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数字信号处理

算法/实例/源代码+信号处理杂谈+配套实验教材+PPT+教学大纲

作者:许可、万建伟
丛书名:面向新工科的电工电子信息基础课程系列教材
定价:49
印次:1-6
ISBN:9787302564645
出版日期:2020.12.01
印刷日期:2024.07.01

教材主要分为两大部分:离散傅里叶变换(DFT)及其快速算法(FFT),数字滤波器的设计与实现。 第一部分主要讲解离散傅里叶变换的基本概念和性质,最终落脚点在离散傅里叶变换的应用,包括计算线性卷积,对模拟信号进行频谱分析等内容。 第二部分主要讲解数字滤波器的设计,包括IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的设计。

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前言 本书主要在《时域离散信号处理》(国防科技大学出版社,1994年出版)的基础上进行改写。与原版相比,新版的改进和特点主要体现在以下四个方面: 第一,对原版结构进行了调整和优化。将数字信号处理从内容上划分为离散傅里叶变换和数字滤波器两大模块,按照“算法→应用→快速算法(FFT)”介绍离散傅里叶变换,按照“IIR→FIR→实现”介绍数字滤波器。 第二,突出数字信号处理对象的重要特点,不过多重复前修课程内容。按照“时域分析→频域分析→z域分析”的思路,对“信号与系统”中离散时间信号与系统的知识点进行了归纳和总结,强调数字信号处理的主要对象是时域离散且有限长的一段信号样本。 第三,增加了大量MATLAB例程。MATLAB交互性好,集成度高,易于上手,号称“草稿纸”式的编程语言,也是深入理解数字信号处理的一把“万能钥匙”。本书大部分例题都采取先进行理论分析和解答,再用MATLAB仿真验证的思路,全部MATLAB源代码都可以在配套实验教材《信号处理仿真实验》(第二版)(清华大学出版社,2020年出版)中扫描二维码下载。 第四,增加了信号处理杂谈。实事求是地说,传统的数字信号处理课程概念抽象,公式偏多,是一门令人“望而生畏”的专业基础课。出版本书的一个重要目的就是要把数字信号处理建设成为一门“有温度”的课程,因此最后一章专门收集整理了一些有关信号处理的人物轶事、历史钩沉和奇谈怪论,以飨读者。 本书一共9章,其中第1章为绪论,第2章复习前修课程内容,第3~5章介绍离散傅里叶变换,第6~8章介绍数字滤波器,第9章为信号处理杂谈,具体内容安排如下: 第1章主要介绍数字信号处理的发展历史、特点和常见应用,给出数字信号处理系统的基本框架,并详细介绍模拟频率、模拟角频率和数字频率这三种频率的定义和关系。 第2章主要复习归纳离散时间信号与系统的内容。首先复习模拟信号的采样与插值重构,然后按照时域、频域和z域的顺序,分别对离散时间信号与离散时间系统进行分析。 第3章主要介绍离散傅里叶变换(DFT)的理论和性质。首先介绍周期序列的离散傅里叶级数,在此基础上引出有限长序列的离散傅里叶变换,重点介绍离散傅里叶变换的定义和性质,最后介绍频域采样定理和线性调频z变换算法。 第4章主要介绍离散傅里叶变换的应用,包括利用离散傅里叶变换来分析模拟信号的频谱,利用离散傅里叶变换来计算两个有限长序列的线性卷积和线性相关。 第5章主要介绍离散傅里叶变换的快速算法,即快速傅里叶变换(FFT)。首先分析离散傅里叶变换的运算复杂度和运算特点,给出算法提速的可能途径,随后介绍按时间抽取的FFT算法(DITFFT)和按频率抽取的FFT算法(DIFFFT),包括算法流程、特点和运算量,最后介绍FFT算法在工程实现中的一些经验技巧。由于FFT算法是“加速版”的DFT算法,关于DFT算法的应用,都可以(应该)用FFT算法来实现。 第6章主要介绍无限长单位脉冲响应(IIR)数字滤波器的设计。首先介绍数字滤波器的基本概念,包括数字滤波器的分类、技术指标的定义以及设计的一般步骤,随后介绍模拟原型低通滤波器的设计和模拟域频率变换方法,最后介绍如何将设计好的模拟滤波器映射为数字滤波器,包括脉冲响应不变法和双线性变换法。 第7章主要介绍有限长单位脉冲响应(FIR)数字滤波器的设计。首先介绍线性相位FIR数字滤波器的特点及约束条件,随后介绍通过窗函数法和频率采样法来设计线性相位的FIR数字滤波器,最后对IIR和FIR数字滤波器的特点和应用情况进行对比。 第8章主要介绍数字滤波器的实现,包括数字滤波器的各种实现结构,以及在实现过程中遇到的量化效应问题。首先介绍IIR数字滤波器的5种基本结构和FIR数字滤波器的5种基本结构,随后介绍量化误差的来源、数字滤波器的系数量化效应和极点位置灵敏度,最后介绍数字滤波器运算中的有限字长效应,并给出降低量化累积误差的建议。 第9章给出了一些有趣的信号处理杂谈,包括采样定理的命名之争,几经波折才诞生的离散傅里叶变换思想,天才高斯有机会改写信号处理的历史等。本章内容大多来源于传说或典故,或者来自于互联网上的高谈阔论,也包括作者多年的教学总结和经验,仁者见仁,智者见智,请大家批判阅读,不要迷信。 “数字信号处理”是一门与工程实践紧密结合的专业基础课,基本知识点包括离散傅里叶变换和数字滤波器,落脚点就是各种工程实践,因此必须坚持“从工程实践中来,到工程实践中去”的学习理念。课堂上学到的各种理论和算法,不仅需要通过适量的习题来巩固和加深理解,更需要通过实验来验证,最终目的就是能够解决工程实践问题。在工程实践中,通过软件编程、系统联调、外场试验和数据处理等,可以反过来加深或修正自己的理解,真正做到知行合一。 本书可作为高等院校电子信息类本科生的专业基础课教材,也可供信号处理领域工程技术人员参考。本课程的教学参考学时为56学时,其中理论授课38学时,上机实验18学时。建议学时安排为: 第1章2学时,第2章2学时,第3章4学时,第4章6学时,第5章4学时,第6章6学时,第7章6学时,第8章4学时,在第5章和第8章讲授完毕后,可分别进行2学时的随堂测试,第9章供学生课外自行阅读。 本书在编写过程中参考了国内外众多同行的优秀教材,吸取了历年来听课专家和选课学生的宝贵建议,还采纳了微信公众号、知乎、百度百科、个人网站、论坛等互联网上的丰富资源。 皇甫堪教授、楼生强教授、吴京教授、辛勤副教授、安成锦副教授、游鹏副教授先后提出了大量宝贵建议,博士生陈沛铂、徐国权、禚江浩、张一帆,硕士生顾尚泰、蒋博、元志安、周笑宇、刘心溥等参与了文稿校对、图形绘制、程序验证等工作,在此一并表示感谢。老同学邓彬为本书题写了书名,在此表示感谢。清华大学出版社文怡编辑与作者进行了大量的沟通,在此表示诚挚的谢意。 限于作者本身的学识和经验,书中难免有错误和疏漏之处,恳请广大读者和专家不吝赐教。 作者 于长沙·德雅村·国防科技大学 2020年7月 课件+大纲+源代码

