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☆☆☆☆☆

出版者:McGraw-Hill Science/Engineering/Math

作者:Sanjit Mitra

出品人:

页数:896

译者:

出版时间:2005-01-06

价格:1475.00 元

装帧:Hardcover

isbn号码:9780073048376

丛书系列:

图书标签:

• 数字信号处理
• 信号处理
• DSP
• 通信
• 图像处理
• 滤波
• 傅里叶变换
• 算法
• MATLAB
• 工程

探索信息时代的基石：声、光、电的交汇与重塑 书名： 《信息流动的艺术：模拟与数字世界的转换与应用》 作者： [此处可填写一个虚构的、具有学术权威性的作者姓名，例如：张文博 教授] 出版社： [此处可填写一个专业的学术出版社名称，例如：前沿科学技术出版社] --- 摘要 本书旨在深入剖析信息如何在物理世界中产生、传输，并最终被有效捕获、处理和重现的全过程。我们不局限于单一的技术领域，而是以一种跨学科的视角，系统地探讨了从连续的物理信号到可计算的离散数据之间的桥梁构建。全书聚焦于信号的采集、编码、调制、解调以及在复杂信道中的优化传输，为读者建立起一个坚实的理论框架，用以理解现代通信、成像、传感乃至生物医学工程背后的核心驱动力。我们将详细考察时间域与频域的深刻联系，解析傅里叶分析在信息解析中的不可替代性，并介绍现代数据压缩和信源编码的基本原理，为读者提供一套完整的工具箱，用以应对信息爆炸时代的挑战。 --- 第一部分：信号的本源与表征——从连续到离散的思维转变 本部分是全书的理论基石，它引导读者从物理现象的直观感受，逐步过渡到数学模型的确立。 第一章：物理世界的信号与信息的本质 1.1 模拟信号的连续性与无限性： 探讨声音、光波、电磁波等自然信号的连续特性。介绍理想信号的数学描述，如正弦波、指数函数，及其在描述真实世界现象中的局限性。 1.2 信息的量化与离散化： 阐述信息论的先驱思想，如何通过有限的符号集来表示无限的可能性。引入“采样”的概念，探讨其物理意义及对信息保真度的影响。 1.3 信号的采集系统概述： 介绍传感器、传感器阵列的基本工作原理。重点分析从物理输入到电信号输出的转换过程中的非理想因素（噪声、失真）。 第二章：时间与频率的对偶视角——傅里叶分析的威力 2.1 傅里叶级数与傅里叶变换的严谨推导： 详细阐述了如何将一个复杂的时域信号分解为其基本正弦分量。讨论周期性与非周期性信号在变换中的区别。 2.2 频谱的物理意义与工程应用： 深入解析频谱图的含义，包括带宽、功率谱密度和能量谱密度。如何利用频谱信息来识别信号特征、去除干扰。 2.3 离散时间傅里叶变换（DTFT）与离散傅里叶变换（DFT）： 衔接连续域与离散域的关键步骤。详细解释DFT的周期延拓和频谱混叠现象，为后续的数字处理奠定基础。 2.4 快速傅里叶变换（FFT）算法的效率与实现： 介绍Cooley-Tukey等经典FFT算法的原理，分析其在计算复杂度上的巨大优势，及其在实时系统中的重要地位。 第三章：系统的线性时不变性（LTI）分析 3.1 LTI系统的定义与特性： 明确线性、时不变性的数学条件。强调LTI系统在信号处理中的中心地位——许多复杂的物理系统在一定条件下可以被有效地建模为LTI系统。 3.2 卷积积分与卷积和： 详细阐述系统响应（冲激响应 $h(t)$ 或 $h[n]$）如何通过卷积运算决定输入信号通过系统后的输出。 3.3 频域分析的优势： 展示如何在频域中将卷积运算转化为简单的乘积运算，极大地简化了滤波器的设计与分析。 --- 第二部分：信号的净化与压缩——滤波、变换与编码 本部分聚焦于如何对采集到的离散信号进行优化处理，以去除噪声、提取有用信息，并高效存储或传输数据。 第四章：离散时间系统的滤波技术 4.1 数字滤波器的两大流派： 详细区分无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。