本書以習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo)，深入學(xué)習(xí)貫徹黨的二十大精神，學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平總書記關(guān)于教育的重要論述，全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務(wù)，以教育強國建設(shè)為目標，全面提高人才自主培養(yǎng)質(zhì)量。
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理基礎(chǔ)知識已成為通信、電子信息、計算機應(yīng)用技術(shù)等相關(guān)專業(yè)本科學(xué)生必須學(xué)習(xí)和掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識。
本書針對工程應(yīng)用型本科專業(yè)的教學(xué)特點，注重數(shù)字信號分析和數(shù)字處理系統(tǒng)的基本原理和應(yīng)用實現(xiàn)。系統(tǒng)介紹數(shù)字信號處理的基本概念、時間離散信號與系統(tǒng)的變換域分析方法、離散傅里葉變換原理及應(yīng)用、數(shù)字濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)和數(shù)字信號處理器應(yīng)用實現(xiàn)。
本書將基礎(chǔ)理論與實際應(yīng)用密切結(jié)合，通過典型的應(yīng)用實例，使讀者在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論時，能夠掌握數(shù)字信號處理的基本應(yīng)用。本書在算法設(shè)計方面未給出嚴格完整的數(shù)學(xué)證明，需要的讀者可參閱相關(guān)書籍。教師可以根據(jù)學(xué)生的實際情況在課堂講授部分應(yīng)用例子，還有大部分例子供學(xué)生自己閱讀，在鞏固學(xué)生對基本概念的理解和應(yīng)用的同時，擴大學(xué)生的知識面。
本書的另一特色是將MATLAB軟件引入數(shù)字信號處理的課堂教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)�；贛ATLAB的演示課件，從文字、圖像、聲音、動畫等方面多維地揭示算法設(shè)計、實現(xiàn)過程和信號處理效果，有效地提高了教學(xué)效果； 所配備的實驗源程序，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
本書是在2018年《數(shù)字信號處理原理和算法實現(xiàn)》（第3版）的基礎(chǔ)上進行修訂而成的； 本次修訂對每章內(nèi)容新增了思政元素的拓展閱讀材料，并豐富了配套教學(xué)資源（如微課視頻、教學(xué)大綱、教學(xué)課件等）�？紤]工程應(yīng)用型本科專業(yè)的教學(xué)課程體系中通常另開設(shè)偏重基于數(shù)字信號處理芯片開發(fā)平臺的單獨課程，故本書內(nèi)容更加適合數(shù)字信號處理基礎(chǔ)課堂教學(xué)。
本書第1~3章側(cè)重基本概念原理； 第4章快速傅里葉變換對讀者進行工程項目開發(fā)有指導(dǎo)意義； 第5~7章介紹數(shù)字處理系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)算法。根據(jù)教學(xué)要求，教師在教學(xué)內(nèi)容中融入一定的思政元素，安排一定的MATLAB軟件仿真實驗課時在數(shù)字信號處理教學(xué)中至關(guān)重要。讀者只有通過必要的書面和上機練習(xí)，才能掌握本課程的基本方法； 并通過一定的拓展閱讀，加深對理論結(jié)合實踐的全方位理解。
本書由魏爽主編。緒論及第1~3章由魏爽編寫； 第4、第5、第7章由郭暢編寫； 第6章以及各章的實驗內(nèi)容由佟樂編寫； 各章的習(xí)題和參考答案由李莉編寫。
本書集作者在上海師范大學(xué)多年課程建設(shè)的探索和教學(xué)改革的實際經(jīng)驗，是上海市精品課程建設(shè)配套教材。本書也可作為相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員的參考書。在本書的編寫過程中，得到了上海師范大學(xué)的大力支持，在此表示感謝！
由于編者水平有限，書中難免有錯誤和不妥之處，敬請讀者不吝指正。
編者2023年12月于上海師范大學(xué)
緒論
0.1數(shù)字信號處理系統(tǒng)的組成
0.2數(shù)字信號處理的特點
0.3數(shù)字信號處理學(xué)科的內(nèi)容
