數(shù)字信號處理：系統(tǒng)分析與設(shè)計

定　價：￥46.00

作　者：	（美）Paulo S.R. Diniz等著；門愛東等譯
出版社：	電子工業(yè)出版社
叢編項：	國外電子與通信教材系列
標　簽：	通信技術(shù)理論與基礎(chǔ)

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ISBN：	9787121000638	出版時間：	2004-07-01	包裝：	膠版紙
開本：	26cm	頁數(shù)：	454	字數(shù)：

內(nèi)容簡介

　　本書包含了數(shù)字信號處理（DSP）系統(tǒng)分析和設(shè)計的所有重要內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)移函數(shù)并保持轉(zhuǎn)移函數(shù)的特性，為什么在應(yīng)用中要將轉(zhuǎn)移函數(shù)用適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)進行圖形表示，濾波器組和小波設(shè)計，以及信號時域和頻域表述的相互關(guān)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(shù)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(shè)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(nèi)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(jīng)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(chǎn)生了，它更新了原來的內(nèi)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(chǔ)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(nèi)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(jié)構(gòu)。在很多章的末尾，都有一小節(jié)是關(guān)于MATLAB的內(nèi)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(shè)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(shè)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(zhuǎn)移函數(shù)的特性，為什么在實際應(yīng)用中將轉(zhuǎn)移函數(shù)用適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)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(nèi)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(yīng)。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(zhì)，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(yīng)用中。在這章里有一節(jié)內(nèi)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(zhuǎn)移函數(shù)生成數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)。還介紹了一些基本分析方法和數(shù)字濾波器的性質(zhì)。第5章介紹FIR（有限沖激響應(yīng)）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(yīng)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(quán)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(yīng)線性相位最小排列準則。這一章還討論了WLSChebyshev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(yīng)用很廣。第6章討論IIR（無限沖激響應(yīng)）濾波器的逼近。首先介紹經(jīng)典連續(xù)時間轉(zhuǎn)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(chǎn)生離散時間轉(zhuǎn)移函數(shù)。本章還介紹了兩種變換方法，即沖激響應(yīng)不變法和雙線性變換法。這章包括了離散頻率變換的內(nèi)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(shè)計滿足一般規(guī)范的轉(zhuǎn)移函數(shù)。這章末尾總結(jié)了時域逼近的要點。第7章介紹對數(shù)字濾波器量化效應(yīng)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(nèi)部信號動態(tài)范圍的限制，轉(zhuǎn)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(chǔ)理論。本章重點討論多率系統(tǒng)的性質(zhì)，介紹抽取和內(nèi)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(shè)計。第9章介紹多率濾波器組的幾種設(shè)計技術(shù)，包括雙邊帶濾波器組的幾種形式、余弦調(diào)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(shè)計小波變換。另外，還介紹了正交技術(shù)，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(nèi)插法，主要用于設(shè)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(yīng)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(shè)計良好的IIR濾波器時選擇。這章給出了幾種結(jié)構(gòu)體系，即：采用直接型重排截面的并聯(lián)和級聯(lián)設(shè)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(shè)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(shù)。這個內(nèi)容是非常廣的，不可能只用一章就說明白；另外它的變化也非常快，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(yīng)用中最常用的技術(shù)和當前的趨勢，而不去詳細討論具體某種應(yīng)用的細節(jié)。無論如何，這一章的內(nèi)容足夠幫助系統(tǒng)設(shè)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(nèi)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(jù)需要選擇不同的課程組合。我們建議本科課程至少應(yīng)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(jù)任課老師的需要，還可以選擇第7、8、1、11章的部分內(nèi)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(yīng)進行深入學習。如果不處在一個學術(shù)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(chǎn)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(nèi)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.Saramki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，UniversityofSoPaulo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

作者簡介

　　PauloS.R.Diniz：里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學（UFRJ）電子與計算機工程系和COPPE/UFRJ研究生院教授，赫爾辛基理工大學的客座教授；IEEE會士。

