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[美] DimitrisGManolakis 著

圖書標籤:

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121340703

商品編碼：29786642034

齣版時間：2018-06-29

商品參數

實用數字信號處理
	定價	118.00
	齣版社	電子 工業齣版社
	版次
	齣版時間	2018年06月
	開本
	作者	艾渤 等；（美）Dimitris G. Manolakis（迪米特裏 G. 馬諾萊剋斯），Vinay K. Ingle（維奈 K. 英格爾）
	裝幀
	頁數	0
	字數	0
	ISBN編碼	9787121340703

內容介紹

 本書係統地介紹瞭數字信號處理的基本概念和方法，並從實用性角度把數字信號處理理論和方法與實際應用技術相結閤。本書主要內容包括：離散信號與係統、z變換、信號的傅裏葉錶示、綫性時不變係統的變換分析、連續時間信號的采樣、離散傅裏葉變換及其計算、FIR以及IIR濾波器設計、多速率信號和隨機信號處理、有限字長效應等章節。這些章節安排的內容有助於讀者將數字信號處理理論與實際應用很好地結閤。

作者介紹

 Dimitris G. Manolakis：雅典大學電子工程專業博士，曾任教於美國東北大學、波士頓學院和伍斯特理工學院，現為麻省理工學院林肯實驗室研究員。研究方嚮為數字信號處理、自適應濾波、陣列處理、模式識彆、遙感、雷達係統。Vinay K. Ingle：美國倫斯勒理工學院電子與計算機工程專業博士，美國東北大學電子與計算機工程係副教授。研究方嚮為圖像處理、隨機過程、估計理論、高光譜圖像技術等。
艾渤，男，北京交通大學軌道交通控製與安全國傢重點實驗室特聘教授，博士生導師。國傢重點實驗室副主任。研究領域：無綫移動通信、電波傳播與無綫信道建模、功率放大器綫性化技術、信息物理融閤CPS係統。

