数字信号处理的原理及算法实现

绪论

0.1数字信号处理系统的组成

0.2数字信号处理的特点

0.3数字信号处理学科的内容

0.4数字信号处理的实现

0.5数字信号处理系统的应用领域

第1章离散时间信号和系统

1.1概述

1.2时域离散信号

1.2.1模拟信号的采样、序列

1.2.2常用典型序列

1.2.3序列的运算

1.3离散时间系统

1.3.1线性

1.3.2时不变性

1.3.3系统输入输出关系

1.3.4系统的因果性和稳定性

1.4系统的线性常系数差分方程及其求解

1.4.1系统的线性常系数差分方程

1.4.2线性常系数差分方程的求解

1.5模拟信号数字处理方法

1.5.1模拟信号数字处理方法概述

1.5.2数字信号转换成模拟信号

1.6MATLAB实现

1.6.1常用序列的MATLAB实现

1.6.2序列运算的MATLAB实现

1.6.3卷积和的MATLAB实现

1.6.4MATLAB求解离散系统的差分方程

1.7习题

第2章离散时间信号和系统的变换域分析

2.1概述

2.2序列的离散时间傅里叶变换

2.2.1离散时间傅里叶变换定义

2.2.2DTFT的性质

2.3周期序列的离散傅里叶级数与DTFT

2.3.1周期序列的离散傅里叶级数

2.3.2周期序列的DTFT

2.4DTFT和CFT之间的关系

2.5z变换

2.5.1z变换的定义

2.5.2z变换的收敛域

2.5.3逆z变换

2.5.4z变换的性质与定理

2.5.5利用z变换求数字系统的输出

2.6用ZT分析系统的因果性、稳定性和频响特性

2.6.1传输函数与系统函数

2.6.2因果性和稳定性

2.6.3信号频谱/系统频响的几何解释

2.7MATLAB实现

2.7.1周期序列傅里叶级数的MATLAB实现

2.7.2序列逆z变换的MATLAB实现

2.7.3系统时域响应的MATLAB实现

2.7.4系统频率响应的MATLAB实现

2.8习题

第3章离散傅里叶变换

3.1引言

3.2DFT的定义

3.2.1DFT和IDFT的定义

3.2.2DFT和z变换的关系

3.2.3周期序列与有限长序列的内在联系

3.3DFT的性质

3.3.1线性性质

3.3.2序列的和

3.3.3序列的初值

3.3.4序列的圆周移位(循环移位)

3.3.5圆周卷积(循环卷积)及其与有限长序列线性卷积的关系

3.3.6序列的相关性

3.3.7Parseval定理

3.3.8有限长序列及其DFT的奇偶性和对称性

3.4频域取样

3.5用DFT对连续时间信号进行谱分析

3.5.1DFT是对连续时间信号FT的近似

3.5.2频率分辨率

3.5.3DFT分析连续时间信号x(t)实例

3.6用DFT对离散时间信号进行谱分析

3.7DFT应用中的问题与参数选择

3.7.1混叠现象

3.7.2栏栅效应

3.7.3频率泄漏

3.8MATLAB实现

3.8.1DFT的MATLAB实现

3.8.2用DFT计算线性卷积和圆周卷积的MATLAB实现

3.8.3连续时间信号谱分析的MATLAB实现

3.9习题

第4章快速傅里叶变换

4.1概述

4.2基2 FFT

4.2.1DITFFT原理

4.2.2DIFFFT

4.2.3快速傅里叶反变换

4.3矩阵形式的FFT

4.3.1算法原理

4.3.2进一步减少运算量的措施

4.4FFT应用于长序列卷积

4.4.1快速卷积

4.4.2重叠相加

4.4.3重叠保留

4.5线性调频z变换

4.5.1CZT的定义

4.5.2CZT的特点

4.5.3CZT的快速实现

4.6离散哈特莱变换

4.6.1DHT的定义

4.6.2DHT和DFT的关系

4.6.3DHT的性质

4.7MATLAB实现

4.8习题

第5章数字滤波器的结构

5.1概述

5.2信号流图表示网络结构

5.3IIR滤波器的基本网络结构

5.3.1直接型Ⅰ

5.3.2直接型Ⅱ(典型形式)

5.3.3级联型

5.3.4并联型

5.3.5转置型

5.4FIR滤波器的基本结构

5.5格型结构

5.6MATLAB实现

5.7习题

第6章IIR数字滤波器设计

6.1基本概念

6.1.1数字滤波器和模拟滤波器

6.1.2滤波器的指标

6.1.3数字滤波器的设计原则

6.2模拟滤波器的设计

6.2.1模拟LPF设计指标

6.2.2巴特沃斯模拟低通滤波器设计

6.2.3切比雪夫模拟低通滤波器设计

6.2.4模拟滤波器的频率变换

6.3IIR LPF设计： 脉冲响应不变法

6.3.1一般数字滤波器的设计思想

6.3.2脉冲响应不变法的变换思想及方法

6.3.3脉冲响应不变法的参数映射关系及特点

6.4IIR LPF设计： 双线性变换法

6.4.1双线性变换的一般变换关系

6.4.2间接法设计数字LPF时T的选择

6.4.3双线性变换法、脉冲响应不变法的比较

6.5IIR HPF、BPF、BSF设计

6.5.1设计思路

6.5.2频率变换法设计数字高通滤波器

6.5.3z平面变换法

6.6IIR滤波器直接设计法

6.7IIR滤波器设计应用实例(MATLAB分析)

6.7.1模拟低通滤波器设计

6.7.2模拟数字滤波器的转换

6.7.3数字滤波器应用实例

6.8习题

第7章FIR滤波器的设计

7.1FIR滤波器的线性相位条件和特点

7.2窗函数法设计FIR滤波器

7.2.1窗函数技术

7.2.2窗函数法的应用

7.3频率取样法设计FIR滤波器

7.4优化技术设计

7.4.1优化准则

7.4.2线性相位FIR滤波器的Chebyshev最优逼近

7.5IIR和FIR滤波器的比较

7.6FIR滤波器的MATLAB仿真实现

7.6.1窗函数法设计FIR滤波器的实现

7.6.2频率取样法设计FIR滤波器的实现

7.6.3FIR滤波器的优化设计的实现

7.6.4信道均衡器的FIR滤波器的实现

7.7习题

参考答案

参考文献

本书针对工程应用型本科专业的教学特点，系统介绍数字信号处理的基本理论、基本方法，强调实际应用。通过典型的应用实例、提供的源程序帮助读者理解和掌握基础理论的基本应用，激发学生的学习兴趣。本书第1章～第4章介绍离散时间信号和系统的基本概念、变换域(Z域)分析、离散傅里叶变换（DFT）及FFT的基本原理；第5章介绍数字系统的基本网络结构；第6章和第7章介绍IIR、FIR滤波器的设计方法。 根据教学要求可选用与本教材配套的《数字信号处理实验教程》，对课堂教学、实验教学和课外拓展内容安排进行选择和组合。本书可作为通信、电子信息、计算机应用技术等相关专业本科生教学用书，也可作为从事数字信号处理工作的工程技术人员的参考书。

1）教材内容合适、结构合理、系统性强。在理论上重点突出，概念清晰。强调教材内容的整体优化，更利于学生的学习；
2）紧跟当代科学技术发展的步伐，在教材中引入MATLAB技术，并且都附有具体实现的程序，便于教师指导和学生学习；
3）理论联系实际，将数字信号处理方面的科研成果转化为资源加入到教材中，特别注重加强学生的实践能力与创新能力培养。