本書圍繞兩個方法（時域分析方法和頻域分析方法）、兩個支柱（離散傅里葉變換及其快速算法、數(shù)字濾波器理論及其設計方法）展開，概述了數(shù)字信號分析與處理的基本概念、研究內(nèi)容、特點和應用后，詳細介紹了數(shù)字信號的產(chǎn)生、采樣定理和數(shù)字頻譜，數(shù)字濾波器的4種描述方式（差分方程、脈沖響應、傳遞函數(shù)和頻率響應），數(shù)字卷積、Z變換、離散時間傅里葉變換、離散傅里葉級數(shù)、離散傅里葉變換和快速傅里葉變換等相關理論，以及FIR數(shù)字濾波器與IIR數(shù)字濾波器的設計和實現(xiàn)。
陳禎，副教授，自1996年起在武漢理工大學一直從事相關教學科研工作，主要講授《測試信號分析與處理》、《控制工程基礎》、《儀器儀表電路》、《誤差理論與數(shù)據(jù)處理》等本科生主干課程以及《工程測試與數(shù)據(jù)處理》研究生課程，先后參與多項校級教研項目，參與編寫教材3本，其中擔任副主編2本。主要從事測試信號分析與數(shù)據(jù)處理等方面的研究工作，主持和參與國家自然科學基金項目、國家級軍工項目、學校和企業(yè)合作項目等10余項，發(fā)表學術研究論文近20篇。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 數(shù)字信號處理的基本概念 1
1.1.1 信號及其頻譜 1
1.1.2 數(shù)字信號處理及其系統(tǒng) 3
1.1.3 信號的轉(zhuǎn)換 5
1.2 數(shù)字信號處理主要研究內(nèi)容 6
1.3 數(shù)字信號處理的特點 7
1.4 數(shù)字信號處理技術的應用 8
第2章 離散時間信號 11
2.1 信號及其分類 11
2.1.1 信號的定義 11
2.1.2 信號的分類 12
2.2 信號的描述方式 14
2.2.1 信號的時域描述 15
2.2.2 信號的頻域描述 16
2.3 典型的數(shù)字信號處理系統(tǒng) 17
2.4 A/D轉(zhuǎn)換 18
2.4.1 采樣 18
2.4.2 量化 22
2.4.3 編碼 23
2.5 D/A轉(zhuǎn)換 24
2.6 數(shù)字信號的表示方式 25
2.6.1 數(shù)字信號的圖示 25
2.6.2 數(shù)字信號的符號 26
2.6.3 典型信號 27
2.7 信號的基本運算 34
2.7.1 相加 34
2.7.2 相減 34
2.7.3 相乘 34
2.7.4 移位（延時） 35
2.8 MATLAB實例 35
習題 39
第3章 差分方程與濾波 42
3.1 濾波基礎知識 42
3.2 線性、時不變和因果系統(tǒng) 44
3.3 差分方程 45
3.4 疊加原理 48
3.5 脈沖響應 50
3.6 階躍響應 55
3.7 MATLAB實例 57
習題 58
第4章 數(shù)字卷積與脈沖響應 61
4.1 數(shù)字卷積基礎知識 61
4.2 差分方程與卷積 68
4.3 滑動平均濾波器 69
4.4 MATLAB實例 72
習題 74
第5章 Z變換與傳遞函數(shù) 78
5.1 Z變換基礎知識 78
5.2 傳遞函數(shù) 80
5.2.1 傳遞函數(shù)的定義 80
5.2.2 傳遞函數(shù)和脈沖響應的關系 81
5.2.3 在z域計算數(shù)字濾波器的輸出信號 81
5.3 逆Z變換 82
5.3.1 標準式 82
5.3.2 求逆Z變換的方法 83
5.4 傳遞函數(shù)與穩(wěn)定性的關系 86
5.4.1 極點與零點的確定 86
5.4.2 數(shù)字濾波器的穩(wěn)定性判斷 88
5.4.3 —階數(shù)字系統(tǒng)的穩(wěn)定性 90
5.4.4 二階數(shù)字系統(tǒng)的穩(wěn)定性 94
5.5 MATLAB實例 101
習題 103
第6章 離散時間傅里葉變換和離散傅里葉級數(shù) 106
6.1 DTFT的定義及其兩個重要性質(zhì) 106
6.1.1 DTFT的定義 106
6.1.2 DTFT的兩個重要性質(zhì) 108
6.2 DTFT與頻率響應 108
6.2.1 頻率響應的定義 108
6.2.2 幅頻響應和相頻響應 110
