練習題 116
習題 117
第4章 數(shù)字濾波器的算法結構 123
4．1 數(shù)字濾波器的基本概念 123
4．2 時域離散系統(tǒng)的實現(xiàn) 123
4．2．1 系統(tǒng)分類 123
4．2．2 系統(tǒng)結構的信號流圖表示 124
4．3 IIR系統(tǒng)的基本結構 125
4．3．1 直接型 125
4．3．2 轉(zhuǎn)置型 126
4．3．3 級聯(lián)型 127
4．3．4 并聯(lián)型 128
4．4 FIR系統(tǒng)的基本結構 129
4．4．1 FIR直接型 129
4．4．2 FIR級聯(lián)型 130
4．4．3 線性相位型 130
4．4．4 頻域采樣型 131
4．4．5 快速卷積法 136
4．5 格形網(wǎng)絡 137
4．5．1 全零點（FIR）型 137
4．5．2 全極點（IIR）型 139
4．5．3 零、極點（IIR）型 140
4．6 特殊濾波器 141
4．6．1 全通濾波器 141
4．6．2 數(shù)字諧振器 143
4．6．3 數(shù)字陷波器 145
4．6．4 最小相位濾波器 146
4．6．5 梳狀濾波器 147
4．6．6 正弦波發(fā)生器 148
4．6．7 數(shù)字信號處理系統(tǒng)結構的計算復雜度 149
小結 149
思考練習題 150
習題 150
第5章 無限脈沖響應數(shù)字濾波器的設計 153
5．1 模擬濾波器設計 153
5．1．1 模擬濾波器技術指標 153
5．1．2 巴特沃思低通濾波器設計 154
5．1．3 切比雪夫濾波器設計 161
5．1．4 橢圓濾波器設計 168
5．1．5 貝塞爾濾波器設計 170
5．1．6 常用模擬濾波器的比較 171
5．1．7 模擬濾波器頻率變換 171
5．2 IIR數(shù)字濾波器設計 178
5．2．1 脈沖響應不變法 179
5．2．2 雙線性變換法 184
5．2．3 低通、高通、帶通及帶阻IIR數(shù)字濾波器的設計 191
5．2．4 IIR數(shù)字濾波器的頻率變換 197
小結 200
思考練習題 200
習題 201
第6章 有限脈沖響應濾波器的設計 204
6．1 線性FIRDF的特點 204
6．1．1 FIRDF線性相位條件 204
6．1．2 FIRDF幅度特性 206
6．1．3 FIRDF零點分布特點 210
6．2 窗函數(shù)法設計FIR DF 210
6．2．1 FIRDF窗函數(shù)設計方法 211
6．2．2 常用窗函數(shù) 214
6．2．3 用窗函數(shù)法設計FIRDF的MATLAB函數(shù) 219
6．3 頻率采樣法設計FIRDF 224
6．3．1 頻率采樣法設計FIR DF基本原理 224
6．3．2 頻率采樣法設計線性相位濾波器的條件 225
6．3．3 逼近誤差及其改進措施 226
6．4 等波紋最佳逼近設計法 232
6．4．1 等波紋最佳逼近基本原理 232
6．4．2 remez和remezord函數(shù)及應用 236
6．4．3 FIR數(shù)字微分器設計 237
6．4．4 FIR希爾伯特變換器設計 239
6．5 IIR和FIR數(shù)字濾波器的比較 240
小結 240
思考練習題 241
習題 242
第7章 多采樣率數(shù)字信號處理 247
7．1 多采樣率數(shù)字信號處理的工程需求 247
7．2 按整數(shù)因子抽取 247
7．3 按整數(shù)因子內(nèi)插 250
7．4 按有理數(shù)因子的采樣率轉(zhuǎn)換 252
7．5 多采樣率轉(zhuǎn)換濾波器的設計 252
7．5．1 直接型FIR濾波器結構 253
7．5．2 多相濾波器實現(xiàn) 255
7．5．3 采樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的多級實現(xiàn) 257
7．5．4 用MATLAB設計采樣率轉(zhuǎn)換濾波器 261
小結 261
思考練習題 262
習題 262
第8章 數(shù)字信號處理的實現(xiàn)與應用舉例 264
8．1 數(shù)字信號處理的軟件實現(xiàn) 264
8．2 數(shù)字信號處理中的有限字長效應 266
8．2．1 數(shù)值表示法對量化的影響 267
8．2．2 濾波器系數(shù)量化誤差 269
8．2．3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量化誤差 270
8．2．4 運算產(chǎn)生的誤差 271
8．3 數(shù)字信號處理的實現(xiàn)與應用舉例 272
8．3．1 在音頻信號處理中的應用 272
8．3．2 在圖像信號處理中的應用 281
小結 284
思考練習題 284
習題 284
參考文獻 286
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