2022年《數(shù)字信號處理》教案

1、數(shù)字信號處理教學(xué)大綱課程類型：專業(yè)課 總 學(xué) 時：通信工程專業(yè) 70；信息工程專業(yè) 64 講課學(xué)時：通信工程專業(yè) 60；信息工程專業(yè) 54 實踐學(xué)時：通信工程專業(yè) 10；信息工程專業(yè) 10 一、課程的目的與任務(wù)本課程講授數(shù)字信號處理的基本理論和基本分析方法,并且進行理論與算法的實踐；要求學(xué)生把握離散時間信號與系統(tǒng)的基本理論,把握離散時間系統(tǒng)的時域分析與 Z 變換及離散傅立葉變換和快速傅里葉變換的理論運算法；把握IIR 和 FIR 數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)、理論和設(shè)計方法,為同學(xué)畢業(yè)后從事數(shù)字技術(shù)及其工程應(yīng)用供應(yīng)必要的訓(xùn)練；二、課程有關(guān)說明數(shù)字信號處理是通信工程專業(yè)和信息工程專業(yè)的專業(yè)課,課程的內(nèi)容包括

2、：線性時不變 離散時間系統(tǒng)的基礎(chǔ)學(xué)問、數(shù)學(xué)模型（差分方程）及其求解,Z 變換,離散傅立葉變換（DFT）理論及應(yīng)用,快速傅立葉變換（FFT）,無限長單位脈沖響應(yīng)（IIR ）數(shù)字濾波器設(shè)計,有限長單 位脈沖響應(yīng)（ FIR）數(shù)字濾波器設(shè)計等內(nèi)容；除了理論教學(xué)外,仍配有肯定數(shù)量的上機試驗；數(shù)字信號處理在理論上所涉及的范疇及其廣泛；高等數(shù)學(xué)、隨機過程、復(fù)變函數(shù)等都是其數(shù) 學(xué)基本工具；電路理論、信號與系統(tǒng)等是其理論基礎(chǔ)；其算法及實現(xiàn)（硬件和軟件）與運算機學(xué)科和微電子技術(shù)密不行分；同學(xué)應(yīng)當(dāng)仔細學(xué)習(xí)以上的學(xué)問,更好地把握數(shù)字信號處理的基本理論、算法和實現(xiàn)技能；主要教學(xué)方式：老師主講,答疑、課堂爭論為輔,并結(jié)合

3、試驗教學(xué)；考核評分方式：閉卷考試三、教學(xué)內(nèi)容緒論（2 學(xué)時）本章應(yīng)把握：數(shù)字信號處理的基本概念；熟識：數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成；明白：數(shù)字信號處理的學(xué)科概貌、學(xué)科特點、實際應(yīng)用、進展方向和實現(xiàn)方法；第一章時域離散信號和時域離散系統(tǒng)（4 學(xué)時）第一節(jié) 時域離散信號本節(jié)應(yīng)把握：序列的運算,即移位、翻褶、和、積、累加、差分、時間尺度變換、卷積和等；序列的周期性；熟識：幾種常用序列,即單位抽樣序列、單位階躍序列、矩形序列、實指數(shù)序列、復(fù)指數(shù)序列、正弦序列；明白：用單位抽樣序列來表示任意序列；其次節(jié) 時域離散系統(tǒng)本節(jié)應(yīng)把握：線性系統(tǒng)、移不變系統(tǒng)、因果系統(tǒng)和穩(wěn)固系統(tǒng)的判定方法；線性移不變系統(tǒng) 的時域表征

