Introduction to Digital Signal Processing is intended primarily as a text for a junior or senior-level course for students of electrical and computer engineering.? It is also suitable for self-study by practicing engineers with little or no experience with digital signal processing.
Introduction to Digital Signal Processing covers the information that the electrical computing and engineering student needs to know about DSP. Core material, with necessary theory and applications, is presented in Chapters 1-7. Four unique chapters that focus on advanced applications follow the core material. MATLAB? is heavily emphasized throughout the book. Most applications have an accompanying lab or sequence of homework problems that have a lab component.
本书是美国伊凡斯维尔大学电子与计算机工程专业的DSP课程教材，注重理论与应用相结合，前7章重点讲述数字信号处理基础理论和知识，包括DSP的概述、线性信号和系统概念、频率响应、抽样和重建、数字滤波器的分析和设计、多速率DSP系统；后4章侧重于DSP应用，包括数字滤波器的实现、数字音频系统、二维数字信号处理和小波分析。本书可作为电子信息、通信、控制、仪器仪表等相关专业本科生的DSP课程教材，对初级DSP工程师也是一本实用的参考书。
本书特色
内容丰富，实例和案例选材得当，有助于读者理解理论知识，并引导读者深入学习应用内容。
前7章涵盖DSP核心内容，既可以按照章节的顺序进行讲解，也可以将第4章放在第5章和第6章的后面讲解，可以让读者对DSP硬件有更多的了解。
MATLAB仿真贯穿全书。每章后面增加了大量的概念题，有助于读者理解各种变换的计算方法，同时对DSP系统的开发有直接的认识。
译者简介
陈后金?博士，教授，博士生导师，北京交通大学电路与系统博士点学科负责人，教育部电工电子教学指导委员会副主任。主持建设了国家级教学基地、国家级实验教学示范中心、国家级视频公开课程、国家级精品资源共享课程、国家级精品课程、国家级双语教学示范课程、国家级教学团队，主编了多部国家“十五”、“十一五”、“十二五”规划教材和国家级精品教材。近年来，主持20多项国家级教研和科研项目，发表了100多篇研究论文。先后获得了国家级教学成果奖、国家级教学名师奖、宝钢优秀教师特等奖、霍英东青年教师奖，以及多项省部级科技进步奖，被评为铁道部青年科技拔尖人才、教育部新世纪优秀人才、国务院特殊津贴专家、全国优秀教师，入选首批中组部“万人计划”教学名师。
历史背景
像许多电子工程课程一样，数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)最初是一门研究生课程，近30年来，其逐渐向本科课程渗透，成为电子与计算机工程的本科课程。由于技术的发展，DSP的应用无处不在，这也是其成为本科课程的主要原因之一。大多数的汽车、几乎每一个家庭、我们随身携带的很多个人物品都包含DSP的应用。在一些本科课程中，DSP通常作为高年级的选修课。在很多教学大纲中，DSP课程已成为必修课，或者集成到其他必修课中，作为其中的一部分。
概述
本书主要作为电子与计算机工程专业学生的专业课教材，同时也适合作为对DSP不太了解的工程师的自学教材。我们写这本书的目的在于，我们认为电子与计算机工程专业的本科生有必要学习DSP的导论性课程。在写这本书的过程中，我们假设学生已经掌握了差分方程和线性信号与系统的相关知识。
