数字信号处理
Digital Signal Processing
课程编号: | 109013 | 学 分: | 3 |
开课单位: | 电子信息工程学院 | 总学时: | 48 |
课程类别: | 专业核心课 | 课程性质: | 必修 |
注:课程类别是指通识类平台课/学科平台课/专业核心课/专业课/;课程性质是指必修/限选/任选
一、课程的性质和目的
课程性质:本课程是我校电子信息工程及通信工程专业的专业课。
目的: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。
通过本课程的学习,旨在使学生掌握数字信号处理的基本概念和基本理论,理解并掌握数字信号在时域及频域的概念及各种变换,深入理解离散傅立叶变换的基本原理,学会应用快速傅立叶变换进行信号处理;掌握滤波器的设计方法。
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。
二、课程教学内容及基本要求
本课程系统地讲授数字信号处理的基本理论、基本分析方法、基本算法和基本实践方法。要求学生掌握离散时间信号与系统的基本理论,即离散时间信号与系统、Z变换及离散傅立叶变换;掌握各种快速傅立叶变换算法;掌握数字滤波器的结构、理论,掌握IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的理论和设计方法。
(一)课程教学内容及知识模块顺序
1.知识单元一:离散时间信号与系统(4学时)
(1)知识点一:离散时间信号
(2)知识点二:离散时间系统
(3)知识点三:线性时不变系统的差分方程描述
教学基本要求:
重点掌握时域离散信号的分析方法,掌握时域离散系统的特性;了解时域离散系统的输入输出描述,并且可以利用常系数差分方程进行求解;重点掌握时域采样定理,了解数字信号转换为模拟信号的过程,为数字信号处理的学习打下基础。
2.知识单元二:离散时间信号与系统的变换域分析(8学时)
(1)知识点一:序列的Z变换及Z反变换
(2)知识点二:序列的傅立叶变换
(3)知识点三:离散时间系统变换域分析
教学基本要求:
重点掌握序列傅里叶变换的定义和性质;了解周期序列的离散傅里叶级数与傅里叶变换的关系;了解时域离散信号的傅里叶变换和模拟信号傅里叶变换之间的关系;重点掌握序列Z变换的定义和性质,能够利用Z变换对信号与系统的频域特性进行分析。
3.知识单元三:离散傅立叶变换及其快速算法(16学时)
(1)知识点一:周期序列的离散傅立叶级数
(2)知识点二:离散傅立叶变换
(3)知识点三:频域采样定理
(4)知识点四:DFT的快速算法-FFT
基本要求:
重点掌握离散傅里叶变换的定义和性质;了解离散傅里叶变换与周期序列的离散傅里叶级数之间的关系;重点掌握频率域采样定理;了解离散傅里叶变换的各类应用。
4.知识单元四:数字滤波器的网络结构(4课时)
(1)知识点一:数字网络的信号流图表示
(2)知识点二:IIR数字滤波器的结构
(3)知识点三:FIR 数字滤波器的结构
基本要求:
重点掌握利用信号流图表示网络结构;重点掌握无限长脉冲响应基本网络结构;重点掌握有限长脉冲响应基本网络结构;了解状态变量分析法。
5.知识单元五:IIR数字滤波器设计(8课时)
(1)知识点一:数字滤波类型与指标
(2)知识点二:模拟滤波器设计
(3)知识点三:设计IIR滤波器的脉冲响应不变法
(4)知识点四:设计IIR滤波器的双线性变换法
基本要求:
重点掌握数字滤波器的基本概念;了解模拟滤波器的设计;重点掌握用脉冲响应不变法设计IIR数字低通滤波器;重点掌握用双线性变换法设计IIR数字低通滤波器;一般了解数字高通、带通和带阻滤波器的设计。
6.知识单元六:FIR数字滤波器的设计(8课时)
(1)知识点一:FIR数字滤波器的性质
(2)知识点二:FIR滤波器的窗函数设计方法
(3)知识点四:FIR滤波器的频率采样设计方法
基本要求:
重点掌握线性相位FIR数字滤波器的条件和特点;重点掌握用窗函数法设计FIR滤波器;一般了解IIR和FIR数字滤波器的性能差异。
(二)课程的重点、难点及解决办法
