数字信号处理的原理与应用PDF电子书下载

目 录 1

第一章 绪言 1

1.1 发展历史简介和一些说明 1

1.2数字信号处理概貌 2

1.3本书内容的组成 3

第二章 离散时间线性系统理论 6

2.1 引言 6

2.2序列 6

2.3任意序列的表示法 8

2.4线性、非时变系统 8

2.5因果性和稳定性 10

2.6差分方程 11

2.7频率响应 13

2.8一阶系统的频率响应 15

2.9二阶系统的频率响应 16

2.10离散傅里叶级数 17

2.12连续和离散系统间的关系 18

2.11频率单位的说明 18

2.13 z变换 20

2.14序列的傅里叶变换与z变换的关系 21

2.15 z逆变换 23

2.16 z变换的性质 24

2.17用单侧z变换解差分方程 27

2.18傅里叶变换的几何计算 28

2.19数字滤波器的实现（结构） 29

2.20全零点滤波器的结构 33

2.21离散傅里叶变换 36

2.22 DFT的性质 42

2.23序列的卷积 43

2.24有限长度序列的线性卷积 44

2.25分段卷积 46

2.26离散希尔伯特（Hilbert）变换 48

2.27实数信号的希尔伯特变换关系式 50

参考文献 53

3.3 FIR滤波器设计方法的讨论 54

3.2滤波器设计的步骤 54

3.1 引言 54

第三章 有限长度脉冲响应数字滤波器的理论和逼近 54

3.4线性相位FIR滤波器的特性 55

3.5 线性相位FIR滤波器的频率响应 58

3.6线性相位FIR滤波器的零点位置 61

3.7线性相位FIR滤波器的设计方法 63

3.8设计方法之一——窗孔加权法 64

3.9矩形窗孔 65

3.10“广义”汉明窗孔 66

3.11凯泽窗孔 68

3.12窗孔加权低通滤波器举例 68

3.13采用窗孔加权法的一些问题 74

3.14采用窗孔加权法的一些实际技术 74

3.15 另一些用窗孔加权法设计的滤 76

波器的例子 76

3.16窗孔加权法小结 77

3.17设计方法之二——频域抽样法 77

3.18最优化的解 79

3.19线性规划 80

3.20 1－型和2－型频域抽样 82

3.21 1－型设计——线性相位约束 83

3.22 2－型设计——线性相位约束 84

3.23 频域抽样滤波器设计的某些一 86

般性结果 86

3.24频域抽样设计法小结 91

3.25 设计方法之三——最优（极小化极大误差）滤波器 91

3.26加权的切比雪夫逼近法 92

数的约束 94

3.27 线性相位滤波器频率响应极值 94

3.28最大纹波数FIR滤波器的非线性 96

方程解 96

3.29 最大纹波数滤波器的多项式内 97

插解法 97

3.30用雷米兹交换算法设计最优FIR滤 100

波器 100

3.31 用线性规划技术设计最优FIR滤 103

波器 103

3.32最优情况1低通滤波器的特性 104

一些性质 110

3.33情况1最优低通滤波器的另 110

3.34最优低通滤波器各参数间的关系 115

3.35情况2最优低通滤波器的性质 117

3.36最优微分器的特性 121

3.37最优希尔伯特变换器的特性 126

3.38多频带最优FIR滤波器 131

3.39时间和频率响应同时受约束的滤波器的设计 134

直接比较 135

3.40各类FIR低通滤波器之间的 135

参考文献 136

附录 139

第四章 无限长度脉冲响应数字滤波器的理论与逼近 156

4.1引言 156

4.2 IIR滤波器的某些基本性质——幅值平方响应、相位响应和群延迟 159

4.3确定IIR滤波器系数的方法 160

4.4由连续时间滤波器进行数字滤波 160

器的设计 160

4.5微分－差分映射法 161

4.6脉冲响应不变变换法 164

4.7双线性变换法 167

4.8匹配z变换法 170

4.9低通模拟滤波器设计方法的复习 171

4.10低通滤波器的设计图表 181

4.11设计椭圆滤波器的脉冲响应不变变换法和双线性变换法的比较 189

4.12频率变换法 192

4.13数字滤波器的直接设计 197

4.14设计IIR滤波器的最优化方法 200

4.15 IIR滤波器设计方法小结 211

