本書(shū)系統(tǒng)介紹數(shù)字信號(hào)處理*基本的理論、概念和方法。第1章介紹離散時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間系統(tǒng)的基本理論； 第2章討論DFT的原理及快速算法； 第3章介紹FIR和IIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)以及有限字長(zhǎng)效應(yīng)； 第4章介紹FIR數(shù)字濾波器的主要設(shè)計(jì)方法； 第5章介紹IIR數(shù)字濾波器的主要設(shè)計(jì)方法。所有算法和設(shè)計(jì)方法都強(qiáng)調(diào)了MATLAB的應(yīng)用。
本書(shū)強(qiáng)調(diào)基本概念、基本理論和基本方法，注意突出重點(diǎn)、分散難點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，并配有較豐富的例題和習(xí)題，適合作為教材，也便于自學(xué)。
本書(shū)可作為高等學(xué)校電子信息類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)、計(jì)算機(jī)類(lèi)等理工科專(zhuān)業(yè)的教材，也適合作為這些專(zhuān)業(yè)的科研人員和工程技術(shù)人員的參考書(shū)。
《數(shù)字信號(hào)處理教程（第2版）》是由華中科大姚天任教授所著，作者從事數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)40多年，積累了豐富的教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外教材的使用和分析，逐漸總結(jié)出本科生學(xué)習(xí)本門(mén)課程時(shí)容易遇到的難點(diǎn)，歸納出本門(mén)學(xué)科的理論、技術(shù)和方法的要點(diǎn)，形成教材。教材內(nèi)容進(jìn)一步精選，突出本科生必須掌握的*基本的內(nèi)容，篇幅和難度適合一般學(xué)校使用。教材有以下特點(diǎn)：（1）突出基本原理、基本概念和基本方法。（2）精選大量例題和習(xí)題。（3）注重理論與實(shí)際緊密結(jié)合。（4）文筆深入淺出，便于自學(xué)。
第2版前言
本書(shū)第1版是《電子信息學(xué)科基礎(chǔ)課程系列教材》之一《數(shù)字信號(hào)處理（簡(jiǎn)明版）》。在近年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，普遍覺(jué)得這個(gè)版本強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)，內(nèi)容精練，無(wú)論是深度還是廣度，都比較適合作為普通高等院校本科生的教材。相對(duì)于第1版，修訂后的第2版的內(nèi)容變動(dòng)較少，主要糾正了第1版中的一些錯(cuò)誤，并對(duì)部分文字做了修改。
作者
2017年10月
第1版前言
本書(shū)適合作為信息與通信工程、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、電子科學(xué)與技術(shù)、測(cè)控技術(shù)與儀表、生物醫(yī)學(xué)工程、雷達(dá)、聲納等理工科專(zhuān)業(yè)的本科生教材，也適合作為從事這些專(zhuān)業(yè)的科學(xué)研究和工程技術(shù)工作的人員的參考書(shū)。學(xué)習(xí)本書(shū)之前，讀者需具有信號(hào)與線(xiàn)性系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)。
信息科學(xué)是研究信息的獲取、傳輸、處理和應(yīng)用的科學(xué)。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化是信息技術(shù)發(fā)展的方向，其中數(shù)字化是網(wǎng)絡(luò)化和智能化的基礎(chǔ)。因此，數(shù)字信號(hào)處理成為信息科學(xué)中內(nèi)容異常豐富、發(fā)展非常迅速和應(yīng)用十分廣泛的一門(mén)學(xué)科。作為本科生的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，數(shù)字信號(hào)處理課程應(yīng)當(dāng)把數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科的基礎(chǔ)理論、基本概念和基本方法作為重點(diǎn)內(nèi)容。這些內(nèi)容主要包括離散時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域和頻域分析方法，離散傅里葉變換及其快速算法，以及數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)等理論，這些正是本書(shū)的主要內(nèi)容。學(xué)習(xí)完本書(shū)后，讀者就有條件進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)的更高深的研究生課程。
