本书较为系统地介绍了数字信号处理的基础理论、相应的算法及这些算法的软件与硬件实现。全书共9章，内容包括离散时间信号与离散时间系统的基本概念、Z变换及离散时间系统分析、离散傅里叶变换、傅里叶变换的快速算法、离散时间系统的相位与结构、数字滤波器设计（IIR、FIR及特殊形式的滤波器）、信号的正交变换（正交变换的定义与性质、KL变换、DCT及其在图像压缩中的应用）及数字信号处理的硬件实现等。同时书中介绍了数字信号处理中所涉及的主要MATLAB文件，并给出了具体使用实例。

本书章节安排合理，说理详细，论证清楚，便于自学。除第9章外，其余各章都配有习题及上机练习题。

本书可作为理工科本科生的教材及参考书，也可作为工程技术人员的自学参考书。

随着信息和微电子等学科的飞速发展，数字信号处理的理论在过去的40年中得到了飞速的发展，其应用也日益广泛。为适应这一发展对人才的需求，目前很多高校都开设了数字信号处理课程，并且已由过去的面向电子信息类的专业逐渐扩展到面向电气工程、仪器仪表、机械制造及生物医学工程等更多的专业领域，同时也由面向研究生逐渐扩展到面向本科生。

本书正是为适应广大理工科本科生数字信号处理教学的需求，在笔者拙著《数字信号处理——理论、算法与实现》（第三版，清华大学出版社2012年出版）一书上篇的基础上改编而形成的。

本书共分9章，包含了数字信号处理的基础内容。通过这些章节的学习，读者可以掌握数字信号处理的基本理论和处理信号的实际技能，为进一步学习现代信号处理的知识打下坚实的基础。

离散时间信号和离散时间系统是数字信号处理中两个最重要的概念，二者既相互独立又密不可分。本书第1章详细讨论离散时间信号的基本概念，包括离散信号的运算、信号与噪声、信号空间、相关函数的定义、性质及应用等。第2章详细讨论离散时间系统的基本概念，包括离散时间系统的性质、描述及输入输出关系，Z变换的定义、收敛域及性质，离散时间系统的转移函数、频率特性、极零分析以及离散系统的实现和信号流图等。

离散时间信号的傅里叶变换是数字信号处理中的核心内容，因此，我们在第3章以较大篇幅分别讨论了离散时间序列的傅里叶变换（DTFT）和离散傅里叶变换（DFT）的定义、性质、应用，并详细讨论了和这两个变换相关联的基本问题，如信号截短对频谱分析的影响、周期卷积、分辨率、时宽\|带宽积及DFT对FT的近似等。

快速傅里叶变换（FFT）算法的提出是数字信号处理发展史上的重要事件，是使得数字信号处理的理论得以应用的关键。本书第4章介绍FFT的主要内容，包括基2时间抽取和频率抽取算法、分裂基算法以及频域细化的CZT算法。

第5章讨论离散时间系统的相位和结构，是第2章内容的继续和深入。具体介绍了线性相位的定义及得到线性相位的必要条件、具有线性相位的离散系统零点分布的特点、全通系统、最小相位系统、谱分解、逆系统以及离散系统的Lattice结构等内容。

数字滤波器设计是数字信号处理的重要内容，也是每一位信号处理工作者应掌握的基本技能。本书在第6章和第7章集中讨论数字滤波器的设计问题。前者讨论IIR滤波器的设计，后者讨论FIR滤波器的设计，并简要介绍了一些特殊形式滤波器的设计问题。

正交变换的概念在数字信号处理中具有重要的作用，因此我们在第8章对其进行了讨论，包括正交变换的定义和性质，KL变换，特别是针对KL变换的不足重点介绍了离散余弦变换。为使读者了解正交变换的应用，本章还简要介绍了图像压缩的概念。

