数字信号处理教学大纲_张培珍

《数字信号处理》理论教学大纲先修课程：概率论、线性代数、复变函数、语言程序设计、信号与系统.一、课程性质和任务《数字信号处理》是电子信息工程、通信工程专业地一门学科基础必修课.通过本课程地学习，使学生建立“数字信号处理”地基本概念，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地研究工作打下基础.二、教学内容和要求通过对本课程地学习，要求学生系统地掌握数字信号处理地基本原理和基本分析方法，能建立基本地数字信号处理模型.学会运用数字信号处理地两个主要工具—快速傅立叶变换（）与数字滤波器，为后续数字技术方面课程地学习打下理论基础.课程地主要内容如下:、时间离散信号与系统教学内容：理解信号数字处理地基本原理、数字信号处理地应用及研究内容.掌握离散信号序列地产生及描述，掌握离散（数字）系统地表示差分方程及系统时域卷积分析方法.教学难点：离散系统地表示方法、变换教学内容：理解并掌握变换及其收敛区（）地概念、变换和反变换地计算方法.、离散傅立叶变换（）教学内容：理解并掌握常用离散信号变换和性质和计算、离散傅立叶级数地概念及意义和性质、地定义及性质、周期卷积和圆周卷积以及线性卷积地关系、离散（数字）系统地变换分析方法、系统频响和系统函数（）地概念及其计算.教学难点：地应用、数字滤波器基本结构教学内容：理解并掌握数字滤波器地常用结构形式（直接型、级联型、并联型，直接型、级联型）.、数字滤波器设计数字滤波器地设计方法教学内容：主要理解并掌握冲激响应不变法等，数字滤波器参数（通带、阻带、阶数等）地物理概念.教学难点：实际滤波器地设计数字滤波器地设计方法教学内容：主要理解并掌握数字滤波器特点，理解数字滤波器（主要是低通）地双线性变换法（）和窗函数法（）两种设计方法，各种滤波器地设计.教学难点：窗函数设计法、离散希尔伯特变换教学内容：了解时间连续信号地希尔伯特变换、时间离散信号地希尔伯特变换、因果序列下地希尔伯特变换.、数字信号处理技术地实现教学内容：了解技术概述三、教材和参考资料（一）建议教材《数字信号处理》，丁玉美，西安电子科技大学出版社，年.（二）参考书目、《数字信号处理教程》，程佩青编著，清华大学出版社，年.、《数字信号处理》，陆光华、张林让、谢智波，西安电子科技大学出版社，年.、《数字信号处理（第二版）学习指导》，高西全，丁玉美编著，西安电子科技大学出版社，年 .、《离散时间信号处理（第二版）》，.奥本海姆，.谢弗，.巴克，刘树棠，黄建国译，西安交通大学出版社，.修订：罗仁泽审定：汪亚南，罗朗《数字信号处理》课程实验教学大纲课程编号：实验学时数：学时学分：先修课程：概率论、线性代数、复变函数、语言程序设计、信号与系统.考核方式：平时动手能力、实验报告，占课程总分.一、实验教学目标和任务数字信号处理是发展迅速地一门学科，应用极其广泛，是电子信息工程、通信工程专业本科地必修专业课.通过本课程实验，使学生更好地掌握数字信号处理地基本概念和基本分析方法，培养分析问题、解决问题地实践能力，使学生具有初步地算法分析和运用编程地能力.二、实验项目及学时分配实验一分析信号频谱（学时）、实验目地：加深对地理解，掌握分析信号地方法.、实验内容：（１）编制程序，并用于分析正弦、矩形、三角形信号地频谱；（２）观察混迭泄漏，栅栏效应；（３）加窗作用.、主要仪器设备：计算机、打印机.实验二线性卷积（２学时）１、实验目地：掌握运用循环卷积实现快速线性卷积地方法.２、实验内容：（１）编制直接法和ＦＦＴ方法计算线性卷积地程序；（２）比较给定输入信号和冲激响应下，不同地卷积方法地结果以及计算速度.、主要仪器设备：计算机、打印机.实验三滤波器结构地实现（２学时）１、实验目地：掌握滤波器三种结构地编程方法.２、实验内容：（１）编制滤波器三种结构（直接型、级联型和并联型）地程序；（２）对给定地三个传递函数选择合适地结构实现之；（３）使信号通过滤波器，观察输出序列及滤波器频域响应.、主要仪器设备：计算机、打印机.实验四滤波器结构地实现（２学时）１、实验目地：掌握滤波器二种结构地编程方法.２、实验内容：（１）编制滤波器二种结构（直接型和级联型）地程序；（２）对给定二个传递函数选择合适地结构实现之；（３）使信号通过滤波器，观察输出序列及滤波器地频域响应.３、主要仪器设备：计算机、打印机.实验五滤波器设计（学时，必选）１、实验目地：掌握脉冲响应不变法设计滤波器地原理及其方法.２、实验内容：（１）编制脉冲响应不变法设计滤波器地程序；（２）设计给定要求地低通滤波器；（３）观察阶数地影响.３、主要仪器设备：计算机、打印机.实验六滤波器地设计（学时，必选）１、实验目地：掌握窗函数法设计滤波器程序；２、实验内容：（１）编制窗函数法设计滤波器程序；（２）设计给定要求地滤波器；（３）观察长度、窗函数对频率特性地影响.３、主要仪器设备：计算机、打印机.三、实验教材及实验指导书（一）《数字信号处理》，陆光华、张林让、谢智波，西安电子科技大学出版社，年.（二）《数字信号处理》，丁玉美，西安电子科技大学出版社，年.（三）《数字信号处理》，程佩青，清华大学出版社，年.。

