《數(shù)字信號處理》課程教學(xué)大綱（本科）

1、數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing)課程編號：05410044學(xué)分：2.0學(xué) 時(shí)：32 （其中：課堂教學(xué)學(xué)時(shí)：32實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0上機(jī)學(xué)時(shí)：0課程實(shí) 踐學(xué)時(shí)0）先修課程：高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)與積分變換、信號與系統(tǒng)適用專業(yè)：生物醫(yī)學(xué)工程教 材：數(shù)字信號處理原理及實(shí)現(xiàn)，王艷芬，清華大學(xué)出版社，第3版，2017.1一、課程性質(zhì)與課程目標(biāo)（一）課程性質(zhì)“數(shù)字信號處理”生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)基礎(chǔ)課，它以高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)與積分變換、 信號與系統(tǒng)為基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握數(shù)字信號處理基本概念、基本理論 和基本分析方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對信號進(jìn)行頻譜分析與數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)。為學(xué)生畢業(yè)后從事

2、 生物醫(yī)學(xué)信號處理相關(guān)領(lǐng)域工作打下理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。本課程既培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解 決問題的能力，又能夠使學(xué)生具備一定的實(shí)踐能力。本課程通過理論推導(dǎo)與上機(jī)編程實(shí) 現(xiàn)數(shù)字信號的分析與處理，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。（二）課程目標(biāo)“數(shù)字信號處理”課程主要介紹離散時(shí)間信號與系統(tǒng)的時(shí)域分析，離散時(shí)間信號與 系統(tǒng)的頻域分析、z域分析，重點(diǎn)介紹離散傅里葉變換、快速傅里葉變換、無限沖激響 應(yīng)數(shù)字濾波器、有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。課程目標(biāo) 包括知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)，具體如下：課程目標(biāo)1：掌握數(shù)字信號處理基本概念和處理的實(shí)質(zhì)；掌握離散時(shí)間信號與系統(tǒng) 的時(shí)域分析方法，線性卷積計(jì)算

3、；掌握序列傅里葉變換（DTFT）定義及性質(zhì)；理解序 列Z變換定義、性質(zhì)；系統(tǒng)函數(shù)定義、計(jì)算；系統(tǒng)頻率響應(yīng)物理意義；掌握離散傅里葉 變換（DFT）定義、基本性質(zhì)；掌握按時(shí)間抽取與按頻率抽取基2-FFT算法思路及特點(diǎn);課程目標(biāo)2：掌握數(shù)字濾波器概念及設(shè)計(jì)思想，掌握利用脈沖響應(yīng)不變法和雙線性 變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器；掌握線性相位濾波器設(shè)計(jì)原理，掌握窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù) 字濾波器方法與原理；掌握HR數(shù)字濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器線性相位結(jié)構(gòu)；課程目標(biāo)3：能夠?qū)π盘栠M(jìn)行頻譜分析，做出信號幅度譜與相位譜；課程目標(biāo)4：能夠根據(jù)給定技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)HR或FIR數(shù)字濾波器；課程目標(biāo)5：能夠采集信號、分析

4、信號、合成信號、對信號進(jìn)行傳輸處理，對含有 噪聲的信號進(jìn)行頻譜分析，設(shè)計(jì)數(shù)字濾波，實(shí)現(xiàn)噪聲去除。（三）課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系本課程支持的專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中的畢業(yè)要求1、2、3、4、5、7、8和9。.畢業(yè)要求1.具備從事生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)工作所需的數(shù)理科學(xué)、自然科學(xué)與經(jīng)濟(jì) 管理知識(shí)，具有應(yīng)用這些知識(shí)進(jìn)行思維、感知、分析和推理的能力。.畢業(yè)要求2.通過對生命科學(xué)基本原理和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，結(jié)合自然科學(xué)與 工程科學(xué)知識(shí)，具有分析與解決生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。.畢業(yè)要求3.具備較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)，能夠綜合考慮社會(huì)、法律、平安、健康、文 化及環(huán)境等因素，進(jìn)行專業(yè)相關(guān)設(shè)計(jì)與開發(fā)。.畢業(yè)

5、要求4.掌握電子、計(jì)算機(jī)和信息處理等專業(yè)基本知識(shí)，通過生物醫(yī)學(xué)信號 的獲取，具備對其進(jìn)行分析、處理、模擬和識(shí)別的能力。.畢業(yè)要求5.能夠熟練掌握并應(yīng)用各種電子儀器與設(shè)備，具備對醫(yī)學(xué)電子設(shè)備進(jìn) 行分析、研發(fā)和使用維護(hù)的能力。.畢業(yè)要求7.具有人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感，能夠嚴(yán)守職業(yè)道德，具有較 強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)合作能力和責(zé)任心。.畢業(yè)要求8.具備一定的國際視野和國際交流能力，能夠就專業(yè)領(lǐng)域問題與同行 及公眾進(jìn)行合理的溝通與交流。.畢業(yè)要求9.具有自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，樹立終身學(xué)習(xí)的決心，可以通過各種現(xiàn)代化的工具與手段，不斷學(xué)習(xí)，以提高自身適應(yīng)社會(huì)的能力。課程目標(biāo) 畢業(yè)要求指標(biāo)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課

