數(shù)字信號處理 教學大綱

《數(shù)字信號處理》教學大綱（課程編號0404302學分-學時-上機3-42-12）東南大學信息科學與工程學院一、課程的性質與目的本課程是為電子信息類專業(yè)三年級學生開設的一門課程，它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。課程既應避免與“信號與線性系統(tǒng)”課程內容的大量重復，又應保持課程的完整性。在簡要地復習離散時間信號與系統(tǒng)理論的同時密切聯(lián)系數(shù)字信號處理中的一些具體問題展開討論。學生在學習這門課程時還應掌握一些必要的軟件工具，這既有利于加強概念的理解，又是今后進一步學習和研究所不可缺少的重要一步。學生通過本課程的學習，將獲得信號處理的基本理論、基本知識和基本技能，了解數(shù)字信號處理技術在設計和應用手段方面不斷更新的發(fā)展過程。二、課程內容的教學要求緒論。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。它的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢。離散信號與系統(tǒng)。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。信號的采樣與重建。掌握采樣定理的基本概念，對抗混疊濾波器和抗鏡像濾波器的指標特性有明確認識，了解采樣率轉換的基本原理，并了解帶通信號的采樣或帶通信號采樣率轉換的頻譜變化。離散變換及其快速算法。離散傅里葉變換物理意義及特性?？焖俑道锶~變換的基本算法。Chirp－Z變換的物理意義及算法實現(xiàn)。FFT在分段卷積，二維DFT的應用。該章學習將使學生對DFT、離散信號的傅氏變換及Z變換能有機地聯(lián)系起來，并對基2FFT比較熟悉。IIR濾波器設計。脈沖響應不變法與雙線性變換法。了解幾種主要模擬濾波器的特性及設計方法以及怎樣由模擬原型濾波器變換成相應的數(shù)字濾波器。在對全通數(shù)字網(wǎng)絡了解的基礎上，掌握數(shù)字域的變換方法。FIR濾波器的設計。線性相位FIR濾波器的特點。在對矩形窗的特點比較深入了解的基礎上，討論如何改進窗函數(shù)。頻率采樣法重點在如何由線性相位條件決定采樣值。優(yōu)化設計在了解原理的基礎上重點掌握如何用優(yōu)化設計程序設計FIR濾波器。數(shù)字信號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)。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。有限字長運算的影響主要分析定點乘法舍入運算對數(shù)字濾波和FFT的影響，系數(shù)量化主要了解極點靈敏度的概念。對大信號和小信號極限環(huán)振蕩產(chǎn)生的機理及解決的方法也應了解。對DSP硬件建立感性認識,了解數(shù)字信號處理器結構和指令系統(tǒng)的主要特點。三、上機實習要求會使用MATLAB計算機軟件；應用這一軟件進行信號分析，信號處理系統(tǒng)設計和仿真，培養(yǎng)學生獨立進行設計的能力，分析問題，正確地讀取和記錄實驗數(shù)據(jù)，繪制曲線。實驗一：快速傅里葉變換(FFT)及其應用。加深對FFT的理解，熟悉FFT子程序。熟悉應用FFT對典型信號進行頻譜分析的方法。了解應用FFT進行信號頻譜分析過程中可能出現(xiàn)的問題以便在實際中正確應用FFT。

熟悉應用FFT實現(xiàn)兩個序列的線性卷積和相關的方法。實驗二：IIR數(shù)字濾波器的設計。掌握雙線性變換法及脈沖相應不變法設計IIR數(shù)字濾波器的具體設計方法及其原理，熟悉用雙線性變換法及脈沖響應不變法設計低通、高通和帶通IIR數(shù)字濾波器的計算機編程。熟悉Butterworth濾波器、Chebyshev濾波器和橢圓濾波器的頻率特性。實驗三：FIR數(shù)字濾波器的設計。熟悉線性相位FIR濾波器的幅頻特性和相頻特性。掌握用窗口法、頻率采樣法及優(yōu)化設計法設計FIR濾波器的原理及方法，熟悉相應的計算機編程。了解各種不同窗函數(shù)對濾波器性能的影響。四、能力培養(yǎng)的要求分析能力的培養(yǎng)：利用FFT等信號處理算法完成頻譜分析，能分析各種實現(xiàn)結構的有限字長效應。計算能力的培養(yǎng)：要求學生通過本課程的學習，掌握MATLAB的“signal”工具箱的使用方法，并用于設計計算各類數(shù)字信號處理系統(tǒng)。自學能力的培養(yǎng)：課程安排一定的自學內容，并通過作業(yè)和課堂討論檢查自學情況。表達能力的培養(yǎng)：主要是通過實驗報告訓練學生的表達能力，實驗中安排一定的綜合性強的實驗題和思考題，要求學生清晰、整潔地表達自己解決問題的思路，嚴密地闡述和分析實驗結果。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：培養(yǎng)學生獨立思考、深入鉆研問題的習慣，設定一些多種解決方案的練習題，課堂討論要求舉一反三，實驗解決方案提倡百花齊放。五、建議學時分配教學內容講課上機緒論1離散信號與系統(tǒng)4信號的采樣與重建4離散變換及其快速算法84習題與討論1IIR濾波器設計64FIR濾波器設計64習題與討論1數(shù)字信號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)9總復習2合計4212六、考核方式總成績＝平時成績（作業(yè)、上機和課堂練習）＋期末考試成績平時成績占40％期末考試成績占60％七、教材及參考書教材：吳鎮(zhèn)揚數(shù)字信號處理(第二版)北京：高等教育出版社，2010。參考書：1、MitraSK,DigitalSignalProcessing,AComputer-BasedApproach(SecondEdition).McGraw-Hill,2001.2、程佩清數(shù)字信號處理教程（第二版）北京：清華