數字信號處理：原理、實現及應用——基于MATLAB/Simulink與TMS320C55 ( 簡體 字) |
| 作者：Sen M. Kuo，Bob H. Lee， Wenshun Tian， 王永生，王進祥，曹貝 | 類別：1. -> 工程繪圖與工程計算 -> Matlab |
| 譯者： |
| 出版社：清華大學出版社 |  3dWoo書號： 46653
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NT售價： 395 元 |
| 出版日：6/1/2017 |
| 頁數：456 |
| 光碟數：0 |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787302458968 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：近些年，采用通用數字信號處理器（DSP）的實時數字信號處理，提供了設計和實現實際應用DSP系統的有效方法。很多公司專注于實時DSP的研究來開發新的應用。實時DSP應用的研究已經是并且將繼續是學生、工程師和研究者們的具有挑戰的領域。值得重視的是，我們不僅要掌握理論，并且還要掌握系統設計和實現技術的技巧。
自從2001年出版《實時數字信號處理》（第1版）和2006年出版第2版以來，數字信號處理器的應用滲透到更為廣泛的應用中。這導致很多大學課程發生變化，以便提供新的注重實現和應用的實時DSP課程，而且采用動手操作的實時實驗來增強傳統理論的講授效果。同時，新處理器和開發工具的進步對書本知識的更新提出了持續的要求，以便能夠跟上快速的DSP開發、應用和軟件更新的革命。我們希望本書的第3版采用動手實驗與理論、設計、應用和實現相結合，以便實現對實時DSP技術進行有效的學習。
本書在給出基本DSP原理的同時，給出了很多MATLAB例子，并且強調通過動手實驗來進行實時應用的學習。此書可用于高年級本科生和研究生的教材。本書的預備知識包括信號與系統的概念、基本的處理器結構以及MATLAB和C語言編程。這些內容通常覆蓋電子與計算機工程、計算機科學及其他相關科學與工程領域的大學二年級水平。此書可以作為工程師、算法開發者、嵌入式系統設計師和編程者開發實際DSP系統的原理和實現技術的參考資料。我們采用實際動手操作的方式來講授實驗并評估結果，以便幫助讀者理解復雜的理論原理。在每一章最后給出了一些圖書、技術文章以及數學證明等參考文獻，以供感興趣讀者閱讀這些超出本書范圍的內容。
第3版的主要目標和變化總結如下：
(1) 專注于實際應用，提供一步一步的動手實驗，完成從采用MATLAB進行的算法評估到具體實現，包括采用浮點C編程，更新到定點C編程，以及采用帶有C內在函數與定點數字信號處理器的匯編程序的混合C和匯編語言的軟件優化。
(2) 加強了很多實例和實驗，以便使DSP原理的講授變得更加有趣，并且可以和真實世界應用進行互動。為了便于進行實時實驗，所有的C和匯編程序采用最新版本的開發工具Code Composer Studio和低成本的TMS320C5505（C55xx系列的成員） eZdsp USB stick進行了詳細的更新。由于eZdsp的低成本和便攜性，使得學生、工程師、教師以及業余愛好者可以在比傳統實驗室更加方便的地方進行DSP實驗。這種新的硬件工具廣泛地被大學和工業組織所采用，替代了以往更昂貴的開發工具。
(3) 增加有吸引力和挑戰性的DSP應用，例如： 下一代網絡和蜂窩（移動）電話的語音編碼技術； 便攜式播放器的音頻編碼； 多種音響效果，包括空間聲音、音樂的圖形和參數化音頻均衡器和音頻錄音效果； JPEG2000的二維離散小波變換； 特殊效果的圖像濾波； 指紋圖像處理。同時，開發采用模塊化的設計和靈活接口的實時實驗，以便這些軟件可以作為原型程序來創建其他相關應用。