0.4數(shù)字信號處理的實現(xiàn)
0.5數(shù)字信號處理系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域
第1章離散時間信號和系統(tǒng)
1.1概述
1.2時域離散信號
1.2.1模擬信號的采樣、序列
1.2.2常用典型序列
1.2.3序列的運算
1.3離散時間系統(tǒng)
1.3.1線性
1.3.2時不變性
1.3.3系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系
1.3.4系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性
1.4系統(tǒng)的線性常系數(shù)差分方程及其求解
1.4.1系統(tǒng)的線性常系數(shù)差分方程
1.4.2線性常系數(shù)差分方程的求解
1.5模擬信號數(shù)字處理方法
1.5.1模擬信號數(shù)字處理方法概述
1.5.2數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號
1.6MATLAB實現(xiàn)
1.6.1常用序列的MATLAB實現(xiàn)
1.6.2序列運算的MATLAB實現(xiàn)
1.6.3卷積和的MATLAB實現(xiàn)
1.6.4MATLAB求解離散系統(tǒng)的差分方程
1.7習(xí)題
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第2章離散時間信號和系統(tǒng)的變換域分析
2.1概述
2.2序列的離散時間傅里葉變換
2.2.1離散時間傅里葉變換定義
2.2.2離散時間傅里葉變換的性質(zhì)
2.3周期序列的離散傅里葉級數(shù)與離散時間傅里葉變換
2.3.1周期序列的離散傅里葉級數(shù)
2.3.2周期序列的離散時間傅里葉變換
2.4離散時間傅里葉變換和連續(xù)時間傅里葉變換之間的關(guān)系
2.5z變換
2.5.1z變換的定義
2.5.2z變換的收斂域
2.5.3逆z變換
2.5.4z變換的性質(zhì)與定理
2.5.5利用z變換求數(shù)字系統(tǒng)的輸出
2.6用z變換分析系統(tǒng)的因果性、穩(wěn)定性和頻響特性
2.6.1傳輸函數(shù)與系統(tǒng)函數(shù)
2.6.2因果性和穩(wěn)定性
2.6.3信號頻譜/系統(tǒng)頻響的幾何解釋
2.7MATLAB實現(xiàn)
2.7.1周期序列傅里葉級數(shù)的MATLAB實現(xiàn)
2.7.2序列逆z變換的MATLAB實現(xiàn)
2.7.3系統(tǒng)時域響應(yīng)的MATLAB實現(xiàn)
2.7.4系統(tǒng)頻率響應(yīng)的MATLAB實現(xiàn)
2.8習(xí)題
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第3章離散傅里葉變換
3.1引言
3.2離散傅里葉變換的定義
3.2.1離散傅里葉變換和逆離散傅里葉變換的定義
3.2.2離散傅里葉變換和z變換的關(guān)系
3.2.3周期序列與有限長序列的內(nèi)在聯(lián)系
3.3離散傅里葉變換的性質(zhì)
3.3.1線性性質(zhì)
3.3.2序列的和
3.3.3序列的初值
3.3.4序列的圓周移位(循環(huán)移位)
3.3.5圓周卷積(循環(huán)卷積)及其與有限長序列線性卷積的關(guān)系
3.3.6序列的相關(guān)性
3.3.7帕斯瓦爾定理
3.3.8有限長序列及其離散傅里葉變換的奇偶性和對稱性
3.4頻域取樣
3.5用離散傅里葉變換對連續(xù)時間信號進行譜分析
3.5.1離散傅里葉變換是對連續(xù)時間信號傅里葉變換的近似
3.5.2頻率分辨率
3.5.3離散傅里葉變換分析連續(xù)時間信號x(t)實例
3.6用離散傅里葉變換對離散時間信號進行譜分析
3.7離散傅里葉變換應(yīng)用中的問題與參數(shù)選擇
3.7.1混疊現(xiàn)象
3.7.2欄柵效應(yīng)
3.7.3頻率泄漏
3.8MATLAB實現(xiàn)
3.8.1離散傅里葉變換的MATLAB實現(xiàn)
3.8.2用離散傅里葉變換計算線性卷積和圓周卷積的MATLAB實現(xiàn)
3.8.3連續(xù)時間信號譜分析的MATLAB實現(xiàn)
3.9習(xí)題
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第4章快速傅里葉變換
4.1概述
4.2基2快速傅里葉變換
4.2.1按時間抽取的快速傅里葉變換原理
4.2.2按頻率抽取的快速傅里葉變換
4.2.3快速傅里葉反變換
4.3矩陣形式的快速傅里葉變換
4.3.1算法原理
4.3.2進一步減少運算量的措施
