數字信號處理：技術原理與應用分析

"孫松林，北京郵電大學教授，電子信息工程系主任， IEEE高級會員、CCF高級會員。2014年、2015年連續獲得中國產學研合作創新成果獎。負責的留學研究生課程“通信綜合實驗”被教育部評為來華留學英語授課品牌課程。2021年獲得北京郵電大學“教學名師”獎。張建華，北京郵電大學-中國移動聯合創新中心主任、中國通信學會會士、科技部科技冬奧重點實施專項總體組專家、IMT-2030技術組信道測量與建模任務組組長等；曾任ITU-R IMT-2020（5G）信道模型起草組主席。發表論文200余篇；授權發明專利50余項；從4G到5G形成ITU和3GPP信道模型的國際標準5項。獲國家傑出青年科學基金、優秀青年科學基金、教育部新世紀優秀人才等計劃資助；獲國家技術發明二等獎（2次），通信學會技術發明一等獎，無線電管理科學技術一等獎等。郭彩麗，北京郵電大學教授。IEEE 高級會員，中國高科技產業化研究會信號與信息處理專家委員會委員。承擔多項國家自然科學基金，國家863計劃，國家重大專項等。撰寫學術專著2部，授權專利30余項，發表論文200余篇。許曉東，北京郵電大學教授，科技部國家國際科技合作基地副主任，北京市科技新星。主持國家科技重大專項等項目，成果入選“中國高校十大科技進展”。獲北京市科學技術獎二等獎、中國通信學會科學技術獎一等獎，專著獲“中國出版政府獎”。擔任工信部IMT-2030（6G）推進組專家、中關村泛聯移動通信技術研究院副院長等。李斌，北京郵電大學副教授。發表論文數十篇，獲國際學術會議**論文獎2次，獲河北省級科技進步1等獎。主持國家級縱向課題和企業委托課題4項，擔任中國通信學會車聯網分會委員等。楊洋，北京郵電大學副教授，通信學會高級會員，IEEE會員。主持國家自然科學基金青年基金、北京市自然科學基金青年基金、中國博士後科學基金面上基金等。2018年入選北京郵電大學優秀博士學位論文。發表高水平SCI、EI論文逾40篇。"

目錄

 

第一篇信號及其變換

 

第1章信號概述

 

1.1數字信號處理概述

 

1.1.1信號分類

 

1.1.2數字信號處理的特點與應用

 

1.2離散時間信號

 

1.2.1離散時間信號表示

 

1.2.2常用離散序列

 

1.2.3序列的基本運算

 

1.3信號分析相關數學知識

 

1.3.1矩陣與向量

 

1.3.2矩陣的基本運算

 

1.4本章小結

 

習題

 

第2章離散傅裏葉變換

 

2.1離散傅裏葉級數

 

2.1.1離散傅裏葉級數的定義

 

2.1.2離散傅裏葉級數的性質

 

2.2離散傅裏葉變換的原理

 

2.2.1離散傅裏葉變換的定義

 

2.2.2離散傅裏葉變換與其他變換的關系

 

2.2.3離散傅裏葉變換的周期性

 

2.2.4離散傅裏葉變換的性質

 

2.2.5二維離散傅裏葉變換

 

2.2.6離散傅裏葉變換的應用

 

2.3采樣z變換

 

2.3.1采樣z變換的定義

 

2.3.2插值函數

 

習題

 

第3章快速傅裏葉變換

 

3.1快速傅裏葉變換的原理

 

3.1.1離散傅裏葉變換的計算

 

3.1.2基2時域抽取法FFT

 

3.1.3基2頻域抽取法FFT

 

3.1.4基4快速傅裏葉變換算法

 

3.1.5分裂基快速傅裏葉變換算法

 

3.2快速傅裏葉變換的應用

 

3.2.1計算實序列的DFT

 

3.2.2計算2N點實序列的DFT

 

3.2.3分析線性濾波

 

3.2.4其他應用

 

習題

 

第4章小波變換

 

4.1多分辨率分析

 

