數(shù)字信號(hào)處理（面向非電類專業(yè)）

第1章 緒論 1
1.1 數(shù)字信號(hào)處理的基本概念 1
1.2 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的基本組成 2
1.3 數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法 3
1.4 數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn) 3
1.5 數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用 4
習(xí)題 4
第2章 離散時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間系統(tǒng) 5
2.1 離散時(shí)間信號(hào) 5
2.1.1 離散時(shí)間信號(hào)的由來 5
2.1.2 離散時(shí)間信號(hào)的表示 5
2.1.3 常用的典型序列 6
2.1.4 序列的運(yùn)算 9
2.1.5 卷積和的計(jì)算 13
2.1.6 序列的周期性 18
2.1.7 MATLAB中序列的產(chǎn)生和序列的運(yùn)算舉例 19
2.2 離散時(shí)間系統(tǒng) 20
2.2.1 線性系統(tǒng) 21
2.2.2 時(shí)不變系統(tǒng) 22
2.2.3 線性時(shí)不變系統(tǒng) 23
2.2.4 因果系統(tǒng) 24
2.2.5 穩(wěn)定系統(tǒng) 26
2.3 常系數(shù)線性差分方程 27
2.4 模擬信號(hào)的抽樣 31
2.4.1 時(shí)域抽樣定理 31
2.4.2 時(shí)域信號(hào)的抽樣恢復(fù) 34
習(xí)題與上機(jī)題 36
第3章 離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的頻域分析 39
3.1 引言 39
3.2 離散時(shí)間信號(hào)的傅里葉變換的定義及性質(zhì) 39
3.2.1 DTFT的定義 39
3.2.2 DTFT的性質(zhì) 40
3.3 周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù)與傅里葉變換 46
3.3.1 周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù) 46
3.3.2 周期序列的傅里葉變換表示式 48
3.4 離散時(shí)間信號(hào)的傅里葉變換與模擬信號(hào)的傅里葉變換之間的關(guān)系 49
3.5 序列的Z變換 51
3.5.1 Z變換的定義 51
3.5.2 序列特性對(duì)收斂域的影響 52
3.5.3 Z反變換（IZT） 55
3.6 Z變換的性質(zhì) 62
3.7 利用Z變換解差分方程 71
3.7.1 離散時(shí)間系統(tǒng)的輸出（響應(yīng)） 71
3.7.2 Z變換求解差分方程 72
3.8 利用Z變換分析信號(hào)和系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性 74
3.8.1 頻率響應(yīng)函數(shù)與系統(tǒng)函數(shù) 74
3.8.2 頻率響應(yīng)函數(shù)的物理意義 75
3.8.3 用系統(tǒng)函數(shù)的極點(diǎn)分布分析系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性 76
3.8.4 有理系統(tǒng)函數(shù)的頻率響應(yīng)特性 77
3.8.5 利用MATLAB計(jì)算系統(tǒng)的零、極點(diǎn) 79
3.8.6 幾種特殊系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)及其特點(diǎn) 81
習(xí)題與上機(jī)題 85
第4章 離散傅里葉變換（DFT） 89
4.1 引言 89
4.2 有限長序列的傅里葉表示 89
4.2.1 DFT的定義 89
4.2.2 DFT與傅里葉變換和Z變換的關(guān)系 90
4.2.3 DFT的隱含周期性 91
4.2.4 DFT與IDFT的矩陣形式 93
4.2.5 用MATLAB計(jì)算DFT 93
4.3 DFT的基本性質(zhì) 95
4.4 頻域抽樣定理 104
4.4.1 頻域抽樣與頻域抽樣定理 104
4.4.2 頻域內(nèi)插公式與頻域內(nèi)插函數(shù) 105
4.5 DFT的應(yīng)用舉例 107
4.5.1 用DFT計(jì)算卷積和 107
4.5.2 用DFT對(duì)信號(hào)進(jìn)行譜分析 109
習(xí)題與上機(jī)題 116
第5章 快速傅里葉變換（FFT） 120
5.1 引言 120
5.2 按時(shí)間抽取基2FFT算法 120
5.2.1 直接計(jì)算DFT的計(jì)算量及減小運(yùn)算量的措施 120
5.2.2 時(shí)域抽取基2FFT算法（DIT-FFT） 121
5.2.3 DIT-FFT的運(yùn)算量 124
5.2.4 DIT-FFT的運(yùn)算規(guī)律及編程思想 125
5.3 按頻率抽取基2FFT算法 129
5.3.1 頻域抽取基2FFT算法（DIF-FFT）基本原理 129
5.3.2 以N = 23為例實(shí)現(xiàn)基2FFT算法 130
5.3.3 DIF-FFT與DIT-FFT的比較 131
5.4 進(jìn)一步減小運(yùn)算量的措施 132
5.4.1 多類蝶形單元運(yùn)算 132
5.4.2 旋轉(zhuǎn)因子的生成 133
5.4.3 實(shí)序列的FFT算法 133
習(xí)題與上機(jī)題 134
第6章 離散時(shí)間系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 135
6.1 引言 135
6.2 信號(hào)流圖表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 135
6.2.1 基本運(yùn)算單元的表示 136
6.2.2 基本信號(hào)流圖 137
6.3 IIR系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 138
6.3.1 IIR濾波器的特點(diǎn) 138
6.3.2 直接型結(jié)構(gòu) 138
