MATLAB语言信号分析与合成(第2版)

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宋知用 著
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出版社: 北京航空航天大学出版社
ISBN:9787512425750
版次:1
商品编码:12271572
包装:平装
开本:16开
出版时间:2017-11-01
用纸:胶版纸
页数:400

具体描述

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MATLAB语言信号分析与合成(第2版)

本书是《MATLAB在语音信号分析和合成中的应用》(北京航空航天大学出版社出版)一书的升级版本,由MATLAB中文论坛的独立创始人张延亮(math)为其深情作序。书中所有程序代码均可通过扫描书中二维码免费获得。作者宋知用坚持每天在本书的作者-读者交流平台回答两个问题。至今已有4500多个回帖,1000多个答案。

内容简介

  MATLAB语言信号分析与合成(第2版) 

语音信号处理是数字信号处理的一个重要分支。本书含有许多数字信号处理的方法和 MATLAB函数。 全书共10章。第1~4章介绍语音信号处理的一些基本分析方法和手段,以及相应的MATLAB函数;第5~ 9章介绍语音信号预处理和特征的提取,包括消除趋势项和基本的减噪方法,以及端点检测、基音的提取和共 振峰的提取,并利用语音信号处理的基本方法,给出了多种提取方法和相应的 MATLAB程序;第10章结合 各种参数的检测介绍了语音信号的合成、语音信号的变速和变调处理,还介绍了时域基音同步叠加( TD PSOLA)的语音合成,并给出了相应的MATLAB程序。附录A中给出了调试复杂程序的方法和思路。 本书可作为从事语音信号处理的本科高年级学生、研究生或科研工程技术人员的辅助读物,也可作为从 事信号处理研究与应用的科研工程技术人员的参考用书。


作者简介

宋知用 曾在中国科学院声学研究所工作20多年,长期从事电声信号和数字信号处理工作。具有十余年的MATLAB编程经验,出版的图书有《MATLAB数字信号处理85个实用案例精讲——入门到进阶》和《MATLAB在语音信号分析和合成中的应用》。过去十余年中,宋知用一直活跃在MATLAB中文论坛及其他科技平台中,至今已回答并解决各种数字信号处理问题逾4500个。