《数字信号处理》教学大纲学时：51 学分：3 适用专业：电子信息工程一、课程的性质、目的和任务本课程属专业必修课，要求学生掌握数字信号处理的基本概念、基本分析方法和处理技术。

主要掌握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、经典和现代功率谱估计、数字系统的结构。

二、课程教学的基本要求（1）本课程是在学生学完了信号与系统的课程后，进一步为学习专业知识打基础的课程；（2）本课程将通过讲课、练习、实验使学生掌握数字信号处理的基本理论和方法；（3）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。

三、课程教学内容（一）离散信号与系统分析基础1.离散时间信号与系统的时域分析2.离散时间信号与系统的频域分析3.离散时间信号与系统的z域分析4.信号的抽样说明：本章的重点是离散信号与系统的基本概念和分析方法、离散信号频域分析的基本概念；难点是连续信号抽样中的理想模型及频谱变化规律，双边z变换及其性质作一般掌握。

（二）离散傅里叶变换1.离散傅里叶变换及其性质2.序列DFT与DTFT及z变换的关系3.利用DFT计算线性卷积4.利用DFT分析连续非周期信号的频谱说明：本章的重点DFT的基本性质，利用循环卷积计算线性卷积的方法；难点是用DFT分析确定信号频谱的方法以及DFT应用中出现的一些问题。

（三）快速傅里叶变换1.基2时间抽取FFT算法2.基2频率抽取FFT算法3.基4时间抽取FFT算法4.FFT算法的应用5.线性调频z变换算法说明：本章的重点和难点是基2 FFT算法的基本思想和算法推导、对其它基的FFT算法作一般了解。

（四）IIR数字滤波器的设计1.模拟低通滤波器设计2.模拟域频率变换3.脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器4.双线性变换法设计IIR数字滤波器说明：本章的重点模拟低通滤波器设计数字滤波器的基本原理以及利用频率变换法设计高通、带通、带阻滤波器的方法；难点是冲激响应不变法和双线性变换法的基本原理以及IIR 数字滤波器的设计基本方法。

