山大數(shù)字信號處理教學大綱

1、數(shù)字信號處理教學大綱課程名稱：數(shù)字信號處理 課程類別：專業(yè)基礎課 適用專業(yè)：電子信息工程、通信信息工程專業(yè) 授課學時：72 學 分：3 一、課程簡介 數(shù)字信號處理是用數(shù)字或符號的序列來表示信號，通過數(shù)字計算機去處理這些序列，提取其中的有用信息。例如，對信號的濾波，增強信號的有用分量，削弱無用分量；或是估計信號的某些特征參數(shù)等?？傊?，凡是用數(shù)字方式對信號進行濾波、變換、增強、壓縮、估計和識別等都是數(shù)字信號處理的研究對象。 數(shù)字信號處理課程是電子信息工程、通信工程等學科專業(yè)本科生必選的技術基礎課程。本課程介紹了數(shù)字信號處理的基本概念、基本分析方法和處理技術。主要討論離散時間信號和系統(tǒng)的基礎理論、離

2、散傅立葉變換DFT理論及其快速算法FFT、IIR和FIR數(shù)字濾波器的設計以及有限字長效應。通過本課程的學習使學生掌握利用DFT理論進行信號譜分析，以及數(shù)字濾波器的設計原理和實現(xiàn)方法，為學生進一步學習有關信息、通信等方面的課程打下良好的理論基礎。 數(shù)字信號處理是一門專業(yè)基礎課，又是一門多領域交叉的學科。數(shù)字信號處理課程最早開設于 1986 年，一直是信息工程專業(yè)本科生必修的重要專業(yè)基礎課。本課程開設之初，基本上只討論算法的理論及其推導，受條件的限制，較少涉及實現(xiàn)方法，更談不上相關的軟硬件技術，盡管如此，我們的數(shù)字信號處理課程自開設以來，在理論和實驗教學方面的教學改革探索從未間斷。由于該課程的重要

3、地位，師資配備、教學條件的建設都得到了重點支持。經(jīng)過多年的教學經(jīng)歷，該課程已形成一支年齡和知識結構合理、教學經(jīng)驗豐富、責任心強的教師隊伍。教師隊伍堅持跟蹤國內外高校中數(shù)字信號處理系列課程的教學發(fā)展動態(tài)，不斷進行教學內容、教學方法的改革。在課程組教師的共同努力下，本課程的教學資源豐富，教學質量優(yōu)良。從漢語教學發(fā)展到雙語教學，本教學團隊密切結合國內外最新的科技進展。 教材是課程建設的重要工作，教學過程中曾經(jīng)使用過課程教材有國外奧本海姆中譯教材 ( 西電出版社 ) 、數(shù)字信號處理算法及實現(xiàn) ( 清華大學出版社 ) 、數(shù)字信號處理 ( 山東大學出版社 ) 、數(shù)字信號處理（西安電子科技大學出版社出版）等

4、。近年來我院數(shù)字信號處理課程與時俱進，采用雙語教學，使用的教材是：1.Vinay K. Ingle, John G. Proakis. Digital Signal Processing Using MATLAB ， 2003 。2.Sanjit K.Mitra. Digital Signal Processing: A Computer-Based Approach （ 3rd Edition ） , Publishing House of Electronics Industry, 2006 。采用中文教學教材：3.數(shù)字信號處理教程（第三版）清華大學出版社 2007 近年來，本課程的教學改

5、革不斷深化，在教學理念上淡化理論教學與實踐教學的界限，將理論教學與實踐教學有機地結合起來。建立起了形式上理論教學與實踐教學獨立設課，各有側重，內容上互相交叉和融合，分層次按需靈活設置的完整的理論和實踐教學體系；大力推進教學內容的更新。在實踐教學中，從最初不能開設實驗課，逐步創(chuàng)造條件開設軟件實驗，到利用校企合作，建立高水平的教學實驗室，形成了比較完整的、充分反映現(xiàn)代電子信息技術發(fā)展水平的實驗平臺。多年來，教研組教師始終注意把握信號處理及其相關學科的最新發(fā)展，教學體系和內容不斷完善，日臻成熟，尤其是近年來逐步采用雙語教學和多媒體輔助教學，使得本課程的教學內容始終密切結合國內外最新的科技進展，把科技

