普通高等教育电子通信类国家级特色专业系列规划教材：数字信号处理（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　 《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·普通高等教育电子通信类国家特色专业系列规划教材：数字信号处理（第2版）》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，也是北京邮电大学校级精品课程主干教材，在第一版教材的基础上，增加了新内容，重新整理而成。全书共分7章，主要涉及数字信号处理的三个基本内容：一是对离散信号和离散系统进行表示和分析所必需的基础知识；二是离散傅里叶变换和快速算法及其典型应用；三是数字滤波器的设计和实现（包括结构和字长效应）等。为便于理解，《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·普通高等教育电子通信类国家特色专业系列规划教材：数字信号处理（第2版）》将每章涉及的Matlab内容单独成节，列于每章之后。为帮助学生理解所学内容，每章都配备了难易适中的习题，并在书后提供了部分习题答案，另外，《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·普通高等教育电子通信类国家特色专业系列规划教材：数字信号处理（第2版）》还配有电子课件供任课教师参考。
　　 《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·普通高等教育电子通信类国家特色专业系列规划教材：数字信号处理（第2版）》可作为高等院校工科通信工程、电子信息工程、自动化、电子科学与技术、测控技术与仪器以及理科电子信息科学与技术等专业的本科生教材，也可供相关专业的技术人员参考。

内页插图

目录

第二版前言
第一版前言
第1章 绪论
1.1 数字信号处理的定义、特点和方法
1.1.1 数字信号定义
1.1.2 数字信号处理的特点
1.1.3 数字信号处理的方法
1.1.4 数字信号处理的应用
1.2 数学预备知识
1.2.1 傅里叶变换的几种形式
1.2.2 常用的模拟信号
习题

第2章 离散时间信号与离散时间系统
2.1 取样和内插
2.1.1 取样
2.1.2 内插
2.2 离散时间信号
2.2.1 常用序列
2.2.2 序列的基本运算
2.3 时域离散系统的基本概念
2.4 离散系统的差分方程描述及信号流图
2.4.1 离散系统的差分方程
2.4.2 信号流图表示
2.5 离散时间信号的傅里叶变换
2.5.1 离散时间信号傅里叶变换的定义
2.5.2 离散信号傅里叶变换对的推导
2.5.3 离散时间信号傅里叶变换的性质
2.5.4 线性非移变系统的频率响应
2.6 Z变换的定义及收敛域
2.6.1 Z变换的定义
2.6.2 Z变换的收敛域
2.7 Z反变换
2.7.1 Z反变换的定义
2.7.2 Z反变换的求解
2.8 Z变换的性质
2.9 一些常用的Z变换对
2.10 Z变换与拉普拉斯变换、傅里叶变换的关系
2.10.1 Z变换与拉普拉斯变换的关系
2.10.2 Z变换与傅里叶变换的关系
2.11离散系统的频域分析
2.11.1 传输函数'
2.11.2 用单边Z变换解线性差分方程
2.11.3 传输函数的零极点
2.11.4 线性非移变因果系统的稳定性
2.11.5 信号流图的转置定理
2.12本章涉及的Matlab函数
习题

第3章 离散傅里叶变换及其快速计算方法
3.1 问题的提出
3.2 DFS及其性质
3.2.1 DFS的定义
3.2.2 DFS的性质
3.3 DFT及其性质
3.3.1 DFT的定义
3.3.2 DFT同Z变换和DTFT间的关系
3.3.3 DFT的性质
3.3.4 DFT变换的应用
3.4 快速傅里叶变换
3.4.1 基2时域抽选算法
3.4.2 基2时域抽选算法的矩阵表示形式
3.4.3 基2频域抽选算法
3.4.4 基4时域抽选算法
3.4.5 IDFT的快速计算方法
3.5 FFT的应用
3.5.1 线性卷积的快速计算
3.5.2 CZT及其快速计算
3.6 DFT相关变换
3.6.1 DCT及其同DFT的关系
3.6.2 DST及其同DFT的关系
3.6.3 小结
3.7 本章涉及的Matlab函数
……

第4章 IIR数字滤波器设计和实现
第5章 FIR数字滤波器设计和实现
第6章 数字信号处理中的有限字长效应
第7章 多抽样率数字信号处理
部分习题答案
参考文献

