《数字信号处理+（第三版）》+姚天任.pdf

《数字信号处理+（第三版）》+姚天任.pdf数字信号处理应等。此外,增加了一些例题、复习思考题和习题,使它们分别达到119题、110题和177题。绪论部分对数字信号处理学科的发展历史进行了补充。全书的文字也重新进行了修订本书参考学时数为54~60学时,部分教学内容可安排在 Matlab习题中完成。本书是第三版,经多次修订增补,但仍会有不足甚至谬误之处,尚望读者和同行不吝指正。对本书的意见和建议请向出版社或作者本人反映。作者2007年2月于华中科技大学第2版前言本教材第2版系按原电子工业部的《1996—2000年全国电子信息类专业教材编审出版规划》,由全国电子工程专业教学指导委员会编审、推荐出版。本教材由华中理工大学姚天任教授担任主编,西北工业大学赵荣椿教授任主审,北京理工大学梅文博教授任责任编委。数字信号处理是信息和通信工程各专业的一门技术基础课,也是通信和信息系统、信号和信息处理等专业研究生的入学考试科目之一。多年来,国内外不少专家学者一直强调,为了使高等学校的毕业生适应信息社会对他们提出的新要求,所有理工科专业和部分经济管理类专业,都很有必要把数字信号处理作为一门必修的技术基础课来设置。本教材的参考学时数为54学时。学习这门课程之前,学生应修过“信号与线性系统”和“复变函数”等课程。学好这门课程可为进一步学习“现代数字信号处理”、“数字语音处理”和“数字图像处理”等研究生课程打下初步的基础。数字信号处理是一门理论和技术都发展十分迅速、应用非常广泛的交叉和前沿性学科,它的理论性和实践性都很强。因此,在教学过程中要特别强调基本理论、基本概念和基本方法的掌握。为加深对基本理论的理解和对基本方法的掌握,书中安排了一定数量的复习思考题和练习题,书末附有习题参考答案和一些算法的计算机程序。如有条件,最好能安排适当数量的实验和简单的工程设计练习。本教材第2版与第1版比较,全书的总体结构没有很大变化,但所有章节的内容都是重新编写的。具体地说,第1章是绪论,综述了数字信号处理学科的内容、应用领域和发展方向;第2章介绍了离散时间信号和离散时间系统的基本理论和基本分析方法,本章内容是全书的基础;第3章和第4章分别讨论了离散傅里叶变换的快速算法和数字滤波器的设计原理,这是数字信号处理学科中两个最基本和最重要的问题;第5章介绍了离散时间随机信号的基本概念,这些概念是学习下两章内容和以后学习研究生课程的重要基础;第6章和第7章分别讨论有限字长效应的分析方法和功率谱的经典估计方法,这两部分内容涉及数字信号处理理论和技术的工程实现以及应用中的具体问题。本教材第2版中新加入了部分内容,如第2章中增加了关于离散时间信号的取2数字信号处理样、抽取和内插的讨论,第3章中增加了对N为合数的FFT算法的介绍,第6章对极限环振荡和死带效应进行了更深入的讨论。此外,第5章和第7章是参照国务院学位委员会编的《同等学力人员申请硕士学位信息与通信工程学科综合水平全国统一考试大纲及指南》的要求编写的。本教材第1章和第5至第7章由姚天任教授执笔,第2至第4章由江大辉教授执笔。限于编著者的水平,不妥和错误之处一定不少,切盼读者将所发现的问题和对本书的意见径寄作者或寄华中理工大学出版社。作者1999年8月于华中理工大学第1版前言1980年,我们第一次为华中工学院无线电系高年级学生开出了“数字信号处理”课程,采用美国A.V. Oppenheim和R,W. Schaffer所著的同名著作作为教材。1985年,在这门课已经开出了五届的时候,我们整理了所积累的讲稿和资料,编写并胶印成讲义。该讲义在无线电技术、信息工程等专业连续使用了三届,也在助教进修班用过一次。使用过这本讲义的老师和同学们给予了我们鼓励,并热情地提出了许多宝贵意见。1986年,华中工学院出版社决定正式出版此书。在出版社的同志和一些老师们的鼓励下,我们开始了本书的编写工作。这本书是在原讲义的基础上,参考了教学中所收集到的意见,全部重新开始编写的。在本书的编写过程中,我们始终注意到这样三点:第一,内容尽可能少而精,而同时又要便于自学;第二,尽可能联系实际,结合应用;第三,形成自己的体系结构特点。愿望是这样,但在脱稿时,我们却感到力不从心,未能尽如人意。我们的确认识到要编好一本书是多么不容易婀!