内页插图

目录

第1章 语音的产生和感知……………………………………………………………………… 1

1.1 发声器官………………………………………………………………………………… 1

1.2 语音信号的数字模型…………………………………………………………………… 2

1.2.1 激励模型……………………………………………………………………………… 3

1.2.2 声道模型……………………………………………………………………………… 4

1.2.3 辐射模型……………………………………………………………………………… 7

1.3 语音的感知……………………………………………………………………………… 7

1.3.1 人耳的构造…………………………………………………………………………… 7

1.3.2 听觉感受性…………………………………………………………………………… 8

1.3.3 掩蔽效应……………………………………………………………………………… 8

1.3.4 响 度……………………………………………………………………………… 10

1.3.5 音 高……………………………………………………………………………… 11

参考文献……………………………………………………………………………………… 11

第2章 语音信号的时域、频域特性和短时分析技术………………………………………… 12

2.1 MATLAB中的语音信号分帧………………………………………………………… 12

2.2 语音分析中的窗函数…………………………………………………………………… 15

2.3 语音信号短时时域处理………………………………………………………………… 16

2.3.1 短时能量和短时平均幅度……………………………………………………………… 16

2.3.2 短时平均过零率……………………………………………………………………… 18

2.3.3 短时自相关函数……………………………………………………………………… 19

2.3.4 短时平均幅度差函数………………………………………………………………… 20

2.4 语音信号短时频域处理………………………………………………………………… 21

2.4.1 短时傅里叶变换的定义……………………………………………………………… 22

2.4.2 语谱图……………………………………………………………………………… 25

2.4.3 短时功率谱密度……………………………………………………………………… 27

参考文献……………………………………………………………………………………… 29

第3章 语音信号在其他变换域中的分析技术和特性……………………………………… 30

3.1 语音信号的同态处理和倒谱分析……………………………………………………… 30

3.1.1 同态处理的基本原理………………………………………………………………… 30

3.1.2 复倒谱和倒谱………………………………………………………………………… 31

3.2 离散余弦变换…………………………………………………………………………… 34

3.3 Mel频率倒谱系数的分析……………………………………………………………… 37

3.3.1 Mel滤波器组………………………………………………………………………… 37

3.3.2 MFCC特征参数提取………………………………………………………………… 38

3.4 小波和小波包变换……………………………………………………………………… 43

3.4.1 小波变换……………………………………………………………………………… 43

3.4.2 小波包变换…………………………………………………………………………… 44

3.4.3 小波包算法…………………………………………………………………………… 45

3.4.4 MATLAB中一维小波和小波包变换函数……………………………………………… 46

3.4.5 MATLAB语音信号小波和小波包变换的例子………………………………………… 49

3.5 EMD的基本理论和算法……………………………………………………………… 53

3.5.1 EMD的基本概念……………………………………………………………………… 53

3.5.2 EMD 的基本原理……………………………………………………………………… 55

3.5.3 EMD法的完备性和正交性…………………………………………………………… 57

3.5.4 基于EMD的Hilbert变换的基本原理和算法………………………………………… 59

3.5.5 EMD法的MATLAB函数…………………………………………………………… 60

参考文献……………………………………………………………………………………… 61

第4章 语音信号的线性预测分析…………………………………………………………… 62

4.1 线性预测分析的基本原理……………………………………………………………… 62

4.1.1 信号模型……………………………………………………………………………… 62

4.1.2 线性预测方程的建立………………………………………………………………… 64

4.1.3 语音信号的线性预测分析……………………………………………………………… 65

4.2 线性预测分析自相关和自协方差的解法……………………………………………… 66

4.2.1 自相关法……………………………………………………………………………… 66

4.2.2 协方差法……………………………………………………………………………… 71

4.3 线性预测分析格型法的解法…………………………………………………………… 72

4.3.1 格型法的基本原理…………………………………………………………………… 72

4.3.2 格型法的求解………………………………………………………………………… 74

4.4 线性预测导出的其他参数……………………………………………………………… 78

4.4.1 预测误差及其自相关函数……………………………………………………………… 79

4.4.2 反射系数和声道面积………………………………………………………………… 79

4.4.3 线性预测的频谱和预测误差滤波器A(z)多项式的根…………………………………… 81

4.4.4 线性预测倒谱………………………………………………………………………… 83

4.5 线谱对的分析法………………………………………………………………………… 86

4.5.1 LSP的定义和特点…………………………………………………………………… 87

4.5.2 LPC到LSP参数的转换……………………………………………………………… 89

4.5.3 LSP参数到LPC的转换……………………………………………………………… 91

参考文献……………………………………………………………………………………… 95

第5章 带噪语音和预处理…………………………………………………………………… 96

5.1 纯语音和带噪语音……………………………………………………………………… 96

