山大数字信号处理教学大纲

1、数字信号处理教学大纲课程名称：数字信号处理 课程类别：专业基础课 适用专业：电子信息工程、通信信息工程专业 授课学时：72 学 分：3 一、课程简介 数字信号处理是用数字或符号的序列来表示信号，通过数字计算机去处理这些序列，提取其中的有用信息。例如，对信号的滤波，增强信号的有用分量，削弱无用分量；或是估计信号的某些特征参数等。总之，凡是用数字方式对信号进行滤波、变换、增强、压缩、估计和识别等都是数字信号处理的研究对象。 数字信号处理课程是电子信息工程、通信工程等学科专业本科生必选的技术基础课程。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

2、散傅立叶变换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。 数字信号处理是一门专业基础课，又是一门多领域交叉的学科。数字信号处理课程最早开设于 1986 年，一直是信息工程专业本科生必修的重要专业基础课。本课程开设之初，基本上只讨论算法的理论及其推导，受条件的限制，较少涉及实现方法，更谈不上相关的软硬件技术，尽管如此，我们的数字信号处理课程自开设以来，在理论和实验教学方面的教学改革探索从未间断。由于该课程的重要

3、地位，师资配备、教学条件的建设都得到了重点支持。经过多年的教学经历，该课程已形成一支年龄和知识结构合理、教学经验丰富、责任心强的教师队伍。教师队伍坚持跟踪国内外高校中数字信号处理系列课程的教学发展动态，不断进行教学内容、教学方法的改革。在课程组教师的共同努力下，本课程的教学资源丰富，教学质量优良。从汉语教学发展到双语教学，本教学团队密切结合国内外最新的科技进展。 教材是课程建设的重要工作，教学过程中曾经使用过课程教材有国外奥本海姆中译教材 ( 西电出版社 ) 、数字信号处理算法及实现 ( 清华大学出版社 ) 、数字信号处理 ( 山东大学出版社 ) 、数字信号处理（西安电子科技大学出版社出版）等

4、。近年来我院数字信号处理课程与时俱进，采用双语教学，使用的教材是：1.Vinay K. Ingle, John G. Proakis. Digital Signal Processing Using MATLAB ， 2003 。2.Sanjit K.Mitra. Digital Signal Processing: A Computer-Based Approach （ 3rd Edition ） , Publishing House of Electronics Industry, 2006 。采用中文教学教材：3.数字信号处理教程（第三版）清华大学出版社 2007 近年来，本课程的教学改

5、革不断深化，在教学理念上淡化理论教学与实践教学的界限，将理论教学与实践教学有机地结合起来。建立起了形式上理论教学与实践教学独立设课，各有侧重，内容上互相交叉和融合，分层次按需灵活设置的完整的理论和实践教学体系；大力推进教学内容的更新。在实践教学中，从最初不能开设实验课，逐步创造条件开设软件实验，到利用校企合作，建立高水平的教学实验室，形成了比较完整的、充分反映现代电子信息技术发展水平的实验平台。多年来，教研组教师始终注意把握信号处理及其相关学科的最新发展，教学体系和内容不断完善，日臻成熟，尤其是近年来逐步采用双语教学和多媒体辅助教学，使得本课程的教学内容始终密切结合国内外最新的科技进展，把科技

6、英语、MATLAB语言和数字信号处理相结合融合教学，把理论分析与计算机仿真实验相结合，已形成具有自身特色的教学体系，取得了良好的教学效果。二、课程基本目标和基本要求 本课程是在学生学完了信号与系统的课程后，进一步为学习专业知识打基础的课程。本课程将通过讲课、练习、实验使学生掌握数字信号处理的基本理论和方法。课程内容包括：离散时间信号与系统；z变换；离散傅立叶变换及其快速算法；数字滤波器设计；有限字长响应等。 1.绪论（讲课2学时）介绍数字信号处理的特点，与传统的模拟技术相比存在哪些特点。数字信号处理的应用领域，发展概况和发展趋势。 基本要求 理解数字信号处理在各领域的重要性； 了解数字信号处理

7、系统的基本组成、它的学科概貌、特点、应用以及发展方向； 2.离散时间信号与系统（讲课8学时）复习信号与系统的知识，并通过习题训练加强离散信号与系统的基本概念。 基本要求 掌握离散信号与系统的基本概念和分析方法； 掌握离散信号频域分析的基本概念； 掌握连续信号抽样中的理想模型及频谱变化规律 3. Z变换（讲课6学时） 基本要求 了解z变换及其性质； 掌握系统函数的求解； 将离散信号的傅氏变换及Z变换能有机地联系起 4.离散傅立叶变换（讲课12学时，实验2学时）离散傅里叶变换物理意义及特性。 基本要求 掌握DFT的基本性质； 掌握利用循环卷积计算线性卷积的方法； 掌握用DFT分析确定信号频谱的方法

