数字信号处理 理论、算法与实现 第3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 3

0.3 数字信号处理的应用 4

0.4 关于数字信号处理的学习 5

参考文献 6

上篇 经典数字信号处理 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

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

第2章 Z变换及离散时间系统分析 54

2.1 Z变换的定义 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 76

2.6 IIR系统的信号流图与结构 79

2.6.1 IIR系统的信号流图 79

2.6.2 IIR系统的直接实现 79

2.6.3 IIR系统的级联实现 81

2.6.4 IIR系统的并联实现 81

2.7 用Z变换求解差分方程 82

2.8 与本章内容有关的MATLAB文件 84

小结 90

习题与上机练习 90

参考文献 93

第3章 信号的傅里叶变换 94

3.1 连续时间信号的傅里叶变换 95

3.1.1 连续周期信号的傅里叶级数 95

3.1.2 连续非周期信号的傅里叶变换 96

3.1.3 傅里叶级数和傅里叶变换的区别与联系 97

3.1.4 关于傅里叶变换的进一步解释 101

3.2 离散时间信号的傅里叶变换（DTFT） 102

3.2.1 DTFT的定义 102

3.2.2 DTFT的性质 104

3.2.3 关于DTFT存在的条件 109

3.2.4 一些典型信号的DTFT 111

3.2.5 信号截短对DTFT的影响 114

3.3 连续时间信号的抽样 117

3.3.1 抽样定理 117

3.3.2 信号的重建 120

3.4 离散时间周期信号的傅里叶级数 121

3.5 离散傅里叶变换（DFT） 123

3.5.1 DFT的定义 123

3.5.2 DFT导出的图形解释 125

3.5.3 DFT与DTFT及Z变换的关系 126

3.5.4 DFT的性质 127

3.6 用DFT计算线性卷积 131

3.6.1 用DFT计算线性卷积的方法和步骤 131

3.6.2 长序列卷积的计算 133

3.7 与DFT有关的几个问题 135

3.7.1 频率分辨率及DFT参数的选择 135

3.7.2 补零问题 139

3.7.3 DFT对FT的近似 140

3.8 关于正弦信号抽样的说明 145

3.9 二维傅里叶变换 147

3.10 希尔伯特变换 153

3.10.1 连续时间信号的希尔伯特变换 154

3.10.2 离散时间信号的希尔伯特变换 156

3.10.3 希尔伯特变换的性质 157

3.10.4 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 158

3.11 与本章内容有关的MATLAB文件 160

小结 162

习题与上机练习 163

参考文献 165

第4章 快速傅里叶变换 166

4.1 概述 166

4.2 时间抽取（DIT）基2 FFT算法 168

4.2.1 算法的推导 168

4.2.2 算法的讨论 170

4.3 频率抽取（DIF）基2 FFT算法 173

4.4 进一步减少运算量的措施 175

4.4.1 多类蝶形单元运算 175

4.4.2 W因子的生成 176

4.4.3 实输入数据时的FFT算法 177

4.5 基4算法与分裂基算法 177

4.5.1 频率抽取基4 FFT算法 177

4.5.2 分裂基算法 178

4.6 线性调频Z变换（CZT） 184

4.6.1 CZT的定义 184

4.6.2 CZT的计算方法 186

4.7 与本章内容有关的MATLAB文件 188

小结 190

习题与上机练习 190

参考文献 191

第5章 离散时间系统的相位与结构 193

5.1 离散时间系统的相频响应 193

5.2 FIR系统的线性相位特性 196

5.3 具有线性相位特性的FIR系统的零点分布 198

5.4 全通系统与最小相位系统 201

5.4.1 全通系统 201

5.4.2 最小相位系统 204

5.5 谱分解 207

5.6 FIR系统的结构 209

5.6.1 直接实现与级联实现 210

5.6.2 具有线性相位的FIR系统的结构 210

5.6.3 FIR系统的频率抽样实现 210

5.7 离散时间系统的Lattice结构 212

5.7.1 全零点系统（FIR）的Lattice结构 213

5.7.2 全极点系统（IIR）的Lattice结构 216

5.7.3 极零系统的Lattice结构 218

5.8 与本章内容有关的MATLAB文件 221

小结 223

习题与上机练习 223

参考文献 225

第6章 无限冲激响应数字滤波器设计 226

6.1 滤波器的基本概念 226

6.1.1 滤波器的分类 226

6.1.2 滤波器的技术要求 228

6.2 模拟低通滤波器的设计 230

