本書包含了數(shù)字信號處理（DSP）系統(tǒng)分析和設計的所有重要內容，采用現(xiàn)代的方法討論問題，包括MATLAB范例和其他仿真工具的介紹。主要內容包括：數(shù)字信號處理系統(tǒng)的使用，如何用多項式和比值多項式逼近轉移函數(shù)并保持轉移函數(shù)的特性，為什么在應用中要將轉移函數(shù)用適當?shù)慕Y構進行圖形表示，濾波器組和小波設計，以及信號時域和頻域表述的相互關系。本書可作為高等院校電子和通信等專業(yè)本科或研究生教材，也可作為信號處理系統(tǒng)開發(fā)工程技術人員的參考用書。前言本書的前身是巴西電信公司所屬的TELEBRAS研發(fā)中心的工程師培訓教材。該教材在1987年由本書第一作者講授，主要目的是介紹高效濾波器的設計方法，以解決工程上的一些問題。后來，第一作者用這一教材作為COPPE/里約熱內盧聯(lián)邦大學電子工程專業(yè)數(shù)字濾波器和數(shù)字信號處理課程的參考書。多年來，原先的學生都有這樣的疑問：既然這本教材里表述了獨特的觀點，是值得出版的，卻為何遲遲不出版。有許多原因造成了這種情況，其中的一個重要原因是在這個課題上已經有大量寫得很好的教材存在。而且，在這個課題上進行了多年的教學和研究后，作者的興趣更傾向于研究新方法，而不是進行枯燥的寫書工作，因此到了最后，將這本葡萄牙文課本純粹地翻譯成英文變成了一件乏味的事情。近幾年，參加了信號處理課程編寫的第二作者和第三作者，不斷地提出了信號處理的新方法。這時，我們決定完成和更新原來的課本，使其變?yōu)楝F(xiàn)代課本。這樣，本書產生了，它更新了原來的內容，加入了大量的過去幾年里三位作者為許多課程教學所寫的新材料。本書主要是作為有基本離散線性系統(tǒng)先修課程基礎的本科學生數(shù)字信號處理課程的課本，而更深入的章節(jié)也可作為研究生數(shù)字信號處理課程的課本。在里約熱內盧聯(lián)邦大學和其他許多大學的課本里我們大多采用這種結構。在很多章的末尾，都有一小節(jié)是關于MATLAB的內容，目的是指導讀者如何開始使用MATLAB進行數(shù)字信號處理系統(tǒng)的分析與設計。本書的最大特點是用簡潔而完整的形式對數(shù)字信號處理分析和設計進行廣泛的討論，使讀者能夠完整地開發(fā)實際的系統(tǒng)。盡管本書主要作為本科或研究生教材，但由于它的前身是培訓教材，所以它的工業(yè)和實踐價值也足以作為信號處理系統(tǒng)開發(fā)工程人員的參考書。實際上，我們想讓讀者明白為什么和怎樣使用數(shù)字信號處理系統(tǒng)及其工具，怎樣用多項式和比值多項式來逼近轉移函數(shù)的特性，為什么在實際應用中將轉移函數(shù)用適當?shù)慕Y構進行圖形表示，怎樣分析、表述、研究信號的時域和頻域表述。為此，在每一章中有大量的例子，在每章的末尾有習題，以幫助讀者對概念的吸收。第1、2章回顧離散時間信號處理的概念和z變換。雖然很多讀者熟悉這部分內容，但可以通過閱讀這兩章了解作者描述的方法與符號。第1章回顧離散時間系統(tǒng)的概念，包括離散時間信號和系統(tǒng)的表述方法，以及時域和頻域響應。最重要的是介紹取樣定理，它是離散時間信號用于解決連續(xù)時間實際問題的條件。第2章介紹z變換和傅里葉變換，它們是描述離散時間信號和系統(tǒng)的有用的數(shù)學工具。討論了z變換和傅里葉變換的性質，包括收斂域測定。第3章討論離散變換，重點是離散傅里葉變換（DFT），它是對時域離散信號進行頻域分析的重要工具。DFT可對時域離散信號進行頻域離散描述。序列描述是計算機的特性，DFT為我們提供了強有力的工具，使我們可以像處理原始序列一樣來處理頻域信息。