4.16 FIR滤波器和IIR滤波器的某些比较 212

4.17最优的FIR滤波器和延迟均衡的椭圆滤波器的比较 215

参考文献 218

第五章数字滤波器中有限字长的影响 220

5.1 引言 220

5.2 A/D转换 220

5.3 D/A转换 223

5.5定点算术运算法 224

5.4数字系统中算术运算的类型 224

5.6浮点算术运算法 225

5.7分组浮点运算法 226

5.8数字滤波器中量化的类型 226

5.9截断 227

5.10舍入 228

5.11递归结构中的舍入噪声——定 229

点运算 229

5.12动态范围限制——定点情况 233

5.14并联式实现中的动态范围 237

5.13直接式实现中的动态范围 237

5.15级联式实现中的动态范围 238

5.16级联实现的排列顺序和配对 239

5.17舍入噪声同动态范围相互影响问题的小结 240

5.18关于动态范围同舍入噪声相互影响的补充解释 241

5.19非递归结构中的舍入噪声——定点分析 242

5.20直接式非递归实现中的舍入噪声 242

5.21级联式非递归实现中的舍入噪声 244

5.22舍入噪声——递归结构的浮点实现 246

5.24递归结构中的系数量化 248

5.23系数量化 248

5.25直接式实现中的系数量化 249

5.26系数量化模型的实验验证 251

5.27量化系数的最优化 252

5.28成对极点实现中的系数量化 254

5.29非递归结构中系数的量化 256

5.30 FIR滤波器直接式实现中的系数量化 256

5.32极限环振荡 258

5.31 FIR滤波器级联式实现中的系数量化 258

参考文献 260

第六章 频谱分析和快速傅里叶变换 262

6.1 引言 262

6.2基数2 FFT简介 262

6.3基数2按时间抽取FFT的一些特性 266

6.4数据混序和二进位倒序 267

6.5 FFT的FORTRAN程序 269

6.6按频率抽取算法 270

6.8统一的FFT方法 273

6.7通过作正向DFT计算逆DFT 273

6.9基数2算法 279

6.10 z平面单个点上的频谱分析 280

6.11用FFT作频谱分析 282

6.12频谱分析中几个需要考虑的问题 282

6.13 “跳动式”FFT和滤波器组的关系 284

6.14频谱分析中的窗孔 286

谱测量 287

6.15用FFT作z平面有限角内的频 287

6.16布卢斯坦（Bluestein）算法 288

6.17 Chirp z变换算法 289

6.18有噪声信号的功率谱 293

6.19 用数论变换作卷积和相关 309

参考文献 319

附录FFT的符号表示法 320

7.2二维信号 322

7.1 引言 322

第七章 二维信号处理理论简介 322

7.3二维系统 323

7.4因果性、可分性、稳定性 324

7.5二维差分方程 325

7.6频域方法 326

7.7二维z变换 328

7.8有限序列 328

7.9 z变换的卷积特性 328

7.10二维DFT 329

7.11滤波器设计的考虑 330

7.12 IIR滤波器 331

7.13稳定性的考虑 332

7.14 FIR滤波器 335

7.15二维窗孔 335

7.16低通滤波器窗孔设计的例子 336

7.17频域抽样滤波器 339

7.18二维频域抽样低通滤波器 343

7.19最优（极小化极大误差）二维滤波器的设计 346

7.20一维到二维的频域变换 348

7.21几个图像处理的例子 352

参考文献 355

第八章 数字硬件导论 356

8.1 引言 356

8.2 关于数字信号处理硬件设计过程的讨论 356

8.3布尔逻辑术语（逻辑符号）；简单逻辑网络举例 361

8.4主要的逻辑系列 365

8.5商品逻辑组件：门电路，多路转换器和译码器；触发器；运算器；存储器 371

8.6乘法器 379

8.7除法器和浮点硬件 386

8.8快速阵列乘法器设计举例 392

8.9小结 396

参考文献 396

第九章 用于数字滤波和信号产生 397

的专用硬件 397

9.1 引言 397

9.2直接式FIR的硬件 397

