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本書(shū)針對(duì)工程應(yīng)用型本科專(zhuān)業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)，系統(tǒng)介紹數(shù)字信號(hào)處理的基本理論、基本方法，強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)典型的應(yīng)用實(shí)例、提供的源程序幫助讀者理解和掌握基礎(chǔ)理論的基本應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本書(shū)共7章：第1~4章介紹離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的基本概念、變換域（z域）分析、離散傅里葉變換（DFT）及快速傅里葉變換（FFT）的基本原理；第5章介紹數(shù)字系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；第6章和第7章介紹IIR、FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法。
本書(shū)可作為通信、電子信息、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生教學(xué)用書(shū)，也可作為從事數(shù)字信號(hào)處理工作的工程技術(shù)人員的參考書(shū)。

本書(shū)針對(duì)工程應(yīng)用型本科專(zhuān)業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)，系統(tǒng)介紹數(shù)字信號(hào)處理的基本理論、基本方法，強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用。內(nèi)容涵蓋數(shù)字信號(hào)與離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域、變換域（z域）分析算法，離散時(shí)間系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和IIR/FIR濾波器的設(shè)計(jì)。通過(guò)典型的應(yīng)用實(shí)例及其對(duì)應(yīng)的MATLAB源程序幫助讀者理解和掌握數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)理論的基本應(yīng)用。
本書(shū)可作為高等院校通信類(lèi)、電子信息類(lèi)、計(jì)算機(jī)類(lèi)等專(zhuān)業(yè)本科生、研究生教材，也可供相關(guān)專(zhuān)業(yè)的科研人員、工程技術(shù)人員參考。

本書(shū)以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，深入學(xué)習(xí)貫徹黨的二十大精神，學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平總書(shū)記關(guān)于教育的重要論述，全面貫徹黨的教育方針，落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，以教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)為目標(biāo)，全面提高人才自主培養(yǎng)質(zhì)量。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)知識(shí)已成為通信、電子信息、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生必須學(xué)習(xí)和掌握的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。

本書(shū)針對(duì)工程應(yīng)用型本科專(zhuān)業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)，注重?cái)?shù)字信號(hào)分析和數(shù)字處理系統(tǒng)的基本原理和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)介紹數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、時(shí)間離散信號(hào)與系統(tǒng)的變換域分析方法、離散傅里葉變換原理及應(yīng)用、數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)和數(shù)字信號(hào)處理器應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。

本書(shū)將基礎(chǔ)理論與實(shí)際應(yīng)用密切結(jié)合，通過(guò)典型的應(yīng)用實(shí)例，使讀者在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論時(shí)，能夠掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本應(yīng)用。本書(shū)在算法設(shè)計(jì)方面未給出嚴(yán)格完整的數(shù)學(xué)證明，需要的讀者可參閱相關(guān)書(shū)籍。教師可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況在課堂講授部分應(yīng)用例子，還有大部分例子供學(xué)生自己閱讀，在鞏固學(xué)生對(duì)基本概念的理解和應(yīng)用的同時(shí)，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面。

本書(shū)的另一特色是將MATLAB軟件引入數(shù)字信號(hào)處理的課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)�；贛ATLAB的演示課件，從文字、圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)等方面多維地揭示算法設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)過(guò)程和信號(hào)處理效果，有效地提高了教學(xué)效果； 所配備的實(shí)驗(yàn)源程序，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

本書(shū)是在2018年《數(shù)字信號(hào)處理原理和算法實(shí)現(xiàn)》（第3版）的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂而成的； 本次修訂對(duì)每章內(nèi)容新增了思政元素的拓展閱讀材料，并豐富了配套教學(xué)資源（如微課視頻、教學(xué)大綱、教學(xué)課件等）�？紤]工程應(yīng)用型本科專(zhuān)業(yè)的教學(xué)課程體系中通常另開(kāi)設(shè)偏重基于數(shù)字信號(hào)處理芯片開(kāi)發(fā)平臺(tái)的單獨(dú)課程，故本書(shū)內(nèi)容更加適合數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)課堂教學(xué)。

本書(shū)第1~3章側(cè)重基本概念原理； 第4章快速傅里葉變換對(duì)讀者進(jìn)行工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)有指導(dǎo)意義； 第5~7章介紹數(shù)字處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)算法。根據(jù)教學(xué)要求，教師在教學(xué)內(nèi)容中融入一定的思政元素，安排一定的MATLAB軟件仿真實(shí)驗(yàn)課時(shí)在數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)中至關(guān)重要。讀者只有通過(guò)必要的書(shū)面和上機(jī)練習(xí)，才能掌握本課程的基本方法； 并通過(guò)一定的拓展閱讀，加深對(duì)理論結(jié)合實(shí)踐的全方位理解。

本書(shū)由魏爽主編。緒論及第1~3章由魏爽編寫(xiě)； 第4、第5、第7章由郭暢編寫(xiě)； 第6章以及各章的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由佟樂(lè)編寫(xiě)； 各章的習(xí)題和參考答案由李莉編寫(xiě)。

