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1、数字信号处理课程的发展历程数字信号处理课程的发展历程 及展望及展望数字信号处理起源于十八世纪的数学，随着信数字信号处理起源于十八世纪的数学，随着信息科学和计算技术的迅速发展，数字信号处理的息科学和计算技术的迅速发展，数字信号处理的理论与应用得到迅速发展，形成一门极其重要的理论与应用得到迅速发展，形成一门极其重要的学科。当今数字信号处理的理论和方法已得到长学科。当今数字信号处理的理论和方法已得到长足的发展，成为数字化时代的重要支撑，其在各足的发展，成为数字化时代的重要支撑，其在各个科学和技术领域中的应用具有悠久的历史，已个科学和技术领域中的应用具有悠久的历史，已经渗透到我们生活和工作的各个方面。
2、经渗透到我们生活和工作的各个方面。历史沿革历史沿革信号处理在生物医学工程、地震学、声纳、雷信号处理在生物医学工程、地震学、声纳、雷达、通信、控制等领域都日益显示其重要作用。达、通信、控制等领域都日益显示其重要作用。例如在医学信号或地震信号分析中，我们需要提例如在医学信号或地震信号分析中，我们需要提取某些重要的特征参数，在雷达和通信信号处理取某些重要的特征参数，在雷达和通信信号处理中，我们希望剔除信号中的噪声或干扰。中，我们希望剔除信号中的噪声或干扰。历史沿革历史沿革2020世纪世纪8080年代中后期，我国开设数字信号处理年代中后期，我国开设数字信号处理课程的高校不断增加，一些重点大学为某些专业
3、本科课程的高校不断增加，一些重点大学为某些专业本科生开设此课，课程教学内容主要以原理阐述与算法推生开设此课，课程教学内容主要以原理阐述与算法推导为主。导为主。国内出版的教材也相应增加。国内出版的教材也相应增加。西安交通大学，邹理和西安交通大学，邹理和数字信号处理数字信号处理,1985,1985北京交通大学，吴湘淇北京交通大学，吴湘淇数字信号处理技术及应用数字信号处理技术及应用,1986,1986北京理工大学，王世一北京理工大学，王世一数字信号处理数字信号处理,1987,1987 历史沿革历史沿革2020世纪世纪9090年代初期，开设本科生数字信号处理年代初期，开设本科生数字信号处理课程的高校数
4、量大增，已成为许多高校本科生的必修课程的高校数量大增，已成为许多高校本科生的必修课，大量面向本科教学的数字信号处理教材问世。课，大量面向本科教学的数字信号处理教材问世。西电丁玉美编著的西电丁玉美编著的数字信号处理数字信号处理,1994,1994清华大学程佩清编著的清华大学程佩清编著的数字信号处理教程数字信号处理教程,1994,1994北交大吴湘淇编著的北交大吴湘淇编著的信号、系统和信号处理信号、系统和信号处理,1996,1996课程内容中增加了利用课程内容中增加了利用FortranFortran、C C等高级语言进等高级语言进行算法仿真与实现等内容。行算法仿真与实现等内容。历史沿革历史沿革从从
5、2020世纪世纪9090年代年代末以来，数字信号处理课程几乎在国内末以来，数字信号处理课程几乎在国内所有大学的电气信息类等学科专业的本科生和研究生中开设所有大学的电气信息类等学科专业的本科生和研究生中开设 ，且是本科生的必修课和研究生的学位课。面向本科教学的，且是本科生的必修课和研究生的学位课。面向本科教学的 数字信号处理教材大幅增加。数字信号处理教材大幅增加。吴镇杨编著的吴镇杨编著的数字信号处理数字信号处理( (十五规划十五规划) )，高等教育出版社，高等教育出版社，20032003 陈后金编著的陈后金编著的数字信号处理数字信号处理( (十五规划十五规划) )，高等教育出版社，高等教育出版社