6、英語、MATLAB語言和數(shù)字信號處理相結合融合教學，把理論分析與計算機仿真實驗相結合，已形成具有自身特色的教學體系，取得了良好的教學效果。二、課程基本目標和基本要求 本課程是在學生學完了信號與系統(tǒng)的課程后，進一步為學習專業(yè)知識打基礎的課程。本課程將通過講課、練習、實驗使學生掌握數(shù)字信號處理的基本理論和方法。課程內容包括：離散時間信號與系統(tǒng)；z變換；離散傅立葉變換及其快速算法；數(shù)字濾波器設計；有限字長響應等。 1.緒論（講課2學時）介紹數(shù)字信號處理的特點，與傳統(tǒng)的模擬技術相比存在哪些特點。數(shù)字信號處理的應用領域，發(fā)展概況和發(fā)展趨勢。 基本要求 理解數(shù)字信號處理在各領域的重要性； 了解數(shù)字信號處理

7、系統(tǒng)的基本組成、它的學科概貌、特點、應用以及發(fā)展方向； 2.離散時間信號與系統(tǒng)（講課8學時）復習信號與系統(tǒng)的知識，并通過習題訓練加強離散信號與系統(tǒng)的基本概念。 基本要求 掌握離散信號與系統(tǒng)的基本概念和分析方法； 掌握離散信號頻域分析的基本概念； 掌握連續(xù)信號抽樣中的理想模型及頻譜變化規(guī)律 3. Z變換（講課6學時） 基本要求 了解z變換及其性質； 掌握系統(tǒng)函數(shù)的求解； 將離散信號的傅氏變換及Z變換能有機地聯(lián)系起 4.離散傅立葉變換（講課12學時，實驗2學時）離散傅里葉變換物理意義及特性。 基本要求 掌握DFT的基本性質； 掌握利用循環(huán)卷積計算線性卷積的方法； 掌握用DFT分析確定信號頻譜的方法

8、； 理解DFT應用中出現(xiàn)的一些問題原因及解決問題的方法。 5.快速傅立葉變換（講課6學時，實驗2學時） 基本要求 掌握基2 FFT算法的基本思想和算法推導； 了解其它基的FFT算法； 掌握FFT在分段卷積的應用。 6. 數(shù)字濾波器的基本結構（講課4學時） 基本要求 掌握IIR 及FIR數(shù)字濾波器的基本結構； 了解同一傳遞函數(shù)可用不同的運算結構實現(xiàn)，以及這些結構在性能上的特點。 7.IIR數(shù)字濾波器的設計方法（講課10學時，實驗4學時） 基本要求 掌握利用模擬低通濾波器設計數(shù)字濾波器的基本原理； 掌握頻率變換法設計高通、帶通、帶阻濾波器的方法； 理解沖激響應不變法和雙線性變換法的基本原理； 掌握

9、IIR 數(shù)字濾波器的設計基本方法。 8.FIR數(shù)字濾波器的設計方法（講課10學時，實驗4學時） 基本要求 掌握線性相位FIR系統(tǒng)的時域及頻域特性； 掌握FIR 數(shù)字濾波器設計的窗口法和頻率取樣法； 了解FIR 數(shù)字濾波器優(yōu)化設計的基本概念。 數(shù)字信號處理中的有限字長效應（講課4學時） 三、理論課和理論（含實踐）課教學內容 （一）課堂教學 共 48 學時 1. 數(shù)字信號處理系統(tǒng)的一般概念 2 學時1 ）定義連續(xù)信號、模擬信號、離散信號與數(shù)字信號。 2 ）了解什么是數(shù)字信號處理以及其優(yōu)缺點。 3 ）了解數(shù)字信號處理的發(fā)展過程。 （可選內容） 4 ）典型的數(shù)字信號處理系統(tǒng)介紹。 5) 簡要介紹數(shù)字信

