信号处理原理 (2010 年度畅销榜NO.6895 )

本书按非通讯专业信号处理原理基本要求，介绍信号处理的基本原理和方法。内容包括：信号的基本概念和运算，傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换，系统及其分析方法，数字滤波器基本原理及设计方法以及其他方法简介。 \r\n\r\n 本书按非通讯专业信号处理原理基本要求，介绍信号处理的基本原理和方法。内容包括：信号的基本概念和运算，傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换，系统及其分析方法，数字滤波器基本原理及设计方法以及其他方法简介。 \r\n\r\n \r\n\r\n \r\n\r\n \r\n\r\n \r\n
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第1章 基本概念 \r\n\r\n 学习目标 \r\n\r\n 内容摘要 \r\n\r\n 预备知识 \r\n\r\n 1.1 信号及其描述和分类 \r\n\r\n 1.1.1 信号的概念 \r\n\r\n 1.1.2 信号的描述方法 \r\n\r\n 1.1.3 信号的分类 \r\n\r\n 1.2 信号处理 \r\n\r\n 1.2.1 数字信号处理 \r\n\r\n 1.3 典型信号 \r\n\r\n 1.3.1 指数信号 \r\n\r\n 1.3.2 正弦. 余弦信号 \r\n\r\n 1.3.3 复指数信号 \r\n\r\n 1.3.4 Sa函数（抽样函数） \r\n\r\n 1.3.5 高斯信号（钟形脉冲信号） \r\n\r\n 1.3.6 单位斜变信号R（t） \r\n\r\n 1.3.7 单位阶跃信号u（t） \r\n\r\n 1.3.8 单位短形脉冲信号 \r\n\r\n 1.3.9 符号函数 \r\n\r\n 1.4 单位冲激信号及其性质 \r\n\r\n 1.4.1 函数的定义 \r\n\r\n 1.4.2 函数的性质 \r\n\r\n 1.4.3 奇异函数 \r\n\r\n 1.5 信号的基本运算 \r\n\r\n 1.5.1 四则运算 \r\n\r\n 1.5.2 反褶运算 \r\n\r\n 1.5.3 时域平移（时移）运算 \r\n\r\n 1.5.4 时域压扩运算 \r\n\r\n 1.5.5 微分和积分运算 \r\n\r\n 1.5.6 卷积运算 \r\n\r\n 1.5.7 相关运算 \r\n\r\n 1.6 信号的分解 \r\n\r\n 1.6.1 直流分量和交流分量 \r\n\r\n 1.6.2 偶分量和奇分量 \r\n\r\n 1.6.3 实部分量与虚部分量 \r\n\r\n 1.6.4 脉冲分量 \r\n\r\n 1.6.5 正交函数分量 \r\n\r\n 1.7 用完备正交函数集表示信号 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 习题 \r\n\r\n 第2章 连续时间傅里叶变换 \r\n\r\n 学习目标 \r\n\r\n 内容摘要 \r\n\r\n 预备知识 \r\n\r\n 2.1 引言 \r\n\r\n 2.2 周期信号的频谱分析——傅里叶级数 \r\n\r\n 2.2.1 三角形式的FS \r\n\r\n 2.2.2 复指数形式的FS \r\n\r\n 2.2.3 奇偶信号的FS \r\n\r\n 2.2.4 周期信号的傅里叶频谱 \r\n\r\n 2.2.5 周期信号的功率 \r\n\r\n 2.3 非周期信号的频谱分析——傅里叶变换 \r\n\r\n 2.3.1 周期信号的频谱与非周期信号的频谱密度 \r\n\r\n 2.3.2 FT的定义 \r\n\r\n 2.3.3 FT的存在的充分条件 \r\n\r\n 2.3.4 FS与FT比较 \r\n\r\n 2.3.5 FT及IFT在赫兹域的定义 \r\n\r\n 2.4 典型非周期信号的FT频谱 \r\n\r\n 2.4.1 单边指数信号 \r\n\r\n 2.4.2 偶双边指数信号 \r\n\r\n 2.4.3 矩形脉冲信号 \r\n\r\n 2.4.4 符号函数 \r\n\r\n 2.5 冲激信号和阶跃信号的FT \r\n\r\n 2.5.1 冲激信号 \r\n\r\n 2.5.2 创跃信号 \r\n\r\n 2.6 FT的性质 \r\n\r\n 2.6.1 线性性 \r\n\r\n 2.6.2 奇偶虚实性 \r\n\r\n 2.6.3 