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| 內容簡介： |
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数字信号处理的内容广泛、理论复杂，广大读者迫切需要一本适应学科发展并能和LabVIEW的工程实际相结合的教科书。本书力求在详尽论述数字信号处理基础理论的同时，更多地通过专门设计的LabVIEW课程实验来帮助读者了解和掌握数字信号处理的基础概念和原理，并解决基本的数字信号处理工程问题。全书分为10章，包括绪论、离散时间信号与系统的时域分析、离散时间信号与系统的z域分析和频域分析、离散傅里叶变换、离散傅里叶变换的快速算法及其他变换、数字滤波器的实现结构、IIR数字滤波器的设计方法、FIR数字滤波器的设计方法、LabVIEW编程简介、基于LabVIEW的数字信号处理实
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| 關於作者： |
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邢冀川，1992年北京理工大学光学工程系学士，2003年北京理工大学信息学院硕士，2006年北京理工大学信息学院博士。现为北京理工大学教师。已获得7项发明专利授权和获批6项发明专利申请，共发表十多篇SCI、EI论文。主要研究方向为光电信息处理、光电检测和图像处理。
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| 目錄：
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目 录
第0章 绪论 1
0.1 数字信号处理的简述 1
0.1.1 信号 1
0.1.2 数字信号处理的理论基础 2
0.2 数字信号处理的实现 3
0.3 数字信号处理的应用 3
0.3.1 数字信号处理系统的突出优点 3
0.3.2 数字信号处理的典型应用 4
0.4 LabVIEW及其信号处理应用介绍 7
本章小结 9
习题 9
第1章 离散时间信号与系统的时域分析 10
1.1 离散时间信号——序列 10
1.1.1 序列的定义 10
1.1.2 序列的基本运算 10
1.1.3 常用典型序列 13
1.2 线性时不变系统 15
1.2.1 线性系统 16
1.2.2 时不变系统 17
1.2.3 线性时不变系统的输入、输出关系 18
1.2.4 线性时不变系统的性质 19
1.2.5 因果系统 20
1.2.6 稳定系统 21
1.3 常系数线性差分方程 23
1.3.1 常系数线性差分方程的定义 23
1.3.2 常系数线性差分方程的递推解法 24
1.4 连续时间信号的抽样 27
1.4.1 理想信号的抽样 27
1.4.2 信号的重建 30
1.4.3 信号的实际抽样 32
本章小结 33
习题 33
第2章 离散时间信号与系统的z域分析和频域分析 35
2.1 Z变换的定义及收敛域 35
2.1.1 Z变换的定义 35
2.1.2 Z变换的收敛域 35
2.1.3 常用序列的Z变换 39
2.2 Z反变换 41
2.2.1 留数法 41
2.2.2 部分分式展开法 43
2.2.3 长除法 44
2.3 Z变换性质和定理 45
2.3.1 Z变换基本性质 45
2.3.2 Z变换定理 48
2.4 Z变换与其他变换之间的关系 53
2.4.1 Z变换与拉普拉斯变换的关系 53
2.4.2 Z变换与傅里叶变换的关系 54
2.4.3 序列的傅里叶变换 55
2.5 傅里叶变换中的对称性质 56
2.5.1 共轭对称序列与共轭反对称序列 56
2.5.2 用共轭对称序列与共轭反对称序列表示任一序列 57
2.5.3 序列傅里叶变换的分解 57
2.5.4 两个性质 58
2.5.5 序列与傅里叶变换的对应关系 58
2.5.6 实序列的虚实、奇偶特牲 59
2.6 离散系统z域的分析 60
2.6.1 系统函数 61
2.6.2 离散系统的因果性和稳定性 61
2.6.3 系统的频率响应 63
2.6.4 频率响应的几何确定法 63
