本教程系统地讲解了数字信号处理的基本理论和方法,注重物理概念的阐述,尽量把MATLAB的多媒体功能用于图形、动画和声音等形象的演示,是一本自始至终使用MATLAB来阐述问题和进行计算的数字信号处理教材。本教程中的全部例题程序和演示程序都可以免费从网上下载。本教程把《数字信号处理》课程定位为讲述“用数字方法处理(任何)信号”的技术,因此,对模拟信号的计算机处理给予了充分的篇幅,而这正是目前许多数字信号处理教材的弱点。
《数字信号处理教程》适合作为电子信息专业的大学本科学生教材,书中采用了大小两种字号混排,目的是适应不同专业和不同要求的本科学生。对于学过数字信号处理课程,但没有用MATLAB来解决有关问题的研究生和工程技术人员,也有很好的参考价值。

本书第l版于2004年11月出版以后,得到了很好的反应。因为这本书与其他传统的教材不同,它是一本用MAT[AB全面阐述数字信号处理教材,给出了所有概念阐述的形象演示和分析设计的计算机算法,而且提供了例题和演示的程序集,书中所有的理论和公式都可以通过执行程序得到验证,理论联系实际,学完了会快速地用计算机解决问题。心中有底。读者反映这本书的缺点主要是对本科生而言,内容有些偏多。
在修订出版第2版的时候,开始我们想把书改浅一些,薄一点,为此又专门征求了一些曾仔细阅读使用过本书的教授的意见。现把他们的意见摘出几条: “我觉得您已出版的‘释义’虽然厚一些,但写得易懂。若从头写一本更薄的,恐怕篇幅小,难以达到“释义”那本书的效果o”,“您的书是国内用MATLAB阐述DSP的**本好书。*好不重新另写一本。完全可以在原来基础上进一步完善。”……经过探讨,大家觉得本书在对物理和数学概念的阐述上毫不逊于传统的教材,例如“关于模拟频率和数字频率的定义”,“关于角频率的正负”,“对DFT的序号k与实际频率f的关系”等等,讲得很细致,很便于本科生接受。其实,作者收到过一些本科生赞扬的来信,他们的经验是,不要怕书厚,不要怕MATLAB,一个一个问题看下去,这本书讲得很清楚,而且马上可以用程序验证,很好懂。
目前,大学本科用这本书作教材的还不太多,**个原因是很多大学生(甚至部分老师)MATLAB基础差;见到程序就头痛了,不敢用MATLAB教学;但是从国内外发展趋势来看,要搞信号处理,不用计算机是不行的,用MATLAB的学校只会愈来愈多。令我们高兴的是:随着时间推移,本书的大量程序已为多本其他教材所引用。我们不能自己放弃或减弱这个特色。第二个原因是书中确有少数偏深的内容,这些内容虽然超越了本科大纲,但有利于已经毕业的读者在设计中更好地运用MATLAB,也有利于大学生在后续课程或毕业设计中应用。考虑到第1版的读者群并不限于本科生,很多是毕业了的工程师或研究生,这些内容仍是重要的,不能删除。为了兼顾大学生阅读方便,在本版��把它们用小号字印刷。
这样,第2版的修订量就比较小,主要包括了以下三方面:(1)改正了第1版中的一些印刷错误和图文标注; (2)由于MATLAB软件的升级,对相关的部分按新版本作了修订;(3)尽量减少大号字的篇幅,把它们改为小号字,使本科生能抓住要点,阅读方便。修订后程序集内容基本不变,新程序集名称改为dsk04n,修改中尽量考虑了新旧版本的兼容问题。 程序下载地址为: http://www.broadview.com.cn/manage/OtherDownFiles/MATl~ABDownload/default.htm, 作者的博客地址为:http://www.blogcn.com/user79/chenhuaichen/index.html, 作者的电子邮址为:hchchenl 934@163.com或hchchen@xidian.edu.cn 北京理工大学的王大伦教授曾仔细地阅读过本书第1版,对书中的大小错误都作了批注,并反馈给作者,对第2版的修订帮助很大,在此特表谢意。
用MATLAB已经可以把信号处理的概念设计变成了非常方便的工作。近若干年来,Mathworks公司致力于扩展MATLAB的功能,目的是用基于模型的流程,使用统一的软件工具,把概念设计变成工程设计。这就更提高了把MATLAB作为设计工具的重要性。我们在本版中加了第lO章,对此作了一个引导性的介绍。北京迈斯沃克公司(Mathworks China)的徐正高**工程师写了该章中的10.4和10.5两节,我们在此深表感谢。

