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出版社:机械工业出版社自营官方旗舰店
出版时间:2018-01
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内容介绍

内容简介

《快速傅里叶变换:算法与应用》深入浅出地阐述了快速傅里叶变换(FFT)的原理,系统地总结了各类FFT算法,并广泛精辟地介绍了FFT在视频和音频信号处理中的各种应用。本书在阐述了离散傅里叶变换(DFT)的原理和性质之后,详细讨论了时域抽取(DIT)和频域抽取(DIF)的各类快速算法。论述了近似计算DFT的整数FFT、二维及多维信号FFT、非均匀DFT等原理和技术。《《快速傅里叶变换:算法与应用》》还详细讨论了FFT的应用,给出了大量案例,并且附有小结、习题,还附有课程实践和参考文献。

作者简介

K. R. Rao教授是离散余弦变换的发明人之一,被认为是学术界的泰斗,就职于美国德州大学,是美国及国际众多音视频处理标准的起草人之一。


译者长期从事视频编码和多媒体信息处理领域的研究,分别在英国和美国获得博士学位,目前就职于县交通大学,从事相关研究,每天都在和频域分析特别是离散余弦变换(DCT)打交道。在快速傅里叶变换方面积累深厚。曾参加包括欧盟FP6科研项目,国家自然科学基金等科研项目,目前作为项目负责人承担国家自然科学基金、教育部博士点新教师基金等多个基金项目。 在包括IEEE Transactions on Image Processing,IEEE Transactions on CSVT等重要国际学术期刊和国际会议上发表英文论文30余篇。 2008年获英国工程学会IET第五届视觉信息工程国际会议杰出贡献奖 2010年获西北工业大学电子信息学院“优秀青年教师”称号。


