数字信号处理：理论、算法与实现

内容简介

　　本书系统地介绍了数字信号处理的理论、相应的算法及这些算法的软件与硬件实现。全书共14章，分为上、下两篇，每篇各7章。上篇内容包括离散时间信号与离散时间系统的基本概念、Z变换及离散时间系统分析、离散傅里叶变换、傅里叶变换的快速算法、离散时间系统的相位、结构与状态变量描述、数字滤波器设计（IIR、FIR及特殊形式的滤波器）等；下篇内容包括信号的正交变换（正交变换的定义与性质、K-L变换、DCT及其在图像压缩中的应用）、信号处理中若干典型算法（如抽取与插值、子带分解、调制与解调、反卷积、SVD、独立分量分析及同太民滤波等）、平稳随机信号的基本概念、经典功率谱估计、参数模型功率谱估计、数字信号处理中的有限字长问题及数字信号处理的硬件实现等内容。书中介绍了数字信号处理中所涉及的绝大部分MATLAB文件，并给出了使用的具体实例。所附光盘中包含了40个分别用FORTRAN语言和C语言编写的信号处理子和程序，此外还包含了近100个用MATLAB编写的信号处理程序，这些MATLAB程序可用于求解书中的绝大部分例题并绘制其插图。除第14章外，本书每一章都配有习题及上机练习题。本书阐述了数字信号处理的基础理论与概念，同时尽量反映该学科在近20年来的新进展。书中章节安排合理，说理详细，论证清晰，便于自学。本书可作为理工科研究生及大学本科高年级学生的教材及参考书，也可供工程技术人员自学参考。

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图书目录

常用符号一览表
绪论
0. 1  数字信号处理的理论
0. 2  数字信号处理的实现
0. 3  数字信号处理的应用
参考文献
上    篇
第1章  离散时间信号与离散时间系统
1. 1  离散时间信号的基本概念
1. 1. 1  离散信号概述
1. 1. 2  典型离散信号
1. 1. 3  离散信号的运算
1. 1. 4  关于离散正弦信号的周期
1. 2  信号的分类
1. 3  噪声
1. 4  信号空间的基本概念
1. 5  离散时间系统的基本概念
1. 6  LSI系统的输入输出关系
1. 7  LSI系统的频率响应
1. 8  确定性信号的相关函数
1. 8. 1  相关函数的定义
1. 8. 2  相关函数和线性卷积的关系
1. 8. 3  相关函数的性质
1. 8. 4  相关函数的应用
1. 9  关于MATLAB
1. 10  与本章内容有关的MATLAB文件
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习题与上机练习
参考文献
第2章  Z变换及离散时间系统分析
2. 1  Z变换的定义
2. 2  Z变换的收敛域
2. 3  Z变换的性质
2. 4  逆Z变换
2. 4. 1  幂级数法
2. 4. 2  部分分式法
2. 4. 3  留数法
2. 5  LSI系统的转移函数
2. 5. 1  转移函数的定义
2. 5. 2  离散系统的极零分析
2. 5. 3  滤波的基本概念
2. 6  IIR系统的信号流图与结构
2. 6. 1  IIR系统的信号流图
2. 6. 2  IIR系统的直接实现
2. 6. 3  IIR系统的级联实现
2. 6. 4  IIR系统的并联实现
2. 7  用Z变换求解差分方程
2. 8  与本章内容有关的MATLAB文件
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习题与上机练习
参考文献
第3章  离散时间信号的傅里叶变换
3. 1  连续时间信号的傅里叶变换
3. 1. 1  连续周期信号的傅里叶级数
3. 1. 2  连续非周期信号的傅里叶变换
3. 1. 3  傅里叶级数和傅里叶变换的区别与联系
3. 2  离散时间信号的傅里叶变换(DTFT)
3. 2. 1  DTFT的定义
3. 2. 2  DTFT的性质
3. 2. 3  关于DTFT存在的条件
3. 2. 4  一些典型信号的DTFT
3. 2. 5  信号截短对DTFT的影响
3. 3  连续时间信号的抽样
3. 3. 1  抽样定理
3. 3. 2  信号的重建
3. 4  离散时间周期信号的傅里叶级数
3. 5  离散傅里叶变换(DFT)
