9787512421738 实时数字信号处理实践方法——从理论到实现 北京航空航天大学出 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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金靖 著

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• 北京航空航天大学
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店铺： 聚雅图书专营店

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512421738

商品编码：29453419515

包装：平装

出版时间：2016-08-01

基本信息

书名：实时数字信号处理实践方法——从理论到实现

定价：35.00元

作者：金靖

出版社：北京航空航天大学出版社

出版日期：2016-08-01

ISBN：9787512421738

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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金靖等编*的《实时数字信号处理实践方法--从 理论到实现(普通高等教育创新型人才培养规划教材) 》介绍了实时数字信号处理系统设计和实现的相关理 论、技术和方法。全书共9章，前4章介绍了实时数字 信号处理应用基础及仿真方法，主要包括信号产生与 操作、信号频谱分析技术、离散时间系统分析与实现 、数字滤波器设计等；后5章介绍了实时数字信号处 理系统设计与实现，包括系统组成、软硬件结构和控 制、折衷设计、实时算法开发、系统实现的技术手段 等。本书的重点是从信号处理理论到软硬件实现的映 射过程和转换方法，并结合实际应用需求配有大量实 例。
　　本书可作为电子、仪器、自动控制、光学等专业 高年级本科生和研究生的教材或参考书，也可供相关 研究人员和工程师使用。

