数字信号处理教程——MATLAB释义与实现

　　本书特色：
　　●自始至终，运用MATLAB阐述概念和解决问题，提供了其他教材所没有的曲线、动画、声音演示程序，提高了形象教学的效果。
　　●博采近年来新出版的国内外教材的新思路，引进了一些新的术语和某些新的分析方法，使概念更加清晰易懂。
　　●按照"用数字技术处理(各类)信号"的课程指导思想，全面解决连续信号和离散信号处理问题，特别加强了模拟信 号的频谱分析。
　　●具有大字和小字排版的两种内容，以适应不同深浅的教学要求。
　　●每章附有大量复习思考题及习题，便于读者复习和自学。
　　●提供近200个程序免费下载(WWW. broadview．com．on)，其中包括演示程序和例题程序，部分例题程序对工程人员有直接应用的价值。
　　●书中绝大多数图形均可由MATLAB程序生成，大大方便了教师讲授和学生复习。另外,作者还将向采用本书教课的教师供售全书的幻灯片900余张及书中部分题解。
　　 本教程系统地讲解了数字信号处理的基本理论和方法，注重物理概念的阐述，尽量把MATLAB的多媒体功能用于图形、动画和声音等形象的演示，是一本自始至终使用MATLAB来阐述问题和进行计算的数字信号处理教材。本教程中的全部例题程序和演示程序都可以免费从网上下载。本教程把《数字信号处理》课程定位为讲述“用数字方法处理(任何)信号”的技术，因此，对模拟信号的计算机处理给予了充分的篇幅，而这正是目前许多数字信号处理教材的弱点。
　　 本书适合作为电子信息专业的大学本科学生教材，书中采用了大小两种字号混排，目的是适应不同专业和不同要求的本科学生。对于学过数字信号处理课程，但没有用MATLAB来解决有关问题的研究生和工程技术人员，也有很好的参考价值。
　　

第1章 信号和信号处理
1．1 信号的分类
1．2 信号处理
1．3 信号采样和复原实例
1．4 本书概貌的说明
复习思考题
习题
第2章 时域中的离散信号和系统
2．1 模拟信号与其采样序列的关系
2．2 基本序列及其运算
2．3 几种重要的序列和序列运算
2．4 时域离散系统
2．5 脉冲响应--用时间序列表征的系统特性
2．6 序列运算的matlab函数列表
复习思考题
习题
第3章 离散序列的两种傅里叶变换
3．1 序列信号的周期性和频率
3．2 离散时间傅里叶变换(dtft)
3．3 离散系统的频率特性

