数字信号处理

Digital Signal Processing

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

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。