2013年新版-数字信号处理教学大纲

附件2：中国海洋大学数字信号处理课程大纲（理论课程）DigitalSignalProcessing【开课单位】计算机系【课程模块】专业知识【课程编号】【课程类别】选修【学时数】64（理论32实践32）【学分数】3.5备注：课程模块为公共基础、通识教育、学科基础、专业知识或工作技能；课程类别为必修或选修。一、课程描述本课程大纲根据2011年本科人才培养方案进行修订或制定。（一）教学对象：本课程教学对象为计算机系本科三年级及四年级学生（二）教学目标及修读要求1、教学目标：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,离散傅里叶变换DFT理论及其快速算法FFT,IIR和FIR数字滤波器的设计以及有限字长效应.通过本课程的学习使学生掌握利用DFT理论进行信号谱分析,以及数字滤波器的设计原理和实现方法,为学生进一步学习有关信息,通信等方面的课程打下良好的理论基础2、修读要求：本课程为专业知识层面的选修课。要求学生具有掌握以下内容:1）了解数字信号处理系统的基本概念,典型组成与应用。了解时域离散信号和时域离散系统基本概念,基本运算以及基本性质。掌握时域离散信号,系统的频域分析工具-序列的傅里叶变换及其基本性质,Z变换定义,基本性质及及基本运算。2）掌握离散傅里叶变换(DFT)的形式,性质,频域抽样理论,基本应用及其基本的快速算法(DIT和DIF方式的基-2FFT算法)，熟悉掌握数字滤波器结构的表示法,IIR滤波器和FIR滤波器的基本结构。熟悉IIR数字滤波器的设计(冲激响应不变法,双线性变换法等)和FIR数字滤波器的设计(窗函数设计法,频率抽样设计法等)及两者的区别。（三）先修课程：《信号与系统》《电路分析》《概率论与数理统计》二、教学内容第一章离散时间信号与系统（2学时）【教学目标】了解离散时间信号——序列；理解线性移不变系统的概念；掌握常系数线性差分方程的解法。【重点难点】掌握常系数线性差分方程的解法【教学内容】第一节离散时间信号——序列第二节线性移不变系统第三节常系数线性差分方程第四节连续时间信号的抽样第二章Z变换与离散时间傅立叶变换（4学时）【教学目标】了解Z变换的定义与收敛域；掌握Z变换的基本性质和定理；掌握离散时间傅立叶变换；掌握系统的系统函数，系统的频率响应。【重点难点】掌握Z变换的基本性质和定理；掌握离散时间傅立叶变换；掌握离散系统的系统函数，系统的频率响应。【教学内容】第一节引言第二节Z变换的定义与收敛域第三节Z反变换第四节Z变换的基本性质和定理第五节序列的Z变换与连续信号的拉普拉斯变换，傅立叶变换的关系第六节离散时间傅立叶变换（序列的傅立叶变换）第七节序列傅立叶变换的主要性质第八节周期性序列的傅立叶变换第九节傅立叶变换的一些对称性质第十节离散系统的系统函数，系统的频率响应第三章离散傅立叶变换（4学时）【教学目标】了解傅立叶变换的几种可能形式；了解离散傅立叶级数的性质；掌握离散傅立叶变换——有限长序列的离散频域表示；掌握抽样Z变换——频域抽样理论。【重点难点】掌握离散傅立叶变换——有限长序列的离散频域表示；掌握抽样Z变换——频域抽样理论。【教学内容】第一节引言第二节傅立叶变换的几种可能形式第三节周期序列的离散傅立叶级数第四节离散傅立叶级数的性质第五节离散傅立叶变换——有限长序列的离散频域表示第六节离散傅立叶变换的性质第七节抽样Z变换——频域抽样理论第八节利用DFT计算模拟信号的傅立叶变换（级数）对第四章快速傅立叶变换（4学时）【教学目标】掌握按时间抽选（DIT）的基-2FFT算法；掌握按频率抽选（DIF）的基-2FFT算法；掌握线性调频Z变换算法；掌握线性卷积与线性相关的FFT算法。【重点难点】掌握按时间抽选（DIT）的基-2FFT算法；掌握按频率抽选（DIF）的基-2FFT算法；掌握线性调频Z变换算法；掌握线性卷积与线性相关的FFT算法。【教学内容】第一节引言第二节直接计算DFT的问题及改进的途径第三节按时间抽选（DIT）的基-2FFT算法（库利-图基算法）第四节按频率抽选（DIF）的基-2FFT算法（桑德-图基算法）第五节离散傅立叶反变换（IDFT）的快速计算方法第六节N为复合数的FFT算法——混合基算法第七节基-4FFT算法第八节分裂基FFT算法第九节线性调频Z变换算法第十节线性卷积与线性相关的FFT算法第十一节FFT的软件实现第五章数字滤波器的基本结构（4学时）【教学目标】了解数字滤波器结构的表示方法；掌握无限长单位冲击响应（IIR）滤波器的基本结构；掌握有限长单位冲击响应（FIR）滤波器的基本结构。【重点难点】掌握无限长单位冲击响应（IIR）滤波器的基本结构；掌握有限长单位冲击响应（FIR）滤波器的基本结构。