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页数:134

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出版时间:2006-5

价格:13.00元

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isbn号码:9787504554345

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图书标签:

• 电力电子
• 变流器
• 逆变器
• 直流变频
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• 新能源
• 电力系统
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• 电力变换
• 控制技术

数字信号处理基础：理论与实践 本书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的数字信号处理（DSP）领域的入门指南，侧重于核心理论的阐释与工程实践中的应用。内容涵盖了从离散时间信号与系统的基本概念，到先进的滤波设计、快速傅里叶变换（FFT）算法，以及现代数字系统架构的构建。本书力求在保持学术严谨性的同时，注重工程应用的直观性和可操作性，特别适合电子工程、通信工程、计算机科学等相关专业的学生、工程师以及技术研究人员阅读。 --- 第一部分：离散时间信号与系统基础 本部分是整个数字信号处理大厦的基石，系统地介绍了处理数字信号所必需的基本数学工具和理论框架。 第一章：离散时间信号的表示与分析 本章首先定义了连续时间信号与离散时间信号的区别，着重探讨了采样理论——如何将连续信号转化为可被数字系统处理的离散序列。内容包括均匀采样、量化误差的初步讨论，以及数字信号在计算机中的表示方法（如定点与浮点表示）。 核心内容包括： 1. 序列的表示法： 单位冲激序列、单位阶跃序列的性质及其在系统分析中的作用。 2. 周期性与对称性： 讨论离散时间信号的周期性条件，以及偶对称和奇对称信号的分解方法，这对于后续的傅里叶分析至关重要。 3. 信号的时域描述： 引入序列的加权求和、卷积运算的几何意义，为理解线性时不变（LTI）系统奠定基础。 第二章：线性时不变（LTI）系统与卷积 LTI 系统是 DSP 分析的核心模型。本章详细阐述了 LTI 系统的定义、特性（线性、时不变性）及其数学描述。 1. 系统的表示： 通过差分方程（Difference Equation）来描述离散时间系统的输入输出关系。 2. 系统的冲激响应： 系统的完全特性由其对单位冲激序列的响应完全决定。本节深入探讨了如何通过计算卷积和（Convolution Sum）来预测任意输入信号下的系统输出。 3. 因果性与稳定性： 严格定义了因果系统（输出不依赖于未来输入）和BIBO（有界输入有界输出）稳定系统的判据，这是系统设计的关键约束条件。 第三章：离散时间系统的频域分析——Z变换 Z变换是分析离散时间信号和系统时域特性的强大工具，它将时域的卷积转化为频域的乘积，极大地简化了分析过程。 1. 双边Z变换的定义与性质： 详细推导Z变换的定义式，并系统介绍其线性性、时移性、尺度变换、时域卷积等重要性质。 2. 收敛域（ROC）的概念： ROC是Z变换存在的保证，本节重点讲解了如何根据ROC判断系统的因果性、稳定性和唯一性。 3. 单边Z变换及其应用： 侧重于处理以 $n=0$ 为起始点的因果系统，常用于求解差分方程的初值问题。 4. 系统函数： 定义系统的Z变换 $H(z)$，并利用其分析系统的频率响应、零点和极点的位置对系统特性的影响。 --- 第二部分：频率分析与快速算法 本部分将视角从纯粹的时域分析转向频域，探讨如何高效地提取信号的频谱信息。 第四章：离散时间傅里叶变换（DTFT）与离散傅里叶变换（DFT） 本章是连接理论与实际计算的桥梁。 1. DTFT的定义与频谱： 探讨离散时间信号的周期性频谱特性，理解频谱混叠（Aliasing）的根源。 2. DFT的引入： 为了在计算机中进行精确计算，需要对DTFT进行周期化和离散化，从而引出DFT。详细分析了DFT的性质，如周期性、共轭对称性。 