教学大纲 《数字信号处理》课程教学大纲 【课程名称】数字信号处理( Digital Signal Processing) 【课程编码】 XXZBO280 【课程类别】专业必修课 【课时】54+18 【学分】4 【课程性质、目标和要求】 该课程是电子信息工程、通信工程专业的一门专业必修课,它以算法为核心,理论和实践性较强。通过本课 程的学习,使学生掌握数字信号处理的基本原理、基本方法和基本技术,了解数字信号处理(DSP)与通用DSP系 统及应用相结合为学生从事数字信号处理和专业学习奠定必要的理论基础 通过教学过程,应达到如下要求: 1、了解数字信号处理的基本原理、方法及特点。 2、掌握信号处理基本的基础知识:采样,离散傅里叶变换,数字滤波等数学工具 3、了解数字信号处理中的误差理论和多采样率系统。 4、了解信号的检测与分析方法。 5、了解DSP系统及DSP的应用方法。 【教学时间安排】 课程计3学分,54学时,学时分配如下: 章次 课程内容 课时 备注(教学形式) 时域离散信号和时域离散系统 2|时域离散信号和系统的频域分析 离散傅立叶变换 讲授 4快速傅立叶变换 讲授 时域离散系统的基本网络结构与状 666 5 讲授 态变量分析法 6|无限脉冲响应数字滤波器的设计 7有限脉冲响应数字滤波器的设计 6 讲授 8其他类型的数字滤波器 讲授
教学大纲 《数字信号处理》课程教学大纲 【课程名称】数字信号处理（Digital Signal Processing） 【课程编码】XXZB0280 【课程类别】专业必修课 【课 时】54+18 【学 分】4 【课程性质、目标和要求】 该课程是电子信息工程、通信工程专业的一门专业必修课，它以算法为核心，理论和实践性较强。通过本课 程的学习，使学生掌握数字信号处理的基本原理、基本方法和基本技术，了解数字信号处理（DSP）与通用DSP系 统及应用相结合为学生从事数字信号处理和专业学习奠定必要的理论基础。 通过教学过程，应达到如下要求： 1、了解数字信号处理的基本原理、方法及特点。 2、掌握信号处理基本的基础知识：采样，离散傅里叶变换，数字滤波等数学工具。 3、了解数字信号处理中的误差理论和多采样率系统。 4、了解信号的检测与分析方法。 5、了解DSP系统及DSP的应用方法。 【教学时间安排】 本课程计3学分，54学时，学时分配如下： 章次 课程内容 课时 备注（教学形式） 1 时域离散信号和时域离散系统 6 讲授 2 时域离散信号和系统的频域分析 8 讲授 3 离散傅立叶变换 6 讲授 4 快速傅立叶变换 6 讲授 5 时域离散系统的基本网络结构与状 态变量分析法 6 讲授 6 无限脉冲响应数字滤波器的设计 10 讲授 7 有限脉冲响应数字滤波器的设计 6 讲授 8 其他类型的数字滤波器 6 讲授
合计 54 【教学内容要点】 第一章时域离散信号和时域离散系统 学习目的要求 掌握数字信号处理的基本概念、实现方法、以及数字信号处理的特点:掌握常见离散信号表示方法及其各自 特点:掌握时域离散系统的线性性、稳定性、因果性的判定:掌握时域离散系统的输入输岀描述法一一线性常系 数差分方程;了解模拟信号数字处理方法 主要教学内容 1、引言 2、时域离散信号 3、时域离散系统 4、时域离散系统的输入输出描述法一一线性常系数差分方程 5、模拟信号数字处理方法 第二章时域离散信号和系统的频域分析 学习目的要求 了解频域分析的基本概念:掌握序列的傅里叶变换的定义及性质:掌握周期序列的离散傅里叶级数及傅里叶 变换表示式:掌握时域离散信号的傅里叶变换与模拟信号傅里叶变换之间的关系:掌握序列的Z变换的定义和基本 性质;学会利用Z变换分析信号和系统的频域特性。 、主要教学内容 1、基本概念 2、序列的傅里叶变换的定义及性质 3、周期序列的离散傅里叶级数及傅里叶变换表示式 4、时域离散信号的傅里叶变换与模拟信号傅里叶变换之间的关系 序列的Z变换 6、利用Z变换分析信号和系统的频域特性 第三章离散傅立叶变换 学习目的要求