6.3.3 級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu) 140
6.3.4 并聯(lián)型結(jié)構(gòu) 142
6.4 FIR系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 144
6.4.1 FIR濾波器的特點(diǎn) 144
6.4.2 直接型結(jié)構(gòu) 144
6.4.3 級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu) 145
6.4.4 線性相位結(jié)構(gòu) 146
6.4.5 頻率抽樣結(jié)構(gòu) 147
習(xí)題與上機(jī)題 150
第7章 無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 153
7.1 數(shù)字濾波器的基本概念 153
7.1.1 數(shù)字濾波器的分類 153
7.1.2 數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo) 154
7.1.3 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法概述 156
7.2 模擬低通濾波器的設(shè)計(jì) 157
7.2.1 模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)及逼近方法 157
7.2.2 巴特沃斯低通濾波器的設(shè)計(jì) 159
7.2.3 切比雪夫低通濾波器的設(shè)計(jì) 165
7.2.4 橢圓濾波器的設(shè)計(jì) 172
7.2.5 5種類型模擬低通濾波器的比較 173
7.3 模擬濾波器的頻率轉(zhuǎn)換 174
7.3.1 模擬濾波器的頻率轉(zhuǎn)換公式 174
7.3.2 高通、帶通、帶阻濾波器的設(shè)計(jì)舉例 177
7.4 用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器 182
7.4.1 脈沖響應(yīng)不變法的基本思想 183
7.4.2 從模擬低通濾波器Ha(s)到數(shù)字低通濾波器H(z)的轉(zhuǎn)換公式 183
7.4.3 頻譜混疊現(xiàn)象 184
7.4.4 改進(jìn)的脈沖響應(yīng)不變法 185
7.4.5 脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器舉例 187
7.5 用雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器 189
7.5.1 雙線性變換法的基本思想 190
7.5.2 雙線性變換法的性能分析 191
7.5.3 雙線性變換法的應(yīng)用舉例 192
7.6 數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì) 195
習(xí)題與上機(jī)題 199
第8章 有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 201
8.1 引言 201
8.2 線性相位FIR數(shù)字濾波器的特點(diǎn) 201
8.2.1 線性相位的條件 201
8.2.2 線性相位FIR數(shù)字濾波器對(duì)h(n)的約束條件 202
8.2.3 兩類線性相位FIR數(shù)字濾波器幅度函數(shù)Hg(?)的特點(diǎn) 203
8.2.4 線性相位FIR數(shù)字濾波器零點(diǎn)分布的特點(diǎn) 206
8.3 利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器 207
8.3.1 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的基本思想 207
8.3.2 各種理想濾波器頻率響應(yīng)函數(shù)Hd(ej?)及hd(n)的表達(dá)式 207
8.3.3 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的性能分析 210
8.3.4 典型窗函數(shù)介紹 213
8.3.5 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的步驟 219
8.3.6 窗函數(shù)法的MATLAB設(shè)計(jì)函數(shù)簡介 221
8.4 利用頻率抽樣法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器 224
8.4.1 頻率抽樣法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的基本思想 224
8.4.2 設(shè)計(jì)線性相位濾波器對(duì)Hd(k)的約束條件 225
8.4.3 逼近誤差及其改進(jìn)措施 227
8.4.4 用頻率抽樣法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的步驟 229
8.4.5 利用MATLAB實(shí)現(xiàn)頻率抽樣和窗函數(shù)相結(jié)合的濾波器設(shè)計(jì) 231
8.5 利用等波紋最佳逼近法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器 233
8.5.1 等波紋最佳逼近法的基本思想 233
8.5.2 等波紋濾波器的技術(shù)指標(biāo)及其描述參數(shù) 233
8.5.3 remezord和remez函數(shù)及各種濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo) 235
8.5.4 等波紋最佳逼近法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器舉例 237
8.6 IIR和FIR數(shù)字濾波器的比較 240
8.7 幾種特殊類型濾波器簡介 240
8.8 濾波器分析設(shè)計(jì)工具FDATool 241
習(xí)題與上機(jī)題 245
附錄A 任意周期函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)展開 248
附錄B 留數(shù)定理及留數(shù)輔助定理 249
附錄C 用Masson公式求網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)H(z) 250
參考文獻(xiàn) 252