(4) 以更靈活和邏輯性的方式組織章節。一些相關應用組織在一起。我們也去掉了一些內容，例如信道編碼技術，也許其不適用于一個學期的課程。對第2版中依賴于硬件的內容進行了較大的簡化，以附錄的形式提供給對學習TMS320C55xx體系結構和匯編編程感興趣的讀者。所有的這些變化都是為了專注于DSP原理，并加強實際應用的動手實驗這一目的。
很多DSP算法和應用能夠以MATLAB和浮點C程序的形式而得到。為了將這些程序轉換為定點C，并為在定點處理器的實現而進行優化，本書提供系統的軟件開發過程。為了有效地說明DSP的原理和應用，采用MATLAB進行算法的演示、設計和分析。在此開發階段之后，緊接著進行DSP算法實現的浮點和定點C編程。最后，結合CCS和C5505 eZdsp進行動手實驗。為了利用先進體系結構和指令集進行有效的軟件開發和維護，對于實時應用，強調采用混合C和匯編程序的方法。
本書針對原理和應用兩個部分進行組織： 第一部分（第1章至第6章）介紹DSP原理、算法、分析方法和實現考慮。第1章回顧了實時DSP功能模塊、DSP硬件選擇、定點和浮點DSP器件、實時約束以及算法和軟件開發過程的基礎知識。第2章給出了基礎DSP概念和實現DSP算法的實現考慮。第3章和第4章分別介紹了有限沖激響應和無限沖激響應濾波器的理論、設計、分析、實現和應用。第5章介紹了采用離散傅里葉變換進行頻率分析的概念，以及快速傅里葉變換的實現和應用。第6章給出了自適應信號處理的基本原理以及很多實際應用。第二部分（第7章至第11章）介紹幾種重要的DSP應用，其在當代現實世界系統和設備的實現中扮演著重要的角色。這些經過挑選的應用包括： 第7章的數字信號產生和雙音多頻（DTMF）檢測； 第8章的自適應回波消除，特別是用于VoIP和免提電話應用； 第9章的語音處理算法，包括移動通信中的語音增強和編碼技術； 第10章的音頻信號處理，包括便攜播放器的音響效果、均衡器和編碼方法； 第11章的包括JPEG2000和指紋應用的圖像處理基礎。最后，附錄A總結了用于本書的方程推導和習題求解的一些有用的公式，附錄C為感興趣的讀者介紹了TMS320C55xx的體系結構和匯編編程。
對于任何一本想要在一定時期內保持先進的技術書籍，必須針對這個動態領域的快速進步進行更新。我們希望此書能夠在已經來臨的技術中起到指導的作用，并為將要到來的技術提供靈感。
軟件獲取
本書在例子、實驗和應用中利用了各種MATLAB、浮點和定點C以及TMS320C55xx匯編程序。從Wiley網站上（http://www.wiley.com/go/kuo_dsp）可以獲得這些程序以及附帶的很多數據文件的配套軟件包。目錄和子目錄以及這些軟件程序和數據文件均列在附錄B中，并進行了解釋。這些軟件是每一章節最后一節和附錄C中進行實驗所需要的，可以增強對DSP原理的理解。這些軟件可以作為原型進行修改，以提高其他實際應用的開發進度。
致謝
我們對德州儀器（Texas Instruments）的Gathy Wicks及Gene Frantz、MathWorks的Naomi Fernandes和Courtney Esposito表示誠摯的感謝，他們為我們撰寫此書提供了支持。我們也要對下列John Wiley & Sons支持此項目的員工表示感謝： 特約編輯Alexandra King、項目編輯Liz Wingett和高級項目編輯Richard Davies。同時，我們也向為此書最終出版做了工作的John Wiley & Sons的工作人員表示感謝。我們還要感謝Hui Tian，他創建了用于實例和實驗的專用音頻剪輯。最后，我們感謝我們的家庭，自從我們從20世紀90年代撰寫本書第1版的工作開始，他們給予了無盡的愛、鼓勵、耐心和理解。
Sen M. Kuo，Bob H. Lee和Wenshun Tian
