数字信号处理 教学大纲

1、数字信号处理教学大纲Digital Signal Processing课程编码：12A07090 学分：3.5 课程类别：专业任选课计划学时：64 其中讲课：52 实验或实践：12 上机：0适用专业：电子信息科学与技术、通信工程、集成电路设计与集成系统推荐教材：姚天任，江太辉著，数字信号处理（第3版），华中科技大学出版社，2007年参考书目：1. 程佩青著，数字信号处理教程（第4版），清华大学出版社，2013年2. John G. Proakis等著，方艳梅等译数字信号处理（第4版），电子工业出版社，2007年课程的教学目的与任务本课程的教学目的是通过本课程的学习，使学生牢固掌握离散时间信号和

2、系统分析的基本原理和基本分析方法，掌握z变换和离散傅里叶变换的基本原理和方法；掌握数字滤波器的基本理论和设计原理以及实现方法。提高分析问题、解决问题的能力，并具备初步的系统分析和设计能力。课程的主要任务是使学生能够描述序列的定义和典型序列的特点、能够描述时域离散系统的概念，并会判断时域离散系统的性质、能够熟练进行时域离散信号的z变换和离散傅里叶变换，会应用z变换和离散傅里叶变换快速算法解决信号分析问题、能够完成简单的IIR和FIR数字低通滤波器的设计。课程的基本要求1、通过课堂讲解使学生掌握离散时间信号和离散时间系统的基本理论和基本分析方法、离散傅里叶变换的快速算法、数字滤波器的设计原理。要求

3、了解数字信号处理的基本概念、基本分析方法和处理技术，掌握离散时间信号和系统的基础理论。要求熟练掌握离散傅里叶变换（DFT）的理论及其快速算法FFT、IIR和FIR数字滤波器的设计以及有限字长效应。 2、通过上机实验，帮助学生熟悉加深对基本理论的理解，搭建抽象理论知识与工程实践相结合的桥梁，提高实际动手能力。3、要求学生在学完本课程后，对于信号与系统和数字信号处理这两门课程涉及的连续时间信号、连续时间系统及其频率响应、离散时间信号、离散时间系统及其频率响应、Z变换、拉普拉斯变换、傅里叶变换及各种变换关系，以及数字滤波器结构及理论有充分的理解，并且能够利用理论知识解决问题。各章节授课内容、教学方法

4、及学时分配建议（含课内实验）第一章 绪论 建议学时：2教学目的与要求 掌握数字信号处理这一学科的基本情况，了解学科范围、发展历史和现状、实现方法和应用领域。教学重点与难点 数字信号处理的应用领域和数字信号处理的基本运算。授 课 方 法 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容第一节 绪论第二节 数字信号处理学科内容数字信号处理学科内容和理论基础第三节 数字信号处理的应用领域 数字信号处理在语音处理、图像处理、通信、电视、雷达、地球物理学及生物医学信号处理等领域的应用。第四节 数字信号处理学科的发展历史第五节 数字信号处理的基本运算一、 差分方程的计算二、 离散傅里叶变换的计算三、

5、 相关运算四、 矩阵运算和矩阵变换五、 振幅平方运算六、 对数运算和指数运算七、 调制运算第二章 离散时间信号和离散时间系统 建议学时：18教学目的与要求 了解序列的表示方法和基本类型；掌握用卷积和分析线性非移变系统的方法；掌握离散时间系统的线性、非移变特性、因果性以及稳定性。学习如何用MATLAB产生一些常见的离散时间信号，并通过MATLAB中的绘图工具对产生的信号进行观察，加深对常用离散信号的理解。离散时间信号的傅里叶变换和系统的频率响应的概念。掌握离散时间信号的取样、抽取和内插等基本概念。掌握Z变换的定义和收敛域、逆Z变换，Z变换的定理和性质，Z变换和各种变换的关系。教学重点与难点 重点