目录

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章 离散时间信号 1.1 信号的概念及分类 1.2 基本离散时间信号的表示 1.3 典型离散信号的表示 1.4 离散时间信号的基本运算和操作第2章 离散傅里叶变换和Z 变换 2.1 离散傅里叶变换 2.2 进行频谱分析的注意事项 2.3 频谱分析实例 2.4 Z 变换概述第3章 离散时间系统 3.1 离散时间系统的概念和性质 3.2 离散时间系统的模型 3.3 离散时间系统的结构、分析与实现第4章 数字滤波器设计 4.1 概述 4.2 IIR滤波器设计 4.3 FIR滤波器设计第5章 实时数字信号处理系统概述 5.1 实时数字信号处理系统的特点 5.2 实时数字信号处理系统的基本组成 5.3 实时数字信号处理系统的数字表示法第6章 实时数字信号处理系统的软件和硬件结构 6.1 实时数字信号处理系统的通用软件结构 6.2 硬件描述语言中的典型软件结构 6.3 实时数字信号处理器的一般硬件结构 6.4 FPGA 的基本硬件结构 6.5 实时数字信号处理系统中的多处理器结构 6.6 数字信号处理器系统的控制第7章 实时数字信号处理系统的折衷设计 7.1 折衷设计方法 7.2 软件和硬件折衷 7.3 软件的时间和空间折衷 7.4 硬件的时间和空间折衷 7.5 其他类型折衷第8章 实时数字信号处理算法的开发 8.1 实时数字信号处理算法的概念和性能分析 8.2 实时数字信号处理算法的设计和描述 8.3 实时数字信号处理算法实现的基本步骤第9章 实时数字信号处理系统实现的技术手段 9.1 输入数据的简化处理 9.2 算法的优化和简化 9.3 算法的转化和移植 9.4 算法的分解 9.5 软硬件联合设计 9.6 通信优化设计 9.7 测试和验证方法参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《信号的律动：现代通信与控制中的实时数字处理》 概述 在信息爆炸的时代，数据的实时处理能力已成为衡量一个系统先进与否的关键指标。从智能手机的流畅通信，到自动驾驶汽车的精准导航，再到医疗设备对生命体征的实时监测，背后都离不开强大而高效的数字信号处理技术。本书旨在深入探讨数字信号处理（DSP）在实时应用场景下的核心原理、关键技术以及实践部署。我们将拂去理论的神秘面纱，聚焦于工程师在实际项目中所面临的挑战，引导读者一步步构建起具备强大实时处理能力的数字系统。 内容梗概 本书的架构设计力求全面而系统，从基础理论的梳理，到算法的精炼，再到软硬件的协同设计，层层递进，旨在为读者构建一个完整的实时数字信号处理知识体系。 第一部分：实时数字信号处理基础 1. 数字信号与模拟信号的桥梁：采样与量化 采样定理的深层解读： 我们将超越奈奎斯特定律的表面陈述，深入理解其背后的物理意义，探讨欠采样、超采样等特殊采样技术在实际应用中的优劣势。例如，在某些传感器应用中，为了降低 ADC 功耗或提高信噪比，我们会选择更低的采样率，但同时需要更复杂的后续数字滤波来恢复信号。 量化误差与动态范围： 分析量化误差对信号保真度的影响，介绍不同的量化策略（如均匀量化、非均匀量化）以及它们在不同应用场景下的适用性。我们将探讨如何通过增加量化比特数或采用过采样加数字滤波（Sigma-Delta 调制）来扩展系统的动态范围，以处理幅度变化范围巨大的信号。 抗混叠滤波器的设计与实现： 详细讲解抗混叠滤波器的作用、设计原则以及如何在数字域或模拟域实现。我们会分析不同滤波器类型（如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）的特性，以及它们在不同硬件平台下的实现复杂度。 2. 离散时间系统与卷积：信号的时域变换 LTI 系统的基本性质： 深入剖析线性时不变（LTI）系统的数学模型，理解其因果性、稳定性等关键特性。我们将通过丰富的实例，说明 LTI 系统如何在时域上对输入信号进行加权求和，即卷积运算。 卷积的计算方法与效率优化： 探讨直接卷积、FFT 卷积等不同计算方法，并分析它们在计算复杂度上的差异。对于实时系统而言，FFT 卷积的效率提升至关重要，我们将详细介绍如何利用快速傅里叶变换（FFT）算法实现高效的卷积运算，并讨论其在长序列处理中的应用。 差分方程与系统响应： 讲解差分方程如何描述离散时间系统的行为，并推导系统在不同激励下的瞬态响应和稳态响应。我们将从差分方程出发，通过 Z 变换等工具，分析系统的频率响应和相位响应，从而理解系统如何影响信号的频谱。 3. 频率域的洞察：傅里叶变换与频谱分析 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： 详细介绍 DFT 的原理，并重点讲解 FFT 算法如何大幅度提高计算效率。我们将讨论不同 FFT 算法（如比特反转、蝶形运算）的实现细节，以及如何根据硬件资源选择最合适的 FFT 实现方式。 频谱泄漏与窗函数： 分析 DFT 在截断信号时产生的频谱泄漏现象，并介绍各种窗函数（如汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗）的特性及其在抑制频谱泄漏中的作用。我们将提供具体的指导，说明如何根据信号的特点和对频谱分辨率的要求来选择合适的窗函数。 功率谱密度（PSD）与能量谱密度（ESD）： 讲解如何利用傅里叶变换计算信号的功率谱密度和能量谱密度，以及它们在信号分析、噪声评估和系统辨识中的应用。我们将展示如何通过周期图法、Welch 方法等来估计 PSD，并讨论这些方法在处理非平稳信号时的局限性。 第二部分：核心实时处理算法与技术 1. 滤波器的设计与实现 IIR 滤波器设计： 深入探讨无限冲激响应（IIR）滤波器的设计方法，包括巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器等。我们将详细介绍如何根据滤波器规格（如通带、阻带、过渡带宽度、衰减度）来确定滤波器的阶数和系数，并讨论直接型、级联型、并联型等不同结构对计算精度和稳定性的影响。 FIR 滤波器设计： 详细讲解有限冲激响应（FIR）滤波器的设计方法，重点介绍窗函数法和频率采样法。我们将分析 FIR 滤波器的线性相位特性，以及它在对相位失真敏感的应用中的优势。 自适应滤波器： 介绍自适应滤波器的基本原理，包括最小均方（LMS）算法、归一化 LMS 算法、递归最小二乘（RLS）算法等。我们将重点分析这些算法在噪声消除、回声抑制、信道均衡等场景下的应用，并讨论它们在收敛速度、计算复杂度以及稳健性方面的权衡。 2. 调制与解调技术 幅度调制（AM）与幅度解调： 讲解 AM 的原理、优缺点，以及同步解调和包络检波等解调方法。 频率调制（FM）与频率解调： 深入分析 FM 的特点，以及调频解调技术（如鉴频器、PLL）的工作原理。 相位调制（PM）与相位解调： 介绍 PM 的基本概念，以及与 FM 的关系。 数字调制技术（ASK, FSK, PSK, QAM）： 重点讲解数字调制技术，包括其基本原理、星座图、误码率性能等。我们将详细分析 QAM（Quadrature Amplitude Modulation）在现代通信系统中的重要性，并讨论其不同阶数（如 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM）的性能和应用。 同步技术： 探讨在接收端如何实现载波同步和码元同步，以及这些同步技术在解调过程中的关键作用。 3. 相关与匹配滤波 自相关与互相关： 讲解自相关函数和互相关函数的定义和性质，以及它们在信号检测、模式识别、参数估计等方面的应用。 匹配滤波器的设计与性能： 深入分析匹配滤波器的原理，并推导出其最优性。我们将探讨如何利用匹配滤波器在噪声背景下最大化信号的信噪比，以及它在雷达、声呐等系统中的应用。 卷积的计算优化： 再次强调利用 FFT 加速卷积计算对于实时相关运算的重要性。 第三部分：实时处理的硬件与软件实现 1. 数字信号处理器（DSP）架构 专用 DSP 芯片的特点： 介绍 DSP 芯片在指令集、内存架构、算术逻辑单元（ALU）等方面与通用 CPU 的区别，以及这些特点如何优化信号处理运算。 流水线、并行处理与哈佛架构： 深入分析 DSP 芯片的流水线技术、指令级并行、多核处理等技术，以及哈佛架构（独立的数据总线和指令总线）如何提高数据访问效率。 硬件加速器： 介绍在 DSP 芯片或 FPGA 中常见的硬件加速器，如 DMA 控制器、硬件乘法器、FFT 单元等，以及它们如何分担 CPU 的计算负担，实现更高效的实时处理。 2. FPGA 在信号处理中的应用 FPGA 的可编程性与并行性： 阐述 FPGA 灵活的硬件结构和大规模并行计算能力如何使其成为实时信号处理的理想平台。 HDL 语言（Verilog/VHDL）与高层综合（HLS）： 讲解使用 Verilog 或 VHDL 进行硬件描述，以及通过 HLS 工具直接将 C/C++ 代码转换为硬件描述语言，从而加速开发流程。 IP 核的设计与集成： 介绍如何利用现有的 IP 核（如 FFT IP、FIR IP）来快速构建复杂的信号处理系统。 实时性约束与资源管理： 讨论在 FPGA 设计中如何处理时序约束，优化资源利用率，确保系统满足实时性要求。 3. 嵌入式系统中的实时软件开发 实时操作系统（RTOS）的应用： 讲解 RTOS 在任务调度、中断处理、多任务同步等方面如何为实时信号处理提供必要的软件支持。 多线程与进程间通信： 分析在嵌入式系统中如何利用多线程和进程间通信机制来组织和管理信号处理任务。 低功耗设计与优化： 探讨在资源受限的嵌入式环境中，如何通过算法优化、代码优化和硬件特性利用来实现低功耗目标。 算法的硬件映射与优化： 讲解如何将理论算法有效地映射到具体的硬件平台，并根据硬件特性进行优化，以达到最佳的实时性能。 第四部分：实际应用案例与工程实践 1. 通信系统中的实时处理： 软件定义无线电（SDR）： 介绍 SDR 的架构，以及如何利用 DSP 和 FPGA 实现灵活的无线通信系统，包括基带信号的生成与解调、信道编码与解码。 OFDM 系统： 深入讲解正交频分复用（OFDM）的原理，及其在 Wi-Fi、LTE 等现代无线通信中的应用，并分析 FFT/IFFT 在 OFDM 中的关键作用。 噪声抑制与干扰消除： 探讨在恶劣通信环境下，如何利用自适应滤波、谱减法等技术来提高信号质量。 2. 控制系统中的实时处理： 数字 PID 控制器： 讲解如何将模拟 PID 控制器转换为数字域实现，并分析其在电机控制、机器人控制等领域的应用。 状态估计与卡尔曼滤波器： 介绍卡尔曼滤波器及其变种（如扩展卡尔曼滤波器 EKF）在处理传感器噪声、估计系统状态方面的应用，例如在导航和目标跟踪系统中。 运动控制算法： 讨论在伺服系统、工业机器人等应用中，如何实时处理传感器反馈信号，并生成控制指令。 3. 音频与图像处理的实时挑战： 音频编解码： 讲解 MP3、AAC 等音频编码标准背后的 DSP 原理，以及实时编解码器的设计。 图像采集与预处理： 讨论在相机、视频监控等系统中，如何实时采集图像，并进行降噪、锐化、色彩校正等预处理。 目标检测与跟踪： 简要介绍实时目标检测和跟踪算法在安防、自动驾驶等领域的应用。 本书特色 理论与实践并重： 紧密结合理论知识与实际工程应用，提供丰富的代码示例和硬件实现思路。 深入剖析核心算法： 详细讲解各类 DSP 算法的数学原理、计算方法和性能特点。 关注硬件实现： 深入探讨 DSP 芯片和 FPGA 在信号处理中的应用，帮助读者理解软硬件协同设计。 案例丰富多样： 涵盖通信、控制、音频、图像等多个领域的实际应用，帮助读者将所学知识融会贯通。 面向工程实践： 聚焦于工程师在实际项目中可能遇到的问题，提供解决思路和工程经验。 目标读者 本书适合对数字信号处理感兴趣的电子工程、通信工程、自动化、计算机科学等专业的学生，以及从事相关领域研发的工程师和技术人员。特别是那些希望深入理解实时数字信号处理技术，并将其应用于实际项目中的读者，本书将是不可多得的参考。 通过阅读本书，您将能够： 深刻理解实时数字信号处理的基本原理和核心算法。 掌握如何设计和实现各种滤波器、调制解调器等关键模块。 了解 DSP 芯片和 FPGA 在信号处理中的优势和应用。 能够运用所学知识解决实际工程中的信号处理问题。 构建和优化具有高性能实时处理能力的数字系统。 让我们一同踏上这场探索信号律动的旅程，掌握数字世界的脉搏，赋能未来的创新科技。