本书的核心在于介绍DSP中的基本概念，这些概念是电子与计算机工程系的每个学生应该理解的。这些核心是以伊凡斯维尔大学大三第二学期学生在该课程学习中遇到的问题为基础的，核心内容主要在前7章体现。我们建议以本书为教材的课程包含前7章的内容，可选择性地增加一或两章后面章节的内容。
同时，我们建议将本书作为本科生DSP相关课程学习的最后一门课程，只有少数学生会继续深入研究这个领域，大部分学生将会研究微电子、计算机、电力系统等。本书侧重于应用，建议在课程中给学生提供相应的实验室，并布置一些与实验相关的作业。
MATLAB在本书中应用很多，在实际编程中，我们一般使用C语言或者其他类似的语言，但在该课的教学中，使用MATLAB仿真。在本书中，我们也完成了C语言编程的几个例子，这些例子可在32位微控制器或专用的DSP系统平台上运行。
本书每章后面的习题设置与大多数教材有所不同，除了标准的分析设计题外，我们增加了大量的概念题。分析设计题的答案一般为数值、图或设计，而概念题的答案一般是一些定性的解释。增加概念题的目的在于，我们希望学生不仅能做数学计算，而且对DSP系统的开发有直接的认识。
内容安排
前7章主要包含电子与计算机工程师应该了解的基本数字信号处理知识，我们希望使用本书的每个人理解这7章，同时对于讲授课程的老师来说，建议按照章节的顺序进行讲解。但对于侧重使用DSP硬件的老师来说，将第4章放在第5章和第6章的后面也是可行的，这样的好处是能让学生对DSP硬件有更多的了解，不足之处是学生在了解抽样过程之前就使用了这个概念。
第1章是对DSP的简单介绍，包含DSP的概述、一些注意事项和一个双线性变换求导的例子，回答了“什么是数字滤波器”的问题，一般在课程的第一天讲解该章。
第2章和第3章包含基本的线性信号和系统概念，是后面章节的基础。第2章介绍离散时间信号和系统的特点与性质，该章节涉及较少新的概念，大部分为介绍性知识，一般用两节课的时间可以讲完。第3章介绍频率响应的基本概念，该章由傅里叶级数出发，引出傅里叶变换、离散时间傅里叶变换、离散傅里叶变换、拉普拉斯变换和z变换。对于大多数的学生来说，可以粗略地阅读该章的大部分，但是对z变换可能需要引起较多的重视，该章一般需要4～7个学时。
第4章介绍了抽样和重建，该章包含模数转换、δ-Δ转换器、抗混叠滤波器、过抽样、抗镜像滤波器和信号重建，一般需要3个学时。对于使用硬件实验室的老师来说，学生可以进行包含抽样理论、混叠、模数转换和数模转换的相关实验。
第5章和第6章介绍数字滤波器的分析和设计，首先第5章介绍FIR滤波器，IIR滤波器在第6章介绍，重点应放在使用标准方法对FIR与IIR滤波器进行设计。这两章包含经典的滤波器设计，如窗函数法、帕克斯麦克莱伦法、脉冲响应不变法、巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、双线性变换以及IIR滤波器的直接设计，这两章至少需要20个学时。对于使用硬件系统的老师来说，学生应该编写相应的程序在所设计的滤波器系统上运行。
第7章介绍多速率DSP，主要包括抽取、内插、抽样速率转换和多速率DSP系统的应用，该章节较短，可用3个学时完成。
对于对DSP要求不高的课程来说，剩下的5～7个学时可进行选择性讲解，第8～11章为DSP系统的应用，为前7章的理论知识提供应用的领域，每一章都是独立的，仅和前7章的内容相关。第8～11章的顺序可以是任意的，一般仅需包含一到两章即可。
第8章讨论DSP的实现，包含FIR和IIR实现过程中速度和位数的限制，定点和浮点操作，量化误差和噪声，同时提供一些例题。所有代码是以C或类似语言编写的。
第9章介绍数字音频系统，该章强调MATLAB的非实时应用，主要内容为音频滤波器、过抽样、混响、量化和其他音效。MATLAB可以读取和写入wav文件，可以有效地对该章的例题进行验证。
第10章介绍二维数字信号处理，该章节以二维傅里叶变换和二维快速傅里叶变换开始，同时介绍二维离散余弦变换（DCT）。该章仅对傅里叶变换进行了简要的介绍，剩下的大部分用来介绍二维FIR滤波器。该章使用MATLAB的图像处理工具箱。
第11章介绍小波分析，重点介绍Haar小波，尽管在实际应用中很少使用Haar小波，但其很容易理解。该章还介绍能量紧支撑和多分辨率分析，Daubechies小波在去噪和信号压缩中的应用。该章的主要目标是让学生对小波的应用有一定的了解。该章还介绍连续小波变换和离散小波变换，使用了MATLAB的小波工具箱。
