《数字信号处理》教学大纲(配丁玉美书)

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1、1数字信号处理数字信号处理教学大纲教学大纲课程名称：数字信号处理课程名称：数字信号处理学分：学分：4 4学时：学时：68+1268+12课程性质：必修课程性质：必修一、课程的地位、作用和任务一、课程的地位、作用和任务本课程是电子信息工程、通信工程、信息工程、电子信息科学与技术等专业的必 修课。几乎所有的工程技术领域都会涉及到信号处理问题。数字信号处理是对信号进 行分析、变换、综合、估值与识别等，由于它具有精度高、高稳定性、灵活性强、便 于集成以及可以对数字信号进行存储、运算等优点，目前已广泛应用于语音、雷达、 声纳、地震、图像、通信、控制、生物医学等领域。数字信号处理的理论和技术是目 前高新理

2、论和技术的有力支撑。是电气信息类专业的专业基础课。本课程的主要任务是：（1）加深学习信号处理的基础，使学生了解连续信号与离散信号相互转换的 关系，掌握数字信号处理的基本思想、基本原理； （2）掌握数字信号处理实现的基本方法及各自的优缺点； （3）了解数字信号处理的应用场合及发展趋势。为有关后继课程的学习和今 后工作实践打下良好基础。几乎所有的工程技术领域都会涉及到信号处理问题，信号处理有模拟信号处理和 数字信号处理两种类型，数字信号处理的处理对象是数字信号，数字信号是幅度和时 间都离散的离散信号。数字信号处理是一门理论和实践密切结合的课程，它是采用数 值分析计算的方法实现信号的处理，其实现方法

3、有软件实现和硬件实现两种，软件实 现方法指的是用户按照数字信号处理的原理和算法编写程序在通用计算机上实现，硬 件实现是根据数字信号处理的原理和算法设计硬件结构图，用乘法器、加法器、延时 器、存储器以及接口实现。 本课程的目的要求是：通过学习掌握是数字信号处理的基础理论，有离散信号和 系统的描述方法、差分方程、时域分析、频域分析、Z 域分析等，熟练掌握是数字滤 波器的基本理论和设计方法，熟练掌握 IIR 数字滤波器、FIR 滤波器的基本理论和设计 方法，初步掌握是数字信号处理的技术实现，有软、硬件实现方法。培养学生能够从 数学方法、物理概念及工程概念去分析问题和解决问题。 本课程性质是专业基础课

4、。二、课程的基本内容与要求二、课程的基本内容与要求1离散时间信号与系统2掌握离散时间信号的表示、模拟信号的采样、离散时间系统的构成及描述方法。掌握离散时间信号的 DTFT 与 Z 变换的大意、性质及其关系，掌握 Parseval 定理。理解系统函数。2离散变换及其快速算法掌握 DFS、DFT 及 FFT，会用 FFT 计算 IDFT、相关函数，线性卷积的 FFT 算法，利 用 FFT 计算连续信号的频谱，用 FFT 计算二维 DFT。懂得快速变换及其应用。了解 DCT 及 FCT。3IIR 与 FIR 滤波器的设计方法会根据模拟滤波器来设计 IIR 滤波器，掌握脉冲响应不变法及双线性变换法。了

5、 解常用低通滤波器特性。会从模拟滤波器低通原型到各种数字滤波器的频率变换。掌握线性相位 FIR 滤波器的特点，掌握窗口设计法、频率采样设计法及 FIR 滤波 器的最优化设计，注意 IIR 与 FIR 的比较。4数字信号处理系统的实现掌握数字滤波器（IIR、FIR）的结构表示，理解量化及量化误差效应，理解有限 长运算对数字滤波器的影响，了解系数量化对数字滤波器的影响，了解极限环振荡情 况。掌握一种 DSP 硬件的构成原理及应用。5实验及其他如有条件，建议增加二个实验（其中实验学时数为 8）。附：实验要求和实验内容实验要求：1）掌握 FIR、IIR 滤波器和基-2FFT 的算法设计和编程实现。2）