本章小结 66
习题 66
第3章 离散傅里叶变换（DFT） 68
3.1 傅里叶变换的几种可能形式 68
3.2 离散傅里叶级数（DFS） 70
3.3 离散傅里叶变换（DFT） 70
3.3.1 DFT的定义 71
3.3.2 DFT与其他变换之间的关系 72
3.4 离散傅里叶变换的性质 73
3.4.1 DFT的隐含周期性 73
3.4.2 线性性质 74
3.4.3 循环移位性质 74
3.4.4 循环卷积定理 76
3.4.5 翻转序列和复共轭序列的DFT 79
3.4.6 DFT形式下的帕塞瓦尔定理 79
3.4.7 DFT的共轭对称性 80
3.5 频域采样定理 87
3.6 DFT的应用举例 90
3.6.1 用DFT计算线性卷积 91
3.6.2 用DFT对信号进行谱分析 101
3.6.3 用DFT对双音多频信号进行检测 111
本章小结 114
习题 114
第4章 离散傅里叶变换的快速算法（FFT）及其他变换 123
4.1 提高DFT运算速度的主要方法 123
4.2 按时间抽取奇偶分解的基2-FFT算法 126
4.2.1 基2-DIT-FFT算法的基本原理 126
4.2.2 基2-DIT-FFT算法的运算量 131
4.2.3 基2-DIT-FFT算法的运算特点 133
4.3 按频率抽取奇偶分解的基2-FFT算法 137
4.3.1 基2-DIF-FFT算法的基本原理 137
4.3.2 基2-DIF-FFT算法的特点 140
4.3.3 基2-DIT -FFT算法与基2-DIF-FFT算法的比较 141
4.4 离散傅里叶反变换（IDFT）的快速计算方法（IFFT） 142
4.4.1 稍微变动FFT参数的IFFT实现方法 142
4.4.2 直接利用FFT算法的IFFT实现方法 144
4.4.3 利用DFT的对称定理的IFFT实现方法 144
4.5 进一步减小运算量的方法 144
4.5.1 多类蝶形单元运算 145
4.5.2 旋转因子的生成 146
4.5.3 实数序列的FFT 146
4.6 其他快速算法简介 147
4.6.1 分裂基FFT算法 147
4.6.2 线性调频Z变换 152
4.7 离散余弦变换简介 157
4.7.1 离散余弦变换的定义 157
4.7.2 离散余弦变换DCT与离散傅里叶变换DFT之间的关系 159
4.8 FFT的实际应用 161
4.8.1 线性卷积的快速计算 161
4.8.2 利用FFT算法计算线性相关 161
本章小结 162
习题 162
第5章 数字滤波器的实现结构 166
5.1 数字滤波器结构的表示方法及其分类 166
5.1.1 数字滤波器结构的表示方法 166
5.1.2 数字滤波器的分类 167
5.2 无限长脉冲响应（IIR）滤波器的实现结构 168
5.2.1 直接型 168
5.2.2 级联型 171
5.2.3 并联型 173
5.3 有限长脉冲响应（FIR）滤波器的实现结构 174
5.3.1 直接型 175
5.3.2 级联型 176
5.3.3 频率采样型 177
5.3.4 线性相位型 181
本章小结 184
习题 185
第6章 IIR数字滤波器的设计方法 190
6.1 数字滤波器的基本概念 190
6.1.1 数字滤波器的分类 191
6.1.2 数字滤波器的性能指标 192
6.1.3 数字滤波器的设计方法 193
6.2 模拟滤波器的设计 194
6.2.1 模拟滤波器的技术指标 195
6.2.2 巴特沃思低通滤波器的设计 196
6.2.3 切比雪夫滤波器的设计方法 200
6.3 频率变换 203
6.3.1 低通变换 203
6.3.2 高通变换 204
6.3.3 带通变换 205
6.3.4 带阻变换 207
6.4 脉冲响应不变法 209
6.5 双线性变换法 214
6.6 其他类型数字滤波器的设计 222
本章小结 227
习题 227
第7章 FIR数字滤波器的设计方法 231
7.1 线性相位FIR数字滤波器的特点 231
7.1.1 线性相位条件 232
7.1.2 线性相位FIR 滤波器幅度特性Hgω的特点 234
7.1.3 线性相位FIR 滤波器的零点分布特点 238
7.2 窗函数设计法 239