目錄

di1章  引言 1

1.1  信號 1

1.2  係統 6

1.3  模擬、數字和混閤信號處理 9

1.4  數字信號處理應用 11

1.5  本書的組織方式 12

學習小結 13

復習題 14

di2章  離散時間信號與係統 15

2.1  離散時間信號 15

2.2  在MATLAB中生成和繪製信號 18

2.3  離散時間係統 20

2.4  綫性時不變係統的捲積描述 25

2.5  綫性時不變係統的特性 30

2.6  捲積的分析評價 34

2.7  捲積的數值計算 37

2.8  FIR濾波器的實時實現 39

2.9  FIR空間濾波器 40

2.10 由綫性常係數差分方程描述的係統 42

2.11 連續時間LTI係統 47

學習小結 50

復習題 51

習題 52

di3章  z變換 59

3.1  動機 59

3.2  z變換 60

3.3  逆z變換 65

3.4  z變換的性質 67

3.5  LTI係統的係統函數 70

3.6  由綫性常係數差分方程錶徵的LTI係統 72

3.7  極零點位置與時間域行為間的關係 74

3.8  單邊z變換 77

學習小結 79

復習題 80

習題 80

di4章  信號的傅裏葉錶示 87

4.1  正弦信號及其特性 87

4.2  連續時間信號的傅裏葉錶示 92

4.3  離散時間信號的傅裏葉錶示 102

4.4  傅裏葉級數和傅裏葉變換小結 109

4.5  離散時間傅裏葉變換的性質 111

學習小結 121

復習題 122

習題 123

di5章  LTI係統的變換分析 129

5.1  LTI係統的正弦響應 129

5.2  頻率域中LTI係統的響應 134

5.3  信號通過LTI係統後的失真 137

5.4  理想和實際濾波器 141

5.5  有理係統函數的頻率響應 144

5.6  頻率響應對極點和零點的依賴性 148

5.7  通過配置極零點設計簡單濾波器 153

5.8  幅度響應和相位響應之間的關係 158

5.9  全通係統 160

5.10可逆性和zui小相位係統 163

5.11連續時間LTI係統的變換分析 166

學習小結 176

復習題 177

習題 178

di6章  連續時間信號的采樣 187

6.1  連續時間信號的理想周期采樣 187

數字信號處理：理論、方法與應用 概述 數字信號處理（Digital Signal Processing, DSP）是現代電子工程、通信、計算機科學以及眾多交叉學科的核心技術之一。它涉及將模擬信號（如聲音、圖像、視頻、傳感器讀數等）轉換為數字形式，然後通過一係列數學運算進行分析、變換、濾波、壓縮、增強或重建，最終將其還原為可用的模擬信號或直接進行數字域的應用。本書旨在係統深入地介紹數字信號處理的基本理論、核心算法、關鍵技術及其在實際工程中的廣泛應用，為讀者構建一個紮實而全麵的DSP知識體係。 本書內容涵蓋DSP的基石，從離散時間信號與係統的基本概念齣發，逐步深入到傅裏葉分析、Z變換、濾波器設計、隨機信號處理等核心主題。同時，我們也將探討更高級的DSP技術，如自適應濾波、小波分析、譜估計等，並重點關注其在通信係統、音頻視頻處理、醫學成像、控製係統等前沿領域的應用實例。本書力求理論與實踐相結閤，既注重數學原理的嚴謹推導，又強調算法實現的可行性與效率，並輔以豐富的實例和練習，幫助讀者深入理解概念並掌握實際操作能力。 第一部分：DSP基礎理論 第一章：離散時間信號與係統 本章是DSP的起點，將介紹描述信號和係統的基本概念。 離散時間信號： 介紹連續時間信號（CT）和離散時間信號（DT）的定義和區彆。重點講解采樣定理，闡述如何將連續時間信號以特定速率轉換為離散時間信號，以及采樣率選擇的重要性，包括奈奎斯特率和混疊現象。討論常見的離散時間信號類型，如單位脈衝信號、單位階躍信號、指數信號、正弦信號、周期信號等，並介紹它們的數學錶示和特性。 離散時間係統： 引入離散時間係統的概念，即處理離散時間信號的“黑盒子”。講解係統的基本性質： 綫性（Linearity）： 解釋疊加原理（齊次性和可加性）如何定義綫性係統。 時不變性（Time-invariance）： 闡述係統響應隨著時間平移而保持不變的特性。 因果性（Causality）： 定義因果係統，即係統的輸齣僅依賴於當前和過去的輸入，而不依賴於未來的輸入。 穩定性（Stability）： 介紹BIBO（Bounded-Input, Bounded-Output）穩定性，即有限的輸入會産生有限的輸齣。 捲積（Convolution）： 這是理解LTI（綫性時不變）係統至關重要的概念。詳細推導離散時間LTI係統的輸入-輸齣關係，即輸齣信號是輸入信號與係統單位脈衝響應的捲積。講解捲積的計算方法，包括圖解法和代數法。強調單位脈衝響應（Impulse Response, h[n]）是錶徵LTI係統的“指紋”，能夠完全描述係統的行為。 差分方程（Difference Equations）： 介紹如何使用差分方程來描述離散時間LTI係統。解釋遞歸（IIR）和非遞歸（FIR）係統的區彆，以及差分方程與單位脈衝響應之間的關係。 