5.2 信噪比…………………………………………………………………………………… 96

5.3 带噪语音的产生………………………………………………………………………… 97

5.4 语音信号的预处理一———消除趋势项和直流分量………………………………… 101

5.4.1 最小二乘法拟合趋势项的原理……………………………………………………… 102

5.4.2 最小二乘法拟合消除趋势项的函数…………………………………………………… 103

5.5 语音信号的预处理二———数字滤波器……………………………………………… 105

5.5.1 IIR低通、高通、带通和带阻滤波器的设计…………………………………………… 105

5.5.2 FIR低通、高通、带通和带阻滤波器的设计…………………………………………… 109

参考文献……………………………………………………………………………………… 116

第6章 语音端点的检测……………………………………………………………………… 117

6.1 双门限法……………………………………………………………………………… 117

6.2 双门限法的改进和推广……………………………………………………………… 123

6.2.1 噪声的影响………………………………………………………………………… 123

6.2.2 平滑处理…………………………………………………………………………… 125

6.2.3 双参数的双门限检测法……………………………………………………………… 127

6.2.4 单参数的双门限检测法……………………………………………………………… 129

6.3 相关法的端点检测…………………………………………………………………… 131

6.3.1 自/互相关函数最大值的端点检测…………………………………………………… 131

6.3.2 归一化自相关函数的端点检测……………………………………………………… 134

6.3.3 自相关函数主副峰比值的端点检测…………………………………………………… 136

6.3.4 自相关函数余弦角值的端点检测…………………………………………………… 138

6.4 方差法的语音端点检测……………………………………………………………… 141

6.4.1 频带方差的端点检测………………………………………………………………… 141

6.4.2 均匀子带分离频带方差的端点检测…………………………………………………… 142

6.4.3 频域BARK子带方差的端点检测…………………………………………………… 143

6.4.4 小波包BARK子带方差的端点检测………………………………………………… 145

6.5 谱距离法的端点检测………………………………………………………………… 148

6.5.1 对数频谱距离的端点检测…………………………………………………………… 149

6.5.2 倒谱距离的端点检测………………………………………………………………… 151

6.5.3 MFCC倒谱距离的端点检测………………………………………………………… 153

6.6 谱熵在端点检测中的应用…………………………………………………………… 155

6.6.1 谱熵法的端点检测…………………………………………………………………… 155

6.6.2 谱熵法端点检测的改进……………………………………………………………… 156

6.7 能零比和能熵比的端点检测………………………………………………………… 159

6.7.1 能零比的端点检测…………………………………………………………………… 159

6.7.2 能熵比法的端点检测………………………………………………………………… 161

6.8 小波变换和EMD分解在端点检测中的应用……………………………………… 162

6.8.1 小波变换在端点检测中的应用……………………………………………………… 162

6.8.2 EMD分解在端点检测中的应用……………………………………………………… 164

6.9 低信噪比时的端点检测……………………………………………………………… 167

6.9.1 噪声的估算………………………………………………………………………… 168

6.9.2 基本谱减法和方差法的端点检测…………………………………………………… 170

6.9.3 多窗谱估计谱减法和能熵比法的端点检测…………………………………………… 172

参考文献……………………………………………………………………………………… 174

第7章 语音信号的减噪……………………………………………………………………… 176

7.1 自适应滤波器减噪…………………………………………………………………… 176

7.1.1 LMS算法基本原理………………………………………………………………… 176

7.1.2 基本LMS自适应算法……………………………………………………………… 178

7.1.3 LMS的自适应带陷滤波器…………………………………………………………… 181

7.2 谱减法减噪…………………………………………………………………………… 184

7.2.1 基本谱减法………………………………………………………………………… 184

7.2.2 改进的谱减法……………………………………………………………………… 187

7.3 维纳滤波法减噪……………………………………………………………………… 195

7.3.1 维纳滤波的基本原理………………………………………………………………… 195

7.3.2 维纳滤波减噪的具体步骤和函数WienerScalart96 …………………………………… 197

7.3.3 维纳滤波的MATLAB例子………………………………………………………… 199

参考文献……………………………………………………………………………………… 201

第8章 基音周期的估算方法………………………………………………………………… 202

8.1 基音周期提取的预处理……………………………………………………………… 203

8.1.1 基音检测中的端点检测……………………………………………………………… 203

8.1.2 基音检测中的带通滤波器…………………………………………………………… 204

8.2 倒谱法的基音检测…………………………………………………………………… 205

8.2.1 倒谱法基音检测原理………………………………………………………………… 205

8.2.2 倒谱法基音检测的MATLAB程序…………………………………………………… 206

8.2.3 简单的后处理方法…………………………………………………………………… 207

8.3 短时自相关法的基音检测…………………………………………………………… 209

8.3.1 短时自相关函数法…………………………………………………………………… 209

8.3.2 中心削波的自相关法………………………………………………………………… 211

8.3.3 三电平削波的互相关函数法………………………………………………………… 212