7.2.1 窗函数法的设计思想 240
7.2.2 常用窗函数 244
7.2.3 窗函数法的设计步骤 246
7.3 频率采样设计法 250
7.3.1 频率采样法的基本原理 251
7.3.2 频率采样法的线性相位条件 251
7.3.3 逼近误差分析及改进措施 253
7.3.4 频率采样法的设计步骤 254
7.4 IIR和FIR数字滤波器的比较 255
本章小结 256
习题 257
第8章 LabVIEW编程简介 263
8.1 LabVIEW基本开发环境简介 263
8.1.1 LabVIEW软件的安装和启动 263
8.1.2 前面板 264
8.1.3 程序框图 266
8.1.4 LabVIEW程序的运行与调试 269
8.1.5 理解LabVIEW的数据流 270
8.2 LabVIEW中的条件结构与循环结构 271
8.2.1 条件结构 271
8.2.2 循环结构 272
8.3 数组与簇 274
8.3.1 数组 274
8.3.2 簇 276
8.3.3 错误簇 278
8.4 波形显示控件 278
8.4.1 波形数据 279
8.4.2 波形图表 280
8.4.3 波形图 282
8.4.4 XY图 283
8.5 子VI 284
习题 286
第9章 基于LabVIEW的数字信号处理实验 288
9.1 信号序列生成 288
9.2 信号时域分析 294
9.3 离散时间序列信号的卷积 297
9.4 信号频域分析 301
9.5 数字滤波器设计与应用 309
9.6 数字滤波器的系数量化误差 316
9.7 信号的内插与抽取 320
9.8 高级数字信号处理技术的应用* 323
9.9 结合数据采集（DAQ）硬件的信号处理实验 331
9.9.1 数据采集系统（DAQ）与实验平台简介 332
9.9.2 基于NI ELVIS（或NI myDAQ）的波形信号采集 335
9.9.3 对真实信号的实时采集和频谱分析 344
9.9.4 信号的滤波、合成与输出 347
9.10 在嵌入式硬件上实现信号处理算法 355
9.10.1 用于信号处理应用的嵌入式硬件平台 355
9.10.2 基于LabVIEW的嵌入式应用开发与应用 355
参考文献 362
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| 內容試閱：
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前 言
随着计算机和微电子等学科的飞速发展，数字信号处理的理论、算法及实现手段也都获得了飞速的发展，并且应用越来越广泛。为适应这一发展对人才的需要，目前国内外高校中开设数字信号处理课程的专业也越来越多。
LabVIEW是美国国家仪器（National Instruments，简称NI）公司最早于1986年推出的一款软件，最初主要是为了简化工程人员开发PC与仪器设备之间数据通信和数据处理的相关应用，所以一开始就提供了非常方便的程序界面设计工具以及基于数据流的图形化编程方式。
针对信号处理应用，LabVIEW本身提供丰富的数学运算和信号处理函数库，另外还提供一些专门的附加工具包，对某一方面的信号处理应用提供更多专业的函数工具。这些工具包包括数字滤波器设计工具包、高级信号处理工具包、自适应滤波器设计工具包、声音与振动分析套件等。
数字信号处理的内容广泛，理论复杂，广大读者迫切需要一本适应学科发展并能和LabVIEW的工程实际相结合的数字信号处理的教科书。本书正是朝着这一目标进行努力与尝试。本书力求在详尽论述数字信号处理基础理论的同时，更多地通过专门设计的LabVIEW课程实验来帮助学生了解和掌握数字信号处理的基础概念和原理，并能解决基本的数字信号处理工程问题。
本书将数字信号处理中的基础部分，即通常称为“理论”的部分，集中安排在了前七章。把LabVIEW的编程介绍和数字信号处理相关实验课程安排在了后两章。理论部分包括离散时间信号与系统的时域分析、离散时间信号与系统的z域分析和频域分析、离散时间信号的傅里叶变换（DTFT）、离散傅里叶变换（DFT）、离散傅里叶变换的快速算法（FFT）及其他变换、数字滤波器的实现结构、IIR数字滤波器设计、FIR数字滤波器设计。课程实践包括LabVIEW编程简介、基于LabVIEW的数字信号处理课程实验。这样安排篇章结构可让学生易于了解数字信号处理中庞大知识体系的脉络结构及内在联系，也方便组织教学和实验。
