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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MA TLAB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。
5、Alan V. Oppenheim, Ronald W. Schafer，《Digital Signal Processing》，Prentice-Hall Inc, 1975.八、课程结构和学时分配九、教学内容绪论（1学时）【教学目标】1. 了解：什么是数字信号处理，与传统的模拟技术相比存在哪些特点。
滤波器对信号幅度与相位的影响在信号处理领域中，滤波器是一种重要的工具。
它们可以通过去除或弱化信号中的特定频率分量，实现信号的频率调整和去噪。
然而，滤波器的使用会对信号的幅度和相位产生一定的影响。
一、滤波器的作用滤波器是信号处理中常用的一种工具，主要用于改变信号的频域特性。
滤波器可以根据需要选择性地增强或抑制信号的不同频率分量。
通过使用滤波器，我们可以实现频率的去除、增强或平滑，并对信号中的噪声进行抑制。
二、滤波器对幅度的影响滤波器在处理信号时，会对信号的幅度产生影响。
具体而言，滤波器可能会导致信号的幅度发生衰减或增益。
这取决于滤波器的设计和参数设置。
对于低通滤波器来说，其主要作用是通过抑制高频分量来使信号频率变低。
因此，在信号通过低通滤波器后，高频分量会被削弱，导致信号的总幅度下降。
类似地，高通、带通和带阻滤波器也会对信号的幅度产生相应的影响。
滤波器的幅度响应被用来描述滤波器对不同频率的响应程度。
该响应通常以dB为单位进行衡量。
滤波器的幅度响应函数可以定量地表示滤波器对信号幅度的影响。
三、滤波器对相位的影响除了对信号幅度的影响，滤波器还会对信号的相位产生影响。
相位是描述信号波形的特征之一，它与信号的频率紧密相关。
由于滤波器的设计原理和结构，一些滤波器可能会引入相位延迟。
相位延迟表示信号中各个频率分量相对于输入信号的延迟量。
这种延迟可能在某些应用中具有重要意义，比如音频信号的处理。
滤波器对信号相位的影响在某些应用中需要特别关注，特别是在需要保持信号相位完整性的情况下。
一些滤波器设计方法可以减小相位延迟，以尽量保持信号的相位特性。
四、滤波器的选择和优化在选择滤波器类型和参数时，需要根据具体应用需求确定对信号幅度和相位的影响接受程度。
有时我们可能更关注信号幅度的保持，而在其他情况下更注重信号相位的保持。
滤波器的选择和优化是一个综合考虑各种因素的问题。
需要考虑信号频谱特征、滤波器类型、幅度响应、相位响应以及相位延迟等因素。
数字信号处理课程设计题目巴特沃斯高通数字滤波器老师陈忠泽老师学院电气工程学院班级电子信息工程081班学号20084470110姓名何依阳二0一一年五月目录：一、IIR数字高通滤波器的设计1、数字滤波器的概述2、数字滤波器的设计步骤3、设计方法4、IIR巴特沃斯数字高通滤波器的实例计算二、软件仿真工具及实现环境简介1、计算机辅助设计方法2、MATLAB直接设计IIR巴特沃斯数字高通滤波器三、滤波器结构对数字滤波器性能指标的影响分析1、IIR系统的基本网络结构（1）直接型（2）级联型（3）并联型四、有限字长运算在网络结构中对数字滤波器的影响1、运算量化效应对数字滤波器的影响2、参数的字长对数字滤波器性能指标的影响2.1、系数量化对数字滤波器的影响五、运用MATLAB的辅助工具FDATOOL画出系统函数图像六、设计心得IIR数字高通滤波器的设计一、IIR数字高通滤波器的设计1、数字滤波器的概述所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的数字器件或程序。