第1章 信号和信号处理
1.1信号的分类
1.2信号处理5
1.2.1信号处理的举例5
1.2.2信号处理的一般任务6
1.2.3数字信号处理7
1.3信号采样和复原实例8
1.4本书概貌的说明10
复习思考题12
习题12

第2章 时域中的离散信号和系统13
2.1模拟信号与其采样序列的关系13
2.2基本序列及序列的基本运算14
2.2.1序列的表示方法14
2.2.2常用的典型序列15
2.2.3序列的运算和变换17
2.3序列的奇偶分解.卷积和相关21
2.3.1周期序列21
2.3.2实对称序列21
2.3.3复数域的偶序列和奇序列22
2.3.4序列的卷积23
2.3.5序列的相关25
2.4时域离散系统26
2.4.1线性系统27
2.4.2线性时不变离散系统27
2.4.3LTI离散系统的数学描述——线性常系数差分方程28
2.4.4用MATLAB的递推解法29
2.4.5用时移算子z-1表示的离散系统29
2.5脉冲响应——用时间序列表征的系统特性30
2.5.1脉冲响应的特性30
2.5.2用解析卷积方法求系统输出31
2.5.3用向量?矩阵乘法进行卷积计算32
2.5.4用脉冲响应判断系统的因果性34
2.5.5用脉冲响应判断系统的稳定性34
2.5.6用脉冲响应分类数字滤波器35
2.6序列运算的MATLAB函数列表36
复习思考题37
习题38

第3章 离散序列的两种傅里叶变换40
3.1序列信号的周期性和频率40
3.1.1序列信号的周期性40
3.1.2序列信号的频率41
3.1.3连续信号的频谱43
3.1.4有限带宽序列44
3.2离散时间傅里叶变换(DTFT)45
3.2.1离散时间傅里叶变换(DTFT)的定义45
3.2.2DTFT的性质46
3.2.3实数奇偶序列的DTFT48
3.2.4复数奇偶序列的DTFT48
3.2.5DTFT的解析计算示例49
3.2.6DTFT的数值计算示例51
3.2.7用MATLAB计算DTFT52
3.2.8MATLAB计算举例54
3.3离散系统的频率特性57
3.3.1定义57
3.3.2用MATLAB计算系统频率特性59
3.4周期序列的频谱——离散傅里叶级数60
3.4.1从一个计算实例出发60
3.4.2周期序列的傅里叶级数62
3.4.3用MATLAB计算离散傅里叶级数63
3.5离散傅里叶变换(DFT)64
3.5.1离散傅里叶变换(DFT)的定义64
3.5.2用MATLAB计算DFT和IDFT66
3.5.3两种离散傅里叶变换(DFT与DTFT)的关系66
3.6离散傅里叶变换(DFT)的特性68
3.6.1隐含周期性68
3.6.2线性性质69
3.6.3循环移位性质69
3.6.4循环折叠性质71
3.6.5DFT的循环对称性72
3.6.6循环卷积特性75
3.6.7帕瑟瓦尔定理77
3.7用DFT计算线性卷积78
3.7.1循环卷积与线性卷积78
3.7.2分段卷积81
3.7.3分段卷积的MATLAB函数82
复习思考题84
习题84

