2013年新版-数字信号处理教学大纲.doc

附件2：中国海洋大学 数字信号处理 课程大纲（理论课程） Digital Signal Processing【开课单位】 计算机系 【课程模块】专业知识 【课程编号】 【课程类别】 选修 【学时数 】 64 （理论 32 实践 32 ） 【学分数 】 3.5 备注：课程模块为公共基础、通识教育、学科基础、专业知识或工作技能；课程类别为必修或选修。一、课程描述本课程大纲根据2011年本科人才培养方案进行修订或制定。（一）教学对象：本课程教学对象为计算机系本科三年级及四年级学生（二）教学目标及修读要求1、教学目标：本课程介绍了数字信号处理的基本概念,基本分析方法和处理技术.主要讨论离散时间信号和系统的基础理论,离散傅里叶变换DFT理论及其快速算法FFT,IIR和FIR数字滤波器的设计以及有限字长效应.通过本课程的学习使学生掌握利用 DFT 理论进行信号谱分析,以及数字滤波器的设计原理和实现方法,为学生进一步学习有关信息,通信等方面的课程打下良好的理论基础 2、修读要求：本课程为专业知识层面的选修课。要求学生具有掌握以下内容:1）了解数字信号处理系统的基本概念,典型组成与应用。了解时域离散信号和时域离散系统基本概念,基本运算以及基本性质。掌握时域离散信号,系统的频域分析工具-序列的傅里叶变换及其基本性质,Z变换定义,基本性质及及基本运算。2）掌握离散傅里叶变换(DFT)的形式,性质,频域抽样理论,基本应用及其基本的快速算法(DIT和DIF方式的基-2 FFT算法)，熟悉掌握数字滤波器结构的表示法,IIR滤波器和FIR滤波器的基本结构。熟悉IIR数字滤波器的设计(冲激响应不变法,双线性变换法等)和FIR 数字滤波器的设计(窗函数设计法,频率抽样设计法等)及 两者的区别。（三）先修课程：信号与系统 电路分析 概率论与数理统计 二、教学内容第一章 离散时间信号与系统（2学时）【教学目标】了解离散时间信号序列；理解线性移不变系统的概念；掌握常系数线性差分方程的解法。【重点难点】掌握常系数线性差分方程的解法【教学内容】第一节 离散时间信号序列第二节 线性移不变系统第三节 常系数线性差分方程第四节 连续时间信号的抽样第二章 Z变换与离散时间傅立叶变换（4学时）【教学目标】了解Z变换的定义与收敛域；掌握Z变换的基本性质和定理；掌握离散时间傅立叶变换；掌握系统的系统函数，系统的频率响应。【重点难点】掌握Z变换的基本性质和定理；掌握离散时间傅立叶变换；掌握离散系统的系统函数，系统的频率响应。【教学内容】第一节 引言第二节 Z变换的定义与收敛域第三节 Z反变换第四节 Z变换的基本性质和定理第五节 序列的Z变换与连续信号的拉普拉斯变换，傅立叶变换的关系第六节 离散时间傅立叶变换（序列的傅立叶变换）第七节 序列傅立叶变换的主要性质第八节 周期性序列的傅立叶变换第九节 傅立叶变换的一些对称性质第十节 离散系统的系统函数，系统的频率响应第三章 离散傅立叶变换（4学时）【教学目标】了解傅立叶变换的几种可能形式；了解离散傅立叶级数的性质；掌握离散傅立叶变换有限长序列的离散频域表示；掌握抽样Z变换频域抽样理论。【重点难点】掌握离散傅立叶变换有限长序列的离散频域表示；掌握抽样Z变换频域抽样理论。【教学内容】第一节 引言第二节 傅立叶变换的几种可能形式第三节 周期序列的离散傅立叶级数第四节 离散傅立叶级数的性质第五节 离散傅立叶变换有限长序列的离散频域表示第六节 离散傅立叶变换的性质第七节 抽样Z变换频域抽样理论第八节 利用DFT计算模拟信号的傅立叶变换（级数）对第四章 快速傅立叶变换（4学时）【教学目标】掌握按时间抽选（DIT）的基-2 FFT算法；掌握按频率抽选（DIF）的基-2 FFT算法；掌握线性调频Z变换算法；掌握线性卷积与线性相关的FFT算法。【重点难点】掌握按时间抽选（DIT）的基-2 FFT算法；掌握按频率抽选（DIF）的基-2 FFT算法；掌握线性调频Z变换算法；掌握线性卷积与线性相关的FFT算法。【教学内容】第一节 引言第二节 直接计算DFT的问题及改进的途径第三节 按时间抽选（DIT）的基-2 FFT算法（库利-图基算法）第四节 按频率抽选（DIF）的基-2 FFT算法（桑德-图基算法）第五节 离散傅立叶反变换（IDFT）的快速计算方法第六节 N为复合数的FFT算法混合基算法第七节 基-4 FFT算法第八节 分裂基 FFT算法第九节 线性调频Z变换算法第十节 线性卷积与线性相关的FFT算法第十一节 FFT的软件实现第五章 数字滤波器的基本结构（4学时）【教学目标】了解数字滤波器结构的表示方法；掌握无限长单位冲击响应（IIR）滤波器的基本结构；掌握有限长单位冲击响应（FIR）滤波器的基本结构。