3. DFT的应用限制： 讨论DFT计算的复杂度（$O(N^2)$）以及其结果的物理意义（频谱泄漏、栅栏效应等）。 第五章：快速傅里叶变换（FFT）算法 DFT的直接计算效率低下，FFT算法的出现是数字信号处理革命性的进步。 1. FFT的基本思想： 讲解“分而治之”的策略，即如何将 $N$ 点DFT分解为两个 $N/2$ 点的DFT计算。 2. 蝶形运算（Butterfly Operation）： 详细介绍FFT计算中的核心结构单元——蝶形运算，以及数据流图的构建。 3. 基-2 FFT的实现： 重点讲解了按时间抽取（Decimation-In-Time, DIT）和按频率抽取（Decimation-In-Frequency, DIF）两种主流的FFT算法的流程、复杂度分析，以及所需的位反转（Bit Reversal）操作。 4. FFT在周期图估计中的应用： 结合实际例子，演示如何利用FFT快速计算信号的功率谱密度。 --- 第三部分：数字滤波器设计与实现 滤波器是信号处理中最常见的模块，本部分系统地介绍了有限脉冲响应（FIR）和无限脉冲响应（IIR）两种滤波器的设计方法和实现结构。 第六章：无限脉冲响应（IIR）滤波器设计 IIR滤波器以其在低阶数下能实现陡峭的过渡带而著称，常用于模拟电路到数字电路的直接映射。 1. 模拟滤波器的基础： 简要回顾Butterworth、Chebyshev I型和II型等经典模拟滤波器的设计规范和原型。 2. 从模拟到数字的映射技术： 详细讲解双线性变换（Bilinear Transformation）的原理、预畸变（Prewarping）处理，以及其对频率响应的影响（频率压缩）。 3. IIR滤波器的实现结构： 介绍直接形式（一阶和二阶）、级联形式和并联形式，重点分析了二阶级联结构在数值稳定性和量化误差控制上的优势。 第七章：有限脉冲响应（FIR）滤波器设计 FIR滤波器因其本质上的线性相位特性，在语音处理和数据传输等对相位敏感的应用中占据主导地位。 1. 线性相位条件： 推导FIR滤波器满足线性相位响应的条件——冲激响应的对称性。 2. 窗函数法（Windowing Method）： 这是最常用且直观的FIR设计方法。详细分析了矩形窗、汉宁窗（Hanning）、汉明窗（Hamming）和Blackman窗的特性，包括主瓣宽度、旁瓣衰减与泄漏的关系。 3. 频率采样法与优化方法： 简要介绍利用Parks-McClellan算法（最小二乘优化）设计的最优FIR滤波器，展示如何精确控制特定频带的幅度响应误差。 4. FIR滤波器的实现： 讨论直接实现（移位寄存器与乘法器阵列）以及其在硬件中的高效并行处理能力。 --- 第四部分：多速率信号处理与应用概述 本部分扩展到更高级的主题，展示了DSP技术在现代系统中的应用潜力。 第八章：多速率信号处理基础 多速率系统处理的是变化采样率的信号，是现代通信和音频编解码的关键技术。 1. 信号的抽取与插值： 详细解释抽取（Downsampling）和插值（Upsampling）操作，特别是对信号频谱的影响，以及引入混叠和频谱复制的问题。 2. 抗混叠与抗频谱复制滤波器： 介绍在抽取前使用的低通抗混叠滤波器（Anti-aliasing Filter）和在插值后使用的重建滤波器。 3. 晶格结构与TCM结构： 介绍高效的多速率滤波器结构，如多相分解，以减少计算量和硬件资源消耗。 第九章：数字滤波器中的量化效应 在有限精度硬件中实现DSP算法时，量化噪声是一个不可避免的问题。 1. 量化误差分析： 分析加法器和乘法器中产生的量化误差，包括舍入误差和截断误差的统计模型。 2. 系数量化： 探讨滤波器系数的有限精度表示对频率响应的影响，特别是IIR系统对系数不匹配的敏感性。 3. 噪声整形与溢出处理： 讨论在实际系统中如何通过适当的结构选择（如使用级联结构而非直接形式）来最小化量化噪声对系统性能的破坏。 --- 总结 本书通过严谨的数学推导和丰富的工程实例，系统地构建了数字信号处理的理论框架。从Z变换的抽象分析，到FFT的快速计算，再到FIR/IIR滤波器的实用设计，读者将掌握分析和设计现代数字系统的核心能力。本书强调理论与实践的紧密结合，旨在培养读者解决实际信号处理问题的能力。

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