數字信號處理:原理、算法與應用, 4/e (Digital Signal Processing : Principles, Algorithms and Applications, 4/e)

普羅克斯 (John G.Proakis), Dimitris G.Manolakis

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商品描述

本書全面系統地闡述了數字信號處理的基礎知識,其中前10章講述了確定性數字信號處理的知識,包括離散時間信號及系統的介紹、z變換、傅里葉變換、頻率分析以及濾波器設計等。後4章則介紹了隨機數字信號處理的知識,主要學習多速率數字信號處理、線性預測、自適應濾波以及功率譜估計。本書內容全面豐富、系統性強、概念清晰。敘述深入淺出,為了幫助讀者深刻理解基本理論和分析方法,書中列舉了大量的精選例題,同時還給出了許多基於MATLAB的模擬實驗。另外,在各章的最後還附有習題,以幫助讀者進一步鞏固所學知識。

作者簡介

John G.Proakis

美國東北大學電子與計算機工程系的教授,其研究方向為數字通信與數字信號處理,
主要包括自適應濾波、自適應通信系統、自適應均衡技術、多徑衰落信道的通信、雷達偵測、
信號參數估計、通信系統建模與仿真、最優化技術、統計分析等,已多次出版《數字信號處理》和《數字通信》等經典著作。

Dimitris G.Manolakis

工作於美國麻省理工學院林肯實驗室,主要研究方向是數字通信與數字信號處理。

目錄大綱

 

第1章緒論
1.1信號、系統及信號處理
1.1.1數字信號處理系統的基本組成
1.1.2數字信號處理與模擬信號處理相比的優點
1.2信號分類
1.2.1多通道信號與多維信號
1.2.2連續時間信號和離散時間信號
1.2.3連續值信號與離散值信號
1.2.4確定性信號與隨機信號
1.3連續時間信號與離散時間信號中的頻率概念
1.3.1連續時間正弦信號
1.3.2離散時間正弦信號
1.3.3諧相關的複指數信號
1.4模數和數模轉換
1.4.1模擬信號採樣
1.4.2採樣定理
1.4.3連續幅度信號的量化
1.4.4正弦信號的量化
1.4.5量化採樣信號的編碼
1.4.6數模轉換
1.4.7數字信號與系統及離散時間信號與系統的分析
1.5小結與參考文獻
習題

第2章離散時間信號與系統
2.1離散時間信號
2.1.1離散時間信號的基本元素
2.1.2離散時間信號的分類
2.1.3離散時間信號的簡單處理
2.2離散時間系統
2.2.1系統的輸入—輸出描述
2.2.2離散時間系統的結構圖表示
2.2.3離散時間系統的分類
2.2.4離散時間系統的互連
2.3離散時間線性時不變系統的分析
2.3.1線性系統的分析方法
2.3.2離散時間信號分解為衝激信號
2.3.3 LTI系統對任意輸入的響應:卷積和
2.3.4卷積的性質以及LTI系統的互連
2.3.5因果LTI系統
2.3. 6線性時不變系統的穩定性
2.3.7有限長和無限長衝激響應的系統
2.4由差分方程描述的離散時間系統
2.4.1遞歸和非遞歸的離散時間系統
2.4.2由常係數差分方程描述的線性時不變系統的特性
2.4.3線性常係數差分方程的解
2.4.4線性時不變遞歸系統的衝激響應
2.5離散時間系統的實現
2.5.1線性時不變系統的實現結構
2.5 .2 FIR系統的遞歸和非遞歸實現
2.6離散時間信號的相關性
2.6.1互相關和自相關序列
2.6.2自相關和互相關序列的性質
2.6.3週期序列的相關性
2.6.4輸入—輸出相關 序列
2.7小結與參考文獻
習題