重点:时域离散信号和时域离散系统性质和特点;时域离散信号和时域离散系统时域分析方法时域离散信号(序列)的傅立叶变换,时域离散信号Z变换;离散傅立叶变换定义和性质,离散傅立叶变换应用——快速卷积;基2 FFT算法——时域抽取法﹑频域抽取法;网络结构的表示方法——信号流图,无限脉冲响应基本网络结构,有限脉冲响应基本网络结构;数字滤波器的基本概念,模拟滤波器的设计,巴特沃斯滤波器的设计,脉冲响应不变法设计无限脉冲响应字数字滤波器,双线性变换法设计无限脉冲响应数字滤波器;线性相位有限脉冲响应(FIR)数字滤波器,窗函数法设计有限脉冲响应(FIR)数字滤波器,频率采样法设计有限脉冲响应(FIR)数字滤波器。
难点:傅里叶变换的性质;离散傅立叶变换意义及应用;频域采样定理及应用。
解决办法:重点和难点在讲解时板书和课件配合进行,利用课件演示Matlab软件进行信号处理的过程及结果。课堂上多讲解相关例题,课后留相关的作业。
三、实验实践环节及基本要求
1.实验实践教学环节在本课程中的作用及要求
数字信号处理实验是学习数字信号处理的一个重要环节,能巩固和加深课堂教学内容,提高学生实际工作能力,培养科学作风,为学习后续课程和从事实践技术工作奠定基础。通过该实验课的基本训练,使学生初步具备信号处理基本知识,了解数字信号处理技术,提高学生分析问题和解决问题的能力,并通过实验培养学生的创新意识。
2.实验项目
实验在后续《信号处理实验》课程中完成,实验项目见《信号处理实验》课程大纲。
四、本课程与其它课程的联系与分工
本课程是数字信号处理的入门理论课程,主要介绍信号处理的基础理论和基本算法,对相应的数学基础要求比较高,如级数、傅里叶变换、拉普拉斯变换,本课程的先修课程:高等数学、复变函数与积分变换、信号与系统、MATLAB程序设计。
五、对学生能力培养的要求
通过数字信号处理课程的学习,要求学生了解数字信号时域到频域各种变换方法,各种变换的性质、意义及应用,了解模拟及数字滤波器设计的理论知识,并且能够利用Matlab软件进行具体滤波器的设计。
六、课程学时分配
总学时48,其中讲课44学时,习题4学时。课程主要内容和学时分配见课程学时分配表。
课程学时分配表
教学环节 时数 课程内容 | 讲课 | 上机 | 实验 | 习题及讨论 | 小计 |
离散时间信号与系统 | 4 |
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| 4 |
离散时间信号与系统的变换域分析 | 8 |
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| 8 |
离散傅立叶变换及其快速算法 | 14 |
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| 2 | 16 |
数字滤波器的结构 | 4 |
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| 4 |
IIR数字滤波器设计 | 8 |
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| 8 |
FIR数字滤波器的设计 | 6 |
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| 2 | 8 |
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总 计 | 44 |
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| 4 | 48 |
七、主要教学方法
1、每节课应有重点,围绕中心,触类旁通。关键是备好课。
2、板书与多媒体的有机结合,取长补短。多媒体课件适合说明性的、图示的、演示的内容,并根据不同的教学内容制作了不同类型的课件。
3、每节课需要留下课外作业。
八、建议教材和主要教学参考书目
1.教材
[1]《数字信号处理》(第三版),高西全,丁玉美,西安电子科技大学出版社,2010.8
2.主要参考书
[1]《数字信号处理》(第四版),程佩清,清华大学出版社,2013.2
[2]《数字信号处理》(MATLAB版)(第三版),维纳.K.英格尔(作者),刘树棠(译者),西安电子科技大学出版社,2013.7
九 、课程考核
本课程采用闭卷考试方式,总评成绩由平时成绩和期末成绩组成,无期中考试,总评成绩的组成:
考勤与平时检查(40%)+考试成绩(60%)。
十、说明
无说明。
执笔人: 康广荃 审核人:赵航 教学院长(主任): 王芳
注:审核人一般为本专业负责人。
编写完成时间指定稿后交付的时间。