6、是离散时间系统的线性、非移变特性、因果性以及稳定性的定义与判定；离散时间信号的傅里叶变换和系统的频率响应的概念。难点是信号的取样和重建、Z变换和各种变换的关系。授 课 方 法 以课堂讲授为主，上机实验、课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容第一节 概述第二节 离散时间信号数字序列一、离散时间信号的表示和基本形式二、序列的运算三、使用MATLAB产生离散时间信号及运算第三节 离散时间系统一、线性非移变系统二、系统的稳定性和因果性三、线性常系数差分方程第四节 离散时间信号和系统的频域描述一、离散时间信号的傅里叶变换（DTFT）二、离散时间信号的傅里叶变换的性质三、离散时间系统的频率响应第五节 信号

7、的取样一、连续时间信号的取样二、离散时间信号的取样三、离散时间信号的抽取和内插第六节 Z变换一、Z变换的定义二、几种序列的Z变换及其收敛域三、Z变换的逆变换四、Z变换的性质和定理五、Z变换与拉普拉斯变换的关系第七节 离散时间系统的系统函数实验1 ：离散时间信号实验2 ：离散时间系统的卷积分析和差分方程第三章 离散傅里叶变换及其快速算法 建议学时：22教学目的与要求 掌握周期序列的傅里叶级数及其性质。掌握离散傅里叶变换的基本性质和循环卷积的重要概念。掌握利用循环卷积计算线性卷积的条件，掌握频率抽样理论。掌握快速傅里叶变换的时间抽选算法。掌握快速傅里叶变换的频率抽选算法和N为合数的FFT算法。了解

8、快速傅里叶变换算法的应用。教学重点与难点 离散傅里叶变换的定义、快速傅里叶变换算法的原理及应用。授 课 方 法 以课堂讲授为主，上机实验、课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容第一节 离散傅里叶级数及其性质一、离散傅里叶级数（DFS）二、离散傅里叶级数的性质第二节 离散傅里叶变换及其性质一、 离散傅里叶变换（DFT）二、 离散傅里叶变换的性质第三节 利用循环卷积计算线性卷积利用循环卷积计算线性卷积的条件第四节 频率取样第五节 快速傅里叶变换一、 离散傅里叶变换的计算量二、 时间抽选基2FFT算法三、 蝶形、同址和变址计算四、 频率抽选基2FFT算法五、 IFFT的计算方法第六节 N为合数的FF

9、T算法第七节 利用FFT计算线性卷积利用FFT计算线性卷积的原理和步骤第八节 分段卷积一、 重叠相加法二、 重叠保留法第九节线性调制Z变换实验3： 离散傅里叶变换及其快速算法第四章 数字滤波器的原理和设计方法 建议学时：22教学目的与要求 了解数字滤波器的表述方法，研究无限冲激响应数字滤波器的基本网络结构。掌握有限冲激响应数字滤波器的基本网络结构。学习IIR数字滤波器的设计方法，掌握双线性变换法及冲激响应不变法设计IIR数字滤波器的具体设计方法及其原理。观察双线性变换及冲激响应不变法设计的滤波器的频域特性，了解双线性变换法及冲激响应不变法的特点。学习FIR数字滤波器的设计方法。掌握用窗函数法和

10、频率采样法设计FIR滤波器的基本原理及方法，熟悉相应的计算机编程。了解线性相位FIR滤波器的幅频特性和相频特性。了解IIR数字滤波器频率变换设计方法，掌握FIR数字滤波器的设计方法。对IIR和FIR数字滤波器进行比较。教学重点与难点 无限冲激响应数字滤波器和有限冲激响应数字滤波器的基本网络结构，以及两种数字滤波器的设计方法。授 课 方 法 以课堂讲授为主，上机实验、课堂讨论和课下自学为辅。授 课 内 容第一节概述第二节 无限冲激响应数字滤波器的基本网络结构一、 无限冲激响应数字滤波器的直接型、直接结构二、 级联型结构三、 并联型结构第三节有限冲激响应数字滤波器的基本网络结构一、有限冲激响应数字滤波器的直接型结构、级联型结构、并联型结构二、快速卷积型三、线性相位型结构四、频率取样型结构第四节IIR数字滤波器