合计 54 【教学内容要点】 第一章 时域离散信号和时域离散系统 一、学习目的要求 掌握数字信号处理的基本概念、实现方法、以及数字信号处理的特点；掌握常见离散信号表示方法及其各自 特点；掌握时域离散系统的线性性、稳定性、因果性的判定；掌握时域离散系统的输入输出描述法——线性常系 数差分方程；了解模拟信号数字处理方法。 二、主要教学内容 1、引言 2、时域离散信号 3、时域离散系统 4、时域离散系统的输入输出描述法——线性常系数差分方程 5、模拟信号数字处理方法 第二章 时域离散信号和系统的频域分析 一、学习目的要求 了解频域分析的基本概念；掌握序列的傅里叶变换的定义及性质；掌握周期序列的离散傅里叶级数及傅里叶 变换表示式；掌握时域离散信号的傅里叶变换与模拟信号傅里叶变换之间的关系；掌握序列的Z变换的定义和基本 性质；学会利用Z变换分析信号和系统的频域特性。 二、主要教学内容 1、基本概念 2、序列的傅里叶变换的定义及性质 3、周期序列的离散傅里叶级数及傅里叶变换表示式 4、时域离散信号的傅里叶变换与模拟信号傅里叶变换之间的关系 5、序列的Z变换 6、利用Z变换分析信号和系统的频域特性 第三章 离散傅立叶变换 一、学习目的要求
掌握离散傅里叶变换的定义式:掌握离散傅里叶变换的基本性质;掌握频率域采样的基本内容和应用:了解 DFT的应用举例 主要教学内容 1、离散傅里叶变换的定义 2、离散傅里叶变换的基本性质 3、频率域采样 4、DFT的应用举例 第四章快速傅立叶变换 学习目的要求 了解FF技术的重要意义和发展简史;掌握基ΣFFT算法:掌握进一步减少运算量的措施;了解分裂基FT算 、主要教学内容 1、引言 2、基2FFT算法 进一步减少运算量的措施 4、分裂基FFT算法 5、离散哈特莱变换(DHT) 第五章时域离散系统的基本网络结构 一、学习目的要求 掌握时域离散系统的典型描述方法;掌握用信号流图表示网络结构的方法:掌握无限长脉冲响应基本网络结 构:掌握有限长脉冲响应基本网络结构。 主要教学内容 1、引言 用信号流图表示网络结构 3、无限长脉冲响应基本网络结构 4、有限长脉冲响应基本网络结构 第六章无限脉冲响应数字滤波器的设计
掌握离散傅里叶变换的定义式；掌握离散傅里叶变换的基本性质；掌握频率域采样的基本内容和应用；了解 DFT的应用举例。 二、主要教学内容 1、离散傅里叶变换的定义 2、离散傅里叶变换的基本性质 3、频率域采样 4、DFT的应用举例 第四章 快速傅立叶变换 一、学习目的要求 了解FFT技术的重要意义和发展简史；掌握基2FFT算法；掌握进一步减少运算量的措施；了解分裂基FFT算 法。 二、主要教学内容 1、引言 2、基2FFT算法 3、进一步减少运算量的措施 4、分裂基FFT算法 5、离散哈特莱变换(DHT) 第五章 时域离散系统的基本网络结构 一、学习目的要求 掌握时域离散系统的典型描述方法；掌握用信号流图表示网络结构的方法；掌握无限长脉冲响应基本网络结 构；掌握有限长脉冲响应基本网络结构。 二、主要教学内容 1、引言 2、用信号流图表示网络结构 3、无限长脉冲响应基本网络结构 4、有限长脉冲响应基本网络结构 第六章 无限脉冲响应数字滤波器的设计
学习目的要求 掌握数字滤波器的基本概念;掌握模拟滤波器的设计常见方法:掌握用脉冲响应不变法设计IIR数字低通滤波 器方法及步骤:了解用双线性变换法设计IR数字低通滤波器的方法 主要教学内容 1、数字滤波器的基本概念 2、模拟滤波器的设计 3、用脉冲响应不变法设计IIR数字低通滤波器 4、用双线性变换法设计IIR数字低通滤波器 5、数字高通、带通和带阻滤波器的设计 6、IIR数字滤波器的直接设计法 第七章有限脉冲响应数字滤波器的设计 学习目的要求 掌握线性相位FIR数字滤波器的条件和特点;掌握利用窗函数法设计FIR滤波器方法和步骤:了解利用频率采 样法设计FIR滤波器:了解利用切比雪夫逼近法设计FIR滤波器方法;了解IIR和FIR数字滤波器的比较。 、主要教学内容 、线性相位FIR数字滤波器的条件和特点 2、利用窗函数法设计FIR滤波器 3、利用频率采样法设计FIR滤波器 4、利用切比雪夫逼近法设计FIR滤波器 5、IR和FIR数字滤波器的比较 第八章其他类型的数字滤波器 、学习目的要求 了解几种特殊的滤波器及其应用:了解格型滤波器:了解简单整系数数字滤波器:了解采样率转换滤波器 主要教学内容 1、几种特殊的滤波器及其应用 格型滤波器