4.1.1多分辨率分析概述

 

4.1.2小波理論的發展

 

4.1.3小波變換分析與傅裏葉變換

 

4.2小波變換的原理

 

4.2.1小波的定義與性質

 

4.2.2小波變換的定義與性質

 

4.2.3一維連續小波變換的定義與性質

 

4.2.4一維連續小波變換的逆變換方法

 

4.2.5一維離散小波變換概述

 

4.2.6離散小波變換

 

4.2.7二進小波變換

 

4.3小波基分析

 

4.3.1常用小波函數

 

4.3.2小波函數選擇原則

 

4.3.3小波基分析(多尺度分析)

 

習題

 

第5章希爾伯特變換

 

5.1離散時間信號的希爾伯特變換

 

5.1.1希爾伯特變換的定義

 

5.1.2離散信號的希爾伯特變換

 

5.2頻域的希爾伯特變換關系

 

5.2.1因果序列的希爾伯特變換關系

 

5.2.2離散傅裏葉變換下的希爾伯特變換關系

 

5.3復倒譜及其應用

 

5.3.1語音的同態處理

 

5.3.2復倒譜與倒譜

 

5.4希爾伯特黃變換

 

5.4.1希爾伯特黃變換的概述

 

5.4.2經驗模態分解

 

5.4.3希爾伯特譜分析

 

5.4.4希爾伯特黃變換的特點

 

習題

 

第二篇濾波器

 

第6章數字濾波器

 

6.1數字濾波器的特性

 

6.2數字濾波器的分類

 

6.3數字濾波器的性能指標

 

6.4數字濾波器的設計思路

 

習題

 

第7章無限沖激響應數字濾波器

 

7.1無限沖激響應數字濾波器的設計方法

 

7.2模擬低通濾波器的設計

 

7.2.1理想濾波器

 

7.2.2模擬低通濾波器的設計流程

 

7.2.3巴特沃斯濾波器

 

7.2.4切比雪夫濾波器

 

7.2.5橢圓濾波器

 

7.2.6三類模擬濾波器的比較

 

7.3模擬濾波器的數字化

 

7.3.1時域和頻域的數字化

 

7.3.2沖激響應不變法

 

7.3.3雙線性變換法

 

7.4高通、帶通和帶阻無限沖激響應數字濾波器的設計

 

7.4.1模擬濾波器的頻率變換

 

7.4.2利用模擬頻率變換的IIR數字濾波器設計

 

7.4.3數字濾波器的頻率變換

 

7.4.4利用數字頻率變換的IIR數字濾波器設計

 

7.5無限沖激響應數字濾波器的實現結構

 

7.5.1直接型實現結構

 

7.5.2級聯型實現結構

 

7.5.3並聯型實現結構

 

7.6無限沖激響應數字濾波器的應用

 

習題

 

第8章有限沖激響應數字濾波器

 

8.1有限沖激響應數字濾波器概述

 

8.1.1FIR數字濾波器的特點

 

8.1.2線性相位FIR數字濾波器

 

8.2有限沖激響應數字濾波器的設計方法

 

8.2.1窗函數法

 

8.2.2頻率采樣法

 

8.2.3最優化方法

 

8.3有限沖激響應數字濾波器的實現結構

 

8.3.1FIR數字濾波器的基本實現結構

 

8.3.2線性相位FIR數字濾波器的實現結構

 

習題

 

第9章空間濾波器

 

9.1空間濾波器的特性

 

9.1.1陣列信號模型

 

9.1.2波束形成

 

9.2空間濾波器的性能描述

 

9.2.1波束寬度

 

9.2.2分辨率

 

9.3空間濾波器的設計方法

 

9.3.1波束形成的最佳權向量

 

9.3.2空域濾波設計準則

 

9.3.3自適應波束形成算法

 

9.4空間濾波器的結構及應用

 

9.4.1空間濾波器的結構

 

9.4.2圖像處理應用

 

習題

 

第三篇應 用 分 析

 

第10章多速率信號處理

 