第3章z變換及其在線性時不變系統分析中的應用
3.1 z變換
3.1.1 z正變換
3.1.2 z逆變換
3.2 z變換的性質
3.3有理z變換
3.3.1極點和零點
3.3.2因果信號的極點位置和時域行為
3.3.3線性時不變系統的系統函數
3.4 z逆變換
3.4.1圍線積分法求z逆變換
3.4.2冪級數展開法求z逆變換
3.4.3部分分式展開法求z逆變換
3.4.4有理z變換的分解
3.5 z域線性時不變系統的分析
3.5.1有理系統函數的系統響應
3.5.2暫態響應和穩態響應
3.5.3因果性和穩定性
3.5.4零極點抵消
3.5.5多階極點和穩定性
3.5.6二階系統的穩定性
3.6單邊z變換
3.6.1定義和性質
3.6.2差分方程的求解
3.6.3具有非零初始條件的零極點系統的響應
3.7小結與參考文獻
習題

第4章信號的頻率分析
4.1連續時間信號的頻率分析
4.1.1連續時間週期信號的傅里葉級數
4.1.2週期信號的功率密度譜
4.1.3連續時間非週期信號的傅里葉變換
4.1.4非週期信號的能量密度譜
4.2離散時間信號的頻率分析
4.2.1離散時間週期信號的傅里葉級數
4.2.2週期信號的功率密度譜
4.2.3離散時間非週期信號的傅里葉變換
4.2.4傅里葉變換的收斂性
4.2.5非週期信號的能量密度譜
4.2.6傅里葉變換和z變換的關係
4.2.7倒譜
4.2.8單位圓上有極點的信號的傅里葉變換
4.2.9信號的頻域分類:帶寬的概念
4.2.10某些自然信號的頻率範圍
4.3頻域和時域的信號特性
4.4離散時間信號傅里葉變換的性質
4.4.1傅里葉變換的對稱性質
4.4.2傅里葉變換的定理和性質
4.5小結與參考文獻
習題

第5章LTI系統的頻域分析
5.1線性時不變系統的頻域特性
5.1.1對複指數和正弦信號的響應:頻率響應函數
5.1.2正弦輸入信號的穩態和暫態響應
5.1.3週期輸入信號的穩態響應
5.1.4非週期輸入信號的響應
5.2 LTI系統的頻率響應
5.2 .1具有有理系統函數係統的頻率響應
5.2.2頻率響應函數的計算
5.3 LTI系統輸出的相關函數和頻譜
5.3.1輸入—輸出相關函數和頻譜
5.3.2隨機輸入信號的相關函數和功率譜
5.4作為頻率選擇濾波器的線性時不變系統
5.4.1理想濾波器特性
5.4.2低通、高通和帶通濾波器
5.4.3數字諧振器
5.4.4槽口濾波器
5.4.5梳狀濾波器
5.4.6全通濾波器
5.4.7數字正弦振盪器
5.5逆系統和去卷積
5.5.1線性時不變系統的可逆性
5.5.2最小相位、最大相位及混合相位系統
5.5.3系統辨識與去卷積
5.5.4同態去卷積
5.6小結與參考文獻
習題

第6章信號的採樣與重建
6.1理想的連續時間信號採樣與重建
6.2連續時間信號的離散時間處理
6.3模數轉換器和數模轉換器
6.3.1模數轉換器
6.3.2量化與編碼
6.3.3量化誤差分析
6.3.4數模轉換器
6.4連續時間帶通信號的採樣與重建
6.4.1均勻或一階採樣
6.4.2交叉或非均勻二階採樣
6.4.3帶通信號的表示
6.4.4利用帶通信號表示進行採樣
6.5離散時間信號採樣
6.5.1離散時間信號採樣和插值
6.5.2帶通離散時間信號表示和採樣
6.6過採樣A/D轉換器和D/A轉換器
6.6 .1過採樣A/D轉換器
6.6.2過採樣D/A轉換器
6.7小結與參考文獻
習題

第7章離散傅里葉變換的特性及應用
7.1頻域採樣:離散傅里葉變換
7.1.1離散時間信號的頻域採樣和重建
7.1.2離散傅里葉變換
7.1.3 DFT是線性變換
7.1.4 DFT與其他變換的關係
7.2 DFT的性質
7.2.1週期性、線性和對稱性
7.2.2兩個DFT的乘法和圓周卷積
7.2.3 DFT的其他性質
7.3基於DFT的線性濾波算法
7.3.1在線性濾波中使用DFT 
7.3.2長數據序列濾波
7.4利用DFT對信號進行頻率分析
7.5離散餘弦變換
7.5.1 FDCT 
7.5.2 IDCT 
7.5.3 DCT是正交變換
7.6小結與參考文獻
習題

