數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)大綱

數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)大綱課程編號(hào)：09231170課程名稱：數(shù)字信號(hào)處理/DigitalSignalProcessing學(xué)時(shí)：56學(xué)分：3.5適用專業(yè)：電子信息工程開課學(xué)期：4開課部門：物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院先修課程：《高等數(shù)學(xué)》、《數(shù)理方法》、《Matlab語(yǔ)言》、《信號(hào)與系統(tǒng)》考核要求：考試使用教材及主要參考書：周利清等主編，《數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)》，北京郵電大學(xué)出版社程佩清主編，《數(shù)字信號(hào)處理教程》，清華大學(xué)出版社。一、課程的性質(zhì)和任務(wù)本課程是電子信息工程、通信工程和自動(dòng)化等學(xué)科專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。本課程介紹了數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本分析方法和處理技術(shù)。主要討論離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、離散傅立葉變換DFT理論及其快速算法FFT、IIR和FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握利用DFT理論進(jìn)行信號(hào)譜分析，以及數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)信息、通信等方面的課程打下良好的理論基礎(chǔ)。二、教學(xué)目的與要求學(xué)習(xí)本課程，應(yīng)有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。課程中涉及的內(nèi)容有：微分方程、差分方程、級(jí)數(shù)、復(fù)變函數(shù)、線性代數(shù)，信號(hào)與系統(tǒng)等課程的知識(shí)。本課程的學(xué)習(xí)也是為了適應(yīng)幾門后續(xù)課程的需要，這些課程是：數(shù)字圖像處理、數(shù)字電視等。教學(xué)中注重培養(yǎng)具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力的全面素質(zhì)教育基礎(chǔ)上的實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新務(wù)實(shí)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。主要包括以下幾個(gè)方面：1、自學(xué)能力的培養(yǎng)：通過(guò)本課程的教學(xué)、培養(yǎng)和提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整理、概括、消化、吸收的能力，以及圍繞課堂教學(xué)內(nèi)容，閱讀參考書籍和資料，自我擴(kuò)充知識(shí)領(lǐng)域的能力。2、分析能力的培養(yǎng)：主要是利用數(shù)字信號(hào)處理基本理論，包括：卷積和、FFT、濾波器設(shè)計(jì)等方法分析現(xiàn)有的一些數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的能力培養(yǎng)。3、計(jì)算能力的培養(yǎng)：要求學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)卷積和、FFT、濾波器設(shè)計(jì)等基本理論具有深入的理解、具備計(jì)算實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)基本算法的能力。4、實(shí)踐能力的培養(yǎng)：結(jié)合實(shí)際工程問(wèn)題，通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理中的一些基本算法的實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的編程能力和實(shí)踐能力。5、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、深入鉆研的習(xí)慣、和對(duì)問(wèn)題提出多種解決方案、選擇不同計(jì)算方法以及對(duì)計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化和舉一反三的能力。三、學(xué)時(shí)分配章節(jié)課程內(nèi)容學(xué)時(shí)1引論22離散時(shí)間系統(tǒng)與離散信號(hào)的變換83離散傅氏變換44快速傅氏變換45IIR數(shù)字濾波器的理論與設(shè)計(jì)66FIR數(shù)字濾波器的理論和設(shè)計(jì)67數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)48數(shù)字信號(hào)處理中的有限字長(zhǎng)效應(yīng)2四、教學(xué)中應(yīng)注意的問(wèn)題教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生良好科學(xué)素養(yǎng)，較好地掌握信息數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的基本理論和知識(shí)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的基本技能與方法，掌握先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理理論。五、教學(xué)內(nèi)容第一章引論1．基本內(nèi)容：1.1數(shù)字信號(hào)處理的定義、特點(diǎn)和方法1.2數(shù)學(xué)預(yù)備知識(shí)2．教學(xué)基本要求：掌握數(shù)字信號(hào)處理的定義、特點(diǎn)和方法，數(shù)學(xué)預(yù)備知識(shí)3．教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：數(shù)學(xué)預(yù)備知識(shí)4．教學(xué)建議：加強(qiáng)數(shù)學(xué)預(yù)備知識(shí)的掌握,培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和計(jì)算能力第二章離散時(shí)間系統(tǒng)與離散信號(hào)的變換1．基本內(nèi)容：2.1取樣與內(nèi)插2.2離散時(shí)間信號(hào)序列2.3離散系統(tǒng)及其特性，2.4離散信號(hào)的線性卷積2.5離散系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性2.6離散信號(hào)的傅立葉變換2.7離散信號(hào)的Z變換2.8系統(tǒng)函數(shù)及其零、極點(diǎn)，線性時(shí)不變因果系統(tǒng)的穩(wěn)定性2．教學(xué)基本要求：1）掌握時(shí)域離散信號(hào)的分析方法；2）掌握時(shí)域離散系統(tǒng)的特性；3）理解時(shí)域離散系統(tǒng)的輸入輸出描述，并可利用常系數(shù)差分方程進(jìn)行求解；4）掌握時(shí)域采樣定理，理解模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。5）掌握序列Z變換的定義和性質(zhì)；6）理解序列的傅里葉變換、Z變換和模擬信號(hào)拉氏變換的關(guān)系7）理解系統(tǒng)函數(shù)、頻率響應(yīng)的概念；3．教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：常用典型序列的特點(diǎn)；時(shí)域離散系統(tǒng)的線性、移不變性、因果性和穩(wěn)定性；由差分方程求解系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)；難點(diǎn)：周期序列周期的確定；離散時(shí)間系統(tǒng)性質(zhì)的判斷；線性移不變系統(tǒng)的沖激響應(yīng)4．教學(xué)建議：課程教學(xué)以教材知識(shí)為主，注重培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和系統(tǒng)分析能力第三章離散傅氏變換1．基本內(nèi)容：3.1離散傅氏級(jí)數(shù)和離散傅氏變換的導(dǎo)出3.2離散傅氏變換和離散傅氏級(jí)數(shù)變換的性質(zhì)3.3Z變換與離散傅氏變換的關(guān)系3.4用離散傅氏變換求線性卷積3.5分段卷積2．教學(xué)基本要求：1）掌握離散傅里葉變換的定義和性質(zhì)；2）理解離散傅里葉變換與周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù)之間的關(guān)系；3）理解頻域抽樣定理；4）了解離散傅里葉變換的各類應(yīng)用。3．教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：離散傅里葉變換對(duì)的定義；離散傅里葉變換的基本性質(zhì)