第0章绪论介绍数字信号处理的基本概念和基本分析方法以及处理过程，说明了数字信号处理的特点与重要性，最后给出了一些应用实例。另一方面，介绍了目前工程上流行的通过LabVIEW编程来进行信号处理的方法和应用举例。
第1章离散时间信号与系统的时域分析主要讨论了4个内容：离散时间信号、线性时不变离散时间系统、常系数差分方程和连续时间信号的采样。
第2章离散时间信号与系统的z域分析和频域分析重点讨论了Z变换有关问题。主要包括Z变换的定义，Z变换的收敛域，Z变换的基本性质和定理，以及一些常用序列的Z变换。本章讨论的另一个重要内容是Z变换与拉普拉斯变换、傅里叶变换的关系，以及傅里叶变换的一些对称性质；借助这种关系能更深刻地认识离散时间系统的系统函数与频率响应，以及它们之间的关系。
第3章离散傅里叶变换重点讨论了DFT的有关问题。主要包括DFT的定义、性质及其物理含义，频域采样定理，以及傅里叶变换的几种可能的形式以及DFS的概念。本章讨论的另一个重要内容是DFT的应用。主要包括利用DFT计算线性卷积、利用DFT对信号进行谱分析以及利用DFT 对双音多频信号进行检测。
第4章离散傅里叶变换的快速算法及其他变换重点讨论了两种基2-FFT算法的有关问题。主要包括基2-DIT-FFT算法以及基2-DIF-FFT算法的基本原理、运算量及其运算特点，离散傅里叶反变换的快速计算方法，以及进一步减小运算量的方法。本章还讨论了其他一些快速算法以及FFT的实际应用。
第5章数字滤波器的实现结构重点讨论了IIR和FIR这两种滤波器的实现结构。IIR滤波器的实现结构包括直接型、级联型、并联型；FIR滤波器的实现结构包括直接型、级联型、频率采样型、线性相位型。本章还讨论了这两种滤波器实现结构各自的特点。
第6章IIR数字滤波器的设计方法重点讨论了脉冲响应不变法和双线性变换法这两种滤波器的设计方法。在此之前，还介绍了数字滤波器的基本概念、分类以及技术指标的提法。本章讨论的另一个重要内容是模拟滤波器的设计以及如何设计各种类型的数字滤波器。
第7章FIR数字滤波器的设计方法重点讨论了窗函数设计法和频率采样设计法这两种滤波器的设计方法。其中窗函数设计法包括其设计思想、设计步骤以及常用的窗函数等内容；频率采样设计法包括其基本原理、设计步骤以及逼近误差分析及改进措施。在介绍这两种设计方法之前，还重点介绍了线性相位FIR 滤波器应具备的条件以及其幅度特性的特点。
第8章LabVIEW编程简介对LabVIEW软件开发环境和基本编程方法做简要介绍。
第9章基于LabVIEW的数字信号处理实验介绍了用LabVIEW实现的数字信号处理实验，其中9.1～9.7节只涉及信号处理软件仿真，着重于对数字信号处理课程中关键概念的理解，只需要LabVIEW软件即可开展。9.8节同样是软件仿真，但突出高级信号处理算法的实际应用。9.9节的实验需要数据采集硬件的支持，结合数据采集硬件与软件实现从真实信号采集到数字信号处理的完整系统，可以使学生获得更加直观的实验体验，深入理解课程中涉及的一些知识要点，同时培养学生的系统设计能力。最后，9.10节简要介绍基于嵌入式硬件和LabVIEW开发实现数字信号处理应用的一些基本方法，当学生需要考虑数字信号处理算法的硬件实现时，可将该部分内容作为参考，此外也可供数字信号处理的初学者阅读。
本书由邢冀川负责统稿。其中前3章由北京理工大学的邢冀川编写，第3章至第7章由西安邮电大学的吴进编写，第8、9章由美国国家仪器的徐征编写。在本书中西安邮电大学的杨祎、西安工业大学聂亮和刘宝元参与了编写工作；此外，出书过程中还得到了电子工业出版社李欣、美国国家仪器公司倪斌的大力支持和帮助，中科院半导体所吴维柯在本书的资料搜集方面提供了协助，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。
编 者
2013年8月于北京
michaelhsing@163.com
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