数字信号处理基础理论 (2010 年度畅销榜NO.24747 )

本书是“数字信号处理参考教材系列”之一。该系列共分三部分，即基础部分、提高部分和应用部分。本书属于基础部分。\r\n\r\n 书中重点介绍数字信号处理的基础理论。内容包括数学基础、连续和离散时间现行系统理论、数字滤波器基础、语音及图像处理基础等。这些内容是学习数字信号处理的更深内容和本系列其他内容的重要基础知识。本书的特点是内容上以线性系统分析为主，体系上模拟与离散浑然一体，讲述上注重数学描述。\r\n\r\n 本书可作为大学相关专业的本科生及研究生的教材或参考用书，亦可供相关领域的技术人员及研究人员参考。\r\n
\r\n

第1章 绪 论 \r\n\r\n 1. 1 数字信号处理的目的 \r\n\r\n 1. 2 数字信号处理的应用 \r\n\r\n 1. 3 数字信号处理的形态 \r\n\r\n 1. 4 数字信号处理的发展 \r\n\r\n 第2章 数字信号处理的数学基础 \r\n\r\n 2. 1 拉普拉斯变换与傅里叶变换 \r\n\r\n 2. 1. 1 拉普拉斯变换与拉普拉斯反变换 \r\n\r\n 2. 1. 2 拉普拉斯变换的性质 \r\n\r\n 2. 1. 3 傅里叶变换与傅里叶反变换 \r\n\r\n 2. 1. 4 傅里叶变换的性质 \r\n\r\n 2. 1. 5 傅里叶级数与正交函数系 \r\n\r\n 2. 2 z变换与采样过程 \r\n\r\n 2. 2. 1 差分方程与z变换 \r\n\r\n 2. 2. 2 拉普拉斯变换与采样定理 \r\n\r\n 2. 2. 3 拉普拉斯变换与z变换 \r\n\r\n 2. 2. 4 z反变换 \r\n\r\n 2. 2. 5 z变换的性质 \r\n\r\n 2. 2. 6 单位冲激响应与z变换 \r\n\r\n 2. 2. 7 傅里叶变换与z变换 \r\n\r\n 2. 2. 8 傅里叶变换与采样定理 \r\n\r\n 2. 3 DFT与FFT \r\n\r\n 2. 3. 1 DFT的定义 \r\n\r\n 2. 3. 2 DFT的性质 \r\n\r\n 2. 3. 3 窗函数 \r\n\r\n 2. 3. 4 FFT的概念 \r\n\r\n 2. 3. 5 FFT的算法 \r\n\r\n 2. 4 矩阵与线性方程 \r\n\r\n 2. 4. 1 线性独立与阶数 \r\n\r\n 2. 4. 2 二次型与正定矩阵 \r\n\r\n 2. 4. 3 标准型与对角化 \r\n\r\n 2. 4. 4 向量和矩阵的微分 \r\n\r\n 2. 4. 5 逆矩阵和行列式定理 \r\n\r\n 2. 4. 6 最小二乘解与最小范数解 \r\n\r\n 2. 4. 7 特殊联立一次方程的数值解法 \r\n\r\n 2. 4. 8 线性向量微分方程的解法 \r\n\r\n 第3章 数字信号处理中的系统理论 \r\n\r\n 3. 1 线性动态系统的基础知识 \r\n\r\n 3. 1. 1 线性系统与非线性系统 \r\n\r\n 3. 1. 2 连续时间系统与离散时间系统 \r\n\r\n 3. 1. 3 定常系统与非定常系统 \r\n\r\n 3. 2 线性动态系统的数学模型 \r\n\r\n 3. 2. 1 连续时间系统的传递函数模型 \r\n\r\n 3. 2. 2 离散时间系统的传递函数模型 \r\n\r\n 3. 2. 3 连续时间系统的状态变量模型 \r\n\r\n 3. 2. 4 离散时间系统的状态变量模型 \r\n\r\n 3. 2. 5 从状态变量模型转换为传递函数模型 \r\n\r\n 3. 2. 6 从传递函数模型转换为状态变量模型 \r\n\r\n 3. 2. 7 数学模型的方框图表示 \r\n\r\n 3. 3 线性离散时间系统分析 \r\n\r\n 3. 3. 1 线性离散时间系统分析 \r\n\r\n 3. 3. 2 线性采样数据系统的状态空间法分析 \r\n\r\n 3. 3. 3 线性采样数据系统的z变换法分析 \r\n\r\n 3. 3. 4 用采样数据系统近似连续时间系统 \r\n\r\n 3. 4 线性动态系统的结构 \r\n\r\n 3. 4. 1 线性动态系统的可控制性 \r\n\r\n 3. 4. 2 线性动态系统的可观测性 \r\n\r\n 3. 4. 