譯著序

這是一本在實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理（DSP）方面非常實(shí)用的書(shū)。它從基礎(chǔ)的核心理論講起，再結(jié)合理論探討具體的工程實(shí)踐，用winDSK、MATLAB與C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)進(jìn)行實(shí)踐對(duì)比，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)讀者將理論與實(shí)踐進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。特別地，第Ⅰ部分“理論基礎(chǔ)”中各章的最后一節(jié)“問(wèn)題”，指引讀者進(jìn)行深入思考與回顧；第Ⅱ部分“項(xiàng)目實(shí)踐”中各章的最后一節(jié)“后繼挑戰(zhàn)”，拓展讀者的實(shí)踐思維，增強(qiáng)實(shí)踐能力。

本人在計(jì)算機(jī)軟件行業(yè)從業(yè)多年，其間閱讀了不少英文在線文檔及書(shū)籍，由于深感閱讀與理解英文技術(shù)資料的速度大幅落后于直接學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)的中文資料的速度，因此拜讀了很多前輩翻譯的中文技術(shù)資料，受益匪淺！ 一直以來(lái)希望自己也能翻譯一些英文技術(shù)資料，方便其他中文讀者輕松地學(xué)習(xí)和理解英文技術(shù)資料，為促進(jìn)知識(shí)傳播盡一份微薄之力。

當(dāng)自己認(rèn)真翻譯時(shí)，才發(fā)現(xiàn)比自行閱讀艱難許多。自己閱讀時(shí)意會(huì)即可，而真正翻譯時(shí)需要能夠言傳，期望更準(zhǔn)確地表達(dá)出原作者的意圖，需要不斷揣摩與斟酌相關(guān)字眼，同時(shí)需要結(jié)合專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)與前人的翻譯習(xí)慣來(lái)選取對(duì)應(yīng)的詞匯及表達(dá)方式。由于本書(shū)翻譯是在工作之余進(jìn)行的，時(shí)間比較倉(cāng)促，加之本人水平有限，翻譯過(guò)程中難免對(duì)原著有理解偏差甚至錯(cuò)誤之處，歡迎廣大讀者批評(píng)指正。

在本書(shū)翻譯工作啟動(dòng)時(shí)，劉陽(yáng)麗、陳榮生、李宗衡提供了協(xié)助，翻譯過(guò)程中家人給予極大的理解與支持，出版過(guò)程中劇艷婕、宋淑娟提供工作協(xié)助與稿件審校，在此一并感謝！

2020年4月于廣州····

序言

數(shù)字信號(hào)處理是今天使用的大多數(shù)技術(shù)的“核心”。手機(jī)使用數(shù)字信號(hào)處理來(lái)生成用于與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的DTMF（雙音多頻）音調(diào)；降噪耳機(jī)使用自適應(yīng)數(shù)字信號(hào)處理來(lái)消除周?chē)�環(huán)境的噪聲；數(shù)碼相機(jī)使用數(shù)字信號(hào)處理將圖像壓縮成JPEG格式以便有效存儲(chǔ)，比如在一張存儲(chǔ)卡中存儲(chǔ)數(shù)千張圖像；數(shù)字信號(hào)處理允許播放存儲(chǔ)在手機(jī)和iPod中的壓縮音樂(lè)；數(shù)字信號(hào)處理甚至可以控制汽車(chē)中的防抱死制動(dòng)器。這些只是我們周?chē)�世界中�?shù)字信號(hào)處理的幾個(gè)例子。

今天有許多好的教科書(shū)可以教授數(shù)字信號(hào)處理——但是大多數(shù)都是教授理論的，也許還有一些MATLAB�k的仿真。而本書(shū)則邁出了大膽的一步，它不僅提供了理論，還通過(guò)仿真強(qiáng)化了理論，并向我們展示了如何在實(shí)時(shí)應(yīng)用中實(shí)際使用結(jié)果。這最后一步不是一個(gè)微不足道的步驟，這就是為什么這么多的書(shū)和課程只提供理論和仿真。憑借本書(shū)三位作者——Thad Welch、Cameron Wright和Michael Morrow的綜合專(zhuān)業(yè)知識(shí)，讀者可以通過(guò)所提供的可訪問(wèn)路徑走進(jìn)應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)世界。第3版繼續(xù)支持德州儀器（Texas Instruments）的C6713 DSK和多核OMAPL138電路板。多核OMAP138芯片同時(shí)包括一個(gè)C6784 DSP內(nèi)核和一個(gè)ARM9 GPP內(nèi)核，使其功能非常強(qiáng)大，對(duì)各種用戶(hù)都具有吸引力。新增功能還支持TI LCDK（低成本開(kāi)發(fā)套件）。包含自適應(yīng)濾波和二階節(jié)（SOS）的新項(xiàng)目的章節(jié)已添加到包括QPSK和QAM發(fā)射器和接收器的現(xiàn)有項(xiàng)目章節(jié)中。所有代碼都已更新為在CCS6.1版上運(yùn)行，并且所有M文件已更新為在MATLAB 2016a上運(yùn)行。