2、数字滤波器的设计步骤设计一个IIR数字滤波器主要包括下面5个步骤：（1）确定滤波器要求的规范指标。
（2）选择合适的滤波器系数的计算（如图一流程图所示）。
（3）用一个适当的结构来表示滤波器（实现结构）。
（4）有限字长效应对滤波器性能的影响分析。
（5）用软件或硬件来实现滤波器。
确定数字巴特沃斯高通滤波器指标推导出归一化模拟巴特沃斯低通滤波器指标计算出归一化模拟巴特沃斯低通滤波器去归一化推导出模拟巴特沃斯高通滤波器双线性变换推导出数字巴特沃斯高通滤波器图一流程图本次设计的IIR数字滤波器系数的计算是根据已知的模拟滤波器的特性转换到等价的数字滤波器。
本次设计用双线性变换法得到数字滤波器。
而且，双线性变换法得到的数字滤波器保留了模拟滤波器的幅度响应特性。
3、设计方法频率变换法设计思想：1、从归一化模拟低通原型出发，先在模拟域内经频率变换成为所需类型的模拟滤波器；然后进行双线性变换，由S 域变换到Z 域，而得到所需类型的数字滤波器。
滤波器设计中的滤波器系数与滤波器窗函数滤波器在信号处理中起到了至关重要的作用。
它可以去除波形中的噪声，滤除不需要的频率成分，使得信号更加清晰，有助于提高信号的质量。
在滤波器的设计中，滤波器系数以及滤波器窗函数是两个重要的概念。
一、滤波器系数滤波器系数是滤波器设计中的一个关键参数。
它决定了滤波器在频域上的特性，即滤波器的频率响应。
滤波器的频率响应可以分为低通、高通、带通和带阻四种类型。
不同的滤波器系数会导致不同类型的频率响应。
滤波器系数的选择取决于滤波器设计的要求。
例如，对于带通滤波器设计，需要确定通带和阻带的边界频率，并选择合适的系数使得信号在通带内通过滤波器，而在阻带内被滤除。
滤波器系数可以通过数学方法、模拟方法或者优化算法来确定，不同的方法有不同的效果和复杂度。
二、滤波器窗函数滤波器窗函数是一种数学函数，它在滤波器设计中起到了调整滤波器的频域特性的作用。
窗函数可以进一步优化滤波器的性能，使得滤波器的频率响应更加平滑，波纹更小。
常见的窗函数有矩形窗、汉明窗、海宁窗等。
不同的窗函数有不同的特性，可以根据设计需求选择合适的窗函数。
例如，矩形窗函数的主瓣宽度较宽，适用于需要快速滤波的场景，而汉明窗函数的主瓣宽度较窄，适用于需要更精确滤波的场景。
在滤波器设计中，首先选择合适的滤波器系数，然后再通过窗函数对其进行调整，得到最终的滤波器。
通过这种方式，可以满足设计的要求，获得理想的滤波效果。
三、滤波器系数与滤波器窗函数的关系滤波器系数和滤波器窗函数是紧密相关的。
在滤波器设计中，首先确定滤波器的类型和特性，选择合适的滤波器系数。
然后，通过选择合适的窗函数对滤波器系数进行加权，得到最终的滤波器。
滤波器系数决定了滤波器的频率响应，而窗函数则调整了频率响应的形状。
通过合理地选择滤波器系数和窗函数，可以得到满足设计要求的滤波器。
因此，在滤波器设计中，需要对滤波器系数和窗函数进行综合考虑，找到最优的设计方案。
四、总结滤波器设计中的滤波器系数和滤波器窗函数是两个重要的概念。
滤波器设计中的滤波器参数和滤波器系数的计算在信号处理中，滤波器的设计起着至关重要的作用。
滤波器可以帮助我们去除信号中的噪声，并突出所需的频率成分。
滤波器的设计通常涉及到计算滤波器参数和滤波器系数的过程。
本文将介绍滤波器设计中的滤波器参数和滤波器系数的计算方法。
一. 滤波器参数的计算在开始计算滤波器参数之前，我们首先需要确定滤波器的类型和规格。