本書(shū)集作者在上海師范大學(xué)多年課程建設(shè)的探索和教學(xué)改革的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，是上海市精品課程建設(shè)配套教材。本書(shū)也可作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)的工程技術(shù)人員的參考書(shū)。在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中，得到了上海師范大學(xué)的大力支持，在此表示感謝！

由于編者水平有限，書(shū)中難免有錯(cuò)誤和不妥之處，敬請(qǐng)讀者不吝指正。

編者2023年12月于上海師范大學(xué)

魏 爽 博士，上海師范大學(xué)副教授、碩士生導(dǎo)師，國(guó)家級(jí)一流本科課程負(fù)責(zé)人。2012年畢業(yè)于加拿大卡爾加里大學(xué)（University of Calgary）電子與計(jì)算機(jī)工程專(zhuān)業(yè)，歷任河海大學(xué)和上海師范大學(xué)副教授。長(zhǎng)期從事通信、語(yǔ)音、雷達(dá)等信號(hào)與信息處理的教學(xué)和科研工作，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持多項(xiàng)信號(hào)處理相關(guān)的自然科學(xué)基金項(xiàng)目，講授數(shù)字信號(hào)處理信號(hào)檢測(cè)與估計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)等多門(mén)本科生、研究生課程。

緒論

0.1數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的組成

0.2數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)

0.3數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科的內(nèi)容

0.4數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)

0.5數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

第1章離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)

1.1概述

1.2時(shí)域離散信號(hào)

1.2.1模擬信號(hào)的采樣、序列

1.2.2常用典型序列

1.2.3序列的運(yùn)算

1.3離散時(shí)間系統(tǒng)

1.3.1線(xiàn)性

1.3.2時(shí)不變性

1.3.3系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系

1.3.4系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性

1.4系統(tǒng)的線(xiàn)性常系數(shù)差分方程及其求解

1.4.1系統(tǒng)的線(xiàn)性常系數(shù)差分方程

1.4.2線(xiàn)性常系數(shù)差分方程的求解

1.5模擬信號(hào)數(shù)字處理方法

1.5.1模擬信號(hào)數(shù)字處理方法概述

1.5.2數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)

1.6MATLAB實(shí)現(xiàn)

1.6.1常用序列的MATLAB實(shí)現(xiàn)

1.6.2序列運(yùn)算的MATLAB實(shí)現(xiàn)

1.6.3卷積和的MATLAB實(shí)現(xiàn)

1.6.4MATLAB求解離散系統(tǒng)的差分方程

1.7習(xí)題

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第2章離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的變換域分析

2.1概述

2.2序列的離散時(shí)間傅里葉變換

2.2.1離散時(shí)間傅里葉變換定義

2.2.2離散時(shí)間傅里葉變換的性質(zhì)

2.3周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù)與離散時(shí)間傅里葉變換

2.3.1周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù)

2.3.2周期序列的離散時(shí)間傅里葉變換

2.4離散時(shí)間傅里葉變換和連續(xù)時(shí)間傅里葉變換之間的關(guān)系

2.5z變換

2.5.1z變換的定義

2.5.2z變換的收斂域

2.5.3逆z變換

2.5.4z變換的性質(zhì)與定理

2.5.5利用z變換求數(shù)字系統(tǒng)的輸出

2.6用z變換分析系統(tǒng)的因果性、穩(wěn)定性和頻響特性

2.6.1傳輸函數(shù)與系統(tǒng)函數(shù)

2.6.2因果性和穩(wěn)定性

2.6.3信號(hào)頻譜/系統(tǒng)頻響的幾何解釋

2.7MATLAB實(shí)現(xiàn)

2.7.1周期序列傅里葉級(jí)數(shù)的MATLAB實(shí)現(xiàn)

2.7.2序列逆z變換的MATLAB實(shí)現(xiàn)

2.7.3系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)的MATLAB實(shí)現(xiàn)

2.7.4系統(tǒng)頻率響應(yīng)的MATLAB實(shí)現(xiàn)

2.8習(xí)題

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第3章離散傅里葉變換

3.1引言

3.2離散傅里葉變換的定義

3.2.1離散傅里葉變換和逆離散傅里葉變換的定義

3.2.2離散傅里葉變換和z變換的關(guān)系

3.2.3周期序列與有限長(zhǎng)序列的內(nèi)在聯(lián)系

3.3離散傅里葉變換的性質(zhì)

3.3.1線(xiàn)性性質(zhì)

3.3.2序列的和

3.3.3序列的初值

3.3.4序列的圓周移位(循環(huán)移位)

3.3.5圓周卷積(循環(huán)卷積)及其與有限長(zhǎng)序列線(xiàn)性卷積的關(guān)系

3.3.6序列的相關(guān)性

3.3.7帕斯瓦爾定理

3.3.8有限長(zhǎng)序列及其離散傅里葉變換的奇偶性和對(duì)稱(chēng)性

3.4頻域取樣

3.5用離散傅里葉變換對(duì)連續(xù)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行譜分析

3.5.1離散傅里葉變換是對(duì)連續(xù)時(shí)間信號(hào)傅里葉變換的近似

3.5.2頻率分辨率

3.5.3離散傅里葉變換分析連續(xù)時(shí)間信號(hào)x(t)實(shí)例

3.6用離散傅里葉變換對(duì)離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行譜分析

3.7離散傅里葉變換應(yīng)用中的問(wèn)題與參數(shù)選擇

3.7.1混疊現(xiàn)象

3.7.2欄柵效應(yīng)