第二章：傅裏葉分析 傅裏葉分析是DSP的核心工具，它允許我們將信號分解為不同頻率的成分進行分析。 傅裏葉級數（Fourier Series, FS）： 介紹周期信號可以用一係列正弦和餘弦（或復指數）函數的和來錶示。詳細推導周期離散時間信號的傅裏葉級數錶示，包括計算傅裏葉係數的方法。理解傅裏葉級數如何揭示周期信號的頻率成分。 傅裏葉變換（Fourier Transform, FT）： 擴展傅裏葉級數到非周期信號。介紹連續時間信號的傅裏葉變換和離散時間信號的傅裏葉變換（DTFT）。重點講解DTFT，它揭示瞭離散時間信號的頻率內容，盡管它本身可能是一個連續的函數。解釋DTFT的性質，如綫性、時移、頻移、捲積性質、能量/功率守恒等。 離散傅裏葉變換（Discrete Fourier Transform, DFT）： 引入DFT，這是在計算機上進行傅裏葉分析的實際工具。DFT將一個有限長度的離散時間信號轉換為一個有限長度的離散頻率序列。詳細介紹DFT的定義、計算公式及其性質。 快速傅裏葉變換（Fast Fourier Transform, FFT）： 討論DFT計算的計算復雜度（O(N^2)），並介紹FFT算法，如Cooley-Tukey算法，它能夠以O(N log N)的復雜度高效計算DFT。強調FFT在實際DSP應用中的關鍵作用。 功率譜密度（Power Spectral Density, PSD）和能量譜密度（Energy Spectral Density, ESD）： 介紹如何利用傅裏葉變換來分析信號的功率和能量分布在不同頻率上的情況。 第三章：Z變換 Z變換是傅裏葉分析在離散時間係統分析中的推廣，尤其適用於分析因果和非因果係統，以及穩定性和收斂性。 Z變換的定義： 介紹單邊Z變換和雙邊Z變換。重點講解雙邊Z變換，並引入收斂域（Region of Convergence, ROC）。 Z變換的性質： 詳細講解Z變換的重要性質，包括綫性、時移（時域和s域）、乘以n、微分（s域）、捲積等。 逆Z變換： 介紹如何從Z變換錶達式恢復時域信號，包括部分分式展開法和圍道積分法。 LTI係統的Z域錶示： 將差分方程轉換為Z域下的係統函數（Transfer Function, H(z)）。分析係統函數的零點和極點如何影響係統的頻率響應和穩定性。 係統分析： 利用Z變換分析係統的穩定性（極點在單位圓內）、因果性（ROC包含無窮遠）以及頻率響應。 第二部分：DSP濾波器設計 濾波器是DSP中最重要和最常見的應用之一，用於選擇性地通過或抑製信號的某些頻率成分。 第四章：無限衝激響應（IIR）濾波器設計 IIR濾波器具有無限長的單位衝激響應，通常用較少的階數就能實現高階的濾波效果，但可能存在穩定性問題。 IIR濾波器設計的基本思想： 介紹如何從連續時間濾波器（如Butterworth, Chebyshev, Elliptic）的模 型，通過巴特沃斯變換（Bilinear Transform）等方法，將其轉換為離散時間IIR濾波器。 Butterworth濾波器： 介紹其平坦的通帶特性。 Chebyshev濾波器（Type I and Type II）： 介紹其在通帶或阻帶上的紋波特性。 Elliptic濾波器： 介紹其在通帶和阻帶上都允許紋波，但能以最低的階數實現最陡的過渡帶。 IIR濾波器結構： 講解直接形式、級聯形式、並聯形式等不同的實現結構，並討論其數值穩定性和計算效率。 第五章：有限衝激響應（FIR）濾波器設計 FIR濾波器具有有限長度的單位衝激響應，其優點是固有穩定，且可以設計齣綫性相位濾波器，避免引起信號失真。 FIR濾波器的優點： 強調FIR濾波器實現的精確綫性相位特性，這對某些應用（如語音、數據傳輸）至關重要。 FIR濾波器設計方法： 窗函數法（Windowing Method）： 介紹截斷無限長理想濾波器響應的方法。詳細講解各種窗函數，如矩形窗、Hanning窗、Hamming窗、Blackman窗、Kaiser窗等，分析它們對濾波器頻率響應（阻帶衰減、過渡帶寬度、旁瓣幅度）的影響，以及如何選擇閤適的窗函數。 頻率采樣法（Frequency Sampling Method）： 通過在特定頻率點上指定濾波器響應來設計FIR濾波器。 最優設計法（Optimal Design Method, Parks-McClellan Algorithm）： 介紹利用Remez交換算法設計最優FIR濾波器，能夠達到最佳的頻率響應逼近效果，尤其適用於設計具有特定紋波的濾波器。 FIR濾波器結構： 介紹直接形式、移位纍加器形式等FIR濾波器實現結構。 第三部分：高級DSP技術與應用 第六章：隨機信號處理 許多實際信號都受到噪聲的乾擾，理解和處理隨機信號是DSP的重要組成部分。 隨機變量與隨機過程： 介紹隨機變量和隨機過程的基本概念，如均值、方差、自相關函數、互相關函數。 平穩隨機過程（Stationary Random Processes）： 介紹寬平穩（WSS）和狹義平穩（SSS）的概念。 功率譜密度（PSD）： 再次強調PSD在分析隨機信號頻率成分中的作用，以及如何從自相關函數通過Wiener-Khinchin定理得到PSD。 周期圖法（Periodogram）與改進的周期圖法： 介紹估計隨機信號PSD的方法。 綫性濾波器的隨機信號輸齣： 分析LTI係統對隨機信號的輸齣的統計特性。 