難點(diǎn)：離散傅里葉變換與序列傅里葉變換的關(guān)系；離散傅里葉變換的應(yīng)用4．教學(xué)建議：課程教學(xué)以教材知識(shí)為主，增加相關(guān)案例，注重培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和實(shí)踐能力。第四章快速傅氏變換1．基本內(nèi)容：4.1基2時(shí)間抽選法4.2基2頻率抽選法4.3基4FFT算法4.4IFFT4.5線性調(diào)頻Z變換算法4.6實(shí)序列的FFT的高效算法2．教學(xué)基本要求：1）了解FFT產(chǎn)生的背景；2）掌握按時(shí)間抽取的基-2FF的基本原理；了解其運(yùn)算規(guī)律和編程思路；3）掌握按頻率抽取的基-2FFT的基本原理；了解其運(yùn)算規(guī)律和編程思路；4）理解IFFT的高效算法；5）掌握線性卷積的FFT算法。3．教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：基-2FFT的算法原理及其運(yùn)算量；線性卷積的FFT算法

難點(diǎn)：按時(shí)間抽取的基-2FFT與按頻率抽取的基-2FFT的差異4．教學(xué)建議：課程教學(xué)以教材知識(shí)為主，通過(guò)相關(guān)案例，注重培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)分析、實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力。第七章數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)1．基本內(nèi)容：7.1引言7.2數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)流圖7.3IIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)7.4FIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)2．教學(xué)基本要求：1）掌握利用信號(hào)流圖表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；2）掌握無(wú)限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器的基本結(jié)構(gòu)；3）掌握有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器的基本結(jié)構(gòu)。3．教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：由信號(hào)流圖求系統(tǒng)函數(shù)；IIR三種基本結(jié)構(gòu)的畫法與特點(diǎn)；由系統(tǒng)函數(shù)或差分方程畫FIR直接型與線性相位型結(jié)構(gòu)難點(diǎn)：FIR頻率采樣型結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)IIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)4．教學(xué)建議：課程教學(xué)以教材知識(shí)為主，輔以相關(guān)案例，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力。第五章IIR數(shù)字濾波器的理論與設(shè)計(jì)1．基本內(nèi)容：5.1IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)概述5.2模擬濾波器的數(shù)字仿真5.3脈沖響應(yīng)不變法5.4雙線性變換法5.5模擬濾波器特性的逼近5.6數(shù)字濾波器的變換5.7IIR數(shù)字濾波器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法2．教學(xué)基本要求：1）掌握數(shù)字濾波器的基本概念；2）理解模擬濾波器的設(shè)計(jì)；3）掌握脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器的方法；4）理解數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì)。3．教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：數(shù)字濾波器的性能指標(biāo)；巴特沃斯低通和切比雪夫低通的設(shè)計(jì)方法和步驟；脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法難點(diǎn)：數(shù)字濾波器和模擬濾波器技術(shù)指標(biāo)的轉(zhuǎn)換；數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì)4．教學(xué)建議：課程教學(xué)以教材知識(shí)為主，輔以相關(guān)案例，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)分析能力和實(shí)踐能力。第六章FIR數(shù)字濾波器的理論和設(shè)計(jì)1．基本內(nèi)容：6.1線性相移FIR數(shù)字濾波器的特性6.2窗口法6.3頻率抽選法6.4RIR數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)6.5IIR濾波器與FIR濾波器的比較2．教學(xué)基本要求：1）掌握線性相位FIR數(shù)字濾波器的條件和特點(diǎn)；2）掌握窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器；3）理解頻率抽樣設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)FIR濾波器；4）理解IIR和FIR數(shù)字濾波器的性能差異。3．教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：線性相位濾波器的特點(diǎn)；窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的方法和步驟；幾種典型窗函數(shù)的特點(diǎn)難點(diǎn)：窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的方法和步驟線性相移FIR數(shù)字濾波器的特性，頻率抽選法4．教學(xué)建議：課程教學(xué)以教材知識(shí)為主，輔以相關(guān)案例，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)分析能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。第八章數(shù)字信號(hào)處