《數(shù)字信號(hào)處理C》教學(xué)大綱

適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案

課程代碼：06141531

課程性質(zhì)：專業(yè)必修課

學(xué)分：4學(xué)分

學(xué)時(shí)：64學(xué)時(shí)（理論52學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)）

先修課程：高等數(shù)學(xué)、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字電子技術(shù)

后續(xù)課程：生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析與處理、醫(yī)學(xué)圖像處理

適用專業(yè)：醫(yī)學(xué)信息工程

開課單位：電子信息工程學(xué)院

一、課程說明

《數(shù)字信號(hào)處理》是醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程主:要講授離散時(shí)域信

號(hào)和系統(tǒng)的基本理論和分析方法，數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程

及研究與解決數(shù)字化的實(shí)際工程問題奠定理論基礎(chǔ)。本課程目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)字信號(hào)處

理系統(tǒng)化的概念，使學(xué)生正確埋解其基本理論、基本原理和一般方法；為學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)信息類課

程奠定基礎(chǔ)。本課程強(qiáng)調(diào)工程理念，重視提高學(xué)生的邏輯思維能力，使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所

學(xué)知識(shí)分析解決工程問題，促進(jìn)自主性學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性工作。

二、課程目標(biāo)

通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：

課程目標(biāo)1：使學(xué)生建立數(shù)字信號(hào)處理的基本概念，掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本原理、理

論和方法，了解數(shù)字信號(hào)處理的新方法和新技術(shù)，熟練應(yīng)用現(xiàn)代工具進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的仿

真、分析和設(shè)計(jì)，達(dá)到能夠?qū)?fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行分析、處理和設(shè)計(jì)的能力水平。

課程目標(biāo)2：使學(xué)生能夠通過數(shù)學(xué)方法分析?些基本和實(shí)際問題，對(duì)實(shí)際工程問題進(jìn)行

抽象建模，應(yīng)用數(shù)學(xué)、數(shù)字信號(hào)處埋的基本知識(shí)分析實(shí)際的工程問題并提出相應(yīng)解決方案,

提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。

課程FI標(biāo)3：能夠綜合運(yùn)用所學(xué)數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)知識(shí)，完成信息處理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì),

并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，并最終實(shí)現(xiàn)工程表達(dá)，體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。

課程目標(biāo)4：能夠使用現(xiàn)代仿真工具進(jìn)行系統(tǒng)仿真或?qū)嶒?yàn)，可以分析和解釋所得數(shù)據(jù),

并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。

課程目標(biāo)5：能夠開發(fā)和利用現(xiàn)代工程工具、信息技術(shù)工具對(duì)復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中

出現(xiàn)的問題進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)和模擬。

三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求

《數(shù)字信號(hào)處理》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表lo

表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系

支

撐

強(qiáng)

畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)度

L工程知識(shí)

課程目標(biāo)1：使學(xué)生建立數(shù)字信號(hào)

1.3掌握醫(yī)學(xué)信息處理的基本概念，掌握數(shù)字信號(hào)處

工程所需的專業(yè)理的基本原理、理論和方法，了解

知識(shí)，并能將其綜數(shù)字信號(hào)處理的新方法和新技術(shù)，

H

合應(yīng)用于解決復(fù)熟練應(yīng)用現(xiàn)代工具進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處

雜醫(yī)學(xué)信息工程理的仿真、分析和設(shè)計(jì)，達(dá)到能夠

問題。對(duì)復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行分析、處理

和設(shè)計(jì)的能力水平。

2.問題分析

課程目標(biāo)2：使學(xué)生能夠通過數(shù)學(xué)

2.1能夠應(yīng)用工程

方法分析一些基本和實(shí)際問題，對(duì)

