《普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材·電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)規(guī)劃教材：數(shù)字信號(hào)處理》根據(jù)高等學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)編寫，既適合理論教學(xué)，又加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，注重技術(shù)創(chuàng)新。全書共8章，主要內(nèi)容包括：時(shí)域離散信號(hào)和系統(tǒng)、離散系統(tǒng)的變換域分析與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、離散傅里葉變換（DFT）、快速傅里葉變換（FFT）、無限長單位脈沖響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)、有限長單位脈沖響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理中的有限字長效應(yīng)和MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)。《普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材·電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)規(guī)劃教材：數(shù)字信號(hào)處理》包含大量應(yīng)用實(shí)例及MATLAB仿真，配套電子課件、仿真程序代碼和習(xí)題參考答案。
前言
隨著信息和計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，促使信號(hào)處理技術(shù)迅速發(fā)展，尤其是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，借助于計(jì)算機(jī)、DSP軟硬件、FPGA和MATLAB第三方環(huán)境，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并且形成極其重要的學(xué)科。目前，高等學(xué)校的電子信息、通信、電氣和測控儀器和自動(dòng)化等專業(yè)已將《數(shù)字信號(hào)處理》設(shè)為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。并通過理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本理論、基本分析方法和實(shí)現(xiàn)手段。
數(shù)字信號(hào)處理理論性強(qiáng)，涉及面廣，與先修課程高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、電路分析、信號(hào)與系統(tǒng)等有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。學(xué)生在初學(xué)時(shí)往往感到抽象，理解困難，掌握難度大，如果處理不當(dāng)，會(huì)使學(xué)生望而生畏，失去學(xué)習(xí)興趣。因此，為適應(yīng)教育改革的需要，結(jié)合教材的現(xiàn)狀，作者經(jīng)過多年本科教學(xué)實(shí)踐，并密切關(guān)注學(xué)科和技術(shù)以及教育的發(fā)展，深刻體會(huì)到編寫既能適合理論教學(xué)，同時(shí)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，貼近教學(xué)實(shí)際需要的《數(shù)字信號(hào)處理》特色教材的必要性。
作者從事《數(shù)字信號(hào)處理》課程教學(xué)多年，有一定的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，參考國內(nèi)外許多優(yōu)秀教材，博采眾長，為適應(yīng)教育改革和教材建設(shè)的需要，本著培養(yǎng)應(yīng)用型人才的宗旨，突出“實(shí)用性”，強(qiáng)調(diào)以“針對(duì)性”和“夠用”為基本原則，進(jìn)行本書編寫。編寫過程對(duì)涉及的基本原理、基本方法、基本概念等敘述透徹，闡述準(zhǔn)確明晰，對(duì)于理論的深度和內(nèi)容的廣度處理力求滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的基本要求。
書中貫穿有針對(duì)性的MATLAB仿真實(shí)例，做到理論問題直觀化，復(fù)雜問題簡單化，并且突出理論與實(shí)踐的密切結(jié)合。本書適用專業(yè)寬泛，可作為高等學(xué)校電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程、測控技術(shù)與儀器、自動(dòng)化和電氣工程及其自動(dòng)化等專業(yè)的教學(xué)用書，也可作為電類工程技術(shù)人員的參考用書。
本書共分8章，第1章主要討論時(shí)域離散信號(hào)和系統(tǒng)，包括常用典型信號(hào)的表示和運(yùn)算，離散系統(tǒng)的線性移不變、因果和穩(wěn)定性，輸入/輸出描述法——差分方程，模擬信號(hào)的數(shù)字處理方法及信號(hào)的重構(gòu)及與本章相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例和MATLAB仿真。