前言/序言

数字信号处理（第2版） 教材特色与定位 《数字信号处理（第2版）》是普通高等教育电子通信类国家级特色专业系列规划教材的重要组成部分，旨在为电子信息工程、通信工程、自动化等相关专业学生提供系统、深入的数字信号处理理论与实践指导。本教材紧密结合当前电子通信技术发展的最新动态与行业需求，在继承前版经典内容的基础上，进行了全面更新与深化，特别是在理论阐述的严谨性、算法应用的广泛性以及工程实践的指导性方面，均达到了新的高度。 教材的编写团队由一批在数字信号处理领域享有盛誉的资深教授和青年学者组成，他们不仅在学术研究上成就卓著，更具备丰富的教学经验和工程实践背景。教材内容力求科学严谨，逻辑清晰，语言精练，便于读者理解和掌握。同时，教材注重理论与实践的结合，通过丰富的实例分析和习题设计，帮助读者将所学知识应用于实际工程问题。 国家级特色专业系列规划教材的定位，意味着本教材不仅具备了扎实的学术根基和前沿的专业视角，更承载着推动国家电子通信类专业教育发展的重要使命。它将成为培养具有创新能力和工程实践能力的高素质人才的有力支撑。 主要内容纲要 本教材内容涵盖了数字信号处理的核心概念、理论方法和关键技术，并为读者构建了由浅入深、循序渐进的学习路径。 第一部分：数字信号处理基础 绪论： 信号与系统的基本概念，包括连续时间信号与离散时间信号。 模拟信号与数字信号的转换过程：采样、量化与编码。 数字信号处理在现代科技中的重要作用和应用领域，如通信、音频、图像、医疗、金融等。 教材的整体结构和学习建议。 离散时间信号与系统： 离散时间信号： 周期信号、非周期信号、指数信号、正弦信号、单位冲激信号、单位阶跃信号及其性质。 离散时间系统： 系统的基本性质（线性、时不变、因果性、稳定性）。 卷积： 线性时不变（LTI）系统的时域分析，全卷积和有限长卷积。 系统函数与差分方程： 离散时间系统的表示方法，系统函数在描述系统特性中的作用。 傅里叶分析： 离散时间傅里叶变换 (DTFT)： 将离散时间信号分解为连续频率分量的频谱分析方法。 傅里叶级数 (DFS)： 周期离散时间信号的频谱分析。 傅里叶变换性质： 线性、时移、频移、尺度变换、微分、积分、卷积等性质的推导与应用。 帕塞瓦尔定理： 信号能量与功率在频域的表示。 应用实例： 信号频谱分析、系统频率响应分析。 第二部分：离散傅里叶变换 (DFT) 与快速傅里叶变换 (FFT) 离散傅里叶变换 (DFT)： DFT 的定义、性质和计算。 DFT 在信号分析和系统分析中的作用。 DFT 在工程计算中的局限性（计算量大）。 快速傅里叶变换 (FFT)： FFT 的基本思想：利用序列的对称性减少计算量。 常用的 FFT 算法：按时间抽选的蝶形算法（Cooley-Tukey 算法）和按频率抽选的蝶形算法。 DFT 算法的复杂度分析与 FFT 的优势。 FFT 在实际工程中的应用：频谱分析、卷积计算、相关计算等。 周期信号的 DFT： 对周期信号进行 DFT 计算时的注意事项。 DFT 的应用： 使用 DFT 进行频谱分析。 通过 FFT 加速线性卷积和循环卷积的计算。 第三部分：数字滤波器的设计与实现 数字滤波器的基本概念： 滤波器的作用：去除噪声、提取有用信息、信号整形等。 滤波器分类：按频率响应（低通、高通、带通、带阻）、按系统特性（FIR、IIR）。 理想滤波器与实际滤波器的比较。 无限冲激响应 (IIR) 滤波器设计： IIR 滤波器基本原理： 利用反馈实现无限长度的冲激响应。 模拟滤波器原型： Butterworth、Chebyshev I/II、Elliptic 等滤波器的幅频特性和相频特性。 模拟域到数字域的变换： 双线性变换法、脉冲不变法等。 IIR 滤波器设计步骤： 确定技术指标，选择模拟滤波器原型，进行频率变换，转换为数字域，选择级联结构或直接结构。 IIR 滤波器的实现： 差分方程的表示，直接型、级联型、并联型结构。 IIR 滤波器的优缺点： 阶数低、计算量小；但相位特性不理想，容易不稳定。 有限冲激响应 (FIR) 滤波器设计： FIR 滤波器基本原理： 仅利用前馈实现有限长度的冲激响应。 FIR 滤波器的优点： 容易设计，线性相位特性，稳定性好。 