一、学习目的要求 掌握数字滤波器的基本概念；掌握模拟滤波器的设计常见方法；掌握用脉冲响应不变法设计IIR数字低通滤波 器方法及步骤；了解用双线性变换法设计IIR数字低通滤波器的方法。 二、主要教学内容 1、数字滤波器的基本概念 2、模拟滤波器的设计 3、用脉冲响应不变法设计IIR数字低通滤波器 4、用双线性变换法设计IIR数字低通滤波器 5、数字高通、带通和带阻滤波器的设计 6、IIR数字滤波器的直接设计法 第七章 有限脉冲响应数字滤波器的设计 一、学习目的要求 掌握线性相位FIR数字滤波器的条件和特点；掌握利用窗函数法设计FIR滤波器方法和步骤；了解利用频率采 样法设计FIR滤波器；了解利用切比雪夫逼近法设计FIR滤波器方法；了解IIR和FIR数字滤波器的比较。 二、主要教学内容 1、线性相位FIR数字滤波器的条件和特点 2、利用窗函数法设计FIR滤波器 3、利用频率采样法设计FIR滤波器 4、利用切比雪夫逼近法设计FIR滤波器 5、IIR和FIR数字滤波器的比较 第八章 其他类型的数字滤波器 一、学习目的要求 了解几种特殊的滤波器及其应用；了解格型滤波器；了解简单整系数数字滤波器；了解采样率转换滤波器。 二、主要教学内容 1、几种特殊的滤波器及其应用 2、格型滤波器
3、简单整系数数字滤波器 4、采样率转换滤波器 说明:建议布置作业量不低于课后习题量的1/3 【教学(实验)内容要点】 序号 实验名称 实验类型 实验学时 MATLAB语言上机操作实践 基础 123456 信号、系统及系统响应 用 MATLAB进行信号频谱分析 基础 IIR数字滤波器的设计与实现 设计 FIR数字滤波器的设计与实现 设计 333333 数字信号处理综合设计 设计 实验一、 MATLAB语言上机操作实践 1、实验目的要求 [1]了解 MATLAB语言的主要特点、作用 学会 MATLAB主界面简单的操作使用方法 [3]学习简单的数组赋值、运算、绘图、流程控制编程和基本函数的使用。 2、实验主要内容 [1]简单的数组赋值方法 [2]数组的基本运算 [3]常用函数及相应的信号波形显示。 [4]简单的流程控制编程 3、实验仪器设备 [1]计算机:[2] Matlab软件 实验二、信号、系统及系统响应 1、实验目的要求 []熟悉连续信号经理想采样前后的频谱变化关系,加深对时域采样定理的理解 [2]熟悉时域离散系统的时域特性, [3]利用卷积方法观察分析系统的时域特性
3、简单整系数数字滤波器 4、采样率转换滤波器 说明：建议布置作业量不低于课后习题量的1/3。 【教学（实验）内容要点】 序号 实验名称 实验类型 实验学时 1 MATLAB语言上机操作实践 基础 3 2 信号、系统及系统响应 基础 3 3 用MATLAB进行信号频谱分析 基础 3 4 IIR数字滤波器的设计与实现 设计 3 5 FIR数字滤波器的设计与实现 设计 3 6 数字信号处理综合设计 设计 3 实验一、 MATLAB语言上机操作实践 1、实验目的要求 [1] 了解MATLAB语言的主要特点、作用。 [2] 学会MATLAB主界面简单的操作使用方法。 [3] 学习简单的数组赋值、运算、绘图、流程控制编程和基本函数的使用。 2、实验主要内容 [1]简单的数组赋值方法。 [2] 数组的基本运算。 [3] 常用函数及相应的信号波形显示。 [4]简单的流程控制编程。 3、实验仪器设备 [1] 计算机；[2] Matlab软件。 实验二、信号、系统及系统响应 1、实验目的要求 [1]熟悉连续信号经理想采样前后的频谱变化关系，加深对时域采样定理的理解。 [2]熟悉时域离散系统的时域特性。 [3]利用卷积方法观察分析系统的时域特性
