数字信号处理及应用

第1章绪论

1.1信号、系统及信号处理

1.1.1信号

1.1.2系统

1.1.3信号处理

1.2信号分类

1.2.1确定信号与随机信号

1.2.2多通道信号、多维信号和矢量信号

1.2.3连续时间信号和离散时间信号

1.2.4时限信号和非时限信号

1.2.5周期信号与非周期信号

1.2.6能量信号和功率信号

1.3连续时间信号与离散时间信号中的频率概念

1.3.1连续时间正弦信号

1.3.2离散时间正弦信号

1.3.3谐波相关的复指数信号

1.3.4单位冲激函数

1.4模数和数模转换

1.4.1模拟信号采样

1.4.2采样定理

1.4.3连续幅度信号的量化

1.4.4正弦信号的量化

1.4.5量化采样信号的编码

1.4.6数模转换

1.4.7数字信号与系统及离散时间信号与系统的分析

1.5数字信号处理系统的应用

1.6数字信号处理的发展方向

1.7小结

……

第2章信号的频率分析

第3章LTI系统的频域分析

第4章离散时间信号的频域分析

第5章数字滤波器的结构

第6章数字滤波器设计

第7章数字谱分析

第8章数字信号处理技术应用

参考文献

第1章绪论

随着计算机技术和大规模集成电路技术的飞速发展，数字信号处理已经逐渐发展成为一门独立的学科和工程领域，并成为信息科学的重要组成部分。从中规模集成电路(MSI)到大规模集成电路(LSI)，再到现在的超大规模集成电路(VLSI)，集成电路技术的快速发展促进了功率更大、体积更小、速度更快、价格更便宜的数字计算机及特殊用途的数字硬件技术的快速发展，从而使得工程人员可以构造更复杂的数字系统。很多传统上由模拟方法执行的信号处理任务，现在都可由更廉价和更可靠的数字硬件来实现，而且数字处理硬件还允许人们借助于软件实现可编程操作，可以更容易地修改由硬件执行的信号处理函数。因此，数字硬件及其相关软件在系统设计方面提供了更大的灵活性。同时，与模拟电路和模拟信号处理系统相比，数字硬件和软件可以实现通常更高的精度。

虽然并不是所有的信号处理问题都适合用数字信号处理来解决，事实上，对于很多需要进行实时处理的宽带信号，模拟信号处理或光信号处理是唯一可能的解决方案。但是，对于可以用数字电路并且具有充分速率执行信号处理任务的场合，我们通常优先考虑使用数字电路。因此，在过去的几十年里，数字信号处理理论和应用得到了迅猛发展，数字信号处理技术已广泛应用于通信、语音、雷达、地震预报、声呐、遥感、电视、控制系统、故障检测、仪器仪表等领域。

本书的目的是介绍数字信号处理所用的基本分析工具和技术。由于数字信号处理的目的是利用计算机来计算信号的频谱，以得到信号的频域信息，而计算机只能处理时域上是离散的、频域上也是离散的信号，而现实世界中的信号多为连续信号。因此，我们首先对一些基本概念进行介绍，然后讨论怎样将连续的模拟信号转换成适合数字处理的离散的数字信号，并介绍该过程中所涉及的重要操作。实际上，对连续的模拟信号进行离散化的数字处理是存在一些缺陷的，这主要是因为模拟信号到数字形式的转换是通过对信号进行采样和量化来完成的，这将产生信号的失真，从而影响我们从量化后的采样信号重构原始的模拟信号。但这个缺陷可以通过适当地选择量化过程中的采样率和量化精度，对这种失真量进行控制。这也导致了我们在对量化的采样信号进行数字处理时，必须考虑有限精度效应。对于这些内容，本书都有所涉及，但重点主要放在数字信号处理系统的分析、设计以及计算技术等方面。

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▼a本书涵盖了数字信号处理学科研究的基本内容、基本理论和工程实现方法, 包括离散时间信号和系统的时域及频域表示、有限长序列的离散傅里叶变换 (DFT) 、快速傅里叶变换 (FFT) 算法、数字滤波器的设计及实现、数字谱分析及数字信号处理的实际应用等数字信号处理与系统分析的时频域分析方法以及数字滤波器设计和工程应用等。