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出版者:Prentice Hall

作者:Ronald E. Crochiere

出品人:

頁數:336

译者:

出版時間:1983-01-01

價格:USD 89.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780136051626

叢書系列:

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 多速率信號處理
• 信號處理
• 通信係統
• 濾波器設計
• 采樣率轉換
• 多分辨率分析
• 數字電路
• 算法
• 工程

《多速率數字信號處理》 書籍簡介 在當今信息爆炸的時代，數字信號處理（DSP）技術已滲透到我們生活的方方麵麵，從通信係統、音頻視頻編碼，到醫療成像、雷達探測，無一不依賴於其強大的能力。而當信號在不同采樣率之間進行轉換，或者需要以更高的精度和效率來處理時，傳統的單速率處理方法便顯得捉襟見肘。此時，多速率數字信號處理（Multirate Digital Signal Processing） 技術的重要性便應運而生。 本書深入淺齣地剖析瞭多速率數字信號處理的核心原理、關鍵算法以及廣泛應用。它旨在為讀者提供一個全麵而深入的理解框架，使讀者能夠掌握設計和實現高效多速率信號處理係統的能力。本書的內容涵蓋瞭從基礎概念到高級技術的完整譜係，旨在滿足從初學者到資深工程師的廣泛需求。 核心內容概述： 本書的核心內容圍繞著信號采樣率的改變以及由此引發的一係列處理技術展開。我們將從最基本的概念入手，逐步深入到復雜的係統設計。 第一部分：基礎概念與基本操作 采樣率轉換的必要性與挑戰： 我們首先探討為什麼需要改變信號的采樣率，例如在不同數據格式之間進行轉換、節省計算資源、提高分辨率等。同時，也會分析采樣率改變過程中可能齣現的挑戰，例如混疊（aliasing）和頻率失真。 插值（Upsampling）： 插值操作用於提高信號的采樣率。本書將詳細介紹各種插值技術，包括零階保持、綫性插值、多項式插值等。重點會放在上采樣器（Upsampler） 的工作原理，它如何在保持原始信號信息的同時，在相鄰樣本之間插入新的樣本。我們將深入分析上采樣過程中的零填充（Zero Stuffing） 機製，並探討不同插值濾波器在提高插值質量方麵的作用，例如 sinc 函數插值作為理想情況，以及如何在實際中用有限長度的濾波器逼近它。 抽取（Downsampling）： 抽取操作則用於降低信號的采樣率。本書將詳細闡述抽取器（Downsampler） 的工作原理，即如何通過丟棄部分樣本來降低采樣率。在這裏，抗混疊濾波器（Anti-aliasing Filter） 的作用至關重要，我們將深入探討為什麼在抽取之前必須使用一個設計精良的低通濾波器來防止混疊現象的發生，以及如何選擇閤適的截止頻率和阻帶衰減。 多速率濾波器的設計與實現： 結閤插值和抽取操作，我們將重點介紹多速率濾波器（Multirate Filter） 的設計。這包括如何設計能夠同時滿足插值和抽取需求的濾波器，以及如何優化濾波器的結構以提高計算效率。我們將討論理想多速率濾波器的概念，並介紹各種近似濾波器的設計方法，例如 FIR 和 IIR 濾波器。 第二部分：核心算法與結構 級聯型多速率結構： 許多多速率係統可以看作是由多個插值器、抽取器和濾波器級聯而成。本書將分析這些級聯結構的特性，並介紹如何通過重排（Interchange） 操作來優化結構，例如將濾波器置於抽取器之前或之後，從而大大減少計算量。我們將深入探討抽取器和濾波器順序交換的條件和效果，以及由此帶來的計算效率提升。 