6.2.1 概述 230

6.2.2 巴特沃思模拟低通滤波器的设计 231

6.2.3 切比雪夫Ⅰ型模拟低通滤波器的设计 234

6.3 模拟高通、带通及带阻滤波器的设计 239

6.3.1 模拟高通滤波器的设计 239

6.3.2 模拟带通滤波器的设计 241

6.3.3 模拟带阻滤波器的设计 243

6.4 用冲激响应不变法设计IIR数字低通滤波器 244

6.5 用双线性Z变换法设计IIR数字低通滤波器 248

6.6 数字高通、带通及带阻滤波器的设计 252

6.7 与本章内容有关的MATLAB文件 256

小结 260

习题与上机练习 261

参考文献 261

第7章 有限冲激响应数字滤波器设计 262

7.1 FIR数字滤波器设计的窗函数法 262

7.2 窗函数 269

7.3 FIR数字滤波器设计的频率抽样法 274

7.4 FIR数字滤波器设计的切比雪夫逼近法 279

7.4.1 切比雪夫最佳一致逼近原理 280

7.4.2 利用切比雪夫逼近理论设计FIR数字滤波器 281

7.4.3 误差函数E（ω）的极值特性 284

7.4.4 线性相位FIR数字滤波器四种形式的统一表示 287

7.4.5 设计举例 290

7.4.6 滤波器阶次的估计 292

7.5 几种简单形式的滤波器 293

7.5.1 平均滤波器 294

7.5.2 平滑滤波器 296

7.5.3 梳状滤波器 299

7.6 低阶低通差分滤波器 301

7.6.1 最佳低阶低通差分滤波器的导出 301

7.6.2 几种常用的低通整系数差分滤波器 305

7.7 滤波器设计小结 310

7.8 与本章内容有关的MATLAB文件 311

小结 316

习题与上机练习 317

参考文献 318

第8章 信号处理中常用的正交变换 320

8.1 希尔伯特空间中的正交变换 320

8.1.1 信号的正交分解 320

8.1.2 正交变换的性质 323

8.1.3 正交变换的种类 324

8.2 K-L变换 325

8.3 离散余弦变换（DCT）与离散正弦变换（DST） 328

8.3.1 DCT的定义 328

8.3.2 DCT和K-L变换的关系 329

8.3.3 DST的定义及与K-L变换的关系 330

8.4 DCT的快速算法 333

8.5 图像压缩简介 335

8.5.1 图像的基本概念 335

8.5.2 图像压缩的基本概念 337

8.5.3 图像压缩国际标准简介 342

8.6 重叠正交变换 345

8.7 与本章内容有关的MATLAB文件 349

小结 350

习题与上机练习 351

参考文献 353

第9章 信号处理中的若干典型算法 355

9.1 信号的抽取与插值 355

9.1.1 信号的抽取 356

9.1.2 信号的插值 359

9.1.3 抽取与插值相结合的抽样率转换 361

9.1.4 抽取与插值的滤波器实现 363

9.2 信号的子带分解及滤波器组的基本概念 370

9.3 窄带信号及信号的调制与解调 375

9.3.1 窄带信号 375

9.3.2 信号的调制与解调 378

9.3.3 窄带信号的抽样 381

9.4 逆系统、反卷积及系统辨识 384

9.5 奇异值分解 387

9.6 独立分量分析简介 392

9.7 同态滤波及复倒谱简介 394

9.8 与本章内容有关的MATIAB文件 397

小结 402

习题与上机练习 402

参考文献 404

第10章 数字信号处理中有限字长影响的统计分析 406

10.1 量化误差的统计分析 407

10.2 量化误差通过LSI系统的统计分析 410

10.3 IIR系统系数量化对系统性能的影响 412

10.4 FIR系统系数量化对系统性能的影响 415

10.5 乘法运算舍入误差对系统性能影响的统计分析 417

10.5.1 IIR系统中的极限环振荡现象 417

10.5.2 IIR系统中乘法运算舍入误差的统计分析 418

10.5.3 FIR系统中乘法运算舍入误差的统计分析 423

10.6 DFT运算中舍入误差的统计分析 423

小结 424

习题与上机练习 425

参考文献 426

第11章 数字信号处理的硬件实现 427

11.1 DSP微处理器概述 427

11.1.1 DSP处理器在结构上的主要特点 428

11.1.2 DSP处理器在结构上的新发展 433

11.1.3 DSP处理器的发展趋势 434

11.2 评价DSP性能的几个主要指标 438

11.3 TI DSP产品的路线图 439

11.3.1 TI早期的DSP产品 439

11.3.2 TI DSP的三大主流产品 439

11.3.3 TI DSP的新产品 441

11.4 TI几个典型DSP芯片的结构与性能 445

11.4.1 TMS320C25的结构及主要性能 445

11.4.2 TM3320F28M35X系列的结构及主要性能 448

11.4.3 TM3320C553X系列的结构及主要性能 450

11.4.4 OMAP-L138的结构及主要性能 451