圖書目錄

緒論
第1章  離散時間系統(tǒng)
    1.1  概述
    1.2  離散時間信號
    1.3  離散時間系統(tǒng)
        1.3.1  線性
        1.3.2  時不變性
        1.3.3  因果性
        1.3.4  脈沖響應(yīng)及卷積和
        1.3.5  穩(wěn)定性
    1.4  差分方程與時域響應(yīng)
    1.5  連續(xù)時間信號的取樣
        1.5.1  基本理論
        1.5.2  取樣定理
    1.6  MATLAB中的離散時間系統(tǒng)
    1.7  小結(jié)
    1.8  習題
第2章  z變換和傅里葉變換
    2.1  概述
    2.2  z變換的定義
    2.3  z反變換
        2.3.1  留數(shù)定理法求z反變換
        2.3.2  部分分式展開法
        2.3.3  多項式長除法
        2.3.4  冪指數(shù)展開法
    2.4  z變換的性質(zhì)
        2.4.1  線性
        2.4.2  時間反轉(zhuǎn)特性
        2.4.3  移位特性
        2.4.4  尺度變換特性
        2.4.5  z域微分
        2.4.6  共軛特性
        2.4.7  實部與虛部序列
        2.4.8  初值定理
        2.4.9  卷積定理
        2.4.1  序列相乘
        2.4.11  Parseval(巴塞伐爾)定理
        2.4.12  基本z變換表
    2.5  傳輸函數(shù)
    2.6  z域穩(wěn)定性
    2.7  頻率響應(yīng)
    2.8  傅里葉變換
    2.9  傅里葉變換的性質(zhì)
        2.9.1  線性
        2.9.2  時間反轉(zhuǎn)特性
        2.9.3  時間移位特性
        2.9.4  乘以指數(shù)序列(尺度變換特性)
        2.9.5  微分特性
        2.9.6  共軛特性
        2.9.7  實部和虛部序列
        2.9.8  對稱和反對稱序列
        2.9.9  卷積定理
        2.9.1  序列相乘(頻域卷積)
        2.9.11  Parseval定理
    2.1  MATLAB中的傳輸函數(shù)
    2.11  小結(jié)
    2.12  習題
第3章  離散變換
    3.1  概述
    3.2  離散傅里葉變換
    3.3  DFT的性質(zhì)
        3.3.1  線性
        3.3.2  時間反轉(zhuǎn)性
        3.3.3  時間移位定理
        3.3.4  頻率圓周移位定理(調(diào)制定理)
        3.3.5  時域圓周卷積
        3.3.6  相關(guān)性
        3.3.7  實序列和虛序列
        3.3.8  對稱序列與反對稱序列
        3.3.9  Parseval定理
        3.3.1  DFT與z變換的關(guān)系
    3.4  DFT數(shù)字濾波器
        3.4.1  線性和圓周卷積
        3.4.2  重疊相加法
        3.4.3  重疊保留法
    3.5  快速傅里葉變換
        3.5.1  按時間抽取的基2算法
        3.5.2  按頻率抽取
        3.5.3  基4算法
        3.5.4  任意基N算法
        3.5.5  計算DFT的其他技巧
    3.6  其他離散變換
        3.6.1  離散余弦變換
        3.6.2  正余弦變換類
        3.6.3  離散Hartley變換
        3.6.4  Hadamard變換
        3.6.5  其他重要變換
    3.7  信號表示
    3.8  MATLAB中的離散變換
    3.9  小結(jié)
    3.1  習題
第4章  數(shù)字濾波器
    4.1  概述
    4.2  非遞歸數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)
        4.2.1  直接型
        4.2.2  級聯(lián)型
        4.2.3  線性相位型
    4.3  遞歸數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)
        4.3.1  直接型
        4.3.2  級聯(lián)型
        4.3.3  并聯(lián)型
    4.4  數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的分析
    4.5  狀態(tài)空間描述
    4.6  數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的基本特性
        4.6.1  Tellegen定理
        4.6.2  互逆性
        4.6.3  網(wǎng)絡(luò)間互逆性
        4.6.4  轉(zhuǎn)置性
        4.6.5  靈敏度
    4.7  用MATLAB實現(xiàn)數(shù)字濾波器
    4.8  小結(jié)
    4.9  習題
第5章  FIR濾波器的設(shè)計
    5.1  概述
    5.2  標準濾波器的理想特性
        5.2.1  低通、高通、帶通和帶阻濾波器
        5.2.2  微分器
        5.2.3  希爾伯特轉(zhuǎn)換器
        5.2.4  總結(jié)
    5.3   FIR濾波器的逼近方法——頻率取樣法
    5.4   FIR濾波器的設(shè)計法——窗函數(shù)法
        5.4.1  矩形窗
        5.4.2  三角窗
        5.4.3  漢明窗和漢寧窗
        5.4.4  布萊克曼窗
        5.4.5  凱澤窗
        5.4.6   Dolph-Chebyshev窗
    5.5  最平濾波器設(shè)計法
    5.6  FIR濾波器的優(yōu)化設(shè)計法
        5.6.1  加權(quán)最小平方的方法
        5.6.2  切比雪夫逼近法
        5.6.3   WLS-Chebyshev方法
    5.7   FIR濾波器設(shè)計方法的MATLAB實現(xiàn)
    5.8  小結(jié)