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內容簡介：本書在論述數字信號處理原理的基礎上，通過DSP器件與MATLAB仿真給出了豐富的實踐應用。本書可分為兩個部分： 第一部分（第1~6章）介紹DSP原理、算法、分析方法和實現考慮； 第二部分（第7~11章）介紹幾種重要的DSP應用，它們均在當代信號處理設備的實現中扮演著重要的角色。本書的附錄總結了數字信號處理常用的數學公式，并為感興趣的讀者介紹了TMS320C55xx DSP的體系結構和匯編語言編程。本書可用作高年級本科生和研究生的教材，也可以用作從事DSP應用技術的工程師、算法開發者、嵌入式系統設計師的參考用書。 |
目錄：第1章實時數字信號處理概述1.1實時DSP系統的基本組成 1.2模擬接口 1.2.1采樣 1.2.2量化和編碼 1.2.3平滑濾波器 1.2.4數據轉換器 1.3DSP硬件 1.3.1DSP硬件備選 1.3.2數字信號處理器 1.3.3定點和浮點處理器 1.3.4實時約束 1.4DSP系統設計 1.4.1算法開發 1.4.2DSP硬件的選擇 1.4.3軟件開發 1.4.4軟件開發工具 1.5實驗和程序實例 1.5.1CCS和eZdsp開始 1.5.2C文件I/O函數 1.5.3eZdsp的用戶界面 1.5.4采用eZdsp的音頻回放 1.5.5采用eZdsp的音頻回送 習題 參考文獻 第2章DSP基礎及實現要點 2.1數字信號和系統 2.1.1基本數字信號 2.1.2數字系統的框圖表示 2.2系統概念 2.2.1LTI系統 2.2.2z變換 2.2.3傳遞函數 2.2.4極點和零點 2.2.5頻率響應 2.2.6離散傅里葉變換 2.3隨機變量簡介 2.3.1隨機變量的回顧 2.3.2隨機變量的運算 2.4定點表示和量化效應 2.4.1定點格式 2.4.2量化誤差 2.4.3信號量化 2.4.4系數量化 2.4.5舍入噪聲 2.4.6定點工具箱 2.5溢出及解決方案 2.5.1飽和運算 2.5.2溢出處理 2.5.3信號縮放 2.5.4保護位 2.6實驗和程序實例 2.6.1溢出和飽和運算 2.6.2函數逼近 2.6.3采用eZdsp的實時信號產生 習題 參考文獻 第3章FIR濾波器設計與實現 3.1FIR濾波器簡介 3.1.1濾波器特性 3.1.2濾波器類型 3.1.3濾波器規范 3.1.4線性相位FIR濾波器 3.1.5FIR濾波器的實現 3.2FIR濾波器設計 3.2.1傅里葉級數方法 3.2.2吉布斯現象 3.2.3窗函數 3.2.4采用MATLAB的FIR濾波器設計 3.2.5采用FDATool的FIR濾波器設計 3.3實現考慮 3.3.1FIR濾波器中量化效應 3.3.2MATLAB實現 3.3.3浮點C實現 3.3.4定點C實現 3.4應用：插值和抽取濾波器 3.4.1插值 3.4.2抽取 3.4.3采樣率轉換 3.4.4MATLAB實現 3.5實驗和程序實例 3.5.1采用定點C的FIR濾波 3.5.2采用C55xx匯編程序的FIR濾波 3.5.3采用C55xx匯編程序的對稱FIR濾波 3.5.4采用Dual拟MAC結構的優化 3.5.5實時FIR濾波 3.5.6采用C和匯編程序的抽取 3.5.7采用定點C的插值 3.5.8采樣率轉換 3.5.9實時采樣率轉換 習題 參考文獻 第4章IIR濾波器設計與實現 4.1簡介 4.1.1模擬系統 4.1.2映射屬性 4.1.3模擬濾波器的特性 4.1.4頻率變換 4.2IIR濾波器的設計 4.2.1雙線性變換 4.2.2采用雙線性變換的濾波器設計 4.3IIR濾波器的實現 4.3.1直接型 4.3.2級聯實現 4.3.3并行實現 4.3.4采用MATLAB的IIR濾波器實現 4.4采用MATLAB的IIR濾波器設計 4.4.1采用MATLAB的濾波器設計 4.4.2采用MATLAB的頻率轉換 4.4.3采用FDATool的濾波器設計與實現 4.5實現考慮 4.5.1穩定性 4.5.2有限精度效應和解決方案 4.5.3IIR濾波器的MATLAB實現 