实时数字信号处理实践方法——从理论到实现 金靖 9787512421738 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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金靖 著

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出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512421738

商品编码：29573282587

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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《数字信号处理：原理、算法与应用》 引言 数字信号处理（DSP）是信息科学和工程领域的核心技术之一，它彻底改变了我们处理、分析和理解信息的方式。从通信系统到音频视频处理，从医疗成像到科学仪器，DSP无处不在，支撑着现代科技的飞速发展。本书旨在为读者提供一个全面而深入的数字信号处理知识体系，涵盖其核心原理、关键算法以及广泛的实际应用，力求在理论深度与工程实践之间取得平衡，帮助读者掌握DSP的精髓，并将其应用于解决实际问题。 第一部分：数字信号处理基础 本部分将奠定读者理解DSP的坚实基础。 第一章：信号与系统的基本概念 信号的分类与表示： 详细介绍连续时间信号与离散时间信号、周期信号与非周期信号、能量信号与功率信号、确定性信号与随机信号等。我们将探讨信号的数学表示方法，如冲激函数、阶跃函数等，以及它们在时域和频域的特性。 系统及其分类： 定义系统是信号转换的数学模型，介绍线性系统、时不变系统、因果系统、稳定系统等关键属性。理解这些属性对于分析和设计DSP系统至关重要。 卷积与系统响应： 深入讲解卷积的定义、性质及其在LTI（线性时不变）系统分析中的核心作用。我们将探讨零输入响应和零状态响应的概念，以及如何通过卷积计算系统的输出。 第二章：离散时间信号的变换 傅里叶级数与傅里叶变换： 介绍周期离散时间信号的傅里叶级数表示，以及非周期离散时间信号的傅里叶变换。重点阐述傅里叶变换的意义，即信号在频率域的分布，及其在信号分析中的应用，如频谱分析。 离散傅里叶变换（DFT）： 深入研究DFT的定义、性质及其在计算机实现中的重要性。我们将详细推导DFT的性质，包括线性、时移、频移、共轭对称性、帕塞瓦尔定理等，并分析其在信号分析和处理中的应用。 快速傅里叶变换（FFT）： 介绍FFT算法作为DFT的高效计算方法。我们将讲解FFT的核心思想，如按时间抽样（DIT）和按频率抽样（DIF）的蝶形算法，分析其计算复杂度，并探讨其在工程应用中的优势。 第三章：Z变换及其性质 Z变换的定义与收敛域： 介绍Z变换作为拉普拉斯变换在离散时间系统中的对应。详细讨论Z变换的定义、单位圆、收敛域（ROC）的概念，以及ROC如何决定系统的稳定性和因果性。 Z变换的性质： 详细阐述Z变换的线性性、时移性、乘法性、微分性等性质，并分析这些性质如何简化系统分析和求解差分方程。 逆Z变换： 介绍计算逆Z变换的多种方法，包括长除法、部分分式展开法和留数定理法，以及如何通过逆Z变换从系统函数获得系统的脉冲响应。 第二部分：数字滤波器设计 滤波器是DSP中最基本也是最重要的工具之一，用于去除信号中的噪声或提取特定频率成分。本部分将深入探讨数字滤波器的设计。 第四章：无限冲激响应（IIR）滤波器设计 IIR滤波器的基本原理： 介绍IIR滤波器的结构和差分方程表示，强调其反馈特性和无限冲激响应。 模拟滤波器设计基础： 回顾巴特沃斯、切比雪夫（I型和II型）以及椭圆滤波器的设计思想和幅度响应特性。 从模拟到数字的变换： 详细介绍脉冲不变法、双线性变换法等将模拟滤波器原型变换为数字IIR滤波器的经典方法，分析它们的优缺点和适用场景。 IIR滤波器的实现： 讨论直接型、级联型和并联型等IIR滤波器结构，分析它们的计算量、数值稳定性以及对系数的敏感性。 第五章：有限冲激响应（FIR）滤波器设计 FIR滤波器的基本原理： 介绍FIR滤波器的结构和差分方程表示，强调其前馈特性和有限冲激响应，以及其固有的稳定性和线性相位特性。 