數位信號處理教程(第4版‧經典版)（簡體書）

本書系統地討論了數字信號處理的基礎理論、基本概念、基本分析方法、算法、設計。全書共9章，包括四個部分。部分是離散時間信號（序列）與系統的時域、頻域的分析，包括第1、2章的內容；?第二部分是離散傅里葉變換及其快速算法，包括第3、4章的內容；?第三部分是IIR及FIR數字濾波器的理論、結構與算法，包括第5~7章的內容；?第四部分是多抽樣數字信號處理的基礎理論以及數字濾波器實現中的有限字長效應，包括第8、9章的內容。本書以條目式方法論述，條理清晰，內容充實，討論全面，深入淺出，并有大量的例題和習題，便于教學，便于自學。本書可作為大學本專科院校通信工程、信息工程、電子信息工程、自動控制等專業的教材，也可供從事這些專業及相近的理工科專業的科學研究和工程技術人員作為參考書。

程佩青?北京信息科技大學原電子技術與通信系主任。1958年畢業于清華大學無線電系“無線電技術”專業。1956—1986年在清華大學無線電系（無線電電子學系）、電子系工作。1986年到北京信息工程學院（現北京信息科技大學）創建通信工程系（后改名電子技術與通信系）并任系主任。長期從事通信、信號與信息處理的教學和科研工作。講授過無線電基礎、高頻電子線路、數字濾波器、數字信號處理、電視接收機原理、數字信號處理（二）（選修）等課程。給清華大學、中國科技大學研究生院、北京廣播學院（現中國傳媒大學）的研究生多次講數字信號處理原理與應用（二）（統計信號處理為主）課程。著有《信息與系統（合編）》、《數字濾波與快速傅里葉變換》、《數字信號處理教程（一、二、三版）》（此書被評為校教材）、《數字信號處理分析與解答》、《晶體管電視機原理（合著）》、《高頻電子線路》等教材。譯有《多維數字信號處理（合譯）》等4種著作。參與研發的“SCA-4數據傳輸機”曾獲國防科委獎。

近年來，數字信號處理的理論得到快速發展，其應用領域也日益廣泛。作為電子信息類專業重要的專業基礎課程，數字信號處理的學科內容在不斷充實和完善，從而推動教材內容也隨之進行充實和更新。本書歷經多個版本，受到廣大讀者的認可，被眾多高校采用作為教材。為適應學科發展，結合教學實踐，且參考一些國內外教材，作者充實了教材內容，完善了表達方式，改進了教材的可讀性，更便于自學，充實了例題和習題，更加實用。本書特色：（1）在編寫方式上做了全面及重大的改變，即在全書都采用將內容分條目的論述方式，使得脈絡更加清晰；?對基礎理論、概念及基本分析方法又加注了“學習重點”的提示。使讀者在學習時感到更加順暢，更容易掌握內容。（2）對每章內容，分別作了歸納、補充、整理、改動，使得其內容更加充實、完整，論述更加流暢、透徹。（3）增加了大量例題，覆蓋面更廣，凡是設計方面的內容，都有一個或多個例題，這對理解、消化和掌握課程內容，掌握分析和設計方法都很有助益。?（4）適應教材內容的充實和完善，各章習題都有一定的改動和補充，補充了一些必須用MATLAB來實現的習題。提供給讀者更多的練習機會和選擇余地。

