《數(shù)字信號處理及應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

課程編碼：AL042280

課程性質(zhì)：任意選修課程

適用專業(yè)：自動化

學(xué)時學(xué)分：32學(xué)時2學(xué)分

所需先修課：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)與積分變換

一、課程說明

1.課程簡介

數(shù)字信號處理及應(yīng)用是自動化專業(yè)的一門專業(yè)選修課，本課程的主要學(xué)習(xí)時

域離散信號與時域離散系統(tǒng)、系統(tǒng)的頻率分析、離散傅里葉變換、時域離散系統(tǒng)

的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)字濾波器的設(shè)計。該課程的先修課是高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變

函數(shù)與積分變換等，這些課程的學(xué)習(xí)，為本課程奠定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。本課程開設(shè)目的

是為系統(tǒng)學(xué)習(xí)數(shù)字圖像處理、工業(yè)軟件基礎(chǔ)等后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。

2.教學(xué)目標(biāo)要求

通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)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、系統(tǒng)的了解。

通過本課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生養(yǎng)成善于理論聯(lián)系實際的習(xí)慣，將所學(xué)到專業(yè)

理論知識應(yīng)用于實踐當(dāng)中，提高學(xué)生在實際工作中分析問題和解決問題的能力。

通過本課程的學(xué)習(xí)，為學(xué)生更進一步學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程打下必要的基礎(chǔ)，并

為學(xué)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。

通過本課程的學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的智力，培養(yǎng)分析與解決問題的能力；培養(yǎng)良

好的非智力素質(zhì)；培養(yǎng)科學(xué)的世界觀和方法論；培養(yǎng)創(chuàng)新思維意識和技術(shù)創(chuàng)新能

力。

3.教學(xué)重點難點

教學(xué)重點：線性時不變離散時間系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識、數(shù)學(xué)模型（差分方程）及

其求解，Z變換，離散博立葉變換（DFT）理論及應(yīng)用，快速傅立葉變換（FFT）,

無限長單位脈沖響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器設(shè)計，有限長單位脈沖響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾

波器設(shè)計等內(nèi)容。

教學(xué)難點：IIR數(shù)字濾波器和FIR濾波器的基本理論和設(shè)計方法

4.學(xué)時分配表

次序教學(xué)內(nèi)容理論課學(xué)時實驗課學(xué)時

1

數(shù)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42

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(luò)結(jié)構(gòu)4

第五部分無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計62

第六部分有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計6

小計284

總計32

5.主要教法、學(xué)法

教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括：課堂講授、實驗、作業(yè)、自學(xué)指南、考試。

課堂講授：采用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法。理論與實踐（實

驗）緊密結(jié)合，充分利用實驗設(shè)施，提供寬松的實驗環(huán)境。

實驗教學(xué)：針對課堂重點講授內(nèi)容精心設(shè)計上機實驗，首先使學(xué)生通過解決

一些較為簡單的問題，牢固掌握本課程的基本理論。在此基礎(chǔ)上，通過綜合實驗

提高學(xué)生設(shè)計問題、分析問題及解決問題的能力。

作業(yè)：各章課后均由若干個習(xí)題，要求學(xué)生按時完成，并交教師批改。教師

對學(xué)生作業(yè)中出現(xiàn)的普遍問題及時給予輔導(dǎo)、解答。并進一步督促學(xué)生利用課余

時間提高自學(xué)能力。

6.考核方式及標(biāo)準(zhǔn)

考試：閉卷考試，考核教學(xué)大綱規(guī)定的應(yīng)知應(yīng)會部分內(nèi)容，總評成績二平時

作業(yè)及考勤（10加+實驗成績Q0%）+卷面成績（80%）。

二、各部分教學(xué)綱要

第一部分時域離散信號與時域離散系統(tǒng)（4學(xué)時）

教學(xué)目標(biāo)

使學(xué)生掌握離散信號與系統(tǒng)的基本概念和分析方法、離散信號頻域分析的基

本概念及連續(xù)信號抽樣中的理想模型及頻譜變化規(guī)律。

本部分重點

線性移不變系統(tǒng)的概念；常系數(shù)線性差分方程的求解；連續(xù)信號的抽樣。

本部分難點

模擬信號到離散信號的頻譜變化；抽樣定理。

教學(xué)內(nèi)容

時域離散信號，時域離散系統(tǒng)，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。

2

第二部分時域離散信號和系統(tǒng)的頻域分析（4學(xué)時）

教學(xué)目標(biāo)

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Z變換和Z變換的性質(zhì)。熟練掌握離散系統(tǒng)函數(shù)及頻率響應(yīng)。

本部分重點

Z變換；Z反變換；Z變換的性質(zhì)和定理；離散系統(tǒng)函數(shù)及頻率響應(yīng)。

本部分重點

Z反變換系統(tǒng)的極零分析

教學(xué)內(nèi)容

時域離散信號的傅里葉變換的定義和性質(zhì)，周期序列的離散傅里葉級數(shù)及傅

里葉變換表示式，序列的Z變換，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(xué)時）

教學(xué)目的

熟練掌握數(shù)字譜分析基本方法---DFT及性質(zhì)；掌握頻域抽樣定理，了解DFT

的應(yīng)用。

本部分重點

DFT；DFT的性質(zhì)；頻率域抽樣

本部分難點

DFT

教學(xué)內(nèi)容

離散博里葉變換的定義及物理意義，離散傅里葉變換的基本性質(zhì)，頻率域采

樣，DFT應(yīng)用舉例。

第四部分時域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（4學(xué)時）

教學(xué)目的

使學(xué)生掌握IIR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

IIR及FIR的基本結(jié)構(gòu)

本部分難點

HR及FIR的基本結(jié)構(gòu)

教學(xué)內(nèi)容

用信號流圖表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，I1R系統(tǒng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，F(xiàn)1R系統(tǒng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),

線性相位結(jié)構(gòu)，頻率采樣結(jié)構(gòu)。

第五部分無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計（6學(xué)時）

教學(xué)目的

3

使學(xué)生理解HR的含義，掌握IIR的設(shè)計方法。熟練掌握應(yīng)用沖激響應(yīng)不變法

和雙線性變換法設(shè)計數(shù)字低通濾波器。

本部分重點

沖激不變法，雙線性變換法

本部分難點

IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計方法

教學(xué)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HR數(shù)

字低通濾波器，用雙線性變換法設(shè)計HR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。

第六部分有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計（6學(xué)時）

教學(xué)目的

使學(xué)生掌握線性相位FIR濾波器的特點，熟練掌握窗函數(shù)法。

本部分重點

窗函數(shù)設(shè)計法

本部分難點

FIR的設(shè)計方法

教學(xué)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濾波器，IIR

和FIR數(shù)字濾波器的比較。

三、教材及教學(xué)資源

使用教材：

高西全.數(shù)字信號處理（第3版）.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008.

參考書目：

[1]鄭君里.信號與系統(tǒng)（第3版）.北京:高等教育出版社,2011.