反褶和共轭性 \r\n\r\n 2.6.4 对偶性 \r\n\r\n 2.6.5 尺度变换特性 \r\n\r\n 2.6.6 时域平移（时移）特性 \r\n\r\n 2.6.7 频域平移（频移）特性 \r\n\r\n 2.6.8 微分特性 \r\n\r\n 2.6.9 积分特性 \r\n\r\n 2.6.10 卷积定理 \r\n\r\n 2.6.11 时域相关性定理 \r\n\r\n 2.6.12 帕斯瓦尔定理 \r\n\r\n 2.7 周期信号的FT \r\n\r\n 2.7.1 正余弦信号的FT \r\n\r\n 2.7.2 一般周期信号的FT \r\n\r\n 2.8 抽样信号的FT及抽样定理 \r\n\r\n 2.8.1 抽样信号的FT \r\n\r\n 2.8.2 时域抽样定理 \r\n\r\n 2.8.3 矩形脉冲抽样 \r\n\r\n 2.8.4 频域抽样定理 \r\n\r\n 2.9 因果实信号的傅里叶变换及希尔伯特变换 \r\n\r\n 2.10 连续时间系统及其频域分析 \r\n\r\n 2.10.1 连续时间系统 \r\n\r\n 2.10.2 LTI连续时间系统的频率响应 \r\n\r\n 2.10.3 无失真传输与群时延 \r\n\r\n 2.10.4 模拟滤波器及理想低通滤波器 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 习题 \r\n\r\n 第3章 拉普拉斯变换简介 \r\n\r\n 学习目标 \r\n\r\n 内容摘要 \r\n\r\n 预备知识 \r\n\r\n 3.1 引言 \r\n\r\n 3.2 拉普拉斯变换（LT）的定义 \r\n\r\n 3.3 LT的收敛域（ROC） \r\n\r\n 3.4 LT的基本性质 \r\n\r\n 3.5 拉氏变换的逆变换——逆拉氏变换 \r\n\r\n 3.6 周期信号与抽样信号的LT \r\n\r\n 3.6.1 周期信号的LT \r\n\r\n 3.6.2 抽样信号的LT \r\n\r\n 3.7 LT与FT的关系 \r\n\r\n 3.7.1 由双边LT求FT \r\n\r\n 3.7.2 由单边LT求FT \r\n\r\n 3.8 连续时间系统的S域分析 \r\n\r\n 3.8.1 系统的传递函数及其零极点 \r\n\r\n 3.8.2 系统的传递函数与系统的频率响应 \r\n\r\n 3.8.3 系统传递函数的零极点分布对系统性能影响 \r\n\r\n 3.8.4 全通系统与最小相位系统 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 习题 \r\n\r\n 第4章 Z变换 \r\n\r\n 学习目标 \r\n\r\n 内容摘要 \r\n\r\n 预备知识 \r\n\r\n 4.1 引言 \r\n\r\n 4.2 Z变换的定义 \r\n\r\n 4.3 ZT变换的定义 \r\n\r\n 4.3.1 ZT收敛域 \r\n\r\n 4.3.2 有限长序列的ROC \r\n\r\n 4.3.3 右边序列的ROC \r\n\r\n 4.3.4 左边序列的ROC \r\n\r\n 4.3.5 双边序列的ROC \r\n\r\n 4.4 常用序列及其ZT \r\n\r\n 4.4.1 单位冲激序列 \r\n\r\n 4.4.2 单位阶跃序列 \r\n\r\n 4.4.3 矩形脉冲序列 \r\n\r\n 4.4.4 单位斜变序列 \r\n\r\n 4.4.5 单边指数序列 \r\n\r\n 4.4.6 单边正. 余弦序列 \r\n\r\n 4.4.7 利用已知序列的ZT求解一般序列的ZT \r\n\r\n 4.5 ZT的性质 \r\n\r\n 4.5.1 线性性 \r\n\r\n 4.5.2 时域平移性 \r\n\r\n 4.5.3 时域扩展性 \r\n\r\n 4.5.4 时域共轭性 \r\n\r\n 4.5.5 Z域尺变换性 \r\n\r\n 4.5.6 Z域微分性 \r\n\r\n 4.5.7 初值定理 \r\n\r\n 4.5.8 终值定理 \r\n\r\n 4.5.9 时域卷积定理 \r\n\r\n 4.5.10 Z域卷积定理 \r\n\r\n 4.5.11 帕斯瓦尔定理 \r\n\r\n 4.5.12 ZT性质总结 \r\n\r\n 4.6 逆Z变换的求解 \r\n\r\n 4.6.1 部分分式展开法 \r\n\r\n 4.6.2 幂级数展开法 \r\n\r\n 4.6.3 留数法 \r\n\r\n 4.7 离散时间系统 \r\n\r\n 4.7.1 离散时间系统及其分类 \r\n\r\n 4.7.2 LTI离散时间系统的表示方法 \r\n\r\n 4.7.3 离散时间系统响应遥ZT法求解 \r\n\r\n 4.7.4 离散时间系统的传递函数 \r\n\r\n 4.7.5 传递函数零极点分布对特性的影响 \r\n\r\n 4.7.6 序列的傅里叶变换——离散时间傅里叶变换 \r\n\r\n 4.7.7 离散系统频率响应 \r\n\r\n 4.7.8 无失真传输系统. 