我有幸曾與本書(shū)的作者合作撰寫(xiě)過(guò)幾篇論文，因此能從他們對(duì)工程教育貢獻(xiàn)的直接經(jīng)驗(yàn)方面來(lái)闡述。他們更加努力地持續(xù)擴(kuò)展自己的理解和能力，以合乎邏輯、直截了當(dāng)?shù)姆绞匠尸F(xiàn)復(fù)雜的材料。他們參加工程教育會(huì)議，主持工程教育會(huì)議，寫(xiě)工程教育的論文，為工程教育而活！（其中一位合著者Thad Welch，最近被選為第一位信號(hào)處理工程網(wǎng)絡(luò)研究員(Signal Processing Engineering Network Fellow)，以表彰他的領(lǐng)導(dǎo)才能和貢獻(xiàn)。）我很高興能有機(jī)會(huì)以作者自己的話(huà)來(lái)告訴本書(shū)的讀者：你們開(kāi)始了“一趟旅程……”

Delores M. Etter，電氣工程卡魯思主席，德克薩斯州達(dá)拉斯市南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)萊爾工程學(xué)院達(dá)爾文迪森網(wǎng)絡(luò)安全研究所杰出研究員。

（Etter博士，美國(guó)國(guó)家工程學(xué)院院士、IEEE會(huì)員、美國(guó)工程教育學(xué)會(huì)會(huì)員。2005—2007年，她擔(dān)任海軍助理秘書(shū)長(zhǎng)，負(fù)責(zé)研究、開(kāi)發(fā)和收購(gòu)；1998—2001年，她擔(dān)任美國(guó)國(guó)防科技部副部長(zhǎng)。她還是許多工程教科書(shū)的作者，其中包括幾本MATLAB的教科書(shū)。）

前言

本書(shū)供需要在實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理（DSP）方面具有簡(jiǎn)單實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生、教育工作者和工程師使用。過(guò)去，在實(shí)時(shí)DSP方面，理論與實(shí)踐之間存在著巨大的“差距”，本書(shū)使用作者已證明的方法彌補(bǔ)了這一差距。本書(shū)分為三個(gè)部分：理論基礎(chǔ)（共9章）、項(xiàng)目實(shí)踐（共12章）和附錄（共10章）。本書(shū)附帶的軟件包括所有必要的源代碼，以及附加信息和教程材料，以幫助讀者掌握實(shí)時(shí)DSP（有關(guān)訪問(wèn)軟件的操作指南，請(qǐng)參閱第1章）。還有一個(gè)網(wǎng)站支持這本書(shū)（見(jiàn)http://www.rt�瞕sp.com/），讀者可以在那里找到最新的新聞、提示、教程、勘誤表、額外的材料和軟件。

我們?cè)O(shè)想，如果讀者是第一次接觸DSP，則他們應(yīng)結(jié)合更傳統(tǒng)的、理論性更強(qiáng)的信號(hào)處理教材一起使用本書(shū)。您正在閱讀的這本書(shū)并不是為了教授基本的DSP理論，而是假設(shè)您已經(jīng)了解或正在學(xué)習(xí)DSP理論。本書(shū)不是講授理論，而是使用一個(gè)非常實(shí)用的、逐步引導(dǎo)的框架，提供實(shí)時(shí)DSP的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并在此過(guò)程中強(qiáng)化這種基本的DSP理論（作者稱(chēng)之為理論基礎(chǔ)）在一本篇幅合理的書(shū)中以有效的方式既講授理論又講授實(shí)踐是極不實(shí)際的。。該框架在每章中使用了一系列演示、練習(xí)和實(shí)踐項(xiàng)目，首先對(duì)適用理論進(jìn)行快速概述，然后使用MATLAB�k來(lái)應(yīng)用這些概念，最后在一些最新的高性能DSP硬件上實(shí)時(shí)運(yùn)行適用程序。這些項(xiàng)目指導(dǎo)讀者來(lái)為自己創(chuàng)建各種有趣的實(shí)時(shí)DSP程序。請(qǐng)務(wù)必查看本書(shū)的附錄——有些讀者評(píng)論說(shuō)，這些附錄讓這本書(shū)很值！每個(gè)理論基礎(chǔ)章節(jié)在該章的最后都提出一些問(wèn)題，作為家庭作業(yè)或自學(xué)，檢驗(yàn)讀者對(duì)特定章節(jié)里的關(guān)鍵DSP概念的理解。如前所述，這些關(guān)鍵概念通常僅在書(shū)中進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，更深入的內(nèi)容期望來(lái)自讀者已經(jīng)閱讀的或現(xiàn)在正與本書(shū)結(jié)合使用的、更傳統(tǒng)的、理論性更強(qiáng)的教材。這是有意安排的，如果讀者難以找到章節(jié)最后所提問(wèn)題的解決方案，那么就基本確定了讀者需要對(duì)該理論進(jìn)行回顧以便充分利用本教材。