第七章：自適應濾波 自適應濾波器能夠根據輸入信號的統計特性變化而自動調整其濾波器係數，以達到某種優化準則，例如最小均方誤差。 自適應濾波器的基本原理： 解釋自適應濾波器是如何工作的，包括濾波、誤差計算、濾波器係數更新等環節。 LMS（Least Mean Squares）算法： 詳細講解LMS算法，包括其收斂性、步長參數的選擇以及在不同應用中的錶現。 RLS（Recursive Least Squares）算法： 介紹RLS算法，它通常比LMS收斂更快，但計算復雜度更高。 自適應濾波器的應用： 講解其在噪聲抵消（如迴聲消除、語音增強）、信道均衡、模式識彆等領域的應用。 第八章：小波分析 小波分析提供瞭一種時頻局部化的信號分析方法，能夠同時捕捉信號的瞬態特徵和頻率信息，在信號壓縮、去噪、特徵提取等方麵具有獨特優勢。 連續小波變換（CWT）： 介紹CWT的基本概念，包括尺度（scale）和位移（translation）。 離散小波變換（DWT）： 介紹DWT，特彆是多分辨率分析（Multiresolution Analysis, MRA）的思想，以及Mallat算法的快速實現。 小波濾波器組（Wavelet Filter Banks）： 講解DWT與濾波器組之間的關係，包括低通和高通濾波器。 小波變換的應用： 探討其在圖像壓縮（如JPEG2000）、信號去噪、故障診斷、金融時間序列分析等領域的應用。 第九章：譜估計 當信號的統計特性未知或隨時間變化時，如何準確估計其功率譜密度（PSD）是一個重要的問題。 經典譜估計方法： 復習周期圖法。 現代譜估計方法： 參數模型法： 如AR（自迴歸）、MA（移動平均）、ARMA（自迴歸移動平均）模型，並介紹Yule-Walker方程、Burg方法等。 非參數模型法： 如Welch方法，通過分段平均來降低周期圖法的方差。 譜估計的應用： 信號分析、模式識彆、通信係統性能評估等。 第十章：DSP在通信係統中的應用 數字信號處理在現代通信係統中扮演著核心角色。 數字調製解調： 講解ASK, PSK, QAM等數字調製技術，以及相應的解調器設計。 信道編碼與解碼： 介紹糾錯碼（如Hamming碼、捲積碼、Turbo碼、LDPC碼）在提高通信可靠性方麵的作用。 信道均衡： 講解如何使用FIR或自適應濾波器來補償信道引起的失真，例如多徑傳播。 OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）： 介紹OFDM技術，它通過將高速數據流分割成多個低速數據流，並在多個正交子載波上傳輸，來對抗多徑衰落。FFT/IFFT在OFDM實現中的作用。 數字濾波在通信中的作用： 如匹配濾波器、帶通濾波器、抗混疊濾波器等。 第十一章：DSP在音頻和視頻處理中的應用 音頻和視頻信號的處理是DSP最直觀和廣泛的應用領域之一。 音頻信號處理： 采樣與量化： 討論CD音質、MP3等標準。 音頻壓縮： 介紹MP3, AAC等音頻編碼標準背後的D SP技術。 音頻增強與效果： 如降噪、迴聲消除、混響、均衡器、音效處理。 語音識彆與閤成： 介紹其基本原理和DSP的作用。 視頻信號處理： 圖像采樣與量化： 像素、灰度級、彩色空間（RGB, YUV）。 圖像壓縮： 介紹JPEG, MPEG等圖像和視頻編碼標準中的DCT（離散餘弦變換）、DWT（離散小波變換）、運動估計等DSP技術。 圖像增強： 如對比度增強、銳化、去模糊。 圖像濾波： 如平滑濾波（高斯濾波）、邊緣檢測（Sobel, Canny）。 視頻分析： 如目標跟蹤、場景分割。 第十二章：DSP在其他領域的應用 醫學成像： CT, MRI, 超聲成像等成像技術中的信號處理，如濾波、重建算法。 控製係統： 數字PID控製器設計，信號采樣與控製。 雷達與聲納： 目標檢測、距離和速度估計，信號濾波。 儀器儀錶與傳感器： 數據采集、信號處理與分析。 結論 本書通過對數字信號處理理論、方法和關鍵算法的係統講解，以及深入剖析其在通信、音頻視頻、醫學、控製等眾多領域的應用，旨在為讀者提供一個堅實的DSP知識基礎。掌握DSP技術，不僅是理解現代電子工程和信息技術運行機製的關鍵，也是從事相關領域研發和創新的必備能力。我們鼓勵讀者通過實踐和進一步的探索，將本書所學知識轉化為解決實際問題的強大工具，為技術進步貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我對“國外電子與通信教材係列”這個標簽本身就有一種天然的信賴感。很多基礎理論的奠基工作都是在國外完成的，那些經典的教材往往經過瞭數十年的教學實踐檢驗，邏輯鏈條非常清晰，推理過程滴水不漏。我以前看過的幾本同係列的書，無一例外都非常“硬核”，適閤係統學習。這本書如果能保持這種水準，那麼它在深入講解離散時間係統、隨機信號處理這些高階內容時，想必會非常到位。我尤其想知道作者是如何處理“量化噪聲”和“有限精度效應”這些在實際嵌入式係統開發中至關重要的工程細節的。很多教科書在理論上完美無瑕，但一到實際操作層麵就立馬“露餡”。如果這本書能在保證理論深度的情況下，融入這些“不那麼完美”的現實因素，並給齣相應的數學模型和解決方案，那對於我這種偏嚮應用研究的人來說，價值就不可估量瞭。它應該是一本能讓你在閉捲考試中拿到高分，並且在項目開發中少走彎路的工具書。

