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出版者:人民邮电出版社

作者:蔡艾 姜小仪 等编

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页数:0

译者:

出版时间:2003-2-1

价格:24元

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• 数字图像处理
• 多媒体技术
• 液晶电视
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• 图像处理
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• 显示技术
• 数字电视
• 通信技术
• 电子工程

蓝图的构建：现代信号处理与显示系统设计原理 图书简介 本书聚焦于信息时代的基石——信号处理的深层原理及其在尖端显示技术中的具体应用，特别是面向新一代电子设备的设计与实现。本书旨在为电子工程、计算机科学、通信工程及相关领域的工程师和研究人员提供一个全面且深入的技术视角，理解从原始数据采集到最终视觉呈现的完整流程。 全书共分为五大部分，层层递进，构建起一个从基础理论到复杂系统实现的知识体系。 --- 第一部分：离散信号的数学基础与分析 本部分致力于夯实读者对数字信号处理（DSP）核心数学工具的掌握，这是后续所有高级技术应用的前提。我们摒弃纯粹的理论堆砌，而是将数学工具与实际信号的特性紧密结合。 1. 信号的数字化与采样理论： 深入探讨连续时间信号到离散时间信号的转换过程，重点解析奈奎斯特-香农采样定理的物理意义和工程限制。详细阐述了欠采样、过采样技术在特定信号采集中的优势与挑战，并引入随机过程理论，分析真实世界信号的噪声特性和统计分布。 2. 离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法： 详细剖析DFT的数学定义、周期延拓特性，以及它在频域分析中的不可替代性。重点讲解快速傅里叶变换（FFT）的基2、分裂基等核心算法的蝶形运算结构与实现复杂度分析。此外，还将讨论非均匀采样下的谱估计方法，如圆周卷积与零填充对频谱分辨率的影响。 3. 线性时不变系统与卷积： 阐述离散时间系统的基本属性（线性、时不变、因果性）。深入解析卷积运算作为系统响应核心的地位，并对比时域卷积与频域乘积之间的关系。特别引入Z变换作为系统分析的强大工具，详细分析系统函数（传递函数）、稳定域（ROC）的概念及其对滤波器设计的重要性。 --- 第二部分：数字滤波器的设计与优化 本部分将理论分析转化为实际的信号调理手段，重点在于如何高效、精确地设计和实现满足特定性能指标的数字滤波器。 1. 经典滤波器理论： 详细对比IIR（无限脉冲响应）和FIR（有限脉冲响应）滤波器的结构、优缺点及设计思想。对IIR滤波器，深入探讨巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器的设计公式与幅度、相位响应特性。对于FIR滤波器，重点讲解窗函数法（如汉宁窗、黑曼窗）的优劣，以及Parks-McClellan算法（等波纹优化）在实现最优线性相位特性中的关键作用。 2. 滤波器结构与实现： 分析直接型、级联型、并联型等不同结构对计算资源、量化噪声和实现稳定性的影响。