6、，20042004增加了近代信号处理的理论和方法，并将增加了近代信号处理的理论和方法，并将MatlabMatlab与数字与数字 信号处理有机结合，作为信号处理的仿真分析手段，从而将信号处理有机结合，作为信号处理的仿真分析手段，从而将 理论分析与计算机仿真融为一体。理论分析与计算机仿真融为一体。 历史沿革历史沿革某些院校虽然没有单独开设数字信号处理课程，某些院校虽然没有单独开设数字信号处理课程，但在信号与系统课程中增加离散傅里叶变换但在信号与系统课程中增加离散傅里叶变换DFTDFT，快，快速傅里叶变换速傅里叶变换FFTFFT，IIRIIR数字滤波器设计，数字滤波器设计，FIRFIR数字滤数字滤波
7、器设计等内容。相应的教材也相继出版，如清华大波器设计等内容。相应的教材也相继出版，如清华大学郑君里教授编著的学郑君里教授编著的信号与系统信号与系统( (第第2 2版版) )（上下册（上下册），高等教育出版社，），高等教育出版社，20002000。东南大学管致中教授编。东南大学管致中教授编著的著的信号与系统信号与系统( (第第4 4版版) )（上下册），高等教育出（上下册），高等教育出版社，版社，20042004。历史沿革历史沿革在在DSPDSP实验平台建设方面，实验平台建设方面，9090年代后期，美国德年代后期，美国德州仪器公司先后与我国州仪器公司先后与我国100100多所高校联合建立多所高校
8、联合建立DSPDSP系系统实验室，用于本科生和研究生的统实验室，用于本科生和研究生的DSPDSP实践教学。实践教学。近年来，由于各级电气信息类实验教学示范中心近年来，由于各级电气信息类实验教学示范中心建设的推动，大批高校纷纷扩建建设的推动，大批高校纷纷扩建DSPDSP实验室，为本科实验室，为本科生开设生开设DSPDSP方面软件分析与硬件实现实验。目前方面软件分析与硬件实现实验。目前DSPDSP技术已成为学生就业和开展科研工作的基本技能。技术已成为学生就业和开展科研工作的基本技能。 历史沿革历史沿革l l掌握数字信号处理的基本理论掌握数字信号处理的基本理论时域与变换域分析理论，抽样定理，谱估计理
9、论时域与变换域分析理论，抽样定理，谱估计理论l l掌握数字信号处理的基本方法掌握数字信号处理的基本方法数字化分析方法，滤波器设计方法，快速算法数字化分析方法，滤波器设计方法，快速算法l l掌握数字信号处理的基本技术掌握数字信号处理的基本技术DSPDSP软件仿真分析技术，软件仿真分析技术，DSPDSP系统开发应用技术系统开发应用技术l l提高应用提高应用DSPDSP理论和技术解决问题的实践能力理论和技术解决问题的实践能力学科领域应用，工程实际应用，综合交叉应用学科领域应用，工程实际应用，综合交叉应用学习目标学习目标课程体系课程体系信号处理课群主要包含信号处理课群主要包含“信号与系统、信号与系统、
10、数字信数字信号处理、号处理、DSPDSP技术及应用、信号分析与处理实验、技术及应用、信号分析与处理实验、 DSPDSP系统课程设计系统课程设计”等相关课程等相关课程。数字信号处理课程体系经历了不断丰富发展的数字信号处理课程体系经历了不断丰富发展的过程，并日臻完善。课程体系主要由信号分析与处过程，并日臻完善。课程体系主要由信号分析与处理，以及离散系统设计构成。通过对近年来我国数理，以及离散系统设计构成。通过对近年来我国数字信号处理教材的分析，可将该课程教学内容归结字信号处理教材的分析，可将该课程教学内容归结为为经典内容经典内容和和近代内容近代内容。课程体系课程体系经典内容：经典内容：课程体系课程
11、体系在介绍数字信号处理的理论和方法的基础上，在介绍数字信号处理的理论和方法的基础上，进行进行MATLABMATLAB仿真实验，再进行基于仿真实验，再进行基于DSPDSP系统的开系统的开发应用实验。部分院校开设了发应用实验。部分院校开设了DSPDSP技术课程，侧重技术课程，侧重介绍介绍DSPDSP系统的内部结构和指令系统等。系统的内部结构和指令系统等。目前，信号处理课群体系正逐步成熟，并得到目前，信号处理课群体系正逐步成熟，并得到国内高校的认可，其体现了国内高校的认可，其体现了理论与实践理论与实践的有机结合的有机结合，体现了，体现了原理、方法和技术原理、方法和技术的有机结合。的有机结合。课程体系