第8章DFT的有效計算:快速傅里葉變換算法
8.1 DFT的有效計算:FFT算法
8.1.1直接計算DFT 
8.1.2用分而治之的方法計算DFT 
8.1.3基2 FFT算法
8.1.4基4 FFT算法
8.1.5分裂基FFT算法
8.1.6 FFT算法的實現
8.2 FFT算法的應用
8.2.1有效計算兩個實序列的DFT 
8.2.2有效計算2N點實序列的DFT 
8.2.3 FFT算法在線性濾波與相關分析中的應用
8.3用線性濾波法計算DFT 
8.3 .1 Goertzel算法
8.3.2調頻z變換算法
8.4 DFT計算中的量化效應
8.4.1直接計算DFT的量化誤差
8.4.2 FFT算法的量化誤差
8.5小結與參考文獻
習題

第9章離散時間系統的實現
9.1離散時間系統的實現結構
9.2 FIR系統的結構
9.2.1直接型結構
9.2.2級聯型結構
9.2.3頻率採樣結構
9.2.4格型結構
9.3 IIR系統的結構
9.3.1直接型結構
9.3.2信號流圖和轉置結構
9.3.3級聯型結構
9.3.4並聯型結構
9.3.5 IIR系統的格型結構和格型梯狀結構
9.4數的表示
9.4.1數的定點表示
9.4.2二進制數的浮點表示
9.4.3舍入與截尾引起的誤差
9.5濾波器係數的量化效應
9.5.1濾波器係數量化效應的敏感度分析
9.5.2 FIR濾波器的係數量化
9.6數字濾波器中的捨入效應
9.6.1遞歸系統的極限環振盪
9.6. 2尺度變換以防止溢出
9.6.3數字濾波器定點實現中量化效應的統計描述
9.7小結與參考文獻
習題

第10章數字濾波器設計
10.1整體考慮
10.1.1因果性及其含義
10.1.2實際選頻濾波器的特性
10.2 FIR濾波器的設計
10.2.1對稱和反對稱的FIR濾波器
10.2.2使用窗函數設計線性相位FIR濾波器
10.2.3採用頻率採樣方法設計線性相位FIR濾波器
10.2.4最優等紋波線性相位FIR濾波器的設計
10.2.5 FIR微分器設計
10.2.6希爾伯特變換器的設計
10.2.7線性相位FIR濾波器設計方法的比較
10.3從模擬濾波器設計IIR濾波 
10.3.1用導數逼近設計IIR濾波器
10.3.2用衝激不變設計IIR濾波器
10.3.3利用雙線性變換設計IIR濾波器
10.3.4通用模擬濾波器的特性
10.3.5基於雙線性變換的數字濾波器設計的一些例子
10.4頻率變換
10.4.1模擬域頻率變換
10.4.2數字域頻率變換
10.5小結與參考文獻
習題

第11章多速率數字信號處理
11.1引言
11.2以因子D抽取
11.3以因子I內插
11.4以有理因子I/D轉換採樣率
11.5採樣率轉換的實現
11.5.1多相濾波器結構
11.5.2濾波器和下採樣器/上採樣器的相互交換
11.5.3利用級聯積分器的梳狀濾波器轉換採樣率
11.5.4抽取和內插濾波器的多相結構
11.5.5有理採樣率轉換的結構
11.6採樣率轉換的多級實現
11.7帶通信號的採樣率轉換
11.8以任意因子的採樣率轉換
11.8.1利用多相內插器任意重採樣
11.8.2利用Farrow濾波器結構任意重採樣
11.9多速率信號處理的應用
11.9.1移相器的設計
11.9.2不同採樣率數字系統的接口技術
11.9.3窄帶低通濾波器的實現
11.9.4語音信號子帶編碼
11.10數字濾波器組
11.10.1均勻濾波器組的多相結構
11.10.2復用轉接器
11.11雙通道正交鏡像濾波器組
11.11.1消除混疊效應
11.11.2準確重構的條件
11.11.3 QMF組的多相形式
11.11.4線性相位FIR QMF組
11.11.5 IIR QMF組
11.11.6準確重構雙通道FIR QMF組
11.11.7子帶編碼中的雙通道QMF組
11.12M通道QMF組
11.12.1無混疊和準確重構的條件
11.12.2 M通道QMF組的多相形式
11.13小結與參考文獻
習題