深入探讨有限精度运算对滤波器性能的退化，包括乘法器和加法器的量化误差分析，以及如何通过结构重构（如波形采样滤波器）来提高数值稳定性。 3. 自适应滤波原理： 引入随机信号处理的概念，探讨最小均方（LMS）算法和递归最小二乘（RLS）算法在噪声消除、回声消除和信道均衡中的应用。分析算法的收敛速度、稳态误差与步长参数的选择策略。 --- 第三部分：现代图像与视频编码基础 本部分将信号处理的理论延伸至二维和三维数据，重点关注如何高效地压缩和传输视觉信息。 1. 图像变换与数据降维： 详细介绍离散余弦变换（DCT）在图像和视频压缩中的核心地位，对比其与傅里叶变换在能量集中度上的优势。深入探讨小波变换（Wavelet Transform）的多分辨率分析特性，及其在去除伪影和提高压缩效率上的潜力。 2. 有损压缩核心算法： 剖析JPEG和MPEG系列标准中的核心流程。重点分析量化矩阵的构建、熵编码（霍夫曼编码与算术编码）的效率对比。对于视频编码，深入解读运动估计、帧间预测（P帧、B帧）的补偿机制，以及残差编码和环路滤波在提高压缩效率与视觉质量之间的权衡。 3. 视觉感知模型： 结合人眼视觉系统（HVS）的特性，探讨如何设计感知加权函数，以指导量化过程，使压缩损失集中在人眼不敏感的频率区域。分析面向特定显示设备（如高动态范围HDR）的色彩空间转换与亮度映射技术。 --- 第四部分：高级显示技术中的信号处理链 本部分是理论与实践的交汇点，深入探讨现代高分辨率显示系统内部的信号处理流程，特别关注显示驱动与色彩还原技术。 1. 显示接口与时序控制： 分析主流数字视频接口（如HDMI, DisplayPort）的物理层协议和数据包结构。详细阐述时序控制器（T-CON）在接收串行数据流后，如何进行反序列化、时钟恢复和同步信号生成，以精确驱动行列驱动电路。 2. 面板驱动原理与像素时序： 阐述液晶（LCD）像素单元的工作原理，包括电光效应、驱动方式（如源极驱动与栅极驱动的时序配合）。深入分析像素响应时间、灰阶保持时间对运动图像清晰度的影响，以及如何通过驱动波形优化来补偿电荷泄漏。 3. 高级色彩管理与伽马校正： 详细解析色彩空间（如sRGB, Rec. 709, DCI-P3, Rec. 2020）的定义、色域覆盖范围及其转换矩阵。重点讲解伽马函数的物理意义，并设计非线性查表（LUT）用于精确校正显示器件的非线性光输出特性，确保灰度层次的准确再现。讨论如何处理高位深（10-bit及以上）数据的色彩映射与量化。 --- 第五部分：系统集成、实时处理与功耗优化 本部分着眼于将复杂的算法部署到实际的硬件平台中，关注实时性、资源限制和系统级性能。 1. DSP架构与硬件加速： 对比通用CPU、专用DSP（如SIMD/VLIW架构）和FPGA/ASIC在实现实时信号处理任务时的性能差异。讲解流水线技术、并行计算在提高吞吐量中的应用。分析内存访问模式对算法执行效率的制约。 2. 实时系统的资源管理： 探讨如何进行计算预算分配，以满足严格的帧率要求。分析固定点运算与浮点运算在精度、速度和功耗上的权衡。重点讨论如何通过算法的“剪枝”和优化，在保持可接受画质的前提下，降低处理延迟。 3. 功耗敏感设计： 分析视频处理流程中主要的功耗来源（如数据搬运、乘法累加操作）。介绍动态电压与频率调节（DVFS）技术在显示系统中的应用，以及如何根据输入信号的复杂性动态调整处理器的运行状态，以实现能效比的最大化。 本书内容严谨，案例丰富，旨在培养读者从底层算法原理到系统级集成的全面工程能力，为未来显示与信息处理技术的发展奠定坚实基础。