10.1采樣定理

 

10.2欠采樣與過采樣

 

10.2.1信號的整數倍抽取

 

10.2.2信號的整數倍內插

 

10.3多速率信號處理的實現

 

10.3.1整數倍抽取器的FIR濾波器直接實現

 

10.3.2整數倍內插器的FIR濾波器直接實現

 

10.4帶通信號的采樣與重建

 

習題

 

第11章數字信號采集與恢復

 

11.1量化與編碼

 

11.1.1量化

 

11.1.2編碼

 

11.2模/數轉換器與抗混疊技術

 

11.2.1模/數轉換器

 

11.2.2抗混疊技術

 

11.3數/模轉換器與補償技術

 

11.3.1數/模轉換器

 

11.3.2補償技術

 

習題

 

第12章有限字長效應

 

12.1有限字長效應概述

 

12.2數的表示與量化誤差

 

12.2.1二進制數的表示

 

12.2.2定點制的量化誤差

 

12.2.3量化誤差

 

12.3DFT/FFT運算的有限字長效應

 

12.3.1DFT定點舍入計算誤差分析

 

12.3.2FFT定點舍入計算誤差分析

 

12.3.3FFT浮點舍入計算誤差分析

 

12.3.4系數量化對FFT的影響

 

12.4數字濾波器的有限字長效應

 

12.4.1IIR濾波器定點舍入運算時的有限字長效應

 

12.4.2FIR濾波器定點舍入運算時的有限字長效應

 

習題

 

第13章無線通信信號處理

 

13.1正交頻分復用通信系統介紹

 

13.2正交頻分復用通信系統的實現

 

13.2.1OFDM信號的調制和解調

 

13.2.2OFDM信號的DFT/IDFT實現

 

13.2.3保護間隔與循環前綴

 

13.2.4OFDM系統參數的選擇

 

13.3基於FFT的正交頻分復用頻率信道估計算法

 

13.3.1無線信道特征

 

13.3.2基於時域訓練序列的信道估計算法

 

13.3.3基於導頻的OFDM頻域信道估計算法

 

13.3.4導頻結構的選擇

 

13.3.5導頻位置處的信道估計

 

13.3.6插值算法

 

習題

 

第14章音頻信號處理

 

14.1音頻信號概述

 

14.1.1概述

 

14.1.2音頻編碼分類

 

14.1.3常見音頻編碼格式

 

14.1.4音頻信號感知

 

14.2音頻信號變換

 

14.2.1短時傅裏葉變換

 

14.2.2Gabor變換

 

14.3音頻信號處理及其應用

 

14.3.1語音識別

 

14.3.1語音識別的應用技術

 

14.3.2語音合成

 

習題

 

第15章雷達感知信號處理

 

15.1雷達系統概述

 

15.1.1雷達基本原理

 

15.1.2雷達波形

 

15.2雷達信號處理概述

 

15.2.1信號調節與幹擾抑制

 

15.2.2數據積累與相位歷程建模

 

15.2.3目標檢測與估計

 

15.2.4點雲信息處理

 

15.3窄帶波束成形技術和寬帶波束成形技術

 

15.3.1窄帶波束成形技術

 

15.3.2寬帶波束成形技術

 

15.4基於FFT的目標距離估計、速度估計和角度估計

 

15.4.1距離估計

 

15.4.2速度估計

 

15.4.3角度估計

 

習題

 

第16章圖像視頻信號處理

 

16.1圖像視頻處理概述

 

16.1.1圖像處理基礎

 

16.1.2圖像變換

 

16.1.3視頻處理概述

 

16.2離散余弦變換和沃爾什哈達瑪變換

 

16.2.1離散余弦變換

 

16.2.2沃爾什哈達瑪變換

 

16.3空間濾波與時域相關性分析

 

16.3.1空間濾波基礎

 

16.3.2平滑空間濾波器

 

16.3.3銳化空間濾波器

 

16.3.4非銳化掩蔽和高提升濾波

 

16.3.5時域相關性分析

 

習題

 

參考文獻