    5.9  習題
第6章  IIR濾波器的設(shè)計方法
    6.1  概述
    6.2  模擬濾波器的設(shè)計
        6.2.1  模擬濾波器的特性
        6.2.2  巴特沃思逼近
        6.2.3  切比雪夫逼近
        6.2.4  橢圓逼近
        6.2.5  頻率變換
    6.3  連續(xù)時間和離散時間的變換
        6.3.1  脈沖響應(yīng)不變法
        6.3.2  雙線性變換法
    6.4  離散時間域中的頻率變換
        6.4.1  數(shù)字低通—低通變換
        6.4.2  數(shù)字低通—高通變換
        6.4.3  數(shù)字低通—帶通變換
        6.4.4  數(shù)字低通—帶阻變換
        6.4.5  可變截止頻率的濾波器設(shè)計
    6.5  幅度和相位逼近
        6.5.1  基本原理
        6.5.2  多變量函數(shù)的最小化方法
        6.5.3  替換的方法
    6.6  時域逼近
    6.7   MATLAB中IIR濾波器逼近的命令
    6.8  總結(jié)
    6.9  習題
第7章  有限精度效應(yīng)
    7.1  概述
    7.2  二進制數(shù)表示
        7.2.1  定點制
        7.2.2  浮點制
    7.3  乘積量化
    7.4  信號比例調(diào)整
    7.5  系數(shù)量化
        7.5.1  靈敏度指標的確定
        7.5.2  字長的統(tǒng)計預(yù)測
    7.6  極限環(huán)
        7.6.1  顆粒極限環(huán)
        7.6.2  溢出極限環(huán)
        7.6.3  零輸入極限環(huán)的消除
        7.6.4  消除常數(shù)輸入極限環(huán)
        7.6.5  溢出非線性數(shù)字濾波器的強迫響應(yīng)穩(wěn)定性
    7.7  小結(jié)
    7.8  習題
第8章  多率值系統(tǒng)
    8.1  概述
    8.2  基本原理
    8.3  下取樣
    8.4  內(nèi)插
    8.5  分數(shù)倍變速
    8.6  逆操作
    8.7  用下取樣和內(nèi)插高效地實現(xiàn)濾波器
        8.7.1  窄帶FIR濾波器
        8.7.2  具有窄過渡帶的寬帶FIR濾波器
    8.8  用MATLAB設(shè)計多率值系統(tǒng)
    8.9  小結(jié)
    8.1  習題
第9章  濾波器組和小波
    9.1  概述
    9.2  濾波器組
        9.2.1  帶通信號的抽取
        9.2.2  帶通信號抽取的逆操作
        9.2.3  臨界抽取M通道濾波器組
    9.3  準確重建
        9.3.1  恒等變換
        9.3.2  多相分解
        9.3.3  轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)
        9.3.4  多相結(jié)構(gòu)的M通道濾波器組
        9.3.5  M通道準確重建濾波器組
        9.3.6  多路復用器
    9.4  通用的2通道準確重建濾波器組
    9.5  QMF濾波器組
    9.6  CQF濾波器組
    9.7  塊變換
    9.8  余弦調(diào)制濾波器組
    9.9  重疊變換
        9.9.1  快速算法和雙正交LOT
        9.9.2  通用LOT
    9.1  小波變換
        9.1.1  分級濾波器組
        9.1.2  小波
        9.1.3  尺度函數(shù)
        9.1.4  x(t)和x(n)的關(guān)系
        9.1.5  小波和濾波器系數(shù)的關(guān)系
        9.1.6  正則性
        9.1.7  舉例
    9.11  用MATLAB實現(xiàn)濾波器組和小波函數(shù)
    9.12  小結(jié)
    9.13  習題
第1章  高效FIR結(jié)構(gòu)
    1.1  概述
    1.2  格型
    1.3  多相型
    1.4  頻域型
    1.5  遞歸求和型
    1.6  減少運算量的實現(xiàn)方法
        1.6.1  預(yù)濾波器法
        1.6.2  內(nèi)插法
        1.6.3  頻率響應(yīng)掩蔽法
        1.6.4  正交法
    1.7  用MATLAB設(shè)計FIR濾波器
    1.8  小結(jié)
    1.9  習題
第11章  高效IIR結(jié)構(gòu)
    11.1  概述
    11.2  并聯(lián)和級聯(lián)型IIR濾波器
        11.2.1  并聯(lián)型
        11.2.2  級聯(lián)型
        11.2.3  誤差頻譜整形
        11.2.4  閉合形式的比例調(diào)整
    11.3  狀態(tài)空間單元
        11.3.1  最佳狀態(tài)空間單元
        11.3.2  無極限環(huán)的狀態(tài)空間單元
    11.4  格型濾波器
    11.5  波濾波器
        11.5.1  動機
        11.5.2  波特性器件
        11.5.3  格型波數(shù)字濾波器
    11.6  用MATLAB實現(xiàn)高效的IIR結(jié)構(gòu)
    11.7  小結(jié)
    11.8  習題
第12章  DSP系統(tǒng)的實現(xiàn)
    12.1  概述
    12.2  基本器件
        12.2.1  補碼表示的性質(zhì)
        12.2.2  串行加法器
        12.2.3  串行乘法器
        12.2.4  并行加法器
        12.2.5  并行乘法器
    12.3  分布式算法實現(xiàn)
    12.4  可編程邏輯器件
    12.5  ASIC實現(xiàn)
    12.6  數(shù)字信號處理器
        12.6.1  Analog Devices公司DSP
        12.6.2  Motorola公司DSP
        12.6.3  Texas Instruments公司DSP
    12.7  小結(jié)
    12.8  習題
參考文獻