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内容简介

　　《普通高等教育“十二五”规划教材·电子信息科学与工程类专业规划教材：数字信号处理》根据高等学校人才培养目标编写，既适合理论教学，又加强实验环节，注重技术创新。全书共8章，主要内容包括：时域离散信号和系统、离散系统的变换域分析与系统结构、离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）、无限长单位脉冲响应（IIR）数字滤波器的设计、有限长单位脉冲响应（FIR）数字滤波器的设计、数字信号处理中的有限字长效应和MATLAB仿真实验。《普通高等教育“十二五”规划教材·电子信息科学与工程类专业规划教材：数字信号处理》包含大量应用实例及MATLAB仿真，配套电子课件、仿真程序代码和习题参考答案。

作者简介

　　王春民，长春理工大学光电信息学院电子工程分院，教授。1976年毕业于长春地质学院仪器系（本科），1981年-1982年在北京邮电大学进修一年，1991年硕士研究生毕业。1976年以来分别在长春地质学院、长春科技大学、吉林大学和长春理工大学光电信息学院任教。一直从事教学科研工作（本科、研究生教学、指导研究生和科研工作），现任系主任。从事教学科研工作35年。

目录

绪论

第1章 时域离散信号和系统
1.1 引言
1.2 时域离散信号与序列运算
1.2.1 时域离散信号及其表示
1.2.2 序列的运算
1.2.3 序列的能量、序列的周期性以及常用典型序列
1.3 时域离散系统
1.3.1 线性系统
1.3.2 移不变系统
1.3.3 线性移不变系统输入与输出之间的关系
1.3.4 系统的因果性和稳定性
1.4 模拟信号数字处理方法
1.4.1 采样定理及A/D变换器
1.4.2 采样信号的恢复
1.5 应用实例
1.6 MATLAB仿真
1.6.1 利用MATLAB产生离散信号
1.6.2 离散卷积的计算
1.6.3 系统线性、移不变性分析
1.6.4 系统稳定性分析
1.7 本章小结
习题

第2章 离散系统的变换域分析与系统结构
2.1 引言
2.2 序列Z变换的定义和收敛域
2.3 Z变换的基本性质和定理
2.4 Z反变换
2.5 非周期序列的傅里叶变换及其性质
2.5.1 非周期序列的傅里叶变换
2.5.2 非周期序列傅里叶变换的性质
2.6 序列的傅里叶变换、Z变换和拉普拉斯变换的关系
2.6.1 序列x（n）的傅里叶变换与序列x（n）的Z变换之间的关系
2.6.2 序列的Z变换与拉普拉斯变换之间的关系
2.6.3 连续信号xa（t）的傅里叶变换Xa（j）与序列x（n）的Z变换X（z）之间的关系
2.7 离散系统的系统函数和变换域分析
2.7.1 频率响应和系统函数
2.7.2 系统函数、频率响应和差分方程的关系
2.7.3 系统函数与系统稳定因果性的关系
2.8 离散系统的基本网络结构
2.8.1 离散系统的方框图表示
2.8.2 无限长脉冲响应（IIR）滤波器基本网络结构
2.8.3 有限长脉冲响应（FIR）滤波器基本网络结构
2.9 应用实例与MATLAB仿真
2.10 本章小结
习题

第3章 离散傅里叶变换（DFT）
3.1 周期序列的离散傅里叶级数
3.2 离散傅里叶变换
3.2.1 离散傅里叶变换的定义式
3.2.2 DFT与ZT、FT之间的关系
3.3 离散傅里叶变换的性质
3.3.1 隐含周期性
3.3.2 线性性质
3.3.3 循环移位性质
3.3.4 循环卷积性质
3.3.5 共轭对称性
3.4 频率域采样理论
3.5 应用实例
3.5.1 利用DFT求卷积和
3.5.2 利用DFT对信号进行近似谱分析
3.6 MATLAB仿真
3.6.1 序列的循环移位和周期延拓运算
3.6.2 利用MATLAB验证N点DFT的物理意义
3.7 本章小结
习题

第4章 快速傅里叶变换（FFT）
4.1 引言
4.2 基-2FFT算法
4.2.1 直接计算DFT的特点及减少运算量的基本途径
4.2.2 按时间抽取的基-2 FFT的基本原理
4.2.3 DIT-FFT算法特点与运算量
4.2.4 按频域抽取的基-2 FFT的基本原理
4.2.5 IDFT的高效算法
4.3 应用实例
4.4 MATLAB仿真
4.4.1 利用 FFT求圆周卷积和线性卷积
4.4.2 利用FFT进行频谱分析
4.5 本章小结
习题

