具体描述
This book uses MATLAB as a computing tool to explore traditional DSP topics and solve problems. This greatly expands the range and complexity of problems that students can effectively study in signal processing courses. A large number of worked examples, computer simulations and applications are provided, along with theoretical aspects that are essential in order to gain a good understanding of the main topics. Practicing engineers may also find it useful as an introductory text on the subject.
好的，这是一本名为《Digital Signal Processing Using MATLAB》的图书的详细简介，内容将着重于该书可能涵盖的 DSP 理论、MATLAB 应用以及工程实践，而不提及您明确要求排除的任何特定内容。 --- 图书简介：《数字信号处理（DSP）与 MATLAB 实践指南》 导言：数字时代的信号与信息处理基石 在信息技术飞速发展的今天，无论是音频、图像、通信系统还是生物医学监测，我们所接触的一切都日益依赖于数字信号的采集、分析、修改和传输。数字信号处理（DSP）正是连接物理世界模拟信号与数字计算世界的桥梁。本书旨在为读者提供一个全面、深入且极具实践性的 DSP 知识体系，并充分利用业界领先的计算工具 MATLAB，将复杂的理论概念转化为可操作的工程解决方案。 本书的目标读者群体广泛，涵盖了电子工程、通信工程、计算机科学、自动化控制，以及相关跨学科领域的高年级本科生、研究生，以及致力于提升 DSP 技能的专业工程师和研究人员。我们相信，掌握扎实的 DSP 理论并熟练运用 MATLAB 进行仿真和验证，是现代工程人才不可或缺的核心竞争力。 第一部分：基础理论的坚实构建 本书的开篇将系统地梳理数字信号处理的理论基础，确保读者对核心概念有清晰且深刻的理解。 1. 离散时间信号与系统 我们首先从连续时间信号的采样过程入手，详细探讨了信号的离散化和量化过程中的关键问题，例如混叠现象（Aliasing）及其避免策略。随后，深入剖析离散时间信号的表示方法、基本运算，并定义了线性时不变（LTI）系统的特性。系统的分析将围绕其冲激响应和卷积和展开，这是理解系统行为的基石。 2. 离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法 傅里叶分析是 DSP 的核心工具。本书将详尽阐述离散时间傅里叶变换（DTFT），并重点聚焦于其离散形式——离散傅里叶变换（DFT）。我们将深入研究 DFT 的性质，包括周期性、共轭对称性等。计算效率的提升是工程应用的关键，因此，本书会投入大量篇幅介绍快速傅里叶变换（FFT）算法的原理、不同实现结构（如蝶形运算）及其在实际系统中的应用优势。 3. Z 变换：时域与频域的统一视角 Z 变换是分析离散时间系统的强大数学工具。本书将系统性地介绍单边 Z 变换和双边 Z 变换，详细推导其收敛域（ROC）的概念及其重要性。通过 Z 变换，我们可以将时域中的差分方程转化为频域中的代数方程，极大地简化了系统的分析。我们将利用 Z 变换来推导和分析IIR 和 FIR 滤波器的结构和特性。 第二部分：数字滤波器设计与实现 滤波器是 DSP 应用中最常见且最重要的模块。本书将详尽介绍两种主要的滤波器类型——有限冲击响应（FIR）和无限冲击响应（IIR）滤波器的设计理论与实践。 1. 有限冲击响应（FIR）滤波器设计 FIR 滤波器以其线性相位特性而在对相位敏感的应用中占据重要地位。我们将介绍窗函数法（包括矩形窗、汉宁窗、海明窗等）的设计流程，分析不同窗函数对过渡带宽度和阻带衰减的权衡。此外，还将探讨频率采样法和最优等波纹滤波器设计（Parks-McClellan 算法），以实现更高性能的滤波器。 2. 无限冲击响应（IIR）滤波器设计 IIR 滤波器因其在低阶下能实现陡峭的幅度响应而受到青睐。本书将重点讲解如何利用模拟滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）的经典设计，通过双线性变换法和脉冲不变法将其映射到离散时间系统。我们将深入分析这些映射过程中可能出现的稳定性问题和频率混叠现象。 3. 滤波器实现与性能考量 设计完成后，如何高效地实现是关键。本书会讨论直接形式、级联形式、平行形式等不同结构对计算量、数值稳定性和量化噪声的影响。我们将探讨定点运算对滤波器性能的制约，并介绍应对有限精度环境的策略。 第三部分：MATLAB 赋能：仿真、分析与可视化 本书的一大特色是将 MATLAB 作为核心实验平台，引导读者将理论知识转化为直观的仿真结果。 1. MATLAB 基础与信号处理工具箱概览 我们将从零开始介绍如何在 MATLAB 环境中高效地生成、操作和可视化各类离散信号。重点讲解信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）中的关键函数，包括信号生成函数、基本数学运算函数以及数据结构（如 `tf` 对象、`ss` 对象）的创建与操作。 2. 滤波器设计与检验的 MATLAB 流程 读者将学习如何利用 MATLAB 提供的强大函数库，如 `firwin`, `cheby1`, `ellip` 等，快速设计出满足特定指标的 FIR 和 IIR 滤波器。更重要的是，本书将指导读者使用 `freqz`, `fvtool` 等工具，直观地观察滤波器的幅度响应、相位响应和群延迟特性，并进行系统零极点分析。 3. 频谱分析的高级应用 除了标准的 FFT 分析，本书将深入探讨在噪声环境下进行可靠频谱估计的方法。我们将介绍周期图法的局限性，并详细阐述重叠相加/重叠保留法的实现，以及维纳-霍夫曼（Wiener-Hopf）方法在平稳随机信号处理中的应用。对功率谱密度（PSD）的估计技术，如 Welch 法 和 最小方差无失真响应（MVDR）方法，将在 MATLAB 环境下进行详细的仿真对比。 第四部分：随机信号处理与现代应用 数字信号处理的应用场景已远超确定性信号分析，随机过程和自适应处理是现代工程的热点。 1. 随机信号基础与平稳性分析 我们将引入随机过程的基本概念，包括均值、自相关函数和功率谱密度（PSD）。特别关注宽平稳（WSS）过程的分析方法，并展示如何利用 MATLAB 对随机序列进行统计特征的提取和验证。 2. 自适应滤波理论与应用 自适应滤波器，如最小均方（LMS）算法和归一化最小均方（NLMS）算法，是解决未知系统辨识、噪声消除和回声消除问题的利器。本书将详述这些算法的迭代更新规则，分析其收敛速度与稳态误差之间的关系，并通过具体的 MATLAB 仿真案例展示其在实际信道均衡或噪声对消中的性能。 结论：面向工程实践的综合能力培养 本书不仅是一本理论参考书，更是一本实战手册。通过贯穿始终的 MATLAB 代码示例和详细的工程案例分析，读者将能够从容应对从基础信号分析到复杂系统建模的全系列挑战。掌握本书内容，意味着您已具备使用现代工具解决复杂数字信号处理问题的强大能力，为进入前沿的通信、雷达、医疗影像或自动化领域打下坚实的基础。 ---
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