3 线性动态系统的零极点抵消 \r\n\r\n 3. 4. 4 线性动态系统的标准型 \r\n\r\n 3. 5 线性动态系统的稳定性 \r\n\r\n 3. 5. 1 连续时间系统传递函数的稳定性 \r\n\r\n 3. 5. 2 离散时间系统传递函数的稳定性 \r\n\r\n 3. 5. 3 连续时间系统状态方程的稳定性 \r\n\r\n 3. 5. 4 离散时间系统状态方程的稳定性 \r\n\r\n 第4章 数字滤波器基础 \r\n\r\n 4. 1 模拟滤波器的频率特性 \r\n\r\n 4. 1. 1 模拟电路的振幅特性与相位特性 \r\n\r\n 4. 1. 2 模拟滤波器的种类 \r\n\r\n 4. 1. 3 巴特沃思滤波器 \r\n\r\n 4. 1. 4 切比雪夫滤波器 \r\n\r\n 4. 2 数字滤波器的分类 \r\n\r\n 4. 2. 1 用数字滤波器进行信号处理的过程 \r\n\r\n 4. 2. 2 数字滤波器的分类 \r\n\r\n 4. 3 数字滤波器的频率特性 \r\n\r\n 4. 3. 1 振幅特性 \r\n\r\n 4. 3. 2 相位特性 \r\n\r\n 4. 4 数字滤波器的结构及误差分析 \r\n\r\n 4. 4. 1 数字滤波器的结构 \r\n\r\n 4. 4. 2 数字滤波器的误差分析 \r\n\r\n 4. 5 FIR数字滤波器的设计 \r\n\r\n 4. 5. 1 窗函数法设计 \r\n\r\n 4. 5. 2 线性相位滤波器的优化设计 \r\n\r\n 4. 6 IIR数字滤波器的设计 \r\n\r\n 4. 6. 1 s-z变换法设计 \r\n\r\n 4. 6. 2 近似线性相位滤波器的优化设计 \r\n\r\n 第5章 数字语音信号处理 \r\n\r\n 5. 1 语音形成过程的模型 \r\n\r\n 5. 1. 1 语音的特征和分类 \r\n\r\n 5. 1. 2 语音形成的模型 \r\n\r\n 5. 1. 3 声道的传递函数模型 \r\n\r\n 5. 2 线性预测分析方式 \r\n\r\n 5. 2. 1 全极点型模型 \r\n\r\n 5. 2. 2 辅音的全极点型模型 \r\n\r\n 5. 2. 3 元音的全极点型模型 \r\n\r\n 5. 2. 4 模型的增益 \r\n\r\n 5. 3 PARCOR方式 \r\n\r\n 5. 3. 1 PARCOR方式的基本概念 \r\n\r\n 5. 3. 2 计算PARCOR系数的算法 \r\n\r\n 5. 3. 3 PARCOR方式的格型滤波器实现 \r\n\r\n 5. 4 倒谱方式 \r\n\r\n 5. 4. 1 倒谱的概念 \r\n\r\n 5. 4. 2 倒谱的性质 \r\n\r\n 第6章 数字图像处理基础 \r\n\r\n 6. 1 图像的采样和量化 \r\n\r\n 6. 1. 1 图像的采样 \r\n\r\n 6. 1. 2 图像的量化 \r\n\r\n 6. 2 图像的数学模型 \r\n\r\n 6. 2. 1 图像数学模型的种类 \r\n\r\n 6. 2. 2 图像数学模型的辨识 \r\n\r\n 6. 3 二维DFT \r\n\r\n 6. 3. 1 二维DFT的定义 \r\n\r\n 6. 3. 2 二维DFT的性质 \r\n\r\n 6. 4 数字图像增强 \r\n\r\n 6. 4. 1 用灰度变换进行对比度增强 \r\n\r\n 6. 4. 2 用直方图修正进行对比度增强 \r\n\r\n 6. 4. 3 用微分操作进行图像锐化 \r\n\r\n 6. 4. 4 图像的平滑 \r\n\r\n 6. 5 数字图像复元 \r\n\r\n 6. 5. 1 点扩展函数 \r\n\r\n 6. 5. 2 图像的恶化过程 \r\n\r\n 6. 5. 3 恶化图像的复元过程 \r\n\r\n 6. 5. 4 二维数字滤波器 \r\n\r\n 6. 5. 5 用二维FIR滤波器进行图像复元 \r\n\r\n 6. 6 数字图像压缩 \r\n\r\n 6. 6. 1 变换编码方式 \r\n\r\n 6. 6. 2 预测编码方式 \r\n\r\n 数学信号处理有关文献 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 索 引 \r\n
\r\n

