深入浅出数字信号处理

目录

第1章数字信号处理概述1

1.1数字信号处理是什么1

1.1.1数字信号处理的兴起1

1.1.2主要研究内容3

1.1...

目录

第1章数字信号处理概述1

1.1数字信号处理是什么1

1.1.1数字信号处理的兴起1

1.1.2主要研究内容3

1.1.3常用术语3

1.2为什么是数字信号处理4

1.2.1数字信号处理的优点4

1.2.2数字信号处理的缺点6

1.3生活中的数字信号处理6

1.3.1移动通信7

1.3.2音乐休闲8

1.3.3健康检查9

1.4触摸数字信号处理大厦的基石10

1.4.1数字信号处理大厦的入口10

1.4.2理解数字信号处理的三把钥匙11

1.5信号处理杂谈：数字信号处理与数字信号处理器13

第2章离散时间信号15

2.1信号的基本概念15

2.1.1什么是信号15

2.1.2信号的分类16

2.2信号的时域描述18

2.2.1信号的时域表示18

2.2.2典型信号19

2.2.3信号的基本运算22

2.2.4一种特殊的信号24

2.3信号的频域描述25

2.3.1离散时间傅里叶变换25

2.3.2典型信号的DTFT26

2.4从模拟信号到数字信号28

2.4.1采样29

2.4.2量化33

2.4.3编码34

2.5信号数字化过程中的参数选择38

2.5.1抗混叠滤波器38

2.5.2采样频率41

2.5.3量化位数42

2.6从数字信号到模拟信号44

2.7信号处理杂谈：香农与奈奎斯特45

2.8本章小结46

第3章线性时不变系统48

3.1系统的基本概念48

3.1.1系统的定义48

3.1.2系统的分类49

3.1.3系统的互联52

3.2LTI系统的时域描述53

3.2.1差分方程53

3.2.2单位冲激响应54

3.2.3两类最常用的LTI系统57

3.3LTI系统的特征信号58

3.3.1复正弦信号58

3.3.2对单位冲激响应的再理解61

3.4LTI系统的分析62

3.4.1Z变换的定义63

3.4.2系统传递函数65

3.4.3零极图67

3.4.4系统频率响应72

3.4.5LTI系统的向量理解77

3.4.6两种特殊LTI系统的分析81

3.5应用实例及其MATLAB实现86

3.6信号与系统的同一性88

3.7信号处理杂谈：人体与线性系统89

3.8本章小结90

第4章信号与系统的相互作用92

4.1卷积的描述92

4.1.1卷积的定义92

4.1.2卷积的深入理解95

4.1.3卷积的边界效应98

4.1.4从卷积的性质看系统互联99

4.1.5卷积的频域描述101

4.2卷积的应用实例及其MATLAB实现102

4.3相关的描述106

4.3.1相关的定义107

4.3.2相关的深入理解108

4.3.3相关的频域描述111

4.3.4从相关的角度看噪声111

4.3.5从相关的角度看最佳接收系统116

4.4相关的应用实例及其MATLAB实现119

4.5卷积与相关的比较 123

4.6信号处理杂谈：牛顿与谱123

4.7本章小结125

第5章离散傅里叶变换127

5.1DFT的定义127

5.2DFT的深入理解131

5.2.1DFT结果频率的理解131

5.2.2DFT结果幅度和相位的理解132

5.3DFT的特性134

5.3.1周期性134

5.3.2循环卷积特性137

5.4常用信号的DFT139

5.4.1单位冲激信号139

5.4.2复正弦信号140

5.4.3脉冲信号141

5.5DFT的卷积理解145

5.6DFT与其他常用变换之间的关系147

5.6.1各种傅里叶分析之间的简要关系147

5.6.2DFT与DTFT149

5.7现实应用中应考虑的问题151

5.7.1泄漏151

5.7.2加窗156

5.7.3分辨率158

5.7.4补零161

5.7.5增益161

5.8应用实例及其MATLAB实现164

5.8.1雷达回波的频谱分析164

5.8.2用DFT计算卷积169

