《數(shù)字信號處理》課程教學大綱課程代碼：ABJD0612課程中文名稱：數(shù)字信號處理課程英文名稱：DigitalSignalProcess課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)必修課課程學分數(shù)：3.5學分課程學時數(shù)：64學時（56理論課時+8實驗學時）授課對象：電子信息工程專業(yè)本課程的前導(dǎo)課程：信號與系統(tǒng)一、課程簡介數(shù)字信號處理課程（DSP）是電子信息科學的重要的組成部分，主要研究如何分析和處理離散時間信號的基本理論和方法。它是電子信息工程、通信工程等電類專業(yè)本科生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課程。不僅如此，數(shù)字信號處理在數(shù)據(jù)通信、生物醫(yī)學工程、聲學、聲納、雷電、地震學、語音圖像處理、核物理學、天文氣象等領(lǐng)域也占據(jù)著重要地位。 二、教學基本內(nèi)容和要求（一）時域離散信號和時域離散系統(tǒng)教學內(nèi)容：時域離散信號和時域離散系統(tǒng)的定義、特點；時域離散系統(tǒng)的輸入輸出描述法；模擬信號數(shù)字處理方法。課程的重點、難點：重點：模擬信號、時域離散信號和數(shù)字信號三者的差別，時域離散信號的常用典型序列；周期性序列周期的確定；時域離散系統(tǒng)的線性、時不變性質(zhì)及系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性；線性時不變系統(tǒng)的輸出和輸入之間的關(guān)系；難點：用串、并聯(lián)分系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)表示該系統(tǒng)總的單位脈沖響應(yīng)；已知系統(tǒng)輸入、線性常系統(tǒng)差分方程和初始條件，用遞推法求解系統(tǒng)的輸出；由差分方程求解系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)；模擬信號數(shù)字處理的原理框圖及各部分的作用。教學要求：1）掌握時域離散信號的分析方法，2）掌握時域離散系統(tǒng)的特性；3）理解時域離散系統(tǒng)的輸入輸出描述，并且可以利用常系數(shù)差分方程進行求解；4）掌握時域采樣定理，理解數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程，為數(shù)字信號處理的學習打下基礎(chǔ)。（二）時域離散信號和系統(tǒng)的頻域分析教學內(nèi)容：序列傅里葉變換的定義和性質(zhì)；周期序列的離散傅里葉變換的定義；時域離散信號的傅里葉變換和模擬信號傅里葉變換之間的關(guān)系；序列的Z變換；利用Z變換分析信號與系統(tǒng)的頻域特性。課程的重點、難點：重點：傅里葉變換的正反變換定義、基本性質(zhì)和定理；周期序列的兩種頻域分析方法，即離散傅里葉級數(shù)和傅里葉變換；序列：1，的傅里葉變換（是有理數(shù)）；模擬信號數(shù)字處理原理框圖中的數(shù)字信號處理部分的數(shù)字頻率和原模擬信號的模擬頻率的關(guān)系；時域離散信號的付立葉變換與模擬信號付立葉變換之間的關(guān)系；序列Z變換定義，Z變換的收斂域特點，各種序列（有限長序列、右序列、左序列和雙邊序列）Z變換收斂域的特點；難點：逆Z變換的定義，用留數(shù)法求逆Z變換；Z變換的基本性質(zhì)和基本定理；用Z變換解系統(tǒng)差分方程的穩(wěn)態(tài)解；因果性系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)的收斂域特點，穩(wěn)定性系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)收斂域特點，因果穩(wěn)定性系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)的收斂域的特點；利用系統(tǒng)的零極點分布分析系統(tǒng)的頻率特性。教學要求：1）掌握序列傅里葉變換的定義和性質(zhì)；2）理解周期序列的離散傅里葉級數(shù)與傅里葉變換的關(guān)系；3）理解時域離散信號的傅里葉變換和模擬信號傅里葉變換之間的關(guān)系；4）掌握序列Z變換的定義和性質(zhì)；能夠利用Z變換對信號與系統(tǒng)的頻域特性進行分析。（三）離散傅里葉變換教學內(nèi)容：離散傅里葉變換的定義和性質(zhì)；頻率域采樣定理；離散傅里葉變換的應(yīng)用。