3. 5. 1  DFT的定义
3. 5. 2  DFT导出的图形解释
3. 5. 3  DFT与DTFT及Z变换之关系
3. 5. 4  DFT的性质
3. 6  用DFT计算线性卷积
3. 6. 1  用DFT计算线性卷积的方法和步骤
3. 6. 2  长序列卷积的计算
3. 7  与DFT有关的几个问题
3. 7. 1  频率分辨率及DFT参数的选择
3. 7. 2  补零问题
3. 7. 3  DFT对FT的近似
3. 8  关于正弦信号抽样的讨论
3. 8. 1  抽样定理对正弦信号的适用性
3. 8. 2  正弦信号抽样中的不确定性
3. 8. 3  对正弦信号截短的原则
3. 9  二维傅里叶变换
3. 10  希尔伯特变换
3. 10. 1  连续时间信号的希尔伯特变换
3. 10. 2  离散时间信号的希尔伯特变换
3. 10. 3  希尔伯特变换的性质
3. 10. 4  实因果信号傅里叶变换的实部与虚部, 对数幅度与
相位之间的关系
3. 11  与本章内容有关的MATLAB文件
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习题与上机练习
参考文献
第4章  快速傅里叶变换
4. 1  概述
4. 2  时间抽取(DIT)基2 FFT算法
4. 2. 1  算法的推导
4. 2. 2  算法的讨论
4. 3  频率抽取(DIF)基2 FFT算法
4. 4  进一步减少运算量的措施
4. 4. 1  多类蝶形单元运算
4. 4. 2  W因子的生成
4. 4. 3  实输入数据时的FFT算法
4. 5  分裂基算法
4. 5. 1  频率抽取基4 FFT算法
4. 5. 2  分裂基算法
4. 6  输入. 输出端仅取少数点的FFT简化算法
4. 6. 1  原始输入数据中含有较多零时的FFT简化算法
4. 6. 2  输入输出端同时使用FFT简化算法
4. 6. 3  线性调频Z变换(CZT)
4. 7  Winograd快速傅里叶变换算法
4. 7. 1  下标映射
4. 7. 2  快速卷积算法
4. 7. 3  WFTA的公式表示
4. 7. 4  素因子算法和WFTA所需计算量
4. 8  与本章内容有关的MATLAB文件
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习题与上机练习
参考文献
第5章  离散时间系统的相位. 结构与状态变量描述
5. 1  离散时间系统的相频响应
5. 2  FIR系统的线性相位特性
5. 3  具有线性相位特性的FIR系统的零点分布
5. 4  全通系统与最小相位系统
5. 4. 1  全通系统
5. 4. 2  最小相位系统
5. 5  谱分解
5. 6  FIR系统的结构
5. 6. 1  直接实现与级联实现
5. 6. 2  具有线性相位的FIR系统的结构
5. 6. 3  FIR系统的频率抽样实现
5. 7  离散时间系统的Lattice结构
5. 7. 1  全零点系统(FIR)的Lattice结构
5. 7. 2  全极点系统(IIR)的Lattice结构
5. 7. 3  极零系统的Lattice结构
5. 8  离散时间系统的内部描述
5. 8. 1  LSI系统的状态变量与状态方程
5. 8. 2  由状态方程求系统的转移函数
5. 8. 3  由状态方程求系统的输出及单位抽样响应
5. 9  与本章内容有关的MATLAB文件
小结
习题与上机练习
参考文献
第6章  无限冲激响应数字滤波器设计
6. 1  滤波器的基本概念
6. 1. 1  滤波器的分类
6. 1. 2  滤波器的技术要求
6. 2  模拟低通滤波器的设计
6. 2. 1  概述
6. 2. 2  巴特沃思模拟低通滤波器的设计
6. 2. 3  切比雪夫I型模拟低通滤波器的设计
6. 3  模拟高通. 带通及带阻滤波器的设计
6. 3. 1  模拟高通滤波器的设计
6. 3. 2  模拟带通滤波器的设计
6. 3. 3  模拟带阻滤波器的设计
6. 4  用冲激响应不变法设计IIR数字低通滤波器
6. 5  用双线性Z变换法设计IIR数字低通滤波器
6. 6  数字高通. 带通及带阻滤波器的设计
6. 7  与本章内容有关的MATLAB文件
小结