6.2.3 采樣頻率對數(shù)字濾波器的影響 113
6.2.4 數(shù)字濾波器的幅頻響應 115
6.3 DTFT與非周期數(shù)字信號頻譜 119
6.4 DFS與周期數(shù)字信號頻譜 121
6.5 MATLAB實例 126
習題 130
第7章 離散傅里葉變換及其快速算法 134
7.1 離散傅里葉變換的定義和重要性質(zhì) 134
7.1.1 離散傅里葉變換的定義及其實現(xiàn)步驟 134
7.1.2 離散傅里葉變換的重要性質(zhì) 138
7.2 DFT定義式的分解 141
7.3 用DFT對信號進行頻譜分析及其造成的誤差 142
7.3.1 用DFT對信號進行頻譜分析 142
7.3.2 用DFT對模擬信號進行頻譜分析時的誤差 144
7.4 利用DFT計算線性卷積 148
7.4.1 基本原理 148
7.4.2 分段卷積 149
7.5 快速傅里葉變換 152
7.5.1 標準DFT的計算量及FFT的基本思路 152
7.5.2 基2時間抽取FFT算法 153
7.6 MATLAB實例 158
習題 161
第8章 FIR數(shù)字濾波器 163
8.1 FIR數(shù)字濾波器的基本特征和線性相位特征 163
8.1.1 FIR數(shù)字濾波器的基本特征 163
8.1.2 FIR數(shù)字濾波器的線性相位特征 164
8.2 FIR數(shù)字濾波器的結構 168
8.3 用窗函數(shù)法設計FIR數(shù)字濾波器 169
8.3.1 理想低通濾波器的選擇 170
8.3.2 用窗函數(shù)法設計FIR數(shù)字濾波器的基本原理 171
8.3.3 常用的窗函數(shù) 175
8.3.4 用窗函數(shù)法設計各類FIR數(shù)字濾波器的實例 179
8.4 用頻率采樣法設計FIR數(shù)字濾波器 189
8.5 用等波紋逼近法設計FIR數(shù)字濾波器 191
8.6 有限字長效應的影響 192
8.6.1 系數(shù)的量化誤差 193
8.6.2 計算結果的舍入誤差 193
8.7 MATLAB實例 194
8.7.1 在MATLAB中用窗函數(shù)法設計FIR數(shù)字濾波器 194
8.7.2 在MATLAB中用頻率采樣法設計FIR數(shù)字濾波器 199
8.7.3 在MATLAB中用等波紋逼近法設計FIR數(shù)字濾波器 201
8.7.4 FDATool工具箱 202
習題 204
第9章 IIR數(shù)字濾波器 206
9.1 IIR數(shù)字濾波器的主要特征 206
9.2 IIR數(shù)字濾波器的結構 207
9.3 IIR數(shù)字濾波器的設計方法 210
9.4 模擬低通濾波器的設計 212
9.4.1 巴特沃斯模擬低通濾波器的設計 212
9.4.2 切比雪夫模擬低通濾波器的設計 216
9.4.3 橢圓模擬低通濾波器的設計 218
9.4.4 模擬高通/帶通/帶阻濾波器的設計 219
9.5 將模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器 222
9.5.1 脈沖響應不變法 223
9.5.2 雙線性變換法 227
9.6 有限字長的影響 233
9.6.1 系數(shù)量化誤差的影響 233
9.6.2 計算結果的舍入誤差的影響 234
9.7 MATLAB實例 235
9.7.1 在MATLAB中設計模擬低通濾波器 235
9.7.2 用MATLAB實現(xiàn)模擬域頻率轉(zhuǎn)換 237
9.7.3 在MATLAB中用脈沖響應不變法設計IIR數(shù)字濾波器 238
9.7.4 在MATLAB中用雙線性變換法設計IIR數(shù)字濾波器 239
9.7.5 IIR數(shù)字濾波器的直接設計 240
習題 242
參考文獻 246
附錄A 時域卷積和頻域卷積 247
附錄B 采樣的頻譜效應 248
附錄C Z變換的性質(zhì) 249
附錄D 離散時間傅里葉變換的重要性質(zhì) 250
附錄E 離散傅里葉級數(shù)（DFS）的 k與f的關系式推導 251
附錄F 離散傅里葉變換（DFT）的重要性質(zhì) 252
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