数字信号处理课程的发展历程及展望课件

1、 数字信号处理起源于十八世纪的数学，随着信息科学和计算技术的迅速发展，数字信号处理的理论与应用得到迅速发展，形成一门极其重要的学科。当今数字信号处理的理论和方法已得到长足的发展，成为数字化时代的重要支撑，其在各个科学和技术领域中的应用具有悠久的历史，已经渗透到我们生活和工作的各个方面。历史沿革第1页/共26页 信号处理在生物医学工程、地震学、声纳、雷达、通信、控制等领域都日益显示其重要作用。例如在医学信号或地震信号分析中，我们需要提取某些重要的特征参数，在雷达和通信信号处理中，我们希望剔除信号中的噪声或干扰。 历史沿革第2页/共26页 20世纪80年代中后期，我国开设数字信号处理课程的高校不断

2、增加，一些重点大学为某些专业本科生开设此课，课程教学内容主要以原理阐述与算法推导为主。国内出版的教材也相应增加。西安交通大学，邹理和数字信号处理,1985北京交通大学，吴湘淇数字信号处理技术及应用,1986北京理工大学，王世一数字信号处理,1987 历史沿革第3页/共26页 20世纪90年代初期，开设本科生数字信号处理课程的高校数量大增，已成为许多高校本科生的必修课，大量面向本科教学的数字信号处理教材问世。西电丁玉美编著的数字信号处理,1994清华大学程佩清编著的数字信号处理教程,1994北交大吴湘淇编著的信号、系统和信号处理,1996 课程内容中增加了利用Fortran、C等高级语言进行算法

3、仿真与实现等内容。历史沿革第4页/共26页 从20世纪90年代末以来，数字信号处理课程几乎在国内所有大学的电气信息类等学科专业的本科生和研究生中开设，且是本科生的必修课和研究生的学位课。面向本科教学的数字信号处理教材大幅增加。吴镇杨编著的数字信号处理(十五规划)，高等教育出版社，2003陈后金编著的数字信号处理(十五规划)，高等教育出版社，2004 增加了近代信号处理的理论和方法，并将Matlab与数字信号处理有机结合，作为信号处理的仿真分析手段，从而将理论分析与计算机仿真融为一体。 历史沿革第5页/共26页 某些院校虽然没有单独开设数字信号处理课程，但在信号与系统课程中增加离散傅里叶变换DF

4、T，快速傅里叶变换FFT，IIR数字滤波器设计，FIR数字滤波器设计等内容。相应的教材也相继出版，如清华大学郑君里教授编著的信号与系统(第2版)（上下册），高等教育出版社，2000。东南大学管致中教授编著的信号与系统(第4版)（上下册），高等教育出版社，2004。历史沿革第6页/共26页 在DSP实验平台建设方面，90年代后期，美国德州仪器公司先后与我国100多所高校联合建立DSP系统实验室，用于本科生和研究生的DSP实践教学。 近年来，由于各级电气信息类实验教学示范中心建设的推动，大批高校纷纷扩建DSP实验室，为本科生开设DSP方面软件分析与硬件实现实验。目前DSP技术已成为学生就业和开展科

5、研工作的基本技能。 历史沿革第7页/共26页 掌握数字信号处理的基本理论 时域与变换域分析理论，抽样定理，谱估计理论 掌握数字信号处理的基本方法 数字化分析方法，滤波器设计方法，快速算法 掌握数字信号处理的基本技术 DSP软件仿真分析技术，DSP系统开发应用技术 提高应用DSP理论和技术解决问题的实践能力 学科领域应用，工程实际应用，综合交叉应用学习目标第8页/共26页课程体系第9页/共26页 信号处理课群主要包含“信号与系统、数字信号处理、DSP技术及应用、信号分析与处理实验、 DSP系统课程设计”等相关课程。 数字信号处理课程体系经历了不断丰富发展的过程，并日臻完善。课程体系主要由信号分析

