디지털 신호처리 및 필터설계(MATLAB을 이용한)(3판)

공과대학생이면 누구나 알아야 하는 디지털 신호처리 기술에 대한 모든 걸 알려주는 책



이 책에서는 다양한 신호처리 이론과 필터 설계과정을 볼 수 있도록 M,ATLAB이라는 프로그램을 도구로 사용하였다. 많은 예제를 통해 눈에 보이지 않는 신호의 형태를 그래프로 나타내어 신호처리 이론의 이해를 돕고자 하였다.

신호처리는 아날로그 신호를 다루는 통신분야와 디지털 신호를 다루는 DSP(digital signal processing)분야로 나뉜다. 이 책에서는 아날로그 신호에 대한 전반적인 내용을 요약해서 1장에서 설명하고 2장에서는 아날로그 신호를 샘플하는 방법, 3장에서는 디지털 신호의 표현, 4장에서는 이산 방정식, 5장에서는 주파수 변환, 6장에서는 z-변환, 7장에서는 이산 푸리에 변환, 8장에서는 FIR 필터 설계 그리고 9장에서는 IIR 필터 설계에 대해 설명하였다.



[ 저자서문 ]

최근에 ubiquitous network 개념을 적용한 home automation을 추구하고 있는 현 상황을 살펴볼 때 디지털 신호처리 기술은 공과대학생이면 누구나 알아야 하는 매우 중요한 기초학문이 되었다. 하지만 이론으로만 배우는 신호처리는 이해하기가 어려운 것이 현실이다.