目录

译者序

原书前言

本书结构

缩略语


第1章 简介 1

第2章 离散傅里叶变换 4

第3章 快速算法 37

第4章 整数快速傅里叶变换 100

4.1 介绍 100

4.2 提升技术 100

4.3 算法 101

4.3.1 定点运算的实现 105

4.4 整数离散傅里叶变换 107

4.4.1 近完全整数DFT 107

4.4.2 完全整数DFT 108

4.4.3 能量守恒 110

4.4.4 循环移位 110

4.5 小结 112

4.6 习题 112

4.7 课程实践 112

第5章 二维离散傅里叶变换 113

5.1 定义 113

5.2 性质 116

5.2.1 周期性 116

5.2.2 共轭对称 116

5.2.3 时域/空域的循环移位(周期性移位) 117

5.2.4 频域的循环移位(周期性移位) 117

5.2.5 斜特性 119

5.2.6 旋转性 120

5.2.7 帕斯瓦尔定理 120

5.2.8 卷积定理 120

5.2.9 相关定理 122

5.2.10 空域微分 122

5.2.11 频域微分 123

5.2.12 拉普拉斯算子 123

5.2.13 矩形方程 123

5.3 二维滤波 124

5.3.1 逆高斯滤波器(IGF) 126

5.3.2 根滤波器 127

5.3.3 同态滤波 129

5.3.4 范围压缩 130

5.3.5 高斯低通滤波器 131

5.4 逆滤波和维纳滤波 131

5.4.1 维纳滤波器 133

5.4.2 几何平均滤波器(GMF) 135

5.5 三维DFT 136

5.5.1 三维DFT 136

5.5.2 三维IDFT 136

5.5.3 三维坐标 136

5.5.4 三维DFT 136

5.5.5 三维IDFT 136

5.6 一维DFT域的方差分布 137

5.7 酉变换下的方差和不变 138

5.8 二维DFT域的方差分布 138

5.9 基于变换系数方差的量化 140

5.10 最大方差区域采样(MVZS) 144

5.11 几何区域采样(GZS) 145

5.12 小结 151

5.13 习题 151

5.14 课程实践 151

第6章 矢量基二维FFT算法 161

6.1 矢量基DIT-FFT 161

6.2 矢量基DIF-FFT 164

6.3 小结 168

第7章 非均匀离散傅里叶变换 169

7.1 简介 169

7.2 一维非均匀离散傅里叶变换(NDFT) 169

7.2.1 均匀采样序列的离散傅里叶变换 169

7.2.2 非均匀离散傅里叶变换的定义 171

7.2.3 NDFT的性质 173

7.2.4 NDFT-2示例 175

7.3 NDFT的快速算法 180

7.3.1 前向NDFT 180

7.3.2 NDFT的逆变换(INDFT) 184

7.4 二维NDFT 188

7.4.1 二维采样结构 188

7.4.2 二维非均匀矩形采样的例子 191

7.5 使用NDFT设计滤波器 192

7.5.1 低通滤波器的设计 192

7.5.2 非均匀低通滤波器的例子 198

7.6 小结 201

7.7 习题 201

第8章 应用 203

8.1 频域下采样 203

8.1.1 频域上采样(零插入) 206

8.2 分形图像压缩 207

8.3 纯相位相关 211

8.4 利用DFT/FFT实现图像的旋转和平移 213

8.5 帧内错误隐藏 216

8.6 表面纹理分析 216

8.7 基于FFT的听觉模型 216

8.8 图像水印 218

8.9 音频水印 219

8.9.1 使用知觉掩蔽的音频水印 220

8.10 正交频分复用(OFDM) 221

8.10.1 使用IFFT/FFT表示OFDM信号 222

8.11 OFDM的FFT处理器 223

8.12 基于DF DFT的信道估计方法 224

8.12.1 基于DF DFT的信道估计方法 225

8.13 共轭梯度快速傅里叶变换(CG-FFT) 226

8.14 改进型离散余弦变换(MDCT) 226

8.15 奇叠加TDAC 235

8.16 感知变换音频编码器 237

8.17 OCF编码器 238

8.18 NMR评估系统 239

8.19 移动接收音频编码器 240

8.20 高质量音乐信号的自适应功率谱感知熵编码(ASPEC) 241

8.21 残差激励线性预测(RELP)声码器 242

8.22 同态声码器 243

8.23 掩蔽模式通用子带集成编码与复用(MUSICAM) 243

8.24 AC-2音频编码器 245

8.25 利用IFFT实现IMDCT/IMDST 246

8.26 利用IFFT实现MDCT/MDST 249

8.27 自相关函数和功率谱密度 250

8.27.1 滤波白噪声 251

8.28 三维人脸识别 252

8.29 二维多采样率处理 254

8.29.1 上采样与内插 254

8.29.2 下采样和抽取 257

8.30 快速均匀离散曲波(curvelet)变换(FUDCuT) 261

8.30.1 Radon变换 262

8.30.2 脊波(ridgelet)变换 262

8.30.3 曲波(curvelet)变换 263

8.31 习题 271

8.32 课程实践 274

8.32.1 方向带通滤波器 275