6、与处理，以及离散系统设计构成。通过对近年来我国数字信号处理教材的分析，可将该课程教学内容归结为经典内容和近代内容。课程体系第10页/共26页经典内容：课程体系第11页/共26页 在介绍数字信号处理的理论和方法的基础上，进行MATLAB仿真实验，再进行基于DSP系统的开发应用实验。部分院校开设了DSP技术课程，侧重介绍DSP系统的内部结构和指令系统等。 目前，信号处理课群体系正逐步成熟，并得到国内高校的认可，其体现了理论与实践的有机结合，体现了原理、方法和技术的有机结合。课程体系第12页/共26页课程体系第13页/共26页1. 连续时间信号(周期为T0)2. 连续时间非周期信号3. 离散非周期信

7、号4. 离散周期信号(周期为N)四种信号的频谱从信号表示的角度引入Fourier变换（数学概念），其性质揭示了信号时域与频域之间的内在联系（物理概念）。第14页/共26页抽样定理如何引入与论证？ 什么是信号抽样? 为什么进行抽样? 抽样定理的理论推导 抽样定理内容及其应用体现信号的时域与频域之间的对应关系，从信号频域分析应用的角度展开第15页/共26页若连续信号x(t)与离散序列xk 时域关系为其中： T 为抽样间隔，wsam=2p /T为抽样角频率则两者在频域存在以下关系 抽样定理的内涵核心：信号时域的离散化导致其频域的周期化第16页/共26页带限信号抽样定理的描述对于带限信号x(t) ，信

8、号时域抽样定理可描述为fsam= 2fm 为最小抽样频率，称为Nyquist Rate.若抽样间隔T满足下列约束条件，则可由抽样序列表示原连续信号。fsam 2fm （或sam 2 m） fm为信号最高频率第17页/共26页如何看待DFT的作用?信号的Fourier变换从理论上解决了如何从时域映射到频域。而DFT解决了利用数字化方法实现信号的频谱分析！第18页/共26页DFT分析信号频谱的基本思想 利用信号Fourier变换具有的信号时域与频域之间的内在关系，建立信号的DFT与四种信号频谱之间的关系。时域的离散化时域的周期化频域周期化频域离散化时域抽样定理频域抽样定理时域抽样定理和频域抽样定理

9、为DFT奠定了理论基础如何看待DFT的作用?第19页/共26页如何学习FFT算法? 介绍FFT算法的重要作用 介绍FFT算法的基本思想DFT解决了利用数字化方法实现 信号的频谱分析。但DFT计算效率极其低， 无法满足实时性的要求。FFT解决了DFT计算的有效性， 为DFT的实际应用铺平了道路。第20页/共26页 FFT算法的基本思想1. 将长序列DFT分解为短序列的DFT在由短序列的DFT表示长序列的DFT过程中, 利用旋转因子 的周期性、对称性、可约性。如何学习FFT算法?第21页/共26页基2时间抽取FFT算法的基本关系基3时间抽取FFT算法的基本关系基4时间抽取FFT算法的基本关系利用F

10、FT算法的思想，从具体到一般，为学习其他快速算法如何学习FFT算法?第22页/共26页如何学习数字滤波器的设计？ 利用系统的频域分析和系统函数的基本理论，根据IIR和FIR数字滤波器的特性和系统函数的特点，介绍IIR和FIR数字滤波器设计的基本方法，以及它们的适用范围。基于模拟滤波器设计IIR数字滤波器（BW，CB，C型AF的引入）基于线性相位约束条件设计FIR数字滤波器（窗口法和优化设计方法）第23页/共26页IIR数字滤波器设计的基本方法Wp,Wswp,wsH(s)H(z)频率变换设计模拟滤波器脉冲响应不变法双线性变换法wp,wsH(s)频率变换设计原型低通滤波器复频率变换BW，CB，C三个低通模板如何学习数字滤波器的设计？第