課程的重點、難點：難點：離散傅里葉變換的正反變換的定義、物理意義；離散傅里葉變換、序列傅里葉變換、Z變換以及離散傅里葉級數(shù)之間的關(guān)系；離散傅立葉變換的基本性質(zhì)；重點：應(yīng)用離散傅里葉變換計算線性卷積，對時域連續(xù)信號、時域離散信號進行頻譜分析，*Chirp-Z變換。教學要求：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數(shù)之間的關(guān)系；3）理解頻率域采樣定理；了解離散傅里葉變換的各類應(yīng)用。（四）快速傅里葉變換教學內(nèi)容：FFT原理；基2FFT實現(xiàn)方法；進一步減小運算量的措施。課程的重點、難點：重點：基2FTT的算法原理；難點：DIT-FFT算法和DIF-FFT算法的差異。教學要求：1）了解FFT產(chǎn)生的背景；2）掌握時域抽取法基2FFT基本原理，理解FFT與直接計算DFT運算的差別，了解DIT-FFT的運算規(guī)律及編程思路，掌握頻域抽取法FFT的基本原理，理解IDFT的高效算法；3）理解進一步減小運算量的措施；4）了解分裂基FFT算法。（五）時域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)教學內(nèi)容：利用信號流圖表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；無限長脈沖響應(yīng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；有限長脈沖響應(yīng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；狀態(tài)變量分析法。課程的重點、難點：重點：由信號流圖求系統(tǒng)函數(shù)；由系統(tǒng)函數(shù)或者差分方程畫IIR基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（直接型、級聯(lián)型和并聯(lián)型），這三種基本形式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各自的特點;難點：由系統(tǒng)函數(shù)或者差分方程畫FIR直接型基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);頻率采樣結(jié)構(gòu)及其特點。教學要求：1）掌握利用信號流圖表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；2）掌握無限長脈沖響應(yīng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；3）掌握有限長脈沖響應(yīng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；4）理解狀態(tài)變量分析法。（六）無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計教學內(nèi)容：數(shù)字濾波器的基本概念；模擬濾波器的設(shè)計；用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計IIR數(shù)字低通濾波器；用雙線性變換法設(shè)計IIR數(shù)字低通濾波器；數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計；*IIR數(shù)字濾波器的直接設(shè)計法。課程的重點、難點：重點：模擬低通濾波器的技術(shù)指標，巴特沃斯低通濾波器的設(shè)計方法與步驟；切比雪夫低通濾波器的設(shè)計方法與步驟；模擬高通、帶通、帶阻濾波器的設(shè)計方法和步驟；一般IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計步驟，將模擬低通濾波器的系統(tǒng)函數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)的兩種方法（脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法），這兩種方法各自的優(yōu)缺點，將數(shù)字濾波器的技術(shù)指標轉(zhuǎn)換成模擬濾波器的技術(shù)指標；難點：用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計數(shù)字低通濾波器的設(shè)計步驟；用雙線性變換法設(shè)計數(shù)字低通濾波器的設(shè)計步驟；數(shù)字高通、帶通、帶阻濾波器的設(shè)計方法和步驟。