附录 277

附录A 各种离散变换的性能对比 277

附录B 图像质量的谱距离评价法 283

附录C 整数离散余弦变换(Int DCT) 288

附录D DCT和DST 302

附录E 克罗内克乘积与可分离性 314

附录F 数学关系 317

附录G MATLAB基础 319

附录H MATLAB程序示例 328

参考文献 332


前言/序言

  原书前言
  本书介绍了快速傅里叶变换(FFT)的原理,包括各类FFT算法、频域滤波及 其在视频和音频信号处理中的应用。
  伴随着通信领域的高速发展,语音和图像处理及其相关领域也正在经历飞速发展。作为数字信号处理的核心技术,FFT获得了广泛的应用。因此,无论对于教师还是学生而言,都迫切需要一本介绍FFT技术的专著。
  本书对FFT的重要性及其技术提供了全面、详尽的说明,并且采用了MATLAB案例和课程实践这样的新颖方式,为理解各类FFT技术提供帮助。
  FFT是离散傅里叶变换(DFT)的有效实现。DFT是在数字信号处理领域中应用最广泛的离散变换。DFT将时间域或空间域的数字序列映射到频率域。从最初Cooley和Tukey提出的DFT方法到后来其他研究人员提出的各种增强和改进方法,DFT理论的发展激发和促进了其在各类学科中的广泛应用和飞速发展。目前已经涌现出了许多独立于Cooley-Tukey方法的算法,如素因子(prime factor)算法、分裂基(split radix)算法、向量基(vector radix)算法、分裂向量基(split vector radix)算法、Winograd傅里叶变换及整数FFT。本书将重点关注多种FFT算法,如时域抽取(decimation-in-time)FFT、频域抽取(decimation-in-frequency)FFT、整数FFT、素因子DFT等。
  在众多应用中,如双音多频检测和某些特定的模式识别,相应的频谱经过扭曲后,非均匀地分布在某一区域内。在这个基本概念的基础上,简要介绍了非均匀离散傅里叶变换(Nonuniform DFT,NDFT),处理在z平面上任意间隔采样的样本。相应地,DFT对应于z平面上以原点为中心的单位圆上的等间隔采样。
  许多公司都提供了实现FFT的程序,以及类似卷积/相关、滤波、频谱分析等基本应用的各类平台。并且许多通用数字信号处理(DSP)芯片可以编程实现FFT和其他离散变换。
  本书适用于相关研究领域内的本科高年级学生和研究生,以及教师、工程师、科技工作者和其他自学者,有助于读者理解各类FFT算法,并将其直接有效地应用于各自的领域中。本书可以作为教材和参考书,书中的例题、习题和课程实践均与MATLAB紧密联系,有助于掌握具体概念。本书的参考文献包括了相关的书籍、综述性论文、应用列表、软硬件及有用的网址。本书通过使用大量图、表、框图和图像为读者理解快速算法的概念提供了直观和生动的资料。此外,本书还提供了的MATLAB的命令函数和程序源代码。
  对本书内容的理解不需要任何关于FFT的先验知识。本书适用任何想要了解FFT发展和应用的专业技术人员。对于计划在本领域开展工作的工程技术人员来说,无论其目的是基本实现还是深入研究,本书都是一本极好的参考书。
  这里,本书的作者之一D.N.Kim还要向韩国知识经济部(The Minstry of Knowledge Economy)国家信息通信产业振兴院(National Information Technology (IT)Industry Promotion Agency,NIPA)提供的IT奖学金项目致谢。


译 者 序

译者长期从事视频编码和多媒体信息处理领域的研究,每天都在和频域分析特别是离散余弦变换(DCT)打交道。在信息领域的研究人员心目中,DCT的发明人之一K. R. Rao教授是学术界的泰斗,几乎他的每一本书都凝聚了信息技术发展进程中的精华,业内研究人员或许多多少少都读过他的书。第一次见到Rao教授是在2010年夏天,他已年过80但仍然精神矍铄。虽然经过了跨洲的长途飞行,Rao教授仍然坚持首先进行学术研讨,丝毫不见疲惫懈怠之意。他对工作认真负责的态度令在场所有人加深了对他的敬意。几天的学术交流结束时,K. R. Rao教授赠送了他的著作《快速傅里叶变换:算法与应用》,并委托我们译为中文,对此译者深感荣幸。

译者深知快速傅里叶变换(FFT)在信息技术领域的重要价值。在数字时代,几乎任何实际系统都离不开频域处理,特别是离散傅里叶变换(DFT)及其快速实现FFT。然而遗憾的是,绝大多数国内的相关书籍仅限于介绍FFT的基本原理,很少讨论各类具体的算法和应用。本书对FFT原理进行了详尽的剖析,详细地总结了各类算法,并针对应用提供了大量案例。因此,本书对于工程技术人员来说,是不可多得的、实用的参考资料。本书的另一重要价值在于为相关课程的教学提供重要参考。“数字信号处理”是通信与信息领域本科和研究生的重要专业基础课,DFT和FFT是其中核心的内容之一。然而我们在教学工作中发现,学生对于FFT的理解一直是个难点。本书深入浅出的论述和大量的MATLAB程序案例将非常有助于读者掌握FFT算法的实质,也为相关教学人员提供了大量课程素材。

鉴于以上原因,译者对本书进行了认真仔细的翻译和校对,希望本书的中文译本能够为国内读者提供有力帮助。

本书的翻译工作得到了国家自然科学基金资助(资助号60902081、 60902052)。特别感谢以下几位同学对本书全文进行了认真核对:贺竞,苏洪磊, 吴敏,李祎,梁慧剑。

谨以本书的中译本表达对K. R. Rao教授的深深敬意!

译者