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內容簡介

　　《普通高等教育“十二五”規劃教材·電子信息科學與工程類專業規劃教材：數字信號處理》根據高等學校人纔培養目標編寫，既適閤理論教學，又加強實驗環節，注重技術創新。全書共8章，主要內容包括：時域離散信號和係統、離散係統的變換域分析與係統結構、離散傅裏葉變換（DFT）、快速傅裏葉變換（FFT）、無限長單位脈衝響應（IIR）數字濾波器的設計、有限長單位脈衝響應（FIR）數字濾波器的設計、數字信號處理中的有限字長效應和MATLAB仿真實驗。《普通高等教育“十二五”規劃教材·電子信息科學與工程類專業規劃教材：數字信號處理》包含大量應用實例及MATLAB仿真，配套電子課件、仿真程序代碼和習題參考答案。

作者簡介

　　王春民，長春理工大學光電信息學院電子工程分院，教授。1976年畢業於長春地質學院儀器係（本科），1981年-1982年在北京郵電大學進修一年，1991年碩士研究生畢業。1976年以來分彆在長春地質學院、長春科技大學、吉林大學和長春理工大學光電信息學院任教。一直從事教學科研工作（本科、研究生教學、指導研究生和科研工作），現任係主任。從事教學科研工作35年。

目錄

緒論

第1章 時域離散信號和係統
1.1 引言
1.2 時域離散信號與序列運算
1.2.1 時域離散信號及其錶示
1.2.2 序列的運算
1.2.3 序列的能量、序列的周期性以及常用典型序列
1.3 時域離散係統
1.3.1 綫性係統
1.3.2 移不變係統
1.3.3 綫性移不變係統輸入與輸齣之間的關係
1.3.4 係統的因果性和穩定性
1.4 模擬信號數字處理方法
1.4.1 采樣定理及A/D變換器
1.4.2 采樣信號的恢復
1.5 應用實例
1.6 MATLAB仿真
1.6.1 利用MATLAB産生離散信號
1.6.2 離散捲積的計算
1.6.3 係統綫性、移不變性分析
1.6.4 係統穩定性分析
1.7 本章小結
習題

第2章 離散係統的變換域分析與係統結構
2.1 引言
2.2 序列Z變換的定義和收斂域
2.3 Z變換的基本性質和定理
2.4 Z反變換
2.5 非周期序列的傅裏葉變換及其性質
2.5.1 非周期序列的傅裏葉變換
2.5.2 非周期序列傅裏葉變換的性質
2.6 序列的傅裏葉變換、Z變換和拉普拉斯變換的關係
2.6.1 序列x（n）的傅裏葉變換與序列x（n）的Z變換之間的關係
2.6.2 序列的Z變換與拉普拉斯變換之間的關係
2.6.3 連續信號xa（t）的傅裏葉變換Xa（j）與序列x（n）的Z變換X（z）之間的關係
2.7 離散係統的係統函數和變換域分析
2.7.1 頻率響應和係統函數
2.7.2 係統函數、頻率響應和差分方程的關係
2.7.3 係統函數與係統穩定因果性的關係
2.8 離散係統的基本網絡結構
2.8.1 離散係統的方框圖錶示
2.8.2 無限長脈衝響應（IIR）濾波器基本網絡結構
2.8.3 有限長脈衝響應（FIR）濾波器基本網絡結構
2.9 應用實例與MATLAB仿真
2.10 本章小結
習題

第3章 離散傅裏葉變換（DFT）
3.1 周期序列的離散傅裏葉級數
3.2 離散傅裏葉變換
3.2.1 離散傅裏葉變換的定義式
3.2.2 DFT與ZT、FT之間的關係
3.3 離散傅裏葉變換的性質
3.3.1 隱含周期性
3.3.2 綫性性質
3.3.3 循環移位性質
3.3.4 循環捲積性質
3.3.5 共軛對稱性
3.4 頻率域采樣理論
3.5 應用實例
3.5.1 利用DFT求捲積和
3.5.2 利用DFT對信號進行近似譜分析
3.6 MATLAB仿真
3.6.1 序列的循環移位和周期延拓運算
3.6.2 利用MATLAB驗證N點DFT的物理意義
3.7 本章小結
習題

第4章 快速傅裏葉變換（FFT）
4.1 引言
4.2 基-2FFT算法
4.2.1 直接計算DFT的特點及減少運算量的基本途徑
4.2.2 按時間抽取的基-2 FFT的基本原理
4.2.3 DIT-FFT算法特點與運算量
4.2.4 按頻域抽取的基-2 FFT的基本原理
4.2.5 IDFT的高效算法
4.3 應用實例
4.4 MATLAB仿真
4.4.1 利用 FFT求圓周捲積和綫性捲積
4.4.2 利用FFT進行頻譜分析
4.5 本章小結
習題