4.4快速傅里葉變換應(yīng)用于長序列卷積
4.4.1快速卷積
4.4.2重疊相加
4.4.3重疊保留
4.5線性調(diào)頻z變換
4.5.1線性調(diào)頻z變換的定義
4.5.2線性調(diào)頻z變換的特點
4.5.3線性調(diào)頻z變換的快速實現(xiàn)
4.6離散哈特萊變換
4.6.1離散哈特萊變換的定義
4.6.2離散哈特萊變換和離散傅里葉變換的關(guān)系
4.6.3離散哈特萊變換的性質(zhì)
4.7MATLAB實現(xiàn)
4.8習(xí)題
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第5章數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)
5.1概述
5.2信號流圖表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
5.3無限長脈沖響應(yīng)濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
5.3.1直接型Ⅰ
5.3.2直接型Ⅱ(典型型)
5.3.3級聯(lián)型
5.3.4并聯(lián)型
5.3.5轉(zhuǎn)置型
5.4有限長脈沖響應(yīng)濾波器的基本結(jié)構(gòu)
5.5格型結(jié)構(gòu)
5.6MATLAB實現(xiàn)
5.7習(xí)題
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第6章無限長脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計
6.1基本概念
6.1.1數(shù)字濾波器和模擬濾波器
6.1.2濾波器的指標
6.1.3數(shù)字濾波器的設(shè)計原則
6.2模擬濾波器的設(shè)計
6.2.1模擬低通濾波器設(shè)計指標
6.2.2巴特沃斯模擬低通濾波器設(shè)計
6.2.3切比雪夫模擬低通濾波器設(shè)計
6.2.4模擬濾波器的頻率變換
6.3無限長脈沖響應(yīng)低通濾波器設(shè)計： 脈沖響應(yīng)不變法
6.3.1一般數(shù)字濾波器的設(shè)計思想
6.3.2脈沖響應(yīng)不變法的變換思想及方法
6.3.3脈沖響應(yīng)不變法的參數(shù)映射關(guān)系及特點
6.4無限長脈沖響應(yīng)低通濾波器設(shè)計： 雙線性變換法
6.4.1雙線性變換的一般變換關(guān)系
6.4.2間接法設(shè)計數(shù)字低通濾波器時T的選擇
6.4.3雙線性變換法、脈沖響應(yīng)不變法的比較
6.5無限長脈沖響應(yīng)高通、帶通、帶阻濾波器設(shè)計
6.5.1設(shè)計思路
6.5.2頻率變換法設(shè)計數(shù)字高通濾波器
6.5.3z平面變換法
6.6無限長脈沖響應(yīng)濾波器直接設(shè)計法
6.7無限長脈沖響應(yīng)濾波器設(shè)計應(yīng)用實例(MATLAB分析)
6.7.1模擬低通濾波器設(shè)計
6.7.2模擬數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換
6.7.3數(shù)字濾波器應(yīng)用實例
6.8習(xí)題
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第7章有限長脈沖響應(yīng)濾波器的設(shè)計
7.1有限長脈沖響應(yīng)濾波器的線性相位條件和特點
7.2窗函數(shù)法設(shè)計有限長脈沖響應(yīng)濾波器
7.2.1窗函數(shù)技術(shù)
7.2.2窗函數(shù)法的應(yīng)用
7.3頻率采樣法設(shè)計有限長脈沖響應(yīng)濾波器
7.4優(yōu)化技術(shù)設(shè)計
7.4.1優(yōu)化準則
7.4.2線性相位有限長脈沖響應(yīng)濾波器的切比雪夫最優(yōu)逼近
7.5無限長脈沖響應(yīng)濾波器和有限長脈沖響應(yīng)濾波器的比較
7.6有限長脈沖響應(yīng)濾波器的MATLAB仿真實現(xiàn)
7.6.1窗函數(shù)法設(shè)計有限長脈沖響應(yīng)濾波器的實現(xiàn)
7.6.2頻率采樣法設(shè)計有限長脈沖響應(yīng)濾波器的實現(xiàn)
7.6.3有限長脈沖響應(yīng)濾波器的優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)
7.6.4信道均衡器的有限長脈沖響應(yīng)濾波器的實現(xiàn)
7.7習(xí)題
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參考答案
參考文獻
書單推薦
