DSP入門講座―デジタル信号処理の基礎知識とプログラミング

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出版者:電波新聞社
作者:生駒 伸一郎
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2009-02
价格:JPY 25.20
装帧:単行本
isbn号码:9784885549717
丛书系列:
图书标签:
  • 数字信号处理
  • DSP
  • 入门
  • 编程
  • 算法
  • 理论
  • 实践
  • 滤波器
  • 傅里叶变换
  • MATLAB
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具体描述

好的,这是一本关于数字信号处理(DSP)基础知识与编程实践的入门级教材的详细介绍,内容涵盖了从理论基础到实际应用的广泛领域,旨在帮助读者系统地理解并掌握DSP的核心概念与技术。 《数字信号处理导论:理论基础与编程实践》 内容提要: 本书是一本面向初学者和工程技术人员的综合性教材,旨在系统地介绍数字信号处理(DSP)的理论基础、核心算法以及在实际工程中的编程实现。全书结构清晰,从最基本的离散时间信号与系统概念出发,逐步深入到傅里叶分析、Z变换、滤波器设计、快速傅里叶变换(FFT)等关键技术,并通过大量实例和编程练习,使读者能够将理论知识转化为实际操作能力。 第一部分:数字信号处理基础 第一章:引言与概述 本章首先阐述了数字信号处理(DSP)在现代工程中的重要性及其发展历程,解释了与连续时间信号处理的区别与联系。接着,详细介绍了DSP系统的基本构成,包括信号的采集、模数转换(ADC)、数字处理和数模转换(DAC)的流程。重点讲解了采样定理(Nyquist-Shannon Sampling Theorem)及其在实际应用中的意义,强调了采样频率选择对信号保真度的影响。本章旨在为读者建立起DSP领域的宏观概念和基本术语体系。 第二章:离散时间信号与系统 深入探讨离散时间信号(Discrete-Time Signals)的数学表示,包括序列的表示、基本序列(如单位冲激序列、单位阶跃序列)的性质,以及信号的周期性、能量和功率的分析。随后,引入离散时间系统(Discrete-Time Systems)的概念,分类讨论了线性、时不变(LTI)、因果性、稳定性等系统特性。详细推导并阐释了LTI系统的卷积和(Convolution Sum)原理,这是理解后续所有信号处理算法的基础。 第三章:离散时间系统的分析工具——Z变换 Z变换是分析离散时间系统频域特性的核心数学工具。本章首先定义了单边和双边Z变换,并探讨了其收敛域(Region of Convergence, ROC)的概念及其重要性。系统讲解了Z变换的基本性质,如线性、时移、卷积等。着重分析了如何利用Z变换来求解差分方程,并引入了系统函数(Transfer Function)的概念,这是后续滤波器设计的基础。通过对比傅里叶变换,展示了Z变换在处理非周期信号和系统稳定性分析方面的优势。 第二部分:傅里叶分析与变换 第四章:离散时间傅里叶变换(DTFT) 本章将连续时间傅里叶变换推广到离散时间系统,介绍离散时间傅里叶变换(DTFT)及其在频域分析中的作用。分析了DTFT的周期性和收敛性,并详细讨论了信号频谱的获取和解读。通过与Z变换的关系,阐明了DTFT是Z变换在单位圆上的特例。 第五章:离散傅里叶变换(DFT)与快速傅里叶变换(FFT) DFT是实现数字信号处理的核心计算工具,尤其在频谱分析中不可或缺。本章定义了DFT及其逆变换(IDFT),并探讨了DFT在周期延拓、频谱泄漏等实际问题中的影响。重点深入讲解了快速傅里叶变换(FFT)算法,包括Decimation-in-Time (DIT) 和 Decimation-in-Frequency (DIF) 算法的原理、蝶形运算结构以及计算效率的提升。本章配有详细的算例,帮助读者理解FFT的内部工作机制。 第三部分:数字滤波器设计 第六章:数字滤波器基础 本章系统地介绍了数字滤波器的基本概念、分类(IIR和FIR)及其设计目标(如通带、阻带的截止频率、纹波等)。详细分析了理想滤波器的特性,并引出了实际滤波器设计中必须面对的非理想性问题。重点讨论了线性相位与非线性相位对信号的影响。 第七章:有限冲击响应(FIR)滤波器设计 FIR滤波器因其固有的线性相位特性而受到青睐。本章详细介绍了FIR滤波器的几种主要设计方法: 1. 窗函数法(Window Method): 讲解了理想冲激响应的截断效应,并详细对比了矩形窗、汉宁窗、海明窗等常见窗函数的性能差异及其对频率响应的影响。 2. 频率采样法: 用于实现特定频率响应的滤波器设计。 3. 频率响应法(Parks-McClellan/Equiripple Design): 介绍最优滤波器设计算法,旨在最小化通带和阻带的波纹误差。 第八章:无限冲激响应(IIR)滤波器设计 IIR滤波器以其在较低阶数下能实现陡峭的过渡带而著称。本章主要关注如何利用成熟的模拟滤波器设计技术来设计IIR数字滤波器: 1. 预畸(Pre-warping)与双线性变换法(Bilinear Transformation): 详细推导并应用双线性变换将模拟滤波器的s平面映射到数字滤波器的z平面,这是实现IIR滤波器最常用的方法。 2. 脉冲不变法: 分析该方法的适用范围和局限性。 3. 标准IIR原型设计: 介绍巴特沃斯(Butterworth)滤波器和平坦的通带响应,以及切比雪夫(Chebyshev)滤波器和椭圆(Elliptic)滤波器在高阶设计中的权衡取舍。 第四部分:高级主题与应用编程 第九章:多速率信号处理与抽取滤波器 本章介绍了信号处理中常见的速率变换问题,包括信号的抽取(Downsampling)和插值(Upsampling)。重点讲解了抗混叠滤波器的重要性,以及如何使用抽取滤波器和多相分解结构来高效地实现速率变化,这在软件定义无线电(SDR)等领域至关重要。 第十章:DSP编程实践与工具 本章将理论与实践相结合,指导读者使用主流的编程环境(如MATLAB/Octave, Python的SciPy库)进行DSP算法的仿真与验证。内容包括: 1. 环境配置与基础函数调用: 如何使用编程语言实现信号的生成、读取和可视化。 2. 核心算法实现: 演示如何用代码实现卷积、FFT、以及FIR/IIR滤波器的直接形式、直接形式II等结构。 3. 仿真案例: 结合实际应用,如音频信号的滤波、图像的边缘增强等,展示完整的DSP项目流程。 附录: 常用数学公式回顾、MATLAB/Python DSP函数速查表。 本书特点: 1. 理论与实践并重: 每个核心理论概念后都紧跟相应的编程示例或练习题,确保读者能够动手验证所学知识。 2. 结构递进: 从信号与系统基础到变换域分析,再到滤波器设计,知识点逻辑严密,层层递进,非常适合自学。 3. 强调核心算法: 对FFT和主流滤波器设计方法的原理剖析深入,而非仅仅停留在公式应用层面。 4. 面向工程应用: 关注实际工程中遇到的问题,如量化误差、计算复杂度等,并提供相应的解决方案思路。 目标读者: 电子工程、通信工程、计算机科学、自动化等专业的本科生、研究生,以及需要掌握DSP技术以解决实际问题的工程师和技术人员。