习题与上机练习
参考文献
第7章  有限冲激响应数字滤波器设计
7. 1  FIR数字滤波器设计的窗函数法
7. 2  窗函数
7. 3  FIR数字滤波器设计的频率抽样法
7. 4  FIR数字滤波器设计的切比雪夫逼近法
7. 4. 1  切比雪夫最佳一致逼近原理
7. 4. 2  利用切比雪夫逼近理论设计FIR数字滤波器
7. 4. 3  误差函数E()的极值特性
7. 4. 4  线性相位FIR数字滤波器四种形式的统一表示
7. 4. 5  设计举例
7. 4. 6  滤波器阶次的估计
7. 5  几种简单形式的滤波器
7. 5. 1  平均滤波器
7. 5. 2  平滑滤波器
7. 5. 3  梳状滤波器
7. 6  建立在极零点抵消基础上的简单整系数滤波器
7. 7  低阶低通差分滤波器
7. 7. 1  最佳低阶低通差分滤波器的导出
7. 7. 2  几种常用的低通整系数差分滤波器
7. 8  滤波器设计小结
7. 9  与本章内容有关的MATLAB文件
小结
习题与上机练习
参考文献
下篇
第8章  信号处理中常用的正交变换
8. 1  希尔伯特空间中的正交变换
8. 1. 1  信号的正交分解
8. 1. 2  正交变换的性质
8. 1. 3    交变换的种类
8. 2  K-L变换
8. 3  离散余弦变换(DCT)与离散正弦变换(DST)
8. 3. 1  DCT的定义
8. 3. 2  DCT和K-L变换的关系
8. 3. 3  DST的定义及与K-L变换的关系
8. 4  离散Hartley变换(DHT)
8. 5  离散W变换(DWT)及正弦类变换
8. 5. 1  DWT的定义
8. 5. 2    种形式的DCT及DST
8. 5. 3  DCT, DST对K-L变换的近似性能
8. 6  DCT, DST及DWT快速算法简述
8. 6. 1  DCT-II快速算法的思路
8. 6. 2  DWT快速算法的思路
8. 6. 3  DST-I快速算法的思路
8. 7  图像压缩简介
8. 7. 1  图像的基本概念
8. 7. 2  图像压缩的基本概念
8. 7. 3  图像压缩国际标准简介
8. 8  重叠正交变换
8. 9  与本章内容有关的MATLAB文件
小结
习题与上机练习
参考文献
第9章  信号处理中的若干典型算法
9. 1  信号的抽取与插值
9. 1. 1  信号的抽取
9. 1. 2  信号的插值
9. 1. 3  抽取与插值相结合的抽样率转换
9. 1. 4  抽取与插值的滤波器实现
9. 2  信号的子带分解及滤波器组的基本概念
9. 3  窄带信号及信号的调制与解调
9. 3. 1  窄带信号
9. 3. 2  信号的调制与解调
9. 3. 3  窄带信号的抽样
9. 4  逆系统. 反卷积及系统辨识
9. 5  奇异值分解
9. 6  独立分量分析简介
9. 7  同态滤波及复倒谱简介
9. 8  与本章内容有关的MATLAB文件
小结
习题与上机练习
参考文献
第10章  平稳随机信号
10. 1  随机信号及其特征描述
10. 1. 1  随机变量
10. 1. 2  随机信号及其特征的描述
10. 2  平稳随机信号
10. 2. 1  平稳随机信号的定义
10. 2. 2  平稳随机信号的自相关函数
10. 2. 3  平稳随机信号的功率谱
10. 2. 4  一阶马尔可夫过程
10. 3  平稳随机信号通过线性系统
10. 4  平稳随机信号的各态遍历性
10. 5  信号处理中的最小平方估计问题
10. 5. 1  确定性信号处理中的最小平方问题
10. 5. 2  随机信号参数的最小均方估计
10. 5. 3  随机信号的线性最小均方滤波
10. 6  估计质量的评价
10. 7  功率谱估计概述
10. 8  与本章内容有关的MATLAB文件
小结
习题与上机练习
参考文献
第11章  经典功率谱估计
11. 1  自相关函数的估计
11. 1. 1  自相关函数的直接估计
11. 1. 2  自相关函数的快速计算
11. 2  经典谱估计的基本方法
11. 2. 1  直接法
11. 2. 2  间接法
11. 2. 3  直接法和间接法的关系
11. 3  直接法和间接法估计的质量
11. 3. 1  M＝N一1时的估计质量
11. 3. 2  M