数字信号处理课程教学大纲

数字信号处理课程教学大纲课程编号：09231170课程名称：数字信号处理/DigitalSignalProcessing学时：56学分：3.5适用专业：电子信息工程开课学期：4开课部门：物理科学与工程技术学院先修课程：《高等数学》、《数理方法》、《Matlab语言》、《信号与系统》考核要求：考试使用教材及主要参考书：周利清等主编，《数字信号处理基础》，北京邮电大学出版社程佩清主编，《数字信号处理教程》，清华大学出版社。一、课程的性质和任务本课程是电子信息工程、通信工程和自动化等学科专业本科生必修的专业基础课程。本课程介绍了数字信号处理的基本概念、基本分析方法和处理技术。主要讨论离散时间信号和系统的基础理论、离散傅立叶变换DFT理论及其快速算法FFT、IIR和FIR数字滤波器的设计。通过本课程的学习使学生掌握利用DFT理论进行信号谱分析，以及数字滤波器的设计原理和实现方法，为学生进一步学习相关信息、通信等方面的课程打下良好的理论基础。二、教学目的与要求学习本课程，应有一定的数学基础和专业基础知识。课程中涉及的内容有：微分方程、差分方程、级数、复变函数、线性代数，信号与系统等课程的知识。本课程的学习也是为了适应几门后续课程的需要，这些课程是：数字图像处理、数字电视等。教学中注重培养具有较强工程实践能力和创造能力的全面素质教育基础上的实践能力强、创新务实的高素质应用型人才。主要包括以下几个方面：1、自学能力的培养：通过本课程的教学、培养和提高学生对所学知识进行整理、概括、消化、吸收的能力，以及围绕课堂教学内容，阅读参考书籍和资料，自我扩充知识领域的能力。2、分析能力的培养：主要是利用数字信号处理基本理论，包括：卷积和、FFT、滤波器设计等方法分析现有的一些数字信号处理技术的能力培养。3、计算能力的培养：要求学生通过本课程的学习，通过对卷积和、FFT、滤波器设计等基本理论具有深入的理解、具备计算实现数字信号基本算法的能力。4、实践能力的培养：结合实际工程问题，通过对数字信号处理中的一些基本算法的实现，培养学生的编程能力和实践能力。5、创新能力的培养：培养学生独立思考、深入钻研的习惯、和对问题提出多种解决方案、选择不同计算方法以及对计算进行优化和举一反三的能力。三、学时分配章节课程内容学时1引论22离散时间系统与离散信号的变换83离散傅氏变换44快速傅氏变换45IIR数字滤波器的理论与设计66FIR数字滤波器的理论和设计67数字滤波器的结构48数字信号处理中的有限字长效应2四、教学中应注意的问题教学中培养学生良好科学素养，较好地掌握信息数字信号处理领域的基本理论和知识、数字信号处理技术的基本技能与方法，掌握先进的数字信号处理理论。五、教学内容第一章引论1．基本内容：1.1数字信号处理的定义、特点和方法1.2数学预备知识2．教学基本要求：掌握数字信号处理的定义、特点和方法，数学预备知识3．教学重点难点：数学预备知识4．教学建议：加强数学预备知识的掌握,培养学生的自学能力和计算能力第二章离散时间系统与离散信号的变换1．基本内容：2.1取样与内插2.2离散时间信号序列2.3离散系统及其特性，2.4离散信号的线性卷积2.5离散系统的因果性和稳定性2.6离散信号的傅立叶变换2.7离散信号的Z变换2.8系统函数及其零、极点，线性时不变因果系统的稳定性2．教学基本要求：1）掌握时域离散信号的分析方法；2）掌握时域离散系统的特性；3）理解时域离散系统的输入输出描述，并可利用常系数差分方程进行求解；4）掌握时域采样定理，理解模拟信号转换为数字信号的过程。5）掌握序列Z变换的定义和性质；6）理解序列的傅里叶变换、Z变换和模拟信号拉氏变换的关系7）理解系统函数、频率响应的概念；3．教学重点难点：重点：常用典型序列的特点；时域离散系统的线性、移不变性、因果性和稳定性；由差分方程求解系统的单位冲激响应；难点：周期序列周期的确定；离散时间系统性质的判断；线性移不变系统的冲激响应4．教学建议：课程教学以教材知识为主，注重培养学生的自学能力和系统分析能力第三章离散傅氏变换1．基本内容：3.1离散傅氏级数和离散傅氏变换的导出3.2离散傅氏变换和离散傅氏级数变换的性质3.3Z变换与离散傅氏变换的关系3.4用离散傅氏变换求线性卷积3.5分段卷积2．教学基本要求：1）掌握离散傅里叶变换的定义和性质；2）理解离散傅里叶变换与周期序列的离散傅里叶级数之间的关系；3）理解频域抽样定理；4）了解离散傅里叶变换的各类应用。3．教学重点难点：重点：离散傅里叶变换对的定义；离散傅里叶变换的基本性质