4.6實際應用 4.6.1遞歸諧振器 4.6.2遞歸正交振蕩器 4.6.3參數均衡器 4.7實驗和程序實例 4.7.1采用浮點C的直接Ⅰ型IIR濾波器 4.7.2采用定點C的直接Ⅰ型IIR濾波器 4.7.3采用定點C的級聯IIR濾波器 4.7.4采用內在函數的級聯IIR濾波器 4.7.5采用匯編程序的級聯IIR濾波器 4.7.6實時IIR濾波 4.7.7采用定點C的參數均衡器 4.7.8實時參數均衡器 習題 參考文獻 第5章頻率分析和離散傅里葉變換 5.1傅里葉級數和傅里葉變換 5.1.1傅里葉級數 5.1.2傅里葉變換 5.2離散傅里葉變換 5.2.1離散時間傅里葉變換 5.2.2離散傅里葉變換方法 5.2.3重要性質 5.3快速傅里葉變換 5.3.1時域抽取 5.3.2頻域抽取 5.3.3快速傅里葉逆變換 5.4實現考慮 5.4.1計算的問題 5.4.2有限精度效應 5.4.3MATLAB實現 5.4.4采用MATLAB的定點實現 5.5實際應用 5.5.1頻譜分析 5.5.2頻譜泄露和分辨率 5.5.3功率譜密度 5.5.4卷積 5.6實驗和程序實例 5.6.1采用浮點C的DFT 5.6.2采用C55xx匯編程序的DFT 5.6.3采用浮點C的FFT 5.6.4采用具有內在函數定點C的FFT 5.6.5FFT和IFFT的實驗 5.6.6采用C55xx硬件加速器的FFT 5.6.7采用C55xx硬件加速器的實時FFT 5.6.8采用重疊拟相加技術的快速卷積 5.6.9實時快速卷積 習題 參考文獻 第6章自適應濾波 6.1隨機過程簡介 6.2自適應濾波器 6.2.1自適應濾波簡介 6.2.2性能函數 6.2.3最速下降法 6.2.4LMS算法 6.2.5改進LMS算法 6.3性能分析 6.3.1穩定性約束 6.3.2收斂速度 6.3.3過量均方誤差 6.3.4歸一化LMS算法 6.4實現考慮 6.4.1計算的問題 6.4.2有限精度效應 6.4.3MATLAB實現 6.5實際應用 6.5.1自適應系統識別 6.5.2自適應預測 6.5.3自適應噪聲消除 6.5.4自適應反演建模 6.6實驗和程序實例 6.6.1采用浮點C的LMS算法 6.6.2采用定點C的LeakyLMS算法 6.6.3采用定點C和內在函數的歸一化LMS算法 6.6.4采用匯編程序的延遲LMS算法 6.6.5自適應系統識別的實驗 6.6.6自適應預測器的實驗 6.6.7自適應信道均衡器的實驗 6.6.8采用eZdsp的實時自適應預測 習題 參考文獻 第7章數字信號產生和檢測 7.1正弦波產生器 7.1.1查找表法 7.1.2線性調頻信號 7.2噪聲產生器 7.2.1線性同余序列 7.2.2偽隨機二進制序列產生器 7.2.3白色、彩色和高斯噪聲 7.3DTMF產生和檢測 7.3.1DTMF產生器 7.3.2DTMF檢測 7.4實驗和程序實例 7.4.1采用查找表的正弦波產生器 7.4.2采用查找表的警笛產生器 7.4.3DTMF產生器 7.4.4采用定點C的DTMF檢測 7.4.5采用匯編程序的DTMF檢測 習題 參考文獻 第8章自適應回波消除 8.1線路回波簡介 8.2自適應線路回波消除器 8.2.1自適應回波消除的原理 8.2.2性能評估 8.3實際考慮 8.3.1信號的預白化 8.3.2延遲估計 8.4雙重通話效應及解決方案 8.5非線性處理器 8.5.1中心削波器 8.5.2舒適噪聲 8.6自適應回聲消除 8.6.1回聲 8.6.2回聲消除器 8.6.3子帶實現 8.6.4無延遲結構 8.6.5回聲消除和降噪的集成 8.6.6實現考慮 8.7實驗和程序實例 8.7.1采用浮點C的回聲消除器 8.7.2采用具有內在函數的定點C的回聲消除器 8.7.3AEC和降噪的集成 習題 參考文獻 第9章語音信號處理 9.1語音編碼技術 9.1.1采用LPC的語音生成模型 9.1.2CELP編碼 9.1.3合成濾波器 