理想情況下，讀者應(yīng)該參加或已經(jīng)參加過(guò)介紹性的DSP（或離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)）的課程。然而，我們已經(jīng)成功將本書(shū)的各個(gè)部分用于還沒(méi)有參與過(guò)DSP課程的學(xué)生作為補(bǔ)充理論的“及時(shí)”方法。這本書(shū)的主題覆蓋范圍足夠廣泛，同時(shí)包含本科和研究生水平的課程。期望讀者對(duì)MATLAB和C編程語(yǔ)言有基本的了解，但也不必是這方面的專(zhuān)家。為了充分利用這本書(shū)，讀者應(yīng)該能夠使用相對(duì)適中的硬件和軟件工具集合。特別是，一些推薦的項(xiàng)目包括一臺(tái)運(yùn)行版本比較新的Microsoft Windows�k（例如Windows 7 SP1/8.1/10）的標(biāo)準(zhǔn)PC、一份MATLAB及其信號(hào)處理工具箱的拷貝，以及下面介紹的一塊廉價(jià)的德州儀器DSP電路板（帶軟件）。其他一些雜項(xiàng)項(xiàng)目，如信號(hào)源（任何能夠播放數(shù)字音樂(lè)的設(shè)備都可以正常工作，如iPod、智能手機(jī)，甚至CD播放器）、揚(yáng)聲器（通常連接到PC電源的類(lèi)型即可）、耳機(jī)或耳塞，以及3.5毫米立體聲接插線（有時(shí)稱(chēng)為1/8英寸立體聲唱機(jī)插頭電纜）都會(huì)有用。為了以最大的靈活性處理輸入和輸出信號(hào)，支持DSP電路板的幾種不同編解碼器（見(jiàn)第1章）使用一些常見(jiàn)的測(cè)試設(shè)備，如示波器、頻譜分析儀和信號(hào)發(fā)生器，可以獲得更大的靈活性，但我們展示了如何在需要時(shí)使用第二塊便宜的DSP電路板甚至PC的聲卡作為此類(lèi)測(cè)試設(shè)備的廉價(jià)替代品。

實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理(從MATLAB到C)——基于TMS320C6x DSP(第3版)�T本書(shū)中介紹并隨書(shū)提供的實(shí)時(shí)軟件支持德州儀器公司（TI）提供的幾種相對(duì)便宜的DSP電路板。這些電路板包括TI低成本開(kāi)發(fā)套件（Low Cost Development Kit，LCDK）的OMAPL138版本、LogicPD Zoom OMAPL138實(shí)驗(yàn)者套件（Experimenter Kit）和仍然可用的TMS320C6713 DSK首字母縮略詞“DSK”代表“DSP Starter Kit”。而本書(shū)中討論的LCDK和實(shí)驗(yàn)者套件（Experimenter Kit）電路板未被TI正式稱(chēng)為“DSK”，我們選擇簡(jiǎn)化討論，并經(jīng)常稱(chēng)所有的電路板為DSK。這些電路板可以從授權(quán)的TI分銷(xiāo)商處購(gòu)買(mǎi)，也可以直接從TI購(gòu)買(mǎi)（參見(jiàn)第1.3.1小節(jié)）。請(qǐng)注意，TI提供了大量學(xué)術(shù)折扣和捐贈(zèng)（也在第1.3.1小節(jié)中討論）。。這些具有與TMS320C6711 DSK有限的向后兼容性，但在本書(shū)中未明確涵蓋這種已終止的電路板。目前可用的電路板都是標(biāo)配（或可以免費(fèi)下載）一套強(qiáng)大的軟件開(kāi)發(fā)工具（Code Composer StudioTM），我們?cè)诤竺娴恼鹿?jié)中會(huì)大量使用這些工具。