教學要求：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；3）掌握用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計IIR數(shù)字低通濾波器；4）掌握用雙線性變換法設(shè)計IIR數(shù)字低通濾波器；5）理解數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計；*了解IIR數(shù)字濾波器的直接設(shè)計法。（七）無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計教學內(nèi)容：線性相位FIR數(shù)字濾波器的條件和特點：利用窗函數(shù)法設(shè)計FIR數(shù)字濾波器；利用頻率采樣法設(shè)計FIR數(shù)字濾波器；IIR和FIR數(shù)字濾波器的比較。課程的重點、難點：重點：線性相位濾波器的特點，線性相位結(jié)構(gòu)；難點：用窗函數(shù)設(shè)計FIR濾波器的方法和步驟，幾種典型窗函數(shù)（矩形窗、三角形窗、漢寧窗、海明窗和布萊克曼窗）的特點，設(shè)計中窗函數(shù)的選取。教學要求：1）掌握線性相位FIR數(shù)字濾波器的條件和特點；2）掌握用窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器；3）理解IIR和FIR數(shù)字濾波器的性能差異。三、實驗教學內(nèi)容及基本要求本課程實驗共三個，總共8個學時，通過課程實驗，要求學生進一步鞏固和理解所學的理論知識，學生能使用MATLAB解決數(shù)字信號處理中的問題，具體實驗安排如下：實驗一1.實驗名稱：離散信號的傅里葉變換2.實驗要求:進一步熟悉matlab軟件的使用，熟悉matlab的編程語言;用matlab語言編寫程序進行離散信號的傅里葉分析3.實驗儀器：高性能學生計算機，MATLAB7.0軟件4.實驗內(nèi)容：（1）試求序列，其中n=0，1，……，N-1，N=12的DTFT。并畫出其幅頻特性曲線和相頻特性曲線。（2）若N=24,36,120,其幅頻特性曲線和相頻特性曲線如何變化？5.重點與難點：matlab軟件的使用matlab的編程語言6.實驗課時：2學時7.應(yīng)達到的要求：使用MATLAB計算幅頻特性和相頻特性實驗二1.實驗名稱：離散信號的傅里葉變換2.實驗要求：通過實驗，加深對FFT的理解，熟悉FFT子程序；熟悉應(yīng)用FFT對典型信號進行頻譜分析的方法3.實驗儀器：高性能學生計算機，MATLAB7.0軟件4.實驗內(nèi)容：（1）在MATLAB中，可以用函數(shù)FFT來實現(xiàn)。格式：y=FFT(x)y=FFT(x,n)（2）對模擬信號，進行采樣。求（1）N=40點FFT的幅度頻譜（2）提高采樣點數(shù)，如N=128,再求該信號的幅度頻譜5.實驗重點與難點：matlab軟件的使用matlab的編程語言6.實驗課時：2學時7.應(yīng)達到的要求：使用MATLAB計算FFT實驗三1.實驗名稱：FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計2.實驗要求：掌握用窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器的原理和方法，熟悉相應(yīng)的計算機編程；了解用頻率采樣法設(shè)計FIR濾波器的原理和實現(xiàn)；熟悉線性相位FIR濾波器的幅頻特性和相頻特性；了解不同窗函數(shù)對濾波器性能的影響。3.實驗儀器：高性能學生計算機，MATLAB7.0軟件4.實驗內(nèi)容：（1）窗函數(shù)法設(shè)計線性相位FIR濾波器（2）用窗函數(shù)法設(shè)計線性相位FIR低通濾波器5.實驗重點與難點：matlab軟件的使用matlab的編程語言6.實驗課時：4學時7.應(yīng)達到的要求：使用MATLAB計算FFT四、教學方法與手段板書+ppt+上機實踐五、各教學環(huán)節(jié)學時分配章節(jié)（或內(nèi)容）課時作業(yè)量備注時域離散信號和時域離散系統(tǒng)60時域離散信號和系統(tǒng)的頻域分析82離散傅里葉變換80快速傅里葉變換62時域離散系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)62無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計62無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計62合計4610六、考核方式與成績評定標準1、考核方法課堂表現(xiàn)占20%，期末成績占80%。2、成績評定按照百分制給出學生的綜合成績。七、教學參考資源1、參考數(shù)目：[1]