4、；線性移不變系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)固性的表征；熟識：線性系統(tǒng)、移不變系統(tǒng)、因果系統(tǒng)和穩(wěn)固系統(tǒng)的基本概念；明白：線性系統(tǒng)、移不變系統(tǒng)、因果系統(tǒng)和穩(wěn)固系統(tǒng)的性質(zhì)；線性卷積的交換律、結(jié) 合律和安排律；第三節(jié) 時域離散系統(tǒng)的輸入輸出描述法線性常系數(shù)差分方程本節(jié)應(yīng)把握： N階線性常系數(shù)差分方程的表征；熟識：線性常系數(shù)差分方程的描述；明白：線性常系數(shù)差分方程的遞推求解法；第四節(jié) 模擬信號數(shù)字處理方法本節(jié)應(yīng)把握：采樣定理；采樣信號的頻譜特點；采樣復(fù)原；無失真復(fù)原的條件；熟識：連續(xù)時間信號的抱負(fù)抽樣；采樣信號的頻譜表述；信號；明白：連續(xù)時間信號的實際抽樣；A/D 變換器和 D/A 變換器；將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬其次章

5、 離散信號和系統(tǒng)的頻域分析（6 學(xué)時）第一節(jié) 序列的傅立葉變換的定義及性質(zhì)本節(jié)應(yīng)把握：序列的傅立葉變換的定義表達式；通過傅立葉變換的定義運算序列的 FT；熟識：序列的傅立葉變換的定義；序列傅立葉變換的主要性質(zhì)；明白：序列傅立葉變換的對稱性；其次節(jié) 周期序列的離散傅立葉級數(shù)及傅立葉變換表示式本節(jié)應(yīng)把握：周期序列的離散傅立葉級數(shù)的特點；熟識：周期序列的離散傅立葉級數(shù)的定義；周期序列的傅立葉變換的定義；明白：周期序列的離散傅立葉級數(shù)的幅度特性；基本序列的離散傅立葉變換；基本序列的離散傅立葉變換的運算；第三節(jié) 時域離散信號的傅立葉變換與模擬信號傅立葉變換之間的關(guān)系本節(jié)應(yīng)把握： 模擬角頻率和數(shù)字角頻率之

6、間的關(guān)系；傅立葉變換之間的關(guān)系；時域離散信號的傅立葉變換與模擬信號熟識：模擬信號和數(shù)字信號的傅立葉變換公式；明白：模擬信號和數(shù)字信號的傅立葉變換之間的關(guān)系式；本節(jié)應(yīng)把握：通過第四節(jié)序列的 Z 變換z 變換；Z 變換的定義運算序列的Z 變換及收斂域；部分分式綻開法的逆利用 Z 變換解差分方程的零輸入解和零狀態(tài)解；熟識： Z 變換的定義； Z 變換的收斂域；Z 變換的性質(zhì)及定理；明白：用留數(shù)定理求逆z 變換；冪級數(shù)法的逆z 變換；利用 Z 變換解差分方程的穩(wěn)態(tài)解和瞬態(tài)解；第五節(jié) 利用 Z 變換分析信號和系統(tǒng)的頻域特性本節(jié)應(yīng)把握： 傳輸函數(shù)與傳遞函數(shù)的表達式及相互關(guān)系；因果性和穩(wěn)固性；因果穩(wěn)固系統(tǒng)的

7、極點分布；熟識：因果系統(tǒng)和穩(wěn)固系統(tǒng)的極點分布；明白：頻響的幾何表示法；用系統(tǒng)函數(shù)的極點分布分析系統(tǒng)的第三章 離散傅立葉變換（ DFT）（12 學(xué)時）第一節(jié) 離散傅立葉變換的定義本節(jié)應(yīng)把握：利用離散傅立葉變換的定義運算序列的 DFT；熟識：離散傅立葉變換的定義；明白： DFT的隱含周期性；DFT和 z 變換的關(guān)系；其次節(jié) 離散傅立葉變換的基本性質(zhì)本節(jié)應(yīng)把握：序列的循環(huán)移位；循環(huán)卷積的運算；熟識：離散傅立葉變換的性質(zhì)；明白： DFT的共軛對稱性；復(fù)共軛序列的 DFT；第三節(jié) 頻率域采樣本節(jié)應(yīng)把握：頻域采樣定理中無混迭的條件；熟識：頻域采樣定理；明白：頻率域采樣的內(nèi)插公式和內(nèi)插函數(shù)；第四節(jié) DFT