第1版是為響應(yīng)各種大學(xué)的學(xué)生和教師的許多要求而寫(xiě)的。當(dāng)作者在各種會(huì)議上介紹本書(shū)中出現(xiàn)的一些概念和代碼時(shí)，我們被一群試圖靠他們各自的努力去“彌合理論與實(shí)踐（使用實(shí)時(shí)硬件）之間的差距”的聽(tīng)眾包圍。第1版將我們統(tǒng)一的、逐步過(guò)渡的、以跨越這個(gè)“差距”的方法匯集在一個(gè)單一的來(lái)源中，被證明是相當(dāng)流行的。

第2版做了更新，其中包括對(duì)更強(qiáng)大的DSP開(kāi)發(fā)電路板的支持。該開(kāi)發(fā)電路板當(dāng)時(shí)可從德州儀器公司（TI）獲得，即LogicPD Zoom OMAPL138實(shí)驗(yàn)者套件（Experimenter Kit）。該電路板現(xiàn)在已不再生產(chǎn)，但仍在許多大學(xué)中使用。第2版還添加了一些其他主題（例如PN序列）和一些更高級(jí)的實(shí)時(shí)DSP項(xiàng)目（例如像QPSK和QAM這樣的用于發(fā)射器和接收器的高階數(shù)字通信項(xiàng)目），這些是第1版的讀者所要求的。

第3版（即本書(shū)）為最新的、功能強(qiáng)大的廉價(jià)DSP開(kāi)發(fā)電路板提供支持，該電路板目前可從德州儀器公司（TI）獲得，即OMAPL138OMAPL138同時(shí)包含C6748和ARM處理器內(nèi)核，我們二者都用。 LCDK。這個(gè)復(fù)雜但功能極其豐富的電路板是一個(gè)很好的例子，說(shuō)明了為什么我們的書(shū)被如此多的工程師、教育工作者和學(xué)生使用：我們讓開(kāi)始使用這個(gè)電路板進(jìn)行實(shí)時(shí)DSP變得容易，并使讀者少走了許多彎路。本書(shū)所支持的DSP板的更詳細(xì)描述見(jiàn)第1章。第3版還包括兩個(gè)應(yīng)早期版本的讀者所要求的新的實(shí)時(shí)DSP項(xiàng)目（探索二階節(jié)的使用和自適應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì)）。我們還添加了3個(gè)新的附錄：MATLAB提供的代碼生成（Code Generation）工具介紹，如何將LCDK轉(zhuǎn)換為便攜式電池驅(qū)動(dòng)設(shè)備的指南，以及本版本直接支持的3個(gè)DSP電路板的比較。在這個(gè)版本中，出版商增加了彩色印制，我們重新生成了書(shū)中的大部分圖，以充分利用這一點(diǎn)。我們還檢查并運(yùn)行了（在3種電路板的每一種上）本書(shū)附帶的所有軟件。與之前的版本一樣，我們吸納了來(lái)自早期版本的許多用戶(hù)的寶貴的得到高度贊賞的反饋和建議，從而使本書(shū)成為一本我們所希望的更好的書(shū)。

請(qǐng)注意，任何勘誤、更新、其他軟件和其他相關(guān)材料都將發(fā)布在由作者維護(hù)的本書(shū)網(wǎng)站上，網(wǎng)址為http://www.rt�瞕sp.com。由于DSP硬件的更新速度比我們可以出版本書(shū)新增補(bǔ)版的速度更快，因此該網(wǎng)站將為作者提供一種方法來(lái)支持這種更新，甚至包括那些在本書(shū)當(dāng)前版本出版后才推出的所選擇的新DSP電路板。為了您的方便，本前言末尾的二維碼也將帶您進(jìn)入該網(wǎng)站。出版商CRC Press（Taylor &Francis Group的一部分）也提供了一個(gè)安全的網(wǎng)頁(yè)，用于訪問(wèn)本書(shū)的解決方案手冊(cè)（Solutions Manual）等材料，允許采用本書(shū)作為其中一門(mén)或多門(mén)課程的教學(xué)資料的教授們?cè)L問(wèn)，有需要請(qǐng)聯(lián)系出版商了解詳情。

從DSP理論到實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)之路充滿(mǎn)了潛在的坑洼和其他障礙，這些障礙在歷史上造成了理論與實(shí)踐之間眾所周知的“差距”。本書(shū)提供了一種經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的方法，可以平滑路徑、清除障礙并避免通常會(huì)遇到的挫折，幫您縮小差距。我們希望您喜歡這趟旅程……