DFT計算機快速算法的出現(xiàn)使得DFT的作用更大了，這就是所謂的快速傅里葉變換（FFT）。本章還介紹了實系數(shù)變換，如正弦和余弦變換，它們被廣泛用于現(xiàn)代聲音和圖像編碼以及其他很多應用中。在這章里有一節(jié)內容討論了信號的幾種表述形式，可供讀者選擇使用。第4章介紹用圖表法將轉移函數(shù)生成數(shù)字濾波器的基本結構。還介紹了一些基本分析方法和數(shù)字濾波器的性質。第5章介紹FIR（有限沖激響應）濾波器的幾種逼近方法。首先是頻率取樣法和廣泛使用的窗口法。窗口法提供了在不同信號處理應用下的窗口方案。而后介紹了其他的近似方法包括最平滑濾波器和加權最小平方（WLS）的方法。最后介紹了基于多元最優(yōu)化算法：：Remez交換法的Chebyshev近似法，這種方法采用頻率響應線性相位最小排列準則。這一章還討論了WLSChebyshev法，它采用逼近誤差總的能量最小準則。這種逼近方法在各種文獻里討論得不多，但是實際上，它的應用很廣。第6章討論IIR（無限沖激響應）濾波器的逼近。首先介紹經典連續(xù)時間轉移函數(shù)的逼近，即巴特沃思、切比雪夫和橢圓逼近，它們用適當?shù)淖儞Q方法產生離散時間轉移函數(shù)。本章還介紹了兩種變換方法，即沖激響應不變法和雙線性變換法。這章包括了離散頻率變換的內容，介紹了最優(yōu)化IIR數(shù)字濾波器量值和相位逼近，它用于設計滿足一般規(guī)范的轉移函數(shù)。這章末尾總結了時域逼近的要點。第7章介紹對數(shù)字濾波器量化效應進行評估的模型。討論了用幾種方法來分析和處理信號表述和濾波器系數(shù)有限字長的影響。研究了量化噪聲的影響，信號縮放比例對內部信號動態(tài)范圍的限制，轉移函數(shù)系數(shù)量化的影響，以及在遞歸實現(xiàn)中可能出現(xiàn)的非線性振動。這些分析被用于指導實際有限精度數(shù)字濾波器的實現(xiàn)。第8章介紹多率離散時間系統(tǒng)的基礎理論。本章重點討論多率系統(tǒng)的性質，介紹抽取和內插操作，舉例說明如何使用它們進行高效率數(shù)字濾波器設計。第9章介紹多率濾波器組的幾種設計技術，包括雙邊帶濾波器組的幾種形式、余弦調制濾波器組以及卷積變換。介紹了用小波變換對信號進行多分辨率分解表述的概念，討論用濾波器組設計小波變換。另外，還介紹了正交技術，如信號表述中的雙正交。第1章介紹如何在滿足規(guī)范要求的前提下降低FIR濾波器的運算復雜度。特別介紹了前置濾波器和內插法，主要用于設計窄帶低通和高通濾波器。另外，還介紹了用于窄帶過渡頻帶濾波器的頻率響應掩蔽法和用于帶通、帶阻濾波器的積分法。第11章介紹高效IIR濾波器的幾種實現(xiàn)方法，討論這些方法的有限精度影響點及其顯著特征。這些實現(xiàn)方法供讀者在設計良好的IIR濾波器時選擇。這章給出了幾種結構體系，即：采用直接型重排截面的并聯(lián)和級聯(lián)設計，采用最優(yōu)化截面和極限環(huán)自由狀態(tài)空間截面的并聯(lián)和級聯(lián)設計，格形濾波器，以及波數(shù)字濾波器的幾種形式。第12章簡單介紹了在信號處理中廣泛使用的實現(xiàn)技術。這個內容是非常廣的，不可能只用一章就說明白；另外它的變化也非?？?，要長期地更新書本也是不現(xiàn)實的。因此，我們只介紹在最近十年里數(shù)字信號處理應用中最常用的技術和當前的趨勢，而不去詳細討論具體某種應用的細節(jié)。無論如何，這一章的內容足夠幫助系統(tǒng)設計者選擇適當?shù)臄?shù)字信號處理算法形式。本書所包括的內容可作為數(shù)字信號處理本科課程或研究生一年級課程。本書可以根據需要選擇不同的課程組合。