数字信号处理 第3版pdf电子书版本下载

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第1章 离散序列与离散系统 1

1.1 离散序列及其表示法 1

1.2 信号振幅、幅度和功率 5

1.3 信号处理的运算符 6

1.4 离散线性时不变系统概述 7

1.5 离散线性系统 8

1.5.1 线性系统的例子 8

1.5.2 非线性系统的例子 8

1.6 时不变系统 11

1.6.1 时不变系统的例子 11

1.7 LTI系统的可交换性 12

1.8 分析LTI系统 12

参考文献 14

习题 14

第2章 周期采样 19

2.1 混叠：信号的频率模糊性 19

2.2 低通信号采样 22

2.3 带通信号采样 25

2.4 带通采样中的实际问题 27

2.4.1 带通采样中的频谱反转 27

2.4.2 将采样频谱定位在fs/4处 28

2.4.3 带通采样信号的噪声 29

参考文献 30

习题 30

第3章 离散傅里叶变换 35

3.1 理解DFT等式 36

3.1.1 DFT例1 38

3.2 DFT对称性 44

3.3 DFT线性 46

3.4 DFT幅度 46

3.5 DFT频率轴 47

3.6 DFT移位定理 47

3.6.1 DFT例2 48

3.7 IDFT 49

3.8 DFT泄漏 50

3.9 窗口 55

3.10 DFT扇形损失 60

3.11 DFT分辨率、零样值填充和频域采样 60

3.12 DFT处理增益 63

3.12.1 单一DFT处理增益 63

3.12.2 平均多DFT带来的集成增益 65

3.13 矩形函数的DFT 65

3.13.1 一般矩形函数的DFT 66

3.13.2 对称矩形函数的DFT 70

3.13.3 全1矩形函数的DFT 72

3.13.4 与DFT相关的时间轴和频率轴 74

3.13.5 全1矩形函数DFT的另一种形式 75

3.14 使用离散时间傅里叶变换说明DFT 76

参考文献 78

习题 79

第4章 快速傅里叶变换 84

4.1 FFT与DFT的关系 84

4.2 FFT在实际应用中要注意的要点 85

4.2.1 采样时间和采样率 85

4.2.2 在频域变换前对时域信号进行处理 86

4.2.3 FFT结果的增强 86

4.2.4 FFT的结果分析 87

4.3 基2 FFT算法的起源 88

4.4 FFT输入输出数据的二进制反转 93

4.5 基2FFT蝶形结构 94

4.6 备用的单一蝶形结构 96

参考文献 98

习题 99

参考文献 104

第5章 有限脉冲响应滤波器 105

5.1 FIR滤波器的介绍 106

5.2 FIR滤波器中的卷积 108

5.3 FIR低通滤波器的设计 116

5.3.1 加窗法 116

5.3.2 FIR滤波器设计中常用到的窗函数 121

5.4 FIR带通滤波器的设计 127

5.5 FIR高通滤波器的设计 128

5.6 最优滤波器设计法 129

5.7 FIR半带滤波器 131

5.8 FIR滤波器的相频响应 132

5.9 离散卷积 135

5.9.1 时域离散卷积 136

5.9.2 卷积定理 137

5.9.3 卷积定理的应用 140

5.10 FIR滤波器分析 142

5.10.1 FIR滤波器的代数学分析 142

5.10.2 FIR滤波器的DFT分析 143

5.10.3 FIR滤波器群延迟 144

5.10.4 FIR滤波器通带增益 146

5.10.5 估计FIR滤波器的抽头数 146

参考文献 147

习题 149

第6章 无限脉冲响应滤波器 157

6.1 引言 158

6.2 拉普拉斯变换 159

6.2.1 s平面上的极点、零点和稳定性 162

6.3 z变换 167

6.3.1 极点、零点和数字滤波器的稳定性 168

6.4 用z变换分析滤波器 169

6.4.1 IIR滤波器的z域分析 170

6.4.2 IIR滤波器分析实例 172

6.5 利用极点和零点分析IIR滤波器 175

6.5.1 IIR滤波器传递函数的代数形式 175

6.5.2 利用零点／极点得到传递函数 175

6.6 其他形式的IIR滤波器结构 178

6.6.1 直接Ⅰ型、直接Ⅱ型和转置结构 178

6.6.2 转置定理 179

6.7 构造IIR滤波器的误区 180

6.8 用级联结构改进IIR滤波器 182

6.8.1 级联和并联滤波器的性质 182

6.8.2 IIR级联滤波器 183

6.9 对IIR滤波器增益进行限制 185

6.10 IIR滤波器的脉冲响应不变法 187

6.10.1 应用脉冲响应不变法1的实例 191

6.10.2 应用脉冲响应不变法2的实例 192

6.11 IIR滤波器设计的双线性变换法 196

6.11.1 双线性变换法设计实例 200

6.12 最优的IIR滤波器设计方法 203

6.13 IIR和FIR滤波器的比较 204

参考文献 205

习题 206

第7章 常用的数字网络和滤波器 220

7.1 微分器 220

7.1.1 简单的微分器 221

7.1.2 专用窄带微分器 223

7.1.3 宽带微分器 224

7.1.4 最优化的宽带微分器 225

7.2 积分器 226

7.2.1 矩形规则积分器 226

