数字信号分析和处理(第2版）_张旭东、崔晓伟、王希勤_9787302577805

本书系统深入地介绍了数字信号分析和处理的原理和算法。全书由12章组成。第1章是预备知识，概述了连续信号处理的基本知识和采样定理，连续信号处理的各种概念和技术对于深入地理解数字信号处理的结果是非常有帮助的. 第2~8章是全书的核心，包括离散信号与系统的表示、离散变换和快速算法、数字频谱分析、数字滤波器设计和实现、希尔伯特变换和复倒谱、多采样率处理等；第9~12章介绍了几个与实际应用更加密切的专题，包括有限字长效应、带通采样和I/Q采样技术、数字处理提高A/D和D/A性能、自适应滤波器和数字信号处理系统实现技术等。

《数字信号分析和处理》已出版7年，现根据读者的反馈和教学实践对第1版做必要的修订。
作为大学本科或专业硕士学位的专业基础课，数字信号处理课程的核心内容已经成熟。考虑到本书第1版在原理和算法方面的选择仍能适应当前和未来一段时间教学需要，因此第2版的整体改动并不大。除了对书中少量文字表述和公式符号做了必要的修改和润色，以及第2章中增加了z变换的两个性质和第9章中增加了自适应滤波器的应用举例一节外，第2版的主要变化包括如下两部分。
（1）删除了第1版中第12章数字信号处理的系统实现概述。随着电子信息技术的快速发展，数字信号处理系统以数字信号处理器（DSPs）或DSPs FPGA为主流结构的状况已经发生了变化，目前实际信号处理系统的组成结构呈现出更加多样化的发展趋势。本书作为以讲授数字信号处理基础理论和算法为目标的教材，对随技术发展变化相对较快的信号处理系统各种实现方式进行深入的介绍并无必要。基于这种考虑，删除第1版中介绍系统实现这一章。
（2）对习题做了较多补充。一本成熟的教材应该有足够数量且反映不同难度层次的习题。第1版尽管提供了可支持教学需求的习题，但在数量和层次上仍有所不足。第2版新增了较多数量和面向不同读者层次要求的习题，并且把习题明确分为普通习题和MATLAB编程习题两大类。新版的习题总计约230题，比第1版增加了近一倍，为教师教学和学生学习提供了更大的选择性。
目前，学生上机进行MATLAB练习的情况比较普及。第2版中大多数MATLAB习题都是比较简单的练习题，可随每章的普通作业一起布置给学生作为课下练习来完成。此外，在课程教学过程中也可灵活使用MATLAB习题，例如可选择一个较复杂综合的MATLAB习题布置给学生，作为课程实践，并将其成绩计入学期成绩。对于使用本书的自学者，若有条件，在学习各章时可多做一些MATLAB练习。
关于本教材的目标和针对的教学需求与第1版一致。需要提到的一点是，在第1版前言中强调本书适用于对数字信号处理要求较高的本科生或工程硕士研究生。目前研究生培养模式开展了以专业硕士替代原来的工程硕士的调整，所以本教材同样适用于电子信息类或相关工程类专业硕士数字信号处理课程。
感谢清华大学出版社王一玲、曾珊、钟志芳编辑在本书出版过程中给予的帮助和支持。
新版教材仍会存在缺点和不足，希望读者批评指正。