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这本《9787512421738 实时数字信号处理实践方法——从理论到实现 北京航空航天大学出》的出现，简直是解了我燃眉之急！最近在做项目，需要处理大量的传感器数据，传统的信号处理方法感觉不够及时，而且很多理论知识点虽然看过，但一到实际应用就抓瞎，不知道如何下手。这本书的光看名字就觉得非常有针对性，“实时”、“实践”、“从理论到实现”，这几个关键词简直就是为我量身定做的。我一直觉得，学习技术最怕的就是纸上谈兵，理论再扎实，如果不能落地，那终究是空中楼阁。我非常期待它能提供一套清晰的、可操作的流程，让我能够快速理解实时数字信号处理的核心概念，并且能够将这些概念转化为实际的代码和算法。特别是“从理论到实现”这一点，我希望它不仅仅是罗列一些公式和算法，更能深入浅出地讲解每个步骤背后的原理，以及在不同场景下如何选择和优化算法。我很想知道书中是否会涉及一些常用的实时信号处理的工具和平台，比如DSP芯片、FPGA或者一些嵌入式系统，毕竟实际操作离不开这些硬件的支持。这本书如果能在这方面提供一些指导，那就太棒了！总之，我迫切希望它能成为我攻克实时信号处理难题的得力助手，让我能把理论知识真正转化为生产力，为我的项目添砖加瓦。