附录介绍本书的一些相关资料。
附录A介绍模拟滤波器设计，大多数IIR滤波器设计需要依赖模拟滤波器的设计，之后使用映射函数将s域映射到z域。附录对经典滤波器（巴特沃斯、切比雪夫和椭圆滤波器）的设计进行了概述，之后介绍了拉普拉斯域的传输函数。
附录B提供每章主要的参考文献。
附录C提供数学背景知识，包括矩阵操作和基本的状态变量方程。
附录D列出每一章中使用到的MATLAB函数，及其相应的介绍。
本书还提供了部分习题的答案。
致谢
作者首先感谢James Reising在本书撰写过程中的支持和鼓励，Jim对每个章节进行了校对并提出了许多有用的意见，作者对此表示感谢。作者同时感谢在过去十年中学习EE 311课程的学生，他们提供了很多独特的见解，这些见解在帮助学生理解离散时间系统和数字信号处理概念有很大帮助。我们还要感谢我们的妻子，Ann和Judith，本书的完成与她们的支持和鼓励分不开。
作者对审阅本书内容的审稿人表示感谢：
Ikhlas Abdel-Qader，西密歇根大学（Western Michigan University）
Mahmood Nahvi，加州理工州立大学圣路易斯奥比斯波分校（California Polytechnic State University-San Luis Obispo）
Zhi Ding，加州大学戴维斯分校（University of California-Davis）
David Salvia,宾州州立大学（Penn State University）
Alan Chiu，路易斯安那理工大学（Louisiana Tech University）
Jason Trobaugh，圣路易斯华盛顿大学（Washington University in St.Louis）
Michael Wakin，科罗拉多矿业大学（Colorado School of Mines）
数字信号处理
本书是美国伊凡斯维尔大学电子与计算机工程专业的DSP课程教材，注重理论与应用相结合，前七章重点讲述数字信号处理基础理论和知识，包括DSP的概述、线性信号和系统概念、频率响应、抽样和重建、数字滤波器的分析和设计、多速率DSP系统；后四章侧重于DSP应用，数字滤波器的实现、数字音频系统、二维数字信号处理和小波分析，MATLAB仿真贯穿全书。本书可作为电子信息、通信、控制、仪器仪表等相关专业本科生DSP课程教材或，对初级DSP工程师也是一本实用的参考书。
本书特色
内容翔实丰富，实例和案例选材得当，有助于读者理解理论知识，并引导读者深入学习应用内容。前7章涵盖了DSP核心内容，既可以按照章节的顺序进行讲解，也可以将第4章“抽样与重建”放在第5章和第6章数字滤波器设计的后面讲解，可以让读者对DSP硬件有更多的了解。
MATLAB仿真贯穿全书，使用C语言编程，并可在32位微控制器或专用的DSP系统平台上运行。每章后面的习题除了标准的分析设计题外，增加了大量的概念题，以期望读者不仅能做数学计算，同时对DSP系统的开发有直接的认识。
译者简介：
陈后金博士，二级岗教授，博士生导师，北京交通大学电路与系统博士点学科负责人，教育部电工电子教学指导委员会副主任。主持建设了国家级教学基地、国家级实验教学示范中心、国家级视频公开课程、国家级精品资源共享课程、国家级精品课程、国家级双语教学示范课程、国家级教学团队，主编了多部国家“十五、十一五、十二五”规划教材和国家级精品教材。近年来，主持20多项国家级教研和科研项目，发表了100多篇研究论文。先后获得了国家级教学成果奖、国家级教学名师奖、宝钢优秀教师特等奖、霍英东青年教师奖，以及多项省部级科技进步奖，被评为铁道部青年科技拔尖人才、教育部新世纪优秀人才、国务院特殊津贴专家、全国优秀教师，入选首批中组部“万人计划”教学名师。
陈后金 李居朋 姚畅 李艳凤 译：暂无简介
20世纪以来，电子信息技术得到了迅速发展，数字化与信息化已深刻影响并改变着我们的生存和发展方式。数字信号处理课程是电子与电气信息类学科专业的核心课程，相关的原理和技术是通信与控制等诸多学科的基础。由于工业化起源于欧美国家，催生了其在电子与电气信息领域有着诸多的发现和发明，特别对信息技术的发展发挥了重要作用。因此，我们需面向世界和未来，引进国外优秀的教学素材，借鉴其先进的教学理念和课程体系，在教学实践中结合国内高等教育的特点，以期提高课程教学效果和人才培养质量。