[4]掌握序列 Fourier变换的计算机实现方法,利用序列的 Fourier变换对连续信号、离散信号及系统响应进行 频域分析 2、实验主要内容 [1]编制实验用程序,分别实现各种常用信号如单位脉冲、矩形序列等和指定系统。 [2]通过程序分析采样序列的特性 [3]利用程序进行时域离散信号、系统和系统响应分析。 3、实验仪器设备 [1]计算机 [2] Matlab软件 实验三、用 MATLAB进行信号频谱分析 1、实验目的要求 [1]进一步加深DT算法原理和基本性质的理解 [2]熟悉FFT算法原理和应用 [3]学习用FFT对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法,了解可能出现的分析误差及其原因 2、实验主要内容 [1]给出一些常用的信号,进行谱分析 [2]对分析结果进行误差分析。 3、实验仪器设备 [1]计算机 Matlab软件 实验四、IIR数字滤波器的设计与实现 1、实验目的要求 [1]熟悉各种设计IIR数字滤波器的原理和方法 2]掌握IIR数字滤波器的计算机仿真方法。 [3]通过对一些实际信号进行滤波,获得数字滤波的感性知识。 2、实验主要内容
[4]掌握序列Fourier变换的计算机实现方法，利用序列的Fourier变换对连续信号、离散信号及系统响应进行 频域分析。 2、实验主要内容 [1]编制实验用程序，分别实现各种常用信号如单位脉冲、矩形序列等和指定系统。 [2]通过程序分析采样序列的特性。 [3]利用程序进行时域离散信号、系统和系统响应分析。 3、实验仪器设备 [1] 计算机； [2] Matlab软件 实验三、用MATLAB进行信号频谱分析 1、实验目的要求 [1] 进一步加深DFT算法原理和基本性质的理解。 [2]熟悉FFT算法原理和应用。 [3]学习用FFT对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因。 2、实验主要内容 [1] 给出一些常用的信号，进行谱分析。 [2] 对分析结果进行误差分析。 3、实验仪器设备 [1] 计算机； [2] Matlab软件 实验四、 IIR数字滤波器的设计与实现 1、实验目的要求 [1] 熟悉各种设计IIR数字滤波器的原理和方法。 [2] 掌握IIR数字滤波器的计算机仿真方法。 [3]通过对一些实际信号进行滤波，获得数字滤波的感性知识。 2、实验主要内容
[1]根据课程中所学的IIR数字滤波器设计方法,设计一个给定指标的滤波器。 2]观察所设计的数字滤波器的幅频特性 [3]把所设计的数字滤波器应用于具体实践,并对滤波的效果进行研究。 3、实验仪器设备 [1]计算机;[2] Matlab软件 实验五、FIR数字滤波器的设计与实现 1、实验目的要求 [1]熟悉各种设计FIR数字滤波器的原理和方法 [2]掌握FIR数字滤波器的计算机仿真方法。 [3]通过对一些实际信号进行滤波,获得数字滤波的感性知识 2、实验主要内容 [1]根据课程中所学的FIR数字滤波器设计方法,设计一个给定指标的滤波器 [2]观察所设计的FIR数字滤波器的幅频特性。 [3]把所设计的数字滤波器应用于具体实践,并对滤波的效果进行研究。 、实验仪器设备 [1]计算机 [2] Matlab软件 实验六、数字信号处理综合设计 1、实验目的要求 [1]进一步学习时域离散序列的生成,数字系统的实现、滤波器设计等方法 [2]学习利用计算机对具体系统进行时频分析的方法 [3]对所学知识和技能进行综合应用。 2、实验主要内容 [1]综合应用所学知识,设计一个既有信号产生、系统实现、滤波等功能的简单系统。 [2]利用所学时频分析知识,分析所设计系统的特性。 3、实验仪器设备
