《数字信号处理及应用》教学大纲

《数字信号处理及应用》课程教学大纲

课程编码：AL042280

课程性质：任意选修课程

适用专业：自动化

学时学分：32学时2学分

所需先修课：高等数学、线性代数、复变函数与积分变换

一、课程说明

1.课程简介

数字信号处理及应用是自动化专业的一门专业选修课，本课程的主要学习时

域离散信号与时域离散系统、系统的频率分析、离散傅里叶变换、时域离散系统

的网络结构、数字滤波器的设计。该课程的先修课是高等数学、线性代数、复变

函数与积分变换等，这些课程的学习，为本课程奠定数学基础。本课程开设目的

是为系统学习数字图像处理、工业软件基础等后续课程打下基础。

2.教学目标要求

通过本课程的学习，使学生掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本

方法，对数字信号处理技术有一个较全面、系统的了解。

通过本课程的学习，使得学生养成善于理论联系实际的习惯，将所学到专业

理论知识应用于实践当中，提高学生在实际工作中分析问题和解决问题的能力。

通过本课程的学习，为学生更进一步学习后续专业课程打下必要的基础，并

为学生参加工作后在创业实践中的可持续发展提供必要的知识储备。

通过本课程的学习，发展学生的智力，培养分析与解决问题的能力；培养良

好的非智力素质；培养科学的世界观和方法论；培养创新思维意识和技术创新能

力。

3.教学重点难点

教学重点：线性时不变离散时间系统的基础知识、数学模型（差分方程）及

其求解，Z变换，离散博立叶变换（DFT）理论及应用，快速傅立叶变换（FFT）,

无限长单位脉冲响应（IIR）数字滤波器设计，有限长单位脉冲响应（FIR）数字滤

波器设计等内容。

教学难点：IIR数字滤波器和FIR滤波器的基本理论和设计方法

4.学时分配表

次序教学内容理论课学时实验课学时

1

数数

第一部分时域离散信号与时域离散系统4

第二部分时域离散信号和系统的频域分析42

第三部分离散傅里叶变换4

第四部分时域离散系统的网络结构4

第五部分无限脉冲响应数字滤波器的设计62

第六部分有限脉冲响应数字滤波器的设计6

小计284

总计32

5.主要教法、学法

教学环节主要包括：课堂讲授、实验、作业、自学指南、考试。

课堂讲授：采用多媒体教学与传统教学相结合的教学方法。理论与实践（实

验）紧密结合，充分利用实验设施，提供宽松的实验环境。

实验教学：针对课堂重点讲授内容精心设计上机实验，首先使学生通过解决

一些较为简单的问题，牢固掌握本课程的基本理论。在此基础上，通过综合实验

提高学生设计问题、分析问题及解决问题的能力。

作业：各章课后均由若干个习题，要求学生按时完成，并交教师批改。教师

对学生作业中出现的普遍问题及时给予辅导、解答。并进一步督促学生利用课余

时间提高自学能力。

6.考核方式及标准

考试：闭卷考试，考核教学大纲规定的应知应会部分内容，总评成绩二平时

作业及考勤（10加+实验成绩Q0%）+卷面成绩（80%）。

二、各部分教学纲要

第一部分时域离散信号与时域离散系统（4学时）

教学目标

使学生掌握离散信号与系统的基本概念和分析方法、离散信号频域分析的基

本概念及连续信号抽样中的理想模型及频谱变化规律。

本部分重点

线性移不变系统的概念；常系数线性差分方程的求解；连续信号的抽样。

本部分难点

模拟信号到离散信号的频谱变化；抽样定理。

教学内容

时域离散信号，时域离散系统，时域离散系统的输入输出描述法，模拟信号

数字处理方法。

2

第二部分时域离散信号和系统的频域分析（4学时）

教学目标

了解时域离散信号的傅里叶变换的定义和性质，掌握z变换、z反变换方法,

常用Z变换和Z变换的性质。熟练掌握离散系统函数及频率响应。

本部分重点

Z变换；Z反变换；Z变换的性质和定理；离散系统函数及频率响应。

本部分重点

Z反变换系统的极零分析

教学内容

时域离散信号的傅里叶变换的定义和性质，周期序列的离散傅里叶级数及傅

里叶变换表示式，序列的Z变换，利用Z变换分析信号和系统的频响特性。

第三部分离散傅里叶变换（4学时）

教学目的

熟练掌握数字谱分析基本方法---DFT及性质；掌握频域抽样定理，了解DFT

的应用。

本部分重点

DFT；DFT的性质；频率域抽样

本部分难点

DFT

教学内容

离散博里叶变换的定义及物理意义，离散傅里叶变换的基本性质，频率域采

样，DFT应用举例。

第四部分时域离散系统的网络结构（4学时）

教学目的

使学生掌握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。

本部分重点

IIR及FIR的基本结构

本部分难点

HR及FIR的基本结构

教学内容

用信号流图表示网络结构，I1R系统基本网络结构，F1R系统基本网络结构,

线性相位结构，频率采样结构。

第五部分无限脉冲响应数字滤波器的设计（6学时）

教学目的

3

使学生理解HR的含义，掌握IIR的设计方法。熟练掌握应用冲激响应不变法

和双线性变换法设计数字低通滤波器。

本部分重点

冲激不变法，双线性变换法

本部分难点

IIR数字滤波器的设计方法

教学内容

数字滤波器的基本概念，模拟滤波器的设计，用脉冲响应不变法设计HR数

字低通滤波器，用双线性变换法设计HR数字低通滤波器，数字高通、带通和带

阻滤波器的设计。

第六部分有限脉冲响应数字滤波器的设计（6学时）

教学目的

使学生掌握线性相位FIR滤波器的特点，熟练掌握窗函数法。

本部分重点

窗函数设计法

本部分难点

FIR的设计方法

教学内容

线性相位FIR数字滤波器的条件和特点，利用窗函数法设计FIR滤波器，IIR

和FIR数字滤波器的比较。

三、教材及教学资源

使用教材：

高西全.数字信号处理（第3版）.西安:西安电子科技大学出版社,2008.

参考书目：

[1]郑君里.信号与系统（第3版）.北京:高等教育出版社,2011.