数字信号处理
姚剑清
前言
信号处理的目的是对信号中包含的信息进行表示、加工和转换。比如,把信号中混在一起的频率成分分离开来,或者对信号中的某些频率成分进行增强或衰减。
1960年之前,信号处理都以模拟信号为对象。1970年之后,由于微处理器和数字计算机的快速发展,以及像快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)这类算法的广泛使用,信号处理的对象开始偏向数字信号,并由此开启了数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)的时代。
DSP是一门结合了模拟信号技术和数字信号技术的多学科技术。DSP的快速发展得益于DSP系统的稳定性、精确性和普遍适用性。DSP已经进入到了包括通信、人工智能、宇航、医学等几乎每一个学科领域。现今,我们日常使用的音视频产品完全依靠了最先进的DSP技术,并可以预期DSP技术将得到进一步发展。
尽管DSP技术取得了快速发展,DSP的基本原理却没有什么改变。而且,这些年来的经验还告诉我们,DSP的原理仍然是那样的不易理解。这使我想到,用我多年的经验编写一本简单易懂的DSP图书,希望对从事或爱好DSP研发的工程师或其他科研人员有所帮助。
为达到上述目的,这样一本书应该体现下面的原则:
1)只包括最基本和最必需的内容;
2)对概念的阐述必须深入到最基础的知识层面;
3)数学公式对于DSP是不可或缺的,但对每个公式的解释必须从最简单的实例出发,并使用验算或测试的方法,从多个方面来描述公式的内涵。
DSP的基础是模拟电子技术,而模拟电子技术的难点是对信号的理解。为此,本书着重讨论了作为信号最小单位的复指数信号,并把它融入最底层概念进行说明,具体包括傅里叶级数和傅里叶变换、z变换、频率响应、线性卷积和循环卷积等。为了帮助理解和记忆,将在本书中从多个方面对这些内容进行讨论。
正弦量信号是信号处理最基本的内容,而正弦量信号的相位又是信…