考慮到與信號(hào)與線(xiàn)性系統(tǒng)課程內(nèi)容的銜接，本書(shū)沒(méi)有重復(fù)其中有關(guān)連續(xù)時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的理論，只是重點(diǎn)復(fù)習(xí)并深化解釋了離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)理論中的某些重要概念，如基型信號(hào)、數(shù)字頻率、循環(huán)卷積、頻譜混疊、離散時(shí)間系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性等概念。此外，特別強(qiáng)調(diào)了正弦序列和復(fù)指數(shù)序列的離散時(shí)間傅里葉變換在理論和實(shí)際應(yīng)用中的重要作用。
作為數(shù)字信號(hào)處理兩大支柱之一的DFT，它不僅是重要的理論成果，而且已經(jīng)成為線(xiàn)性濾波、譜分析、相關(guān)分析等應(yīng)用領(lǐng)域的重要工具。本書(shū)重點(diǎn)闡述了DFT的物理意義、DFT的幅度和頻率、幾種傅里葉分析方法之間的聯(lián)系等重要概念，對(duì)矩形序列的DFT進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)加窗截?cái)嘣贒FT中引起的頻譜泄漏現(xiàn)象和序列補(bǔ)零對(duì)DFT的影響等問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)討論。DFT的重要性，不僅由于它能夠成功地對(duì)離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)進(jìn)行頻域描述和分析，而且還由于它具有許多行之有效的快速計(jì)算方法，其中應(yīng)用最為廣泛的一類(lèi)方法就是FFT。本書(shū)對(duì)FFT的算法原理及其MATLAB實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
作為數(shù)字信號(hào)處理另一重要支柱的數(shù)字濾波器，不僅具有重要的理論意義，而且具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，因此本書(shū)用了三章篇幅進(jìn)行討論。第3章全面介紹FIR和IIR濾波器的各種結(jié)構(gòu)，詳細(xì)討論濾波器實(shí)現(xiàn)中的有限字長(zhǎng)效應(yīng)問(wèn)題。第4章介紹FIR數(shù)字濾波器的各種實(shí)用設(shè)計(jì)方法。第5章介紹IIR數(shù)字濾波器的主要設(shè)計(jì)方法。
本書(shū)的主要特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)基本概念、基礎(chǔ)理論和基本方法，注意突出重點(diǎn)和分散難點(diǎn)，注意理論與實(shí)際的結(jié)合。本書(shū)通過(guò)大量例題和習(xí)題介紹了如何利用MATLAB解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。
限于作者水平，書(shū)中不妥甚至錯(cuò)誤之處在所難免，希望讀者不吝賜教。
作者2011年6月
于華中科技大學(xué)
目錄
第0章概論
0.1離散時(shí)間信號(hào)和數(shù)字信號(hào)
0.2數(shù)字信號(hào)處理
0.3數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)和局限性
0.4數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科的內(nèi)容和應(yīng)用
第1章離散時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間系統(tǒng)
1.1離散時(shí)間信號(hào)序列
1.1.1基型序列
1.1.2模擬頻率和數(shù)字頻率
1.1.3周期序列
1.1.4序列的基本運(yùn)算
1.2離散時(shí)間系統(tǒng)
1.2.1系統(tǒng)的線(xiàn)性、時(shí)不變性、因果性和穩(wěn)定性
