《數(shù)字信號(hào)處理》教學(xué)大綱課程英文名SignalandSystemAnalysis課程代碼03M0125學(xué)分2總學(xué)時(shí)32理論學(xué)時(shí)32實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)0上機(jī)學(xué)時(shí)0實(shí)踐學(xué)時(shí)0課程類別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)選修先修課程信號(hào)與系統(tǒng)適用專業(yè)人工智能開課學(xué)院信息工程學(xué)院注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)教育課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位本課程是人工智能專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)選修課。本課程以線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)和信號(hào)與系統(tǒng)的基本方法為基礎(chǔ)，介紹信號(hào)的數(shù)字處理在時(shí)域、變換域的描述及其相互變換的基本理論和基本算法實(shí)現(xiàn)，討論以數(shù)字濾波器為代表的數(shù)字系統(tǒng)的基本概念和基本分析方法，其主要內(nèi)容包括離散時(shí)間系統(tǒng)的Z域分析、離散傅里葉變換、快速傅里葉變換、數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)等。本課程是一門結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用的介于學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間的課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本理論與分析方法，掌握數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，建立利用計(jì)算機(jī)或通用（專用）數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的思想和方法，為后續(xù)課程及從事信息處理相關(guān)的工作打下基礎(chǔ)。（二）課程目標(biāo)1.掌握離散時(shí)間系統(tǒng)分析的數(shù)學(xué)工具，掌握系統(tǒng)函數(shù)和系統(tǒng)的頻響特性，掌握離散傅里葉變換及其快速算法原理，并能夠針對(duì)具體簡(jiǎn)單線性電子系統(tǒng)建模并求解，培養(yǎng)利用數(shù)字思維和數(shù)字技術(shù)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。2.能夠運(yùn)用高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)的基本原理，通過(guò)理論分析和推理，對(duì)工程中的離散系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別和特性分析及判斷；掌握IIR和FIR型數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)要求、系統(tǒng)特征，設(shè)計(jì)符合要求的FIR和IIR濾波器，并對(duì)之進(jìn)行分析和優(yōu)化。3.本課程結(jié)合知識(shí)體系和能力目標(biāo)，通過(guò)介紹數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用歷程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、辯證思想和創(chuàng)新意識(shí)，以及多視角看待問(wèn)題分析問(wèn)題的方法和科學(xué)發(fā)展觀；通過(guò)引入相關(guān)技術(shù)前沿與應(yīng)用案例，結(jié)合國(guó)家建設(shè)和民族復(fù)興的新時(shí)代背景，激發(fā)學(xué)生奮發(fā)圖強(qiáng)、科技報(bào)國(guó)的使命擔(dān)當(dāng)。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法本課程支撐的畢業(yè)要求如下：畢業(yè)要求1：工程知識(shí)：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、人工智能專業(yè)知識(shí)用于解決人工智能相關(guān)的復(fù)雜工程問(wèn)題。畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析人工智能領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論。畢業(yè)要求3：設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計(jì)針對(duì)人工智能復(fù)雜問(wèn)題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的智能系統(tǒng)，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。主要以課堂教學(xué)為主，結(jié)合期末測(cè)試、上機(jī)實(shí)踐、專題討論等途徑和方法來(lái)達(dá)成。具體每個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成途徑與方法見(jiàn)下表所示。課程目標(biāo)達(dá)成途徑ILO-1~2課堂教學(xué)、課后作業(yè)、課堂問(wèn)答及測(cè)試和期末測(cè)試ILO-3上機(jī)作業(yè)，分組討論的小組答辯、小組成員的提問(wèn)、教師的指導(dǎo)提問(wèn)三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）畢業(yè)要求1畢業(yè)要求2畢業(yè)要求3ILO-1MILO-2MILO-3M注：1.支撐強(qiáng)度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）。四、課程主要內(nèi)容與基本要求第1章離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的分析基礎(chǔ)了解離散時(shí)間信號(hào)的表達(dá)形式、熟練掌握離散信號(hào)的基本運(yùn)算方法；了解線性移不變系統(tǒng)的基本性質(zhì)、熟練掌握離散時(shí)間系統(tǒng)性質(zhì)的判斷方法；掌握時(shí)域抽樣定理。