數字信號處理教程（第2版）

祝遠鋒，博士，副教授， 2014博士畢業於江蘇大學機械制造及其自動化專業。2006年5月進入江蘇大學機械學院光電系工作，2014年11月由江蘇大學調入江西師範大學物理與通信電子學院工作至今。2020年於上海大學通信工程專業博士後出站。研究領域：光纖通信器件設計、制備及應用；低損耗THz器件設計；THz器件研究；光纖傳感在物聯網中的應用等。發表論文20余篇，申請發明專利10余項，獲排名第一的國家授權發明專利7項。主持和參與國家自然基金3項。

目錄

 

第1章基本概念

 

微課視頻72分鐘

 

1.1信號與系統的含義

 

1.2模擬信號轉換成數字信號的簡單過程

 

1.3正弦信號的特點

 

1.4信號與其頻譜的關系

 

1.5采樣定理和采樣恢復

 

1.5.1采樣定理和模/數轉換器

 

1.5.2將時域離散信號轉換成模擬信號

 

習題

 

第2章時域離散信號和時域離散系統

 

微課視頻222分鐘

 

2.1時域離散信號的表示

 

2.2時域離散信號中常用的典型序列

 

2.3序列的運算

 

2.4濾波的基礎知識

 

2.5線性、時不變、因果穩定離散系統

 

2.5.1線性系統

 

2.5.2時不變系統

 

2.5.3系統的因果性和穩定性

 

2.6LTI時域離散系統輸入與輸出之間的關系

 

2.7LTI時域離散系統的描述法——線性常系數差分方程

 

2.7.1一階差分方程

 

2.7.2N階線性常系數差分方程

 

2.7.3線性常系數差分方程的求解

 

習題

 

第3章時域離散信號和濾波器的頻譜分析

 

微課視頻355分鐘

 

3.1頻譜的定義

 

3.2非周期時域離散信號的頻譜

 

3.3非周期時域離散信號傅裏葉變換的性質

 

 

3.3.1DTFT的周期性

 

3.3.2線性

 

 

3.3.3時移與頻移性質

 

3.3.4時間反轉特性(序列的翻褶)

 

3.3.5共軛序列的DTFT

 

3.3.6DTFT的對稱性

 

3.3.7時域卷積定理

 

3.3.8頻域卷積定理

 

3.3.9帕塞瓦爾定理

 

3.4周期序列的頻譜

 

3.5序列的Z變換

 

3.5.1Z變換的定義

 

3.5.2序列特性與收斂域的關系

 

3.5.3Z逆變換

 

3.5.4Z變換的性質和定理

 

3.6時域離散系統的系統函數

 

3.6.1系統函數與差分方程

 

 

3.6.2系統函數與單位脈沖響應

 

3.6.3利用Z變換計算系統輸出

 

3.6.4系統函數的級聯和並聯

 

3.7利用Z變換分析系統的頻率響應特性

 

3.7.1頻率響應函數、系統函數和單位脈沖響應

 

3.7.2系統函數與系統的因果性和穩定性

 

3.7.3利用系統零極點分布分析系統的單位脈沖響應和階躍響應特性

 

3.8用幾何方法研究零極點分布對系統頻率響應的影響

 

習題

 

 

第4章離散傅裏葉變換

 

微課視頻190分鐘

 

4.1DFT和IDFT

 

4.1.1DFT和IDFT的定義

 

4.1.2DFT與DTFT和Z變換的關系

 

4.1.3DFT的隱含周期性

 

4.2DFT的基本性質

 

4.2.1線性性質

 

4.2.2循環移位性質

 

4.2.3循環卷積定理

 

4.2.4復共軛序列的DFT

 

4.2.5圓周翻轉序列及其DFT

 

4.2.6DFT的共軛對稱性

 

4.2.7DFT形式下的帕塞瓦爾定理

 

4.3頻域采樣理論  

 

 

4.4DFT的應用

 

 

4.4.1用DFT計算線性卷積

 

 

4.4.2用DFT對信號進行譜分析

 

習題

 

第5章快速傅裏葉變換

 

微課視頻58分鐘

 

5.1DFT的運算量及基本對策

 

5.2按時域抽選的基2FFT算法

 

5.3FFT算法與DFT運算量的對比

 

5.4按頻域抽選的基2FFT算法

 

5.5IDFT的高效算法

 

5.6進一步減少運算量

 

5.6.1多類蝶形單元運算

 

5.6.2減少實序列的FFT方法

 

5.7FFT應用舉例

 

習題

 

第6章有限脈沖響應數字濾波器設計

 

微課視頻160分鐘

 

6.1數字濾波器的基本概念及性能指標

 

6.1.1數字濾波器的類型

 

6.1.2數字濾波器的實現步驟

 

6.1.3數字濾波器的特征參量

 

6.1.4數字濾波器的性能指標

 

6.2數字濾波器的框圖及流圖表示

 

6.3FIR濾波器的網絡結構

 

6.4滑動平均濾波器

 

6.5FIR濾波器的相位問題

 

6.5.1相位失真

 

6.5.2FIR濾波器的相位

 

6.5.3線性相位約束下FIR濾波器對單位脈沖響應的時域要求

 

6.5.4兩類線性相位約束下FIR濾波器的幅度函數的特點

 

6.5.5線性相位FIR數字濾波器的零點分布特點

 

6.6使用窗函數法設計低通FIR濾波器

 

6.6.1窗函數法設計的基本原理

 

6.6.2常用的窗函數

 

6.6.3用窗函數法設計FIR濾波器的步驟

 

6.7帶通和高通FIR濾波器的設計

 

6.8帶阻FIR濾波器的設計

 

習題

 

 

第7章無限脈沖響應濾波器設計

 

微課視頻159分鐘

 

7.1IIR濾波器基礎

 

7.2IIR濾波器的網絡結構

 

7.2.1直接型

 

7.2.2級聯型

 

7.2.3並聯型

 

7.2.4轉置型

 

7.3模擬低通濾波器的設計基礎及指標

 

7.3.1模擬濾波器的設計基礎

 

7.3.2模擬濾波器的設計指標

 

7.4巴特沃斯型模擬低通濾波器的設計

 

7.4.1巴特沃斯型模擬低通濾波器的特性

 

7.4.2巴特沃斯型模擬低通濾波器的設計步驟

 

7.5切比雪夫型模擬濾波器的設計

 

7.5.1切比雪夫Ⅰ型低通濾波器

 

7.5.2切比雪夫Ⅱ型低通濾波器

 

7.5.3切比雪夫Ⅰ型濾波器的設計步驟

 

7.6用脈沖響應不變法設計IIR數字低通濾波器

 

7.6.1基本思路

 

7.6.2脈沖響應不變法的頻響特性分析

 

7.7用雙線性變換法設計IIR數字低通濾波器

 

7.7.1基本思路

 

7.7.2映射的修正

 

7.7.3映射基本條件的滿足情況

 

7.8模擬濾波器在頻域的頻帶變換

 

7.8.1從歸一化模擬低通濾波器到模擬低通濾波器的變換

 

7.8.2從歸一化模擬低通濾波器到模擬高通濾波器的變換

 

7.8.3從歸一化模擬低通濾波器到模擬帶通濾波器的變換

 

7.8.4從歸一化模擬低通濾波器到模擬帶阻濾波器的變換

 

7.9數字高通、帶通和帶阻濾波器的設計

 

習題

 

參考文獻

 

附錄A逼近理想低通濾波器

 

附錄B梅遜公式