数字信号处理 理论、算法与实现 第2版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 4

参考文献 5

上篇 9

第1章 离散时间信号与离散时间系统 9

1.1 离散时间信号的基本概念 9

1.1.1 离散信号概述 9

1.1.2 典型离散信号 10

1.1.3 离散信号的运算 14

目录 15

常用符号一览表 15

1.1.4 关于离散正弦信号的周期 17

1.2　信号的分类 17

1.3 噪声 19

1.4　信号空间的基本概念 20

1.5　离散时间系统的基本概念 23

1.6　LSI系统的输入输出关系 28

1.7　LSI系统的频率响应 32

1.8　确定性信号的相关函数 33

1.8.1 相关函数的定义 34

1.8.2 相关函数和线性卷积的关系 36

1.8.3　相关函数的性质 37

1.8.4　相关函数的应用 38

1.9 关于MATLAB 39

1.10 与本章内容有关的MATLAB文件 42

小结 49

习题与上机练习 49

参考文献 53

2.1　Z变换的定义 54

第2章　Z变换及离散时间系统分析 54

2.2　Z变换的收敛域 57

2.3　Z变换的性质 62

2.4　逆Z变换 66

2.4.1 幂级数法 66

2.4.2　部分分式法 67

2.4.3 留数法 67

2.5　LSI系统的转移函数 70

2.5.1 转移函数的定义 70

2.5.2 离散系统的极零分析 71

2.5.3　滤波的基本概念 75

2.6 IIR系统的信号流图与结构 78

2.6.1 IIR系统的信号流图 78

2.6.2　IIR系统的直接实现 78

2.6.3 IIR系统的级联实现 80

2.6.4　IIR系统的并联实现 80

2.7　用Z变换求解差分方程 81

2.8 与本章内容有关的MATLAB文件 83

小结 89

习题与上机练习 89

参考文献 92

第3章 离散时间信号的傅里叶变换 93

3.1 连续时间信号的傅里叶变换 94

3.1.1 连续周期信号的傅里叶级数 94

3.1.2 连续非周期信号的傅里叶变换 95

3.1.3　傅里叶级数和傅里叶变换的区别与联系 96

3.2 离散时间信号的傅里叶变换（DTFT） 100

3.2.1 DTFT的定义 100

3.2.2 DTFT的性质 102

＊3.2.3 关于DTFT存在的条件 107

3.2.4 一些典型信号的DTFT 109

3.2.5 信号截短对DTFT的影响 112

3.3　连续时间信号的抽样 115

3.3.1　抽样定理 115

3.3.2　信号的重建 118

3.4　离散时间周期信号的傅里叶级数 119

3.5 离散傅里叶变换（DFT） 121

3.5.1 DFT的定义 121

3.5.2　DFT导出的图形解释 123

3.5.3 DFT与DTFT及Z变换之关系 124

3.5.4 DFT的性质 125

3.6.1 用DFT计算线性卷积的方法和步骤 129

3.6　用DFT计算线性卷积 129

3.6.2 长序列卷积的计算 131

3.7 与DFT有关的几个问题 133

3.7.1 频率分辨率及DFT参数的选择 133

3.7.2　补零问题 137

3.7.3 DFT对FT的近似 138

＊3.8　关于正弦信号抽样的讨论 143

3.8.1　抽样定理对正弦信号的适用性 144

3.8.2　正弦信号抽样中的不确定性 148

3.8.3　对正弦信号截短的原则 149

＊3.9　二维傅里叶变换 150

3.10　希尔伯特变换 156

3.10.1 连续时间信号的希尔伯特变换 157

3.10.2 离散时间信号的希尔伯特变换 159

3.10.3 希尔伯特变换的性质 160

3.10.4 实因果信号傅里叶变换的实部与虚部，对数幅度与 161

相位之间的关系 161

3.11 与本章内容有关的MATLAB文件 163

小结 165

习题与上机练习 166

参考文献 168

4.1　概述 169

第4章　快速傅里叶变换 169

4.2 时间抽取（DIT）基2 FFT算法 171

4.2.1 算法的推导 171

4.2.2　算法的讨论 173

4.3 频率抽取（DIF）基2 FFT算法 176

4.4　进一步减少运算量的措施 178

4.4.1 多类蝶形单元运算 178

4.4.2　W因子的生成 179

4.5　分裂基算法 180

4.5.1 频率抽取基4 FFT算法 180

4.4.3 实输入数据时的FFT算法 180

4.5.2　分裂基算法 181

4.6　输入、输出端仅取少数点的FFT简化算法 187

＊4.6.1 原始输入数据中含有较多零时的FFT简化算法 187

＊4.6.2 输入输出端同时使用FFT简化算法 190

4.6.3 线性调频Z变换（CZT） 192

＊4.7　Winograd快速傅里叶变换算法 195

4.7.1 下标映射 195

4.7.2　快速卷积算法 198

4.7.3 WFTA的公式表示 208

4.7.4 素因子算法和WFTA所需计算量 210

4.8 与本章内容有关的MATLAB文件 212

小结 214

习题与上机练习 214

参考文献 216

第5章 离散时间系统的相位、结构与状态变量描述 218

