数字信号处理PPT课件

1 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

课程编号 15102308 适用专业 信息工程 总学时数 54 实验学时 0

课程类别 专业核心课 教 研 室 电子技术教研室 课程学分 3 上机学时 0

课程性质 必修课 编 写 人 梅斌 讲授学时 50 课外学时 0

开课学期 5 编写时间 2006.3 周学时数 3 习题课学时 4

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%。 2 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。

第三章 自适应数字滤波器

3.1 引言

滤波器的设计都是符合准则的最佳滤波器。

维纳滤波器参数固定，适用于平稳随机信号的最佳滤波；自适应滤波器参数可以自动地按照某种准则调整到最佳。

本章主要涉及自适应横向滤波器．．．．．、自适应格型滤波器．．．．．．．．、最小二乘自适应滤波器．．．．．．．．．．。

3.2 自适应横向滤波器

自适应．．．线性组合．．．．器．和自适应．．．．FIR．．．滤波器．．．是自适应信号．．．．．．处理的基础．．．．．。

3.2.1 自适应线性组合器和自适应FIR滤波器

自适应滤波器的矩阵表示式

滤波器输出：10Nmynwmxnm

n用j表示，自适应滤波器的矩阵形式为

TTjjjyXWWX

式中 1212,,,,,,,TTNNwwwxxxWX

误差信号表示为 TTjjjjjjjedyddXWWX

与维纳滤波相同，先考虑最小均方误差准则：

2222TTjjjjdxxxEeEdyEeRWWRW

2jEe称为性能函数．．．．，将其对每个权系数求微分，形成一个与权系数相同的列向量：

2221222,,,TjjjjxxdxNEeEeEewwwRWR

令梯度为零，可得最佳权系数

1*xxdxWRR

此时最小均方误差为： 22*minTjjdxEeEdWR

要求2minjEe和最佳权系数*W，先求自相关矩阵xxR和互相关矩阵dxR。

3.2.2 性能函数表示式及几何意义

3.2.3 最陡下降法

3.2.1给出了要求2minjEe和最佳权系数*W的理论求解方法，但实际很难应用。

工程上常采用牛顿法和最陡下降法搜索最佳值。

用最陡下降法搜索最佳权系数：

1jjjWW

其中是调整步长。该式表示下一个权矢量1jW等于现在的权矢量jW加上一个正比于负梯度的变化量。

《数字信号处理》教案

第一章：绪论

1.1 课程介绍

理解数字信号处理的基本概念

了解数字信号处理的发展历程

明确数字信号处理的应用领域

1.2 信号的概念与分类

定义信号、模拟信号和数字信号

掌握信号的分类和特点

理解信号的采样与量化过程

1.3 数字信号处理的基本算法

掌握离散傅里叶变换（DFT）

了解快速傅里叶变换（FFT）

学习Z变换及其应用

第二章：离散时间信号与系统

2.1 离散时间信号

理解离散时间信号的定义

熟悉离散时间信号的表示方法

掌握离散时间信号的运算

2.2 离散时间系统

定义离散时间系统及其特性

学习线性时不变（LTI）系统的性质 了解离散时间系统的响应

2.3 离散时间系统的性质

掌握系统的稳定性、因果性和线性

学习时域和频域特性分析方法

第三章：离散傅里叶变换

3.1 离散傅里叶变换（DFT）

推导DFT的数学表达式

理解DFT的性质和特点

熟悉DFT的应用领域

3.2 快速傅里叶变换（FFT）

介绍FFT的基本概念

掌握FFT的计算步骤

学习FFT的应用实例

3.3 离散傅里叶变换的局限性

探讨DFT在处理非周期信号时的局限性

了解基于DFT的信号处理方法

第四章：数字滤波器设计

4.1 滤波器的基本概念

理解滤波器的定义和分类

熟悉滤波器的特性指标

学习滤波器的设计方法

4.2 数字滤波器的设计方法 掌握常见数字滤波器的设计算法

学习IIR和FIR滤波器的区别与联系

了解自适应滤波器的设计方法

4.3 数字滤波器的应用

探讨数字滤波器在信号处理领域的应用

学习滤波器在通信、语音处理等领域的应用实例

第五章：数字信号处理实现

5.1 数字信号处理器（DSP）概述

了解DSP的定义和发展历程

熟悉DSP的特点和应用领域

5.2 常用DSP芯片介绍

学习TMS320系列DSP芯片的结构和性能

了解其他常用DSP芯片的特点和应用

5.3 DSP编程与实现

掌握DSP编程的基本方法

第 次课

摘 要

授课题目（章、节） 第1章 连续信号与连续系统

教学主要内容及重点难点：

本章主要复习及归纳《信号与系统》课程中连续信号和连续系统的相关知识。首先对信号从时域和频域两领域进行复习，然后复习线性时不变系统的时域和频域特性，最后讨论如何对连续时间信号进行数字化处理的方法。本章内容为第2、3、4章离散信号及系统的研究提供可供对比的思路。

内 容

1.1连续时间信号分析

1.1.1连续时间信号的时域分析

1．信号的分类

信号可从不同的角度来区分。

从时间上是否连续，信号可分为连续时间信号（模拟信号）、离散时间信号和数字信号,如图所示。

(a)连续时间信号 (b) 离散时间信号 (c) 数字信号

（1）连续时间信号是指在所讨论的时间内的任意时间点上都有定义的值，连续时间信号也称为模拟信号；

（2）离散时间信号是指在所讨论的时间内，只有某些不连续的时间点上有定义的值，在其他的时间点上无定义的信号；

（3）数字信号是指对离散信号的幅值进一步进行量化处理，得到时间离散、幅值也是离散的信号形式。

根据是否可以用明确的时间函数表示，可以将信号分为确定信号和随机信号。

（1）如果信号可以用确定的函数值表示，即任意时刻的函数值都是已知的，则称为确定信号；

（2）如果对于某一信号，不可能知道下一时刻的信号值，则称为随机信号。

（3）根据信号是否满足周期关系，可以将信号分为周期信号和非周期信号。

周期信号是指信号的出现满足一定的周期关系，在经历了时间T后还会重复出现的信号形式 kTtftf

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非周期信号即不满足上式的信号，即信号不可再重复出现。

根据信号是功率有限的还是能量有限的可以将信号分为功率信号和能量信号。

 如果信号的功率是有限的，则称为功率信号；

 如果信号的能量是有限的，则称为能量信号。

根据信号的出现时刻，可以将信号分为无时限信号、因果信号和时限信号。