11.4.5 TMS320DM8168的结构及主要性能 452

11.4.6 TMS320C6678的结构及主要性能 454

11.5 基于TMS320系列DSP系统的设计与调试 456

11.5.1 系统设计的总体考虑 456

11.5.2 软件开发工具 457

11.5.3 硬件系统集成及调试工具 462

11.6 DSP在医疗仪器中的应用简介 467

小结 469

参考文献 469

下篇 统计数字信号处理 473

第12章 平稳随机信号 473

12.1 随机信号及其特征描述 473

12.1.1 随机变量 473

12.1.2 随机信号及其特征的描述 477

12.2 平稳随机信号描述 480

12.2.1 平稳随机信号的定义 480

12.2.2 平稳随机信号的自相关函数 480

12.2.3 平稳随机信号的功率谱 483

12.2.4 一阶马尔可夫过程 485

12.3 平稳随机信号通过线性系统 486

12.4 平稳随机信号的各态遍历性 489

12.5 信号处理中的最小平方估计问题 494

12.5.1 确定性信号处理中的最小平方问题 494

12.5.2 随机信号参数的最小均方估计 496

12.6 估计质量的评价 497

12.7 功率谱估计概述 498

12.8 与本章内容有关的MATLAB文件 501

小结 503

习题与上机练习 504

参考文献 506

第13章 经典功率谱估计 507

13.1 自相关函数的估计 507

13.1.1 自相关函数的直接估计 507

13.1.2 自相关函数的快速计算 510

13.2 经典谱估计的基本方法 512

13.2.1 直接法 512

13.2.2 间接法 513

13.2.3 直接法和间接法的关系 513

13.3 直接法和间接法估计的质量 515

13.3.1 M=N－1时的估计质量 516

13.3.2 M＜N－1时的估计质量 523

13.4 直接法估计的改进 525

13.4.1 Bartlett法 525

13.4.2 Welch法 526

13.4.3 Nuttall法 528

13.5 经典谱估计算法性能的比较 530

13.6 短时傅里叶变换 532

13.7 与本章内容有关的MATLAB文件 536

小结 537

习题与上机练习 537

参考文献 538

第14章 参数模型功率谱估计 540

14.1 平稳随机信号的参数模型 540

14.2 AR模型的正则方程与参数计算 542

14.3 AR模型谱估计的性质及阶次的选择 547

14.3.1 AR模型谱估计的性质 547

14.3.2 AR模型阶次的选择 553

14.4 AR模型的稳定性及对信号建模问题的讨论 553

14.4.1 AR模型的稳定性 553

14.4.2 关于信号建模问题的讨论 556

14.5 关于线性预测的进一步讨论 559

14.6 AR模型系数的求解算法 564

14.6.1 自相关法 564

14.6.2 Burg算法 565

14.6.3 改进的协方差方法 567

14.7 MA模型及功率谱估计 569

14.7.1 MA模型及其正则方程 569

14.7.2 MA模型参数的求解方法 571

14.8 ARMA模型及功率谱估计 572

14.9 最小方差功率谱估计（MVSE） 575

14.10 基于矩阵特征分解的频率估计及功率谱估计 577

14.10.1 相关阵的特征分解 577

14.10.2 基于信号子空间的频率估计及功率谱估计 579

14.10.3 基于噪声子空间的频率估计及功率谱估计 579

14.10.4 信号与噪声子空间维数的估计 583

14.11 现代谱估计各种算法性能的比较 584

14.12 与本章内容有关的MATLAB文件 587

小结 590

习题与上机练习 590

参考文献 592

第15章 维纳滤波器 594

15.1 前言 594

15.2 平稳随机信号的线性最小均方滤波 594

15.3 FIR维纳滤波器 596

15.4 IIR维纳滤波器 599

15.5 非因果维纳滤波器 602

15.6 与本章内容有关的MATLAB文件 604

小结 605

习题与上机练习 605

参考文献 607

第16章 自适应滤波器 608

16.1 前言 608

16.2 误差性能曲面及最陡下降法 609

16.2.1 误差性能曲面 610

16.2.2 最陡下降法 611

16.3 LMS算法 612

16.3.1 LMS算法的导出 612

16.3.2 LMS算法的性能分析 614

16.3.3 改进的LMS算法 619

16.4 RLS算法 621

16.4.1 RLS算法的导出 621

16.4.2 RLS算法性能分析 624

16.5 自适应滤波器的应用 625

16.5.1 系统辨识 625

16.5.2 自适应噪声抵消 628

16.5.3 自适应预测 630

16.5.4 通道的自适应均衡 632

16.6 与本章内容有关的MATLAB文件 635

小结 638

习题与上机练习 638

参考文献 640

附录 关于光盘的使用说明 642

索引 643