數字信號處理與濾波器設計概論

　　這篇序言是針對教師和初級-高級水平的學生，原因如下。我在本科和研究生階段教授數字信號處理課程，包括它的應用和數字濾波器設計，已經超過25年了。近幾年來，我從本科生那里聽到的一個普遍抱怨是，在這門課程的書中，沒有足夠的數字問題。但是一些非常有名的數字信號處理教科書比前幾年出版的幾本書有更多的問題。然而，這些書是為高年級和研究生水平的學生編寫的，因此初級水平的學生發現這些書中有太多的數學理論。他們還擔心在章節末尾發現的問題的高級程度。我還沒有找到一本關于數字信號處理的教科書來滿足這些來自初級學生的抱怨和擔憂。所以我寫了一本書，是為了滿足初中生的需要，以學生為本，以多年的初中教學為基礎。

　　網絡分析是我的博士論文導師M.E.Van Valkenburg教授（1964年由Prentice Hall于1964年出版）編寫的本科教材，它成為世界著名的經典，并不是因為它包含了大量網絡分析中所有與數學理論的嚴謹和美有關的話題，而是因為它當學生上第一門網絡分析課程時，幫助他們以最簡單的形式理解基本思想。我深受這本書的影響，在為學生們選修的第一門數字信號處理課程編寫這本教科書時。但我也不得不記住，大學生的一代是不同的；數字信號處理的課程和主題也是不同的。這本教科書并沒有包含上面提到的高年級研究生水平教科書中的許多主題。它的一個主要特點是，它使用了大量的數值問題以及使用MATLAB?函數（MATLAB是MathWorks，Inc.）的注冊商標）和信號處理工具箱中的函數的問題，這些函數都是在每一章中制定的，以突出基本概念。這些問題都是在討論或先解決理論后再提出理論的例子。不管怎樣，這種方法的主旨是讓學生理解基本的思想，把已經解決的問題作為實現目標的工具。在某些情況下，陳述比其他情況下更為非正式。學生們將發現以“注意到…”、“記住…”或“它被指出了”等開頭的語句；它們旨在強調這些句子中所陳述的重要概念和結果。許多重要結果被多次提及或總結，以強調其重要性。

　　這本書的另一個吸引人的特點是，所有在章節末尾給出的問題都是可以通過使用章節中討論的材料來解決的問題，這樣當學生成功地解決問題時，他們會對課程所涉及的材料有信心?；谏鲜隹紤]，作者聲稱這本書是以學生為本的。然而，學生應該知道，理解問題解決方案的能力很重要，但理解問題背后的理論更重要。以下段落是針對教授數字信號處理初級課程的教師。前七章包括明確的主題：（1）簡介，（2）時域分析和z變換，（3）頻域分析，（4）無限脈沖響應濾波器，（5）有限脈沖響應濾波器，（6）結構實現，以及（7）量化濾波器分析。第8章討論了硬件設計，第9章介紹了MATLAB。這本書在數字信號處理與一個明確的重點在基本概念的主流話題。大多數高年級的教科書都對有限字長理論進行了詳細的論述，但是學生們在分析有限字長對濾波器頻率響應的影響或設計一個滿足給定字長和量化格式的頻率響應規范的濾波器方面得不到幫助。在第7章中，我們討論了使用一個稱為“FDA工具”的MATLAB工具來深入研究有限字長和不同量化格式的效果。這是教科書的另一個吸引人的特點，本章所包含的材料在目前出版的任何其他教科書中都找不到。當學生學習了數字信號處理課程，并加入了使用商用DSP芯片設計數字信號處理（DSP）系統的行業時，他們對需要學習的內容幾乎沒有指導。正是出于這一關切，第8章增加了額外的材料，使他們獲得了必須學習的材料，以便在專業發展中取得成功。這是非常簡短但重要的材料，以引導他們朝著正確的方向前進。雖然有相當多的關于使用商用DSP芯片實現數字系統的書籍，但是用DSP編寫的教科書幾乎沒有提供任何指導。只有少數幾所學校開設以實驗室為導向的課程，學習如何設計和測試使用這種芯片的數字系統。即使是第8章中最少量的信息，在其他任何一本書名中包含“數字信號處理”的教科書中都找不到。然而，第8章并不是對硬件實現的詳盡論述，而是作為學生開始在行業中開始職業生涯時必須學習的內容的介紹。