7.2.2 梯形规则积分器 227

7.2.3 Simpson规则积分器 227

7.2.4 Tick规则积分器 228

7.2.5 各积分器的性能比较 228

7.3 匹配滤波器 230

7.3.1 匹配滤波器的性能 231

7.3.2 匹配滤波器示例 231

7.3.3 匹配滤波器实现中需考虑的问题 233

7.4 FIR内插低通滤波器 233

7.4.1 选择最优的扩展因子M 237

7.4.2 FIR滤波器抽头个数的估计 237

7.4.3 IFIR滤波器的性能 237

7.4.4 有关IFIR滤波器实现的一些问题 238

7.4.5 IFIR滤波器设计实例 239

7.5 频率采样滤波器 240

7.5.1 级联中的梳状滤波器和复振荡器 242

7.5.2 多节复FSF 245

7.5.3 FSF的稳定性 249

7.5.4 多级实系数FSF 251

7.5.5 具有线性相位的多级实系数FSF 253

7.5.6 小结 254

7.5.7 一种有效的实系数FSF结构 254

7.5.8 对FSF的模拟 256

7.5.9 通过使用过渡带系数改善滤波器的性能 257

7.5.10 另一种FSF结构 258

7.5.11 FSF的优点 259

7.5.12 第4种FSF结构设计实例 260

7.5.13 何时使用FSF？ 261

7.5.14 FSF的设计 263

7.5.15 总结 265

参考文献 265

习题 267

第8章 正交信号 272

8.1 为什么要研究正交信号？ 272

8.2 复数的表示 273

8.3 实信号的复向量表示 276

8.4 一些关于负频率的思考 278

8.5 正交信号的频域特征 279

8.6 频域带通正交信号 280

8.7 下变频 282

8.8 一个下变频的实例 283

8.9 一种等效的下变频方法 286

参考文献 287

习题 288

第9章 离散希尔伯特变换 295

9.1 希尔伯特变换的定义 295

9.2 为什么关心希尔伯特变换？ 296

9.3 希尔伯特变换的脉冲响应 300

9.4 设计离散的希尔伯特变换器 302

9.4.1 时域希尔伯特变换：FIR滤波器的实现 302

9.4.2 频域希尔伯特变换 305

9.5 时域解析信号的生成 305

9.6 解析信号产生方法的比较 307

参考文献 307

习题 308

第10章 采样率转换 312

10.1 抽取 312

10.2 二级抽取 314

10.2.1 二级抽取的概念 314

10.2.2 二级抽取举例 315

10.2.3 二级抽取的条件 316

10.3 下采样的特性 316

10.3.1 下采样的时域和频域特性 316

10.3.2 绘制下采样后的频谱 317

10.4 内插 318

10.5 内插的特性 319

10.5.1 内插的时域特性和频域特性 319

10.5.2 绘制上采样的频谱 320

10.6 抽取和内插的结合 321

10.7 多相滤波器 321

10.8 二级内插 325

10.8.1 二级内插的概念 325

10.8.2 二级内插的例子 327

10.8.3 二级内插的考虑事项 328

10.9 多率系统的z变换分析 329

10.9.1 信号的数学表示 329

10.9.2 滤波器的数学表示 330

10.10 多相滤波器的实现 330

10.11 分数因子的采样率转换 334

10.12 半带滤波器的采样率转换 336

10.12.1 半带滤波的基本原理 336

10.12.2 半带滤波器的实现 338

10.13 IFIR滤波器的采样率转换 339

10.14 级联的积分梳状滤波器 340

10.14.1 递归移动求和滤波器 341

10.14.2 CIC滤波器结构 342

10.14.3 改善CIC滤波器的衰减 346

10.14.4 CIC滤波器的实现问题 347

10.14.5 FIR补偿／预处理滤波器 350

参考文献 351

习题 352

第11章 信号平均 366

11.1 相干平均 367

11.2 不相干平均 371

11.3 多个FFT的平均 373

11.4 平均相位角 375

11.5 时域平均滤波的问题 376

11.6 指数平均 378

11.6.1 时域滤波 379

11.6.2 频域滤波性能 381

11.6.3 指数平均器的应用 382

参考文献 383

习题 384

第12章 数字数据格式及其影响 387

12.1 定点二进制格式 387

12.1.1 八进制数 388

12.1.2 十六进制数 388

12.1.3 符号-幅度二进制格式 389

12.1.4 2的补码二进制格式 389

12.1.5 偏移二进制格式 390

12.1.6 二进制小数 390

12.2 二进制数的精度和动态范围 393

12.3 定点二进制有限字长的影响 394

12.3.1 模数转换器的量化误差 394

12.3.2 数据溢出 399

12.3.3 截断 402

12.3.4 舍入 403

12.4 浮点二进制格式 405

12.4.1 浮点数的动态范围 407

12.5 块浮点二进制格式 409

参考文献 409

习题 410

第13章 数字信号处理技巧 416

13.1 无乘法的频率变换 416

13.1.1 fs/2频率变换 416