致謝

如果沒(méi)有德州儀器公司（TI）的支持和幫助，這本書(shū)不可能完成。特別地，我們想對(duì)凱西·威克斯（Cathy Wicks）表達(dá)衷心的感謝，他在指導(dǎo)德州儀器公司的全球大學(xué)項(xiàng)目方面不遺余力，使無(wú)數(shù)的學(xué)生和教授都能負(fù)擔(dān)得起DSP。凱西的前任克里斯蒂娜·彼得森（Christina Peterson）、瑪麗亞·霍（Maria Ho）和托倫斯·羅賓遜（Torrence Robinson）也為我們的努力做出了貢獻(xiàn)，最終促成了這本書(shū)的出版。德州儀器公司對(duì)DSP教育的支持在業(yè)界是無(wú)與倫比的，我們非常感激這種前瞻性的企業(yè)愿景。

我們還要感謝CRC Press（Taylor &Francis Group的一部分）的Nora Konopka和Kyra Lindholm，在他們的幫助和指導(dǎo)下完成了本書(shū)。他們的實(shí)時(shí)幫助、快速響應(yīng)和永不言敗的幽默感應(yīng)成為其他出版商的榜樣。請(qǐng)注意，我們以完全格式化為“可直接拍照制版”的形式向出版商提供了原稿，因此任何文稿錯(cuò)誤都是我們的錯(cuò)，而不是出版商的。

我們要感謝羅伯特·W·科南特（Robert W. Conant）對(duì)QPSK數(shù)字接收機(jī)一章的寶貴貢獻(xiàn)，以及布萊恩·L·埃文斯（Brian L. Evans）關(guān)于書(shū)中PN序列覆蓋范圍的有益建議。懷俄明大學(xué)（University of Wyoming）的羅伯特·F·庫(kù)比切克（Robert F. Kubichek）也提供了許多出色的建議和反饋。

匿名評(píng)審員的投入和許多第1版、第2版用戶(hù)的經(jīng)驗(yàn)使得本書(shū)得到了明顯的改進(jìn)，他們給予我們寶貴的反饋和許多優(yōu)秀的建議。

如果我們?cè)谶@份簡(jiǎn)短的致謝中遺漏了一個(gè)與文本編寫(xiě)相關(guān)的“插件”，將是我們的失職。本書(shū)是用LaTeX排版的，這是Leslie Lamport開(kāi)發(fā)的一個(gè)功能強(qiáng)大的文檔準(zhǔn)備系統(tǒng)，是Donald Knuth的TeX程序的一個(gè)特殊宏集合（具體來(lái)說(shuō)，我們使用了pdfLaTeX以直接生成PDF文件輸出,它是Han The Thanh創(chuàng)建的pdfTeX的變體）。LaTeX是技術(shù)寫(xiě)作的理想工具，得到了TeX用戶(hù)組（TUG）全球成員的大力支持，詳情請(qǐng)?jiān)L問(wèn)http://www.tug.org/。TeX、LaTeX和pdfLaTeX在公共領(lǐng)域免費(fèi)提供（TeX是美國(guó)數(shù)學(xué)協(xié)會(huì)的商標(biāo)）。我們使用優(yōu)秀的TeXStudio免費(fèi)軟件編輯器（見(jiàn)http://texstudio.sourceforge.net/）作為T(mén)eX用戶(hù)組（TUG）免費(fèi)提供的LaTeX的全面的TeX Live分發(fā)版的前端。為了以標(biāo)準(zhǔn)BibTeX語(yǔ)法維護(hù)書(shū)目參考數(shù)據(jù)庫(kù)，我們使用了免費(fèi)提供且功能強(qiáng)大的JabRef程序（請(qǐng)參閱http://jabref.sourceforge.net/）。所有這些程序不僅是免費(fèi)的，而且可以用于多種操作系統(tǒng)。本書(shū)中的插圖主要是用兩個(gè)程序之一創(chuàng)建的：Canvas和MATLAB。Canvas是美國(guó)ACD系統(tǒng)有限公司（ACD Systems of America, Inc.）的高端技術(shù)繪圖軟件包，它可以在同一個(gè)圖形中創(chuàng)建、操作向量和位圖圖像，且提供了類(lèi)似于將Adobe Illustrator和Adobe Photoshop組合在一個(gè)軟件包中的功能。 MATLAB是由邁斯沃克軟件有限公司（The MathWorks, Inc.）開(kāi)發(fā)的，它是一個(gè)功能極其強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算環(huán)境和第四代編程語(yǔ)言，且有許多可用于各種專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的工具箱擴(kuò)展。