本书将介绍MATLAB在数字信号处理方面的应用，把抽象的理论通过实例具体化，内容主要包括MATLAB的基础知识及常用数字信号处理工具、离散时间信号及其运算、离散时间信号的频域分析、离散时间系统和z变换、数字滤波器结构、IIR数字滤波器设计、FIR数字滤波器设计、多采样率数字信号处理、基于MATLAB的通信信号处理、基于MATLAB的语音信号处理、基于MATLAB的图像信号处理。

本书理论与实践紧密结合，实例丰富，针对性强，适用面广，参考性强，适合信号处理、通信工程、自动控制等专业的本科生、研究生、教师和科技工作者阅读，可作为数字信号处理课程的补充教材或参考书。

本书从实用的角度出发，深入浅出地介绍数字信号处理的基本理论和方法，通过大量具有代表性的实例阐述MATLAB在数字信号处理中的应用。

全书共11章，第1章介绍MATLAB的基础知识及常用数字信号处理工具；第2～8章介绍数字信号处理基本理论和方法及其MATLAB实现，包括离散时间信号及其运算、离散时间信号的频域分析、离散时间系统和Z变换、数字滤波器结构、IIR数字滤波器设计、FIR数字滤波器设计和多采样率数字信号处理；第9～11章结合实例介绍基于MATLAB的通信信号处理、基于MATLAB的语言信号处理、基于MATLAB的图像信号处理等领域的具体应用。每章配有上机习题，以指导读者深入地进行学习。

