数字信号处理 教学大纲

《数字信号处理》教学大纲（课程编号0404302学分-学时-上机3-42-12）东南大学信息科学与工程学院一、课程的性质与目的本课程是为电子信息类专业三年级学生开设的一门课程，它是在学生学完了信号与系统的课程后，进一步为学习专业知识打基础的课程。本课程将通过讲课、练习、实验使学生掌握数字信号处理的基本理论和方法。课程既应避免与“信号与线性系统”课程内容的大量重复，又应保持课程的完整性。在简要地复习离散时间信号与系统理论的同时密切联系数字信号处理中的一些具体问题展开讨论。学生在学习这门课程时还应掌握一些必要的软件工具，这既有利于加强概念的理解，又是今后进一步学习和研究所不可缺少的重要一步。学生通过本课程的学习，将获得信号处理的基本理论、基本知识和基本技能，了解数字信号处理技术在设计和应用手段方面不断更新的发展过程。二、课程内容的教学要求绪论。介绍数字信号处理的特点，与传统的模拟技术相比存在哪些特点。数字信号处理的应用领域。它的发展概况和发展趋势。离散信号与系统。复习信号与系统的知识，并通过习题训练加强离散信号与系统的基本概念。信号的采样与重建。掌握采样定理的基本概念，对抗混叠滤波器和抗镜像滤波器的指标特性有明确认识，了解采样率转换的基本原理，并了解带通信号的采样或带通信号采样率转换的频谱变化。离散变换及其快速算法。离散傅里叶变换物理意义及特性。快速傅里叶变换的基本算法。Chirp－Z变换的物理意义及算法实现。FFT在分段卷积，二维DFT的应用。该章学习将使学生对DFT、离散信号的傅氏变换及Z变换能有机地联系起来，并对基2FFT比较熟悉。IIR滤波器设计。脉冲响应不变法与双线性变换法。了解几种主要模拟滤波器的特性及设计方法以及怎样由模拟原型滤波器变换成相应的数字滤波器。在对全通数字网络了解的基础上，掌握数字域的变换方法。FIR滤波器的设计。线性相位FIR滤波器的特点。在对矩形窗的特点比较深入了解的基础上，讨论如何改进窗函数。频率采样法重点在如何由线性相位条件决定采样值。优化设计在了解原理的基础上重点掌握如何用优化设计程序设计FIR滤波器。数字信号处理系统的实现。了解同一传递函数可用不同的运算结构实现，以及这些结构在性能上的特点。有限字长运算的影响主要分析定点乘法舍入运算对数字滤波和FFT的影响，系数量化主要了解极点灵敏度的概念。对大信号和小信号极限环振荡产生的机理及解决的方法也应了解。对DSP硬件建立感性认识,了解数字信号处理器结构和指令系统的主要特点。三、上机实习要求会使用MATLAB计算机软件；应用这一软件进行信号分析，信号处理系统设计和仿真，培养学生独立进行设计的能力，分析问题，正确地读取和记录实验数据，绘制曲线。实验一：快速傅里叶变换(FFT)及其应用。加深对FFT的理解，熟悉FFT子程序。熟悉应用FFT对典型信号进行频谱分析的方法。了解应用FFT进行信号频谱分析过程中可能出现的问题以便在实际中正确应用FFT。

熟悉应用FFT实现两个序列的线性卷积和相关的方法。实验二：IIR数字滤波器的设计。掌握双线性变换法及脉冲相应不变法设计IIR数字滤波器的具体设计方法及其原理，熟悉用双线性变换法及脉冲响应不变法设计低通、高通和带通IIR数字滤波器的计算机编程。熟悉Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器和椭圆滤波器的频率特性。实验三：FIR数字滤波器的设计。熟悉线性相位FIR滤波器的幅频特性和相频特性。掌握用窗口法、频率采样法及优化设计法设计FIR滤波器的原理及方法，熟悉相应的计算机编程。了解各种不同窗函数对滤波器性能的影响。四、能力培养的要求分析能力的培养：利用FFT等信号处理算法完成频谱分析，能分析各种实现结构的有限字长效应。计算能力的培养：要求学生通过本课程的学习，掌握MATLAB的“signal”工具箱的使用方法，并用于设计计算各类数字信号处理系统。自学能力的培养：课程安排一定的自学内容，并通过作业和课堂讨论检查自学情况。表达能力的培养：主要是通过实验报告训练学生的表达能力，实验中安排一定的综合性强的实验题和思考题，要求学生清晰、整洁地表达自己解决问题的思路，严密地阐述和分析实验结果。创新能力的培养：培养学生独立思考、深入钻研问题的习惯，设定一些多种解决方案的练习题，课堂讨论要求举一反三，实验解决方案提倡百花齐放。五、建议学时分配教学内容讲课上机绪论1离散信号与系统4信号的采样与重建4离散变换及其快速算法84习题与讨论1IIR滤波器设计64FIR滤波器设计64习题与讨论1数字信号处理系统的实现9总复习2合计4212六、考核方式总成绩＝平时成绩（作业、上机和课堂练习）＋期末考试成绩平时成绩占40％期末考试成绩占60％七、教材及参考书教材：吴镇扬数字信号处理(第二版)北京：高等教育出版社，2010。参考书：1、MitraSK,DigitalSignalProcessing,AComputer-BasedApproach(SecondEdition).McGraw-Hill,2001.2、程佩清数字信号处理教程（第二版）北京：清华