數(shù)字信號處理課程教學大綱

課程編碼：AL042880

課程性質(zhì)：專業(yè)核心課程

適用專業(yè)：電子信息工程

學時學分：40學時2.5學分

所需先修課：高等數(shù)學、概率統(tǒng)計、線性代數(shù)、復變函數(shù)與積分變換、信號

與系統(tǒng)

編寫單位：機電工程學院

一、課程說明

1.課程簡介

數(shù)字信號處理課程(DSP)是電子信息科學的重要組成部分，它是電子信息

工程專業(yè)的專業(yè)核心課程。主要講授時域離散信號和系統(tǒng)的描述方法；序列傅

里葉變換、Z變換、離散傅里葉變換、快速傅里葉變換，以及用它們對時域離

散信號和系統(tǒng)進行頻域分析的方法；數(shù)字濾波器的基本理論和設計方法。該課

程的先修課程是高等數(shù)學、概率統(tǒng)計、線性代數(shù)、復變函數(shù)與積分變換、信號

與系統(tǒng)等，這些課程的學習，為本課程奠定了相關(guān)的理論基礎(chǔ)。本課程將通過

講課、練習使學生建立“數(shù)字信號處理”的基本概念，掌握數(shù)字信號處理的基

本分析方法和分析工具，為DSP原理及應用、隨機信號處理、數(shù)字圖象處理、

語音信號處理等奠定理論基礎(chǔ)，為從事通信、信息或信號處理等方面的研究工

作打下基礎(chǔ)。

2.教學目標要求

(1)通過本課程的學習，使學生掌握數(shù)字信號處理的基本概念、基本理論

和基本方法，對數(shù)字信號處理技術(shù)有一個較全面的和系統(tǒng)的了解。

(2)通過對本課程的教學，使學生系統(tǒng)地掌握數(shù)字信號處理的基本原理和

基本分析方法，能建立基本的數(shù)字信號處理模型。

(3)要求學生學會運用數(shù)字信號處理的兩個主要工具：快速傅里葉變換

(FFT)與數(shù)字濾波器，為后續(xù)數(shù)字技術(shù)方面課程的學習打下理論基礎(chǔ)，并為學

生參加工作后在創(chuàng)業(yè)實踐中的“可持續(xù)發(fā)展”提供必要的知識儲備。

(4)通過本課程的學習，使學生養(yǎng)成理論聯(lián)系實際的習慣，能夠?qū)⑺鶎W到

的專業(yè)理論知識應用于實踐當中，提高學生在實際工作中分析問題和解決問題

的能力。

3.教學重點難點

教學重點：該課程主要講授數(shù)字信號處理的基本理論和方法，主要包含兩

部分內(nèi)容。

（1）時域離散信號及時域離散系統(tǒng)的時域分析方法、頻域分析方法。時域

分析方法主要包括采樣重建、典型序列及其表示、周期序列、序列運算、系統(tǒng)

的時域表示、系統(tǒng)特性分析、線性常系數(shù)差分方程的求解等；頻域分析方法主

要包括序列的傅里葉變換（DTFT）、離散傅里葉變換（DFT）。

（2）數(shù)字濾波器的設計方法。主要包括系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，無限長單位脈沖響

應（HR）數(shù)字濾波器的設計，有限長單位脈沖響應（FIR）數(shù)字濾波器的設計。

教學難點：離散傅里葉變換（DFT）理論及應用，無限長單位脈沖響應（IIR）

數(shù)字濾波器的設計，有限長單位脈沖響應（FIR）數(shù)字濾波器的設計等內(nèi)容。

4.學時分配表

理論課

次序教學內(nèi)容

學時數(shù)

第一部分時域離散信號與時域離散系統(tǒng)4

第二部分時域離散信號和系統(tǒng)的頻域分析6

第三部分離散傅里葉變換4

第四部分時域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)4

第五部分無限脈沖響應數(shù)字濾波器的設計12

第六部分有限脈沖響應數(shù)字濾波器的設計10

總計40

5.主要教法、學法

教學環(huán)節(jié)主要包括：課堂講授、作業(yè)、討論等。

課堂講授采用多媒體教學與傳統(tǒng)教學相結(jié)合的教學方法。充分利用Matlab

編程軟件編寫教學程序，對課程中的一些重要的概念、公式和理論進行演示、

驗證，理論聯(lián)系實際，提高形象教學的效果，加深學生對重點教學內(nèi)容的理解

和掌握程度。

作業(yè)：各章課后均有若干個習題，要求學生按時完成，并交教師批改。教

師對學生作業(yè)中出現(xiàn)的普遍問題及時給予輔導、解答，并進一步督促學生利用

課余時間提高自學能力。

討論：對于課程中的一些難度較大、不易理解的知識點，除教師講授外再

設置討論教學環(huán)節(jié)，以幫助學生理解和掌握相關(guān)的理論。

6.考核方式及標準

本課程為考試課，考核方法為閉卷考試?？己私虒W大綱規(guī)定的應知應會的

內(nèi)容，考核學生對本課程的基本知識、基本理論等重點內(nèi)容的理解和掌握程度。

課程期末成績構(gòu)成：期末考試成績占70%,平時成績（包括考勤、作業(yè)、

討論等）占30%。

二、各部分教學綱要

第一部分時域離散信號與時域離散系統(tǒng)（4學時）

教學目標

掌握常用典型序列：單位脈沖序列、單位階跌序列、矩形序列、實指數(shù)序

列、復指數(shù)序列及其基本運算，會計算周期性序列的周期；掌握時域離散系統(tǒng)

