本书为普通高等教育"十一五”国家级规划教材。 本书系统讲述数字信号处理的基本原理、算法及其实现方法。主要讲述时域离散信号与系统的基本概念和时域、频域的分析方法。重点介绍信号相关性的基本概念和信号相关函数及其应用、离散傅里叶变换及其快速算法、数字滤波的基本概念与理论、数字滤波器的设计与实现方法。介绍模拟信号数字处理原理与方法、多采样率数字信号处理的基本理论和高效实现方法，数字信号处理的典型应用。 结合各章的内容，介绍相应的MATLAB信号处理工具箱函数，并给出用MATLAB阐述问题和求解计算问题的程序。各章中安排了丰富的例题、习题和上机题。

本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。第1、2、3版分别于2006年、2010年、2016年出版。每次修订，都结合数字信号处理的实际应用需求和广大用户的建议和意见，并参考国内外近期出版的同类新教材，对本书内容进一步去粗取精，优化整体结构和内容编排，并适当增加新内容，以体现教材的先进性、教学适用性。本书自出版以来，承蒙广大师生的厚爱，先后被国内数十所大学选用，使用效果良好。 第4版仍然保持第3版的基本内容、体例结构和编写风格。具体做了以下几个方面的修订： 1．更正了第3版中的编写错误，对原来叙述不完备或疏漏之处进行了补充。 2．为了符合认知规律，使读者容易理解与接受，本书采用数学的方法推导出傅里叶反变换公式和逆Z变换公式。 3．考虑到离散余弦变换（DCT）在电子信息领域，特别是在图像处理中的广泛应用，新编3.5.4节，介绍离散余弦变换及其离散傅里叶变换（DFT）实现。 本书的主要特色和特点： （1）突出基本原理、基本概念与基本分析方法，选材精练。 随着科学技术的发展，数字信号处理的新内容很多，但限于篇幅、教学大纲及学时，教材选材必须少而精。只能选择理论成熟并有较强的实用价值的内容，且要以讲授基本原理、基本概念和基本分析方法为重点。本教材中的傅里叶变换和Z变换部分，重点仍是定义和物理概念，对性质部分的一些容易理解且推导证明简单的内容，用列表方式呈现，或者作为习题请读者自己推导。突出快速傅里叶变换（FFT）的思想和使用方法，略去分裂基FFT和离散哈德来变换（DHT）。数字滤波器部分重点放在设计原理与方法，以及如何用MATLAB进行设计与分析上。将网络结构、软件实现方法、量化效应等集中在一章中，以节约篇幅，重点放在各种实现结构的特点及各种量化效应的物理概念上。 （2）引入新内容和新分析方法。 多采样率数字信号处理广泛应用于通信与信号处理领域，为此本书进一步加强了多采样率数字信号处理的内容，主要讲授多采样率数字信号处理的基本原理、采样率变换系统的实现方法和高效实现网络结构等。在基本内容方面，增加了有关的系统分析内容和方法，引入系统的暂态输出和稳定输出的概念，介绍了系统到达稳定状态所需要的时间等重要的参考数据，分析证明了用单位阶跃响应测试系统稳定性的实用方法；给出了线性卷积和循环卷积的矩阵计算法，其原理简单且应用方便，更适合计算机编程处理；介绍了从模拟信号到时域离散信号采样频率的确定，弥补了过去只讲模拟信号到理想采样信号的不足。 （3）将数字信号处理的基础理论、滤波器设计等与MATLAB进行适当的结合。 美国MathWork公司推出的MATLAB是当前最优秀的科技应用软件，早在20世纪90年代就已成为国际公认的信号处理标准软件和仿真开发平台。国外数字信号处理的优秀教材或者参考书没有一本不使用MATLAB的。利用MATLAB可以使一些很难理解的抽象理论得到直观演示解释，解决各种复杂问题的分析与计算等难题。 本书各章的基本原理，均使用MATLAB释疑与实现。尤其MATLAB使复杂的数字滤波器设计的繁杂计算问题，变成了学生易接受、易实现的简单问题。 但是本书的主要内容仍然是数字信号处理的基本原理和基本分析方法，因此本书主要结合例题和习题介绍一些MATLAB程序。本书所有程序尽可能调用MATLAB信号处理工具箱函数解决问题，力求程序简单易读，从而保证了以数字信号处理基本理论为主线，以MATLAB作为学习理论的工具。既避免了有些作者将数字信号处理教材写成MATLAB编程教材的喧宾夺主现象，又能使读者利用MATLAB软件进行高效的上机实验、设计与仿真。 （4）精心设计例题、习题与上机题。 大量的举例有利于帮助读者理解并掌握书中的基本理论，培养学生分析问题和解决问题的能力。