第5章 无限长单位脉冲响应（IIR）数字滤波器的设计
5.1 引言
5.2 滤波器性能指标与设计步骤
5.2.1 滤波器概述
5.2.2 数字滤波器的性能指标
5.2.3 常用模拟滤波器设计方法
5.3 冲激响应不变法
5.3.1 变换原理
5.3.2 模拟滤波器的数字化方法
5.3.3 用冲激响应不变法实现IIR数字滤波器
5.3.4 冲激响应不变法的优点和缺点
5.4 双线性变换法
5.4.1 变换原理
5.4.2 模拟滤波器的数字化方法
5.4.3 用双线性变换法实现IIR数字滤波器
5.5 用模拟低通滤波器设计IIR数字滤波器
5.5.1 模拟低通滤波器转换成数字低通滤波器
5.5.2 模拟低通滤波器转换成数字带通滤波器
5.5.3 模拟低通滤波器转换成IIR数字高通滤波器
5.5.4 模拟低通滤波器转换成IIR数字带阻滤波器
5.5.5 数字域的频率变换法设计
5.5.6 IIR数字滤波器综合设计举例
5.5.7 MATLAB仿真
5.6 本章小结
习题

第6章 有限长单位脉冲响应（FIR）数字滤波器的设计
6.1 线性相位FIR滤波器的含义与特点
6.1.1 线性相位系统的时域特点
6.1.2 线性相位系统的幅度特点
6.1.3 线性相位FIR数字滤波器零点分布的特点
6.2 FIR数字滤波器的线性相位结构
6.3 用窗函数法设计FIR数字滤波器
6.4 IIR滤波器与FIR滤波器的对比
6.5 MATLAB仿真
6.6 本章小结
习题

第7章 数字信号处理中的有限字长效应
7.1 引言
7.2 二进制数的表示及A/D转换的量化效应
7.2.1 二进制数的表示
7.2.2 定点制的量化误差
7.2.3 A/D转换的量化效应
7.3 数字滤波器的系数量化效应
7.3.1 系数量化对滤波器零、极点位置的影响
7.3.2 IIR数字滤波器的有限字长效应
7.3.3 FIR数字滤波器的有限字长效应
7.4 FFT算法的有限字长效应
7.4.1 定点FFT计算中的有限字长效应
7.4.2 系数量化对FFT的影响
7.5 本章小结
习题

第8章 MATLAB仿真实验
实验一 离散系统的时域分析
实验二 时域采样与频域采样
实验三 离散系统的复频域分析
实验四 DFT/FFT频谱分析及应用
实验五 IIR数字滤波器的设计
实验六 FIR数字滤波器的设计

附录A 巴特沃斯滤波器系统函数分母多项式系数和特征方程的根（极点）
附录B 切比雪夫低通滤波器设计
附录C 等比级数前N项和公式及其应用举例
附录D MATLAB简介
参考文献