8.3.4 基于自相关函数法提取基音的MATLAB程序……………………………………… 214

8.4 短时平均幅度差函数的基音检测…………………………………………………… 215

8.4.1 短时平均幅度差函数法……………………………………………………………… 215

8.4.2 改进的短时平均幅度差函数法……………………………………………………… 217

8.4.3 循环平均幅度差函数法……………………………………………………………… 218

8.4.4 基于平均幅度差函数法提取基音的MATLAB程序…………………………………… 220

8.4.5 自相关函数法和平均幅度差函数法的结合…………………………………………… 221

8.5 线性预测的基音检测………………………………………………………………… 223

8.5.1 线性预测倒谱法…………………………………………………………………… 223

8.5.2 简化逆滤波法……………………………………………………………………… 225

8.6 基音检测的进一步完善……………………………………………………………… 227

8.6.1 主体延伸法的原理和方法…………………………………………………………… 228

8.6.2 主体延伸基音检测法的步骤………………………………………………………… 229

8.6.3 端点检测和元音主体的检测………………………………………………………… 230

8.6.4 元音主体的基音检测………………………………………………………………… 232

8.6.5 计算延伸区间和长度………………………………………………………………… 239

8.6.6 在延伸区间进行基音检测…………………………………………………………… 241

8.6.7 主体延伸基音检测法的MATLAB程序……………………………………………… 248

8.7 带噪语音中的基音检测……………………………………………………………… 251

8.7.1 小波自相关函数法………………………………………………………………… 251

8.7.2 谱减自相关函数法………………………………………………………………… 253

8.7.3 谱减法与主体延伸法相结合………………………………………………………… 255

参考文献……………………………………………………………………………………… 258

第9章 共振峰的估算方法…………………………………………………………………… 259

9.1 预加重和端点检测…………………………………………………………………… 259

9.1.1 预加重……………………………………………………………………………… 259

9.1.2 端点检测…………………………………………………………………………… 260

9.2 倒谱法对共振峰的估算……………………………………………………………… 260

9.2.1 倒谱法共振峰估算的原理…………………………………………………………… 260

9.2.2 倒谱法共振峰估算的MATLAB程序………………………………………………… 261

9.3 LPC法对共振峰的估算……………………………………………………………… 262

9.3.1 LPC法共振峰估算的原理…………………………………………………………… 262

9.3.2 LPC内插法共振峰的估算…………………………………………………………… 263

9.3.3 LPC求根法共振峰的估算…………………………………………………………… 266

9.4 连续语音LPC法共振峰的检测……………………………………………………… 268

9.4.1 简单的LPC共振峰检测……………………………………………………………… 268

9.4.2 改进的LPC共振峰检测……………………………………………………………… 270

9.5 基于Hilbert Huang变换(HHT)的共振峰检测………………………………… 274

9.5.1 希尔伯特变换……………………………………………………………………… 275

9.5.2 语音信号的另一种模型———AM FM 模型…………………………………………… 278

9.5.3 对AM FM 模型的分析…………………………………………………………… 279

9.5.4 语音信号共振峰特征参数提取的HHT方法………………………………………… 279

9.5.5 基于Hilbert Huang变换的共振峰检测步骤和MATLAB程序……………………… 280

参考文献……………………………………………………………………………………… 283

第10章 语音信号的合成算法……………………………………………………………… 284

附录A 程序的调试和修改…………………………………………………………………… 345

前言/序言

  

我与计算机打交道已有40多年。在20世纪70年代初开始接触计算机,最早使用的是晶体管的108乙机,用5孔电报纸带上机,用机器语言编程,调试一个小程序可能需要数周甚至数月。随着技术的发展,我曾使用过Nova1200、z80、Intel8086 / 80286 / 80386等,而编程使用的计算机语言也从汇编到BASIC、FORTRAN 等。数字信号处理最基础的是快速傅里叶变换和数字滤波器,但在不同的机种用不同的编程语言都需要编制相应的基础性处理程序,这些都极其耗费时间和精力。

21世纪初我偶然接触到MATLAB语言,立刻被它的功能所吸引。MATLAB除了编程简单外,还有强大的工具箱(全世界的精英都为工具箱做贡献)。一些基础性的处理程序都已包含在工具箱中,不需要用户去从事这方面的开发工作,这样节省了大量的重复性的工作。对于用户来说,只须考虑怎样利用工具箱来实现自己的想法和算法。MATLAB的程序大部分不需要编译、链接等一套烦琐的过程,输入程序后就能运行。MATLAB是一种方便、实用、高效的计算机语言。

互联网的发展形成了很多以MATLAB为基础的科技讨论社区。在这些论坛社区里集中了来自社会各界和高校各学科各专业的MATLAB使用者、爱好者。我从2002年开始在国内一些成立较早的论坛社区如研学论坛和振动论坛等的信号处理版块中参与各类问题的解答。MATLAB中文论坛成立后,同样在信号处理版块经常与各种程度的MATLAB使用者打交道,解答使用者通常会遇到的一些问题。我发现在对语音信号进行处理的过程中,有好多用户对于怎么把MATLAB应用于语音处理不甚熟悉,这些因素促使我萌生了编写本书的想法。

运用MATLAB处理语音信号至少需要掌握三方面的知识:语音信号处理的基础理论、数字信号处理的基础理论和MATLAB的编程技术。本书的目的是帮助本科高年级学生和硕士研究生尽快掌握怎么把MATALB应用于语音信号的分析和合成中去,因此书中介绍了语音信号处理的基础知识,介绍了语音分析和合成的基本方法,以及相应的MATLAB函数和程序,读者以这些方法、函数和程序为基础,进一步去解决自己的问题,可少走一些弯路。书中介绍的各种方法都还有继续改善和拓展的空间,使它们更加完善,取得更好的效果。本书也适合于从事数字信号处理的广大高校师生和科研工作人员作为参考用书。但阅读本书的读者应掌握数字信号处理的基本知识,以及MATLAB编程的基本技能。