並行型多速率結構： 對於某些信號特性，並行結構可能更為閤適。本書將介紹如何將輸入信號分解到多個並行的子通道中，每個子通道使用不同的采樣率進行處理，然後將結果重新閤並。我們將重點關注多相分解（Polyphase Decomposition），這是實現高效並行多速率結構的關鍵技術。我們將詳細講解如何將一個濾波器分解為多個多相分量（Polyphase Components），並利用這些分量來構建高效的插值器和抽取器。 多相濾波器組（Polyphase Filter Banks）： 多相濾波器組是多速率信號處理中一個極其強大的工具，它能夠將信號分解成多個頻率子帶進行處理，並在需要時進行重構。本書將深入探討短時傅裏葉變換（STFT） 與濾波器組的聯係，以及離散小波變換（DWT） 在多速率信號處理中的應用。我們將詳細介紹均勻濾波器組（Uniform Filter Banks） 和非均勻濾波器組（Non-uniform Filter Banks） 的結構和性能，包括完美重構（Perfect Reconstruction） 的條件和實現方法。 第三部分：高級主題與應用 多速率在通信係統中的應用： 本書將詳細介紹多速率技術在現代通信係統中的廣泛應用，例如： 數字基帶信號處理： 在數字通信係統中，發送端和接收端的采樣率可能不同，多速率技術用於進行采樣率轉換和匹配。 軟件定義無綫電（SDR）： SDR 依賴於靈活的采樣率轉換能力來適應不同的通信標準和頻段。 信道編碼和解碼： 在信道編碼和解碼過程中，有時需要對數據進行過采樣或欠采樣以匹配處理需求。 多速率在音頻和圖像處理中的應用： 音頻采樣率轉換： 在音頻播放、錄音和編輯中，采樣率轉換是常見操作，例如從 CD 音質（44.1 kHz）轉換為高分辨率音頻（96 kHz 或更高），或轉換為較低采樣率的格式。 圖像縮放和重采樣： 圖像的縮放操作本質上也是一種采樣率轉換，多速率技術在這裏發揮著關鍵作用，以保證縮放後的圖像質量。 多通道音頻處理： 例如環繞聲係統，需要對多個音頻通道進行同步和采樣率調整。 多速率濾波器的優化與實現： 計算復雜度分析： 本書將提供詳細的計算復雜度分析方法，幫助讀者評估不同多速率算法的效率，並找到最優的實現方案。 硬件實現考慮： 針對嵌入式係統和專用硬件，本書將討論多速率算法的硬件實現策略，包括流水綫設計、並行處理等。 軟件實現優化： 在軟件層麵，如何利用 SIMD 指令集、高效的內存管理等來優化多速率信號處理的性能。 自適應多速率信號處理： 介紹如何在信號統計特性隨時間變化的情況下，設計能夠自適應調整采樣率轉換參數的多速率係統。 與其他信號處理技術的結閤： 探討多速率技術如何與其他信號處理技術（如自適應濾波、譜估計、小波分析等）相結閤，以解決更復雜的問題。 本書的特點： 理論與實踐相結閤： 本書在闡述理論原理的同時，提供瞭豐富的實例和僞代碼，幫助讀者理解並動手實現。 循序漸進的教學方法： 從基礎概念齣發，逐步深入到高級主題，適閤不同層次的讀者。 清晰的數學推導： 對關鍵算法提供嚴謹的數學推導，確保讀者理解其內在機製。 廣泛的應用場景： 涵蓋瞭多速率技術在通信、音頻、圖像等多個領域的實際應用。 側重於效率和性能： 強調如何設計和實現高效的多速率係統，以滿足實時處理的需求。 目標讀者： 本書適閤於電子工程、通信工程、計算機科學、信號處理等相關專業的本科生、研究生，以及從事相關領域研究和開發的工程師。對於希望深入瞭解數字信號處理高級技術，特彆是采樣率轉換和高效處理的專業人士，本書將是寶貴的參考資料。 通過閱讀本書，讀者將能夠深刻理解多速率數字信號處理的強大威力，並掌握運用這些技術解決實際工程問題的關鍵技能。無論您是剛剛接觸數字信號處理，還是希望在這一領域取得更深入的進展，本書都將是您不可或缺的伴侶。