第2章主要討論時(shí)域離散信號(hào)和系統(tǒng)的頻域分析，涉及非周期離散序列傅里葉變換（DTFT）的定義和性質(zhì)，Z變換（ZT）的定義、收斂域、性質(zhì)、Z反變換和利用Z變換分析信號(hào)和系統(tǒng)的頻域特性，討論了IIR和FIR網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及結(jié)合本章內(nèi)容的實(shí)例和MATLAB仿真。
第3章主要討論離散有限長序列的傅里葉變換（DFT），涉及周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù)（DFS）、離散傅里葉變換（DFT）的定義和性質(zhì)、DFT與Z變換的關(guān)系、頻域采樣定理、DFT的應(yīng)用實(shí)例、用DFT計(jì)算線性卷積和信號(hào)的譜分析、頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)，以及MATLAB在本章的應(yīng)用等內(nèi)容。
第4章重點(diǎn)講述快速傅里葉變換（FFT），主要涉及直接計(jì)算DFT的特點(diǎn)及減少運(yùn)算量的基本途徑，按時(shí)域抽取的FFT（DIT-FFT）算法基本原理、運(yùn)算規(guī)律及編程思想，F(xiàn)FT算法與直接計(jì)算DFT運(yùn)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。最后給出結(jié)合本章的應(yīng)用實(shí)例和MATLAB仿真等內(nèi)容。
第5章主要討論無限長單位脈沖響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，介紹了數(shù)字濾波器的基本概念，概述了模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法，詳細(xì)講述了用沖激響應(yīng)不變法和雙線性變換法的離散化原理、適用范圍和各自的優(yōu)缺點(diǎn)，最后給出了IIR數(shù)字濾波器兩種頻率變換法設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)例以及MATLAB仿真。
第6章著重討論有限長脈沖響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，涉及線性相位FIR-DF的條件和特點(diǎn)，利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR-DF，對(duì)IIR與FIR數(shù)字濾波器的特性進(jìn)行比較，并結(jié)合本章內(nèi)容給出應(yīng)用實(shí)例和MATLAB仿真等內(nèi)容。
第7章主要討論數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)的量化效應(yīng)，以及與本章內(nèi)容相關(guān)的實(shí)例應(yīng)用及MATLAB仿真。
第8章集中討論實(shí)驗(yàn)仿真的內(nèi)容，并提供了6個(gè)方面的MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)，目的在于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)字信號(hào)處理理論方面的深入理解，增強(qiáng)理論與實(shí)際結(jié)合的能力。
最后安排4個(gè)附錄，附錄A為巴特沃斯濾波器系統(tǒng)函數(shù)分母多項(xiàng)式系數(shù)和特征方程的根（極點(diǎn)），附錄B為切比雪夫低通濾波器設(shè)計(jì)，附錄C為等比級(jí)數(shù)前N項(xiàng)和公式及其應(yīng)用舉例，附錄D為MATLAB簡介。
教學(xué)中，可以根據(jù)教學(xué)對(duì)象和學(xué)時(shí)等具體情況對(duì)書中的內(nèi)容進(jìn)行刪減和組合，也可以進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展。為適應(yīng)教學(xué)模式、教學(xué)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(xí)題參考答案，請(qǐng)登錄華信教育資源網(wǎng)注冊(cè)下載。
本書由長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院/吉林大學(xué)王春民教授任主編，編寫第5章和部分附錄，負(fù)責(zé)本書的統(tǒng)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；王宏志和陳戈珩參與了本書的統(tǒng)稿工作，還參與了附錄和部分章節(jié)的編寫工作。長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院的崔艷群講師和劉春艷講師參與了全書的校對(duì)和部分錄入工作；長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院的張晶副教授、喬良副教授、蒲鑫講師、白燁實(shí)驗(yàn)教師、董磊講師和長春工業(yè)大學(xué)的呂洪武講師也參與了部分工作。