8、的應(yīng)用舉例本節(jié)應(yīng)把握：用 DFT運算線性卷積；利用線性卷積運算循環(huán)卷積；對實信號進行譜分析的計算；熟識：線性卷積與序列長度的關(guān)系；譜辨論率的概念；明白：利用 DFT對信號進行譜分析；譜泄漏和譜間干擾；第四章 快速傅立葉變換（ FFT） （6 學(xué)時）第一節(jié) 基 2FFT 算法本節(jié)應(yīng)把握：時域抽取法基 2FFT基本原理；時域抽取法基 2FFT的蝶形運算符號；8 點時域抽取法基 2FFT的運算流圖； 序列的倒序運算； 頻域抽取法基 2FFT 基本原理； 頻域抽取法基 2FFT的蝶形運算符號；8 點頻域抽取法基 2FFT的運算流圖；熟識：直接運算 DFT的運算量及削減運算量的根本途徑；時域抽取法基 2

9、FFT的推導(dǎo)過程；時域抽取法基 2FFT與直接運算 DFT運算量比較；原位運算的概念；序列的倒序；頻域抽取法基 2FFT的推導(dǎo)過程；明白：旋轉(zhuǎn)因子的變化規(guī)律；IDFT 的高效算法； IDFT 的運算流圖；第五章時域離散系統(tǒng)的基本網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與狀態(tài)變量分析法（6 學(xué)時）第一節(jié)用信號流圖表示網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)本節(jié)應(yīng)把握：三種基本運算的流圖表示；熟識：基本信號流圖；明白：由信號流圖求系統(tǒng)函數(shù)；本節(jié)應(yīng)把握： IIR其次節(jié)無限長脈沖響應(yīng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)IIR網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)的直接型結(jié)構(gòu)畫法；IIR網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)型結(jié)構(gòu)畫法；結(jié)構(gòu)畫法；熟識： IIR網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)函數(shù)和差分方程；IIR 網(wǎng)絡(luò)的單位脈沖響應(yīng)的特點；IIR網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點

10、；明白： IIR 網(wǎng)絡(luò)的直接型、級聯(lián)型和并聯(lián)型結(jié)構(gòu)各自的特點（優(yōu)、缺點）；第三節(jié) 有限長脈沖響應(yīng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本節(jié)應(yīng)把握： FIR 網(wǎng)絡(luò)的直接型結(jié)構(gòu)畫法；FIR 網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)型結(jié)構(gòu)畫法；熟識： FIR 網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)函數(shù)和差分方程；FIR 網(wǎng)絡(luò)的單位脈沖響應(yīng)的特點；FIR 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點；明白： FIR 網(wǎng)絡(luò)的頻率采樣結(jié)構(gòu)；特點（優(yōu)、缺點） ；FIR 網(wǎng)絡(luò)的直接型、級聯(lián)型和頻率采樣結(jié)構(gòu)各自的第六章無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計（10 學(xué)時）第一節(jié)數(shù)字濾波器的基本概念本節(jié)應(yīng)把握：抱負(fù)低通、高通、帶通、帶阻濾波器幅度特性曲線；熟識：數(shù)字濾波器的分類；抱負(fù)低通、高通、帶通、帶阻濾波器幅度特性；3dB 截止頻率

11、的概念；邊界頻率的概念；明白：數(shù)字濾波器的技術(shù)要求；其次節(jié) 模擬濾波器的設(shè)計本節(jié)應(yīng)把握：模擬低通濾波器的幅度特性圖；熟識：抱負(fù)低通、高通、帶通、帶阻濾波器幅度特性；模擬低通濾波器的幅度特性；明白：模擬低通濾波器的設(shè)計指標(biāo)；低通巴特沃斯濾波器的設(shè)計步驟；模擬濾波器的 頻率轉(zhuǎn)換；第三節(jié)用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計IIR 數(shù)字低通濾波器本節(jié)應(yīng)把握：從模擬濾波器轉(zhuǎn)換到數(shù)字濾波器時,響應(yīng)不變法設(shè)計IIR 數(shù)字低通濾波器的步驟；s 平面和 z 平面之間的映射關(guān)系；用脈沖熟識：脈沖響應(yīng)不變法的基本原理；從模擬濾波器轉(zhuǎn)換到數(shù)字濾波器時,s 平面和 z平面之間的映射關(guān)系；脈沖響應(yīng)不變法的頻率混迭現(xiàn)象；明白：該方法的優(yōu)、