科學(xué)的基本原埋，

實(shí)際工程問題進(jìn)行抽象建模，應(yīng)用

識(shí)別和判斷復(fù)雜

數(shù)學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理的基本知識(shí)分H

醫(yī)學(xué)信息工程問

析實(shí)際的工程問題并提出相應(yīng)解決

題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和

方案，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問

參數(shù)。

題的能力。

3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案

3.2能夠根據(jù)要

求對(duì)復(fù)雜醫(yī)學(xué)信課程目標(biāo)3：能夠綜合運(yùn)用所學(xué)數(shù)

息工程問題給出宇信號(hào)處理相關(guān)知漢，完成信息處

解決方案，設(shè)計(jì)開理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行M

發(fā)實(shí)現(xiàn)特定功能優(yōu)化，并最終實(shí)現(xiàn)工程表達(dá)，體現(xiàn)

的設(shè)備、儀器和單創(chuàng)新意識(shí)。

元（部件）。

4.研究

課程目標(biāo)4：能夠使用現(xiàn)代仿真工

4.2能夠基于科學(xué)具進(jìn)行系統(tǒng)仿真或?qū)嶒?yàn)，可以分析

原理并采用科學(xué)和解釋所得數(shù)據(jù)，并通過信息綜合

方法對(duì)器件、電得到合理有效的結(jié)論。

M

路、功能模塊、軟課程目標(biāo)5：能夠開發(fā)和利用現(xiàn)代

件系統(tǒng)制定實(shí)驗(yàn)工程工具、信息技術(shù)工具對(duì)好雜數(shù)

方案并實(shí)施。字信號(hào)處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行

輔助設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)和模擬。

注：表中“H（高，M（中”L（弱）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。

四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配

I.理論部分

理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。

表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配

理論實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的課

教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)程目標(biāo)

教學(xué)要求：使學(xué)生掌握離散時(shí)間信

L時(shí)域離散信號(hào)與系統(tǒng)

號(hào)與?系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)；掌握連續(xù)時(shí)

1.1離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的

間信號(hào)的采樣、離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)

基礎(chǔ)知識(shí)

域分析方法以及系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)

1.2連續(xù)時(shí)間信號(hào)的采樣821、2、3

定性。

1.3離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分

重點(diǎn)：連續(xù)時(shí)間信號(hào)的采樣與離散

析方法

時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析。

1.4系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性

難點(diǎn)：離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)分析。

2.時(shí)域離散信號(hào)與系統(tǒng)的

教學(xué)要求：使學(xué)生了解傅里葉變換

頻域分析

及Z變換及其性質(zhì)；掌握序列的Z

2.1傅里葉變換及定義

變換及收斂域的特點(diǎn)；掌握拉氏變

2.2Z變換及其性質(zhì)

換、傅里葉變換域Z變換的關(guān)系。1021、2、3

2.3序列的Z變換及收斂域

重點(diǎn)：序列Z變換及收斂域的特點(diǎn)。

的特點(diǎn)

難點(diǎn)：拉氏變換、傅里葉變換域Z

2.4拉氏變換、傅里葉變換

變換的關(guān)系。

域Z變換的關(guān)系

教學(xué)要求：使學(xué)生掌握周期序列離

3.離散傅里葉變換

散傅里葉級(jí)數(shù)的定義及性質(zhì)以及離

3.1周期序列離散傅里葉級(jí)

散傅里葉變換的概念和性質(zhì)；理解1、2、4、

數(shù)的定義及性質(zhì)60

離散傅里葉變換的物理意義。5

3.2離散傅里葉變換的概念

重點(diǎn)：離散傅里葉變換概念和性質(zhì)。

和性質(zhì)

難點(diǎn)：離散傅里葉變換共枕對(duì)稱性。

4.快速傅里葉變換教學(xué)要求：使學(xué)生掌握按時(shí)間抽選

4.1概述的基2-FFT和按頻率抽選的基2

4.2時(shí)域抽取基2FFT基本-FFT的基本思想和方法。1、2、4、

60

原理重點(diǎn)：按時(shí)間抽選的基2-FFT和按5

4.3頻域抽取基2FFT基本頻率抽選的基2-FFT的算法原理。

原理難點(diǎn)：蝶形圖的理解

教學(xué)要求：使學(xué)生掌握HR數(shù)字濾

5.數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；掌握FIR數(shù)

