隨著信息、計算機和微電子等學科的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理的理論、算法及實現(xiàn)手段也都獲得了飛速的發(fā)展，并且應用越來越廣泛。為適應這一發(fā)展對人才的需要，目前國內外高校中開設數(shù)字信號處理課程的專業(yè)也越來越多。
　　由于數(shù)字信號處理的內容廣泛，理論復雜，因此，廣大讀者迫切需要能有一本適應學科發(fā)展和教學改革要求的高水平的數(shù)字信號處理的教科書。本書正是在第二版（2003年）的基礎上朝著這一目標所做的努力與嘗試。再版后的本書力求在詳盡論述數(shù)字信號處理基礎理論的同時，更多地反映該學科的新進展；同時，在內容的安排上也更多地考慮如何有利于教學和讀者的自學。為此，本書相對于第二版，在章節(jié)安排和內容選取乃至一些論述的細節(jié)上都做了較大的改動。
　　數(shù)字信號處理的理論總體上可以分為三大部分，即經(jīng)典數(shù)字信號處理（classical digital signal processing) 、統(tǒng)計（statistical）數(shù)字信號處理和現(xiàn)代（modern，或advanced）數(shù)字信號處理。經(jīng)典數(shù)字信號處理包括離散信號和離散系統(tǒng)分析、Z變換、DFT、FFT、IIR和FIR及一些特殊形式的濾波器設計、有限字長問題及數(shù)字信號處理的硬件實現(xiàn)等。經(jīng)典的內容自然是重要的和相對成熟的。本書把這一部分內容列為“上篇”，即第1章～第11章。統(tǒng)計數(shù)字信號處理研究的對象是隨機信號。因為我們在自然界所遇到的信號基本上都是隨機的，所以研究隨機信號的分析和處理是非常重要的。對這一類信號研究的方法主要是統(tǒng)計的方法或“估計”的方法，其內容包括隨機信號的描述、平穩(wěn)隨機信號、自相關函數(shù)的估計、經(jīng)典功率譜估計和現(xiàn)代功率譜估計，維納濾波和自適應濾波。本書將這些內容列為“下篇”，即第12章～第16章。
　　現(xiàn)代數(shù)字信號處理的“現(xiàn)代”一詞比較模糊，理論上說應該是新內容，但不同的教科書對此賦予了不同的內容。例如，統(tǒng)計數(shù)字信號處理中的基于參數(shù)模型的功率譜估計（本書第14章）又稱為現(xiàn)代功率譜估計，維納濾波器和自適應濾波器（本書第15章、第16章）又稱為“現(xiàn)代濾波器”。此處所說的現(xiàn)代信號處理指的是非平穩(wěn)信號分析和處理的理論。其主要內容包括時-頻聯(lián)合分析、濾波器組和小波變換等。筆者已將這一部分內容放在拙著《現(xiàn)代信號處理教程》（清華大學出版社，2004）一書中。
　　本書上篇中，第1章介紹了離散時間信號與離散時間系統(tǒng)的基本概念，包括離散信號的運算、噪聲、信號空間、離散系統(tǒng)的性質和輸入輸出關系、相關函數(shù)的定義、性質及應用等。
　　Z變換是離散時間系統(tǒng)分析與綜合的重要工具，第2章詳細討論了Z變換的定義、收斂域、性質及應用，包括轉移函數(shù)、頻率特性、極零分析以及離散系統(tǒng)的實現(xiàn)和信號流圖等。
　　離散時間信號的傅里葉變換是數(shù)字信號處理中的核心內容，因此在第3章以較大的篇幅分別詳細地討論了離散時間序列傅里葉變換（DTFT）和離散傅里葉變換的定義、性質及應用，還詳細討論了和這兩個變換相關聯(lián)的基本問題，如信號截短對頻譜分析的影響、周期卷積、分辨率的基本概念、時寬-帶寬積及DFT對FT的近似等。最后介紹了信號處理中的另一個基本變換，即希爾伯特變換的定義和性質。
　　第4章是第3章的延續(xù)，詳細介紹了快速傅里葉變換（FFT）的各種算法，包括基2 算法、分裂基算法及頻域細化的CZT算法。
　　第5章內容是第2章的繼續(xù)和深入，主要涉及離散時間系統(tǒng)的相位和結構，包括線性相位的定義、線性相位系統(tǒng)零點分布、全通系統(tǒng)、最小相位系統(tǒng)、譜分解及離散時間系統(tǒng)的Lattice結構等。
　　第6章、第7兩章集中討論數(shù)字濾波器的設計問題。前者討論IIR濾波器的設計，后者討論FIR濾波器的設計，并簡要介紹了一些特殊形式濾波器的設計問題。
　　正交變換的概念在數(shù)字信號處理中具有重要的作用，因此在第8章對其進行了詳細的討論，包括信號正交分解和正交變換的基本概念，K-L變換，特別是針對K-L變換的不足，重點介紹了離散余弦變換，同時介紹了信號處理中的其他正交變換。此外，為使讀者了解這些正交變換的應用，還增加了圖像壓縮的內容。
　　在前8章系統(tǒng)地討論了有關信號處理理論的基礎上，本書選擇了信號處理中的7個典型算法在第9章給予介紹，目的是讓讀者了解和掌握更多的信號處理的內容以及它們應用的背景。這些算法是： 信號的抽取與插值、信號的子帶分解、調制與解調、反卷積、奇異值分解、獨立分量分析及同態(tài)濾波等。它們有的是經(jīng)典內容，有的是近20年來新發(fā)展的內容。