难点：离散傅里叶变换与序列傅里叶变换的关系；离散傅里叶变换的应用4．教学建议：课程教学以教材知识为主，增加相关案例，注重培养学生的自学能力和实践能力。第四章快速傅氏变换1．基本内容：4.1基2时间抽选法4.2基2频率抽选法4.3基4FFT算法4.4IFFT4.5线性调频Z变换算法4.6实序列的FFT的高效算法2．教学基本要求：1）了解FFT产生的背景；2）掌握按时间抽取的基-2FF的基本原理；了解其运算规律和编程思路；3）掌握按频率抽取的基-2FFT的基本原理；了解其运算规律和编程思路；4）理解IFFT的高效算法；5）掌握线性卷积的FFT算法。3．教学重点难点：重点：基-2FFT的算法原理及其运算量；线性卷积的FFT算法

难点：按时间抽取的基-2FFT与按频率抽取的基-2FFT的差异4．教学建议：课程教学以教材知识为主，通过相关案例，注重培养学生的系统分析、实践能力及创新能力。第七章数字滤波器的结构1．基本内容：7.1引言7.2数字网络的信号流图7.3IIR数字滤波器的结构7.4FIR数字滤波器的结构2．教学基本要求：1）掌握利用信号流图表示网络结构；2）掌握无限长单位冲激响应滤波器的基本结构；3）掌握有限长单位冲激响应滤波器的基本结构。3．教学重点难点：重点：由信号流图求系统函数；IIR三种基本结构的画法与特点；由系统函数或差分方程画FIR直接型与线性相位型结构难点：FIR频率采样型结构及其特点IIR数字滤波器的结构，FIR数字滤波器的结构4．教学建议：课程教学以教材知识为主，辅以相关案例，培养学生的分析能力和创新能力。第五章IIR数字滤波器的理论与设计1．基本内容：5.1IIR数字滤波器的设计概述5.2模拟滤波器的数字仿真5.3脉冲响应不变法5.4双线性变换法5.5模拟滤波器特性的逼近5.6数字滤波器的变换5.7IIR数字滤波器的计算机辅助设计方法2．教学基本要求：1）掌握数字滤波器的基本概念；2）理解模拟滤波器的设计；3）掌握脉冲响应不变法和双线性变换法设计IIR数字低通滤波器的方法；4）理解数字高通、带通和带阻滤波器的设计。3．教学重点难点：重点：数字滤波器的性能指标；巴特沃斯低通和切比雪夫低通的设计方法和步骤；脉冲响应不变法和双线性变换法难点：数字滤波器和模拟滤波器技术指标的转换；数字高通、带通和带阻滤波器的设计4．教学建议：课程教学以教材知识为主，辅以相关案例，培养学生的系统分析能力和实践能力。第六章FIR数字滤波器的理论和设计1．基本内容：6.1线性相移FIR数字滤波器的特性6.2窗口法6.3频率抽选法6.4RIR数字滤波器的优化设计6.5IIR滤波器与FIR滤波器的比较2．教学基本要求：1）掌握线性相位FIR数字滤波器的条件和特点；2）掌握窗函数法设计FIR滤波器；3）理解频率抽样设计法设计FIR滤波器；4）理解IIR和FIR数字滤波器的性能差异。3．教学重点难点：重点：线性相位滤波器的特点；窗函数法设计FIR滤波器的方法和步骤；几种典型窗函数的特点难点：窗函数法设计FIR滤波器的方法和步骤线性相移FIR数字滤波器的特性，频率抽选法4．教学建议：课程教学以教材知识为主，辅以相关案例，培养学生的系统分析能力和创新实践能力。第八章数字信号处