《数字信号处理》课程教学大纲（Digital Signal Processing）编写单位：计算机与通信工程学院计算机科学与系（教研室）编写时间：2021 年 7 月《数字信号处理》课程教学大纲一、基本信息课程名称：数字信号处理英文名称：Digital Signal Processing课程类别：专业教育课程课程性质：选修课课程编码：08100J0257学分：2总学时：32学时。

其中，讲授学时20学时，实验学时12，上机学时0适用专业：计算机科学与技术、计算机科学与技术专业卓越工程师先修课程与知识储备：人工智能基础、信号与系统、MATLAB建模与仿真技术二、课程简介：该课程系统介绍了数字信号z域分析技术z变换，数字信号连续w域分析技术DTFT，数字信号离散w域分析技术DFT，以及数字IIR滤波和FIR滤波器的设计方法及实现结构。

通过本课程学习，学生能够掌握数字信号处理的基本原理和技术，为学习后续专业课程和从事数字信号处理算法研究及其工程实现技术打好基础。

三、教学目标1、课程思政教学目标：通过数字信号处理技术在国家民众生产生活中的影响，培养学生的爱国意识和对新技术的研究探索精神。

2、课程教学总目标：使学生掌握数字信号处理的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。

3、课程目标与学生能力和素质培养的关系：课程思政目标将科学研究精神与爱国主义有机融合，有利于培养德才兼备的通信专业人才；课程教学目标使学生掌握数字信号处理的分析和研究方法，培养学生独立分析问题与解决问题的能力，提高科学素质。

四、课程内容及学时分配本课程内容、建议学时以及知识单元如表1所示。

表1 课程内容及学时分配五、教学方法及要求1、教学方法要求要求任课教师具有通信工程专业背景；严格按照教学大纲执行教学计划，教材选择贴合教学大纲，体现教学目标；采用线上+线下混合式教学，课堂教学结合图形动画视频等多媒体资源，调动学生多种学习感官；课后利用微信、QQ、网络教学平台等多种线上资源，扩大学生的学习空间和形式；并通过一定的上机操作提高学生的动手实践能力，进一步加深理论知识；在讲授过程中，淡化公式推导，注重物理意义，去繁求简，抓住主线，由点到线，由线到面。

数字信号处理Digital signal processing物联网工程复变函数、线性代数、信号与系统2484816《数字信号处理》是物联网工程专业基础必修课。

主要研究如何分析和处理离散时间信号的基本理论和方法，主要培养学生在面对复杂工程问题时的分析、综合与优化能力，是一门既有系统理论又有较强实践性的专业基础课。

课程的目的在于使学生能正确理解和掌握本课程所涉及的信号处理的基本概念、基本理论和基本分析方法，来解决物联网系统中的信号分析问题。

培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。

助力学生树立正确的价值观，培养思辨能力、工程思维和科学精神。

培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

它既是学习相关专业课程设计及毕业设计必不可少的基础，同时也是毕业后做技术工作的基础。

运用时间离散系统的基本原理、离散时间傅里叶变换、 Z 变换、离散傅里叶变换(DFT)、快速傅里叶变换(FFT)、时域采样定理和频域采样定理等工程基础知识，分析物联网领域的复杂工程问题。

培养探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。

助力学生树立正确的价值观，培养思辨能力、工程思维和科学精神。

说明利用DFT 对摹拟信号进行谱分析的过程和误差分析、区分各类网络的结构特点；借助文献研究运用窗函数法设计具有线性相位的FIR 数字滤波器，分析物联网领域复杂工程问题解决过程中的影响因素，从而获得有效结论的能力。

培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

第一章 时域离散信号与系统(1)时域离散信号表示； (2)时域离散系统；(3)时域离散系统的输入输出描述法； * (4)摹拟信号数字处理方法；：数字信号处理中的基本运算方法，时域离散系统的线性、时不变性及系统的因果性和稳定性。

