本書系統講述數字信號處理的基本原理、實現及應用，主要講述時域離散信號與系統的基本概念及時域和頻域分析方法，重點討論離散傅里葉變換及其快速算法、數字濾波器的基本概念與理論、數字濾波器的設計與實現方法，介紹有關多采樣率數字信號處理的基本理論和高效實現方法、數字信號處理的典型應用，結合各章節的知識點、例題和習題介紹MATLAB信號處理方法。本書提供配套電子課件、MATLAB源代碼、視頻、習題參考答案、慕課（MOOC）網上在線課程等。 本書適合作為高等學校電子信息類專業和相近專業本科生的教材，也可作為相關專業科技人員的參考書。
張立材，碩士，副教授，西安建筑科技大學通信工程教研室與通信與信息系統研究所骨干教師，陜西省圖形圖像學會會員和建筑學會弱電分會會員。1993年畢業于西安交通大學，獲工學碩士學位。長期從事、電子信息及通信工程方面的教學及科研工作，主要研究領域包括自動化系統、數字圖像處理，計算機與通信網絡安全，智能信息處理等。 目前承擔或參與多項縱向和橫向科研任務，先后獲得西安交通大學校級科技進步2、3等獎3項，西安建筑科技大學各類教學優秀獎3項，編著教材4部，主編教材2部。目前主要方向為：自動控制理論與應用，自動信號檢測技術與信息融合技術，圖形、圖像的智能處理與分析，嵌入式智能控制技術及應用等。孫曉艷，博士，副教授，西安建筑科技大學通信工程教研室骨干教師。2011年畢業于西安電子科技大學，獲工學博士學位。長期從事通信工程方面的教學與科研工作，主要研究領域包括：無線通信系統、移動自組織網絡、無線傳感器網絡、車聯網和物聯網等。承擔或參與多項縱向和橫向科研項目和教學研究項目，編著教材3部。
目 錄
第1章 離散時間信號與系統 1
1．1 信號和信號處理 1
1．1．1 信號的特征與分類 1
1．1．2 典型的信號處理運算 3
1．2 離散時間信號 6
1．2．1 時域離散信號的表示方法 6
1．2．2 典型的時域離散信號 8
1．2．3 周期序列 10
1．2．4 離散序列的時域運算 11
1．2．5 任意序列的單位脈沖序列表示 17
1．3 時域離散系統 17
1．3．1 線性時不變離散系統 18
1．3．2 線性時不變離散系統輸出與輸入的關系 20
1．3．3 系統的因果性和穩定性 23
1．4 常系數線性差分方程 27
1．4．1 N階線性時不變系統的差分方程描述 27
1．4．2 線性常系數差分方程的遞推解法 28
1．4．3 用MATLAB求解差分方程 29
1．5 模擬信號數字化處理方法 30
1．5．1 時域采樣 30
1．5．2 采樣在頻域中的效應 30
1．5．3 模擬信號的恢復 34
小結 36
思考練習題 37
習題 37
第2章 時域離散信號的頻域分析 40
2．1 時域離散信號的傅里葉變換 40
2．1．1 時域離散信號的傅里葉變換的定義 40
2．1．2 周期序列的離散傅里葉級數 41
2．1．3 周期序列的傅里葉變換表示 43
2．1．4 序列傅里葉變換的性質 46
2．1．5 時域離散信號傅里葉變換的對稱性 47
2．2 時域離散信號的z變換 51
2．2．1 z變換的定義 51
2．2．2 z變換的收斂域 52
2．2．3 序列z變換與其傅里葉變換之間的關系 55
2．2．4 z逆變換 57
2．2．5 z變換的性質 62
2．3 時域離散系統的系統函數與系統頻率特性 68
2．3．1 系統的傳輸函數與系統函數 68
2．3．2 利用系統函數分析系統的因果穩定性 69
2．3．3 用z變換計算系統的輸出響應 71
2．3．4 用系統函數的零、極點分布分析系統的頻率特性 76
2．4 時域離散信號z變換與拉普拉斯變換、傅里葉變換的關系 80
小結 82
思考練習題 83
習題 84
第3章 離散傅里葉變換 90
3．1 離散傅里葉變換的定義 90
3．1．1 離散傅里葉變換定義 90
3．1．2 離散傅里葉變換與FT、ZT、離散傅里葉級數的關系 91
3．2 離散傅里葉變換的性質 94
3．3 頻率域采樣 101
3．4 快速傅里葉變換 103
3．4．1 直接計算離散傅里葉變換的問題及改進的途徑 103
3．4．2 DIT基2FFT算法 104
3．4．3 DIF基2FFT算法 111
3．4．4 離散傅里葉逆變換的快速計算方法 111
3．5 離散傅里葉變換的應用舉例 112
3．5．1 用離散傅里葉變換計算線性卷積 112