【重点难点】掌握无限长单位冲击响应（IIR）滤波器的基本结构；掌握有限长单位冲击响应（FIR）滤波器的基本结构。【教学内容】第一节 数字滤波器结构的表示方法第二节 无限长单位冲击响应（IIR）滤波器的基本结构第三节 有限长单位冲击响应（FIR）滤波器的基本结构第四节 数字滤波器的格型结构第六章 无限长单位冲击响应数字滤波器的设计方法（4学时）【教学目标】掌握数字基带传输系统的基本结构；掌握基带数字信号的基本概念及其频谱特性；掌握奈奎斯特第一准则及码间串扰的概念；掌握基带传输系统抗噪声性能的分析方法；了解频域均衡和时域均衡的概念。【重点难点】掌握数字基带传输系统的基本结构；掌握基带数字信号的基本概念及其频谱特性；掌握奈奎斯特第一准则及码间串扰的概念；掌握基带传输系统抗噪声性能的分析方法【教学内容】第一节 引言第二节 最小与最大相位延迟系统，最小与最大相位超前系统第三节 全通系统第四节 用模拟滤波器设计IIR数字滤波器第五节 冲激响应不变法第六节 阶跃响应不变法第七节 双线性变换法第八节 常用模拟低通滤波器特性第九节 设计IIR滤波器的频率变换法第十节 先利用模拟域频带变换法，再利用数字化法设计数字各型滤波器第十一节 先将模拟归一化低通原型数字化为数字低通，再利用数字域频带变换法设计数字各型滤波器第十二节 直接在数字域设计IIR数字滤波器第十三节 设计IIR滤波器的最优化方法第七章 有限长单位冲击响应数字滤波器的设计方法（4学时）【教学目标】了解线性相位FIR滤波器的特点；掌握窗函数设计法；掌握频率抽样设计法。了解IIR与FIR数字滤波器的区别。【重点难点】掌握窗函数设计法；掌握频率抽样设计法。【教学内容】第一节 引言第二节 线性相位FIR滤波器的特点第三节 窗函数设计法第四节 频率抽样设计法第五节 设计FIR滤波器的最优化方法第五节 IIR与FIR数字滤波器的比较第八章 信号的抽取与插值-多抽样率数字信号处理基础（2学时）【教学目标】 了解用整数D的抽取降低抽样率和和整数I的插值提高抽样率；掌握用有理数I/D做抽样率转换；了解抽样、插值以及两者结合的流图结构。【重点难点】 掌握用有理数I/D做抽样率转换。【教学内容】第一节 概述第二节 用整数D的抽取降低抽样率第三节 用整数I的插值提高抽样率第四节 用有理数I/D做抽样率转换第五节 抽样、插值以及两者结合的流图结构第六节 变换抽样率的多级实现第九章 数字信号处理中的有限字长效应（2学时）【教学目标】了解二进制数的表示及其对量化的影响；了解A/D变换的量化效应；了解数字滤波器的系数量化效应；掌握数字滤波器运算中的有限字长效应。【重点难点】掌握数字滤波器运算中的有限字长效应。【教学内容】第一节 引言第二节 二进制数的表示及其对量化的影响第三节 A/D变换的量化效应第四节 数字滤波器的系数量化效应第五节 数字滤波器运算中的有限字长效应第六节 防止溢出的幅度加权因子第七节 IIR滤波器的定点运算中零输入的极限环振荡和溢出振荡第八节 FIR算法的有限字长效应全程教学与回顾 （2课时）【教学目标】对课程的全部内容进行总结回顾。【教学内容】引导学生回顾所学课程的全部内容，强调重点掌握的章节。三、教学环节及学时分配本课程总学时 64 学时（如有实践环节根据课程的实际情况填写，如实验、上机、案例讨论和角色扮演等），其学时分配见下表。XXXX课程教学学时分配表教学内容总学时课堂教学学时课外辅导/课外实践学时备注理论讲授实践环节第一章 离散时间信号与系统422学时实验第二章 Z变换与离散时间傅立叶变换44第三章 离散傅立叶变换844学时实验第四章 快速傅立叶变换844学时实验第五章 数字滤波器的基本结构1046学时实验第六章 无限长单位冲击响应数字滤波器的设计方法844学时实验第七章 有限长单位冲击响应数字滤波器的设计方法844学时实验第八章 信号的抽取与插值-多抽样率数字信号处理基础624学时实验第九章 数字信号处理中的有限字长效应624学时实验全部教学内容总结与回顾22合 计四、考核方式及评价体系（考核方式及成绩评价体系由老师根据课程自己设定）1、考核方式：（1）闭卷考试 2、评价体系：课程考核成绩由平时成绩和期末考试成绩构成，平时成绩根据出勤、课堂讨论、课后作业、期中检查等评定，所占比重一般不超过50%。考核各部分的比重由老师结合课程内容给定：平时成绩：10 %，实验成绩20%，期末考试： 70 %五、选用教材及必读参考书（注明作者、出版社、出版时间及版次）