“数字信号处理参考教材系列”序

近年来, 随着数字技术的惊人发展, 以前用模拟技术进行处理或者以往根本无法进行数字处理的问题, 都可以进行数字处理了. 因此, 数字技术越来越广泛地应用于诸多领域, 而且这些领域对数字技术的要求也变得越来越高.

最近对电气. 电子. 信息. 通信等领域进行的大规模市场调查表明, 很多企业以及研究机构都对数字信号处理技术非常重视, 他们在调查问卷的表格中, 把数字信号处理填在了“必要性”和“重要性”一栏的首位. 从这一社会现象也可以看出, 数字信号处理是当今社会急需发展的学科领域之一.

鉴于这种状况, 我们以供从事数字信号处理或者准备学习数字信号处理的社会各界人士参考阅读为目的, 从更广泛的角度对数字信号处理这一学科进行归纳整理, 编写了这套系列书.

本系列书包括以下各册：

1. 数字信号处理基础理论

2. 数字滤波器与信号处理

3. 语音与图像的数字信号处理

4. 快速算法与并行信号处理

5. 卡尔曼滤波器与自适应信号处理

6. ARMA系统与数字信号处理

7. VLSI与数字信号处理

8. 信息通信与数字信号处理

9. 人工神经网络与模糊信号处理

10. 多媒体与数字信号处理

上述各册中, 第1至第3为基础部分, 以大学三. 四年级本科生为读者对象, 第4至第6为比基础部分内容较深的提高部分, 以研究生或者具有同等学历的科研人员及技术人员为读者对象, 第7至第10为应用部分, 以大学或研究机构的研究人员为主要读者对象, 亦可供有一定基础知识的社会各界人士参考阅读.

也就是说, 读者可根据自己的兴趣和所掌握的知识基础, 有选择地阅读本系列书中的内容. 比如, 从基础知识开始学习数字信号处理的读者, 可选择基础部分的内容, 如果已具备了一定的基础知识, 则可选择提高部分或者应用部分. 从基础知识开始学习的, 可按基础部分→提高部分→应用部分的顺序, 或者按基础部分→应用部分→提高部分的顺序, 根据自己的兴趣有选择地阅读.

本系列的执笔者均为目前仍活跃在相关领域第一线的专家. 学者, 因而编者有理由相信本系列书能够满足不同层次的读者的需求.

另外, 考虑到数字信号处理的理论及应用技术的迅速发展, 今后我们会根据情况及时补充新内容, 使本系列书不断充实和完善.

最后, 时值本系列书出版之际, 谨向对本系列书的出版提供多方帮助的CORONA社的各位表示衷心的感谢.

“数字信号处理参考教材系列”策划兼主编

谷隆嗣

随着计算机技术的惊人进步, 数字信号处理技术的应用领域越来越广泛. 而在所有应用领域中, 数字信号处理技术的基本理论是共同的. 作为数字信号处理的共同理论, 尽管

其表述是抽象化和一般化的, 但只要真正掌握了这些内容, 就可以用它们来解决各种具体问题. 从这种意义上说, 正确理解和掌握基本理论是首要的.