尽管如此,我们还是希望,在读者的关心和帮助下,今后能把本书改得更好一些。本书可作为高等理工科院校无线电技术和信息工程、通信、雷达、声纳、自动控制和计算机等专业的教科书,学时可在40至70学时范围内灵活掌握。本书也可供有关专业的科研和工程技术人员参考。本书第1章至第3章由江太辉执笔,第4章至第6章以及概论由姚天任执笔我们感谢葛果行、康华光、郑友明、李任远、陈侃、孙洪和王殊等同志提出了许多有价值的意见,感谢华中工学院出版社的同志们的辛勤劳动。作者1987年3月于武汉华中工学院目录第1章绪论····..····.···.······························.······a:··:···:··aa:··1.1数字信号处理学科内容·自·垂●非●自。由●·●·..·.·····a···.······a(1)1.2数字信号处理的应用领域鲁自·●鲁·鲁●曲·鲁·自●…………………(2)1.3数字信号处理学科的发展历史···.···············.··.···4··1.4数字信号处理的基本运算看。看。·着.。。。自看。4(7)1.5本书内容安排鲁··。命自鲁q中●···。号·鲁非鲁··鲁●…………………………(9参考文献……………………………(10)第2章离散时间信号和离散时间系统……………………………………(12)2.1概述…2)2.2离散时间信号——数字序列(13)2.2.1离散时间信号的表示和基本形式…(13)2.2.2使用 Matlab产生离散时间信号及其运算…………(172.3离散时间系统…(20)2.3.1线性非移变系统……(20)2.3.2系统的稳定性和因果性…(28)2.3.3线性常系数差分方程……(30)2.4离散时间信号和系统的频域描述……(34)2.4.1离散时间信号的傅里叶变换(DTFT)……(34)2.4.2离散时间信号的傅里叶变换的性质…(36)2.4.3离散时间系统的频率响应(40)2.5信号的取样鲁鲁··鲁鲁(41)2.5.1连续时间信号的取样(41)2.5.2离散时间信号的取样(46)2.5.3离散时间信号的抽取和内插(49)2.6z变换(51)2.6.1z变换的定义(51)2.6.2几种序列的z变换及其收敛域(53)2数字信号处理2.6.3z变换的逆变换……………(57)2.6.4z变换的性质和定理………(64)2.6.5z变换与拉普拉斯变换的关系(70)2.7系统函数(72)2.8全通系统与最小相位系统(76)2.8.1全通系统……(76)2.8.2最小相位系统(77)2.8.3相位延迟和群延迟(78)2.9 Matlab在离散时间信号和系统分析中的应用(79)2.9.1系统时域响应的计算…(79)2.9.2计算离散时间信号的傅里叶变换和系统频率响应……………(82)2.9.3部分分式法求逆z变换的 Matlab实现(84)复习思考题●p●鲁。由。●··◆·●···音·鲁串音··(86)习题…………………………………………………………………………(87)参考文献………………………………………………(94)第3章离散傅里叶变换及其快速算法……………………………(95)3.1离散傅里叶级数及其性质要·音··曲(95)3.1.1离散傅里叶级数(DFS)…鲁···自身··单·鲁·非音●·番·●·鲁·自身·鲁·鲁(95)3.1.2离散傅里叶级数的性质………………………………(97)3.2离散傅里叶变换及其性质(99)3.2.1离散傅里叶变换(DFT)………………………………………(99)3.2.2离散傅里叶变换的性质……………………………(102)3.3利用循环卷积计算线性卷积……………………………(108)3.4频率取样··音着音·身鲁………(110)3.5快速傅里叶变换……………………………………………………(112)3.5.1离散傅里叶变换的计算量…(112)3.5.2时间抽选基2FFT算法(库里-图基算法)………(114)3.5.3蝶形、同址和变址计算……∴……(118)3.5.4频率抽选基2FFT算法t·(122)3.5.5IFFT的计算方法…●··。··击由··着······鲁看音(125)3.6N为合数的FFT算法……………(126)3.7利用FFT计算线性卷积。