5.1IIR數(shù)字濾波器的基本字濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2、3、4、

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重點(diǎn)：IIR數(shù)字漉波器的級(jí)聯(lián)和并聯(lián)80

5

5.2FIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)；FIR數(shù)字濾波器的級(jí)聯(lián)和頻

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)率抽樣型。

難點(diǎn)：數(shù)字信號(hào)處理中的實(shí)現(xiàn)C

6.IIR數(shù)字漉波器的設(shè)計(jì)

方法教學(xué)要求：使學(xué)生理解脈沖響應(yīng)不

6.1模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)變法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的基本思想和

方法方法；理解雙線性不變法設(shè)計(jì)數(shù)字

2、3、4、

6.2脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)數(shù)濾波器的基本原理及特點(diǎn)。84

5

字游波器的基本思想和方重點(diǎn)：脈沖響應(yīng)不變法；雙線性變

法換法。

6.3雙線性不變法設(shè)計(jì)數(shù)字難點(diǎn)：模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)方法。

濾波器的基本原理及特點(diǎn)

7.FIR數(shù)字漉波器的設(shè)計(jì)教學(xué)要求:使學(xué)生掌握線性相位FIR

方法數(shù)字濾波器保持線性相位的條件及

7.1線性相位FIR數(shù)字濾波頻率響應(yīng)的特點(diǎn)：掌握窗函數(shù)法設(shè)

器保持線性相位的條件及計(jì)FIR數(shù)字濾波器的方法以及窗函

頻率響應(yīng)的特點(diǎn)數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響；理解FIR濾2、3、4、

64

7.2窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字波器和HR濾波器的特點(diǎn)，并進(jìn)行5

游波器的方法以及窗函數(shù)比較。

對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響重點(diǎn)：線性相位FIR數(shù)字濾波器頻

7.3FIR濾波器和HR濾波器率響應(yīng)的特點(diǎn)。

的特點(diǎn)難點(diǎn)：窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR數(shù)字惦波器。

合計(jì)5212

2.實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表3。

表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)

對(duì)應(yīng)的課

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)

程目標(biāo)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；了解離散時(shí)間信號(hào)的特點(diǎn)；掌握

利用MATLAB產(chǎn)生離散時(shí)間信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)

1.離散時(shí)間信號(hào)的

信號(hào)可視化的方法。21、2、3

表示及運(yùn)算

實(shí)驗(yàn)要求：能夠熟練利用MATLAB對(duì)離散時(shí)

間信號(hào)進(jìn)行基本運(yùn)算。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：了解離散LTI系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)

2.離散時(shí)間LTI系MATLAB實(shí)現(xiàn)方法；掌握離散LTI系統(tǒng)頻率

21、2、3

統(tǒng)的響應(yīng)響應(yīng)函數(shù)的MATLAB實(shí)現(xiàn)方法。

實(shí)驗(yàn)要求：掌握如何判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：了解IIR數(shù)學(xué)濾波器的基本結(jié)構(gòu)和

函數(shù)語言的文現(xiàn)格式；掌握雙線性變換法及

3.IIR數(shù)字濾波器的脈汨相應(yīng)不變法設(shè)計(jì)HR數(shù)字濾波器的具體1、2、3、

4

MATLAB實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方法。4、5

實(shí)驗(yàn)要求：學(xué)會(huì)利用設(shè)計(jì)的HR濾波器進(jìn)行信

號(hào)的濾波處理。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：了解窗函數(shù)的MATLAB實(shí)現(xiàn)函

數(shù)；加深對(duì)數(shù)字濾波器的常用指標(biāo)理解；掌

4.FIR數(shù)字濾波器1、2、3、

握FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)方法。4

的MATLAB實(shí)現(xiàn)4、5

實(shí)驗(yàn)要求：學(xué)會(huì)利用設(shè)計(jì)的FIR漉波器進(jìn)行

信號(hào)的濾波處理。

合計(jì)12

五、教學(xué)方法及手段

本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段完成課程教

學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)，學(xué)生比較全面地理解數(shù)字信號(hào)處理的基本原理、理論和方法，了

