数字信号处理 理论、算法与实现PDF电子书下载

绪论 1

0.1 数字信号处理的理论 1

0.2 数字信号处理的实现 2

0.3 数字信号处理的应用 3

参考文献 4

第1章 离散时间信号与离散时间系统 5

1.1 离散时间信号的基本概念 5

1.2 信号的分类 9

1.3 噪声 11

常用符号一览表 12

1.4 信号空间的基本概念 12

1.5 离散时间系统的基本概念 14

1.6 LSI系统的输入、输出关系 18

1.7 LSI系统的频率响应 20

1.8 确定性信号的相关函数 22

1.8.1 相关函数的定义 22

1.8.2 相关函数和线性卷积的关系 24

1.8.3 相关函数的性质 25

1.8.4 相关函数的应用 25

小结 27

习题与上机练习 27

参考文献 30

第2章 Z变换及离散时间系统分析 31

2.1 Z变换的定义 31

2.2 Z变换的收敛域 33

2.3 Z变换的性质 37

2.4 LSI系统的转移函数 39

2.5 IIR系统的信号流图与结构 43

2.5.1 IIR系统的信号流图 43

2.5.2 IIR系统的直接实现 44

2.5.3 IIR系统的级联实现 45

2.5.4 IIR系统的并联实现 46

2.6 逆Z变换 46

2.6.1 幂级数法 46

2.6.2 部分分式法 47

2.6.3 留数法 48

2.7 用Z变换求解差分方程 50

小结 51

习题与上机练习 51

参考文献 54

第3章 离散时间信号的傅里叶变换及DFT 55

3.1 连续时间信号的傅里叶变换 55

3.2 离散时间信号的傅里叶变换 57

3.2.1 DTFT的定义 57

3.2.2 DTFT的性质 59

3.2.3 DTFT的应用 63

3.3 连续时间信号的抽样 66

3.3.1 抽样定理 66

3.3.2 信号的重建 69

3.4 离散时间周期信号的傅里叶变换 70

3.5.1 DFT的定义 71

3.5 离散傅里叶变换(DFT) 71

3.5.2 DFT导出的图形解释 72

3.5.3 DFT与DTFT及Z变换之关系 73

3.5.4 DFT的性质 74

3.6 用DFT计算线性卷积 78

3.6.1 用DFT计算线性卷积的方法和步骤 78

3.6.2 长序列卷积的计算 79

3.7.1 频率分辨率及DFT参数的选择 81

3.7 与DFT有关的几个问题 81

3.7.2 补零问题 82

3.7.3 DFT和FT的近似 84

3.8 关于正弦信号抽样的讨论 88

3.8.1 抽样定理对正弦信号的适用性 89

3.8.2 正弦信号抽样中的不确定性 92

3.8.3 对正弦信号截短的原则 93

3.9 二维傅里叶变换 94

小结 99

习题与上机练习 99

参考文献 101

第4章 其它常用的信号变换 103

4.1 Hilbert空间中的正交变换 103

4.2 K-L变换 105

4.3 离散余弦变换(DCT)与离散正弦变换(DST) 107

4.3.1 DCT的定义 107

4.3.2 DCT和K-L变换的关系 108

4.3.3 DST的定义及与K-L变换的关系 109

4.4 离散Hartley变换(DHT) 112

4.5 离散W变换(DWT)及正弦类变换 116

4.5.1 DWT的定义 116

4.5.2 四种形式的DCT及DST 118

4.5.3 DCT，DST对K-L变换的近似性能 119

4.6 Hilbert变换 120

4.6.1 连续时间信号的Hilbert变换 120

4.6.2 离散时间信号的Hilbert变换 122

4.6.3 Hilbert变换的性质 123

4.6.4 实因果信号傅里叶变换的实部与虚部、对数幅度与相位之间的关系 124

4.7 窄带信号 126

4.7.1 窄带信号的表示及其Hilbert变换 126

4.7.2 窄带信号的抽样 128

小结 131

习题与上机练习 131

参考文献 131

第5章 快速傅里叶变换 133

5.1 概述 133

5.2 时间抽取(DIT)基2FFT算法 135

5.2.1 算法的推导 135

5.2.2 算法的讨论 137

5.3 频率抽取(DIF)基2FFT算法 139

5.4 进一步减少运算量的措施 141

5.4.1 多类蝶形单元运算 141

5.4.2 W因子的生成 142