9.1.4激勵信號 9.1.5基于感知的最小化程序 9.1.6語音活動檢測 9.1.7ACELP編解碼器 9.2語音增強 9.2.1噪音抑制技術 9.2.2短時頻譜估計 9.2.3幅度譜減 9.3VoIP應用 9.3.1VoIP概述 9.3.2不連續傳輸 9.3.3數據包丟失隱藏 9.3.4媒體流的質量因素 9.4實驗和程序實例 9.4.1采用具有內在函數的定點C的LPC濾波器 9.4.2采用具有內在函數的定點C的感知加權濾波器 9.4.3采用浮點C實現的VAD 9.4.4采用定點C實現的VAD 9.4.5采用不連續傳輸的語音編碼 9.4.6含有CNG的語音解碼器 9.4.7采用浮點C的頻譜減算法 9.4.8定點C實現的G722.2 9.4.9定點C實現G.711壓擴 9.4.10實時G.711音頻回送 習題 參考文獻 第10章音頻信號處理 10.1簡介 10.2音頻編碼 10.2.1編碼基本原理 10.2.2頻域編碼 10.2.3無損音頻編碼 10.2.4MP3編碼概述 10.3音頻均衡器 10.3.1圖形均衡器 10.3.2參數均衡器 10.4音頻效果 10.4.1混響 10.4.2時間擴展和變調 10.4.3聲音調制和混聲 10.4.4空間聲音 10.5實驗和程序實例 10.5.1使用C語言實現浮點MDCT 10.5.2使用C和內在函數實現定點MDCT 10.5.3預回聲效應 10.5.4浮點C的MP3解碼 10.5.5使用eZdsp的實時參數均衡器 10.5.6鑲邊效果 10.5.7使用eZdsp的實時鑲邊效果 10.5.8顫音效果 10.5.9使用eZdsp的實時顫音效果 10.5.10空間聲音效果 10.5.11用eZdsp的實時空間效果 習題 參考文獻 第11章數字圖像處理初步 11.1數字圖像與系統 11.1.1數字圖像 11.1.2數字圖像系統 11.2色彩空間 11.3YCbCr下采樣色彩空間 11.4色彩平衡和校正技術 11.4.1色彩平衡 11.4.2顏色校正 11.4.3Gamma校正 11.5直方圖均衡 11.6圖像濾波 11.7快速卷積 11.8實際應用 11.8.1DCT與JPEG 11.8.2二維DCT變換 11.8.3指紋 11.8.4離散小波變換 11.9實驗和程序實例 11.9.1YCbCr到RGB轉換 11.9.2白平衡 11.9.3Gamma校正和對比度調節 11.9.4圖像濾波 11.9.5DCT和IDCT 11.9.6指紋圖像處理 11.9.7二維小波變換 習題 參考文獻 附錄A常用公式及定義 A.1三角恒等式 A.2等比級數 A.3復變量 A.4功率單位 參考文獻 附錄B軟件組織和實驗列表 附錄CTMS320C55xxDSP簡介 C.1引言 C.2TMS320C55xx體系結構 C.2.1體系結構概述 C.2.2片上存儲 C.2.3存儲器映射寄存器 C.2.4中斷和中斷向量 C.3TMS320C55xx尋址模式 C.3.1直接尋址模式 C.3.2間接尋址模式 C.3.3絕對尋址模式 C.3.4MMR尋址模式 C.3.5寄存器位的尋址模式 C.3.6循環尋址模式 C.4TMS320C55xx匯編語言編程 C.4.1算術指令 C.4.2邏輯和位操作指令 C.4.3轉移指令 C.4.4程序流控制指令 C.4.5并行執行 C.4.6匯編指示 C.4.7匯編聲明語法 C.5TMS320C55xx的C語言編程 C.5.1數據類型 C.5.2通過C編譯器的匯編代碼生成 C.5.3編譯器關鍵詞及編譯指令 C.6混合C和匯編的編程 C.7實驗和程序實例 C.7.1實例 C.7.2匯編程序 C.7.3乘法 C.7.4循環 C.7.5模運算 C.7.6使用C語言與匯編語言的混合程序 C.7.7AIC3204的使用 C.7.8模擬輸入和輸出 參考文獻 |
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