10、號處理器的發(fā)展與應用。 6) 現(xiàn)代數(shù)字信號處理及其它相關課程。2. 離散信號與系統(tǒng) 12 學時 1) 采樣及離散信號的產(chǎn)生。 2) 采樣定理，離散信號的頻譜與連續(xù)信號的頻譜的異同。 3 ）典型離散時間信號的定義和分類。 4 ）離散時間信號的基本運算。 5 ）離散時間信號的傅氏變換（ DTFT ）與 z 變換。 6 ）線性時不變系統(tǒng)的差分方程描述、差分方程運算與線性卷積。 7 ）離散系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性。 8 ）離散系統(tǒng)頻率特性。 9 ）系統(tǒng)的零極點分析。 （可選內容） 10 ）抗混疊濾波器的作用及其指標分配。 3. 離散傅里葉變換及其快速算法 12 學時 1) 離散傅里葉級數(shù) (DF

11、S) 與離散傅里葉變換 (DFT) 。 2) 離散傅里葉變換 (DFT) 及其性質。 3 ） DFT 、 DTFT 以及 Z 變換間的關系。 4 ）按時間抽取基二 FFT ，按頻率抽取基二 FFT 。 5 ）利用 DFT 計算連續(xù)信號的頻譜，混疊、泄漏以及柵欄效應的產(chǎn)生機理與解決方法。 6 ）分段卷積，重疊相加法與重疊保留法。 （可選內容） 7 ） N 為組合數(shù)的 FFT 8) Chirp-z 變換 9 ）利用 FFT 計算相關函數(shù)。 10) 二維 DFT 的計算。 4. IIR 濾波器設計 8 學時1) 濾波器的特性參數(shù)。 2) 脈沖響應不變法。 3 ）雙線性變換法，畸變與預畸變。 4 ）常

12、用模擬低通濾波器特性。 5 ）從模擬濾波器低通原型到各種數(shù)字濾波器的頻率變換。 6 ）從低通數(shù)字濾波器到各種數(shù)字濾波器的頻率變換。 （可選內容） 7 ） IIR 濾波器的優(yōu)化設計。5. FIR 濾波器設計 8 學時 1) 相位響應及線性相位的重要意義。 2 ）線性相位 FIR 濾波器的特點，線性相位的條件，線性相位 FIR 濾波器的幅度特性。 3) 窗口設計法，窗口效應，各種典型窗口的特性及其參數(shù)。 4 ）頻率采樣設計法。 5 ） IIR 與 FIR 數(shù)字濾波器的比較 （可選內容） 6 ） FIR 濾波器的優(yōu)化設計，最優(yōu)化設計的準則，雷米茲 (Remez) 交替算法。 6. 數(shù)字信號處理系統(tǒng)的

13、實現(xiàn) 3 學時 1) 數(shù)字網(wǎng)絡的信號流圖表示。 2) IIR 濾波器的結構。 3) FIR 濾波器結構。 （可選內容） 4 ）定點制的量化誤差。 5 ） A/D 變換的量化效應。 6 ）量化噪聲通過線性系統(tǒng)。 7 ）數(shù)字濾波器的有限字長效應。 8 ）系數(shù)量化對數(shù)字濾波器的影響。 9 ）零輸入極限環(huán)振蕩和大信號極限環(huán)振蕩。 10 ）數(shù)字濾波器的格形結構。 11) FFT 的有限字長效應。 11 ） DSP 的特點， DSP 的結構原理， DSP 的軟件開發(fā)。7. 多采樣率信號處理 3 學時 1) 采樣率降低整數(shù) M 倍抽取。 2) 采樣率提高整數(shù) L 倍內插。 （可選內容） 4 ）抽取器與內插器 FIR 的結構以及多相濾波器。 5 ）數(shù)字濾波器組的一般概念和定義，正交鏡像濾波器組 (QMF) ， 樹狀結構濾波器組。 6) 離散小波變換 . 7 ）過采樣技術在 A/D 與 D/