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出版者:

作者:张卫宁 编

出品人:

页数:438

译者:

出版时间:2008-7

价格:42.00元

装帧:

isbn号码:9787030218988

丛书系列:

图书标签:

• DSP原理与应用教程
• 数字信号处理
• DSP
• 信号处理
• 通信工程
• 电子工程
• 算法
• MATLAB
• 滤波器
• 傅里叶变换
• 实用教程

《数字信号处理基础与实践》 图书简介 本书旨在为工程技术人员、研究人员以及相关专业学生提供一套全面而深入的数字信号处理（DSP）理论基础与前沿应用指南。我们聚焦于DSP系统的核心概念、关键算法的推导与实现，并结合现代工程中的实际案例，展现如何将理论知识转化为高效的解决方案。 本书内容结构清晰，由浅入深，力求在严谨的数学基础上，提供直观的物理意义阐释。我们避开了对特定商业硬件或特定教材体系的过度依赖，而是将重点放在了普适性的信号处理原理和算法思想上。 第一部分：离散时间信号与系统基础 本部分是理解整个DSP领域的基础。我们首先界定了离散时间信号（DTS）的数学表示法，包括序列的表示、抽样定理在理论层面的意义，以及量化误差的初步分析。重点探讨了离散时间系统的基本性质，如线性、时不变性（LTI）。 我们深入研究了LTI系统的冲激响应和卷积的概念。通过详细的数学推导，清晰地展示了系统输出如何由输入信号和系统自身的特性决定。为了更有效地分析时域信号，本部分引入了Z变换。Z变换的推导过程细致入微，包括单边和双边Z变换的定义、收敛域（ROC）的确定及其对系统稳定性和因果性的判别作用。傅里叶变换的离散版本——离散时间傅里叶变换（DTFT）被视为Z变换在单位圆上的特例，通过对比分析，帮助读者理解时域与频域之间的深刻联系。 第二部分：离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法 DFT是连接连续谱分析和实际数字处理的桥梁。本部分详细阐述了DFT的定义、性质及其与DTFT的关系。我们着重分析了DFT在频谱分析中的应用，例如周期延拓、栅栏效应（Leakage）的成因及缓解措施（如窗函数选择）。 核心内容集中在快速傅里叶变换（FFT）算法上。本书不仅介绍了最经典的基-2蝶形运算（如Cooley-Tukey算法的按时间抽取和按频率抽取两种主流实现方式），还探讨了更通用的分段算法（如Rader算法和Chirp-Z变换）的适用场景。我们提供了详细的算法流程图和计算复杂度分析，强调了FFT在降低计算量、实现实时处理中的决定性作用。此外，本部分还涵盖了周期卷积的实现，展示了如何利用FFT高效地计算线性卷积。 第三部分：数字滤波器设计 滤波器是DSP应用中最核心的工具之一。本部分将数字滤波器分为两大类进行深入剖析：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。 对于FIR滤波器，我们详细讲解了基于窗函数法的设计（如矩形窗、汉宁窗、海明窗等）及其对过渡带宽度和旁瓣衰减的权衡。随后，我们介绍了更精确的频率采样法和最优滤波器设计法（Parks-McClellan算法），并分析了它们在实现特定幅度响应时的优势与挑战。 对于IIR滤波器，重点在于如何将连续时间系统的特性映射到离散时间系统。我们详尽地阐述了脉冲不变法和双线性变换法。特别是双线性变换，我们对其引入的频率压缩效应（Warpage）进行了详尽的数学解释和校正方法探讨。在设计实例中，我们将标准模拟滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫）的S平面设计过程，清晰地转换为Z平面的滤波器结构。 本部分还涵盖了滤波器的实现结构：直接型、正交型、级联型以及格型结构，并从量化噪声和运算速度的角度对比了这些结构的适用性。 第四部分：有限字长效应与DSP系统实现 数字信号处理的实际应用不可避免地要面对有限精度运算带来的误差。本章系统性地分析了量化噪声、截断误差以及溢出问题。我们从统计学角度建立了对量化噪声功率谱密度的模型，并指导读者如何根据系统指标（如信噪比SNR）合理选择定点数的位宽。 在系统实现方面，我们探讨了流水线技术在DSP处理中的应用，以提高吞吐量。对于乘法累加（MAC）操作的优化、寄存器分配和指令集效率的考量，本书提供了不同架构下（如哈佛结构与冯诺依曼结构）的实现侧重分析。 第五部分：自适应滤波与现代应用基础 本部分引入了信号处理的高级主题——自适应滤波。我们详细推导了最小均方（LMS）算法，分析了其收敛速度、稳态误差和步长参数的选择对性能的影响。随后，我们简要介绍了更快速的算法，如归一化LMS（NLMS）和递归最小二乘（RLS）算法，并探讨了它们在通信信道均衡、噪声消除和回声消除等实际场景中的应用逻辑。 总结 本书的编写风格侧重于“为什么”和“如何做”，确保读者不仅掌握了算法的流程，更理解其背后的物理和数学原理。通过大量的推导、公式解释和结构化对比，本书旨在培养读者独立分析和设计复杂数字信号处理系统的能力。我们不局限于理论阐述，而是用工程的视角审视每一个设计决策的权衡取舍。