全通系统与最小相位系统 \r\n\r\n 4.8 数字滤波器 \r\n\r\n 4.8.1 数据滤波器的基本原理 \r\n\r\n 4.8.2 数字滤波器的分类 \r\n\r\n 4.8.3 数字滤波器的设计 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 习题 \r\n\r\n 第5章 离散傅里叶变换及其快速算法 \r\n\r\n 学习目标 \r\n\r\n 内容摘要 \r\n\r\n 预备知识 \r\n\r\n 5.1 引言 \r\n\r\n 5.2 离散傅里叶变换（DFT）的推导 \r\n\r\n 5.2.1 时域抽样 \r\n\r\n 5.2.2 进域截断 \r\n\r\n 5.2.3 时域周期延拓 \r\n\r\n 5.2.4 时域处理后信号的连续时间傅里叶变换 \r\n\r\n 5.3 离散傅里叶变换及其变换的定义 \r\n\r\n 5.4 离散谱的性质 \r\n\r\n 5.4.1 Wn的性质 \r\n\r\n 5.4.2 离散谱的性质 \r\n\r\n 5.4.3 DFT的总结 \r\n\r\n 5.5 DFT的性质 \r\n\r\n 5.5.1 线性性 \r\n\r\n 5.5.2 奇偶虚实性 \r\n\r\n 5.5.3 反褶和共轭性 \r\n\r\n 5.5.4 对偶性 \r\n\r\n 5.5.5 时移性 \r\n\r\n 5.5.6 频移性 \r\n\r\n 5.5.7 时域离散圆卷积定理 \r\n\r\n 5.5.8 频域离散圆卷积定理 \r\n\r\n 5.5.9 时域离散圆相关定理 \r\n\r\n 5.5.10 IDFT的另一种形式 \r\n\r\n 5.5.11 帕斯瓦尔定理 \r\n\r\n 5.6 有限长序列的DFT. ZT及DTFT的关系 \r\n\r\n 5.7 快速傅里叶变换 \r\n\r\n 5.7.1 直接DFT计算的复杂度 \r\n\r\n 5.7.2 FFT的推导 \r\n\r\n 5.7.3 FFT算法特点及流程 \r\n\r\n 5.7.4 FFT复杂度分析 \r\n\r\n 5.7.5 FFT算法的进一步改进 \r\n\r\n 5.7.6 DFT应用中的实际问题 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 习题 \r\n\r\n 第6章 二维傅里叶变换及其他分析方法 \r\n\r\n 学习目标 \r\n\r\n 内容摘要 \r\n\r\n 预备知识 \r\n\r\n 6.1 引言 \r\n\r\n 6.2 二维傅里叶变换 \r\n\r\n 6.2.1 二维连续傅里叶变换 \r\n\r\n 6.2.2 二维离散傅里叶变换 \r\n\r\n 6.3 离散余弦变换 \r\n\r\n 6.3.1 一维离散余弦变换 \r\n\r\n 6.3.2 二维离散余弦变换 \r\n\r\n 6.4 卷积同态系统和倒谱分析 \r\n\r\n 6.5 梅林变换 \r\n\r\n 6.6 时频表示 \r\n\r\n 6.7 小波变换 \r\n\r\n 6.7.1 连续小波变换 \r\n\r\n 6.7.2 多分辨率分析 \r\n\r\n 6.7.3 小波变换在语音信号处理中的应用 \r\n\r\n 小结 \r\n\r\n 习题 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 附录1 连续傅里叶变换表 \r\n\r\n 附录2 双边拉普拉斯变换表 \r\n\r\n 附录3 双边Z变换表 \r\n\r\n 附录4 有理分式的部分分式展开法 \r\n\r\n 附录5 经典的模拟低通滤波器 \r\n\r\n 附录6 思考题参考答案 \r\n\r\n 附录7 习题参考答案 \r\n\r\n 附录8 教学建议 \r\n\r\n 概述和术语索引 \r\n
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序