本书介绍语音信号分析和合成处理的基础、原理、方法和应用。全书共10章,具体内容如下:

第1章介绍语音信号处理的基础知识,如发音器官与听觉器官、语音信号的数学模型和语音信号感知特性等。

第2章和第3章介绍语音信号特征分析的基本处理技术,包括时域分析、频域分析、同态分析、DCT和MFCC分析、小波和小波包变换的分析以及EMD分析等方法。

第4章介绍线性预测分析方法。介绍了线性预测的模型、方程的建立、线性预测的自相关和自协方差解、线性预测的格型法解、由线性预测导出的其他参数和线谱对分析法等。

第5章介绍了带噪语音信号及预处理。介绍了信噪比的概念和带噪语音信号的产生,以及最小二乘法消除趋势项和数字滤波等。

第6章介绍语音端点的检测方法。首先从能量和过零率导出通用的双门限单参数和双参数的端点检测,接着介绍相关法、方差法、谱距离法、谱熵法、能零比和能熵比法、小波变换和EMD分解法等的端点检测,最后给出在低信噪比下端点检测的方法。

第7章介绍语音信号的减噪。介绍了利用自适应滤波器减噪、基本谱减法和改进谱减法的减噪,以及维纳滤波减噪等方法。

第8章介绍语音信号的基音检测技术。首先介绍了在基音检测中的端点检测和预滤波,接着分别介绍了倒谱法、自相关法、平均幅度差函数法和线性预测等方法的基音检测。这些方法中虽在基音检测后都进行了平滑处理,但在基音周期中都会有野点发生。这里提出了主体延伸的基音检测方法,并详细说明了该方法的原理和处理步骤,改善了基音检测的结果。本章的最后介绍了带噪语音的基音检测技术。

第9章介绍语音的共振峰检测。首先介绍了在共振峰检测中的预加重和端点检测,接着介绍了倒谱法和线性预测法的共振峰检测,并在线性预测的基础上进一步介绍了简单LPC和改进的LPC对连续语音的共振峰检测。本章最后介绍了HHT法的共振峰检测。

第10章介绍语音信号的合成算法。首先介绍了数据接叠的三种方法,在此基础上介绍了频谱参数的语音合成、线性预测系数和预测误差的语音合成、线性预测系数和基音参数的语音合成、基音和共振峰的语音合成。通过合成技术又介绍了语音信号的变速和变调算法,最后介绍了波形拼接合成技术以及时域基音同步叠加(TD PSOLA)的合成方法。

在附录A 中以主体延伸基音检测法为例,说明了程序的调试和修改方法,以帮助读者调试和修改程序使之成为适合自己的应用函数和程序。

本书中除第1章外的各章均附有函数和程序。书中经常会调用的一些函数(自编函数或取自其他应用工具箱中的函数),已集中在basic_tbx工具箱中,在运行本书的程序前请把该工具箱设置(用set path设置)在工作路径下。当要运行EMD处理时,要把emd工具箱设置在工作路径下;当要运行主体延伸基音检测时,要把Pitch_ztlib工具箱设置在工作路径下;当要进行时域基音同步叠加语音合成时,要把psola_lib工具箱设置在工作路径下;当要应用本书提供的语音数据时,最好把speech_signal设置在工作路径下。本书的所有函数和程序都在MATLAB R2009a版本下调试通过。

本书的读者作者在线交流平台为http://www.ilovematlab.cn/forum 173 1.html。本书作者将通过该平台与广大读者交流,解决大家在阅读本书过程中遇到的问题,分享彼此的学习经验,从而达到共同进步的目的。

在编写本书的过程中,作者得到了MATLAB中文论坛创始人张延亮(math)博士的指导和帮助,也得到了北京航空航天大学出版社陈守平编辑的支持与鼓励,中国语音学会会长、中国社会科学院人类学与民族学研究所鲍怀翘教授对本书的编写提出了不少宝贵意见,在此向他们表示衷心的感谢。