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從版式設計和印刷質量上來看，這本書體現瞭齣版方對知識傳播的尊重。紙張的選取恰到好處，既保證瞭書寫和標記的便利性，又避免瞭過度反光對眼睛的刺激。墨水的清晰度和色彩還原度都非常齣色，尤其是那些復雜的電路圖和頻譜圖，綫條乾淨利落，細節清晰可辨，這在閱讀技術書籍時至關重要。我發現作者對符號和變量的定義始終保持高度一緻性，這在跨章節閱讀時極大地減少瞭混淆的可能，體現瞭嚴謹的學術規範。一本好的技術書籍，其物理形態本身就應該服務於內容的有效傳達，而這本書在這方麵做得堪稱典範。它不僅僅是一堆紙張的組閤，更是一件精心製作的工具書，值得在書架上占據一個重要的位置，隨時可以取用。

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這本書的語言風格非常獨特，它不像一些學術著作那樣冷峻刻闆，反而帶有一種老教授循循善誘的親切感。作者在解釋復雜數學原理時，常常會使用一些生活化的比喻或者曆史上的小插麯來輔助說明，使得閱讀過程輕鬆不少。我尤其喜歡它在章節末尾設置的“思考與拓展”部分，這些問題往往不是簡單的記憶性考核，而是引導你去思考如何將所學知識應用於解決未曾設想過的新問題。這些開放性的問題激發瞭我強烈的求知欲，促使我去查閱更多的相關文獻，進行更深層次的鑽研。這種鼓勵自主學習而非被動接受的教學方式，是我認為這本書最具價值的一點。它培養的不僅僅是知識的儲備，更是科學的思維方式和解決問題的熱情。

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翻閱這本書的內頁，我最直觀的感受是其內容的深度和廣度都遠超我的預期。它不僅僅停留在教科書式的定義和公式介紹，而是深入到瞭許多前沿算法的細節推導和性能分析。比如，在處理濾波器設計的部分，作者詳細對比瞭不同類型濾波器在特定應用場景下的優劣，並通過仿真結果直觀地展示瞭參數調整對係統性能的影響。這種事無巨細的講解，讓讀者能夠真正理解“為什麼”要選擇某種方法，而不是僅僅學會“如何”使用。另外，書中對一些經典理論的闡述，如傅裏葉分析在離散係統中的應用，都加入瞭作者自己獨特的見解和對當前工程挑戰的思考，使得原本有些陳舊的知識煥發齣瞭新的活力。對於有一定基礎的研究人員來說，這本書無疑是一本極佳的參考手冊，可以隨時查閱並加深對特定模塊的理解。

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這本書的裝幀設計很吸引眼球，封麵選擇瞭深邃的藍色調，配上簡潔有力的白色字體，給人一種專業而又穩重的感覺。我拿到書後，首先被它清晰的排版和閤理的章節劃分所吸引。作者在內容組織上展現瞭極高的專業素養，每一章的邏輯銜接都非常流暢，仿佛在引導讀者進行一次係統而深入的探索。特彆是初學者，在閱讀過程中會發現很多復雜概念被分解得非常細緻，配有詳實的圖示和案例，這極大地降低瞭入門的門檻。我特彆欣賞作者在引言部分對整個領域發展脈絡的梳理，那部分內容不僅提供瞭曆史背景，更指明瞭當前研究的前沿方嚮，讓我對後續的學習充滿瞭期待。盡管內容涵蓋瞭數字信號處理的基礎理論，但作者的敘述方式避免瞭枯燥的數學推導堆砌，而是側重於概念的物理意義和實際應用場景的結閤，這一點對於我這種偏嚮實踐應用的讀者來說，無疑是巨大的福音。

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這本書最讓我感到驚喜的是它對計算方法和編程實現這一塊的關注。在理論講解之後，作者並沒有止步於紙麵推演，而是緊接著提供瞭大量的僞代碼示例，甚至是一些主流編程語言的實現思路框架。這種從“是什麼”到“怎麼做”的無縫過渡，極大地提升瞭知識的可操作性。例如，在講解快速算法時，書中不僅僅給齣瞭算法的復雜度分析，還附帶瞭針對不同硬件平颱進行優化的潛在方嚮探討，這對於工程實踐者來說是極其寶貴的經驗之談。它讓我意識到，理論的掌握必須與工程實現能力相結閤纔能真正發揮效力。這本書成功地搭建瞭理論殿堂與實際工程應用之間的橋梁，使讀者能夠帶著最新的理論知識，立即投身到實際問題的解決中去，這對於快速迭代的現代技術領域而言，是不可或缺的特質。

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