3．5．2 用離散傅里葉變換對信號進行譜分析 115
小結 116
思考練習題 116
習題 117
第4章 數字濾波器的算法結構 123
4．1 數字濾波器的基本概念 123
4．2 時域離散系統的實現 123
4．2．1 系統分類 123
4．2．2 系統結構的信號流圖表示 124
4．3 IIR系統的基本結構 125
4．3．1 直接型 125
4．3．2 轉置型 126
4．3．3 級聯型 127
4．3．4 并聯型 128
4．4 FIR系統的基本結構 129
4．4．1 FIR直接型 129
4．4．2 FIR級聯型 130
4．4．3 線性相位型 130
4．4．4 頻域采樣型 131
4．4．5 快速卷積法 136
4．5 格形網絡 137
4．5．1 全零點（FIR）型 137
4．5．2 全極點（IIR）型 139
4．5．3 零、極點（IIR）型 140
4．6 特殊濾波器 141
4．6．1 全通濾波器 141
4．6．2 數字諧振器 143
4．6．3 數字陷波器 145
4．6．4 最小相位濾波器 146
4．6．5 梳狀濾波器 147
4．6．6 正弦波發生器 148
4．6．7 數字信號處理系統結構的計算復雜度 149
小結 149
思考練習題 150
習題 150
第5章 無限脈沖響應數字濾波器的設計 153
5．1 模擬濾波器設計 153
5．1．1 模擬濾波器技術指標 153
5．1．2 巴特沃思低通濾波器設計 154
5．1．3 切比雪夫濾波器設計 161
5．1．4 橢圓濾波器設計 168
5．1．5 貝塞爾濾波器設計 170
5．1．6 常用模擬濾波器的比較 171
5．1．7 模擬濾波器頻率變換 171
5．2 IIR數字濾波器設計 178
5．2．1 脈沖響應不變法 179
5．2．2 雙線性變換法 184
5．2．3 低通、高通、帶通及帶阻IIR數字濾波器的設計 191
5．2．4 IIR數字濾波器的頻率變換 197
小結 200
思考練習題 200
習題 201
第6章 有限脈沖響應濾波器的設計 204
6．1 線性FIRDF的特點 204
6．1．1 FIRDF線性相位條件 204
6．1．2 FIRDF幅度特性 206
6．1．3 FIRDF零點分布特點 210
6．2 窗函數法設計FIR DF 210
6．2．1 FIRDF窗函數設計方法 211
6．2．2 常用窗函數 214
6．2．3 用窗函數法設計FIRDF的MATLAB函數 219
6．3 頻率采樣法設計FIRDF 224
6．3．1 頻率采樣法設計FIR DF基本原理 224
6．3．2 頻率采樣法設計線性相位濾波器的條件 225
6．3．3 逼近誤差及其改進措施 226
6．4 等波紋最佳逼近設計法 232
6．4．1 等波紋最佳逼近基本原理 232
6．4．2 remez和remezord函數及應用 236
6．4．3 FIR數字微分器設計 237
6．4．4 FIR希爾伯特變換器設計 239
6．5 IIR和FIR數字濾波器的比較 240
小結 240
思考練習題 241
習題 242
第7章 多采樣率數字信號處理 247
7．1 多采樣率數字信號處理的工程需求 247
7．2 按整數因子抽取 247
7．3 按整數因子內插 250
7．4 按有理數因子的采樣率轉換 252
7．5 多采樣率轉換濾波器的設計 252
7．5．1 直接型FIR濾波器結構 253
7．5．2 多相濾波器實現 255
7．5．3 采樣率轉換系統的多級實現 257
7．5．4 用MATLAB設計采樣率轉換濾波器 261
小結 261
思考練習題 262
習題 262
第8章 數字信號處理的實現與應用舉例 264
8．1 數字信號處理的軟件實現 264
8．2 數字信號處理中的有限字長效應 266
8．2．1 數值表示法對量化的影響 267
8．2．2 濾波器系數量化誤差 269
8．2．3 模數轉換器的量化誤差 270
8．2．4 運算產生的誤差 271
8．3 數字信號處理的實現與應用舉例 272
8．3．1 在音頻信號處理中的應用 272
8．3．2 在圖像信號處理中的應用 281
小結 284
思考練習題 284
習題 284
參考文獻 286
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