由于编写时间仓促,加之作者学识所限,书中如有错误和疏漏之处,恳请广大读者和各位专家批评指正。

宋知用



《信号之舞:MATLAB语言信号分析与合成(第2版)》 内容简介 本书全面深入地探讨了信号分析与合成的理论基础,并以MATLAB语言作为核心实现工具,为读者提供了一条从理论到实践的完整路径。本版在原有基础上进行了 extensive 的更新与拓展,融入了更多前沿技术和实际应用案例,旨在帮助读者构建扎实的信号处理知识体系,并能够独立运用MATLAB解决复杂的信号分析与合成问题。 第一部分:信号分析基础 本部分聚焦于信号的基本概念、分类以及分析方法。我们将从最基础的信号定义出发,系统阐述连续时间信号与离散时间信号的特性,包括周期信号、非周期信号、能量信号、功率信号等。 傅里叶分析: 这是信号分析的核心工具。我们将深入讲解傅里叶级数和傅里叶变换,揭示信号在频域的内在结构。内容将涵盖: 傅里叶级数(FS): 适用于周期信号,通过正交三角函数(正弦和余弦)或复指数函数来表示信号。我们将推导周期信号的傅里叶级数展开式,并重点分析其收敛性。 傅里叶变换(FT): 适用于非周期信号,将信号从时域映射到频域。我们将详细讲解傅里叶变换的定义、性质(如线性性、时移、频移、卷积定理、 Parseval 定理等),以及如何利用这些性质简化分析。 离散时间傅里叶变换(DTFT): 针对离散时间信号,虽然DTFT的结果是连续的,但其计算在理论上是无穷的。我们将讨论DTFT的定义、性质及其与连续时间傅里叶变换的关系。 离散傅里叶变换(DFT): 这是在计算机上实际计算傅里叶变换的唯一可行方式。我们将详细介绍DFT的定义,并重点讲解快速傅里叶变换(FFT)算法,包括其原理、优点以及在工程实践中的应用。 傅里叶变换的应用: 我们将通过具体的例子,展示傅里叶分析在频率响应分析、频谱分析、滤波设计等方面的强大作用。 拉普拉斯变换与Z变换: 作为傅里叶变换的推广,拉普拉斯变换和Z变换在分析连续时间和离散时间线性时不变(LTI)系统时尤为重要。 拉普拉斯变换: 适用于连续时间LTI系统,能够处理瞬态响应和稳定性分析。我们将讨论单边和双边拉普拉斯变换,分析收敛域(ROC),以及LTI系统的传递函数。 Z变换: 适用于离散时间LTI系统。我们将介绍Z变换的定义、性质,收敛域,以及离散系统中的传递函数和系统函数。 联系与区别: 强调拉普拉斯变换与Z变换与傅里叶变换之间的联系,以及它们各自在系统分析中的优势。 卷积: 卷积是描述LTI系统输入输出关系的数学运算,是信号分析和系统分析的核心。 连续时间卷积: 详细讲解连续时间卷积的定义、性质以及计算方法。 离散时间卷积: 讲解离散时间卷积的定义、性质以及计算方法。 卷积定理: 阐述在时域的卷积对应于频域的乘积,以及反之亦然,这极大地简化了系统分析。 MATLAB实现: 提供MATLAB函数用于实现卷积运算,并给出实际应用案例。 采样定理: 采样是连接连续信号和离散信号的关键步骤。 奈奎斯特定理: 深入讲解采样定理的内容,包括采样频率与信号最高频率的关系,以及欠采样可能导致的混叠现象。 重构定理: 讨论如何从采样后的离散信号中无损地恢复原始连续信号。 采样过程的数学描述: 从数学模型上解释采样过程,以及它与冲激串的乘积的联系。 相关分析: 相关性衡量两个信号之间的相似度。 自相关函数: 分析单个信号的周期性、随机性等特性。 互相关函数: 分析两个信号之间的相似度、延迟关系等。 应用: 介绍相关分析在信号检测、同步、模式识别等领域的应用。 第二部分:信号合成基础 本部分将探讨如何通过各种数学方法构建或生成信号,为信号处理、通信系统、数据生成等提供基础。 正交函数集与信号表示: 正交性概念: 引入数学上正交的概念,以及正交函数集在信号表示中的重要性。 傅里叶级数作为正交展开: 再次强调傅里叶级数是基于三角函数正交系对周期信号的展开。 其他正交函数集: 介绍如拉盖尔函数、切比雪夫函数等其他正交函数集,并简述其应用。 信号的生成与建模: 基本信号的合成: 如何利用MATLAB生成各种基本信号,如正弦波、余弦波、指数信号、冲激信号、阶跃信号等。 周期信号的合成: 基于傅里叶级数,如何通过叠加不同频率和幅度的正弦或余弦分量来合成任意形状的周期信号。 