數字信號處理精要 機械工業齣版社 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

基本信息

書名：數字信號處理精要

定價：45.00元

作者：理查德G.萊昂斯(Richard G.Lyons)D.

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2016-03-01

ISBN：9787111529866

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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數字信號處理與現代人的日常生活息息相關，瞭解數字信號處理就是瞭解構成現活方式的重要因素。本書麵嚮非專業讀者，以深入淺齣的語言，生動簡潔的例子介紹數字信號的概念、生成和應用，揭開數字信號處理的神秘麵紗，讓讀者領略一個充滿生活氣息，輕鬆有趣的數字信號王國。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《數字信號處理：原理、算法與應用》 概述 在信息爆炸的時代，理解和處理海量數字信號已成為科學技術各個領域不可或缺的核心能力。從通信係統到醫療成像，從音頻視頻處理到工業自動化，數字信號處理（DSP）技術無處不在，深刻地影響著我們生活的方方麵麵。本書旨在係統而深入地介紹數字信號處理的基本原理、核心算法以及在各個領域的實際應用。我們力求以清晰的邏輯、嚴謹的數學推導和豐富的實例，幫助讀者建立紮實的理論基礎，掌握實用的分析和設計方法。 本書內容涵蓋瞭離散時間信號與係統、傅裏葉變換、Z變換、數字濾波器設計、譜估計、自適應濾波等數字信號處理的關鍵概念。同時，我們還關注瞭當今數字信號處理領域的重要發展趨勢，如多速率信號處理、小波變換以及在現代通信、生物醫學工程和機器學習等前沿領域的應用。本書不僅注重理論的深度，更強調實踐的指導意義，力求讓讀者在掌握理論知識的同時，也能理解其在實際工程問題中的應用價值。 第一部分：基礎理論與核心概念 第一章：離散時間信號與係統 本章將從最基礎的離散時間信號概念入手，包括單位衝激信號、單位階躍信號、指數信號等基本信號的定義與性質。我們將深入探討信號的分類，如周期信號與非周期信號、能量信號與功率信號。接著，我們將引入離散時間係統的概念，闡述係統的基本性質，如綫性、時不變、因果性、穩定性等。特彆地，我們將詳細介紹綫性時不變（LTI）係統的核心特徵，並引入捲積運算作為描述LTI係統輸入輸齣關係的數學工具。讀者將學習到如何通過捲積運算來預測LTI係統的響應，以及理解捲積在信號處理中的基礎性地位。 第二章：傅裏葉變換在離散時間信號分析中的應用 傅裏葉變換是分析信號頻率特性的強大工具。本章將重點介紹離散時間傅裏葉變換（DTFT）及其性質，解釋如何通過DTFT將時域信號分解為不同頻率分量的疊加。我們將詳細推導和討論DTFT的收斂性條件，以及其在分析周期離散時間信號方麵的不足。在此基礎上，我們將引入周期信號的離散傅裏葉級數（DFS），並重點闡述離散傅裏葉變換（DFT）及其快速傅裏葉變換（FFT）算法。FFT作為DFT的高效實現，是現代數字信號處理不可或缺的計算基石。本章還將介紹DFT在信號頻譜分析、混疊現象及其解決方法方麵的實際應用。 第三章：Z變換及其性質 Z變換是比傅裏葉變換更為通用的分析離散時間信號與係統的方法，它能夠處理收斂性較差的信號，並提供更全麵的係統分析工具。本章將詳細介紹Z變換的定義、收斂域（ROC）的概念及其重要性。我們將推導Z變換的基本性質，如綫性、時移、尺度變換、乘法、微分等，並展示如何利用這些性質簡化信號與係統的分析。特彆地，我們將詳細闡述LTI係統在Z域的錶示——傳遞函數H(z)，以及通過H(z)來分析係統的穩定性和因果性。本章還將介紹逆Z變換的方法，從而完成從Z域到時域的轉換。 第二部分：數字濾波器設計與實現 第四章：無限衝激響應（IIR）濾波器設計 數字濾波器在去除噪聲、提取特徵等方麵起著至關重要的作用。本章將集中介紹無限衝激響應（IIR）濾波器的設計方法。我們將首先迴顧模擬濾波器設計的基礎，如巴特沃斯、切比雪夫和橢圓濾波器等經典類型。然後，我們將詳細講解如何通過雙綫性變換、脈衝不變法等經典離散化技術，將模擬濾波器設計轉換為數字濾波器。本章還將介紹IIR濾波器係數的計算，以及如何實現IIR濾波器，包括直接型、級聯型和並行型等結構。通過本章的學習，讀者將能夠根據給定的技術指標，設計齣滿足要求的IIR濾波器。 第五章：有限衝激響應（FIR）濾波器設計 相比IIR濾波器，有限衝激響應（FIR）濾波器具有綫性相位特性，在許多應用中（如通信係統中的數據傳輸）具有不可替代的優勢。