第4章 信号频谱的**计算88
4.1各种傅里叶变换及其相互关系88
4.1.1傅里叶变换的主要类型88
4.1.2DFT与其他变换的直接关系90
4.2快速傅里叶变换(FFT)91
4.2.1时域抽取(DIT)基二FFT算法91
4.2.2用MATLAB程序描述FFT算法95
4.2.3基四和其他基的FFT算法96
4.2.4其他FFT算法98
4.3用FFT计算离散时间序列的频谱99
4.3.1有限长离散时间序列的频谱计算99
4.3.2用补零方法由FFT求DTFT100
4.3.3无限长序列的频谱计算101
4.4连续信号采样中的频谱变换103
4.4.1时域采样定理(奈奎斯特定理)103
4.4.2由离散序列重构模拟信号106
4.4.3理想预滤波作用的定量分析109
4.5连续信号的频谱计算110
4.5.1非周期连续信号的频谱计算110
4.5.2连续周期信号的频谱计算116
4.5.3循环计算中对应频点的确定方法117
4.6从频谱计算序列信号(IDFT)119
4.6.1频率域采样定理119
4.6.2从频谱计算离散时间序列120
4.6.3从频谱计算连续时间信号123
4.7用FFT计算能量125
4.8小结126
复习思考题127
习题128

第5章 变换域中的离散时间系统130
5.1z变换130
5.1.1z变换的定义与收敛性130
5.1.2z变换的重要特性和定理133
5.1.3z变换的计算实例135
5.2z反变换和差分方程的解136
5.2.1用留数定理求z反变换136
5.2.2用部分分式法求z反变换137
5.2.3幂级数法(长除法)求z反变换140
5.2.4用z变换解差分方程142
5.3z域中对系统的描述146
5.3.1系统函数(传递函数)146
5.3.2正幂系统函数和零极增益形式149
5.3.3零极点分布与系统的因果性和稳定性151
5.4z平面上的谱分析153
5.4.1零极点与频率特性的关系153
5.4.2非单位圆周上的频谱分析154
5.4.3z平面螺旋线上的谱分析(Chirp-z变换)155
5.5理想滤波器158
5.5.1理想的因果低通滤波器的频率特性158
5.5.2线性相位条件对脉冲响应对称性的要求160
5.5.3考虑因果性和对称性对理想滤波器的影响161
5.6低阶数字滤波器162
5.6.1一阶数字滤波器162
5.6.2二阶数字滤波器164
5.6.3梳状滤波器的零极点分布165
5.7全通滤波器166
复习思考题167
习题168

第6章 数字滤波器结构..171
6.1概述171
6.2滤波器的信号流图结构及解法172
6.2.1信号流图172
6.2.2信号流图方程的计算机解法173
6.2.3信号流图与数字系统的网络结构图175
6.3FIR基本网络结构175
6.3.1概述175
6.3.2直接形式176
6.3.3级联形式176
6.3.4线性相位形式177
6.3.5频率样本结构178
6.4IIR基本网络结构181
6.4.1直接形式182
6.4.2级联形式182
6.4.3并联形式184
6.5一些其他类型的滤波器结构189
6.5.1全零点格型(Lattice)滤波器189
6.5.2全极点格型滤波器191
6.5.3用信号流图与MATLAB结合求解格型滤波器193
6.6状态变量分析法195
6.6.1状态方程和输出方程195
6.6.2状态方程和其他结构参数的转换196
6.6.3信号流图方程与状态方程的关系197
6.6.4例题:正余弦序列产生器197
6.7各种结构形式的比较200
6.7.1从计算的复杂性做比较200
6.7.2从减小系数量化影响做比较200
复习思考题200
习题201