FIR滤波器的窗口设计法： 讲解矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等不同窗函数对滤波器频率响应的影响，分析其在阻带衰减和过渡带宽度之间的权衡。 最优逼近设计法（Parks-McClellan算法）： 介绍Parks-McClellan算法，一种基于切比雪夫最优化的算法，能够设计出在特定频带内误差最小的FIR滤波器，尤其适用于需要严格幅频特性的场合。 FIR滤波器的实现： 讨论直接型、系数共享型等FIR滤波器结构，分析它们的计算效率和硬件实现复杂度。 第三部分：高级数字信号处理技术 本部分将探讨更复杂和前沿的DSP技术，为解决更具挑战性的问题提供理论和方法。 第六章：多速率信号处理 采样率变换： 详细介绍上采样（插值）和下采样（抽取）的概念和数学模型，以及它们在信号率变换中的作用。 抽取滤波器与插值滤波器： 讲解抽取滤波器和插值滤波器的设计原则，分析它们在多速率系统中的关键作用，如何防止混叠和镜像。 多速率系统的应用： 探讨多速率信号处理在通信系统（如软件无线电）、音频编码、图像处理等领域的广泛应用。 第七章：自适应信号处理 自适应滤波器的基本原理： 介绍自适应滤波器的工作原理，即滤波器系数能够根据输入信号的统计特性自动调整，以满足某种性能指标。 最小均方（LMS）算法： 详细讲解LMS算法，一种广泛应用的自适应滤波算法，分析其收敛速度、计算复杂度以及在噪声消除、均衡等方面的应用。 递归最小二乘（RLS）算法： 介绍RLS算法，分析其相比LMS算法在收敛速度上的优势，以及其在信号跟踪和预测中的应用。 自适应滤波器的应用： 探讨自适应滤波器在回声消除、噪声抑制、信道均衡、模式识别等实际工程问题中的应用。 第八章：谱估计 经典谱估计方法： 回顾周期图法、Welch法等经典谱估计方法，分析它们的原理、优缺点以及在信号频谱分析中的应用。 现代谱估计算法： 介绍模型驱动的谱估计方法，如AR模型、MA模型、ARMA模型及其对应的谱估计算法（如Yule-Walker方程、Burg算法）。分析这些方法在提高谱分辨率和信噪比方面的优势。 高分辨率谱估计： 探讨如MUSIC（多重信号分类）和ESPRIT（预测误差方法）等高分辨率谱估计技术，分析它们在解决相干信号或窄带信号频谱分析问题中的能力。 第四部分：数字信号处理的应用 本部分将通过具体实例，展示DSP在各个领域的实际应用，帮助读者将理论知识转化为解决实际问题的能力。 第九章：通信系统中的DSP 调制与解调： 介绍ASK、FSK、PSK、QAM等数字调制解调技术，以及DSP在实现这些过程中的作用，如符号定时恢复、载波同步等。 信道编码与解码： 探讨纠错码（如海明码、卷积码、Turbo码、LDPC码）的基本原理，以及DSP在编码和解码过程中的实现。 自适应均衡： 详细讲解自适应均衡技术在克服多径效应和符号间干扰（ISI）在通信信道中的作用。 第十章：音频与图像信号处理 音频信号处理： 介绍音频信号的采样、量化、编码（如MP3、AAC），以及在音频压缩、去噪、混响、均衡等方面的DSP应用。 图像信号处理： 讲解图像的采样、量化，以及在图像增强、锐化、边缘检测、滤波、压缩（如JPEG）等方面的DSP技术。 多媒体编解码： 探讨视频编解码标准（如H.264/AVC, H.265/HEVC）背后的DSP原理，包括运动估计、变换编码、熵编码等。 第十一章：生物医学信号处理 ECG/EEG/EMG信号分析： 介绍心电图（ECG）、脑电图（EEG）、肌电图（EMG）等生物医学信号的特性，以及DSP在这些信号的滤波、特征提取、模式识别和诊断辅助中的应用。 医学成像： 探讨数字信号处理在X射线、CT、MRI、超声成像等技术中的核心作用，包括图像重建、降噪和增强。 第十二章：其他领域的DSP应用 雷达与声纳系统： 介绍DSP在目标检测、距离测量、速度估计、目标跟踪等雷达和声纳系统中的应用。 控制系统： 探讨DSP在数字控制系统中的作用，如滤波器设计、控制器实现、系统辨识等。 科学仪器与数据采集： 阐述DSP在高性能数据采集系统、传感器信号处理和仪器仪表设计中的应用。 结论 本书通过对数字信号处理原理、算法和应用的全方位讲解，旨在为读者构建一个系统性的知识框架。我们相信，掌握了这些基础和高级的DSP技术，读者将能够更好地理解和应对当今社会和未来科技发展中涌现的各种信息处理挑战，并在各自的专业领域内实现创新和突破。无论是初学者还是有一定经验的工程师，本书都将是您学习和研究数字信号处理的宝贵资源。