5.1 离散时间系统的相频响应 218

5.2　FIR系统的线性相位特性 221

5.3　具有线性相位特性的FIR系统的零点分布 223

5.4　全通系统与最小相位系统 226

5.4.1 全通系统 226

5.4.2 最小相位系统 229

5.5　谱分解 232

5.6　FIR系统的结构 234

5.6.1 直接实现与级联实现 235

5.6.2 具有线性相位的FIR系统的结构 235

5.6.3 FIR系统的频率抽样实现 235

5.7　离散时间系统的Lattice结构 237

5.7.1 全零点系统（FIR）的Lattice结构 238

5.7.2 全极点系统（IIR）的Lattice结构 241

5.7.3　极零系统的Lattice结构 243

5.8.1 LSI系统的状态变量与状态方程 246

5.8　离散时间系统的内部描述 246

5.8.2 由状态方程求系统的转移函数 249

5.8.3 由状态方程求系统的输出及单位抽样响应 250

5.9 与本章内容有关的MATLAB文件 253

小结 255

习题与上机练习 256

参考文献 257

第6章 无限冲激响应数字滤波器设计 259

6.1　滤波器的基本概念 259

6.1.1 滤波器的分类 259

6.1.2　滤波器的技术要求 261

6.2　模拟低通滤波器的设计 263

6.2.1　概述 263

6.2.2 巴特沃思模拟低通滤波器的设计 264

6.2.3 切比雪夫Ⅰ型模拟低通滤波器的设计 267

6.3　模拟高通、带通及带阻滤波器的设计 272

6.3.1　模拟高通滤波器的设计 272

6.3.2　模拟带通滤波器的设计 274

6.3.3　模拟带阻滤波器的设计 276

＊6.4　用冲激响应不变法设计IIR数字低通滤波器 277

6.5　用双线性Z变换法设计IIR数字低通滤波器 281

6.6　数字高通、带通及带阻滤波器的设计 285

6.7 与本章内容有关的MATLAB文件 289

小结 293

习题与上机练习 294

参考文献 294

第7章 有限冲激响应数字滤波器设计 296

7.1 FIR数字滤波器设计的窗函数法 296

7.2 窗函数 303

＊7.3　FIR数字滤波器设计的频率抽样法 308

7.4　FIR数字滤波器设计的切比雪夫逼近法 313

7.4.1 切比雪夫最佳一致逼近原理 314

7.4.2 利用切比雪夫逼近理论设计FIR数字滤波器 315

7.4.3　误差函数E（ω）的极值特性 318

7.4.4 线性相位FIR数字滤波器四种形式的统一表示 321

7.4.5 设计举例 324

7.4.6 滤波器阶次的估计 326

7.5　几种简单形式的滤波器 327

7.5.1 平均滤波器 328

7.5.2　平滑滤波器 330

7.5.3　梳状滤波器 333

＊7.6　建立在极零点抵消基础上的简单整系数滤波器 335

＊7.7　低阶低通差分滤波器 341

7.7.1 最佳低阶低通差分滤波器的导出 341

7.7.2 几种常用的低通整系数差分滤波器 345

7.8　滤波器设计小结 350

7.9 与本章内容有关的MATLAB文件 351

小结 356

习题与上机练习 356

参考文献 358

8.1　希尔伯特空间中的正交变换 363

8.1.1　信号的正交分解 363

下篇 363

第8章　信号处理中常用的正交变换 363

8.1.2　正交变换的性质 366

8.1.3　正交变换的种类 367

8.2　K-L变换 368

8.3 离散余弦变换（DCT）与离散正弦变换（DST） 371

8.3.1 DCT的定义 371

8.3.2 DCT和K-L变换的关系 372

8.3.3　DST的定义及与K-L变换的关系 373

＊8.4 离散Hartley变换（DHT） 376

8.5.1 DWT的定义 380

＊8.5　离散W变换（DWT）及正弦类变换 380

8.5.2 四种形式的DCT及DST 382

8.5.3 DCT,DST对K-L变换的近似性能 384

＊8.6 DCT,DST及DWT快速算法简述 386

8.6.1 DCT-Ⅱ快速算法的思路 386

8.6.2　DWT快速算法的思路 387

8.6.3　DST-Ⅰ快速算法的思路 390

＊8.7　图像压缩简介 390

8.7.1 图像的基本概念 390

8.7.2 图像压缩的基本概念 392

8.7.3 图像压缩国际标准简介 398

＊8.8　重叠正交变换 400

8.9 与本章内容有关的MATLAB文件 404

小结 405

习题与上机练习 406

参考文献 407

第9章　信号处理中的若干典型算法 409

9.1　信号的抽取与插值 409

9.1.1　信号的抽取 410

9.1.2　信号的插值 413

9.1.3　抽取与插值相结合的抽样率转换 415

9.1.4　抽取与插值的滤波器实现 417

9.2　信号的子带分解及滤波器组的基本概念 424

习题与上机练习 425

9.3.1 窄带信号 429

9.3　窄带信号及信号的调制与解调 429

9.3.2　信号的调制与解调 432

9.3.3　窄带信号的抽样 435

9.4　逆系统、反卷积及系统辨识 438

＊9.5　奇异值分解 441

＊9.6　独立分量分析简介 446