我們建議本科課程至少應包括第1、2、3、4章，也可包括第5、6章中的非迭代逼近方法，即第5章的頻率取樣和窗口法，第6章的模擬逼近法和IIR濾波器連續(xù)時間到離散時間的變換方法。根據任課老師的需要，還可以選擇第7、8、1、11章的部分內容。若作為研究生課程，第1章到第4章可作為復習資料，其他章節(jié)應進行深入學習。如果不處在一個學術氣氛濃厚、視野開闊的環(huán)境中，本書絕不可能問世。我們有幸邀請到L.P.Cal-ba和E.H.Watanabe教授作為同事和顧問。感謝COPPE的工作人員，特別是M.A.Guimar-es先生和F.J.Ribeiro女士給予了本書巨大的支持。感謝第一作者的學生J.C.Cabezas、R.G.Lins和J.A.B.Pereira（已逝），是他們和第一作者一起寫出的運算包產生了本書的幾個例子。感謝CPqD的工程師幫助我們修正早期的版本。我們尤其要感謝J.Sampaio工程師對我們工作的信任。我們得益于工作在一個大型的信號處理工作組的環(huán)境中，同事們以各種方式幫助我們。其中，我們要提到L.W.P.Biscainho、M.L.R.deCampos、G.V.Mendonca、A.C.M.deQueiroz、F.G.V.deResendeJr和J.M.deSeixas教授，以及信號處理實驗室（www.lps.ufrj.br）的全體工作人員。感謝里約熱內盧聯(lián)邦大學尤其是電子工程系的同事，以及COPPE研究生院的同事，他們在本書的準備時給予了很大的支持。感謝為本書的出版給予幫助的其他學校的朋友，特別是我們要提到FluminenseFederalUniversity的A.S.delaVega教授，F(xiàn)ederalUniversityofEspíritoSanto的M.SarcinelliFo.教授，UniversityofVictoria的P.Agathoklis、A.Antoniou和W.S.Lu教授，HelsinkiUniversityofTechnology的I.Hartimo、T.I.Laakso教授和V.Vlimki博士，TampereUniversityofTechnology的T.Saramki教授，NationalUniversityofSingapore的Y.C.Lim教授，XeroxCorporation的R.L.deQueiroz博士，MicrosoftCorporation的H.S.Malvar博士，UniversityofNotreDame的Y.F.Huang教授，UniverdadNacionaldelSur的J.E.Cousseau教授，UniversityofAlberta的B.Nowrouzian教授，CiscoSystems的M.G.deSiqueira博士，MilitaryInstituteofEngineeringinRiodeJaneiro的R.MiscowFo.和E.Viegas教授，UniversityofSoPaulo的E.Cabral博士。感謝劍橋大學出版社的工作人員，編輯PhilpMeyler博士和EricWillner先生，以及校對者JoClegg博士。感謝作者家人的耐心支持。Paulo感謝Mariza、Paula、Luiza和他的母親Hirlene。Eduardo、感謝LuisEduardo和Isabella的支持，妻子Cl、udia的愛，父母Zélia和Bismarck的愛與支持。Sergio表達對父母Sergio和MariaChristina的感謝，對Luciana和Bruno的愛。PauloS.R.DinizEduardoA.B.daSilvaSergioL.Netto
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