5.4.3 实输入数据时的FFT算法 142

5.5.1 频率抽取基4FFT算法 143

5.5 分裂基算法 143

5.5.2 分裂基算法 145

5.6 输入、输出端仅取少数点的FTF算法 149

5.6.1 原始输入数据中含有较多零时的FFT算法 149

5.6.2 输入输出端同时使用FFT Pruning算法 152

5.6.3 线性调频Z变换(CZT) 153

5.7 Winograd快速傅里叶变换算法(WFTA) 156

5.7.1 下标映射(index mapping) 156

5.7.2 快速卷积算法 159

5.7.3 WFTA 167

5.7.4 素因子算法和WFTA所需计算量 169

5.8 DCT，DST及DWT快速算法简述 170

5.8.1 DCT-Ⅱ快速算法的思路 171

5.8.2 DWT快速算法的思路 172

5.8.3 DST-Ⅰ快速算法的思路 174

小结 174

习题与上机练习 175

参考文献 176

第6章 离散时间系统的相位、结构与状态变量描述 179

6.1 离散时间系统的相频响应 179

6.1.1 线性相位 179

6.1.2 FIR DF的线性相位特征 180

6.1.3 全通滤波器与最小相位滤波器 183

6.2 FIR系统的结构 188

6.2.1 直接实现与级联实现 188

6.2.2 具有线性相位的FIR系统的结构 189

6.2.3 FIR系统的递归实现及梳状滤波器 190

6.2.4 FIR系统的频率抽样实现 191

6.3 离散时间系统的Lattice结构 192

6.3.1 全零点系统(FIR)的Lattice结构 192

6.3.2 全极点系统(IIR)的Lattice结构 195

6.3.3 极-零系统的Lattice结构 197

6.4 离散时间系统的内部描述 199

6.4.1 LSI系统的状态变量与状态方程 199

6.4.2 由状态方程求系统的转移函数 202

6.4.3 由状态方程求系统的输出及单位抽样响应 203

习题与上机练习 205

小结 205

参考文献 206

第7章 无限冲激响应数字滤波器设计 207

7.1 滤波器的基本概念 207

7.1.1 滤波原理 207

7.1.2 滤波器的分类 207

7.1.3 滤波器的技术要求 209

7.2 模拟低通滤波器的设计 211

7.2.1 概述 211

7.2.2 巴特沃思模拟低通滤波器设计 212

7.2.3 切比雪夫Ⅰ型模拟低通滤波器设计 214

7.3 模拟高通、带通及带阻滤波器的设计 218

7.3.1 模拟高通滤波器的设计 219

7.3.2 模拟带通滤波器的设计 220

7.3.3 模拟带阻滤波器的设计 221

7.4 用冲激响应不变法设计IIR数字低通滤波器 223

7.5 用双线性Z变换法设计IIR数字低通滤波器 226

7.6 数字高通、带通及带阻滤波器的设计 229

小结 233

习题与上机练习 233

参考文献 233

第8章 有限冲激响应数字滤波器设计 235

8.1 FIR DF设计的窗函数法 235

8.2 窗函数 241

8.3 FIR DF设计的频率抽样法 245

8.4 FIR DF设计的切比雪夫逼近法 249

8.4.1 切比雪夫最佳一致逼近定理 250

8.4.2 利用切比雪夫逼近理论设计FIR DF 251

8.4.3 衰减函数E(ω)的极值特性 255

8.4.4 线性相位FIR DF四种形式的统一表示 256

小结 261

习题与上机练习 261

参考文献 262

9.1.1 建立在多项式拟合基础上的简单整系数滤波器 263

9.1 简单整系数数字滤波器 263

第9章 其它类型的数字滤波器 263

9.1.2 建立在极-零点抵消基础上的简单整系数滤波器 266

9.1.3 建立在二项式序列基础上的简单整系数滤波器 270

9.2 低阶低通差分滤波器 274

9.3 几种常用的低通整系数差分滤波器 278

9.4 抽样率转换滤波器 281

9.4.1 信号的抽取 282

9.4.2 信号的插值 285

9.4.3 抽取与插值相结合的抽样率转换 287

9.4.4 抽取与插值的滤波器实现 289

小结 296

习题与上机练习 296

参考文献 296

第10章 平稳随机信号 298

10.1 随机信号及其特征描述 298