5.9信号处理杂谈：傅里叶的贡献174

5.10本章小结175

第6章快速傅里叶变换177

6.1DFT的困境与机遇177

6.1.1DFT面临的主要问题177

6.1.2DFT高效运算的可能性178

6.2基2 DIT FFT算法179

6.2.1算法原理179

6.2.2算法特点183

6.2.3运算量分析186

6.3其他常用的FFT算法187

6.3.1基2 DIF FFT187

6.3.2基4 FFT189

6.3.3分裂基FFT191

6.3.4算法比较194

6.4现实应用中的考虑198

6.4.1旋转因子的生成198

6.4.2IDFT的快速计算198

6.4.3实信号的FFT199

6.5应用实例及其MATLAB实现202

6.6两类特殊的频率分析算法206

6.6.1Goertzel算法206

6.6.2ChirpZ算法209

6.7信号处理杂谈：高斯的遗憾215

6.8本章小结216

第7章数字滤波器概述218

7.1数字滤波器的基本概念218

7.1.1数字滤波器与信号处理过程219

7.1.2数字滤波器的描述219

7.1.3数字滤波器的分类220

7.2实际数字滤波器的性能参数222

7.2.1频域性能参数222

7.2.2时域性能参数223

7.3数字滤波问题的一般解决方案225

7.3.1滤波器性能参数的确定225

7.3.2滤波器类型的选择226

7.3.3滤波器系数的计算227

7.3.4滤波器的实现结构228

7.3.5有限字长对滤波器的影响230

7.3.6滤波器的软硬件实现230

7.4数字滤波器的评估231

7.5从低通滤波器出发232

7.6信号处理杂谈：数字滤波器的通俗化解释235

7.7本章小结236

第8章有限冲激响应滤波器237

8.1FIR滤波器的主要特征237

8.1.1基本特征237

8.1.2线性相位特性238

8.2FIR滤波器系数的计算方法242

8.2.1窗函数法243

8.2.2频率采样法248

8.2.3最优化方法252

8.3FIR滤波器的实现结构257

8.3.1横向结构257

8.3.2线性相位结构257

8.3.3频率采样结构258

8.3.4快速卷积结构259

8.3.5实现结构的选择260

8.4有限字长的影响260

8.4.1系数的量化误差260

8.4.2运算的舍入误差261

8.5两类特殊的FIR滤波器262

8.5.1滑动平均滤波器262

8.5.2半带滤波器264

8.6应用实例及其MATLAB实现266

8.7信号处理杂谈：最优化方法的发展270

8.8本章小结271

第9章无限冲激响应滤波器273

9.1IIR滤波器的主要特征273

9.2IIR滤波器系数计算方法274

9.2.1基础知识275

9.2.2冲激不变法279

9.2.3双线性变换法286

9.2.4零极点放置法292

9.2.5计算方法的选择293

9.3IIR滤波器的实现结构293

9.3.1直接型293

9.3.2串联型296

9.3.3并联型297

9.4有限字长的影响298

9.4.1系数量化对极点位置的扰动298

9.4.2系数量化导致的频率响应误差299

9.4.3运算舍入误差的影响300

9.5几类特殊的IIR滤波器301

9.5.1谐振器301

9.5.2陷波器303

9.5.3梳状滤波器305

9.6应用实例及其MATLAB实现308

9.7信号处理杂谈：IIR滤波器沉浮录313

9.8本章小结314

附录AMATLAB语言基础316

A.1变量316

A.2数组、向量与矩阵316

A.3部分特殊变量和常数317

A.4部分常用运算符318

A.5程序结构319

A.6部分基本数学函数和作图函数320

附录BMATLAB信号处理工具箱常用函数322

附录C分贝(dB)325

C.1分贝的定义325

C.2分贝的优点326

C.3一些有用的数值326

附录D时域采样与频域延拓328

附录E信号处理常用网络资源330

参考文献331