12、课程体系课程体系课程体系1. 1. 连续时间信号连续时间信号( (周期为周期为T T0 0) )2. 2. 连续时间非周期信号连续时间非周期信号3. 3. 离散非周期信号离散非周期信号4. 4. 离散周期信号离散周期信号( (周期为周期为N N) )四种信号的频谱四种信号的频谱从信号表示的角度引入Fourier变换（数学概念），其性质揭示了信号时域与频域之间的内在联系（物理概念）。抽样定理如何引入与论证？抽样定理如何引入与论证？什么是信号抽样什么是信号抽样? ?为什么进行抽样为什么进行抽样? ? 抽样定理的理论推导抽样定理的理论推导抽样定理内容及其应用抽样定理内容及其应用体现信号的时域与频域之
13、间的对应关系，从信号频域分析应用的角度展开若连续信号若连续信号x x( (t t) )与与离散序列离散序列x x k k 时域关系为时域关系为其中：其中： T T 为抽样间隔，为抽样间隔，w wsamsam=2=2p p/ /T T为抽样角频率为抽样角频率则两者在频域存在以下关系则两者在频域存在以下关系 抽样定理的内涵抽样定理的内涵核心：信号时域的离散化导致其频域的周期化核心：信号时域的离散化导致其频域的周期化带限信号抽样定理的描述带限信号抽样定理的描述对于带限信号x(t) ，信号时域抽样定理可描述为fsam= 2fm 为最小抽样频率，称为Nyquist Rate.若抽样间隔T满足下列约束条件
14、，则可由抽样序 列表示原连续信号。fsam 2fm （或sam 2 m） fm为信号最高频率如何看待如何看待DFTDFT的作用的作用? ?l信号的Fourier变换从理论上 解决了如何从时域映射到频域。l而DFT解决了利用数字化方法 实现信号的频谱分析！DFTDFT分析信号频谱的基本思想分析信号频谱的基本思想利用信号Fourier变换具有的信号时域时域与频域频域 之间的内在关系，建立信号的DFT与四种信号频谱之间的关系。时域时域的离散化的离散化时域时域的周期化的周期化频域频域周期化周期化频域频域离散化离散化时域抽样定理频域抽样定理时域抽样定理和频域抽样定理为DFT奠定了理论基础如何看待如何看待
15、DFTDFT的作用的作用? ?如何学习如何学习FFTFFT算法算法? ?l 介绍FFT算法的重要作用l 介绍FFT算法的基本思想lDFT解决了利用数字化方法实现信号的频谱分析。 l但DFT计算效率极其低，无法满足实时性的要求。 lFFT解决了DFT计算的有效性，为DFT的实际应用铺平了道路。FFTFFT算法的基本思想算法的基本思想1. 1. 将将长序列长序列DFTDFT分解为分解为短序列短序列的的DFTDFT2. 2. 在由短序列的在由短序列的DFTDFT表示长序列的表示长序列的DFTDFT过程中过程中, ,利用旋转因子利用旋转因子 的的周期性周期性、对称性对称性、可约性可约性。如何学习如何学
16、习FFTFFT算法算法? ?基2时间抽取FFT算法的基本关系基3时间抽取FFT算法的基本关系基4时间抽取FFT算法的基本关系利用FFT算法的思想，从具体到一般，为学习其他快速算法如何学习如何学习FFTFFT算法算法? ?如何学习数字滤波器的设计？如何学习数字滤波器的设计？利用系统的频域分析和系统函数的基本理论，根据IIR和FIR数字滤波器的特性和系统函数的特点，介绍IIR和FIR数字滤波器设计的基本方法，以及它们的适用范围。l基于模拟滤波器设计 IIR数字滤波器 （BW，CB，C型AF的引入）l基于线性相位约束条件设计 FIR数字滤波器 （窗口法和优化设计方法）IIRIIR数字滤波器设计的基本方法数字滤波器设计的基本方法Wp,Wswp,wsH(s)H(z)频率变换设计模拟滤波器脉冲响应 不变法双线性 变换法wp,wsH(s)频率变换设计原型低通滤波器复频率变换BW，CB，C三个低通