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老实说，在接触到这本书之前，我对“实时数字信号处理”这个概念的理解一直比较模糊，总觉得它是一个非常高深且遥不可及的领域。我过去接触的信号处理大多是离线分析，比如对录制的音频文件进行降噪，或者对采集的图像进行滤波。但现在的工作需要我处理动态变化的信号，比如雷达回波、生物电信号等等，这些信号要求在接收到的瞬间就进行分析和决策，稍有延迟都可能导致严重后果。所以，寻找一本能够系统讲解实时处理原理，并且提供实践指导的书籍，对我来说至关重要。我听说这本书的作者来自北京航空航天大学，这让我对它的学术严谨性和前沿性充满了信心。我特别关注的是书中对于“实践方法”的阐述，我希望能学到如何在实际的硬件平台上实现这些算法，包括对计算资源的优化、对时延的控制以及如何处理可能出现的各种噪声和干扰。我猜测书中可能会介绍一些经典的实时滤波算法、快速傅里叶变换（FFT）的实时实现方法，以及一些用于目标检测和跟踪的算法。如果它还能包含一些代码示例，那就更完美了！我非常期待通过这本书，能够建立起一个完整的实时信号处理的知识体系，并且掌握一套切实可行的实践技巧，将理论知识转化为实际的工程能力。