FIR 滤波器的缺点： 设计相同的幅频响应需要更高的阶数，计算量相对较大。 FIR 滤波器设计方法： 窗函数法： 矩形窗、Hanning 窗、Hamming 窗、Blackman 窗等，不同窗函数的特性和选择。 频率采样法： 直接根据希望的频率响应进行设计。 最优逼近法 (Parks-McClellan 算法)： 最小均方误差设计，偶次对称和奇次对称系数的 FIR 滤波器。 FIR 滤波器的实现： 卷积方程的表示，直接型结构。 滤波器性能指标： 通带纹波、阻带衰减、过渡带宽度、相位失真等。 滤波器设计实例： 针对具体应用场景进行 IIR 和 FIR 滤波器的设计与比较。 第四部分：多速率信号处理 多速率信号处理基本概念： 信号的抽取（Decimation）和插值（Interpolation）操作。 抽取器和插值器的工作原理。 多速率信号处理的理论： 抽取和插值过程中的频率混叠和延迟问题。 理想抽取器和插值器。 多速率滤波器的设计。 多速率信号处理的应用： 信号压缩： 例如在音频编码中。 数据率转换： 适应不同采样率的系统。 语音信号处理： 变速率语音合成与识别。 图像处理： 图像缩放与处理。 第五部分：随机信号处理 随机信号的统计特性： 均值、方差、自相关函数、互相关函数。 功率谱密度 (PSD) 和互功率谱密度 (CPSD)。 平稳随机过程。 谱估计方法： 经典谱估计： 周期图法、改良周期图法。 现代谱估计： 参数模型法（AR 模型、MA 模型、ARMA 模型）、非参数模型法。 维纳滤波器： 线性最小均方误差 (LMS) 估计。 最优线性滤波器： 最小化均方误差。 应用： 噪声消除、信号预测。 自适应滤波器： 基本原理： 滤波器系数随输入信号的变化而调整。 LMS 算法： 简单的自适应滤波器算法。 RLS 算法： 递推最小二乘算法，收敛速度更快。 应用： 回声消除、噪声抑制、信道均衡。 第六部分：算法实现与工程应用 DSP 处理器简介： TMS320 系列、ARM 系列等主流 DSP 处理器架构。 DSP 处理器指令集和优化技巧。 常用 DSP 算法的实现： FFT 算法的硬件实现。 FIR/IIR 滤波器在 DSP 上的高效实现。 自适应滤波器算法的硬件实现。 实际工程案例分析： 通信系统中的信号处理： 调制解调、信道编码、均衡等。 音频信号处理： 音频编解码、音频效果处理。 图像与视频处理： 图像增强、特征提取、视频压缩。 生物医学信号处理： 心电图、脑电图信号分析。 学习目标与能力培养 通过本教材的学习，学生将能够： 1. 掌握数字信号处理的基本理论和核心概念： 理解离散时间信号与系统的基本性质，熟练掌握傅里叶分析、Z 变换等数学工具。 2. 理解和应用离散傅里叶变换 (DFT) 和快速傅里叶变换 (FFT)： 能够利用 FFT 实现高效的频谱分析和卷积计算。 3. 掌握数字滤波器设计的方法和原理： 能够根据技术指标，设计满足要求的 IIR 和 FIR 滤波器，并理解其实现方式。 4. 了解多速率信号处理和随机信号处理的基本概念和应用： 能够初步理解和应用多速率信号处理技术，并掌握随机信号的基本统计特性和谱估计方法。 5. 熟悉常用 DSP 算法的工程实现： 了解 DSP 处理器的工作原理，能够将理论算法转化为实际的工程实现。 6. 培养分析和解决实际工程问题的能力： 通过丰富的案例分析，能够运用数字信号处理的知识解决通信、音频、图像等领域的实际问题。 7. 提升自主学习和创新能力： 鼓励学生进一步深入研究相关领域，为未来的学术研究和工程实践奠定坚实基础。 适用对象 本教材主要面向以下群体： 普通高等院校电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术等专业的本科生和研究生。 从事电子通信、信号处理、自动控制等相关领域的工程技术人员。 对数字信号处理感兴趣的科研人员和自学者。 总结 《数字信号处理（第2版）》作为国家级特色专业系列规划教材，以其内容的系统性、理论的严谨性、方法的先进性以及实践的指导性，将成为电子通信类专业学生和从业人员学习和工作中不可或缺的参考书。通过对本书的学习，读者将能够深刻理解数字信号处理的精髓，并具备运用相关技术解决复杂工程问题的能力，为我国电子信息产业的发展贡献力量。