6、学习分析实验结果的正确性和物理意义。实验内容：1）FIR 滤波器的设计及软件实现。32）IIR 滤波器的设计及软件实现。3）FFT 基 2 算法编程。三、三、本课程的先修课程本课程的先修课程本课程的先修课程是：高等数学、线性代数、复变函数、概率论与随机过程、矢 量分析与场论、积分变换、数学物理方程与特殊函数、大学物理学、电路分析基础、 信号与系统、模拟电路、数字电路、高频电路、C 语言程序设计、微机原理与接口技术 等课程。四、说明四、说明1本课程各教学环节的学时分配比例不做统一规定，其中习题课、讨论课及实践 环节在学时上应占有适当比例。2在保证基本要求的前提下，可以对相关的内容作适当的增减。3

7、本要求分三个层次：属第一层次的用词是“掌握”；属第二层次的用词是“理 解”、“懂得”、“会”、“明确”；属第三层次的用词是“了解”。条件允许时适 当采用教学模型、CAI 等现代化教学手段。五、五、教学重点、难点：教学重点、难点：本课程是一门理论和实践要求都较高的课程，需要有扎实的数学基础和电路、信 号、系统理论基础。重点是信号的傅立叶变换和滤波器的设计，难点是 Z 变换法对系 统的数学建模和数学解析。六、六、教学内容及课时分配：（总教学内容及课时分配：（总 8080 学时）学时）i.i.理论教学部分（理论教学部分（6868 学时）学时）绪论 （2 学时） 1数字信号处理的基本概念 2数字信号处

8、理的特点 3数字信号处理的实现方法 第 1 章 离散信号和系统的时域分析 （8 学时） 1.时域离散信号分析 2.时域离散系统分析 3.时域离散系统的输入输出描述法线性常系数差分方程 4.模拟信号数字处理方法 第 2 章 离散信号和系统的频域分析 （10 学时） 1.序列的傅立叶变换的定义及性质42.周期序列的傅立叶级数及傅立叶变换表示式 3.时域离散信号的傅立叶变换与模拟信号的傅立叶变换之间关系 4.序列的 Z 变换 5.利用 Z 变换分析信号与系统的频域特性 第 3 章 离散傅立叶变换（DFT） （8 学时） 1.离散傅立叶变换的定义 2.离散傅立叶变换的基本性质 3.频率域采样 1、DF

9、T 的应用举例 说明 识记频率域采样，领会 DFT 的应用，简明应用离散傅立叶变换的定义，简明应 用离散傅立叶变换的基本性质 第 4 章 快速傅立叶变换（FFT） （8 学时） 1.基 2FFT 算法 2.进一步减少运算量的措施 3.分裂基 FFT 算法 4.离散哈特莱变换（DHT） 第 5 章 时域离散系统的基本网络结构与状态变量分析法 （8 学时） 1.用信号流图表示网络结构 2.无限长脉冲响应(IIR)基本网络结构 3.有限长脉冲响(FIR)应基本网络结构 4.状态变量分析法 第 6 章 无限脉冲响应数字滤波器的设计 （8 学时） 1.数字滤波器的基本概念 2.模拟滤波器的设计 3.用脉

10、冲响应不变法设计 IIR 数字滤波器 4.用双线性变换法设计 IIR 数字滤波器 5.IIR 数字滤波器优化设计法 第 7 章 有限脉冲响应数字滤波器的设计 （8 学时） 1.线性相位 FIR 数字滤波器的条件和特点 2.利用窗函数法设计 FIR 滤波器 3.利用频率采样法设计 FIR 滤波器 4.利用切比雪夫逼近法设计 FIR 滤波器 5.IIR 和 FIR 滤波器的比较 第 8 章 其它类型的数字滤波器 （4 学时） 1.几种特殊的滤波器 2.格型滤波器 3.简单整系数数字滤波器 4.采样转换滤波器 第 9 章 数字信号处理的实现 （4 学时） 1.数字信号处理的量化效应 2.数字信号处理

