Algorithm Collections for Digital Signal Processing Applications Using Matlab pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Netherlands

作者:E. S. Gopi

出品人:

页数:208

译者:

出版时间:2009-12-28

价格:USD 149.00

装帧:Paperback

isbn号码:9789048176304

丛书系列:

图书标签:

• Digital Signal Processing
• DSP
• Algorithms
• Matlab
• Signal Processing
• Filtering
• Transforms
• Applications
• Numerical Methods
• Engineering

《数字信号处理算法集萃：MATLAB 应用解析》 引言： 在信息爆炸的时代，数字信号处理（DSP）作为一项核心技术，渗透到我们生活的方方面面。从音频、视频的压缩与增强，到通信系统的信号调制解调，再到医疗影像的分析与识别，DSP 的身影无处不在。而 MATLAB，作为一款强大的工程计算软件，以其友好的编程环境、丰富的工具箱和直观的可视化能力，成为数字信号处理研究与开发的理想平台。 本书《数字信号集萃：MATLAB 应用解析》并非对现有文献的简单罗列，而是旨在为广大数字信号处理领域的从业者、研究人员和学生提供一份实用且富有深度的算法集萃。我们精心挑选了在实际应用中最具代表性、最常用且最能体现 DSP 精髓的算法，并着重于如何利用 MATLAB 进行高效的实现和深入的分析。本书的核心理念在于“理解”与“应用”并重，力求让读者不仅掌握算法的数学原理，更能熟练地将其应用于解决实际问题。 本书内容概述： 本书的结构紧凑而逻辑清晰，共分为以下几个主要部分，每一部分都将深入探讨一类重要的数字信号处理算法，并辅以详实的 MATLAB 代码示例和分析。 第一部分：基础信号与系统分析 在深入探讨复杂的信号处理技术之前，建立扎实的信号与系统理论基础至关重要。本部分将回顾和强化数字信号处理的核心概念，并展示如何使用 MATLAB 进行有效的分析。 离散时间信号与系统： 我们将从最基本的离散时间信号（如单位冲激、单位阶跃、指数信号、周期信号等）入手，介绍它们在 MATLAB 中的表示方法和生成技巧。在此基础上，我们将深入探讨线性时不变（LTI）系统的基本性质，包括因果性、稳定性、时域和频域的卷积计算。读者将学习如何通过 MATLAB 的 `conv` 函数来计算系统的输出，并利用 `freqz` 函数来分析系统的频率响应，理解滤波器特性。 傅里叶变换及其应用： 傅里叶变换是信号分析的基石，能够将信号从时域转换到频域，揭示信号的频率成分。本书将详细介绍离散时间傅里叶变换（DTFT）、离散傅里叶变换（DFT）及其高效实现——快速傅里叶变换（FFT）。我们将重点讲解 FFT 在信号频谱分析、周期信号识别、噪声消除等方面的实际应用。读者将通过 MATLAB 的 `fft` 和 `ifft` 函数，以及各种可视化工具，直观地观察信号的频谱特性，理解频谱泄漏、窗函数等概念。 Z 变换与系统稳定性分析： Z 变换是分析离散时间系统的重要工具，尤其适用于处理因果和非因果系统，以及分析系统的稳定性。我们将深入讲解 Z 变换的性质，包括收敛域（ROC）的概念，并演示如何利用 Z 变换分析系统的系统函数（H(z)）。本书还将重点介绍如何通过分析系统函数极点和零点的位置来判断 LTI 系统的稳定性。MATLAB 的符号数学工具箱在 Z 变换的计算和系统函数分析方面将得到充分展示。 第二部分：滤波器的设计与实现 滤波器是数字信号处理中最核心的组件之一，用于选择性地保留或去除信号中的特定频率成分。本部分将聚焦于各种常用滤波器的设计方法和 MATLAB 实现。 无限冲激响应（IIR）滤波器设计： 我们将介绍几种经典的 IIR 滤波器设计方法，包括双线性变换法（Bilinear Transformation）和脉冲响应不变法（Impulse Invariance）。重点讲解巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev Type I & II）和椭圆（Elliptic）等滤波器类型，分析它们在通带纹波、阻带衰减和过渡带宽度方面的权衡。读者将学习如何使用 MATLAB 的 `butter`, `cheby1`, `cheby2`, `ellip` 等函数来设计 IIR 滤波器，并理解滤波器系数的含义。 有限冲激响应（FIR）滤波器设计： FIR 滤波器因其线性相位特性而备受青睐，在音频处理、数据通信等领域有着广泛应用。我们将详细介绍几种主流的 FIR 滤波器设计方法，包括窗函数法（Windowing Method）和频率采样法（Frequency Sampling Method）。