·(129)3.8分段卷积…(130)3.9线性调频z变换……(134)目录33.10离散傅里叶变换及其应用的 Matlab实现…·。鲁(138)3.10.1离散傅里叶变换、循环移位和循环卷积的 Matlab实现(138)3.10.2使用FFT进行信号谱分析的 Matlab实现…………(145)3.10.3利用FFT计算线性卷积的 Matlab实现……(151)复习思考题(154)习题…………(155)参考文献...···········..····……∴…∴…(159)第4章数字滤波器的原理和设计方法……………(160)4.1概述(160)4.2无限冲激响应(IR数字滤波器的基本网络结构(161)4.3有限冲激响应(FIR)数字滤波器的基本网络结构(166)4.4IIR数字滤波器的设计方法(173)4.4.1冲激响应不变法……(174)4.4.2双线性变换法…∴…(177)4.4.3数字巴特沃斯滤波器(179)4.4.4利用 Matlab设计数字巴特沃斯滤波器……(185)4.4.5数字切比雪夫滤波器(195)4.4.6利用 Matlab设计切比雪夫滤波器(201)4.4.7椭圆函数滤波器(212)4.5IR数字滤波器的频率变换(217)4.6FIR数字滤波器的设计方法(223)4.6.1窗函数法……………………………………………(224)4.6.2频率取样法∵酯命电····4自……(237)4.7FIR数字滤波器与IIR数字滤波器的比较…………………(242)复习思考题……(242)习题………号、鱼(243)参考文献…·山········自‘d········最··b·,·晶▲·由‘······●··山●(248)第5章离散时间随机信号(249)5.1概述·。鲁·●非(249)5.2随机变量的描述…………………………………(250)5.3离散随机过程●鲁。●非。曲垂(256)5.4时间平均(259)5.5相关序列和协方差序列的性质…………………(261)5.6功率谱自·非·自看··非鲁………(264)数字信号处理5.7离散随机信号通过线性非移变系统(268)5.8离散随机信号的 Matlab分析…………(274)5.8.1用 Matlab产生随机信号………(274)5.8.2离散时间随机信号的 Matlab分析…(279)5.8.3离散随机信号通过线性移不变系统的 Matlab分析(285)复习思考题…(290)习题………(291)参考文献(296)第6章数字信号处理中的有限字长效应分析……(297)6.1有限字长效应引起的误差……………………(297)6.2二进制数的表示和运算方法及其与量化误差的关系(301)6.2.1定点运算和浮点运算(301)6.2.2原码、补码和反码(303)6.2.3截尾误差和舍入误差……………………………(306)6.3信号的量化噪声…………………(309)6.4数字滤波器系数量化的误差分析…………………(312)6.4.1系数量化误差对滤波器稳定性的影响…(313)6.4.2系数量化误差对滤波器零点和极点位置的影响…………(314)6.4.3滤波器频率特性误差的估计…(316)6.5有限字长定点运算IR滤波器的输出噪声……………(317)6.6有限字长定点运算IR滤波器的极限环振荡和死带效应(323)6.6.1极限环振荡……(323)6.6.2死带效应………………………………………………(326)6.6.3零揄入极限环的边界…………(330)6.7定点运算FR滤波器和FFT算法的误差分析……(335)6.7.1定点运算FIR数字滤波器(335)6.7.2定点运算FFT算法…(337)6.8定点运算数字滤波器和FFT算法中的溢出问题……………………(339)6.9浮点运算数字滤波器和FFT算法中的有限字长效应………………(343)6.9.1浮点运算IR数字滤波器…………………………………(344)6.9.2浮点运算FIR数字滤波器…………………………………(346)6.9.3浮点运算FFT算法……………………………………………(349)6.10用 Matlab分析有限字长效应…………………………………(351)6.10.1 Matlab表数的精度和动态范围·p·●●··非●自。自···.●看·●·(351)