作者
于清华园
2021年8月

前言
数字信号处理是国内外高校电子信息专业普遍开设的课程，目前很多高校的生物医学工程、机械、电气、自动化、航空航天等许多专业也开设同名课程。课程的目的是介绍广泛应用于各领域的数字信号处理方法，为实现各类数字或离散系统的信号设计、分析和处理提供理论基础和实现算法，也为更深入广泛地学习诸如图像处理、语音处理、雷达信号处理、通信信号处理、振动信号处理、医学信号处理等更专业的信号处理打下坚实的基础。
本书是作者在清华大学电子工程系长期讲授数字信号处理课程的基础上，由多年积累的讲义整理扩充而成的。
一本教材通常有两类典型写法。类是按照预定的教学大纲或学时组织材料，教材的内容满足于一门规定课程的教学需求。这样的教材因其精练，为学生提供一本经济的教材是其明显的优势，许多规划教材属于这一类。第二类更着重反映学科的系统性和完整性，既注重对核心知识细致深入的探讨，也提供一定的知识外延。正因如此，其内容一般会超出一门课程的需要，篇幅会更大；但这类教材为任课教师提供选择的灵活性，也为好学的学生留下足够的自学材料。两类教材各有优缺点，也有教材在两者之间进行平衡。本书偏于第二类。
本书的核心包括第2~8章和第10章的不带星号的内容，这些章节足够一学期的数字信号处理课程使用；第9、11、12章和其他章节带星号的内容是扩充性材料，供任课教师自由选择或学生自学使用；第1章是预备性内容，复习了连续信号分析和处理的基本知识，以更方便读者使用。为学好数字信号处理，经常需要回顾一些连续信号处理的概念，这些概念在第1章大都可以找到；另外，第1章后一节（即1.6节）详细讲解了采样定理，这节内容应该在数字信号处理课程上给予适当深度的复习。
数字信号处理学科具有比较完整的理论、方法和实现算法，又有非常广泛的应用，而广泛的应用又催生了许多软件工具用于数字信号处理算法的仿真、系统设计和系统模拟。MATLAB的信号处理工具箱（SPB）是目前应用广泛的一种信号处理软件包。结合MATLABSPB学习数字信号处理，一方面为理解信号处理算法提供一个良好的可视化实验环境；另一方面，也可早日掌握一种非常有用的软件工具。本书对MATLABSPB给予适当重视，在各章末尾专门设置一节介绍相关MATLAB函数和一些实现例程。这样的处理既不打乱对数字信号处理理论和算法论述的系统性，对MATLAB不感兴趣或暂时没有MATLAB基础的读者可直接跳过各章的这一节而不影响全书的连贯性，同时又给予MATLAB工具以相当篇幅的介绍。本书以数字信号处理原理和算法为主旨，MATLAB介绍是辅助性的，只选择部分重要的函数给出简单介绍，例程也主要为说明正文中的算法。若要看懂本书介绍MATLAB的小节，要求读者对MATLAB编程有初步知识。本书不介绍MATLAB编程基础，希望学习MATLAB编程的读者参考有关MATLAB教材，对于SPB函数集的完整介绍可参考MATLAB文档或MATLAB在线帮助功能。书中专门安排了几个MATLAB大作业，习题中带*号的是这类作业。
本书可以作为电子信息、通信、电子科学技术等专业本科生数字信号处理课程的教材；适当减少理论部分并选择一些扩充性章节，也可作为工程硕士课程的教材；还可作为本科没有开设数字信号处理课程的专业用作研究生教材。本书亦可作为有关行业工程师或科技人员的参考书。本书的核心内容在清华大学电子工程系本科课程中使用多年，加上扩充材料（第9、11章）后也在该系工程硕士班使用多次，大多数材料还在安捷伦北京研发中心工程师培训课程中使用过。通过适当选择，本书可用于多种不同类型的课程。
感谢应启珩教授对本书初稿进行了细致的审核，提出了许多有建设性的修改意见。电子科技大学彭启琮教授和清华大学胡广书教授对本书的提纲提出许多有益的建议，谨表谢意。我们教学过程中也曾使用本系教授应启珩、冯一云、窦维蓓编著的《离散时间信号分析和处理》一书作为教材或参考书，本书有几个例子取材于该书，谨向三位同事表示感谢。特别是应启珩和冯一云先生是我们的老师和前辈，对我们都有过指导。我们的学生高昊、闫慧辰、黄丽刚、李杰然、李方圆、高艳涛、汪沣、谢林、刘婧、郭元元、王智睿等帮助准备了部分MATLAB例程，也帮助校对了部分初稿，谢谢他们。同时感谢多年来选择我们课程的同学，他们的疑问、讨论和反馈对改善本书的质量不可或缺。
作者之一张旭东教授感谢TEXAS INSTRUMENTS（TI） Leadership Program长期给予的支持，感谢TI对我们DSP课程改革和实验环境改善给予的支持，感谢沈洁女士和她的团队、林昆山博士、Gene A Frantz先生在DSP应用上的合作与支持。
尽管我们做了努力，本书仍难免有疏漏和不足之处，望读者指正。
作者
2014年1月

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