[1] 根据课程中所学的IIR数字滤波器设计方法，设计一个给定指标的滤波器。 [2] 观察所设计的数字滤波器的幅频特性。 [3] 把所设计的数字滤波器应用于具体实践，并对滤波的效果进行研究。 3、实验仪器设备 [1] 计算机；[2] Matlab软件 实验五、FIR数字滤波器的设计与实现 1、实验目的要求 [1] 熟悉各种设计FIR数字滤波器的原理和方法。 [2] 掌握FIR数字滤波器的计算机仿真方法。 [3]通过对一些实际信号进行滤波，获得数字滤波的感性知识 2、实验主要内容 [1] 根据课程中所学的FIR数字滤波器设计方法，设计一个给定指标的滤波器。 [2] 观察所设计的FIR数字滤波器的幅频特性。 [3] 把所设计的数字滤波器应用于具体实践，并对滤波的效果进行研究。 3、实验仪器设备 [1] 计算机； [2] Matlab软件 实验六、数字信号处理综合设计 1、实验目的要求 [1]进一步学习时域离散序列的生成，数字系统的实现、滤波器设计等方法 [2]学习利用计算机对具体系统进行时频分析的方法。 [3]对所学知识和技能进行综合应用。 2、实验主要内容 [1]综合应用所学知识，设计一个既有信号产生、系统实现、滤波等功能的简单系统。 [2]利用所学时频分析知识，分析所设计系统的特性。 3、实验仪器设备
[1]计算机; 2] Matlab软件 【成绩考核方式】 考核采用闭卷、笔试的方式。总评成绩的核算办法是:如果有中期抽考,则平时成绩占总成绩的10%,中期考 试成绩占总成绩的20%,期末考试占总成绩的70%;如果无中期抽考,则平时成绩占总成绩的20%,期末考试占总成 绩80% 【教材与参考书目】 指定教材:数字信号处理(第三版)[M],髙西全,丁玉美编著,西安电子科出版社,2008 参考书目 1、数字信号处理—一基于计算机的方法(英文,第4版)[M], SanjitK. Mitra著,清华大学出版社,2012 2. Applied Digital Signal Processing-Theory and Practice [M], DIMITRIS G. MANOLAKIS, VINAY K. INGLE, CambridgeUniversity Press, 2011 3、数字信号处理——理论、算法与实现(第3版)[M],,胡广书编著,清华大学出版社 4、数字信号处理(第4版)[M],程佩青编著,清华大学出版社 5、数字信号处理实践方法(第2版)[M], Emmanuel. Ifeachor等著,电子工业出版社 【有关说明(教学建议)】 1、注重学生综合能力的培养,准确全面的理解信号处理的基本理论。 2、注重实验能力的培养
[1] 计算机； [2] Matlab软件 【成绩考核方式】 考核采用闭卷、笔试的方式。总评成绩的核算办法是：如果有中期抽考，则平时成绩占总成绩的10%，中期考 试成绩占总成绩的20%，期末考试占总成绩的70%；如果无中期抽考，则平时成绩占总成绩的20%，期末考试占总成 绩80%。 【教材与参考书目】 指定教材：数字信号处理（第三版）[M]，髙西全，丁玉美编著，西安电子科出版社,2008 参考书目： 1、数字信号处理——基于计算机的方法（英文，第4版）[M]，SanjitK. Mitra著，清华大学出版社,2012 2、Applied Digital Signal Processing-Theory and Practice[M]，DIMITRIS G. MANOLAKIS, VINAY K. INGLE,CambridgeUniversity Press, 2011 3、数字信号处理——理论、算法与实现（第3版）[M]，，胡广书编著，清华大学出版社 4、数字信号处理（第4版）[M]，程佩青编著，清华大学出版社 5、数字信号处理实践方法（第2版）[M]，EmmanuelC. Ifeachor等著，电子工业出版社 【有关说明（教学建议）】 1、注重学生综合能力的培养，准确全面的理解信号处理的基本理论。 2、注重实验能力的培养