前言/序言

　　前言
　　随着信息和计算机技术的突飞猛进，促使信号处理技术迅速发展，尤其是数字信号处理技术，借助于计算机、DSP软硬件、FPGA和MATLAB第三方环境，数字信号处理技术在许多领域得到了广泛应用，并且形成极其重要的学科。目前，高等学校的电子信息、通信、电气和测控仪器和自动化等专业已将《数字信号处理》设为一门重要的专业基础课。并通过理论和实验教学，使学生掌握数字信号处理的基本理论、基本分析方法和实现手段。
　　数字信号处理理论性强，涉及面广，与先修课程高等数学、复变函数、电路分析、信号与系统等有较强的关联性。学生在初学时往往感到抽象，理解困难，掌握难度大，如果处理不当，会使学生望而生畏，失去学习兴趣。因此，为适应教育改革的需要，结合教材的现状，作者经过多年本科教学实践，并密切关注学科和技术以及教育的发展，深刻体会到编写既能适合理论教学，同时加强实验环节，贴近教学实际需要的《数字信号处理》特色教材的必要性。
　　作者从事《数字信号处理》课程教学多年，有一定的教学经验和体会，参考国内外许多优秀教材，博采众长，为适应教育改革和教材建设的需要，本着培养应用型人才的宗旨，突出“实用性”，强调以“针对性”和“够用”为基本原则，进行本书编写。编写过程对涉及的基本原理、基本方法、基本概念等叙述透彻，阐述准确明晰，对于理论的深度和内容的广度处理力求满足应用型人才培养的基本要求。
　　书中贯穿有针对性的MATLAB仿真实例，做到理论问题直观化，复杂问题简单化，并且突出理论与实践的密切结合。本书适用专业宽泛，可作为高等学校电子信息工程、电子信息科学与技术、通信工程、测控技术与仪器、自动化和电气工程及其自动化等专业的教学用书，也可作为电类工程技术人员的参考用书。
　　本书共分8章，第1章主要讨论时域离散信号和系统，包括常用典型信号的表示和运算，离散系统的线性移不变、因果和稳定性，输入/输出描述法——差分方程，模拟信号的数字处理方法及信号的重构及与本章相关的应用实例和MATLAB仿真。
　　第2章主要讨论时域离散信号和系统的频域分析，涉及非周期离散序列傅里叶变换（DTFT）的定义和性质，Z变换（ZT）的定义、收敛域、性质、Z反变换和利用Z变换分析信号和系统的频域特性，讨论了IIR和FIR网络结构，以及结合本章内容的实例和MATLAB仿真。
　　第3章主要讨论离散有限长序列的傅里叶变换（DFT），涉及周期序列的离散傅里叶级数（DFS）、离散傅里叶变换（DFT）的定义和性质、DFT与Z变换的关系、频域采样定理、DFT的应用实例、用DFT计算线性卷积和信号的谱分析、频谱泄漏和栅栏效应，以及MATLAB在本章的应用等内容。
　　第4章重点讲述快速傅里叶变换（FFT），主要涉及直接计算DFT的特点及减少运算量的基本途径，按时域抽取的FFT（DIT-FFT）算法基本原理、运算规律及编程思想，FFT算法与直接计算DFT运算量的比较，按频域抽取的FFT（DIF-FFT）算法原理以及反变换（IDFT）的快速算法。最后给出结合本章的应用实例和MATLAB仿真等内容。
　　第5章主要讨论无限长单位脉冲响应（IIR）数字滤波器的设计，介绍了数字滤波器的基本概念，概述了模拟滤波器的设计方法，详细讲述了用冲激响应不变法和双线性变换法的离散化原理、适用范围和各自的优缺点，最后给出了IIR数字滤波器两种频率变换法设计和应用实例以及MATLAB仿真。
　　第6章着重讨论有限长脉冲响应（FIR）数字滤波器的设计，涉及线性相位FIR-DF的条件和特点，利用窗函数法设计FIR-DF，对IIR与FIR数字滤波器的特性进行比较，并结合本章内容给出应用实例和MATLAB仿真等内容。
　　第7章主要讨论数字滤波器的实现的量化效应，以及与本章内容相关的实例应用及MATLAB仿真。
　　第8章集中讨论实验仿真的内容，并提供了6个方面的MATLAB仿真实验，目的在于加强学生对数字信号处理理论方面的深入理解，增强理论与实际结合的能力。
　　最后安排4个附录，附录A为巴特沃斯滤波器系统函数分母多项式系数和特征方程的根（极点），附录B为切比雪夫低通滤波器设计，附录C为等比级数前N项和公式及其应用举例，附录D为MATLAB简介。
　　教学中，可以根据教学对象和学时等具体情况对书中的内容进行删减和组合，也可以进行适当扩展。为适应教学模式、教学方法和手段的改革，本书配有多媒体电子课件、程序代码和习题参考答案，请登录华信教育资源网注册下载。
　　本书由长春理工大学光电信息学院/吉林大学王春民教授任主编，编写第5章和部分附录，负责本书的统稿工作；翟红艺编写绪论、第1章和第7章；郑海峰编写第2章、第3章、第4章和第6章；尹晶编写第8章和附录D；王宏志和陈戈珩参与了本书的统稿工作，还参与了附录和部分章节的编写工作。长春理工大学光电信息学院的崔艳群讲师和刘春艳讲师参与了全书的校对和部分录入工作；长春理工大学光电信息学院的张晶副教授、乔良副教授、蒲鑫讲师、白烨实验教师、董磊讲师和长春工业大学的吕洪武讲师也参与了部分工作。
　　我们在编写过程中参考了国内外许多优秀教材，在完善本书内容方面起到了积极作用，在此深表谢意。本书的编写得到了长春理工大学光电信息学院和电子分院、长春工业大学计算机科学与工程学院、吉林大学仪器科学与电气工程学院的大力支持，在此表示由衷的感谢。
　　由于作者的水平有限，书中不妥和错误之处在所难免，恳请专家和读者批评指正。
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