读者将学习如何选择合适的窗函数（如海明窗、汉宁窗、布莱克曼窗等）来优化滤波器的设计，并理解窗宽和滤波器阶数对性能的影响。MATLAB 的 `fir1` 和 `firpm` 函数将是实现 FIR 滤波器设计的关键。 自适应滤波器： 在许多实际应用中，信号的特性或噪声的统计特性会随时间变化，这时就需要自适应滤波器。本书将深入介绍最常用的两种自适应滤波器：最小均方（LMS）算法和归一化最小均方（NLMS）算法。我们将详细解析它们的工作原理、收敛特性以及在噪声消除、均衡等方面的应用。通过 MATLAB 仿真，读者将直观地理解自适应滤波器的动态调整过程。 第三部分：信号变换与特征提取 信号变换是将信号从一个域转换到另一个域，以便更好地分析其特性或提取关键信息。本部分将介绍几种重要的信号变换及其在特征提取中的应用。 短时傅里叶变换（STFT）与时频分析： 对于非平稳信号，其频谱会随时间变化，此时传统的傅里叶变换已不足以全面描述信号。短时傅里叶变换（STFT）通过对信号进行分帧并对每一帧进行傅里叶变换，从而获得信号的时频表示。本书将详细讲解 STFT 的原理，分析窗函数长度、重叠度等参数对时频分辨率的影响。我们将通过 MATLAB 的 `spectrogram` 函数，演示如何生成和分析信号的频谱图，并应用于语音分析、振动监测等领域。 小波变换（Wavelet Transform）： 小波变换相比于 STFT 具有更好的时频局部化能力，能够同时提供高时频分辨率。我们将介绍连续小波变换（CWT）和离散小波变换（DWT），并重点讲解其在信号去噪、特征提取、图像压缩等方面的应用。读者将学习如何选择合适的小波基函数，并利用 MATLAB 的小波工具箱进行信号的分解、重构和分析。 希尔伯特-黄变换（HHT）与奇异谱分析（SSA）： 对于非线性、非平稳信号，传统的傅里叶变换和时频分析方法可能难以有效处理。本部分将介绍希尔伯特-黄变换（HHT），包括经验模态分解（EMD）和希尔伯特变换，用于分析信号的瞬时频率和瞬时幅值。此外，我们还将介绍奇异谱分析（SSA），一种强大的非线性信号分析方法，能够从混合信号中分离出周期分量和趋势分量。 第四部分：应用实例与进阶主题 在掌握了上述基础算法之后，本部分将通过实际应用案例，展示这些算法的威力，并介绍一些进阶的 DSP 主题。 音频信号处理： 我们将选取几个经典的音频处理应用，如音频信号的降噪、回声消除、音效增强等，并展示如何利用前面介绍的滤波器设计、自适应滤波等技术来实现。读者将学习如何处理音频文件，理解音频信号的采样率、量化等概念。 通信系统信号处理： 在通信系统中，信号的调制、解调、信道估计和均衡是核心环节。我们将介绍几种常见的数字调制解调技术（如 QPSK、QAM），并展示如何利用 MATLAB 进行仿真和分析。此外，还将探讨在噪声和干扰环境下实现可靠通信的技术。 图像与视频信号处理基础： 尽管本书的重点是数字信号处理，但我们将简要介绍一些与图像和视频信号处理相关的基础概念，例如二维信号的傅里叶变换、图像滤波（如高斯滤波、中值滤波）以及基本的图像压缩原理。 本书的特色与亮点： MATLAB 驱动，实践性强： 本书所有算法的讲解都紧密结合 MATLAB 的实现。我们提供了大量可执行的 MATLAB 代码示例，并对代码的每一部分进行详细的解释，帮助读者理解算法的实现细节。 原理与应用并重： 我们在介绍算法的数学原理时，力求严谨清晰，同时更注重讲解算法在实际应用中的意义和价值，让读者知其然，更知其所以然。 循序渐进，易于理解： 本书从基础的信号与系统概念开始，逐步深入到复杂的算法和应用。章节之间逻辑清晰，内容安排合理，适合不同层次的读者。 丰富的可视化分析： MATLAB 强大的可视化能力是本书的一大亮点。我们通过大量的图表、频谱图、时频图等，将抽象的信号处理过程形象地展示出来，帮助读者更直观地理解算法的性能和效果。 强调权衡与选择： 在讲解不同算法和技术时，我们都会强调其优缺点、适用场景以及设计参数的权衡，帮助读者在实际问题中做出最优选择。 适用读者： 电子工程、通信工程、计算机科学等专业的在校学生： 本书可以作为数字信号处理课程的辅助教材，帮助学生深入理解理论知识并掌握 MATLAB 实践技能。 数字信号处理领域的工程师和研究人员： 本书可以作为一本实用的参考手册，帮助工程师快速了解和实现各种 DSP 算法，解决实际工程问题。 对数字信号处理技术感兴趣的自学者： 本书以清晰的讲解和丰富的示例，能够帮助自学者系统地学习 DSP 知识。 结语： 数字信号处理领域日新月异，掌握一套行之有效的算法工具集，并能熟练运用 MATLAB 进行实现与分析，是应对未来挑战的关键。我们希望《数字信号处理算法集萃：MATLAB 应用解析》能够成为您在数字信号处理领域探索之旅中的得力助手，激发您对这项迷人技术的更多兴趣和创造力。通过本书的学习，您将能够自信地驾驭各种数字信号处理算法，并在您的研究和工程项目中取得丰硕的成果。

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