本书重要的或者难理解的内容均有举例。本书中许多习题是经过几次编写教材，在多年的教学实践积累、改进、筛选的基础上形成的优选习题，另外还参考选用了许多国外优秀教材的例题和习题，其中一些是源于工程实际问题。 数字信号处理是一门理论和实际密切结合的课程，学生在使用本书学习的过程中，能够自始至终使用MATLAB在计算机上进行分析问题和求解问题，有利于提高学生分析、解决问题的能力，提高学生数字信号处理的理论水平。 （5）分析、叙述问题条理清楚，逻辑性强，深入浅出。 数字信号处理离不开数学及数学公式的推导。在推导公式过程中侧重物理概念、分析方法和思路。有的公式推导太繁杂，仅提供最后结果，指出参考资料，并解释清楚结论。 本书共分10章。第1～2章主要叙述时域离散信号与系统时域分析和变换域分析的基本理论, 并介绍几种特殊滤波器，是学习和应用数字信号处理的基础内容。第3章介绍离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT）和应用。第4章讨论模拟信号数字处理的基本原理，包括采样定理、A/D变换、D/A变换、模拟信号数字处理系统的基本构成、线性模拟系统的数字模拟方法，以及用DFT（FFT）对模拟信号进行谱分析的基本原理。第5章介绍确定性信号的相关函数的基本概念、定义、计算和工程应用举例，并简要介绍了能量谱和功率谱的概念，使学生建立信号相关性的基本概念，了解相关检测的基本原理及其应用领域。第6～7章主要介绍数字滤波的概念和滤波器设计与分析的原理和方法。第6章讨论模拟滤波器和IIR数字滤波器的设计方法。第7章叙述FIR数字滤波器的主要特点和设计方法。第8章首先介绍时域离散系统的各种实现结构，然后讨论数字信号处理中的量化效应，并分析了A/D变换器中的量化效应，各种实现结构的系数量化效应，以及滤波处理运算中的量化效应。第9章主要介绍多采样率数字信号处理的基本原理、采样率变换系统的实现方法和高效实现网络结构等。第10章为数字信号处理的几种基本应用举例。每章都结合基本内容，介绍了相应的MATLAB信号处理工具箱函数，并给出理论仿真和例题求解程序及运行结果。每章都配有大量的习题和上机题，题号后带有“*”的为上机题。上机题由授课教师根据具体教学情况适当选用。 本书第1, 2, 4, 8, 10章由丁玉美编写，其余各章由高西全编写。 本书的先修课程是工程数学、信号与系统、数字电路、微机原理和MATLAB语言等。本书参考学时数为60学时。如果在信号与系统课程中已讲授本书第1章和第2章的内容，则学时数可减少到46学时。第9章中多相滤波器结构和采样率转换系统的多级实现较难讲解，如果学时数紧张可以不讲，但要向学生说明这两种实现结构的优点及在实际中的重要性。对大专学生，可以只讲前8章，参考学时数为60学时。 本书在编写构思和选材过程中，参考了书后所列参考文献的一些编写思想，采用了其中一些内容、例题和习题，在此向这些教材的作者们表示诚挚的感谢！ 为了便于教师授课和师生上机仿真实验，便于自学自测，作者免费提供本书电子课件、完整的程序集和习题解答电子版，最好由任课教师通过电子邮件向作者索取（xqgao@ mail.xidian.edu.cn），也可以登录电子工业出版社华信教育资源网www.hxedu.com.cn下载。 由于作者水平所限，书中难免有不足和错误，欢迎广大读者指正。欢迎读者反馈宝贵建议和意见，交流教学体会和经验，以便不断修正错误，去粗取精，使本教材进一步完善和提高。 编著者 于西安电子科技大学

目 录 绪论 （1） 0.1 数字信号处理的基本内容 （2） 0.2 数字信号处理的实现方法 （3） 0.3 数字信号处理的主要优点 （3） 第1章 时域离散信号和系统 （5） 1.1 引言 （5） 1.2 模拟信号、时域离散信号和数字信号 （5） 1.2.1 时域离散信号和数字信号 （6） 1.2.2 时域离散信号的表示方法 （6） 1.2.3 常用时域离散信号 （8） 1.3 时域离散系统 （11） 1.3.1 线性时不变时域离散系统 （11） 1.3.2 线性时不变系统输出和输入之间的关系 （12） 1.3.3 系统的因果性和稳定性 （15） 1.4 时域离散系统的输入输出描述法—线性常系数差分方程 （17） 1.4.1 线性常系数差分方程 （17） 1.4.2 线性常系数差分方程的递推解法 （17） 1.4.3 用MATLAB求解差分方程 （18） 1.4.4 应用举例—滑动平均滤波器 （19） 习题与上机题 （21） 第2章 时域离散信号和系统的频域分析 （25） 2.1 引言 （25） 2.2 时域离散信号的傅里叶变换 （25） 2.2.1 时域离散信号的傅里叶变换的定义 （25） 2.2.2 周期信号的离散傅里叶级数 （26） 2.2.3 周期信号的傅里叶变换 （28） 2.2.4 时域离散信号傅里叶变换的性质 （31） 2.3 时域离散信号的Z变换 （34） 2.3.1 时域离散信号Z变换的定义及其与傅里叶变换的关系 （34） 2.3.2 Z变换的收敛域与序列特性之间的关系 （35） 2.3.3 逆Z变换 （38） 2.3.4 Z变换的性质和定理 （41） 2.4 利用Z变换对信号和系统进行分析 （44） 2.4.1 系统的传输函数和系统函数 （44） 2.4.2 根据系统函数的极点分布分析系统的因果性和稳定性 （45） 2.4.3 用Z变换求解系统的输出响应 （46） 2.4.4 系统稳定性的测定及稳定时间的计算 （50） 2.4.5 根据系统的零、极点分布分析系统的频率特性 （52） 2.5 几种特殊滤波器 （57） 2.5.1 全通滤波器 （57） 2.5.2 最小相位滤波器 （58） 2.5.3 梳状滤波器 （59） 2.5.4 正弦波发生器 （60） 习题与上机题 （61） 第3章 离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT） （68） 3.1 离散傅里叶变换的定义及物理意义 （68） 3.1.1 DFT定义 （68） 3.1.2 DFT与ZT、FT、DFS的关系 （69） 3.1.3 DFT的矩阵表示 （71） 3.1.4 用MATLAB计算序列的DFT （71） 3.2 DFT的主要性质 （73） 3.3 频域采样 （80） 3.4 DFT的快速算法—快速傅里叶变换（FFT） （83） 3.4.1 直接计算DFT的特点及减少运算量的基本途径 （83） 3.4.2 基2 FFT算法 （83） 3.5 DFT（FFT）应用举例 （89） 3.5.1 用DFT（FFT）计算两个有限长序列的线性卷积 （90） 3.5.2 用DFT计算有限长序列与无限长序列的线性卷积 （91） 3.5.3 用DFT对序列进行谱分析 （94） 3.5.4 离散余弦变换及其DFT实现 （96） 习题与上机题 （98） 第4章 模拟信号数字处理 （101） 4.1 模拟信号数字处理原理方框图 （101） 4.2 模拟信号与数字信号的相互转换 （101） 4.2.1 时域采样定理 （102） 4.2.2 带通信号的采样 （106） 4.2.3 A/D变换器 （107） 4.2.4 将数字信号转换成模拟信号 （108） 4.3 对数字信号处理部分的设计考虑 （111） 4.4 线性模拟系统的数字模拟 （112） 4.5 模拟信号的频谱分析 （114） 4.5.1 公式推导及参数选择 （114） 4.5.2 用DFT（FFT）对模拟信号进行谱分析的误差 （115） 4.5.3 用DFT（FFT）对周期信号进行谱分析 （118） 习题与上机题 （120） 第5章 信号的相关函数和功率谱 （122） 5.1 互相关函数和自相关函数 （122） 5.2 周期信号的相关性 （124） 5.3 相关函数的性质 （125） 5.3.1 互相关函数性质 （126） 5.3.2 自相关函数性质 （126） 5.4 输入输出信号的相关函数 （127） 5.5 信号的能量谱密度和功率谱密度 （127） 5.5.1 信号的能量谱 （128） 5.5.2 信号的功率谱 （128） 5.6 相关函数的应用 （129） 5.6.1 相关函数在雷达和主动声呐系统中的的应用 （129） 5.6.2 使用相关函数检测物理信号隐含的周期性 （130） 5.7 用MATLAB计算相关函数 （132） 习题与上机题 （133） 第6章 IIR数字滤波器（IIRDF）设计 （135） 6.0 数字滤波器设计的基本概念 （135） 6.0.1 数字滤波器及其设计方法概述 （135） 6.0.2 数字滤波器的种类 （135） 6.0.3 理想数字滤波器 （136） 6.1 模拟滤波器设计 （138） 6.1.1 