评分☆☆☆☆☆

我对数字信号处理领域的兴趣由来已久，特别是在这个信息爆炸的时代，理解和处理海量数据变得前所未有的重要。我一直觉得，学习DSP不仅是掌握一门技术，更是打开了一扇通往许多创新应用的大门。这本书以“实践方法”为切入点，让我看到了将其理论知识转化为实际能力的可能性。我非常想了解书中是否会深入探讨一些DSP中的关键技术，比如在通信系统中如何进行信道编码与解码、在音频处理中如何实现降噪与回声消除，以及在图像和视频处理中如何进行特征提取和压缩。我尤其关心书中关于“实现”的部分，是否能提供详细的算法描述、伪代码，甚至是具体编程语言的实现示例。例如，在设计一个实时音频滤波系统时，如何选择合适的采样率，如何根据信号特性动态调整滤波器参数，以及如何将这些算法部署到嵌入式设备上，这些都是我迫切想了解的内容。如果书中能提供一些不同应用场景下的对比分析，例如在嵌入式系统和高性能计算平台上的实现差异，那将更有指导意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名《实时数字信号处理实践方法——从理论到实现》立刻抓住了我的眼球，因为它精准地概括了我对DSP学习的期望。我一直认为，DSP的魅力在于它能够将抽象的数学模型转化为解决现实世界问题的强大工具。在过去的学习过程中，我常常感到理论知识虽然扎实，但缺乏将这些理论转化为具体可执行方案的能力，尤其是在处理实时性要求极高的应用时。我希望这本书能够填补这一空白，深入讲解如何在实际系统中实现高效的信号处理。例如，在通信领域，如何设计和实现高效的解调算法；在工业控制领域，如何利用DSP进行精确的测量和反馈；在消费电子领域，如何优化算法以在功耗和性能之间取得平衡。我特别关注书中关于“实践方法”的部分，期望它能提供具体的工程设计思路、算法优化技巧、以及在不同硬件平台上的实现注意事项。如果书中能够包含实际的案例研究，展示如何从需求分析、理论建模、算法设计到最终的软硬件实现的全过程，那将是无价的。

评分☆☆☆☆☆

在当前的科技发展浪潮中，数字信号处理扮演着越来越重要的角色，几乎渗透到我们生活的方方面面。从智能手机的语音识别到高端的医疗成像设备，再到复杂的通信系统，DSP技术的应用无处不在。我一直对DSP的强大能力感到着迷，并渴望能深入了解其背后的原理和实现方法。这本书的名字让我眼前一亮，特别是“实时”这个词，它意味着这本书将重点关注如何在有限的时间和资源内高效地处理信号，这正是许多实际应用中最为迫切的需求。我非常希望书中能够涵盖诸如高级滤波技术、自适应滤波、多速率信号处理、小波变换等更前沿的DSP概念，并不仅仅停留在基础的DFT和FFT。同时，对于实时实现的挑战，书中是否能提供一些具体的工程化解决方案，比如如何进行算法优化以降低计算复杂度，如何利用并行计算和多线程技术提高处理速度，以及如何处理硬件约束下的精度和功耗问题。我期待书中能有真实的工程案例分析，让我们能从实践中学习，理解在真实世界中DSP工程师是如何解决复杂问题的。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚入门DSP领域的学生，我一直在寻找一本既能打下坚实理论基础，又能指导实际操作的书籍。目前市面上很多教材侧重于理论推导，虽然严谨但往往显得枯燥且难以与实际工程脱钩；而一些实践类的书籍又可能忽略了理论的深度，导致读者知其然不知其所以然。这本书的出现，让我看到了理论与实践相结合的希望。我非常关注书中是否能系统地介绍DSP的基本概念，例如采样定理、离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT），以及数字滤波器的设计原则等。更重要的是，我希望它能提供具体的实现步骤和代码示例，最好能涵盖多种编程语言或平台，如C/C++、Python，甚至嵌入式系统开发。例如，在讲解FFT算法时，除了理论公式，如果能详细说明如何基于FFT进行频谱分析，如何处理窗口函数以减小频谱泄漏，以及如何处理实时数据流，那将非常有价值。此外，关于数字滤波器的设计，我也期待书中能给出不同类型滤波器（如FIR、IIR）的优缺点分析，以及在不同应用场景下的选择指南，并附带实际的参数调整技巧，帮助我们更好地理解和应用这些理论。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，无疑为我这样的DSP爱好者提供了一扇了解前沿技术的窗口。我一直对数字信号处理的理论基础很感兴趣，但苦于缺乏将这些理论转化为实际应用的指导。书名中的“实践方法”和“从理论到实现”正是我所期盼的。我个人在学习过程中，常常会遇到理论清晰但落地困难的情况，比如在选择合适的滤波器设计方法时，理论上知道几种，但实际应用中哪种更优、如何调优参数，往往需要大量的尝试和经验积累。这本书如果能深入浅出地讲解各种实际应用场景下的滤波器设计、采样率转换、FFT应用等核心技术，并辅以详细的算法实现细节和代码示例，那将是极大的福音。尤其是对于实时性要求极高的系统，如通信、音频处理、雷达等领域，如何优化算法以满足低延迟、高吞吐量的需求，是关键中的关键。我期待书中能够详细阐述这些优化策略，比如如何利用硬件加速、如何进行算法并行化、如何选择高效的数据结构等。同时，理论的深入讲解与实际应用的结合，能够帮助我们理解“为什么”这样做，而不仅仅是“怎么做”，从而建立起更扎实的DSP知识体系。