第9章以美国TI公司的TMS320系列DSP为主集中介绍了DSP硬件的结构、性能、软件和硬件的开发方法及工具等，同时还介绍了DSP的应用。

MATLAB是学习和应用数字信号处理的一个极好的工具。因此，本书在第1章~第8章的最后一节都对该章所涉及的MATLAB文件进行了说明，并给出了使用的具体实例。通过MATLAB的应用，读者可以掌握应用MATLAB实现信号处理的方法，同时更深入地理解数字信号处理的理论。

数字信号处理导论（第二版）承蒙TI公司的林坤山博士和郑小龙先生审阅了本书的第9章，他们提出了非常中肯的建议；清华大学张辉博士协助编写了本书的9.5节；许燕、汪梦蝶、黄慧芳、陈戟、刘冰、肖宪波、徐进、刘少颖等在本书的绘图、计算机程序的编写、整理以及资料搜集等各个方面都做了大量的工作，在此一并表示感谢！

限于作者的水平，不妥及错误之处在所难免，恳切希望读者给予批评指正。

作者       

2012年10月于清华大学 

绪论10.1关于信号10.2关于数字信号20.3关于数字信号处理30.3.1数字信号处理的任务40.3.2数字信号处理的优势60.3.3数字信号处理的理论60.3.4数字信号处理的实现70.3.5数字信号处理的应用90.3.6关于数字信号处理的学习10参考文献11第1章离散时间信号121.1典型离散信号121.2离散信号的运算151.3信号的分类191.4噪声221.5信号空间的基本概念231.6确定性信号的相关函数261.6.1相关函数的定义271.6.2相关函数的性质291.6.3相关函数的应用291.7与本章内容有关的MATLAB文件31习题与上机练习37参考文献40数字信号处理导论（第二版）第2章离散时间系统412.1离散时间系统的基本概念412.2离散时间系统的输入输出关系462.3Z变换的定义502.4Z变换的收敛域532.5Z变换的性质582.6离散时间系统的转移函数632.7离散时间系统的频率响应642.8离散时间系统的极零分析662.9滤波的基本概念702.10IIR系统的信号流图与结构722.10.1IIR系统的信号流图722.10.2IIR系统的直接实现732.10.3IIR系统的级联实现742.10.4IIR系统的并联实现752.11与本章内容有关的MATLAB文件76习题与上机练习83参考文献87第3章信号的傅里叶变换883.1连续时间信号的傅里叶变换893.1.1连续周期信号的傅里叶级数893.1.2连续非周期信号的傅里叶变换903.1.3傅里叶级数和傅里叶变换的区别与联系913.1.4关于傅里叶变换的进一步解释943.2离散时间信号的傅里叶变换(DTFT)953.2.1DTFT的定义953.2.2DTFT的性质983.2.3关于DTFT存在的条件1033.2.4一些典型信号的DTFT1053.2.5信号截短对DTFT的影响1073.3连续时间信号的抽样1103.3.1抽样定理1103.3.2信号的重建1143.3.3关于正弦信号的抽样1153.4离散时间周期信号的傅里叶级数1163.5离散傅里叶变换(DFT)1183.5.1DFT的定义1183.5.2DFT导出的图形解释1193.5.3DFT与DTFT及Z变换之关系1213.5.4DFT的性质1223.6用DFT计算线性卷积1263.6.1用DFT计算线性卷积的方法和步骤1263.6.2长序列卷积的计算1283.7与DFT有关的几个问题1303.7.1频率分辨率及DFT参数的选择1303.7.2补零问题1333.7.3DFT对FT的近似1353.8二维傅里叶变换1403.9与本章内容有关的MATLAB文件146习题与上机练习147参考文献150第4章快速傅里叶变换1524.1概述1524.2时间抽取(DIT)基2 FFT算法1544.2.1算法的推导1544.2.2算法的讨论1564.3频率抽取(DIF)基2 FFT算法1594.4进一步减少运算量的措施1614.4.1多类蝶形单元运算1614.4.2W因子的生成1624.4.3实输入数据时的FFT算法1634.5基4算法与分裂基算法1634.5.1频率抽取基4 