解數(shù)字信號(hào)處理的新方法和新技術(shù)，熟練應(yīng)用現(xiàn)代工具進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的仿真、分析和設(shè)

計(jì)，達(dá)到能夠?qū)?shù)字信號(hào)和系統(tǒng)進(jìn)行分析?、處理和設(shè)計(jì)的能力水平。能夠?qū)?也知識(shí)用于解

決醫(yī)學(xué)信息工程領(lǐng)域中的好雜工程問題，進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

六、課程資源

1.推薦教材：

高西全丁玉美.數(shù)字信號(hào)處理(第五版)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2022年.

2.參考書：

(1)程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程[M].北京：清華大學(xué)出版社,2018年.

(2)奧木海姆.離散時(shí)間信號(hào)處理[M].北京：科學(xué)曰版社，2015年.

(3)陳后金.數(shù)字信號(hào)處理(第3版)[M].北京：高等教育出版社,2019年.

3.期刊：

(1)ThompsonJ.Editorial:IETSignalProcessing^],ktSignalProcessing,2007,1(1):1-1.

(2)MartinRK,YsebacrtG,VanblcuK.IEEETransactionsonSignalProcessing[J].IE

EETransactionsonSignalProcessing,2012,60(5):2710-2711.

(3)陳福彬，金鑫，劉迪等.一種集成式石英諧振加速度計(jì)信號(hào)處理與融合方法[J].中國

慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，2021,29(06):803-808.

(4)汪健,張磊，曾鑫等.紅外探測(cè)器集成圖像信號(hào)處理芯片設(shè)計(jì)[J].紅外技術(shù),2021,43(11):

1044-1()48.

(5)張揚(yáng)，吳瓊，滕云田等.激光干涉絕對(duì)重力儀數(shù)據(jù)采集與處理的時(shí)間優(yōu)化方法[幾儀

器儀表學(xué)報(bào),2021,41(08):130-136.

4.網(wǎng)絡(luò)資源：

(1)數(shù)字信號(hào)處理，ht(ps:///course/NJUPT-1002144009.

(2)數(shù)字信號(hào)處理，/coursc/BUAA-1001807014.

七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐

課程成績(jī)由過程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)

課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。

表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐

考核占弱2程目彳示

考核/評(píng)價(jià)細(xì)則

環(huán)節(jié)比12345

課1

過(1)根據(jù)課堂出勤情況、課堂回答問題情況、隨堂4YV

堂

程練習(xí)等進(jìn)行考核，滿分100分。

表

性16

以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比

現(xiàn)(2)4444

考例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。

核

J11

實(shí)16(1)根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告V7V7

驗(yàn)

；

00分

分1

，滿

獨(dú)評(píng)分

成質(zhì)量單

值

平均

績(jī)的

驗(yàn)成

次實(shí)

取各

評(píng)分，

驗(yàn)單獨(dú)

每次實(shí)

績(jī)（2）

績(jī)。

最終成

環(huán)節(jié)的

作為此

3

4

3

3

3

例計(jì)

的比

所占

績(jī)中

評(píng)成

在總

以其

績(jī)乘

驗(yàn)成

以實(shí)

（3）

績(jī)。

總評(píng)成

入課程

章

1

1

V

7

7

節(jié)7

測(cè)

和

、理解

的復(fù)習(xí)

知識(shí)點(diǎn)

各章節(jié)

學(xué)生對(duì)

要考核

（1）主

試

分；

100

滿分

度等，

掌握程

或

為

值作

平均

績(jī)的

次成

取各

評(píng)分，

業(yè)單獨(dú)

每次作

（2）

課8

成績(jī)。

的最終

此環(huán)節(jié)

2