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这本书在内容组织上的一个亮点是它对前沿技术的关注度。在基础理论讲解扎实的基础上，作者并未止步于传统的应用案例，而是大胆地引入了现代信号处理领域的热点方向，比如自适应滤波、小波分析在特定领域的新进展等。这些内容的加入，使得本书的生命力大大增强，即便对于已经工作了一段时间的工程师来说，它依然能提供新的视角和思考的起点。这证明了编著者不仅是理论专家，更是紧跟行业发展趋势的实践者。

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我花了很长时间来挑选一本能够真正指导我进行实际项目开发的参考书，最终选择了这本。它最让我感到踏实的是其详尽的算例和代码注释。书中提供的许多算法实现细节，都配有清晰的伪代码或者甚至可以直接运行的示例片段，这极大地降低了将理论转化为工程实践的门槛。对于我们这些需要快速将课堂知识落地到产品中的工程师来说，这种实用性是无价的。可以说，这本书不是放在书架上“供着”的，而是被我放在工作台旁边“磨”的。

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这本书的章节安排逻辑性极强，从最基础的概念出发，逐步深入到复杂的应用场景，这种循序渐进的讲解方式对于初学者来说简直是福音。作者在每一步的推导过程中，都给予了详尽的文字说明和直观的图示辅助，使得即便是像我这样对某些抽象理论感到吃力的读者，也能轻松跟上思路。更棒的是，每章末尾的习题设计得非常巧妙，既检验了对理论知识的掌握程度，又巧妙地引导读者去思考实际工程中的问题，真正做到了理论与实践的完美结合。

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这本书的封面设计得非常吸引人，色彩搭配和排版都显得专业而不失亲和力，让人一眼就能感受到其内容的深度与广度。装帧质量也很扎实，拿在手里很有分量，感觉能够经受住长时间的翻阅和使用。尤其值得一提的是，印刷的清晰度和纸张的质感都达到了很高的水准，阅读体验非常舒适，长时间盯着书页也不会感到明显的视觉疲劳。从这本书的整体外观来看，它显然是经过精心策划和制作的，体现了出版方对知识传播的严谨态度。

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我特别欣赏作者在解释核心算法时的那种“庖丁解牛”式的剖析能力。很多教材对傅里叶变换、Z变换这些关键工具往往只是简单介绍，但这本书却花费了大量的篇幅，用不同的视角去阐述其背后的物理意义和数学本质，甚至还穿插了一些历史背景和发展脉络，极大地丰富了我的理解层次。这种深度挖掘的精神，让这本书超越了一般的“工具书”范畴，更像是一部系统性的知识构建指南，让人读完后不仅知其然，更能知其所以然。

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