FFT算法1634.5.2分裂基算法1644.6线性调频Z变换（CZT）1704.6.1CZT的定义1714.6.2CZT的计算方法1724.7与本章内容有关的MATLAB文件174习题与上机练习176参考文献178第5章离散时间系统的相位、结构与逆系统1805.1离散时间系统的相频响应1805.2FIR系统的线性相位特性1835.3具有线性相位特性的FIR系统的零点分布1855.4全通系统与最小相位系统1885.4.1全通系统1885.4.2最小相位系统1915.5谱分解1945.6FIR系统的结构1965.6.1直接实现与级联实现1965.6.2具有线性相位的FIR系统的结构1975.6.3FIR系统的频率抽样实现1975.7离散时间系统的Lattice结构1995.7.1全零点系统(FIR)的Lattice结构1995.7.2全极点系统(IIR)的Lattice结构2025.7.3极零系统的Lattice结构2055.8逆系统2075.9与本章内容有关的MATLAB文件211习题与上机练习213参考文献214第6章无限冲激响应数字滤波器设计2166.1滤波器的基本概念2166.1.1滤波器的分类2166.1.2滤波器的技术要求2186.2模拟低通滤波器的设计2206.2.1概述2206.2.2巴特沃思模拟低通滤波器的设计2216.2.3切比雪夫Ⅰ型模拟低通滤波器的设计2246.3模拟高通、带通及带阻滤波器的设计2296.3.1模拟高通滤波器的设计2296.3.2模拟带通滤波器的设计2316.3.3模拟带阻滤波器的设计2336.4用冲激响应不变法设计IIR数字低通滤波器2346.5用双线性Z变换法设计IIR数字低通滤波器2386.6数字高通、带通及带阻滤波器的设计2426.7与本章内容有关的MATLAB文件246习题与上机练习251参考文献252第7章有限冲激响应数字滤波器设计2537.1FIR数字滤波器设计的窗函数法2537.2窗函数2607.3FIR数字滤波器设计的切比雪夫逼近法2657.3.1切比雪夫最佳一致逼近原理2667.3.2利用切比雪夫逼近理论设计FIR数字滤波器2667.3.3误差函数E(ω)的极值特性2707.3.4设计举例2737.3.5滤波器阶次的估计2757.4几种简单形式的滤波器2767.4.1平均滤波器2777.4.2平滑滤波器2797.4.3梳状滤波器2827.5低阶低通差分滤波器2847.5.1最佳低阶低通差分滤波器的导出2847.5.2几种常用的低通整系数差分滤波器2887.6滤波器设计小结2917.7与本章内容有关的MATLAB文件292习题与上机练习298参考文献299第8章信号处理中常用的正交变换3018.1希尔伯特空间中的正交变换3018.1.1信号的正交分解3018.1.2正交变换的性质3048.1.3正交变换的种类3058.2KL变换3068.3离散余弦变换(DCT)3088.3.1DCT的定义3088.3.2DCT和KL变换的关系3098.4图像压缩简介3128.4.1图像的基本概念3138.4.2图像压缩的基本概念3148.4.3图像压缩国际标准简介3198.5与本章内容有关的MATLAB文件322习题与上机练习323参考文献325第9章数字信号处理的硬件实现3279.1DSP微处理器概述3279.1.1DSP处理器在结构上的主要特点3289.1.2DSP处理器在结构上的新发展3339.1.3DSP处理器的发展趋势3349.2评价DSP性能的几个主要指标3389.3TI DSP产品的路线图3399.3.1TI早期的DSP产品3399.3.2TI DSP的三大主流产品3409.3.3TI DSP的新产品3429.4TI几个典型DSP芯片的结构与性能3459.4.1TMS320C25的结构及主要性能3459.4.2TMS320F28M35X系列的结构及主要性能3499.4.3TMS320C553X系列的结构及主要性能3509.4.4OMAPL138的结构及主要性能3519.4.5TMS320DM8168的结构及主要性能3529.4.6TMS320C6678的结构及主要性能3539.5基于TMS320系列DSP系统的设计与调试3559.5.1系统设计的总体考虑3559.5.2软件开发工具3569.5.3硬件系统集成及调试工具3589.6DSP在医疗仪器中的应用简介362参考文献364