＊9.7　同态滤波及复倒谱简介 448

9.8 与本章内容有关的MATLAB文件 451

小结 456

习题与上机练习 456

参考文献 458

第10章　平稳随机信号 460

10.1　随机信号及其特征描述 460

10.1.1 随机变量 460

10.1.2 随机信号及其特征的描述 464

10.2.1 平稳随机信号的定义 467

10.2.2 平稳随机信号的自相关函数 467

10.2　平稳随机信号 467

10.2.3　平稳随机信号的功率谱 470

10.2.4　一阶马尔可夫过程 472

10.3　平稳随机信号通过线性系统 473

10.4　平稳随机信号的各态遍历性 476

10.5　信号处理中的最小平方估计问题 481

10.5.1 确定性信号处理中的最小平方问题 481

10.5.2　随机信号参数的最小均方估计 483

10.5.3 随机信号的线性最小均方滤波 484

10.6　估计质量的评价 485

10.7　功率谱估计概述 486

10.8 与本章内容有关的MATLAB文件 489

习题与上机练习 492

小结 492

参考文献 495

11.1 自相关函数的估计 496

第11章　经典功率谱估计 496

11.1.1 自相关函数的直接估计 496

11.1.2 自相关函数的快速计算 499

11.2　经典谱估计的基本方法 501

11.2.1 直接法 501

11.2.2　间接法 502

11.2.3 直接法和间接法的关系 502

11.3　直接法和间接法估计的质量 504

11.3.1　M＝N－1时的估计质量 504

11.3.2　M＜N－1时的估计质量 511

11.4　直接法估计的改进 512

11.4.1 Bartlett法 513

11.4.2　Welch法 514

＊11.4.3　Nuttall法 516

11.5　经典谱估计算法性能的比较 517

11.6　短时傅里叶变换 519

11.7 与本章内容有关的MATLAB文件 523

小结 524

参考文献 526

第12章　参数模型功率谱估计 527

12.1　平稳随机信号的参数模型 527

12.2 AR模型的正则方程与参数计算 529

12.3　AR模型谱估计的性质及阶次的选择 534

12.3.1 AR模型谱估计的性质 534

12.3.2 AR模型阶次的选择 540

12.4　AR模型的稳定性及对信号建模问题的讨论 540

12.4.1 AR模型的稳定性 540

12.4.2 关于信号建模问题的讨论 543

12.5　关于线性预测的进一步讨论 546

12.6　AR模型系数的求解算法 551

12.6.1 自相关法 551

12.6.2　Burg算法 552

12.6.3 改进的协方差方法 554

＊12.7　MA模型及功率谱估计 556

12.7.1 MA模型及其正则方程 556

12.7.2　MA模型参数的求解方法 558

＊12.8　ARMA模型及功率谱估计 559

＊12.9　最小方差功率谱估计（MVSE） 562

12.10.1　相关阵的特征分解 564

＊12.10　基于矩阵特征分解的频率估计及功率谱估计 564

12.10.2　基于信号子空间的频率估计及功率谱估计 566

12.10.3　基于噪声子空间的频率估计及功率谱估计 566

12.10.4　信号与噪声子空间维数的估计 570

12.11 现代谱估计各种算法性能的比较 571

12.12 与本章内容有关的MATLAB文件 574

小结 577

习题与上机练习 577

参考文献 579

第13章 数字信号处理中有限字长影响的统计分析 581

13.1　量化误差的统计分析 582

13.2　量化误差通过LSI系统的统计分析 585

13.3　IIR系统系数量化对系统性能的影响 587

13.4　FIR系统系数量化对系统性能的影响 590

13.5　乘法运算舍入误差对系统性能影响的统计分析 592

13.5.1 IIR系统中的极限环振荡现象 592

13.5.2　IIR系统中乘法运算舍入误差的统计分析 593

13.5.3　FIR系统中乘法运算舍入误差的统计分析 598

13.6　DFT运算中舍入误差的统计分析 598

小结 599

习题与上机练习 600

参考文献 601

第14章　数字信号处理的硬件实现 602

14.1 概述 602

14.2 TMS320系列DSP的主要性能指标 608

14.2.1 定点与浮点DSP 608

14.2.2　TI公司DSP产品性能简表 609

14.3 TMS320系列DSP的结构及主要性能 613

14.3.1 TMS320C25的结构及主要性能 613

14.3.2 TMS320C2000系列的结构及主要性能 616

14.3.3　TMS320C5000系列的结构及主要性能 617

14.3.4　TMS320C6000系列的结构及主要性能 620

14.4　基于TMS320系列DSP系统的设计与调试 622

14.4.1 系统设计的总体考虑 622

14.4.2　软件开发工具 624

14.4.3　硬件系统集成及调试工具 629

14.5　DSP应用举例 635

小结 636

参考文献 637

附录A　关于所附光盘的说明 638

附录B　与本书内容有关的主要MATLAB文件 642

索引 645