第12章線性預測和最優線性濾波器
12.1隨機信號、相關函數和功率譜
12.1.1隨機過程
12.1.2平穩隨機過程
12.1.3統計(集合)平均
12.1.4聯合隨機過程的統計平均
12.1.5功率譜密度
12.1.6離散時間隨機信號
12.1.7離散時間隨機過程的時間平均
12.1.8均值遍歷過程
12.1.9相關遍歷過程
12.2平穩隨機過程的修正表示
12.2.1有理功率譜
12.2.2濾波器參數和自相關序列的關係
12.3前向和後向線性預測
12.3.1前向線性預測
12.3.2後向線性預測
12.3.3格型前向和後向預測器的最優反射係數
12.3.4 AR過程和線性預測的關係
12.4正規方程的解
12.4.1 Levinson—Durbin算法
12.4. 2 Schur算法
12.5線性預測誤差濾波器的性質
12.6 AR格型和ARMA格梯型濾波器
12.6.1 AR格型結構
12.6.2 ARMA過程和格梯型濾波器
12.7用於濾波和預測的維納濾波器
12.7.1 FIR維納濾波器
12.7.2線性均方估計的正交性原理
12.7.3 IIR維納濾波器
12.7.4非因果維納濾波器
12.8小結與參考文獻
習題

第13章自適應濾波器
13.1自適應濾波器的應用
13.1.1系統標識或系統模型
13.1.2自適應通道均衡器
13.1.3電話通道數據傳輸中的迴聲消除
13.1.4對寬帶信號中的窄帶乾擾的抑制
13.1.5自適應線譜增強器
13.1.6自適應噪聲消除
13.1.7語音信號的線性預測編碼
13.1.8自適應陣列
13.2自適應直接型FIR濾波器——LMS算法
13.2.1最小均方誤差準則
13.2.2 LMS算法
13.2.3隨機梯度相關算法
13.2.4 LMS算法的性質
13.3自適應直接型濾波器——RLS算法
13.3.1 RLS算法
13.3. 2 LDU因式分解與平方根算法
13.3.3快速RLS算法
13.3.4直接型RLS算法的性質
13.4自適應格子—梯型濾波器
13.4.1遞歸最小二乘方格子—梯型算法
13.4.2其他格型算法
13.4.3格子—梯型算法的性質
13.5小結與參考文獻
習題

第14章功率譜估計
14.1基於有限長信號觀察的功率譜估計
14.1.1能量密度譜計算
14.1.2隨機信號的自相關和功率譜估計:週期圖
14.1.3使用DFT的功率譜估計
14.2功率譜估計的非參數化方法
14.2.1 Bartlett方法:平均週期圖
14.2.2 Welch方法:平均修正的周期圖
14.2.3 Blackman和Tukey圖基方法:平滑週期圖
14.2.4非參數的功率譜估計器的性能特徵
14.2.5非參數的功率譜估計器的計算需求
14.3功率譜估計的參數化方法
14.3.1自相關和模型參數之間的關係
14.3.2 AR模型參數的Yule—Walker求解方法
14.3.3 AR模型參數的Burg求解方法
14.3.4 AR模型參數的非約束條件的最小二乘方求解方法
14.3.5 AR模型參數的順序估計方法
14.3.6 AR模型階數的選擇
14.3.7功率譜估計的MA模型
14.3.8功率譜估計的ARMA模型
14.3.9一些實驗結果
14.4濾波器組方法
14.4.1週期圖的濾波器組實現
14.4.2最小方差譜估計
14.5功率譜估計的本徵分析方法
14.5.1 Pisarenko諧波分解方法
14.5.2具有白噪聲的正弦信號的自相關矩陣的本徵分解
14.5.3 MUSIC算法
14.5.4 ESPRIT算法
14.5.5階數選擇準則
14.5.6實驗結果
14.6小結與參考文獻
習題

附錄A隨機數字發生器
附錄B線性相位FIR濾波器設計的轉換係數表
參考文獻
習題答案
索引