12、缺點；第四節(jié) 用雙線性變換法設(shè)計 IIR 數(shù)字低通濾波器本節(jié)應(yīng)把握：雙線性變換法的映射關(guān)系；用雙線性變換法設(shè)計 IIR 數(shù)字低通濾波器的步驟；熟識：雙線性變換法的基本原理；雙線性變換法的映射關(guān)系；雙線性變換法的頻率變換關(guān)系；明白：該方法的優(yōu)、缺點；第五節(jié) 數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計本節(jié)應(yīng)明白：設(shè)計步驟；第七章 有限長脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計（12 學(xué)時）第一節(jié) 線性相位 FIR 數(shù)字濾波器的條件和特點本節(jié)應(yīng)把握：線性相位的條件；奇、偶對稱的單位脈沖響應(yīng)的對稱中心；線性相位 FIR 濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；熟識：線性相位的條件；線性相位 明白：線性相位條件的證明；線性相位FIR 濾波器零點分布特點

13、；FIR 濾波器的幅度特性；其次節(jié)利用窗函數(shù)法設(shè)計FIR 濾波器本節(jié)應(yīng)把握：窗函數(shù)法設(shè)計 FIR 濾波器的步驟；熟識：窗函數(shù)法設(shè)計FIR 濾波器的原理；吉布斯效應(yīng)；各種窗的特點；明白：矩形窗對抱負(fù)低通幅度特性的影響；第三節(jié)利用頻率采樣法設(shè)計FIR 濾波器FIR 濾波器的條件；本節(jié)應(yīng)把握：頻率采樣法設(shè)計FIR 濾波器的步驟；熟識：頻率采樣法設(shè)計FIR 濾波器的原理；頻率采樣法設(shè)計明白：頻率采樣法設(shè)計FIR 濾波器的優(yōu)點；頻率采樣法設(shè)計FIR 濾波器的改進措施；第五節(jié)IIR 和 FIR 數(shù)字濾波器的比較本節(jié)應(yīng)把握： IIR 和 FIR 數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)的極點位置；熟識： IIR 和 FIR 數(shù)字

14、濾波器結(jié)構(gòu)的各自特點；明白： IIR 和 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計差別；第八章其他類型的數(shù)字濾波器（2 學(xué)時）第一節(jié) 幾種特別的濾波器本節(jié)應(yīng)把握：全通濾波器、梳狀濾波器的幅度特性；熟識：全通濾波器、梳狀濾波器、最小相位系統(tǒng)的概念；明白：全通濾波器、梳狀濾波器、最小相位系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)及零極點的特點；以上是通信工程專業(yè)的60 課時的支配,對于信息工程專業(yè),第四章為5 學(xué)時,第五章為5學(xué)時,第六章為9 學(xué)時,共 56 課時；四、實踐教學(xué)要求試驗項目的設(shè)置及學(xué)時安排試驗（上機）學(xué)時10 試驗要求應(yīng)開試驗項目數(shù)試驗類型5 備注序號試驗項目名稱學(xué)時安排1 低通采樣定理試驗必做2 驗證性2 FFT 頻譜分析試驗必做2 驗證性3 IIR 濾波器設(shè)計試驗必做2 設(shè)計性4 窗函數(shù)法 FIR 濾波器設(shè)計試驗必做2 設(shè)計性5 頻率采樣法FIR 濾波器設(shè)計試驗必做2 設(shè)計性五、建議使用教材及參考書目教材：數(shù)字信號處理（其次版）,丁玉美高西全編著,西安電子科技高校出版社,2022 年；參考書： 1、數(shù)字信號處理教程（其次版）,程佩青 編著,清華高校出版社,2022 年；2、離散時間信號處理（其次版）