机械工业出版社引进了系列化的国外教材，本教材由美国Dick Blandford和John Parr教授主编。该教材体系结构清晰，内容翔实丰富，特别注重理论技术与工程实际的紧密结合。教材中示例和案例选材得当，有助于读者理解相关内容并有助于引导读者尝试应用。在翻译该教材的过程中，充分领会原作者的教学意图，并结合自身多年教学经验对部分文字或内容进行了适当意译或修改（英文原书更像是教学手稿，存在百余处文字错误或表述瑕疵，中文翻译版已全部校正），以达精益求精，期望此教材译本对读者有所裨益，对国内相关教材建设具有积极影响。
全书共11章，其中第1章、第10章和附录由姚畅翻译，第8章和第9章由李居朋翻译，第4章和第7章由李艳凤翻译，其余内容由陈后金翻译，并对全书译稿进行了统稿和校核。此外，韩振中、曹霖、陈通、刘睿欣和李冰洁也在书稿翻译中给予了很多帮助，在此一并表示感谢。
陈后金
2014年8月
出版者的话
译者序
前 言
第1章 概述1
1.1 什么是数字滤波器2
1.2 分析与设计概述10
习题12
第2章 离散时间信号15
2.1 离散时间信号和系统16
2.2 离散时间信号的变换20
2.3 离散时间信号的特性24
2.4 常见的离散时间信号28
2.5 离散时间系统32
2.6 离散时间系统的卷积35
小结43
习题43
第3章 频域概念48
3.1 正交函数和傅里叶级数49
3.2 傅里叶变换54
3.3 离散时间傅里叶变换61
3.4 离散傅里叶变换65
3.5 快速傅里叶变换68
3.6 拉普拉斯变换75
3.7 z变换79
小结92
习题92
第4章 抽样与重建99
4.1 连续时间信号抽样100
4.2 抗混叠滤波器102
4.3 抽样过程105
4.4 A/D转换106
4.5 D/A转换114
4.6 抗镜像滤波器116
习题119
第5章 FIR滤波器设计与分析124
5.1 滤波器设计指标124
5.2 FIR滤波器设计的基本原理125
5.3 高级窗函数139
5.4 频率抽样FIR滤波器144
5.5 FIR滤波器的帕克斯麦克莱伦设计技术148
5.6 最小相位FIR滤波器154
5.7 应用157
5.8 FIR滤波器小结165
习题165
第6章 IIR滤波器设计与分析174
6.1 利用双线性变换法设计IIR滤波器174
6.2 IIR滤波器的稳定性180
6.3 频率变换182
6.4 经典IIR滤波器185
6.5 IIR滤波器在z平面的极点和零点196
6.6 IIR滤波器的直接设计198
6.7 IIR滤波器的应用208
小结217
习题217
第7章 抽样速率转换228
7.1 整数抽取228
7.2 整数内插232
7.3 有理数倍抽样速率转换236
7.4 FIR数字滤波器的实现237
7.5 窄带滤波器243
7.6 任意数值的抽样速率转换244
7.7 带通抽样245
7.8 过抽样在音频中的应用247
小结248
习题248
第8章 数字滤波器的实现253
8.1 实施问题253
8.2 数字表示254
8.3 实现结构257
8.4 系数量化误差268
8.5 输入量化产生的输出误差272
8.6 乘积量化274
8.7 量化和抖动275
8.8 溢出和缩放277
8.9 极限环280
8.10 微控制器DSP285
习题292
第9章 数字语音信号300
9.1 语音信号的性质300
9.2 语音文件编码300
9.3 音频文件格式306
9.4 音效307
小结333
习题333
第10章 二维数字信号处理简介337
10.1 二维信号的表示337
10.2 二维变换340
10.3 二维FIR滤波器357
小结368
习题369
第11章 小波简介377
11.1 概述377
11.2 STFT380
11.3 小波及其连续小波变换382
11.4 小波变换数据的解释392
11.5 NDWT396
11.6 DWT399
小结413
习题414
附录A 模拟滤波器设计420
附录B 参考文献429
附录C 数学背景433
附录D MATLAB用户自定义函数和命令437
部分习题答案453