随机信号的生成: 介绍生成各种统计特性的随机信号的方法,如高斯白噪声、均匀分布噪声等,并探讨其在仿真中的作用。 复杂信号的建模: 如何根据实际场景,建立信号的模型,例如通信信号的调制、数据信号的编码等。 滤波器设计与信号滤波: 滤波器在信号分析与合成中扮演着至关重要的角色,它们可以去除噪声、提取特定频率成分,或者实现信号的整形。 理想滤波器与实际滤波器: 区分理想滤波器(如理想低通、高通、带通、带阻滤波器)的特性与实际滤波器在物理实现上的限制。 滤波器分类: 介绍模拟滤波器与数字滤波器,以及IIR(无限冲激响应)与FIR(有限冲激响应)滤波器的基本原理。 数字滤波器设计方法: FIR滤波器设计: 重点介绍窗函数法(矩形窗、汉明窗、海明窗、Blackman窗等)和频率采样法。 IIR滤波器设计: 介绍脉冲响应不变法、双线性变换法等,并与Butterworth、Chebyshev、Elliptic等经典逼近设计方法相结合。 MATLAB滤波器设计工具箱: 详细讲解如何利用MATLAB的强大滤波器设计函数(如`firpm`, `fir1`, `iirpm`, `butter`, `cheby1`, `ellip`等)来设计各种类型的数字滤波器。 滤波器性能评估: 如何通过幅频响应、相频响应、群延迟等指标来评估滤波器的性能。 滤波应用: 通过实例展示滤波在信号去噪、信号分离、音频处理、图像处理等领域的实际应用。 第三部分:MATLAB实现与应用 本部分将把理论知识与MATLAB编程实践相结合,通过大量实例演示如何使用MATLAB进行信号分析与合成。 MATLAB信号处理基础: 基本数据类型与操作: 向量、矩阵的创建与操作,数值计算。 绘图函数: `plot`, `subplot`, `xlabel`, `ylabel`, `title`, `grid`等,用于可视化信号的时域和频域特性。 信号处理工具箱(Signal Processing Toolbox): 介绍其核心函数,如`fft`, `ifft`, `conv`, `xcorr`, `filter`等。 数值计算工具箱(Numerical Computing Toolbox): 介绍其在信号处理中的应用,如求解微分方程。 实例分析: 正弦信号的生成与频谱分析: 如何生成指定频率、幅度和相位的正弦信号,并利用FFT分析其频谱。 周期信号的合成与分析: 如何通过叠加多个正弦波合成方波、三角波等,并分析其频谱成分。 随机信号的生成与滤波: 如何生成高斯白噪声,并使用设计好的滤波器去除噪声。 LTI系统的分析: 如何通过传递函数或冲激响应来分析LTI系统的行为,并预测其对不同输入信号的响应。 数字通信信号的仿真: 简要介绍如何使用MATLAB实现简单的数字调制(如ASK、FSK)和解调过程。 音频信号处理: 加载、播放、滤波、加效果等。 图像信号处理基础: 图像作为二维信号,其在时域(空间域)和频域(频率域)的分析与一维信号有共通之处,将介绍基本的图像变换和滤波。 高级主题与拓展: 小波分析简介: 介绍小波分析作为傅里叶分析的补充,在局部时频分析方面的优势。 谱估计方法: 除了周期图法,还将介绍改进的谱估计方法,如Welch法、AR模型谱估计等。 自适应滤波简介: 介绍自适应滤波器在噪声消除、系统辨识等动态环境下的应用。 信号压缩与编码: 简要提及信号压缩和编码的基本概念。 本书特色: 理论与实践紧密结合: 每一章的理论讲解后都会紧随MATLAB实现示例,确保读者能够将抽象的数学概念转化为可执行的代码。 丰富的实际案例: 涵盖通信、音频、图像、噪声抑制等多个领域的实际应用,增强学习的趣味性和实用性。 循序渐进的学习路径: 从基础概念到高级技术,由浅入深,适合不同水平的读者。 MATLAB工具箱的深入应用: 重点讲解MATLAB在信号处理领域的强大功能,培养读者独立解决问题的能力。 内容全面且更新: 覆盖了信号分析与合成的主要理论和技术,并对一些新兴技术进行了介绍。 通过对本书的学习,读者将不仅能够理解信号分析与合成的精妙原理,更能熟练掌握利用MATLAB这一强大的工具进行信号处理的方法,为在工程、科研及其他相关领域的工作打下坚实的基础。