3.7.3頻率泄漏

3.8MATLAB實(shí)現(xiàn)

3.8.1離散傅里葉變換的MATLAB實(shí)現(xiàn)

3.8.2用離散傅里葉變換計(jì)算線(xiàn)性卷積和圓周卷積的MATLAB實(shí)現(xiàn)

3.8.3連續(xù)時(shí)間信號(hào)譜分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)

3.9習(xí)題

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第4章快速傅里葉變換

4.1概述

4.2基2快速傅里葉變換

4.2.1按時(shí)間抽取的快速傅里葉變換原理

4.2.2按頻率抽取的快速傅里葉變換

4.2.3快速傅里葉反變換

4.3矩陣形式的快速傅里葉變換

4.3.1算法原理

4.3.2進(jìn)一步減少運(yùn)算量的措施

4.4快速傅里葉變換應(yīng)用于長(zhǎng)序列卷積

4.4.1快速卷積

4.4.2重疊相加

4.4.3重疊保留

4.5線(xiàn)性調(diào)頻z變換

4.5.1線(xiàn)性調(diào)頻z變換的定義

4.5.2線(xiàn)性調(diào)頻z變換的特點(diǎn)

4.5.3線(xiàn)性調(diào)頻z變換的快速實(shí)現(xiàn)

4.6離散哈特萊變換

4.6.1離散哈特萊變換的定義

4.6.2離散哈特萊變換和離散傅里葉變換的關(guān)系

4.6.3離散哈特萊變換的性質(zhì)

4.7MATLAB實(shí)現(xiàn)

4.8習(xí)題

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第5章數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)

5.1概述

5.2信號(hào)流圖表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5.3無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5.3.1直接型Ⅰ

5.3.2直接型Ⅱ(典型型)

5.3.3級(jí)聯(lián)型

5.3.4并聯(lián)型

5.3.5轉(zhuǎn)置型

5.4有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器的基本結(jié)構(gòu)

5.5格型結(jié)構(gòu)

5.6MATLAB實(shí)現(xiàn)

5.7習(xí)題

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第6章無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)

6.1基本概念

6.1.1數(shù)字濾波器和模擬濾波器

6.1.2濾波器的指標(biāo)

6.1.3數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原則

6.2模擬濾波器的設(shè)計(jì)

6.2.1模擬低通濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)

6.2.2巴特沃斯模擬低通濾波器設(shè)計(jì)

6.2.3切比雪夫模擬低通濾波器設(shè)計(jì)

6.2.4模擬濾波器的頻率變換

6.3無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)低通濾波器設(shè)計(jì)： 脈沖響應(yīng)不變法

6.3.1一般數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)思想

6.3.2脈沖響應(yīng)不變法的變換思想及方法

6.3.3脈沖響應(yīng)不變法的參數(shù)映射關(guān)系及特點(diǎn)

6.4無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)低通濾波器設(shè)計(jì)： 雙線(xiàn)性變換法

6.4.1雙線(xiàn)性變換的一般變換關(guān)系

6.4.2間接法設(shè)計(jì)數(shù)字低通濾波器時(shí)T的選擇

6.4.3雙線(xiàn)性變換法、脈沖響應(yīng)不變法的比較

6.5無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)高通、帶通、帶阻濾波器設(shè)計(jì)

6.5.1設(shè)計(jì)思路

6.5.2頻率變換法設(shè)計(jì)數(shù)字高通濾波器

6.5.3z平面變換法

6.6無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器直接設(shè)計(jì)法

6.7無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例(MATLAB分析)

6.7.1模擬低通濾波器設(shè)計(jì)

6.7.2模擬數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換

6.7.3數(shù)字濾波器應(yīng)用實(shí)例

6.8習(xí)題

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第7章有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì)

7.1有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器的線(xiàn)性相位條件和特點(diǎn)

7.2窗函數(shù)法設(shè)計(jì)有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器

7.2.1窗函數(shù)技術(shù)

7.2.2窗函數(shù)法的應(yīng)用

7.3頻率采樣法設(shè)計(jì)有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器

7.4優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)

7.4.1優(yōu)化準(zhǔn)則

7.4.2線(xiàn)性相位有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器的切比雪夫最優(yōu)逼近

7.5無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器和有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器的比較

7.6有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器的MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)

7.6.1窗函數(shù)法設(shè)計(jì)有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器的實(shí)現(xiàn)

7.6.2頻率采樣法設(shè)計(jì)有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器的實(shí)現(xiàn)

7.6.3有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

7.6.4信道均衡器的有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器的實(shí)現(xiàn)

7.7習(xí)題

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參考答案

參考文獻(xiàn)