我們?cè)诰帉戇^程中參考了國內(nèi)外許多優(yōu)秀教材，在完善本書內(nèi)容方面起到了積極作用，在此深表謝意。本書的編寫得到了長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院和電子分院、長春工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院、吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院的大力支持，在此表示由衷的感謝。
由于作者的水平有限，書中不妥和錯(cuò)誤之處在所難免，懇請(qǐng)專家和讀者批評(píng)指正。
王春民，長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院電子工程分院，教授。1976年畢業(yè)于長春地質(zhì)學(xué)院儀器系（本科），1981年-1982年在北京郵電大學(xué)進(jìn)修一年，1991年碩士研究生畢業(yè)。1976年以來分別在長春地質(zhì)學(xué)院、長春科技大學(xué)、吉林大學(xué)和長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院任教。一直從事教學(xué)科研工作（本科、研究生教學(xué)、指導(dǎo)研究生和科研工作），現(xiàn)任系主任。從事教學(xué)科研工作35年。
緒論
第1章 時(shí)域離散信號(hào)和系統(tǒng)
1.1 引言
1.2 時(shí)域離散信號(hào)與序列運(yùn)算
1.2.1 時(shí)域離散信號(hào)及其表示
1.2.2 序列的運(yùn)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(shí)域離散系統(tǒng)
1.3.1 線性系統(tǒng)
1.3.2 移不變系統(tǒng)
1.3.3 線性移不變系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系
1.3.4 系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性
1.4 模擬信號(hào)數(shù)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(hào)的恢復(fù)
1.5 應(yīng)用實(shí)例
1.6 MATLAB仿真
1.6.1 利用MATLAB產(chǎn)生離散信號(hào)
1.6.2 離散卷積的計(jì)算
1.6.3 系統(tǒng)線性、移不變性分析
1.6.4 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
1.7 本章小結(jié)
習(xí)題
第2章 離散系統(tǒng)的變換域分析與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
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(zhì)和定理
2.4 Z反變換
2.5 非周期序列的傅里葉變換及其性質(zhì)
2.5.1 非周期序列的傅里葉變換
2.5.2 非周期序列傅里葉變換的性質(zhì)
2.6 序列的傅里葉變換、Z變換和拉普拉斯變換的關(guān)系
2.6.1 序列x（n）的傅里葉變換與序列x（n）的Z變換之間的關(guān)系
2.6.2 序列的Z變換與拉普拉斯變換之間的關(guān)系
2.6.3 連續(xù)信號(hào)xa（t）的傅里葉變換Xa（j）與序列x（n）的Z變換X（z）之間的關(guān)系
2.7 離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)和變換域分析
2.7.1 頻率響應(yīng)和系統(tǒng)函數(shù)
2.7.2 系統(tǒng)函數(shù)、頻率響應(yīng)和差分方程的關(guān)系
2.7.3 系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)穩(wěn)定因果性的關(guān)系
2.8 離散系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
2.8.1 離散系統(tǒng)的方框圖表示
2.8.2 無限長脈沖響應(yīng)（IIR）濾波器基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
2.8.3 有限長脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
2.9 應(yīng)用實(shí)例與MATLAB仿真
2.10 本章小結(jié)
習(xí)題
第3章 離散傅里葉變換（DFT）
3.1 周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù)
3.2 離散傅里葉變換
3.2.1 離散傅里葉變換的定義式
3.2.2 DFT與ZT、FT之間的關(guān)系
3.3 離散傅里葉變換的性質(zhì)
3.3.1 隱含周期性
3.3.2 線性性質(zhì)
3.3.3 循環(huán)移位性質(zhì)
3.3.4 循環(huán)卷積性質(zhì)
3.3.5 共軛對(duì)稱性
3.4 頻率域采樣理論
3.5 應(yīng)用實(shí)例
3.5.1 利用DFT求卷積和
3.5.2 利用DFT對(duì)信號(hào)進(jìn)行近似譜分析