本书可作为高等院校数字信号处理相关课程的参考教材，也可作为科研人员的技术参考书。

前言

第1章 基础知识导论1

 1.1 MATLAB 7.0语言简介1

1.1.1 MATLAB 7.0语言特点1

1.1.2 MATLAB 7.0的工作环境2

1.1.3 M文件介绍4

 1.2 MATLAB基本程序控制语句7

1.2.1 循环语句7

1.2.2 分支语句8

 1.3 数字信号处理常用的MATLAB函数10

1.3.1 波形产生函数10

1.3.2 傅里叶变换函数15

1.3.3 滤波器分析与实现函数17

 1.4 数字信号处理GUI库21

1.4.1 滤波器设计与分析工具FDATool21

1.4.2 滤波器设计与信号分析工具SPTool27

 1.5 上机实验34

 1.6 习题35

第2章 离散时间信号及其运算36

 2.1 离散时间信号的概念及MATLAB表示36

2.1.1 离散时间信号的概念36

2.1.2 离散时间信号的MATLAB表示37

 2.2 几种典型离散时间信号的MATLAB生成38

2.2.1 单位冲激序列38

2.2.2 单位阶跃序列39

2.2.3 单位矩形序列40

2.2.4 正弦序列41

2.2.5 复指数序列42

 2.3 离散时间信号基本运算的MATLAB实现44

2.3.1 序列相加和相乘44

2.3.2 序列翻转45

2.3.3 序列移位46

2.3.4 序列尺度变换48

2.3.5 序列周期延拓50

2.3.6 序列对称分解54

2.3.7 序列循环移位55

 2.4 离散时间信号的卷积运算及MATLAB实现57

2.4.1 离散线性卷积57

2.4.2 离散周期卷积59

2.4.3 离散循环卷积60

 2.5 上机实验63

 2.6 习题64

第3章 离散时间信号的频域分析66

 3.1 离散时间傅里叶变换及MATLAB实现66

3.1.1 离散时间傅里叶变换的定义及特点66

3.1.2 离散时间傅里叶变换的MATLAB实现68

3.1.3 离散时间傅里叶变换的性质69

3.1.4 离散时间傅里叶变换的对称性质74

 3.2 周期序列的离散傅里叶级数及傅里叶变换表示77

3.2.1 离散傅里叶级数78

3.2.2 周期序列的傅里叶变换表示81

 3.3 离散傅里叶变换及MATLAB实现83

3.3.1 离散傅里叶变换的定义84

3.3.2 离散傅里叶变换的MATLAB实现85

3.3.3 离散傅里叶变换的性质86

3.3.4 离散傅里叶变换的应用94

 3.4 频率域采样103

 3.5 快速傅里叶变换107

3.5.1 直接计算离散傅里叶变换的问题及改进途径107

3.5.2 基2时分快速傅里叶变换算法108

3.5.3 基2频分快速傅里叶变换算法110

3.5.4 快速傅里叶变换的MATLAB实现112

 3.6 上机实验113

 3.7 习题114

第4章 离散时间系统和Z变换117

 4.1 离散时间系统117

4.1.1 离散时间线性时不变系统117

4.1.2 离散时间线性时不变系统的性质118

4.1.3 离散时间线性时不变系统的时域实现119

 4.2 Z变换123

4.2.1 Z变换的定义123

4.2.2 Z变换收敛域和序列的关系124

4.2.3 Z变换和离散时间傅里叶变换的关系125

4.2.4 Z变换的性质125

4.2.5 Z反变换126

 4.3 离散时间系统的频域分析129

4.3.1 频率响应129

4.3.2 系统函数131

4.3.3 离散时间线性时不变系统的因果性和稳定性在Z域的描述133

4.3.4 系统函数的零极点位置对系统特性的影响134

 4.4 上机实验137

 4.5 习题139

第5章 数字滤波器结构142

 5.1 数字滤波器概述142

5.1.1 数字滤波器的描述142

5.1.2 数字滤波器的基本网络结构143

5.1.3 数字滤波器的分类144

 5.2 IIR数字滤波器的结构及MATLAB实现145

5.2.1 直接I型145

5.2.2 直接II型146

5.2.3 级联型147

5.2.4 并联型151

 5.3 FIR数字滤波器的结构及MATLAB实现154

5.3.1 直接型154

5.3.2 级联型154

5.3.3 线性相位型156

5.3.4 频率取样型159

 5.4 Lattice 结构及MATLAB实现162

5.4.1 全零点Lattice结构162

5.4.2 全极点Lattice结构165

5.4.3 零极点ARMA系统的Lattice结构166

 5.5 上机实验168

 5.6 习题169

第6章 IIR数字滤波器设计170

 6.1 滤波器设计概述170

6.1.1 数字滤波器的指标170

6.1.2 滤波器类型的选择172

6.1.3 数字滤波器设计的基本方法172

 6.2 归一化模拟低通滤波器的设计及MATLAB实现173

6.2.1 归一化模拟低通滤波器173

6.2.2 巴特沃思低通滤波器设计174

6.2.3 切比雪夫低通滤波器设计178

6.2.4 椭圆低通滤波器设计183

 6.3 模拟滤波器的频带变换及MATLAB实现185

6.3.1 低通到低通的频带变换185

6.3.2 低通到高通的频带变换187

6.3.3 低通到带通的频带变换189

6.3.4 低通到带阻的频带变换191

6.3.5 模拟滤波器的MATLAB实现193

 6.4 冲激响应不变法的IIR滤波器设计及MATLAB实现196

 6.5 双线性变换法的IIR滤波器设计及MATLAB实现203

 6.6 数字滤波器的MATLAB实现207

 6.7 上机实验209

 6.8 习题210

第7章 FIR数字滤波器设计211

 7.1 FIR数字滤波器的特性211

7.1.1 FIR数字滤波器的相位特性211

7.1.2 线性相位FIR数字滤波器的幅度特性212

7.1.3 线性相位FIR数字滤波器的零极点特性217

 7.2 常用窗函数及MATLAB实现218

7.2.1 常用窗函数218

7.2.2 窗函数的MATLAB实现221

 7.3 窗化法设计FIR数字滤波器及MATLAB实现223

7.3.1 窗化法设计FIR数字滤波器的原理223

7.3.2 FIR数字滤波器的MATLAB实现226

7.3.3 FIR数字低通滤波器设计与实现226

7.3.4 FIR数字高通滤波器设计与实现228

7.3.5 FIR数字带通滤波器设计与实现229

7.3.6 FIR数字带阻滤波器设计与实现231

 7.4 频率抽样法设计FIR数字滤波器及MATLAB实现233

7.4.1 频率抽样法设计FIR数字滤波器的原理233

7.4.2 频率抽样法设计FIR数字滤波器的MATLAB实现235

7.4.3 频率抽样法的改进238

 7.5 上机实验242

 7.6 习题243

第8章 多采样率数字信号处理245

 8.1 引言245

 8.2 基本抽样率转换及MATLAB实现245

8.2.1 抽取器245

8.2.2 内插器249

 8.3 抽取器和内插器的多级设计及MATLAB实现251

 8.4 任意因子抽样率转换器设计及MATLAB实现254

 8.5 上机实验256

 8.6 习题256

第9章 基于MATLAB的通信信号处理257

 9.1 模拟调制257

9.1.1 幅度调制257

9.1.2 角度调制264

 9.2 数字调制266

9.2.1 频移键控调制266

9.2.2 相移键控调制268

9.2.3 正交幅度调制269

 9.3 自适应均衡271

9.3.1 递归最小二乘法自适应均衡器271

9.3.2 常模算法盲均衡器274

9.3.3 分数间隔盲均衡器278

 9.4 通信系统的同步282

9.4.1 符号同步282

9.4.2 载波同步286

 9.5 上机实验289

 9.6 习题289

第10章 基于MATLAB的语音信号处理290

 10.1 语音信号处理的基础知识290

10.1.1 语音产生的过程290

10.1.2 语音信号产生的数字模型291

 10.2 语音信号的时域分析296

10.2.1 语音信号的数字化和预处理296

10.2.2 短时能量分析297

10.2.3 短时过零分析301

10.2.4 短时相关分析302

 10.3 语音信号的频域分析305

10.3.1 短时傅里叶变换305

10.3.2 语谱图305

 10.4 语音信号的线性预测分析306

10.4.1 线性预测分析的原理306

10.4.2 线性预测分析的求解307

 10.5 上机实验309

 10.6 习题310

第11章 基于MATLAB的图像信号处理312

 11.1 MATLAB图像处理基础312

11.1.1 图像文件312

11.1.2 图像的类型转换315

11.1.3 图像的几何变换316

 11.2 图像增强317

11.2.1 图像灰度修正320

11.2.2 图像平滑324

11.2.3 图像锐化329

 11.3 图像变换332

11.3.1 离散傅里叶变换332

11.3.2 离散余弦变换334

11.3.3 离散沃尔什-哈德玛变换336

 11.4 图像编码338

11.4.1 无失真图像编码339

11.4.2 限失真图像编码346

 11.5 上机实验350

 11.6 习题350

参考文献352