1.2.2線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)
1.3離散時(shí)間傅里葉變換
1.3.1離散時(shí)間傅里葉變換的定義
1.3.2DTFT的性質(zhì)
1.3.3離散時(shí)間信號(hào)的頻譜
1.3.4離散時(shí)間系統(tǒng)的頻率響應(yīng)
1.4z變換
1.4.1z變換的定義
1.4.2逆z變換
1.4.3z變換的性質(zhì)和常用z變換公式
1.5傳輸函數(shù)
1.5.1LTI系統(tǒng)的傳輸函數(shù)
1.5.2利用傳輸函數(shù)分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)
1.5.3利用傳輸函數(shù)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性
1.5.4利用傳輸函數(shù)計(jì)算LTI系統(tǒng)的輸出
1.6離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的MATLAB分析
1.6.1離散時(shí)間信號(hào)的產(chǎn)生
1.6.2序列的基本運(yùn)算
1.6.3線(xiàn)性卷積和相關(guān)序列的計(jì)算
1.6.4DTFT的計(jì)算
1.6.5系統(tǒng)頻率響應(yīng)的計(jì)算
1.6.6系統(tǒng)有理傳輸函數(shù)的計(jì)算
1.6.7計(jì)算離散時(shí)間系統(tǒng)的輸出
習(xí)題
第2章離散傅里葉變換及其快速算法
2.1DFT的基本概念
2.1.1DFT的定義
2.1.2由DFT重構(gòu)時(shí)間序列
2.1.3由DFT重構(gòu)DTFT
2.1.4DFT的物理意義
2.1.5對(duì)DFT計(jì)算結(jié)果的解讀
2.1.64種傅里葉分析方法
2.2DFT的性質(zhì)
2.2.1序列的循環(huán)移位
2.2.2序列的循環(huán)卷積
2.2.3卷積定理
2.2.4Parseval定理
2.2.5復(fù)序列的DFT的對(duì)稱(chēng)性
2.2.6實(shí)序列的DFT的對(duì)稱(chēng)性
2.2.7DFT主要性質(zhì)匯總
2.3矩形序列的DFT
2.4利用DFT進(jìn)行信號(hào)頻譜分析
2.4.1加窗截?cái)嘣斐深l譜泄漏和分辨率降低
2.4.2序列加窗對(duì)DFT的影響
2.4.3序列補(bǔ)零對(duì)DFT的影響
2.5利用DFT計(jì)算線(xiàn)性卷積
2.5.1基本原理
2.5.2分段卷積
2.6DFT的快速計(jì)算方法： 快速傅里葉變換
2.6.1時(shí)間抽取基-2 FFT算法的信號(hào)流圖
2.6.2時(shí)間抽取基-2 FFT算法結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
2.6.3時(shí)間抽取基-2 FFT算法的計(jì)算量
2.6.4倒序： 輸入時(shí)間序列的重排
2.6.5時(shí)間抽取基-2 FFT的其他算法結(jié)構(gòu)
2.6.6頻率抽取基-2 FFT算法
2.6.7計(jì)算FFT的MATLAB內(nèi)部函數(shù)
2.7實(shí)際應(yīng)用FFT算法時(shí)需要考慮的幾個(gè)問(wèn)題
2.7.1輸入數(shù)據(jù)的采集和處理
2.7.2FFT計(jì)算結(jié)果的解讀
習(xí)題
第3章數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)和有限字長(zhǎng)效應(yīng)
3.1FIR濾波器的直接型結(jié)構(gòu)和級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)
3.1.1FIR直接型結(jié)構(gòu)
3.1.2FIR級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)
3.2FIR濾波器的格型結(jié)構(gòu)
3.3線(xiàn)性相位FIR濾波器
3.3.1線(xiàn)性相位濾波器的定義
3.3.2線(xiàn)性相位FIR濾波器的沖激響應(yīng)應(yīng)滿(mǎn)足的條件
3.3.34種類(lèi)型線(xiàn)性相位FIR濾波器
3.3.4線(xiàn)性相位FIR濾波器的結(jié)構(gòu)
3.4FIR濾波器的頻率取樣結(jié)構(gòu)
3.4.1頻率取樣結(jié)構(gòu)的推導(dǎo)
3.4.2頻率取樣結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
3.5IIR濾波器的結(jié)構(gòu)
3.5.1IIR濾波器的直接型結(jié)構(gòu)
