《生物医学信号处理》课程教学大纲

《生物医学信号处理》教学大纲课程英文名BiomedicalSignalProcessing课程代码03M0199学分3总学时48理论学时32实验/实践学时16课程类别专业课课程性质必修先修课程C语言程序设计高等数学信号处理原理适用专业生物医学工程开课学院信息工程学院一、课程地位与课程目标（一）课程地位生物医学信号处理是生物医学工程专业的一门专业基础课。课程旨在让学生掌握数字滤波器的设计原理和实现方法，进而掌握生物医学信号处理的基本原理、算法和设计应用技术，了解如何应用数字频谱分析、最优滤波器等技术解决生物医学领域中的具体问题，培养学生对获取的各种原始生物医学信息如何进行有效的信号加工处理的技能。（二）课程目标课程目标毕业要求目标分类1.离散时间系统的实现及相关运算，线性时不变系统的分析。毕业要求1毕业要求2理解分析2.FIR滤波器和IIR滤波器的一般设计方法。线性预测与最优滤波器设计，自适应滤波器设计毕业要求3毕业要求4毕业要求5分析应用3.功率谱估计的经典方法及现代方法毕业要求4毕业要求5分析应用二、课程目标达成的途径与方法课程目标教学环节对应内容课程目标1讲授第1、2、3、4章及作业实验一前言离散时间系统实现及相关运算LTI系统频率分析离散时间系统的实现课程目标2讲授第5、6、7章及作业实验二、实验三、实验四FIR滤波器设计IIR滤波器设计线性预测与最优线性滤波器课程目标3讲授第8章内容及作业实验五功率谱估计三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求2毕业要求3毕业要求4毕业要求5课程目标1HH课程目标2HHH课程目标3HH四、课程主要内容与基本要求1、离散时间系统的实现及相关运算，线性时不变系统的分析教学内容：离散时间信号的相关运算，LTI系统的频域分析，离散时间系统的实现。教学要求：理解生物电现象及其产生机制，掌握生物医学信号的测量与分析；掌握差分方程描述的离散时间系统；掌握离散时间信号的自相关和互相关运算，掌握自相关和互相关序列的性质，输入-输出相关序列；掌握线性时不变系统的频域特性；LTI系统输出的相关函数和频谱；掌握作为频率选择滤波器的线性时不变系统：数字谐振器，槽口滤波器，梳状滤波器，全通滤波器；理解离散时间系统的实现结构，掌握FIR系统的格形结构。2、数字滤波器的一般设计方法教学内容：无限冲激响应数字滤波器、有限冲激响应数字滤波器的设计方法。教学要求：掌握无限冲激响应数字滤波器设计的双线性变换法、脉冲响应不变法。掌握有限冲激响应数字滤波器设计的窗函数法，理解其改进的设计算法。3、线性预测和最优线性滤波器教学内容：随机信号、相关函数和功率谱，平稳随机过程的修正表示，线性预测，维纳滤波器教学要求：掌握随机过程过程的特性，理解均值遍历过程和相关遍历过程，掌握随机过程的功率谱密度计算；掌握平稳随机过程的修正表示；理解前向和后向线性预测；理解正规方程的求解算法Levinson-Durbin算法；掌握维纳滤波技术，理解非因果的维纳滤波器问题，掌握因果维纳滤波器的设计方法，主要是有限脉冲响应法、预白化方法。4、功率谱估计教学内容：数字信号的功率谱估计方法、随机信号的参数建模法。教学要求：掌握基于有限长信号观察的功率谱估计方法；掌握非参数化方法的功率谱估计；掌握功率谱估计的参数化方法。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第1章离散时间信号与系统2系统，课后阅读，讨论课程目标1第2章LTI系统的频域分析6第2章课后作业，实验一课程目标2第3章数字滤波器设计16第3章课后作业，实验二、实验三课程目标3课程目标4第4章线性预测和最优线性滤波器14第4章课后作业，实验四课程目标4课程目标5第5章功率谱估计10第5章课后作业，实验五课程目标4课程目标5六、实践环节及基本要求序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验性质实验类别1基于零、极点的滤波器设计2设计一个可抑制工频干扰的滤波器完成实验内容，分析实验结果验证必做2FIR滤波器设计4基于窗函数的FIR滤波器设计完成实验内容，分析实验结果验证必做3IIR滤波器设计4分别运用冲激响应不变法和双线性变换法设计IIR滤波器完成实验内容，分析实验结果验证必做4维纳滤波器设计4设计一个可抑制白噪声的维纳滤波器完成实验内容，分析实验结果综合必做5功率谱估计2运用周期图法计算给定医学信号的功率谱密度完成实验内容，分析实验结果验证选做七、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核含到课率、课堂讨论发言、平时作业等实验完成情况、到课率以及平时作业的评价状况30%期末考核闭卷参考答案70%考核类别考试成绩登记方式百分制八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：《数字信号处理—原理、算法与应用》JohnG.Proakis,DimitrisG.Manolakis著，方艳梅，刘永清等译，电子工业出版社，2016年8月第1版。（二）主要参考书：1、《生物医学信号处理》，刘海龙编著，化学工业出版社，1990年2、《生物医学信号处理》，杨福生、高上凯，高等教育出版社，1989年3、《生物医学随机信号处理》，沈凤麟、陈和晏