10.1.1 随机变量 298

10.1.2 随机信号及其特征的描述 299

10.2 平稳随机信号 301

10.3 平稳随机信号通过线性系统 304

10.4 平稳随机信号的各态遍历性 306

10.5 信号处理中的最小平方问题 311

10.6 估计质量的评价 313

10.7 功率谱估计概述 313

小结 316

习题与上机练习 316

参考文献 318

第11章 经典功率谱估计 320

11.1 自相关函数的估计 320

11.1.1 自相关函数的直接估计 320

11.1.2 自相关函数的快速计算 323

11.2 经典谱估计的基本方法 324

11.2.1 直接法 324

11.2.2 间接法 325

11.2.3 直接法和间接法的关系 325

11.3.1 M=N-1时的估计质量 327

11.3 直接法和间接法估计的质量 327

11.3.2 M〈N-1时的估计质量 333

11.4 直接法估计的改进 334

11.4.1 Bartlett法 334

11.4.2 Welch法 335

11.4.3 Nuttall法 337

11.5 经典谱估计算法性能的比较 338

小结 340

习题与上机练习 340

参考文献 341

第12章 参数模型功率谱估计 342

12.1 平稳随机信号的参数模型 342

12.2 AR模型的正则方程与参数计算 344

12.3 AR模型谱估计的性质及阶次p的选择 348

12.3.1 AR模型谱估计的性质 348

12.3.2 AR模型阶次的选择 352

12.4.1 AR模型的稳定性 353

12.4 AR模型的稳定性及对信号建模问题的讨论 353

12.4.2 关于信号建模问题的讨论 356

12.5 关于线性预测的进一步讨论 358

12.6 AR模型系数的求解算法 362

12.6.1 自相关法 362

12.6.2 Burg算法 363

12.6.3 改进的协方差方法 365

12.7 MA模型及功率谱估计 367

12.7.1 MA模型及其正则方程 367

12.7.2 MA模型参数的求解方法 368

12.8 ARMA模型及功率谱估计 369

12.9 最小方差功率谱估计(MVSE) 372

12.10 基于矩阵特征分解的频率估计及功率谱估计 374

12.10.1 相关阵的特征分解 374

12.10.2 基于信号子空间的频率估计及功率谱估计 375

12.10.3 基于噪声子空间的频率估计及功率谱估计 375

12.10.4 信号与噪声子空间维数的估计 379

12.11 现代谱估计各种算法性能的比较 379

习题与上机练习 382

小结 382

参考文献 384

第13章 非平稳随机信号的时-频分布 386

13.1 概述 386

13.2 WVD定义的解释 388

13.3 WVD的性质 388

13.4 常用信号的WVD 392

13.5 WVD的实现 395

13.6 时-频分布的统一表示形式 398

13.6.1 Winger分布和模糊函数 398

13.6.2 时-频分布的统一表示形式 400

13.6.3 时-频分布所希望的性质及对核函数的制约 403

13.6.4 关于交叉项及核函数的进一步讨论 405

小结 409

参考文献 409

第14章 数字信号处理的硬件实现 411

14.1 概述 411

14.2.1 TMS320系列的主要性能指标 415

14.2 TMS320系列的性能及结构特点 415

14.2.2 TMS320C2X的性能与结构 416

14.2.3 TMS320C3X/4X/5X性能简介 424

14.2.4 TMS320C80的性能与结构简介 427

14.3 TMS320C2X的指令系统 429

14.3.1 TMS320C2X指令的特点 429

14.3.2 TMS320C2X的寻址方式 430

14.3.3 TMS320C2X的指令集 432

14.4.1 系统设计的总体考虑 441

14.4 基于TMS320系列DSP系统的设计与调试 441

14.4.2 软件开发工具 443

14.4.3 硬件系统集成及调试工具 444

小结 447

参考文献 447

附录A 计算机程序使用说明 448

附录B 功率谱估计试验数据 451

附录C 部分计算机程序清单 453

索引 486