　　 随着电子技术迅速地向数字化发展，《数字信号处理》越来越成为广大理工科，特别是IT领域的学生和技术人员的必修内容，先前也出版过很多有关这方面的书籍。但这门课程本身的现代化进程，却并不令人满意。这里的"现代化"指的是利用最新的计算技术和通信手段进行教学。我编写这本书的目的，就是想突出利用MATLAB和Intemet来进行数字信号处理的教学。
　　 信号处理涉及大量的运算，可以说离开了计算机及相应的软件，就不可能解决任何稍微复杂的实际应用问题。早在20世纪90年代中期，MATLAB就已成为国际公认的信号处理的标准软件和开发平台。从1996年后，美国新出版的信号处理教材就没有一本是不用MATLAB的[1，3,7,8,9]。相反地，至今国内却还没有一本把MATLAB贯彻始终的信号处理教材，两者相比落后了近八年。本书的的第一个意图就是使之成为一本自始至终使用MATLAB阐述问题和进行计算的数字信号处理教材，更好地与国际接轨。
　　 关于《数字信号处理》课程的内涵，存在着两种不同看法：一种看法把"数字信号"限定为"处理"的对象；另一种看法则把"数字技术"作为一种方法，研究如何用它来"处理信号"。从第一种看法出发，"数字信号处理"课程只讲离散信号。经验证明，这种划分会造成学生不会用数字技术处理连续信号，形成学科内容的"空白区"。而从第二种看法出发，"数字信号处理"课程应该同时考虑连续和离散信号，重点是如何用计算机进行分析和计算。我赞同后一种看法。因此，在本书多处加强了离散信号和连续信号等价性的讨论，并详细介绍了连续信号频谱的数值计算问题。
　　 中国教材一般将快速傅里叶变换列为一章，篇幅约30-40页。美国教材则通常列为一节，篇幅一般只有10页左右。这是什么原因?我认为在目前所有的科学计算软件和数字信号处理芯片中，FFT已经是标准的模块，一般都没有必要自己编写FFT程序，所以重点应该是FFT的用法而不是算法。国外教材对这部分内容经历了"薄一厚一薄"的历史过程，我国则慢了一拍。所以本教材也精简了这方面的内容。
　　 在把数字信号处理概念与MATLAB语言相结合的方面，国外教材有多种模式。有的以讲概念为主，MATLAB放在作业和实验中[9]；有的以MATLAB为主，概念则建议读者另选教材[1];有的两者都讲得不少，但书就变得很厚[8]：本书则大体采纳了[3]的模式，以系统地讲解信号处理的原理为主，用MATLAB程序的核心语句帮助解释概念。要做到这点，学生必须在修本课程以前已经学过并用过MATLAB。当然，这并也不是说明，没有学过MATLAB就不能用这本书。我曾在西安电子科技大学和桂林电子工业学院两次使用MATLAB进行数字信号双语教学，教材是英文书11)，课堂90％用英语讲，同学中多数没有学过MATLAB。课还是正常进行，完成得还可以。但这些学生都已通过英语四级，因此属于班级中程度较高者．尽管如此，在教学中有些同学仍提出"究竟着重概念还是编程?"这样的问题，说明他们对于将语言和概念结合起来仍感到困难。所以，经验告诉我们：从大面积课堂教育而言，最好不要把MATLAB放到高年级，和信号处理混在一起学。
　　 我一贯的指导思想是：学生应在大学一年级或二年级学习MATLAB，这对各门课程都有好处。信号处理课是大学三年级开设的。读者应该能在本课程中用MATLAB语言来思考和概括数学问题了。有了这样的基础，才能对本书有较深的体会。建议未学过MATLAB的读者，至少用10小时左右先学习其入门并实际作一些应用。为此，我们新制作了一套"MATLAB入门"(四张)讲课光盘。该组光盘以MATLAB6．x为背景(也介绍一点MATLAB7．0)，可在计算机上实时播送。本课程的老师统一购买了这套光盘给大家播放，可以不用费劲去备MATLAB课。与之配套的教材是[6]或[16]。其中，[16]是为大学一、二年级同学设计的，在应用方面结合的是数学、物理、力学、电学和信号，面宽而较浅；[6]是为大学二、三年级同学设计的，结合了电路、信号和系统、信号处理和控制原理四门课程。这套光盘由本人主讲，西安电子科技大学网络学院制作。有关发行购买事项，请各位教师注意下载程序中另附的通知。
　　 本书利用电子工业出版社的博文视点公司网站向读者免费提供完整的子程序集、例题程序集和示教程序集(即附录B,C,D中的全部程序)共180余个。程序集名为dsk04，下载网址为：http：／／www,broadview.com．cn／，单击资源下载，再按书名查找即可。下载前要按提问填写下载人的必要信息，在此网页上，还将提供作者其他有关书籍程序集和光盘获取的信息。由于读者可以免费获得全部的程序，从而也可得到程序产生的图形。我们把书中的程序都用小字排版，图形也缩排了，以降低篇幅和书价。希望读者理解。
　　 为了使教师能够较方便地利用本书进行教学，我们准备了一套教师用光盘。其中包括两部分内容：一是为讲授本书用的PowerPoint幻灯片，约900张；二是本书部分习题的题解，因为有些教师认为若有题解流入学生中，出题的效果将打折扣。为了兼顾对题解的不同看法，我们只给了三分之一的题解。预计这张教师光盘将于本书出版后三个月内完成。由"西安电子科技大学电工电子教学基地"进行版权管理。我们将在下载程序中附上有关教师用光盘的发行办法和申购表，请读者注意。
　　 为了适应不同类型的专业和学生对数字信号处理的不同要求，本书在排版上分了大小两种字型。大字是达到基本要求应掌握的内容，小字排版的部分是可以跳过不看的，不会影响对本课程基本概念的掌握。整个第9章都属于任选内容，但没有用小字，因为这不会引起误解，同时使读者看书时可以舒服一些。每章的最后都给出了复习思考题和习题，以利于读者自学复习。
　　 为了阐述数字信号处理中的重要概念，本书采用了一些其他教材中未采用的术语和方法。例如，离散时间傅里叶变换、采样序列的等价序列、符幅特性、在无穷远邻域的收敛性、离散最小二乘设计法等。书中也有一些作者本人的研究工作内容。比如，信号流图的解析形式及MATLAB解、信号流图与状态空间法的转换和MATLAB解、系数向量的浮点量化的子程序以及一些有图形、动画和声音表现的演示程序等(研究生闵紫辰和刘丽娜帮助完成了部分演示程序)。其目的是引起大家讨论，更好地解放思想，用创新的态度来对待这门课程的教学。
　　 这本书采用了[4，3，1，5，8]中不少的内容和例题，用到了这些作者的宝贵经验，也借用了一些图形、例题和习题，乘此机会向这些教材的作者们表示谢意。在2003年8月的"第十一届信号处理学术年会"上，我曾把编写本书的指导思想，与许多信号处理界的专家(如袁保宗、程佩青、张贤达等教授)交换过意见，得到了他们的支持。本书初稿形成后，又曾广泛征求本校的丁玉美、赵树杰、廖桂生、高西全、史林等长期从事数字信号处理教学的教授们对初稿的意见，特别是丁玉美教授仔细阅读了稿件，给作者很大的帮助；段宝岩校长还特别资助了作者的学术交流经费，保铮院士对本书的出版也给予了关心。此外Mathworks公司对本书的出版也给予了软件新版本的支持，电子工业出版社的博文视点公司的各位编辑对本书一路绿灯，提供了出版和网页方面一切方便，使本书能及早问世。对大家的这些帮助，作者表示衷心的感谢。
　　 由于作者水平和编著时间的限制，书中肯定有很多不足之处，欢迎广大读者指正。我的电子邮址为hchchen@xidian．edu．cn，电话为(029)88202988。我很希望得到读者对本书的反馈信息。欢迎读者将教学实践中积累的经验告诉本人，并希望大家不断改进和充实网上的演示程序!
　　 陈怀琛
　　 2004年8月31日
　　 于西安电子科技大学