9.3直接式FIR的并行 399

9.4 级联式FIR滤波器 400

9.5高度并行的直接式FIR滤波器 403

9.6直接式IIR滤波器 404

9.7级联式IIR滤波器 405

9.8多路复用 407

9.9数字按钮接收器（TTR） 409

9.10数字时分多路（TDM）－频分多路 410

（FDM）转换器 410

9.11集成电路（IC）实现的数字滤波器的划分 412

9.12数字频率合成器的硬件实现 413

9.13产生伪随机数的方法 416

9.14产生高斯随机数的方法 418

参考文献 419

第十章 用于快速傅里叶变换的专 421

用硬件 421

10.1引言 421

10.2 FFT原理评述 421

10.3 FFT的标号——对于固定基数，按二进位倒序和按数位倒序 425

10.5 FFT算法的量化影响 430

10.4基数2、基数4和基数8计算 430

量的比较 430

10.6基数2算法硬件的若干考虑 435

10.7“最优”基数2硬件结构 437

10.8 用并行处理加快FFT速度的讨论 438

10.9使用快速暂存器的FFT计算 439

10.10采用随机存取存储器（RAM）的基数2和基数4并行结构 440

10.11流水线FFT的一般性讨论 442

10.12 基数2流水线FFT 443

10.13 基数4流水线FFT 446

10.14 基数2和基数4流水线FFT的比较 450

10.15并行程度更高的FFT硬件结构的讨论 450

10.16 专用FFT处理器的总设计原则 453

10.17 具有随机存取存储器的重叠FFT 454

10.18 利用单个RAM和一个运算单元的FFT实时卷积 455

10.19 10兆赫流水线卷积器 456

参考文献 459

11.2专用和通用计算机 460

11.1引言 460

用硬件 460

第十一章 用于信号处理设备的通 460

11.3如何描述计算机 461

11.4游动求和程序 462

11.5实时处理的输入输出问题 463

11.6提高计算机速度的方法 465

11.7超高速缓冲存储器 465

11.8运算并行化 466

并行操作 467

11.9存储、运算、控制和取指令的 467

11.10林肯实验室快速数字处理机（FDP） 468

11.11 运算单元（AE）的结构 470

11.12时序 471

11.13 FDP提高速度的特点小结 472

11.14在FDP中实施FFT 473

11.15浮点程序 474

11.16并行化给FDP带来的特殊问题 476

11.17 LSP2（林肯2－型信号处理机） 477

11.18 用作数字信号处理的实验室计算机设备 479

参考文献 481

第十二章 数字信号处理在语音研 482

究中的应用 482

12.1 引言 482

12.2产生语音的模型 482

12.3短时频谱分析 486

12.4基于短时频谱分析的语音分析－合成系统 488

12.5关于分析的考虑 489

12.6全系统 493

12.7谱带式声码器 494

12.8声码器分析（器）部分——信号处理的考虑 495

12.9声码器合成（器）部分——信号处理的考虑 496

12.10声码器的其它结构 498

12.11音调检测和浊音－清音判别 498

12.12浊音－清音（蜂音－嘘声）检测 502

12.13语音的同态处理 503

12.14同态声码器 505

12.15关于共振语频的合成 506

12.16浊音摩擦音激励网络 509

12.17随机数产生器 510

12.18数字运算原理 510

12.19语音的线性预测 511

12.20计算机声音响应系统 514

12.21小结 516

参考文献 517

13.1雷达原理及其应用简述 519

的应用 519

第十三章 数字信号处理在雷达中 519

13.2雷达系统及参量考虑 520

13.3信号设计与模糊函数 523

13.4雷达信号的数字匹配滤波器 530

13.5 用于空中交通管制的机场对空监视雷达——对抗杂乱回波问题的多普勒处理 536

13.6远程实验雷达（LRDR） 543

13.7 高性能雷达用的数字匹配滤波器 547

13.8结束语 549

参考文献 550