常见的滤波器类型有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
每种滤波器类型都有其特定的参数，如截止频率、通带衰减、阻带衰减等。
1. 截止频率截止频率是指滤波器对信号进行截断的频率。
对于低通滤波器来说，截止频率是指滤波器能够传递的最高频率；对于高通滤波器来说，截止频率是指滤波器所能通过的最低频率。
带通滤波器和带阻滤波器则有两个截止频率。
截止频率的计算通常涉及到滤波器的阶数和滤波器类型。
具体的计算方法可参考相关的滤波器设计工具或算法。
2. 通带衰减和阻带衰减通带衰减是指滤波器在通带内对信号的衰减程度，通常以分贝（dB）为单位表示。
阻带衰减是指滤波器在阻带内对信号的抑制程度。
通带衰减和阻带衰减通常与滤波器的设计规格和要求有关。
一般来说，通带衰减越小，阻带衰减越大，滤波器的设计难度也就越大。
通过合理的滤波器设计算法，可以计算得到满足特定通带和阻带要求的滤波器参数。
二. 滤波器系数的计算滤波器系数是滤波器的输出值与输入值之间的系数关系。
根据滤波器的类型和设计方法的不同，滤波器系数的计算方式也各异。
下面介绍两种常见的滤波器系数计算方法：FIR滤波器和IIR滤波器。
1. FIR滤波器FIR（Finite Impulse Response）滤波器的特点是冲激响应为有限序列。
FIR滤波器系数的计算通常基于窗函数法、最小二乘法或均匀频率抽取法等。
窗函数法是一种常见的FIR滤波器设计方法。
它通过在频域上将理想滤波器与窗函数进行卷积，从而实现对滤波器系数的计算。
常见的窗函数包括矩形窗、汉宁窗、海明窗等。
fir滤波器阶数和系数的关系以fir滤波器阶数和系数的关系为标题，本文将介绍fir滤波器的基本概念，阶数与系数之间的关系以及阶数对滤波器性能的影响。
一、fir滤波器的基本概念fir滤波器（Finite Impulse Response Filter）是一种常见的数字滤波器，它的输出仅与输入的有限个历史样本有关。
与其他滤波器相比，fir滤波器具有以下特点：1. 线性相位：fir滤波器的频率响应在整个频率范围内具有相同的延迟，因此可以保持信号的相位关系。
2. 稳定性：fir滤波器对于任何有界的输入都能产生有界的输出，不会出现振荡或发散的情况。
3. 可实现性：fir滤波器的结构相对简单，容易实现，并且可以通过调整滤波器的系数来满足不同的滤波需求。
二、阶数与系数之间的关系fir滤波器的阶数是指滤波器的长度，它决定了滤波器对输入信号的影响程度。
阶数越高，滤波器的频率响应越陡峭，对信号的干扰越小，但计算复杂度也会增加。
fir滤波器的系数是根据滤波器的设计需求计算得出的，它们控制着滤波器的频率响应。
一般来说，fir滤波器的系数越多，滤波器的频率响应越精确，但也会增加计算复杂度。
fir滤波器的系数可以通过不同的设计方法得到，常见的设计方法有窗函数法、最小二乘法等。
这些方法可以根据滤波器的设计需求和性能要求选择合适的系数。
三、阶数对滤波器性能的影响fir滤波器的阶数对其性能有着重要的影响。
较低的阶数可以实现较低的计算复杂度，但会导致滤波器的频率响应较为平缓，滤波效果可能不够理想。
较高的阶数可以实现更陡峭的频率响应，可以更好地滤除不需要的频率成分，提高滤波器的性能。
但高阶滤波器也会增加计算复杂度，可能会导致实时性要求较高的应用无法满足。
在实际应用中，需要根据具体的滤波需求和系统性能要求来选择合适的阶数。
如果需要更高的滤波性能，可以适当增加阶数，但也需要考虑计算复杂度和实时性的平衡。
总结：本文介绍了fir滤波器的基本概念，阶数与系数之间的关系以及阶数对滤波器性能的影响。