的線性、時不變性、因果性和穩(wěn)定性的定義，并能夠進行相關(guān)的判斷；掌握時

域離散系統(tǒng)的輸入輸出描述方法；掌握采樣及內(nèi)插理論，理解頻譜混疊現(xiàn)象及

其產(chǎn)生原因。

本部分重點

線性時不變系統(tǒng)的概念，常系數(shù)線性差分方程的求解，連續(xù)信號的采樣。

本部分難點

模擬信號到離散信號的頻譜變化，采樣定理。

教學內(nèi)容

1常用典型序列及其基本運算

2時域離散信號

3時域離散系統(tǒng)

4時域離散系統(tǒng)的輸入輸出描述法

5模擬信號數(shù)字處理方法

第二部分時域離散信號和系統(tǒng)的頻域分析（6學時）

教學目標

了解時域離散信號的傅里葉變換的定義和性質(zhì)；掌握z變換、z反變換方

法、常用序列的z變換和z變換的性質(zhì)；理解離散時間系統(tǒng)的頻率響應和系統(tǒng)

函數(shù)，會根據(jù)差分方程求系統(tǒng)的頻率響應和系統(tǒng)函數(shù)；了解系統(tǒng)函數(shù)的零極點

表去O

本部分重點

Z變換，Z反變換，Z變換的性質(zhì)和定理，時域離散信號和系統(tǒng)的頻域的分

析方法。

本部分重點

Z反變換，系統(tǒng)的極零點分析。

教學內(nèi)容

1時域離散信號的傅里葉變換的定義和性質(zhì)

2周期序列的離散傅里葉級數(shù)及傅里葉變換表示式

3序列的z變換

4利用z變換分析信號和系統(tǒng)的頻響特性

第三部分離散傅里葉變換（4學時）

教學目的

了解離散傅里葉級數(shù)及其基本性質(zhì)；掌握循環(huán)卷積；掌握離散傅里葉變換,

理解離散傅里葉變換的物理意義及特性；理解利用DFT做連續(xù)信號的頻譜分析

過程中可能出現(xiàn)的混疊、頻譜泄漏、柵欄效應、分辨率等問題及解決方法。

本部分重點

離散傅里葉變換的物理意義及特性，循環(huán)卷積，利用DFT做頻譜分析及分

析過程中可能出現(xiàn)的問題及解決方法。

本部分難點

DFT的物理意義，利用DFT做頻譜分析及分析過程中可能出現(xiàn)的問題及解

決方法。

教學內(nèi)容

1離散博里葉變換的定義及物理意義

2離散傅里葉變換的基本性質(zhì)

3頻率域采樣

4DFT應用舉例

第四部分時域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（4學時）

教學目的

使學生掌握HR及FIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)；了解同一傳遞函數(shù)可用不

同的運算結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，以及這些結(jié)構(gòu)在性能上的特點。

本部分重點

HR及FIR的基本結(jié)構(gòu)。

本部分難點

FIR的線性相位結(jié)構(gòu)和頻率采樣結(jié)構(gòu)。

教學內(nèi)容

1用信號流圖表示網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

2IIR系統(tǒng)基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

3FIR系統(tǒng)基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

4線性相位結(jié)構(gòu)

5頻率采樣結(jié)構(gòu)

第五部分無限脈沖響應數(shù)字濾波器的設計（12學時）

教學目的

了解濾波器設計中常用的幾個指標和濾波器設計的常用方法；理解利用模

擬濾波器設計數(shù)字濾波器時平面變換必須滿足的基本要求；掌握脈沖響應不變

法和雙線性變換法；了解幾種主要模擬濾波器的特性及設計方法；掌握由模擬

原型濾波器變換成相應的數(shù)字濾波器的方法。

本部分重點

利用模擬濾波器設計數(shù)字濾波器的方法，從低通數(shù)字濾波器到各種數(shù)字濾

波器的頻率變換。

本部分難點

利用模擬濾波器設計數(shù)字濾波器的方法。

教學內(nèi)容

1數(shù)字濾波器的基本概念

2模擬濾波器的設計

3用脈沖響應不變法設計IIR數(shù)字低通濾波器

4用雙線性變換法設計IIR數(shù)字低通濾波器

5數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設計

第六部分有限脈沖響應數(shù)字濾波器的設計（10學時）

教學目的

理解FIR濾波器線性相位的條件及幾種情況下的幅度特性；掌握四種線性

相位FIR濾波器及它們各適合設計何哪些選頻濾波器；掌握窗函數(shù)設計法的步

驟及各種窗函數(shù)的性能；理解HK及FIR濾波器的優(yōu)缺點。

本部分重點

FIR濾波器線性相位的條件及幾種情況下的幅度特性，四種線性相位FTR

濾波器，窗函數(shù)設計法，HR及FIR濾波器的優(yōu)缺點。

本部分難點

窗函數(shù)設計法。

教學內(nèi)容

1線性相位FIR數(shù)字濾波器的條件和特點

2利用窗函數(shù)法設計FIR