3.6 MATLAB仿真
3.6.1 序列的循環(huán)移位和周期延拓運(yùn)算
3.6.2 利用MATLAB驗(yàn)證N點(diǎn)DFT的物理意義
3.7 本章小結(jié)
習(xí)題
第4章 快速傅里葉變換（FFT）
4.1 引言
4.2 基-2FFT算法
4.2.1 直接計(jì)算DFT的特點(diǎn)及減少運(yùn)算量的基本途徑
4.2.2 按時(shí)間抽取的基-2 FFT的基本原理
4.2.3 DIT-FFT算法特點(diǎn)與運(yùn)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(yīng)用實(shí)例
4.4 MATLAB仿真
4.4.1 利用 FFT求圓周卷積和線性卷積
4.4.2 利用FFT進(jìn)行頻譜分析
4.5 本章小結(jié)
習(xí)題
第5章 無限長單位脈沖響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)
5.1 引言
5.2 濾波器性能指標(biāo)與設(shè)計(jì)步驟
5.2.1 濾波器概述
5.2.2 數(shù)字濾波器的性能指標(biāo)
5.2.3 常用模擬濾波器設(shè)計(jì)方法
5.3 沖激響應(yīng)不變法
5.3.1 變換原理
5.3.2 模擬濾波器的數(shù)字化方法
5.3.3 用沖激響應(yīng)不變法實(shí)現(xiàn)IIR數(shù)字濾波器
5.3.4 沖激響應(yīng)不變法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
5.4 雙線性變換法
5.4.1 變換原理
5.4.2 模擬濾波器的數(shù)字化方法
5.4.3 用雙線性變換法實(shí)現(xiàn)IIR數(shù)字濾波器
5.5 用模擬低通濾波器設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器
5.5.1 模擬低通濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字低通濾波器
5.5.2 模擬低通濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字帶通濾波器
5.5.3 模擬低通濾波器轉(zhuǎn)換成IIR數(shù)字高通濾波器
5.5.4 模擬低通濾波器轉(zhuǎn)換成IIR數(shù)字帶阻濾波器
5.5.5 數(shù)字域的頻率變換法設(shè)計(jì)
5.5.6 IIR數(shù)字濾波器綜合設(shè)計(jì)舉例
5.5.7 MATLAB仿真
5.6 本章小結(jié)
習(xí)題
第6章 有限長單位脈沖響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)
6.1 線性相位FIR濾波器的含義與特點(diǎn)
6.1.1 線性相位系統(tǒng)的時(shí)域特點(diǎn)
6.1.2 線性相位系統(tǒng)的幅度特點(diǎn)
6.1.3 線性相位FIR數(shù)字濾波器零點(diǎn)分布的特點(diǎn)
6.2 FIR數(shù)字濾波器的線性相位結(jié)構(gòu)
6.3 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器
6.4 IIR濾波器與FIR濾波器的對(duì)比
6.5 MATLAB仿真
6.6 本章小結(jié)
習(xí)題
第7章 數(shù)字信號(hào)處理中的有限字長效應(yīng)
7.1 引言
7.2 二進(jìn)制數(shù)的表示及A/D轉(zhuǎn)換的量化效應(yīng)
7.2.1 二進(jìn)制數(shù)的表示
7.2.2 定點(diǎn)制的量化誤差
7.2.3 A/D轉(zhuǎn)換的量化效應(yīng)
7.3 數(shù)字濾波器的系數(shù)量化效應(yīng)
7.3.1 系數(shù)量化對(duì)濾波器零、極點(diǎn)位置的影響
7.3.2 IIR數(shù)字濾波器的有限字長效應(yīng)
7.3.3 FIR數(shù)字濾波器的有限字長效應(yīng)
7.4 FFT算法的有限字長效應(yīng)
7.4.1 定點(diǎn)FFT計(jì)算中的有限字長效應(yīng)
7.4.2 系數(shù)量化對(duì)FFT的影響
7.5 本章小結(jié)
習(xí)題
第8章 MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)一 離散系統(tǒng)的時(shí)域分析
實(shí)驗(yàn)二 時(shí)域采樣與頻域采樣
實(shí)驗(yàn)三 離散系統(tǒng)的復(fù)頻域分析
實(shí)驗(yàn)四 DFT/FFT頻譜分析及應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)五 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)六 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)
附錄A 巴特沃斯濾波器系統(tǒng)函數(shù)分母多項(xiàng)式系數(shù)和特征方程的根（極點(diǎn)）
附錄B 切比雪夫低通濾波器設(shè)計(jì)
附錄C 等比級(jí)數(shù)前N項(xiàng)和公式及其應(yīng)用舉例
附錄D MATLAB簡介
參考文獻(xiàn)
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