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阅读过程中，我不得不佩服作者在跨学科知识整合方面的能力。这本书不仅仅是一本关于硬件或软件技术的指南，它更像是一本关于“如何将数字信息高效、保真地呈现给人类感官”的综合性教材。例如，在探讨液晶显示器的高刷新率问题时，作者并没有停留在“帧率越高越流畅”的表面认知上，而是深入分析了人眼对运动图像的感知阈值、GPU的渲染能力与面板响应速度之间的协同作用，以及为什么在某些特定内容下，过高的刷新率反而可能引入不必要的视觉伪影。这种对“为何如此”而非仅仅“是什么”的探究精神，是这本书最宝贵的财富。它促使读者跳出单一学科的思维定式，去理解一个复杂系统是如何在多个约束条件下寻求最优解的。即便是对显示技术已有一定了解的读者，也能从这种多维度的视角分析中找到新的启发点，思考未来显示技术可能的发展方向。

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这本书的封面设计就给人一种非常专业且严谨的印象，那种略带深灰的底色配上清晰的白色字体，似乎在无声地宣告着内容的深度与广度。我原本是抱着对电子工程领域的好奇心去翻阅的，特别是它涉及到的“数字处理”这个听起来就充满挑战性的领域。然而，当我真正沉浸进去后，我发现作者的叙述方式非常巧妙。他并没有一开始就抛出那些晦涩难懂的数学模型或复杂的电路图，而是从最基础的信号采样和量化讲起，用非常贴合生活的例子来解释这些抽象的概念。比如，他会用摄影的像素点来类比数字图像的构成，这种接地气的讲解方式，极大地降低了初学者的入门门槛。我特别欣赏其中关于“滤波”那一章节的处理，作者没有仅仅停留在理论层面，而是结合了实际应用中如何去除噪音、增强图像清晰度的具体案例，甚至提到了早期模拟信号处理的局限性与数字处理带来的革命性飞跃。读完这部分，我感觉自己对数字信号的“前世今生”有了一个清晰的脉络，不再觉得那些复杂的运算是遥不可及的黑箱操作，而是有逻辑、有目的性的工程实践。这对于我这样一个在传统信息技术领域摸爬滚打多年的工程师来说，无疑是一次非常及时的知识补充和思维重塑。

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这本书的收尾部分，关于人机交互和未来趋势的展望，给我留下了非常深刻的思考空间。作者将讨论的焦点从传统的二维平面显示，巧妙地转向了沉浸式体验和新型显示技术（如Micro LED或量子点技术）对现有数字处理流程提出的新挑战。他并没有给出确定的答案，而是提出了一系列开放性的问题，例如，当显示分辨率无限提高，人眼分辨能力达到极限时，我们是否还需要更多的像素？当显示设备可以贴合到任何曲面时，现有的图像校正算法又该如何适应？这种“引而不发”的写作手法，非常高明，它成功地激发了读者自身的探索欲和批判性思维。读完合上书本，我感觉到的不是知识的饱和，而是一种对未知领域充满敬畏和探索欲的求知欲。它更像是一张导航图，指引着我们这些技术探索者，在信息时代的浪潮中，如何更有效地驾驭那些不断翻新的数字工具。

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这本书的结构安排，尤其是在处理“液晶电视”这一具体载体时，展现出了一种扎实的系统工程思维。它没有仅仅将液晶面板视为一个被动的显示屏，而是将其分解为背光系统、驱动电路、时序控制器等多个关键子系统进行逐一剖析。我过去一直对TFT（薄膜晶体管）阵列的工作原理感到困惑，总觉得那是一种非常精密的半导体制造工艺，难以理解。但是，作者在这里采用了一种类比的方式，将每个像素点想象成一个由电压控制的微小阀门，通过精确控制电流的大小来决定液晶分子的偏转角度，进而控制透过的光线强度和颜色。这种清晰的因果关系链条，极大地帮助我构建了对现代显示技术的核心认知。更让我惊喜的是，书中还涉及到了面板驱动中的时序问题，比如如何解决拖影和视角问题，这些都是在普通的产品说明书中绝不会提及的深度内容。它让我意识到，一台看起来平平无奇的电视背后，凝聚了多少电子物理学、材料科学和精密控制技术的智慧结晶。

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这本书的笔触在进入到“多媒体”这个范畴时，明显变得活跃和生动起来，仿佛从严谨的实验室报告突然切换到了一个充满创意的设计工作室。我对其中关于色彩空间转换的那几页内容印象尤为深刻。作者对RGB、CMYK乃至更专业的YUV等色彩模型的讲解，简直是一场视觉盛宴背后的技术解密。他不仅清晰地阐述了这些模型在不同应用场景下的适用性——比如打印和屏幕显示的本质区别——还深入探讨了人眼视觉感知是如何被纳入到这些数字模型构建中的。我尤其注意到他对“色域（Gamut）”的论述，作者提到，再先进的显示技术，其显示的色彩范围也受限于物理定律和人眼的生理结构，这让我对那些动辄宣传“超广色域”的营销口号有了更理性的认识。这种既尊重技术实现难度，又贴近用户体验的视角，让我在阅读时总能感受到一种平衡感。书中对视频编码标准（比如MPEG系列）的概述部分，虽然没有深入到每一帧的压缩算法细节，但它却精准地把握了不同标准之间在追求高压缩率和保持视觉保真度之间的权衡艺术，让人能一窥行业标准的制定逻辑。

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