本章將深入探討FIR濾波器的設計原理。我們將介紹窗函數法，包括矩形窗、漢寜窗、漢明窗、布萊剋曼窗等不同窗函數的性質及其對濾波器頻率響應的影響。在此基礎上，我們將重點講解頻率采樣法和最優（Parks-McClellan）算法（也稱為equiripple算法），這兩種方法能夠更精確地設計齣滿足特定技術指標的FIR濾波器。本章還將討論FIR濾波器的實現結構，如橫截型濾波器，並分析其計算復雜度。 第六章：濾波器實現與量化效應 濾波器設計完成後，如何在實際硬件或軟件中高效地實現濾波器是關鍵問題。本章將探討不同濾波器結構的優缺點，包括其計算復雜度、存儲需求以及對量化噪聲的敏感性。我們將深入分析量化誤差對數字濾波器性能的影響，包括係數量化和信號量化。本章還將介紹固定點運算和浮點運算的特點，以及在有限字長環境下設計和實現數字濾波器需要考慮的策略，如截斷、捨入以及選擇閤適的濾波器結構來減小量化誤差的影響。 第三部分：高級主題與應用 第七章：譜估計 精確地估計信號的功率譜密度（PSD）對於理解信號的頻率組成和動態變化至關重要。本章將介紹多種譜估計方法。我們將從經典的方法開始，如周期圖法及其改進方法（如Welch法），分析它們的優缺點。接著，我們將深入探討參數化譜估計方法，如Yule-Walker方法、Burg方法，以及它們在AR模型和ARMA模型下的應用。本章還將簡要介紹現代譜估計方法，如多重信號分類（MUSIC）和鏇轉不變子空間（ESPRIT）等，它們在波束形成和雷達信號處理中具有重要地位。 第八章：自適應濾波 自適應濾波器能夠根據輸入信號的統計特性自動調整其濾波參數，以達到最優的濾波效果，是許多實際應用中的核心技術。本章將介紹自適應濾波的基本原理。我們將重點講解最常用的自適應濾波算法——最小均方（LMS）算法及其變種，如歸一化LMS（NLMS）和遞歸最小二乘（RLS）算法。我們將分析這些算法的學習速率、收斂性以及計算復雜度。本章還將展示自適應濾波器在噪聲消除、迴聲消除、信道均衡等典型應用中的實現。 第九章：多速率信號處理 多速率信號處理是指以不同采樣率對信號進行處理的技術。它在信號壓縮、抽取、插值以及通信係統中具有廣泛的應用。本章將介紹多速率信號處理的基本概念，包括抽取（Decimation）和插值（Interpolation）。我們將詳細講解采樣率變換器（Sampling Rate Converter）的設計，以及它在實現不同采樣率之間信號轉換時的重要作用。本章還將介紹多帶濾波器組（Filter Banks）的概念，如QMF（Quadrature Mirror Filter）和DCT（Discrete Cosine Transform）等，它們是實現高效多帶信號分析和重構的基礎。 第十章：小波變換及其應用 小波變換作為一種時頻分析工具，能夠同時提供信號的時間和頻率信息，尤其在處理非平穩信號方麵錶現齣色。本章將介紹小波變換的基本理論，包括連續小波變換（CWT）和離散小波變換（DWT）。我們將講解尺度函數、小波函數以及它們與傅裏葉變換的區彆與聯係。本章還將介紹小波變換在信號去噪、圖像壓縮（如JPEG2000）、特徵提取以及醫學影像分析等領域的應用。 第十一章：數字信號處理在現代通信係統中的應用 本章將聚焦於數字信號處理在現代通信係統中的關鍵應用。我們將探討數字信號處理在調製解調、信道編碼與解碼、均衡、乾擾抑製等方麵所起的作用。我們將介紹OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術，它是現代無綫通信（如4G、5G）的核心，並分析其背後的數字信號處理原理，包括DFT/IDFT、IFFT/FFT等。此外，我們還將討論信號檢測與估計理論在通信係統中的應用，如最大似然檢測和最大後驗概率檢測。 第十二章：數字信號處理在生物醫學工程中的應用 數字信號處理技術在生物醫學工程領域展現齣巨大的潛力，為疾病診斷、治療監測和醫學研究提供瞭強大的工具。本章將介紹數字信號處理在心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）、肌電圖（EMG）信號分析中的應用，包括信號濾波、特徵提取和模式識彆。我們還將探討數字信號處理在醫學成像領域，如CT、MRI、超聲成像中的作用，包括圖像重建、圖像增強和圖像分割。此外，本章還將涉及數字信號處理在生物信號監測與分析、醫療設備設計等方麵的應用。 結論 數字信號處理是一個充滿活力且快速發展的領域，其理論與技術不斷為科學探索和工程實踐帶來新的突破。本書力求提供一個全麵而深入的視角，幫助讀者理解數字信號處理的核心概念，掌握關鍵算法，並認識其在各個技術領域的廣泛應用。我們希望通過本書的學習，讀者能夠建立起紮實的專業知識體係，培養解決復雜工程問題的能力，並能夠積極參與到未來的技術創新浪潮中。