数字信号处理是现代通信、信息处理以及其他许多高科技领域中不可或缺的核心技术。它涉及到将模拟信号转化为数字信号,然后运用数字系统对这些信号进行分析、处理与合成的一系列技术与方法。通过计算机或其他数字处理器来实现信号的分析和处理,不仅可以提高信号处理的精度和速度,还可以有效降低噪声干扰,提高信号的抗干扰能力。
在数字信号处理的众多理论中,离散时间信号与系统的基本理论是基础中的基础。离散时间信号是由一系列离散的样本组成的,通常用数学函数来表示。离散时间系统的分析往往依赖于Z变换,这是一种在复频域内对离散信号进行分析的工具。同样重要的是离散时间傅里叶变换(DTFT),它能够将离散时间信号转换到频域中进行分析。此外,离散傅里叶变换(DFT)及其实现算法——快速傅里叶变换(FFT)是数字信号处理中极为关键的技术,它们能够高效地将时域信号转换为频域信号,对于分析周期性信号有着不可替代的作用。
数字滤波器的结构、理论和设计方法是数字信号处理的另一个关键领域。数字滤波器可以在不产生相位失真的情况下,对信号进行有效的频率选择。数字滤波器的设计方法包括了经典的滤波器设计理论,也包括了利用计算机辅助设计(CAD)方法。其中,有限冲激响应(FIR)滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器是最常见的两种类型。它们各有优势和适用场景,设计时需要根据实际需求来选择。
在多抽样率数字信号处理方面,主要研究如何在不同采样率之间转换信号,以适应不同的信号处理需求。多抽样率技术在A/D转换、D/A转换以及信号压缩等方面有着广泛的应用。而数字信号处理的有限字长效应,则是指由于数字系统资源有限,如数据位宽的限制,导致的信号处理误差。这包括量化误差、舍入误差、溢出效应等,这些效应在设计数字系统时需要特别注意。
清华大学出版社出版的《数字信号处理教程》系统地覆盖了数字信号处理的相关理论和实践,不仅包括了离散时间信号与系统的分析、快速傅里叶变换算法、数字滤波器设计,还包括了多抽样率处理基础和有限字长效应等关键知识点。该书不仅适合通信工程、电子信息工程、信息工程、自动控制工程等专业学生作为教材使用,也适合从事通信信息技术、图像处理、遥感、声纳、雷达、生物医学、地震、语音处理等相关领域的科技工作者作为参考书。
此外,教材所附的“数字信号处理多媒体CAI教程”光盘,提供了更为直观和便捷的学习体验。光盘中包含概念浏览子系统、教学演示子系统、辅助设计子系统和测验子系统四个主要部分,这些子系统通过图形界面使得用户能够方便地进入并使用。光盘既是课堂上辅助教学的好帮手,也适用于自学或复习,内容丰富,界面友好,无疑增强了教学的互动性和学习的趣味性。
教材的第三版进行了修订,更加注重对学科基础的强化,满足大学本科的教学要求。在有限的篇幅内,第三版增加了一些基础性的内容,如离散时间傅里叶变换和离散傅里叶变换的深入讨论,同时减去了非基础的硬件实现内容,使内容更加紧凑合理,适合课程的学时数。
数字信号处理技术是一门高度综合性的学科,它的发展与应用对现代科学技术进步有着深远的影响。掌握这门技术,无论是在学术研究还是在工业应用中,都将展现出巨大的价值。