隨著信息、通信、計算機科學與技術的迅速發展，數字信號處理已成為各大專院校相關專業的專業基礎必修課程。作者所著《數字信號處理教程》多年來被許多高校采用，受到讀者認可。為使教材內容更加充實完善，表達方式更便于教學，便于自學，便于掌握和應用，作者決定對第三版教材進行修訂和改寫，形成本教材——第四版（經典版）。作者認為數字信號處理課程的核心內容應是“一個基礎，兩個支柱”，一個基礎是離散時間信號與離散時間系統的時域與頻域的分析，兩個支柱是離散傅里葉變換及其快速算法以及數字濾波器的理論和設計。本書的指導思想是圍繞這個核心內容，對第三版教材進行充實和補充。具體修改如下：1. 重要的是在編寫方式上做了全面及重大的改變，即在全書的論述中都采用將內容分條目（1,2,…）的論述方式，使得脈絡更加清晰； 同時，對以基礎理論、概念及基本分析方法為主的前5章又加注了“學習重點”的提示。這樣的處理方式，可使讀者在學習（包括自學）時感到更加順暢，更容易掌握內容。2. 對每章內容，尤其是對核心部分的三章（第3,6,7章）內容，都按上述核心內容要求，分別作了歸納、補充、整理、改動，使得其內容更加充實、完整，論述更加流暢、透徹。（1） 第1章離散時間信號與系統。補充了相關性及其計算方法的內容，同時重點討論了線性卷積和線性相關，并分別用一小節來論述；增加了利用向量乘法進行有限長序列卷積計算的內容，這極有利于編程運算； 重點討論了數字頻率ω這一基本概念； 增加帶通信號的抽樣一小節； 增加了能量信號與功率信號的描述。（2） 第2章z變換與離散時間傅里葉變換（DTFT）。補充了單邊z變換下的移位，同時增加了利用z變換求解差分方程一小節，討論了利用單邊z變換求系統的零輸入響應、零輸入狀態；改寫了傅里葉變換的對稱性，使讀者理解時變得更為流暢； 對模擬信號、理想抽樣、信號、序列及它們的頻率域、復頻率域（s域、z域）之間的關系作了歸納。作者認為，歸納和綜合也是一種重要的學習方法。（3） 第3章離散傅里葉變換（DFT）。增加了用矩陣表示DFT的內容，有利于編程計算； 深入討論了DFT（通過FFT算法）在計算線性卷積、線性相關上的應用； 全面深入討論了DFT在模擬信號頻譜分析上的應用，包括參量的選擇，頻率分辨率的定義及其與其他參量的關系，處理過程中可能產生的三種誤差（失真）以及解決辦法。（4） 第4章快速傅里葉變換（FFT）。給出了重疊相加法和重疊保留法的FFT實現步驟。（5） 第5章數字濾波器的基本結構。為適應MATLAB上的編程要求，將一些結構參數的表示方法做了調整，對各種結構的特點做了更深入的討論。（6） 第6章無限長單位沖激響應（IIR）數字濾波器設計方法。對本章大部分內容都做了改寫、完善和充實，主要有： 對小相位系統及全通系統補充了很多重要內容，對它們的特點和應用做了深入的改寫、論述，增加了對切貝雪夫Ⅱ型濾波的分析與設計方法的論述；增加了“模擬頻域頻帶變換”一節內容； 討論了三種IIR數字濾波器設計方案，給出實用的設計步驟和清晰的設計流程圖。（7） 第7章有限長單位沖激響應（FIR）數字濾波器設計方法。對窗函數法設計線性相位FIR濾波器進行了改寫和充實，增加了“理想低通、帶通、帶阻、高通的線性相位數字濾波器的表達式”一小節，以便于設計；對窗函數設計線性相位微分器及希爾伯特變換器（90°移相器）這一小節全部做了改寫，并做了較深入的討論，完善和補充了很多內容和例子；在頻率抽樣法設計線性相位FIR濾波器中增加了一節設計步驟及舉例的內容； 此外，對這一章還做了不少補充和改寫。（8） 第8章序列的抽取與插值——多抽樣率數字信號處理基礎。在單級及多級抽取論述中，給出了各級防混疊濾波器技術指標的分配方案。（9） 考慮到FFT作為計算工具已有成熟的標準模塊，故刪除第4章FFT中基4及分裂基算法，但作為科技工作者，對一些重要技術問題，不但要知結果，更要知如何得到這個結果，因而仍保留第4章中其他FFT算法的分析； 將第9章中IIR濾波器的定點運算中的溢出振蕩及FFT算法的有限字長效應兩部分刪除。3. 增加了大量例題，覆蓋面更廣，凡是設計方面的內容，都有一個或多個例題，這對理解、消化和掌握課程內容，掌握分析和設計方法都很有助益。4. 適應教材內容的充實和完善，各章習題都有一定的改動和補充，補充了一些必須用MATLAB來實現的習題。習題量增加了14%，提供給讀者更多的練習機會和選擇余地。全書共有9章，可分為四個部分。部分是第1章和第2章。此兩章是數字信號處理的基礎內容，即上面提到的一個基礎。它引出了一系列基本概念，例如數字頻率、頻譜混疊、常用典型序列、線性移（時）不變系統、因果性、穩定性、抽樣等；也涉及一些基本方法，例如相關函數、卷積和、零極點分析、周期序列與非周期序列的傅里葉變換、z變換及z反變換等。第二部分是第3章和第4章。離散傅里變換（DFT）是數字信號處理的兩大支柱之一，它不僅是重要的理論支柱，也是許多領域的技術支撐和重要工具，起著“承前啟后”的作用，在線性濾波、相關分析，尤其是譜分析時都是極為重要的工具。本書對DFT的基本理論、性質、特點及應用都做了較深入的論述。DFT的重要性還在于它有行之有效的快速算法FFT的幫助。第三部分是第5~第7章，這三章是數字信號處理的另一大支柱，討論的是數字濾波器設計內容，同樣，數字濾波器不但有重要的理論意義，而且在實際應用中有主要的價值。這三章討論了IIR及FIR數字濾波器的基本結構、IIR濾波器三種設計方法，討論了各種模擬濾波器之間、數字濾波之間以及它們兩者之間的頻帶變換方法；討論了線性相位FIR濾波器、微分器及希爾伯特變換器（90°移相器）的三種設計方法，即窗函數法、頻率抽樣法及優化ParkMcclellan算法。第四部分是第8和第9章。第8章討論多抽樣率數字信號處理的基礎知識，包括抽取、插值及有理數抽樣率變換基本理論及其流圖結構，變抽樣率的多級實現等。抽樣率轉換用于多種媒體傳輸中以及其他一些希望改變抽樣頻率的應用中。第9章討論數字信號處理的有限字長效應，包括A/D變換，系數，以及運算中的有限字長效應。這兩章標上“*”號，是供選擇的內容。本書的主要特點是主要和重要的內容討論全面深入，內容充實，邏輯性強，條目脈絡清晰，深入淺出，有大量的精選例題，便于教、便于學，尤其便于自學； 配合177道習題另有《數字信號處理教程習題分析與解答（第4版）》一書，可作為解題時的提示和校對工具。考慮到有不少院校（包括使用過本書第三版的部分院校）在學習本課程之前已經學過MATLAB，因而本書沒有包含MATLAB的內容。本書第四版（經典版）在論述方式，內容充實度，討論深度，例題的精選度上都完全優于第三版教材，而且更適于教學、自學。因此，作者認為它更適于這些院校使用。期望本教材對相關讀者有更大的幫助，并受到讀者的歡迎。本書在編寫過程中參考了一些文獻（見書后所列“參考文獻”）的編寫思路，參考或采用了其中一些內容的思路、例題和習題，特此向這些文獻的作者致以衷心的感謝。限于作者水平，書中定有不妥之處，懇切歡迎廣大讀者批評指正。本書的建議學時為54或64兩種，書中有“*”部分內容視各院校情況可選學或不學。作者認為教學大綱要求的內容并不是全要講授的，有的要求應該由學生自學來掌握。?作者2015年6月