清华大学计算机系列教材已经出版发行了近30种, 包括计算机专业的基础数学. 专

业技术基础和专业等课程的教材, 覆盖了计算机专业大学本科和研究生的主要教学内容.

这是一批至今发行数量很大并赢得广大读者赞誉的书籍, 是近年来出版的大学计算机教

材中影响比较大的一批精品.

本系列教材的作者都是我熟悉的教授与同事, 他们长期在第一线担任相关课程的教

学工作, 是一批很受大学生和研究生欢迎的任课教师. 编写高质量的大学(研究生)计算

机教材, 不仅需要作者具备丰富的教学经验和科研实践, 还需要对相关领域科技发展前沿

的正确把握和了解. 正因为本系列教材的作者们具备了这些条件, 才有了这批高质量优

秀教材的出版. 可以说, 教材是他们长期辛勤工作的结晶. 本系列教材出版发行以来, 从

其发行的数量. 读者的反映, 已经获得的许多国家级与省部级的奖励以及在各个高等院校

教学中所发挥的作用上, 都可以看出本系列教材所产生的社会影响与效益.

计算机科技发展异常迅速. 内容更新很快. 作为教材, 一方面要反映本领域基础性.

普遍性的知识, 保持内容的相对稳定性, 另一方面, 又需要跟踪科技的发展, 及时地调整和

更新内容. 本系列教材都能按照自身的需要及时地做到这一点, 如《计算机组成与结构》

一书十年中共出版了三版, 其他如《数据结构》等也都已出版了第二版, 使教材既保持了稳

定性, 又达到了先进性的要求, 本系列教材内容丰富. 体系结构严谨. 概念清晰. 易学易懂,

符合学生的认识规律, 适合于教学与自学, 深受广大读者的欢迎. 系列教材中多数配有丰

富的习题集和实验, 有的还配备多媒体电子教案, 便于学生理论联系实际地学习相关

课程.