　　第10章是關于數(shù)字信號處理中有限字長問題。盡管使用高精度的A/D轉換器可以大大減輕有限字長所帶來的誤差及其影響，但是，有限字長問題畢竟是數(shù)字信號處理中的基本問題，特別是當用硬件來具體實現(xiàn)一個數(shù)字系統(tǒng)時，掌握這些誤差的行為、了解它們對系統(tǒng)的影響是每一個設計者所必須考慮的。
　　第11章以美國TI公司的TMS320系列DSP為主集中介紹了DSP硬件的結構、性能、軟件和硬件的開發(fā)方法及工具等，同時還介紹了DSP的應用。
　　下篇的第12章～第16章討論隨機信號的統(tǒng)計處理。第12章主要討論平穩(wěn)隨機信號的定義、性質、描述及通過線性系統(tǒng)的行為。第13章主要討論經(jīng)典功率譜估計問題，包括自相關函數(shù)的估計、功率譜估計的周期圖法與自相關法、估計的性能及改進方法并介紹了短時傅里葉變換。現(xiàn)代功率譜估計是近30年來信號處理學科中最為活躍的內容之一，因此在第14章討論這一領域的主要內容，即參數(shù)模型法，包括AR、MA及ARMA模型，還簡要介紹了非參數(shù)模型法，如最小方差方法、基于特征值分解的譜估計方法。第15章討論維納濾波器。維納濾波器已經(jīng)有50年以上的歷史，但它是所有現(xiàn)代濾波器（自適應濾波器、卡爾曼濾波器）的基礎，并繼續(xù)得到應用。第16章重點討論LMS和RLS兩種自適應濾波器，并介紹了它們的應用。
　　MATLAB是學習和應用數(shù)字信號處理的一個極好的工具。因此，本書在1.9節(jié)簡要介紹了MATLAB的功能，在各章（第10章和第11章除外）的最后一節(jié)都對該章所涉及的MATLAB文件給予了說明，并給出了使用的具體實例。通過MATLAB的應用，讀者可以掌握應用MATLAB實現(xiàn)信號處理的方法，同時更深入地理解數(shù)字信號處理的理論。
　　本書所附光盤除了包含第一版所附軟盤中的全部內容（即40個分別用FORTRAN和C語言編寫的信號處理子程序）外，還包含了100多個用MATLAB編寫的信號處理程序，它們是本書各個章節(jié)的大部分例題。這些程序都很短，通過程序的運行可以掌握這些例題的求解方法及MATLAB的編程方法。此外，光盤中還包含了本書部分習題所需要的數(shù)據(jù)。
　　本書內容豐富，既包含了經(jīng)典數(shù)字信號處理和統(tǒng)計數(shù)字信號處理中的主要內容，也包含了部分前沿內容；編寫中注重理論和應用相結合，特別注重應用MATLAB來解決理論和算法的實現(xiàn)問題。通過本書的學習，讀者可以掌握數(shù)字信號處理的主要內容。
　　本書定位于理工科的研究生教材，也可作為相關專業(yè)的本科生教材。同時本書也可供從事數(shù)字信號處理研究與應用的廣大科技人員學習與參考。根據(jù)筆者使用此書的經(jīng)歷，建議可按如下方式組織教學。對研究生，若
　　32學時： 建議講授第1章～第8章和第11章，第9章選講，第10章供同學自學；
　　48學時： 建議講授第1章～第8章和第11章～第14章，第9章選講，第10章供同學自學；
　　64學時： 建議講授第1章～第8章和第11章～第16章，第9章選講，第10章供同學自學。
　　對本科生，建議以上篇（第1章～第8章，第11章）的內容為主，根據(jù)不同的學時，選擇下篇的部分內容，或選用拙著《數(shù)字信號處理導論》(清華大學出版社，2005).
　　為了方便組織教學，筆者將可以概括講、用講座講或讓研究生自己閱讀的部分，在標題前標注了“*" ，供使用此書的老師和讀者選用。
　　自本書前兩版分別于1997年和2003年出版以來，得到了使用本書作為教材的老師、研究生以及廣大讀者的熱情關心，他們對本書提出了許多非常好的建議。2000年，本書被教育部研究生工作辦公室推薦為“研究生教學用書”, 2005年本書被評為“北京市高等教育精品教材”。讀者的期望及上級主管部門的肯定既是鼓勵，又是鞭策，促使筆者完成了本書的修訂。在此，向廣大的讀者及使用本書的老師表示衷心的感謝！
　　作者在編寫本書和承擔清華大學研究生公共課“數(shù)字信號處理”的過程中得到了清華大學研究生院、生物醫(yī)學工程系的關心與支持，在此向他們表示衷心的感謝！
　　承蒙TI公司的林坤山博士和鄭小龍先生審閱了本書的第11章，他們提出了非常中肯的建議；清華大學張輝博士協(xié)助編寫了本書的11.5節(jié)；清華大學張旭東教授審閱了本書的第15章和第16章，張教授對這兩章提出了很多非常有益的建議。在此對林坤山博士、鄭小龍先生、張輝博士和張旭東教授表示衷心的感謝！
　　在本書第一版～第三版的編著過程中，朱莉、汪夢蝶、張戈亮、王俊峰、勞長安、李曉娟、洪波、朱常芳、丁海艷、孫勇、劉冰、肖憲波、徐進、劉少穎、許燕、耿新玲、黃惠芳、趙龍蓮、郭曉蓮、彭美然、董曉霞和王新增等在協(xié)助本書習題和計算機程序的編寫、繪圖以及資料搜集等各個方面都做了大量的工作，在此一并表示感謝！
　　限于作者的水平，不妥及錯誤之處在所難免，懇切希望讀者給予批評指正。

　　作 者
　　2012年春于清華大學