13.1.2 -fs/4频率变换 418

13.1.3 fs/4频率下变频后的滤波和抽取 419

13.2 向量幅度的快速估算 422

13.3 频域加窗 424

13.4 复数的快速乘法 426

13.5 实序列FFT的高效算法 427

13.5.1 两个N点实序列FFT 427

13.5.2 2N点实序列FFT 432

13.6 用FFT计算IFFT 435

13.6.1 第一种IFFT算法 435

13.6.2 第二种IFFT算法 436

13.7 简化的FIR滤波器结构 437

13.8 减小模数转换器的量化噪声 438

13.8.1 过采样 438

13.8.2 抖动 440

13.9 模数转换器测试技术 442

13.9.1 用FFT估计模数转换器的量化噪声 442

13.9.2 估算模数转换器的动态范围 445

13.9.3 丢码检测 446

13.10 用FFT进行快速FIR滤波 447

13.11 正态分布随机数据的产生 451

13.12 零相位滤波 452

13.13 锐化的FIR滤波器 453

13.14 带通信号内插 454

13.15 频谱峰值定位算法 456

13.16 FFT旋转因子的计算 458

13.16.1 频域抽取FFT旋转因子 458

13.16.2 时域抽取FFT旋转因子 459

13.17 单一音频的检测 460

13.17.1 Goertzel算法 461

13.17.2 Goertzel算法举例 462

13.17.3 Goertzel算法相对FFT算法的优点 463

13.18 滑动DFT 463

13.18.1 滑动DFT算法 463

13.18.2 SDFT的稳定性 466

13.18.3 SDFT的泄漏抑制 467

13.18.4 鲜为人知的SDFT性质 468

13.19 频谱细化的FFT 469

13.20 一种实用的频谱分析仪 471

13.21 一种有效的反正切估计算法 473

13.22 频率解调算法 474

13.23 消除直流分量 476

13.23.1 块数据直流消除 477

13.23.2 实时系统中的直流消除 477

13.23.3 量化的实时系统直流消除方法 478

13.24 传统的CIC滤波器的改进 479

13.24.1 非递归CIC滤波器 479

13.24.2 非递归素数R因子CIC滤波器 481

13.25 平滑脉冲噪声 482

13.26 有效的多项式估计 484

13.26.1 浮点Horner准则 484

13.26.2 二进制移位乘、除法中的Horner准则 484

13.26.3 Estrin方法 485

13.27 高阶FIR滤波器的设计 485

13.28 采用FFT的时域内插 488

13.28.1 实信号内插方法 488

13.28.2 解析信号内插计算 489

13.29 采用抽取进行频率变换 490

13.29.1 采用抽取方法的实信号变换 490

13.29.2 采用抽取方法的复信号变换 491

13.30 自动增益控制（AGC） 491

13.31 近似包络检波 492

13.32 正交振荡器 494

13.33 专业化指数平均 495

13.33.1 单乘法器指数平均器 496

13.33.2 无乘法器指数平均器 496

13.33.3 双模平均器 497

13.34 用零值滤波器过滤窄带噪声 497

13.35 信号方差的高效计算 501

13.36 信号均值和方差的实时计算 502

13.36.1 计算移动均值和方差 502

13.36.2 计算指数移动均值和方差 504

13.37 利用半带滤波器构建希尔伯特变换器 505

13.37.1 半带滤波器的频率转换 505

13.37.2 半带滤波器的系数调制 506

13.38 通过反正切函数进行复向量的旋转 507

13.38.1 第一象限的向量旋转 507

13.38.2 以±π／8旋转向量 509

13.39 高效微分网络 510

13.40 线性相位直流消除滤波器 511

13.41 模值计算溢出规避 513

13.42 高效的线性内插 513

13.43 替换的复下变频方案 514

13.43.1 半带滤波器（half-band filter）下变频 514

13.43.2 高效的单抽取复下变频 516

13.44 信号过渡带检测 517

13.45 信号中心频率处的频谱反转 518

13.46 计算丢失的信号样值 519

13.47 利用小型FFT计算大型DFT 521

13.48 不使用反正切函数计算滤波器群延迟 523

13.49 利用单次FFT同时计算FFT和IFFT 524

13.50 改进的IIR窄带低通滤波器 525

13.50.1 IIR窄带低通滤波器的问题 526

13.50.2 一种改进的IIR窄带低通滤波器 527

13.50.3 IIR内插滤波器举例 528

13.51 一种稳定的Goertzel算法 529

参考文献 530

附录A 复数的运算 536

附录B 几何级数的闭式 543

附录C 时间反转和DFT 545

附录D 均值、方差和标准差 547

附录E 分贝（dB和dBm） 558

附录F 数字滤波器的术语 563

附录G 频域采样滤波器的一些方程的推导 569

附录H 频域采样滤波器的设计系数表 575

附录I 计算切比雪夫窗序列 584

中英文术语对照表 586