【教学内容】第一节数字滤波器结构的表示方法第二节无限长单位冲击响应（IIR）滤波器的基本结构第三节有限长单位冲击响应（FIR）滤波器的基本结构第四节数字滤波器的格型结构第六章无限长单位冲击响应数字滤波器的设计方法（4学时）【教学目标】掌握数字基带传输系统的基本结构；掌握基带数字信号的基本概念及其频谱特性；掌握奈奎斯特第一准则及码间串扰的概念；掌握基带传输系统抗噪声性能的分析方法；了解频域均衡和时域均衡的概念。【重点难点】掌握数字基带传输系统的基本结构；掌握基带数字信号的基本概念及其频谱特性；掌握奈奎斯特第一准则及码间串扰的概念；掌握基带传输系统抗噪声性能的分析方法【教学内容】第一节引言第二节最小与最大相位延迟系统，最小与最大相位超前系统第三节全通系统第四节用模拟滤波器设计IIR数字滤波器第五节冲激响应不变法第六节阶跃响应不变法第七节双线性变换法第八节常用模拟低通滤波器特性第九节设计IIR滤波器的频率变换法第十节先利用模拟域频带变换法，再利用数字化法设计数字各型滤波器第十一节先将模拟归一化低通原型数字化为数字低通，再利用数字域频带变换法设计数字各型滤波器第十二节直接在数字域设计IIR数字滤波器第十三节设计IIR滤波器的最优化方法第七章有限长单位冲击响应数字滤波器的设计方法（4学时）【教学目标】了解线性相位FIR滤波器的特点；掌握窗函数设计法；掌握频率抽样设计法。了解IIR与FIR数字滤波器的区别。【重点难点】掌握窗函数设计法；掌握频率抽样设计法。【教学内容】第一节引言第二节线性相位FIR滤波器的特点第三节窗函数设计法第四节频率抽样设计法第五节设计FIR滤波器的最优化方法第五节IIR与FIR数字滤波器的比较第八章信号的抽取与插值---多抽样率数字信号处理基础（2学时）【教学目标】了解用整数D的抽取——降低抽样率和和整数I的插值——提高抽样率；掌握用有理数I/D做抽样率转换；了解抽样、插值以及两者结合的流图结构。【重点难点】掌握用有理数I/D做抽样率转换。【教学内容】第一节概述第二节用整数D的抽取——降低抽样率第三节用整数I的插值——提高抽样率第四节用有理数I/D做抽样率转换第五节抽样、插值以及两者结合的流图结构第六节变换抽样率的多级实现第九章数字信号处理中的有限字长效应（2学时）【教学目标】了解二进制数的表示及其对量化的影响；了解A/D变换的量化效应；了解数字滤波器的系数量化效应；掌握数字滤波器运算中的有限字长效应。【重点难点】掌握数字滤波器运算中的有限字长效应。【教学内容】第一节引言第二节二进制数的表示及其对量化的影响第三节A/D变换的量化效应第四节数字滤波器的系数量化效应第五节数字滤波器运算中的有限字长效应第六节防止溢出的幅度加权因子第七节IIR滤波器的定点运算中零输入的极限环振荡和溢出振荡第八节FIR算法的有限字长效应全程教学与回顾（2课时）【教学目标】对课程的全部内容进行总结回顾。【教学内容】引导学生回顾所学课程的全部内容，强调重点掌握的章节。三、教学环节及学时分配本课程总学时64学时（如有实践环节根据课程的实际情况填写，如实验、上机、案例讨论和角色扮演等），其学时分配见下表。XXXX课程教学学时分配表教学内容总学时课堂教学学时课外辅导/课外实践学时备注理论讲授实践环节第一章离散时间信号与系统422学时实验第二章Z变换与离散时间傅立叶变换44第三章离散傅立叶变换844学时实验第四章快速傅立叶变换844学时实验第五章数字滤波器的基本结构1046学时实验第六章无限长单位冲击响应数字滤波器的设计方法844学时实验第七章有限长单位冲击响应数字滤波器的设计方法844学时实验第八章信号的抽取与插值---多抽样率数字信号处理基础624学时实验第九章数字信号处理中的有限字长效应624学时实验全部教学内容总结与回顾22合计四、考核方式及评价体系（考核方式及成绩评价体系由老师根据课程自己设定）1、考核方式：（1）闭卷考试2、评价体系：课程考核成绩由平时成绩和期末考试成绩构成，平时成绩根据出勤、课堂讨论、课后作业、期中检查等评定，所占比重一般不超过50%。考核各部分的比重由老师结合课程内容给定：平时成绩：10%，实验成绩20%，期末考试：70%五、选用教材及必读参考书（注明作者、出版社、出版时间及版次）【使用教材】程佩青.《数字信号处理教程》.第三版.北京：清华大学出版社，2007【参考书目】1、姚天任，江太辉.《数字信号处理》.第二版.华中科技大学出版社，20002、吴镇扬.《数字信号处理》.第一版.北京：高等教育出版社，20043、丁玉美，高西全.《数字信号处理》.西安：电子科技大学出版社，2001六、撰写小组成员：丛艳平、殷波撰写时间：2012年4月20日七、审核人：八、院（系）学术委员会签章