8、； 理解DFT应用中出现的一些问题原因及解决问题的方法。 5.快速傅立叶变换（讲课6学时，实验2学时） 基本要求 掌握基2 FFT算法的基本思想和算法推导； 了解其它基的FFT算法； 掌握FFT在分段卷积的应用。 6. 数字滤波器的基本结构（讲课4学时） 基本要求 掌握IIR 及FIR数字滤波器的基本结构； 了解同一传递函数可用不同的运算结构实现，以及这些结构在性能上的特点。 7.IIR数字滤波器的设计方法（讲课10学时，实验4学时） 基本要求 掌握利用模拟低通滤波器设计数字滤波器的基本原理； 掌握频率变换法设计高通、带通、带阻滤波器的方法； 理解冲激响应不变法和双线性变换法的基本原理； 掌握

9、IIR 数字滤波器的设计基本方法。 8.FIR数字滤波器的设计方法（讲课10学时，实验4学时） 基本要求 掌握线性相位FIR系统的时域及频域特性； 掌握FIR 数字滤波器设计的窗口法和频率取样法； 了解FIR 数字滤波器优化设计的基本概念。 数字信号处理中的有限字长效应（讲课4学时） 三、理论课和理论（含实践）课教学内容 （一）课堂教学 共 48 学时 1. 数字信号处理系统的一般概念 2 学时1 ）定义连续信号、模拟信号、离散信号与数字信号。 2 ）了解什么是数字信号处理以及其优缺点。 3 ）了解数字信号处理的发展过程。 （可选内容） 4 ）典型的数字信号处理系统介绍。 5) 简要介绍数字信

10、号处理器的发展与应用。 6) 现代数字信号处理及其它相关课程。2. 离散信号与系统 12 学时 1) 采样及离散信号的产生。 2) 采样定理，离散信号的频谱与连续信号的频谱的异同。 3 ）典型离散时间信号的定义和分类。 4 ）离散时间信号的基本运算。 5 ）离散时间信号的傅氏变换（ DTFT ）与 z 变换。 6 ）线性时不变系统的差分方程描述、差分方程运算与线性卷积。 7 ）离散系统函数与系统的因果性和稳定性。 8 ）离散系统频率特性。 9 ）系统的零极点分析。 （可选内容） 10 ）抗混叠滤波器的作用及其指标分配。 3. 离散傅里叶变换及其快速算法 12 学时 1) 离散傅里叶级数 (DF

11、S) 与离散傅里叶变换 (DFT) 。 2) 离散傅里叶变换 (DFT) 及其性质。 3 ） DFT 、 DTFT 以及 Z 变换间的关系。 4 ）按时间抽取基二 FFT ，按频率抽取基二 FFT 。 5 ）利用 DFT 计算连续信号的频谱，混叠、泄漏以及栅栏效应的产生机理与解决方法。 6 ）分段卷积，重叠相加法与重叠保留法。 （可选内容） 7 ） N 为组合数的 FFT 8) Chirp-z 变换 9 ）利用 FFT 计算相关函数。 10) 二维 DFT 的计算。 4. IIR 滤波器设计 8 学时1) 滤波器的特性参数。 2) 脉冲响应不变法。 3 ）双线性变换法，畸变与预畸变。 4 ）常

12、用模拟低通滤波器特性。 5 ）从模拟滤波器低通原型到各种数字滤波器的频率变换。 6 ）从低通数字滤波器到各种数字滤波器的频率变换。 （可选内容） 7 ） IIR 滤波器的优化设计。5. FIR 滤波器设计 8 学时 1) 相位响应及线性相位的重要意义。 2 ）线性相位 FIR 滤波器的特点，线性相位的条件，线性相位 FIR 滤波器的幅度特性。 3) 窗口设计法，窗口效应，各种典型窗口的特性及其参数。 4 ）频率采样设计法。 5 ） IIR 与 FIR 数字滤波器的比较 （可选内容） 6 ） FIR 滤波器的优化设计，最优化设计的准则，雷米兹 (Remez) 交替算法。 6. 数字信号处理系统的

13、实现 3 学时 1) 数字网络的信号流图表示。 2) IIR 滤波器的结构。 3) FIR 滤波器结构。 （可选内容） 4 ）定点制的量化误差。 5 ） A/D 变换的量化效应。 6 ）量化噪声通过线性系统。 7 ）数字滤波器的有限字长效应。 8 ）系数量化对数字滤波器的影响。 9 ）零输入极限环振荡和大信号极限环振荡。 10 ）数字滤波器的格形结构。 11) FFT 的有限字长效应。 11 ） DSP 的特点， DSP 的结构原理， DSP 的软件开发。7. 多采样率信号处理 3 学时 1) 采样率降低整数 M 倍抽取。 2) 采样率提高整数 L 倍内插。 （可选内容） 4 ）抽取器与内插器 FIR 的结构以及多相滤波器。 5 ）数字滤波器组的一般概念和定义，正交镜像滤波器组 (QMF) ， 树状结构滤波器组。 6) 离散小波变换 . 7 ）过采样技术在 A/D 与 D/