제 1 장 신호의 표현

1.1 소개

1.2 복소수

1.2.1 복소수 표현

1.2.2 페이저

1.3 연속신호의 표현

1.4 시간 변수의 조작에 의한 함수의 변화

1.4.1 시간의 사인을 반대로 하였을 경우

1.4.2 시간에 상수를 곱하는 경우

1.4.3 시간을 지연하는 경우

1.4.4 신호의 대칭

1.5 주기적 함수의 특성

1.6. 주기적 사인함수의 합

1.7 주기적 함수의 표현

1.8 푸리에 시리즈

1.9 푸리에 스펙트럼

1.9.1 푸리에 계수

1.9.2 MATLAB에서 푸리에 계수 구하기

1.10 푸리에 변환

1.10.1 푸리에 변환의 정의

1.10.2 푸리에 변환의 예

1.10.3 푸리에 변환의 특성

1.10.3.1 선형성

1.10.3.2 시간확장

1.10.3.3 함수의 시간 지연

1.10.3.4 신호의 convolution

1.10.3.5 주파수 convolution

1.10.3.6 미분

1.10.3.7 적분

1.10.3.8 주파수이동

1.10.3.9 Duality

1.10.4 주기함수의 푸리에 변환

1.10.5 라플라스 변환과 푸리에 변환

1.10.6 푸리에 변환의 정리

1.11 진폭변조

1.11.1 Amplitude modulation

1.11.2 진폭 크기 변조의 실제 응용

1.11.3 복조

1.11.4 Double-sideband large carrier(DSB-LC)

1.11.5 Frequency Division Multiplexing(FDM)

1.12 각의 변조

1.12.1 소개

1.12.2 위상 변조

1.12.3 주파수 변조

1.12.4 FM 복조

1.12.5 그 밖의 변조

1.13 신호의 필터링

1.13.1 소개

1.13.2 필터의 대역폭

1.13.3 저역 통과 필터

1.13.4 고역 통과 필터

1.13.5 밴드 통과 필터

1.13.6 밴드 저지 필터

1.13.7 복조된 신호의 필터링

1.14 OPAmp를 사용한 아날로그 필터회로

1.14.1 저주파 통과 필터

1.14.2 고주파 통과 필터

1.14.3 밴드 통과 필터



제 2 장 이산신호와 샘플링

2.1 소개

2.2 샘플링

2.2.1 소개

2.2.2 임펄스 샘플링

2.2.3 정현파의 샘플링

2.2.4 샘플된 신호의 이산 Fourier 변환

2.3 Aliasing

2.3.1 Aliasing

2.3.2 나이퀴스트 주파수

2.4 샘플된 신호의 재생

2.5 연속신호를 이산신호로의 대략적인 표현

2.5.1 적분

2.5.2 미분



제 3 장 선형 시불변 이산 시스템

3.1 이산 시스템

3.2 다양한 이산신호의 응답

3.2.1 단위 델타 수열

3.2.2 단위 스텝 수열

3.2.3 단위 램프 수열

3.2.4 등비 수열

3.2.5 지수 수열

3.2.6 사인파 수열

3.3 신호의 표현

3.3.1 이동

3.3.2 전환

3.3.3 크기조절

3.4 선형 시스템의 정의

3.5 시불변 시스템의 정의

3.6 Causality

3.7 메모리

3.8 Convolution

3.8.1 신호의 임펄스로의 표현

3.8.2 시스템의 임펄스 응답

3.8.3 Convolution의 정의

3.8.4 Convolution의 계산 예

3.8.5 MATLAB에서 컨볼루션의 계산



제 4 장 이산 방정식

4.1 소개

4.2 지연연산자

4.3 일반적인 형태의 이산방정식

4.4 블록 선도 및 신호 흐름 선도

4.4.1 블록선도

4.4.2 신호흐름선도

4.5 FIR 시스템

4.6 IIR 시스템

4.7 시스템에서 Convolution 응용

4.8 Convolution의 특성

4.8.1 교환법칙

4.8.2 배분법칙

4.8.3 결합법칙

4.9 임펄스 응답과 단위 스텝응답과의 관계

4.10 이산 방정식의 해

4.10.1 여수해

4.10.1.1 서로 다른 실수근일 경우

4.10.1.2 해가 중근일 경우

4.10.1.3 근이 복소수일 경우

4.10.2 입력이 주어질 경우의 출력



제 5 장 선형시스템의 주파수 응답

5.1 소개

5.2 선형 시스템의 주파수 응답

5.2.1 복소수 지수 함수가 입력일 때

5.2.2 입력으로 사인파가 주어질 때

5.3 전달함수 또는 필터

5.4 이산 시간 푸리에 변환

5.5 역 DTFT

5.6 DTFT의 특성

5.6.1 선형성

5.6.2 시간 지연

5.6.3 주파수 이동

5.6.4 보수 관계

5.6.5 시간의 역

5.6.6 컨볼루션

5.7 다중 시스템의 응답

5.7.1 직렬연결

5.7.2 병렬연결

5.8 필터 블록 다이아 그램

5.8.1 소개

5.8.2 FIR 필터 블록 다이아그램

5.8.3 IIR 필터 실현

5.9 필터를 통한 주파수 응답



제 6 장 Z 변환

6.1 소개

6.2 복소수 z의 특성

6.3 z-변환의 정의

6.4 z-변환의 수렴영역

6.5 z-변환의 특성

6.5.1 선형성

6.5.2 시간지연

6.5.3 함수에 a＾을 곱할 경우

6.5.4 함수에 n을 곱할 경우

6.5.5 시간의 역

6.5.6 컨볼루션

6.5.7 누적의 합

6.5.8 일반적인 z-변환의 정리

6.6 z-변환의 역변환

6.6.1 역변환의 정의

6.6.2 시리즈의 차수 확장

6.6.3 부분 인수 확장

6.7 z-변환을 이용한 시스템 응답

6.8 z-변환을 이용한 이산방정식의 풀이

6.9 시스템 다이아그램

6.10 디지털 필터의 응답

6.10.1 델타 입력

6.10.2 단위 스텝 입력

6.10.3 램프 입력

6.11이산시스템의 안정성



제 7 장 이산 푸리에 변환

7.1 소개

7.2 이산 푸리에 급수

7.2.1 이산식의 급수로의 표현

7.2.2 복소지수함수

7.2.3 주기적 이산 신호의 푸리에 급수

7.2.4 이산 푸리에 급수

7.3 Discrete Fourier Transform

7.4 DFT와 DTFT 그리고 Z변환

7.5 DFT 특성

7.5.1 선형

7.5.2 주기성

7.5.3 회전 이동

7.5.4 회전 컨볼루션

7.5.5. 주파수 컨볼루션

7.5.6 Modulation

7.5.7 샘플링 시간과 주파수 영역의 관계

7.6 FFT(Fast Fourier Transform)

7.6.1 FFT의 정의

7.6.2 Decimation in time FFT 방법



제 8 장 이산 FIR 필터 설계

8.1 소개

8.2 FIR 필터와 IIR 필터의 차이점

8.3 이산 푸리에 변환을 이용한 FIR 필터 설계

8.3.1 이상 저역통과필터

8.3.2 이상 고역통과필터

8.3.3 밴드통과필터

8.3.4 밴드저지필터

8.3.5 저역통과 평균필터의 예

8.4 윈도우 처리 방법

8.4.1 직사각형 윈도우

8.4.2 Bartlett 윈도우(삼각형 윈도우)

8.4.3 Hamming 윈도우

8.4.4 von Hanning 윈도우

8.4.5 Blackman 윈도우

8.5 FIR 필터 설계 예제

8.6 FIR 필터 정리



제 9 장 IIR 필터 설계

9.1 소개

9.2 아날로그 필터 설계

9.2.1 기본 Butterworth 저역 통과 필터 설계

9.2.2 Chebyshev 저역 통과 필터 설계

9.2.3 저역통과 필터 설계

9.2.4 고역통과 필터

9.2.5 밴드통과 필터 설계

9.2.6 밴드 저지 필터

9.3디지털 필터 설계

9.3.1 z-변환 설계

9.3.2 임펄스 응답과 스텝응답에 의한 설계

9.3.2.1 임펄스 응답에 의한 설계

9.3.2.2 스텝 응답에 의한 변환

9.3.3 바이리니어 변환

9.3.4 간단화된 바이리니어 변환



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정슬 저자 정슬은 미국 웨인 주립대학교 학사, 미국 캘리포니아 대학 데이비스 석사 · 박사(로봇전공)를 수여한 뒤 현재 충남대학교 메카트로닉스공학과 교수로 재직 중에 있다. 저서로는 『제어시스템 분석과 MATLAB 및 SIMULINK 활용』, 『디지털 신호처리 및 필터 설계』, 『로봇공학』, 『지능시스템』등 그 외 다수가 있다.