第5章 無限長單位脈衝響應（IIR）數字濾波器的設計
5.1 引言
5.2 濾波器性能指標與設計步驟
5.2.1 濾波器概述
5.2.2 數字濾波器的性能指標
5.2.3 常用模擬濾波器設計方法
5.3 衝激響應不變法
5.3.1 變換原理
5.3.2 模擬濾波器的數字化方法
5.3.3 用衝激響應不變法實現IIR數字濾波器
5.3.4 衝激響應不變法的優點和缺點
5.4 雙綫性變換法
5.4.1 變換原理
5.4.2 模擬濾波器的數字化方法
5.4.3 用雙綫性變換法實現IIR數字濾波器
5.5 用模擬低通濾波器設計IIR數字濾波器
5.5.1 模擬低通濾波器轉換成數字低通濾波器
5.5.2 模擬低通濾波器轉換成數字帶通濾波器
5.5.3 模擬低通濾波器轉換成IIR數字高通濾波器
5.5.4 模擬低通濾波器轉換成IIR數字帶阻濾波器
5.5.5 數字域的頻率變換法設計
5.5.6 IIR數字濾波器綜閤設計舉例
5.5.7 MATLAB仿真
5.6 本章小結
習題

第6章 有限長單位脈衝響應（FIR）數字濾波器的設計
6.1 綫性相位FIR濾波器的含義與特點
6.1.1 綫性相位係統的時域特點
6.1.2 綫性相位係統的幅度特點
6.1.3 綫性相位FIR數字濾波器零點分布的特點
6.2 FIR數字濾波器的綫性相位結構
6.3 用窗函數法設計FIR數字濾波器
6.4 IIR濾波器與FIR濾波器的對比
6.5 MATLAB仿真
6.6 本章小結
習題

第7章 數字信號處理中的有限字長效應
7.1 引言
7.2 二進製數的錶示及A/D轉換的量化效應
7.2.1 二進製數的錶示
7.2.2 定點製的量化誤差
7.2.3 A/D轉換的量化效應
7.3 數字濾波器的係數量化效應
7.3.1 係數量化對濾波器零、極點位置的影響
7.3.2 IIR數字濾波器的有限字長效應
7.3.3 FIR數字濾波器的有限字長效應
7.4 FFT算法的有限字長效應
7.4.1 定點FFT計算中的有限字長效應
7.4.2 係數量化對FFT的影響
7.5 本章小結
習題

第8章 MATLAB仿真實驗
實驗一 離散係統的時域分析
實驗二 時域采樣與頻域采樣
實驗三 離散係統的復頻域分析
實驗四 DFT/FFT頻譜分析及應用
實驗五 IIR數字濾波器的設計
實驗六 FIR數字濾波器的設計

附錄A 巴特沃斯濾波器係統函數分母多項式係數和特徵方程的根（極點）
附錄B 切比雪夫低通濾波器設計
附錄C 等比級數前N項和公式及其應用舉例
附錄D MATLAB簡介
參考文獻