本书是本着让读者了解数字信号处理的概貌和便于掌握其基本理论的宗旨编写的. 全书的内容既是整套“数字信号处理参考教材系列”的基础, 也是数字信号处理这一学科

领域的基本知识. 有志于从事数字信号处理的读者, 请务必从本书读起. 本书的内容是按照大学本科三. 四年级学生能够充分理解的程度编写的, 因而, 它不仅可以作为参考书, 而且可用作大专院校数字信号处理课程的教材.

本书第1章介绍数字信号处理的目的. 形态. 发展过程及今后的展望, 以便读者首先了解数字信号处理的概貌.

第2章介绍数字信号处理理论必要的数学基础. 首先介绍拉普拉斯变换. 傅里叶变换及傅里叶级数等, 它们是理解数字信号处理理论的基础理论. 然后, 基于这些数学基础理论, 导出当描述包含采样动作的系统时所需要的z变换. 而数字信号处理中非常重要的采样定理将从拉普拉斯变换及傅里叶变换导出. 进而, 还将对DFT(离散傅里叶变换)和FFT(快速傅里叶变换)这一重要变换理论予以说明.

第3章介绍数字信号处理中所需的系统理论的基本内容. 数字信号处理大多采用动态系统, 因此, 打好线性系统理论方面的坚实基础是很重要的. 本章将在“线性动态系统的数学模型”一节中对传递函数模型和状态变量模型进行详细说明, 在“线性动态系统的结构”一节中对可控制性和可观测性进行重点阐述. 最后介绍线性动态系统的稳定性问题, 将按照传递函数模型和状态变量模型分别说明各种稳定性的概念.

第4章介绍关于数字滤波器的各种基本内容. 首先叙述模拟滤波器的频率特性, 明确振幅特性和相位特性的概念, 然后说明数字滤波器的种类和频率特性, 以及线性相位滤波器的物理意义. 此外, 还将涉及数字滤波器的构成方法和误差分析问题. 最后, 在数字滤波器设计部分给出FIR滤波器和IIR滤波器的设计方法和设计示例.

第5章介绍数字语音信号处理的基础. 首先给出日本语语音波形的特征, 引入语音形成过程的离散时间模型. 然后说明语音的线性预测分析方式的意义, 讲述PARCOR方式语音分析合成法及格形滤波器的基本内容. 最后介绍倒时谱方式的概念和语音信号倒谱的实例.

第6章介绍数字图像处理的基本内容. 首先叙述图像的采样和量化问题, 用照片图像给出其实例. 然后给出求取图像的二维数学模型的方法, 按因果模型和非因果模型进行

说明. 接着介绍将DFT引入二维系统时所需的二维DFT. 继而说明用灰度变换和直方图修正等简单处理进行图像增强的方法, 以及通过实例对各种图像增强效果进行比较. 还将介绍利用二维FIR滤波器进行图像复元的方法, 并给出图像恢复的实例. 最后介绍几种进行图像压缩的方法, 重点对二维DCT(二维离散余弦变换)进行详细说明, 给出用二维DCT进行图像压缩的实例.

用本书作为“数字信号处理”课程教材时, 通过适当的内容取舍, 2学分的课时能讲完全部重要内容. 例如在第2章中, 如果学生已经学过了z变换, 则只需讲解2. 2节的采样定理部分及2. 3节的DFT和FFT部分即可. 而在需要对z变换进行说明的情况下, 则可以不必全部涉及三种方法. 第3章中, 对于初学者来说, 掌握3. 1节和3. 2节的一部分也就够了. 第4章到第6章是数字信号处理的重要内容, 应该尽量详细地进行讲解.

当把本书作为参考书时, 第2章的内容只需像前面说过的那样阅读一些必要的部分即可. 第3章也不一定要全部掌握系统理论的内容. 不过, 本书所介绍的系统理论是重要的基础知识, 它有助于对本系列中其他内容的理解, 因此应尽可能阅读一下. 第4章到第6章的内容在《数字滤波器与信号处理》和《语音与图像的数字信号处理》中还要专门讲解, 为了加深理解, 最好把它们结合起来阅读.

本书的上述内容是数字信号处理基本理论的核心部分, 也是本系列书其他各卷的基础. 如果要对数字信号处理作进一步的了解, 请继续阅读本系列书其他各卷的内容. 谷隆嗣

无封面