11、的软件实现 3.数字信号处理的硬件实现ii.ii.实验教学部分（实验教学部分（1212 学时）学时）5实验一 采样定理 一、实验目的 1. 验证采样定理； 2. 观察过采样和欠采样后信号的频谱变化。 二、实验内容在给定信号为)*100cos()exp()(taattx确定信号的过采样和欠采样频率； 上述采样频率条件下，观察、分析记录频谱，说明产生上述现象的原因。 三、学时分配 3 学时 四、实验仪器 计算机，DSP 实验箱 五、实验耗材 磁盘，打印纸实验二 信号频谱分析 一、实验目的 1. 观察周期信号和非周期信号的频谱结构 2. 分析上述信号频谱的区别 二、实验内容 在给定信号为：)*100

12、cos()*exp()()*exp()()*100cos()(tatatxtatxattx其中，a 为实验证学号，记录上述各信号的频谱，表明采样条件，分析比较上述信号频 谱的区别。 三、学时分配 3 学时 四、实验仪器 计算机，DSP 实验箱 五、实验耗材 磁盘，打印纸实验三 IIR 数字滤波器的设计 一、实验目的 1学习 IIR 滤波器的设计方法。 2学会滤波器的计算机仿真方法。 二、实验内容 用双线性变换法设计一个巴特沃斯低通 IIR 数字滤波器。 设计指标为：在通带内频率低于 0.2 时，最大衰减小于 1dB；在阻带内0.3 频率区间上，最大衰减大于 15dB。 以 0.02 为采样间隔

13、，打印出滤波器的频率特性曲线。 完成一个包含高频噪声信号的过滤，观察滤波效果。 三、学时分配 3 学时 四、实验仪器 计算机，DSP 实验箱 五、实验耗材 磁盘，打印纸 实验四 FIR 数字滤波器的设计 一、实验目的61. 学习 FIR 滤波器的设计方法。 2学会滤波器的计算机仿真方法。 二、实验内容 设计一个线性相位低通 FIR 数字滤波器。设计指标为：给定抽样频率（rad/s） ，在通带内截止频率为（rad/s）；在阻带内起始1043s1033p频率为（rad/s） ，阻带衰减比小于 50dB。 利用窗函数法设计，以1036st0.02 为采样间隔，打印出滤波器的频率特性曲线。 完成一个包

14、含高频噪声信号 的过滤，观察滤波效果。 三、学时分配 3 学时 四、实验仪器 计算机，DSP 实验箱 五、实验耗材 磁盘，打印纸教学方法： 讲授和实验结合考核方式及要求： 闭卷笔试考试。考核知识层次依据考试大纲教材及参考书目：1教材教材数字信号处理 （西安电子科技大学）丁玉美 高西全 编著西安：西安电子科技大学出版社1994 年第 1 版2001 年 1 月第 2 版2参考书目参考书目1数字信号处理（第二版）学习指导（西安电子科技大学）高西全 丁玉美 编著西安电子科技大学出版社2001 年 11 月第 1 版2数字信号处理教程（北京信息工程学院）程佩青北京：清华大学出版社1995 第 1 版2

15、001 第 2 版2006 年第 3 版3数字信号处理理论、算法与实现（清华大学自动化系）胡广书 编著北京：清华大学出版社1997 第 1 版2003 第 2 版4离散时间信号分析和处理（清华大学电子工程系）应启珩 冯一云 窦维蓓 编著北京：清华大学出版社2001.5数字信号处理（北京理工大学）王世一 编著北京：北京理工大学出版社1987 第 1 版1997 修订版76数字信号处理基础（北京邮电大学）全子一 周利清 门爱东 编著北京：北京邮电大学出版社2002 年 9 月第 1 版7 数字信号处理及其 MATLAB 实现 VinayKIngle，JohnGProakis 著 （西安交通大学）刘树棠译西安：西安交通大学出版社2002 年 6 月第 1 版8 离散时间信号处理 （第 2 版） 美（美国麻省理工学院 MIT）A.V.奥本海姆 （美国佐治亚理工学院 GIT）R.W.谢弗 J