通過(guò)介紹數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到科技創(chuàng)新是國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵，作為新時(shí)代的青年學(xué)子，應(yīng)當(dāng)將學(xué)術(shù)追求與社會(huì)責(zé)任結(jié)合，擔(dān)負(fù)起推動(dòng)國(guó)家科技自立自強(qiáng)的使命。第2章Z變換域離散時(shí)間傅里葉變換熟練掌握Z(yǔ)變換和Z反變換的方法、Z變換的基本性質(zhì)；掌握離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)、頻率響應(yīng)及離散信號(hào)的濾波；掌握非周期序列的離散時(shí)間傅里葉變換及性質(zhì)；理解拉普拉斯變換、Z變換、傅里葉變換之間的關(guān)系。第3章離散傅里葉變換了解傅里葉變換的4種形式；掌握周期序列傅里葉級(jí)數(shù)；掌握離散傅里葉變換的定義和性質(zhì)；理解離散傅里葉變換與z變換的關(guān)系，了解利用傅里葉變換計(jì)算線性卷積的方法；掌握離散傅里葉變換在信號(hào)分析中的基本方法和主要問(wèn)題；了解利用MATLAB實(shí)現(xiàn)信號(hào)DFT的計(jì)算。第4章傅里葉變換快速算法了解信號(hào)處理過(guò)程中直接計(jì)算傅里葉變換所產(chǎn)生的計(jì)算量問(wèn)題，掌握時(shí)間抽選和頻率抽選的基-2FFT算法原理和算法流程，了解傅里葉反變換的快速算法。FFT算法的出現(xiàn)極大地提高了傅里葉變換的計(jì)算效率，推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理的快速發(fā)展。通過(guò)介紹FFT算法發(fā)現(xiàn)者的生平事跡以及他們開發(fā)FFT算法的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)與工作中創(chuàng)新思維的重要性以及如何培養(yǎng)創(chuàng)新思維。通過(guò)討論FFT對(duì)現(xiàn)代通信、雷達(dá)、音視頻處理等技術(shù)的影響，強(qiáng)調(diào)科技創(chuàng)新在國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力提升中的重要作用，激勵(lì)學(xué)生在學(xué)術(shù)研究和工程應(yīng)用中追求卓越，為國(guó)家的科技進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。第5章數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)了解數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)的表示方法，掌握無(wú)限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，掌握有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。了解信號(hào)數(shù)字化過(guò)程中的量化影響，理解數(shù)字濾波器的系數(shù)量化效應(yīng)和數(shù)字濾波器運(yùn)算過(guò)程中的有限字長(zhǎng)效應(yīng)。第6章IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)了解模擬濾波器的性能和一般設(shè)計(jì)方法，熟練掌握模擬濾波器到數(shù)字濾波器的沖激響應(yīng)不變法，理解模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換過(guò)程中S平面到Z平面的映射關(guān)系，掌握模擬濾波器到數(shù)字濾波器的雙線性變換法。第7章FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)了解線性相位數(shù)字濾波器的基本概念和特點(diǎn)，掌握有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的窗函數(shù)設(shè)計(jì)法，理解不同形狀的窗函數(shù)對(duì)濾波器性能的影響。理解有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的頻率抽樣設(shè)計(jì)法，了解FIR濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，理解無(wú)限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器和有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器各自的特點(diǎn)和區(qū)別。第10章z變換五、課程學(xué)時(shí)安排章節(jié)號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)生任務(wù)對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)第1章離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的分析基礎(chǔ)61.完成課后習(xí)題作業(yè)ILO-1、3第2章Z變換與離散時(shí)間序列傅里葉變換6完成課后習(xí)題作業(yè)完成上機(jī)作業(yè)ILO-1、2第3章離散傅里葉變換6完成課后習(xí)題作業(yè)完成上機(jī)作業(yè)ILO-1、2、3第4章傅里葉變換快速算法81.完成課后習(xí)題作業(yè)ILO-1、2第5章數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)8完成課后習(xí)題作業(yè)完成隨堂測(cè)試ILO-1、2第6章IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)41.完成課后習(xí)題作業(yè)2.完成上機(jī)作業(yè)、小組討論ILO-1、2第7章FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)61.完成課后習(xí)題作業(yè)2.完成上機(jī)作業(yè)、小組討論ILO-1、2六、實(shí)踐環(huán)節(jié)及基本要求無(wú)七、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核內(nèi)容考核方式評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績(jī)比例支撐課程目標(biāo)過(guò)程考核含到課率、課堂討論發(fā)言、平時(shí)作業(yè)等點(diǎn)名記錄回答問(wèn)題記錄課堂測(cè)試成績(jī)40%ILO-1ILO-2ILO-3期末考核閉卷卷面成績(jī)60%ILO-1ILO-2考核類別考查成績(jī)登記方式百分制八、推薦教材與主要參考書（一）推薦教材：《數(shù)字信號(hào)處理教程》（第五版），程佩