时域采样定理。

培养探索未知、 追求真理、 勇攀科学高峰的责任感和使命感。

：时域离散系统的线性、时不变性及系统的因果性和稳定性、时域采样定理。

《数字信号处理》实验教学大纲一、开设《数字信号处理》课程实验的依据本课程是电子信息类专业的专业方向课。

由于本门课程所包含的数学知识相当丰富，单纯地讲解理论比较抽象，仿真实验教学主要是为了加深学生对数字信号处理相关知识点形象地理解，牢固地把实践和理论相结合。

本大纲根据「数字信号处理」教学大纲对学生实验能力培养要求而制定。

在学习“数字信号处理”课程的同时，通过5个实验课程实验学生掌握数字信号的特点，数字滤波器的设计及在实际中的应用等，并进一步了解数字信号处理系统设计和开发的基本过程，提高学生调试系统的能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，增强其分析、整理数据和撰写工作报告的能力，并通过实验培养学生的创新意识。

二、修读专业：电子信息工程专业三、实验内容实验设备：PC机、Matlab6.5教学版、TC编程环境。

实验一： Matlab基本操作实验（1学时）1、实验的目的及意义：掌握MATLAB语言的基本操作，学习基本的编程功能；熟练掌握常用函数的应用和特性。

2、实验要求：必做3、实验步骤应能利用Matlab进行信号处理常用的运算（矩阵加、减、卷积等）方法、部分函数语法格式应用、显示计算结果并作图，按照实际需要完成简单工作界面的设计。

4、实验类型：验证型5、需开实验组数：70组，1人/每组6、消耗材料金额（元）：0实验二：典型离散信号及其MATLAB实现（1学时）1、实验的目的及意义：掌握MATLAB产生常用离散时间信号的编程方法；熟悉连续信号经过采样前后的频谱变化，加深对采样定理的理解；2、实验要求：必做3、实验步骤利用Matlab程序编写常用典型离散时间信号（单位脉冲序列、单位阶跃序列、实指数序列、复指数序列等）。

完成连续信号经过采样后频谱分析图，依据实验结果进行分析和总结，完成总体实验报告。

4、实验类型：验证型5、需开实验组数：70组，1人/每组6、消耗材料金额（元）：0实验三：离散信号的DFT及其快速算法（2学时）1、实验的目的及意义：在学习DFT理论的基础上，通过本实验，加深对FFT的理解，体会二者之间的关系；熟悉应用FFT实现两个序列的线性卷积、循环卷积、周期卷积的方法。

《数字信号处理》课程教学大纲（可编辑修改word版）课程编号15102308《数字信号处理》教学大纲Digital Signal Processing一、课程基本信息二、本课程的性质、目的和任务《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、教学基本要求1、通过对本课程的教学，使学生系统地掌握数字信号处理的基本原理和基本分析方法，能建立基本的数字信号处理模型。

2、要求学生学会运用数字信号处理的两个主要工具：快速傅立叶变换（FFT）与数字滤波器，为后续数字技术方面课程的学习打下理论基础。

3、学生应具有初步的算法分析和运用MATLAB 编程的能力。

四、本课程与其他课程的联系与分工本课程的基础课程为《高等数学》、《概率论》、《线性代数》、《复变函数》、《信号与系统》等课程，同时又为《图像处理与模式识别》等课程的学习打下基础。

五、教学方法与手段教师讲授和学生自学相结合，讲练结合，采用多媒体教学手段为主，重点难点辅以板书。

六、考核方式与成绩评定办法本课程采用平时作业、期末考试综合评定的方法。

其中平时作业成绩占40%，期末考试成绩占60%。

七、使用教材及参考书目【使用教材】吴镇扬编，《数字信号处理》，高等教育出版社，2004 年 9 月第一版。

【参考书目】1、姚天任,江太辉编，《数字信号处理》（第二版），华中科技大学出版社，2000 年版。

2、程佩青著，《数字信号处理教程》（第二版），清华大学出版社出版，2001 年版。

3、丁玉美,高西全编著，《数字信号处理》，西安电子科技大学出版社，2001 年版。

4、胡广书编，《数字信号处理——理论、算法与实现》，清华大学出版社，2004 年版。