数字信号处理教学大纲

1物理与信息工程系物理学专业（电子信息工程）《数字信号处理》课程教学大纲一、课程基本信息课程中文名称数字信号处理课程英文名称DigitalSignalProcessing课程编号106132130适用专业物理学（电子信息工程）课程模块专业课程（专业教育）课程类别专业选修开课单位物理与信息工程系教研室电子教研室开课学期5考核方式考查学时48理论学时36实验学时12学分3先修课程《高等数学》、《概率论》、《线性代数》、《信号与系统》教材选用吴镇扬.数字信号处理.高等教育出版社，2004年9月第一版二、课程简介《数字信号处理》课程是信息工程本科专业必修课，它是在学生学完了高等数学、概率论、线性代数、复变函数、信号与系统等课程后，进一步为学习专业知识打基础的课程。本课程将通过讲课、练习使学生建立“数字信号处理”的基本概念，掌握数字信号处理基本分析方法和分析工具，为从事通信、信息或信号处理等方面的研究工作打下基础。三、课程目标课程目标对应的专业培养目标1．掌握常用典型序列、采样及内插，理解频谱混叠现象及其产生原因、奈奎斯特采样频率。2．掌握离散时间系统的线性、时不变性、因果性和稳定性。3．掌握快速傅里叶变换的基本算法。了解Chirp－Z变换的物理意义及算法实现，FFT在二维DFT的应用。4．掌握全通函数及滤波器的数字域变换方法。5．理解FIR滤波器线性相位的条件及几种情况下的幅度特性，掌握四种线性相位FIR滤波器及它们各适合设计何哪些选频滤波器。1．培养学生进行四种线性相位FIR滤波器的设计能力。2．培养学生利用模拟滤波器设计数字滤波器的能力。3．培养学生对离散时间信号进行傅里叶变换（DTFT）、z变换及它们的反变换的能力。2课程目标对应的专业培养目标6．掌握数字系统的信号流图表示法、Mason公式，掌握IIR、FIR数字滤波器的主要结构及其优缺点。7．了解采样率转换的基本原理和抽取与内插的FIR结构及过采样技术。四、课程重难点课程重点课程难点1.典型离散时间信号及其运算，采样及内插，频谱混叠现象，奈奎斯特采样定理，离散时间信号的傅里叶变换（DTFT）、z变换及它们的反变换，变换的特性,z变换与DTFT变换的关系，离散时间系统的线性、时不变性、因果性和稳定性，离散时间系统的频率响应和系统函数。2.离散傅里叶变换的物理意义及特性，周期卷积，循环卷积，利用DFT做连续信号的频谱分析过程中可能出现的问题及解决方法，快速傅里叶变换。3.利用模拟滤波器设计数字滤波器的方法，从低通数字滤波器到各种数字滤波器的频率变换。4.FIR滤波器线性相位的条件及几种情况下的幅度特性，四种线性相位FIR滤波器，窗口设计法、频率采样设计法，最优准则，IIR及FIR滤波器的优缺点。5.数字系统的信号流图表示法、Mason公式，IIR、FIR数字滤波器的主要结构及其优缺点，量化与量化误差，A/D转换的量化效应及量化噪声通过线性系统。1.采样及内插。2.离散傅里叶变换的物理意义，快速傅里叶变换。3.利用模拟滤波器设计数字滤波器的方法。4.窗口设计法、频率采样设计法。5.数字系统的信号流图表示法、Mason公式，A/D转换的量化效应及量化噪声通过线性系统。五、教学方式与方法教学方式与方法学时占比教学方式与方法学时占比教学方式与方法学时占比讲授法教学2450%上机操作1225%示范教学1225%六、考核形式及成绩评定评价方式占比评价方式占比评价方式占比平时考核作业10%出勤率10%上机操作20%期末考核课程报告60%成绩评定平时成绩（40%）+期末成绩（60%）3七、教学内容及学时分配课次学时章目名称教学内容及教学目标教学方式评价方式13第一章离散时间信号与系统掌握常用典型序列：单位脉冲序列、单位阶跃序列、矩形序列、实指数序列、复指数序列及其基本运算，会计算周期性序列的周期、实序列的奇偶部分。掌握采样及内插，理解频谱混叠现象及其产生原因、奈奎斯特采样频率。讲授、示范出勤、课堂参与度23第一章离散时间信号与系统掌握离散时间信号的傅里叶变换（DTFT）、z变换及它们的反变换，变换的特性,z变换与DTFT变换的关系。掌握离散时间系统的线性、时不变性、因果性和稳定性。理解离散时间系统的频率响应和系统函数，会根据差分方程求系统的频响和系统函数，了解系统函数的零极点表示法。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业33第二章离散傅里叶变换及其快速算法了解离散傅里叶级数及其基本性质，掌握周期卷积，理解离散傅里叶变换的物理意义及特性，掌握离散傅里叶变换、循环卷积。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业43第二章离散傅里叶变换及其快速算法理解利用DFT做连续信号的频谱分析过程中可能出现的混叠、泄漏、栅栏效应、分辨率等问题及解决方法。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业53第二章离散傅里叶变换及其快速算法掌握快速傅里叶变换的基本算法，熟练掌握基2FFT。了解Chirp－Z变换的物理意义及算法实现，FFT在二维DFT的应用。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业63第二章离散傅里叶变换及其快速算法了解FFT应用中的几个问题，掌握互相关函数的定义。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业73第三章无限长单位脉冲响应（IIR）了解滤波器设计中常用的几个指标，滤波器设计的常用方法。理解利用模拟滤波器设计数字滤波器时平面变换必须满足的基本要求。了讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业4课次学时章目名称教学内容及教学目标教学方式评价方式滤波器的设计方法解脉冲响应不变法，掌握双线性变换法。83第三章无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器的设计方法了解几种主要模拟滤波器的特性及设计方法，掌握由模拟原型滤波器变换成相应的数字滤波器的方法。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业93第三章无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器的设计方法掌握全通函数及滤波器的数字域变换方法。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业103第四章有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器的设计方法.理解FIR滤波器线性相位的条件及几种情况下的幅度特性，掌握四种线性相位FIR滤波器及它们各适合设计何哪些选频滤波器。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业113第四章有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器的设计方法掌握窗口设计法的步骤及各种窗口的性能。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业123第四章有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器的设计方法掌握频率采样设计法。理解两种最优准则，了解FIR滤波器的最优化设计方法。理解IIR及FIR滤波器的优缺点。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业133第五章数字信号处理系统的实现掌握数字系统的信号流图表示法、Mason公式，掌握IIR、FIR数字滤波器的主要结构及其优缺点。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业143第五章数字信号处理系统的实现了解数字信号处理系统中二进制数的表示方法，理解量化与量化误差，掌握A/D转换的量化效应及量化噪声通过线性系统。了解有限字长运算对数字信号处理系统的影响，极限环振荡，数字信号处理硬件。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业5课次学时章目名称教学内容及教学目标教学方式评价方式153第六章多采样率信号处理了解采样率转换的基本原理和抽取与内插的FIR结构及过采样技术。讲授、示范、操作出勤、操作情况、作业163复习17期末考核总学时48，其中讲授36学时，实验12学时。八、参考资料1．参考书目（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，2000年．（2）程佩青．《数字信号处理教程》（第二版）．清华大学出版社出版，2001年．（3）胡广书.《数字信号处理——理论、算法与实现》.清华大学出版社，2004年制定者签名：谢丽英审定者签名：批准者签名：校对者签名：制定日期：2016年6月8日