前言/序言

　　前言
　　隨著信息和計算機技術的突飛猛進，促使信號處理技術迅速發展，尤其是數字信號處理技術，藉助於計算機、DSP軟硬件、FPGA和MATLAB第三方環境，數字信號處理技術在許多領域得到瞭廣泛應用，並且形成極其重要的學科。目前，高等學校的電子信息、通信、電氣和測控儀器和自動化等專業已將《數字信號處理》設為一門重要的專業基礎課。並通過理論和實驗教學，使學生掌握數字信號處理的基本理論、基本分析方法和實現手段。
　　數字信號處理理論性強，涉及麵廣，與先修課程高等數學、復變函數、電路分析、信號與係統等有較強的關聯性。學生在初學時往往感到抽象，理解睏難，掌握難度大，如果處理不當，會使學生望而生畏，失去學習興趣。因此，為適應教育改革的需要，結閤教材的現狀，作者經過多年本科教學實踐，並密切關注學科和技術以及教育的發展，深刻體會到編寫既能適閤理論教學，同時加強實驗環節，貼近教學實際需要的《數字信號處理》特色教材的必要性。
　　作者從事《數字信號處理》課程教學多年，有一定的教學經驗和體會，參考國內外許多優秀教材，博采眾長，為適應教育改革和教材建設的需要，本著培養應用型人纔的宗旨，突齣“實用性”，強調以“針對性”和“夠用”為基本原則，進行本書編寫。編寫過程對涉及的基本原理、基本方法、基本概念等敘述透徹，闡述準確明晰，對於理論的深度和內容的廣度處理力求滿足應用型人纔培養的基本要求。
　　書中貫穿有針對性的MATLAB仿真實例，做到理論問題直觀化，復雜問題簡單化，並且突齣理論與實踐的密切結閤。本書適用專業寬泛，可作為高等學校電子信息工程、電子信息科學與技術、通信工程、測控技術與儀器、自動化和電氣工程及其自動化等專業的教學用書，也可作為電類工程技術人員的參考用書。
　　本書共分8章，第1章主要討論時域離散信號和係統，包括常用典型信號的錶示和運算，離散係統的綫性移不變、因果和穩定性，輸入/輸齣描述法——差分方程，模擬信號的數字處理方法及信號的重構及與本章相關的應用實例和MATLAB仿真。
　　第2章主要討論時域離散信號和係統的頻域分析，涉及非周期離散序列傅裏葉變換（DTFT）的定義和性質，Z變換（ZT）的定義、收斂域、性質、Z反變換和利用Z變換分析信號和係統的頻域特性，討論瞭IIR和FIR網絡結構，以及結閤本章內容的實例和MATLAB仿真。
　　第3章主要討論離散有限長序列的傅裏葉變換（DFT），涉及周期序列的離散傅裏葉級數（DFS）、離散傅裏葉變換（DFT）的定義和性質、DFT與Z變換的關係、頻域采樣定理、DFT的應用實例、用DFT計算綫性捲積和信號的譜分析、頻譜泄漏和柵欄效應，以及MATLAB在本章的應用等內容。
　　第4章重點講述快速傅裏葉變換（FFT），主要涉及直接計算DFT的特點及減少運算量的基本途徑，按時域抽取的FFT（DIT-FFT）算法基本原理、運算規律及編程思想，FFT算法與直接計算DFT運算量的比較，按頻域抽取的FFT（DIF-FFT）算法原理以及反變換（IDFT）的快速算法。最後給齣結閤本章的應用實例和MATLAB仿真等內容。
　　第5章主要討論無限長單位脈衝響應（IIR）數字濾波器的設計，介紹瞭數字濾波器的基本概念，概述瞭模擬濾波器的設計方法，詳細講述瞭用衝激響應不變法和雙綫性變換法的離散化原理、適用範圍和各自的優缺點，最後給齣瞭IIR數字濾波器兩種頻率變換法設計和應用實例以及MATLAB仿真。
　　第6章著重討論有限長脈衝響應（FIR）數字濾波器的設計，涉及綫性相位FIR-DF的條件和特點，利用窗函數法設計FIR-DF，對IIR與FIR數字濾波器的特性進行比較，並結閤本章內容給齣應用實例和MATLAB仿真等內容。
　　第7章主要討論數字濾波器的實現的量化效應，以及與本章內容相關的實例應用及MATLAB仿真。
　　第8章集中討論實驗仿真的內容，並提供瞭6個方麵的MATLAB仿真實驗，目的在於加強學生對數字信號處理理論方麵的深入理解，增強理論與實際結閤的能力。
　　最後安排4個附錄，附錄A為巴特沃斯濾波器係統函數分母多項式係數和特徵方程的根（極點），附錄B為切比雪夫低通濾波器設計，附錄C為等比級數前N項和公式及其應用舉例，附錄D為MATLAB簡介。
　　教學中，可以根據教學對象和學時等具體情況對書中的內容進行刪減和組閤，也可以進行適當擴展。為適應教學模式、教學方法和手段的改革，本書配有多媒體電子課件、程序代碼和習題參考答案，請登錄華信教育資源網注冊下載。
　　本書由長春理工大學光電信息學院/吉林大學王春民教授任主編，編寫第5章和部分附錄，負責本書的統稿工作；翟紅藝編寫緒論、第1章和第7章；鄭海峰編寫第2章、第3章、第4章和第6章；尹晶編寫第8章和附錄D；王宏誌和陳戈珩參與瞭本書的統稿工作，還參與瞭附錄和部分章節的編寫工作。長春理工大學光電信息學院的崔艷群講師和劉春艷講師參與瞭全書的校對和部分錄入工作；長春理工大學光電信息學院的張晶副教授、喬良副教授、蒲鑫講師、白燁實驗教師、董磊講師和長春工業大學的呂洪武講師也參與瞭部分工作。
　　我們在編寫過程中參考瞭國內外許多優秀教材，在完善本書內容方麵起到瞭積極作用，在此深錶謝意。本書的編寫得到瞭長春理工大學光電信息學院和電子分院、長春工業大學計算機科學與工程學院、吉林大學儀器科學與電氣工程學院的大力支持，在此錶示由衷的感謝。
　　由於作者的水平有限，書中不妥和錯誤之處在所難免，懇請專傢和讀者批評指正。
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