第7章 FIR滤波器设计204
7.1数字滤波器设计的基本要求204
7.1.1数字滤波器的设计基本步骤204
7.1.2数字滤波器的主要指标204
7.1.3为什么以低通滤波器为典型207
7.2线性相位滤波器的特性207
7.2.1线性相位和符幅特性(AmplitudeResponse)207
7.2.2符幅特性的计算举例211
7.2.3计算符幅特性的MATLAB程序212
7.2.4线性相位滤波器的零极点分布214
7.3设计FIR滤波器的窗函数法215
7.3.1对脉冲响应进行截断的分析方法215
7.3.2矩形窗截断的定量分析216
7.3.3几种其他窗函数的介绍219
7.3.4MATLAB提供的窗函数220
7.3.5用窗函数设计FIR滤波器的步骤222
7.4利用频率样本法设计FIR滤波器228
7.4.1预期频率特性的设置方法228
7.4.2频率样本法的设计过程229
7.4.3MATLAB中频率样本法的设计函数232
7.5FIR滤波器的*优设计法233
7.5.1设计FIR滤波器的离散*小二乘法234
7.5.2*小*大波动法设计滤波器238
7.5.3MATLAB中*优等波动滤波器的设计函数241
7.6FIR滤波器设计的一些深入问题244
7.6.1关于四种线性相位滤波器类型的应用范围244
7.6.2数字微分器的设计244
7.6.3Hilbert变换器的设计247
复习思考题249
习题250

第8章 IIR滤波器设计253
8.1关于模拟滤波器的预备知识253
8.1.1模拟滤波器的指标253
8.1.2以模拟滤波器为基础的设计方法255
8.2模拟滤波器原型的设计256
8.2.1巴特沃斯低通滤波器256
8.2.2切比雪夫I型低通滤波器261
8.2.3切比雪夫II型低通滤波器266
8.2.4椭圆低通滤波器268
8.2.5滤波器原型的相位响应270
8.3由模拟滤波器变换为数字滤波器270
8.3.1脉冲响应不变法270
8.3.2双线性变换法276
8.4模拟滤波器的频带变换284
8.4.1低通到低通的频带变换285
8.4.2低通到高通的频带变换285
8.4.3低通到带通的频带变换286
8.4.4低通到带阻的频带变换287
8.4.5信号处理工具箱中的频带变换函数288
8.5数字滤波器的频带变换291
8.6MATLAB中直接设计IIR数字滤波器的函数296
8.7IIR和FIR数字滤波器的比较297
8.8MATLAB中的滤波器设计工具(fdatool)298
复习思考题300
习题301

第9章 综合应用303
9.1信号处理工具(sptool)的介绍303
9.2语音数字化量化噪声的改善306
9.3系数量化和运算量化的影响310
9.3.1数的浮点和定点表示方法310
9.3.2系数量化对FIR滤波器的影响举例311
9.3.3系数量化对IIR滤波器的影响举例312
9.3.4运算量化和溢出问题313
9.3.5滤波器设计工具中的量化处理314
9.3.6定点(Fix-point)工具箱315
9.4数字信号处理在双音拨号系统中的应用316
9.4.1双音多频拨号316
9.4.2Goertzel算法316
9.4.3检测DTMF信号的DFT参数选择318
9.4.4生成和检测DTMF信号的演示程序319
9.5正余弦信号的频谱分析320
9.6音乐信号处理326
9.6.1时域处理方法326
9.6.2频域处理方法327
9.7变采样率数字滤波329
9.7.1信号的整数倍内插329
9.7.2信号的整数倍抽取331
9.7.3分数倍变采样率和相应的MATLAB函数332
9.7.4整数倍抽取和内插的应用举例333
9.8稀疏天线阵列设计333
复习思考题335
习题336

第10章信号处理从概念设计到芯片实现338
10.1嵌入式系统及其开发流程338
10.2系统仿真(Simulink)工具简介339
10.2.1概述339
10.2.2模块库及模型的建立340
10.2.3仿真的运行341
10.3MATLAB与嵌入式代码的衔接342
10.4基于模型的开发流程343
10.5嵌入式代码开发的一个实例345
10.6数字信号处理的未来349
附录A信号处理工具箱函数集351
附录B本书自编子程序索引表357
附录C例题程序索引表358
附录D图形生成和演示程序索引表362
参考文献363
……