評分☆☆☆☆☆

我注意到書名裏似乎強調瞭“理論”二字，這讓人又燃起瞭對基礎功的期盼。在如今這個時代，很多速成的教程充斥網絡，它們可能教你如何調用現成的庫函數快速得到結果，但一旦遇到庫函數無法解決的邊緣情況，或者需要進行算法優化時，就束手無策瞭。數字信號處理的魅力恰恰在於其優雅的數學結構，從連續時間係統到離散時間的巧妙過渡，每一個定義和定理背後都有深刻的物理或信息論意義。一本好的教材，應該把這種美感展現齣來。我希望它能細緻地闡述拉普拉斯變換和Z變換之間的映射關係，清晰地界定周期序列和非周期序列在傅裏葉分析中的處理差異。如果這本書能夠用清晰的邏輯，引導讀者一步步建立起對信號係統穩定性和因果性的深刻理解，而不是僅僅停留在“滿足這個條件就是穩定的”的錶麵描述，那它就不僅僅是一本應試教材，更是一本能夠構建完整知識體係的裏程碑式的作品。

評分☆☆☆☆☆

這書名裏帶著“實用”二字，讓我有點好奇它到底“實用”到什麼程度。數字信號處理這門課，很容易讓人陷入純粹的數學推導泥潭，讓人感覺高深莫測，仿佛是專為理論物理學傢準備的。我希望這本書能夠有效地架起理論與工程實踐之間的橋梁。所謂的實用，我認為不僅僅是多放幾個Matlab代碼示例，而是要教會讀者如何根據一個具體的工程需求（比如要求截止頻率誤差小於多少，通帶紋波小於多少），反推齣需要采用哪種濾波器結構、具體參數應該如何選取。例如，在介紹快速傅裏葉變換（FFT）時，除瞭講清楚算法原理，最好能剖析一下不同窗函數（漢寜窗、海明窗等）在實際頻譜分析中帶來的優缺點和適用場景。如果這本書能做到這一點，讓讀者在學完之後，麵對一個實際的信號處理任務時，能夠自信地說：“我懂，我能設計並實現它”，那麼它的“實用”價值就真正體現齣來瞭。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計倒是挺吸引人的，那種帶著點年代感的理工科教材風格，讓人一下子就能聯想到那些厚厚的、知識點密集的專業書籍。我記得我當年選修數字信號處理的時候，手裏捧著一本翻譯過來的教材，內容確實是紮實，但閱讀體驗嘛……隻能說全靠毅力。這本書如果能繼承那種嚴謹的治學態度，同時在排版和圖示上有所改進，那簡直是福音瞭。我特彆關注的是它對傅裏葉變換、Z變換這些核心概念的闡述深度。好的教材不光是堆砌公式，更重要的是能提供直觀的物理意義和工程背景，讓人明白“為什麼這麼做”，而不是隻會機械地套用公式。尤其是在介紹濾波器的設計和實現部分，如果能結閤一些實際的例子，比如音頻處理中的降噪、圖像處理中的銳化，哪怕隻是簡單的框圖演示，都會大大提升學習的興趣和效率。我希望它在現代DSP芯片的應用方麵也能有所提及，畢竟理論聯係實際纔是學習工程技術的王道。總之，對這種“官方正版”的教材，我總是抱有一種期待，希望能看到一個更貼近當代學習習慣的經典重塑。

評分☆☆☆☆☆

對於一個已經工作幾年，但想重新梳理DSP知識體係的工程師來說，選擇教材的關鍵在於“精確度”和“覆蓋麵”。我們需要的不是最基礎的入門介紹，而是那種能深入到細節，提供足夠廣闊視野的內容。比如，這本書在介紹自適應濾波（如LMS算法）時，是否能詳細討論收斂速度、穩態誤差與步長參數之間的權衡取捨？在涉及到多速率信號處理時，它對抽取和插值濾波器組的設計是如何論述的？我期望這本書的章節編排能夠體現齣對現代通信係統和嵌入式係統要求的深刻理解，確保覆蓋瞭諸如小波變換、高通濾波器的實現技巧等前沿或關鍵技術點。如果它能像一本技術手冊一樣，在你遇到具體技術瓶頸時，能迅速定位到相關章節，並提供詳盡的數學推導和工程參考，那麼它就不僅僅是一本“包郵”的商品，而是物超所值的知識投資瞭。