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用户评价

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对于书籍的装帧和印刷质量,我必须给予高度评价。作为一本需要反复翻阅、并且经常需要对照代码和图表阅读的技术书籍,纸张的质感和油墨的清晰度至关重要。这本书的纸张选择了一种哑光处理,有效减少了在强光下阅读时的反光,这一点对于长时间伏案工作的我来说非常友好。而且,页码和索引的设计也十分人性化,需要查找特定术语或公式时,定位速度很快,体现了出版方对技术读物使用体验的重视。虽然书本的装订看起来结实耐用,但我还是建议读者在使用时注意保护,因为内容上的高价值,使得它很有可能成为我们未来工作和学习中常备的工具书。

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这本书的封面设计,坦白说,第一眼看过去并没有那种让人眼前一亮的感觉。设计风格偏向于传统的理工科教材,配色比较沉稳,可能更侧重于内容的扎实而非视觉的冲击力。不过,内页的排版处理得相当不错,逻辑清晰,章节划分界限分明。尤其是那些公式和图表的呈现方式,字号和间距都拿捏得恰到好处,即便是需要反复对照推导的复杂公式,也不会让人感到眼花缭乱。我特别欣赏作者在解释关键概念时,所采用的类比方式,很多抽象的数学原理,通过日常生活中简单的例子就能被勾勒出来,这对于我们这些不是科班出身,但又想深入了解数字信号处理(DSP)的工程师来说,无疑是一大福音。它不像某些书籍那样,上来就抛出一堆深奥的理论,而是循序渐进地引导读者进入这个领域,这种教学的节奏感把握得非常到位,让人感觉每翻过一页,自己的知识体系都在稳固地向上搭建。

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从内容涵盖的广度来看,这本书的取舍非常得当,完全符合其“入门”的定位。它并没有试图在一个薄薄的篇幅内塞入所有DSP的知识点,而是集中精力打磨了信号采样、量化误差、基本滤波器设计(FIR/IIR)以及初步的频谱分析这几个基石。这种聚焦,避免了信息过载,保证了初学者能够在一个合理的认知负荷下,真正掌握核心技能。对于那些希望快速了解DSP全貌,但又不想被次要细节绊住脚的人来说,这本书简直是量身定做。它像是一张清晰的地图,指明了通往DSP世界的几条主要干道,让你在不迷路的前提下,高效地抵达目的地,而不是在错综复杂的岔路口徘徊不前。

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论及作者的叙事风格,这本书展现出一种非常严谨但又不失亲切的学者风范。它没有采用那种极其冷峻的学术腔调,反而像是一位经验丰富的导师,耐心地在黑板前为你讲解难点。在涉及快速傅里叶变换(FFT)这类核心算法时,作者并没有直接跳过其中的数学细节,而是选择了一种“解构”的方式,将复杂的蝶形运算拆解成一个个可以理解的步骤。更妙的是,在关键的推导过程中,作者会时不时地插入一些“为什么我们要这样做”的思考题或者历史背景的小插曲,这极大地增强了阅读的趣味性,避免了纯粹的公式堆砌带来的枯燥感。这种教学策略,使得读者不仅记住了“是什么”,更理解了“为什么会是这样”,为后续学习更高级的主题打下了坚实的概念基础。

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这本书的实战案例部分,绝对是它的亮点所在。很多DSP入门书籍往往停留在理论的讲解,读者学完后依旧是“纸上谈兵”,但在本书中,作者似乎非常理解初学者的困境,所以特意加入了大量的编程示例和仿真代码片段。我记得有一章专门讲解了FIR滤波器的设计与实现,书中不仅清晰地阐述了窗函数法的原理,更重要的是,它提供了可以直接在常见平台(比如MATLAB环境)上运行的代码骨架,并且细致地注释了每一步操作的意图。我试着跟着敲了一遍,发现效果立竿见影,那种从理论到实践的瞬间打通的感觉,是看其他资料难以获得的。它教会的不仅仅是如何“计算”,更是如何“构建”一个可用的数字系统,这种动手能力培养上的投入,使得这本书的实用价值直线飙升,远远超出了一个纯粹的理论参考书的范畴。

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