3.5.2IIR濾波器的并聯(lián)結(jié)構(gòu)
3.5.3IIR濾波器的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)
3.6全通濾波器和最小相位濾波器
3.6.1全通濾波器
3.6.2最小相位濾波器
3.6.3非最小相位IIR濾波器的分解
3.7IIR濾波器的格型結(jié)構(gòu)
3.7.1全極點(diǎn)格型濾波器
3.7.2極點(diǎn)-零點(diǎn)格型濾波器
3.8濾波器的有限字長(zhǎng)效應(yīng)
3.8.1二進(jìn)制數(shù)表示方法
3.8.2信號(hào)的量化誤差
3.8.3濾波器系數(shù)的量化
3.8.4溢出和定標(biāo)
3.9IIR濾波器的零輸入極限環(huán)現(xiàn)象
習(xí)題
第4章FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)
4.1數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)
4.1.1因果數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)
4.1.2數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)
4.2FIR濾波器的窗函數(shù)設(shè)計(jì)方法
4.2.1窗函數(shù)設(shè)計(jì)方法的原理
4.2.2窗函數(shù)法設(shè)計(jì)步驟
4.2.3Kaiser窗
4.3設(shè)計(jì)FIR濾波器的最小二乘法
4.4設(shè)計(jì)FIR濾波器的頻率取樣方法
4.4.1頻率取樣方法的基本原理
4.4.2頻率取樣設(shè)計(jì)方法對(duì)過(guò)渡帶的優(yōu)化
4.5最優(yōu)等波紋線(xiàn)性相位FIR濾波器的設(shè)計(jì)：
Parks-McClellan算法
4.5.1Minimax誤差準(zhǔn)則
4.5.2交替定理
4.5.3Parks-McClellan算法
4.6設(shè)計(jì)線(xiàn)性相位FIR濾波器的MATLAB方法
4.6.1按照算法原理編寫(xiě)m文件
4.6.2Kaiser窗設(shè)計(jì)方法的MATLAB實(shí)現(xiàn)
4.6.3設(shè)計(jì)線(xiàn)性相位FIR濾波器的MATLAB函數(shù)
4.7用MATLAB設(shè)計(jì)最優(yōu)等波紋線(xiàn)性相位FIR濾波器
習(xí)題
第5章IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)
5.1設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的一般方法
5.1.1設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的兩種方案
5.1.2模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)
5.1.3平方幅度響應(yīng)與傳輸函數(shù)
5.2常用的4種原型濾波器
5.2.1Butterworth濾波器
5.2.2Chebyshev Ⅰ型濾波器
5.2.3Chebyshev Ⅱ型濾波器
5.2.4橢圓濾波器
5.3模擬濾波器到數(shù)字濾波器的映射
5.3.1沖激響應(yīng)不變法
5.3.2雙線(xiàn)性變換法
5.4模擬頻率變換
5.4.1從模擬原型濾波器到模擬低通濾波器的變換
5.4.2從模擬原型濾波器到模擬高通濾波器的變換
5.4.3從模擬原型濾波器到模擬帶通濾波器的變換
5.4.4從模擬原型濾波器到模擬帶阻濾波器的變換
5.5數(shù)字頻率變換
5.5.1數(shù)字低通濾波器到數(shù)字低通濾波器的頻率變換
5.5.2數(shù)字低通濾波器到數(shù)字高通濾波器的頻率變換
5.5.3數(shù)字低通濾波器到數(shù)字帶通濾波器的頻率變換
5.5.4數(shù)字低通濾波器到數(shù)字帶阻濾波器的頻率變換
5.6設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的一般步驟
5.7用于設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的主要MATLAB函數(shù)
5.7.1模擬濾波器設(shè)計(jì)
5.7.2模擬濾波器到數(shù)字濾波器的映射
5.7.3頻率變換
5.7.4專(zhuān)用于設(shè)計(jì)IIR濾波器的MATLAB函數(shù)
5.8MATLAB中的濾波器設(shè)計(jì)和分析工具
習(xí)題
附錄頻率取樣法設(shè)計(jì)線(xiàn)性相位FIR濾波器的過(guò)渡帶優(yōu)化取樣值
參考文獻(xiàn)
書(shū)單推薦