讨论各自的优缺点（如相位线性、计算复杂度、稳定性）。 4.2 FIR滤波器的设计方法： 重点介绍窗函数法（如汉宁窗、海明窗）的原理及其在设计理想滤波器特性中的作用。 4.3 IIR滤波器的设计： 探讨如何利用连续时间滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫）的双线性变换或脉冲不变法映射到离散时间域。 4.4 滤波器组与多速率信号处理基础： 介绍如何使用滤波器组对信号进行分解和重构，为后续的子带编码技术做铺垫。 第五章：信号的有效表征与数据压缩 5.1 信息源编码理论回顾： 简要回顾香农-范诺编码和霍夫曼编码，阐述如何根据信号的概率分布实现无损压缩。 5.2 变换域编码与有损压缩： 引入将信号转换到更具能量集中性的域进行编码的思路。重点分析离散余弦变换（DCT）在图像和音频压缩中的核心作用。 5.3 熵编码与量化理论： 详细讨论量化过程如何引入信息损失，以及如何设计最优的量化策略来平衡失真和码率。 第六章：信号的传输与信道编码 6.1 数字调制技术概述： 从基带传输到带通传输的演进。详细介绍幅度键控（ASK）、频率键控（FSK）和相移键控（PSK）的基本原理。 6.2 噪声信道中的可靠传输： 介绍信道容量的概念。重点阐述纠错码（如循环冗余校验CRC、卷积码）如何通过增加冗余信息来对抗信道中的随机错误。 6.3 扩展频谱技术： 讨论扩频通信的基本思想，包括直序扩频（DSSS）和跳频（FHSS），及其在抗干扰和多址接入中的应用。 --- 第三部分：高级应用与前沿展望 本部分将理论知识应用于实际的复杂系统中，并展望未来信号处理技术的发展方向。 第七章：二维信号处理基础——图像与空间域分析 7.1 图像作为二维信号的建模： 将像素阵列视为离散二维信号。讨论图像的采样、量化以及空间分辨率的概念。 7.2 图像的空间域处理： 讲解模板匹配、卷积在图像锐化、平滑和边缘检测中的应用。 7.3 图像的频率域分析与二维变换： 扩展傅里叶变换至二维，分析二维频谱的特性。介绍二维滤波在去除周期性噪声中的优势。 7.4 小波变换的引入： 对比傅里叶变换在瞬态分析上的不足，引出小波变换如何提供“时-频”双重局部化分析能力，在特征提取中的重要性。 第八章：随机信号处理与现代估计理论 8.1 随机过程的统计描述： 探讨宽平稳、窄平稳过程的概念，以及自相关函数和互相关函数在揭示信号统计特性中的作用。 8.2 功率谱估计： 比较经典方法（如周期图法）与现代非参数方法（如Welch法）在功率谱估计上的性能差异。 8.3 最佳线性滤波： 重点介绍维纳滤波器的原理，如何在已知信号和噪声统计特性的前提下，设计出最小均方误差（MMSE）的滤波器。 8.4 卡尔曼滤波： 阐述卡尔曼滤波作为一种递归估计算法，在状态空间模型中融合观测数据与系统模型进行最优估计的强大能力，及其在导航、跟踪系统中的应用。 --- 结语 本书的编写力求在概念的清晰性和数学的严谨性之间取得平衡。通过对信号生命周期中各个环节的系统梳理，读者将能够深刻理解现代信息技术（从移动通信、数字媒体到高精度传感）背后的数学和物理逻辑。掌握这些基础知识，是进一步深入研究机器学习中的特征工程、高性能计算中的并行处理，以及前沿的量子信息处理的必由之路。 《信息流动的艺术》 不仅是一本教科书，更是一张导向信息科学核心思想的路线图。

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这学期DSP的教材，仔细的看了前半本书，后来实在没时间了就看的老师的课件。 之前在国内学习时用的是奥本海默的那本《离散时间信号处理》。这本书与奥本海默版对比，最突出的特色就是与MATLAB的紧密结合（从书名就可以看出）。书中开篇就讲到DSP就是利用计算机进行信号处理，...

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