随着我国进一步的开放, 我们需要扩大国际交流, 加强学习国外的先进经验. 在大学

教材建设上, 我们也应该注意学习和引进国外的先进教材. 但是, 计算机系列教材的出版

发行实践以及它所取得的效果告诉我们, 在当前形势下, 编写符合国情的具有自主版权的

高质量教材仍具有重大意义和价值. 它与前者不仅不矛盾, 而且是相辅相成的. 本系列

教材的出版还表明, 针对某个学科培养的要求, 在教育部等上级部门的指导下, 有计划地

组织任课教师编写系列教材, 还能促进对该学科科学. 合理的教学体系和内容的研究.

我希望今后有更多. 更好的我国优秀教材出版.

清华大学计算机系教授, 中科院院士



2002年6月28日

作者简历

郑方：博士, 清华大学计算机科学与技术系副教授,

智能技术与系统国家重点实验室语音技术中心主任. 从

1988年开始从事信号处理. 语音识别与理解等方面的研

究, 负责或作为骨干人员参与研发过二十余项国家重点

项目和国际合作项目, 并获得科技部(委). 教育部(委).

北京市奖励和其他奖励十余次. 迄今为止, 他在国内外

本书主要介绍信号的基本概念及信号处理的基本方法. 内容包括：信号的基本概念和基本运算. 连续和离散时间傅里叶变换. 离散傅里叶变换及其快速算法. 拉普拉斯变换. Z变换, 并对连续时间和离散时间系统及其分析方法. 数字滤波器的基本原理及其设计以及其他方法等进行了简单介绍.

本书采用了理论推导和应用分析相结合的方法, 着重让学生掌握信号处理基本原理. 分析和处理方法, 配以一定量的习题和实验, 通过让学生对实际的信号和系统进行变换域分析, 训练学生解决实际问题的能力, 通过介绍一些最新的信号处理方法, 培养学生运用已掌握的信号处理知识来学习. 理解和掌握新方法与新技术的能力.

本书在内容选取上, 作了一番取舍. 比如：考虑到以Matlab为代表的一批优秀的信号处理工具的出现, 本书没有介绍5域分析中的波特图方法, 因为使用Matlab可以方便地给出其更加准确的波形图, 又比如沃尔什变换在本书也没有介绍. 本书增加了对其他一些信号处理方法的简单介绍, 如在图像压缩中发挥着很大作用的离散余弦变换, 以及近年来信号处理领域中研究得非常活跃的分析和处理方法--卷积同态分析. 梅林变换. 时频分析和小波变换等. 本书可供非通信专业的教学和研究参考.

本书要求的先修课程有高等数学. 复变函数等课程. 为了方便读者阅读, 书中在为数不多的用到复变函数的地方专门做了简单的说明和解释. 书中有"*"的章节属于选学部分, 可根据具体要求选学. 书中配有一定难度的思考题, 它们对理解概念很有帮助, 是专为巩固概念学习而设置的, 书后附详细的参考答案. 每章后附有数量和难度适中的习题(带"*"的为选做题, 其余为必做题), 书后附习题答案. 另外, 为了帮助读者快速查找本书的关键概念和术语, 书后附有相关索引.

本书全文由郑方博士编写, 习题由徐明星博士编写. 《信号处理原理》是清华大学计算机科学与技术系的专业必修课的教材. 郑方博士自1991年始参加该教学组并承担部分教学, 从1993年起全面承担本课程的教学. 1994年本课程被定为清华大学信息科学与技术学院平台课. 本书是作者在多年教学经验和科研工作的基础上根据非通信专业的具体要求编写而成的. 清华大学郑君里教授在作者教学期间, 不断给予指导和帮助, 并在本书编写过程中还不断给作者以关怀. 指导和鼓励, 对本书的结构和内容提出了中肯的建议. 清华大学吴文虎教授在作者的教学和科研中一直悉心指导, 对全书进行了认真审阅, 提出了宝贵的修改意见. 本书的评审专家也提出了许多宝贵的建议. 在此向他们表示衷心感谢.

由于作者水平有限, 编写时间紧, 书中错误和不当之处在所难免. 诚恳希望读者不吝指正. 联系地址：{zheng, xumx}@sp. cs. tsinghua. edu. cn.

作 者

2000年5月·清华园

无封面