用户评价

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我是一名计算机科学专业的学生,在学习图像处理和机器学习相关课程时,经常会遇到信号分析与合成的概念。虽然我能够理解一些基本的算法,但对于其背后的数学原理和更广泛的应用场景,我感觉了解得还不够深入。我希望能够找到一本能够系统性地讲解信号分析与合成的理论基础,并且能够展示其在图像、语音、文本等不同领域的应用的图书。我尤其关注那些能够解释如何利用 MATLAB 等工具来实现这些算法,并能够提供一些经典的案例分析的书籍。如果书中能够帮助我理解如何将信号处理技术与机器学习模型相结合,解决更复杂的实际问题,那就更完美了。我希望通过这本书,能够拓宽我的知识视野,并为我未来的学习和研究打下坚实的基础。

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我是一名从事通信系统开发的工程师,工作中经常需要处理各种类型的信号,比如音频、视频、无线电信号等等。虽然我对信号的基本概念有所了解,但随着技术的不断发展,新的信号处理技术和算法层出不穷,我感到自己的知识储备有些跟不上节奏了。我特别希望能够找到一本能够提供最新研究进展和前沿技术的书籍,并能够讲解如何在实际工程项目中应用这些技术。尤其是在实时信号处理、降噪、滤波、调制解调等关键技术方面,我希望能有更深入的理解和更实用的指导。如果书中能够提供一些代码示例,并且可以指导我如何根据实际需求进行算法的定制和优化,那将对我工作有极大的帮助。

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作为一个热爱音乐创作的业余爱好者,我一直对声音的合成和处理很感兴趣。我希望能够学习如何利用编程技术来生成各种音效,并且能够对已有的音频信号进行编辑和增强。我了解信号分析与合成在音频领域有着广泛的应用,比如数字合成器、音频效果器、声纹识别等等。我希望找到一本能够系统地讲解声音信号的特点,以及如何通过数学模型和算法来实现声音的生成和处理的书籍。如果书中能够提供一些关于如何利用 MATLAB 来进行音频信号的分析、合成、滤波、混响等操作的示例,并且能够讲解不同合成方法的原理和特点,那将对我非常有吸引力。我希望通过这本书,能够将我的音乐创作提升到新的水平。

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对于我这样一个初入信号处理领域的研究生来说,如何在海量的理论知识中找到一条清晰的学习路径,一直是我头疼的问题。我参加过一些相关的讲座和工作坊,但往往因为时间有限,很多深入的内容只能浅尝辄止。我渴望一本能够系统性地梳理信号分析与合成的脉络,并且能够结合实际操作来加深理解的书籍。我特别关注那些能够帮助我理解不同信号处理算法背后的数学原理,以及它们在实际工程应用中的优劣势的书。如果书中能够提供一些经典的案例分析,并且展示如何利用编程工具(比如 MATLAB)来复现和改进这些算法,那就再好不过了。我希望通过这本书,能够建立起扎实的理论基础,并具备独立解决信号处理问题的能力。

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我一直对信号处理领域充满好奇,尤其是在学习音频和图像处理相关课程时,经常会接触到各种复杂的数学模型和算法。虽然我具备一定的数学基础,但将理论知识转化为实际的代码实现,并且能够灵活运用到不同的应用场景中,对我来说一直是一个挑战。之前也尝试过阅读一些开源的信号处理库的文档,但往往因为缺乏系统性的指导,感觉抓不住重点,理解起来也比较吃力。我希望找到一本能够深入浅出地讲解信号分析与合成原理,并且能通过实际的编程示例来巩固学习的书籍,这样我才能真正地掌握这门技术,而不是停留在概念层面。尤其是在数据可视化和算法优化方面,我希望能有更直观的理解和更高效的实践方法。

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一直找遥感与matlab结合应用的专业书籍,这个挺系统的。

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货到了,还没看,应该没问题,京东快递员每次都会电话提醒,很喜欢在京东购物,支持强东哥!

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非常好的一本书。做算法的很多还是面向过程的编程思路,转换到对象编程更有利于大型项目和继承

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质量还挺好的,看起来是正版。

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不错,讲的比较细

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发货及时,到货快,包装完好,书无损坏

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书到货及时,是正品,还有折扣,以后还来买

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书很厚,印刷质量不错,初步看了一些,内容很详细。

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内容很丰富,适合初学者入门

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