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  • 许可,男,副教授,1982年出生于四川乐山,2004年国防科技大学信息工程本科毕业,2006年国防科技大学信息与通信工程硕士毕业,2011年国防科技大学信息与通信工程博士毕业,2008.5-2009.11在加拿大温莎大学电子与计算机工程系博士生联合培养,2011年留校任教至今。
  • (1)全书脉络清晰,按照“算法→应用→快速算法(FFT)”介绍离散傅里叶变换(DFT),按照“IIR→FIR→实现”介绍数字滤波器。

    (2)精简与前修课程重复内容,强调数字信号处理的主要对象是时域离散且有限长的一段信号样本。

    (3)提供大量MATLAB信号处理实例,可与本书实验教材《信号处理仿真实验(第二版)》配合使用。

    (4)扩展信号处理杂谈内容,提高教材的可读性和课程的趣味性,努力建设一门“有温度”的专业基础课。

    (5)配套教学大纲、教学课件、习题解答等教学资源。

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  • 目录

    第1章绪论

    1.1数字信号处理简介

    1.2数字信号处理系统基本框架

    1.3本书内容安排

    第2章离散时间信号与系统

    2.1模拟信号的采样与插值重构

    2.1.1模拟信号的理想采样

    2.1.2模拟信号的实际采样

    2.1.3模拟信号的插值重构

    2.2时域分析

    2.2.1常用的典型序列

    2.2.2序列的周期性

    2.2.3线性时不变系统

    2.2.4稳定系统和因果系统

    2.2.5常系数线性差分方程

    2.3频域分析

    2.3.1离散时间傅里叶变换(DTFT)

    2.3.2几种傅里叶变换的关系

    2.3.3系统的频率响应

    2.4z域分析

    2.4.1z变换与z反变换

    2.4.2z变换的性质

    2.4.3z变换与其他变换的关系

    2.4.4系统函数

    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(DFS)

    3.1.1离散傅里叶级数的定义

    3.1.2离散傅里叶级数的性质

    3.2有限长序列的离散傅里叶变换(DFT)

    3.2.1离散傅里叶变换的定义

    3.2.2离散傅里叶变换与其他变换的关系

    3.2.3圆周移位与圆周卷积

    3.3离散傅里叶变换的性质

    3.4频域采样定理

    3.4.1频域采样

    3.4.2频域插值重构

    3.5线性调频z变换(CZT)

    习题

    第4章离散傅里叶变换的应用

    4.1分析模拟信号的频谱

    4.1....

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