模拟滤波器设计指标 （139） 6.1.2 巴特沃思模拟低通滤波器设计 （140） 6.1.3 切比雪夫滤波器设计 （143） 6.1.4 椭圆滤波器 （146） 6.1.5 贝塞尔滤波器 （147） 6.1.6 用MATLAB设计模拟滤波器 （147） 6.1.7 五种类型模拟滤波器的比较 （153） 6.1.8 频率变换与高通、带通及带阻滤波器设计 （154） 6.2 IIR数字滤波器设计 （161） 6.2.1 用脉冲响应不变法设计IIRDF （162） 6.2.2 用双线性变换法设计IIRDF （167） 6.2.3 高通、带通和带阻IIRDF （171） 6.2.4 IIRDF的频率变换 （174） 习题与上机题 （177） 第7章 FIR数字滤波器（FIRDF）设计 （181） 7.1 线性相位FIRDF及其特点 （181） 7.2 用窗函数法设计FIRDF （186） 7.2.1 用窗函数法设计FIRDF的基本方法 （186） 7.2.2 窗函数法的设计性能分析 （187） 7.2.3 典型窗函数介绍 （189） 7.2.4 用窗函数法设计FIRDF的步骤及MATLAB设计函数 （195） 7.3 利用频率采样法设计FIRDF （199） 7.3.1 频率采样设计法的基本概念 （199） 7.3.2 设计线性相位特性FIRDF时，频域采样H (k)的设置原则 （200） 7.3.3 逼近误差及改进措施 （200） 7.4 利用等波纹最佳逼近法设计FIRDF （204） 7.4.1 等波纹最佳逼近法的基本思想 （205） 7.4.2 remez和remezord函数介绍 （207） 7.4.3 FIR希尔伯特变换器和FIR数字微分器设计 （211） 7.5 FIRDF与IIRDF的比较 （215） 习题与上机题 （216） 第8章 时域离散系统的实现 （219） 8.1 引言 （219） 8.2 FIR网络结构 （220） 8.2.1 FIR直接型结构和级联型结构 （220） 8.2.2 线性相位结构 （221） 8.2.3 FIR频率采样结构 （222） 8.2.4 FIR滤波器的递归实现 （225） 8.2.5 快速卷积法 （226） 8.3 IIR网络结构 （226） 8.3.1 IIR直接型网络结构 （226） 8.3.2 IIR级联型网络结构 （227） 8.3.3 IIR并联型网络结构 （228） 8.3.4 转置型网络结构 （229） 8.4 格型网络结构 （229） 8.4.1 全零点格型网络结构 （230） 8.4.2 全极点格型网络结构 （233） 8.5 用软件实现各种网络结构 （235） 8.6 数字信号处理中的量化效应 （237） 8.6.1 量化及量化误差 （237） 8.6.2 A/D变换器中的量化效应 （238） 8.6.3 系数量化效应 （239） 8.6.4 运算中的量化效应 （242） 8.7 滤波器设计与分析工具 （246） 习题与上机题 （251） 第9章 多采样率数字信号处理 （255） 9.1 引言 （255） 9.2 整数因子抽取 （256） 9.3 整数因子内插 （258） 9.4 按有理数因子I/D的采样率转换 （260） 9.5 采样率转换滤波器的高效实现方法 （261） 9.5.1 直接型FIR滤波器结构 （261） 9.5.2 多相滤波器结构 （263） 9.6 采样率转换系统的多级实现 （266） 9.7 采样率转换器的MATLAB实现 （271） 9.8 采样率转换在数字语音系统中的应用 （272） 9.8.1 数字语音系统中的信号采样过程及其存在的问题 （272） 9.8.2 数字语音系统中改进的A/D转换方案 （273） 9.8.3 接收端D/A转换器的改进方案 （274） 习题与上机题 （276） 第10章 数字信号处理应用举例 （278） 10.1 引言 （278） 10.2 数字信号处理在双音多频拨号系统中的应用 （278） 10.3 数字信号处理在音乐信号处理中的应用 （284） 10.3.1 时域处理 （284） 10.3.2 频域处理 （287） 附录A MATLAB信号处理工具箱函数表 （291） 参考文献 （295）

http://www.hxedu.com.cn/hxedu/fg/book/bookinfo.html?code=G0434020