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我是一名刚刚入行的嵌入式开发工程师，目前负责一个需要进行声学信号采集和分析的项目。项目要求能够实时地识别不同的声音模式，并做出相应的反应，例如区分人声、环境噪声以及特定的警报声。这对我来说是一个巨大的挑战，因为我之前在学校里接触到的信号处理知识大多是理论层面的，对于如何在资源受限的嵌入式系统中实现高效的实时处理，我感到非常迷茫。这本书的出版，对我来说简直就像一束光，照亮了我前行的道路。我非常希望能从这本书中学习到如何将理论中的DSP算法，例如FIR、IIR滤波器，以及FFT等，有效地移植到嵌入式平台，并且如何对其进行优化，以满足实时的处理需求。我尤其关注“实践方法”的部分，我希望它能提供一些具体的步骤和技巧，告诉我如何进行系统设计、如何选择合适的硬件、如何编写高效的代码，以及如何进行性能的评估和调试。如果书中能提供一些针对嵌入式环境的实时信号处理案例，比如声纹识别、噪声消除等，那我将受益匪浅。我相信，通过深入学习这本书，我能够快速掌握实时数字信号处理的关键技术，为我的项目成功奠定坚实的基础，也为我未来的职业发展打下坚实的根基。

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最近在研究一种新的通信协议，其中涉及到大量的信号调制和解调过程。传统的信号处理方法在速度和效率上已经无法满足要求，我迫切需要掌握实时数字信号处理的技术，以便能够高效地对接收到的信号进行处理，并在极短的时间内完成信息的提取。这本书的出现，恰好满足了我的这一需求。我非常看重书中“从理论到实现”的叙述方式，我希望它能清晰地阐述各种实时信号处理算法背后的数学原理，并且详细地讲解如何在实际的工程中实现这些算法。我尤其期待书中能够涵盖一些与通信系统相关的实时信号处理技术，比如自适应滤波、同步技术、以及信道估计等。我猜测书中可能会介绍一些常用的DSP芯片或者FPGA的开发流程，以及如何利用这些硬件平台来实现高速的信号处理。我希望这本书能够帮助我理解如何将抽象的理论概念转化为具体的工程实现，从而能够独立完成通信系统中的信号处理模块的设计和开发。总而言之，我希望通过阅读这本书，能够全面提升我在实时数字信号处理领域的理论水平和实践能力，为我的研究和工作提供有力的支持。

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我在一个自动化控制系统的开发团队中工作，负责处理来自各种传感器（如编码器、陀螺仪、加速度计等）的实时数据。这些数据需要被快速准确地分析，以便系统能够及时做出相应的控制决策。然而，传统的信号处理方法往往存在一定的延迟，这对于需要高精度和高响应速度的自动化控制系统来说是不可接受的。这本书的标题“实时数字信号处理实践方法——从理论到实现”吸引了我，因为它精准地触及了我所面临的痛点。我非常渴望从书中学习到如何优化信号处理算法，以降低延迟，并提高处理效率。我希望书中能够详细讲解一些适用于实时系统的信号处理技术，比如滤波器设计、采样率转换、以及一些针对特定传感器信号的处理方法。更重要的是，我期待书中能够提供实际的实现案例和代码示例，让我能够将学到的理论知识快速应用到我的项目中。我希望这本书能够帮助我理解如何在硬件层面优化信号处理的性能，以及如何进行有效的系统集成和调试。通过这本书，我希望能为我的自动化控制系统带来更快的响应速度和更高的控制精度，从而提升整个系统的性能和可靠性。