6、程目標(biāo)4課程目標(biāo)5畢業(yè)要求1MMMMM畢業(yè)要求2MMMMM畢業(yè)要求3MMMM畢業(yè)要求4MMMMM畢業(yè)要求5HHHHH畢業(yè)要求7LLLLL畢業(yè)要求8M畢業(yè)要求9H注：課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對接的單元格中可輸入“，也可標(biāo)注“H、M、L”。二、課程內(nèi)容及教學(xué)要求緒論（一）教學(xué)內(nèi)容.信號、系統(tǒng)與信號處理的基本概念。.數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成、特點(diǎn)。.數(shù)字信號處理的基本學(xué)科分支、應(yīng)用領(lǐng)域。（二）教學(xué)要求. 了解本課程的性質(zhì)、研究對象與基本任務(wù)。.理解數(shù)字信號處理的基本概念和處理的實(shí)質(zhì)；.掌握數(shù)字信號處理系統(tǒng)基本組成。. 了解數(shù)字信號處理特點(diǎn)、學(xué)科分支及應(yīng)用領(lǐng)域。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)

7、的基本組成。.難點(diǎn)前置預(yù)濾波器與后置濾波器的作用。第1章 離散時(shí)間信號與系統(tǒng)的時(shí)域分析（一）教學(xué)內(nèi)容.序列定義及基本運(yùn)算、單位脈沖序列、離散時(shí)間序列的分解。.線性時(shí)不變系統(tǒng)的判定、因果、穩(wěn)定性的判定；線性卷積的計(jì)算。.離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域求解。.模擬信號處理方法，時(shí)域采樣與恢復(fù)。（二）教學(xué)要求.掌握序列的基本運(yùn)算、單位脈沖序列、離散時(shí)間序列分解。.掌握線性時(shí)不變系統(tǒng)的判定、因果、穩(wěn)定性的判定。.理解離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域求解、掌握線性卷積的計(jì)算。.理解模擬信號的處理方法，時(shí)域采樣與恢復(fù)。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)單位脈沖序列定義、任意序列的單位脈沖序列表示；線性卷積和的計(jì)算。.難點(diǎn)線性卷積和的計(jì)算。第2

8、章 離散時(shí)間信號與系統(tǒng)的頻域分析（一）教學(xué)內(nèi)容.序列傅里葉變換定義、常用序列傅里葉變換、傅里葉變換性質(zhì)。.序列z變換定義、性質(zhì)、z反變換。.系統(tǒng)函數(shù)定義、頻率響應(yīng)、IIR系統(tǒng)和FIR系統(tǒng)。（二）教學(xué)要求.理解序列傅里葉變換定義、掌握常用序列的傅里葉變換、傅里葉變換的性質(zhì)。.掌握序列z變換定義、性質(zhì)、z反變換。.掌握系統(tǒng)函數(shù)求解。.掌握系統(tǒng)頻率響應(yīng)求解，并作出幅頻響應(yīng)與相頻響應(yīng)圖。. 了解HR系統(tǒng)和FIR系統(tǒng)。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)傅里葉變換性質(zhì)；序列z變換性質(zhì)、系統(tǒng)函數(shù)；系統(tǒng)頻率響應(yīng)求解并作圖。.難點(diǎn)系統(tǒng)頻率響應(yīng)求解并作圖。第3章離散傅里葉變換（一）教學(xué)內(nèi)容.傅里葉變換的幾種形式。.離散傅里葉

9、級數(shù)（DFS）定義及性質(zhì)。.離散傅里葉變換（DFT）的定義及性質(zhì)。.頻率采樣理論。.用DFT計(jì)算線性卷積。.用DFT進(jìn)行頻譜分析。（二）教學(xué)要求. 了解傅里葉變換的幾種形式。.理解離散傅里葉級數(shù)（DFS）定義及性質(zhì)。.掌握離散傅里葉變換（DFT）的定義及性質(zhì)。. 了解頻率采樣理論，了解頻域采樣與頻域恢復(fù)，頻域內(nèi)插公式。.掌握用DFT計(jì)算線性卷積。.掌握用DFT進(jìn)行頻譜分析，用DFT進(jìn)行譜分析時(shí)參數(shù)選取。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)離散傅里葉變換（DFT）的定義及性質(zhì)，用DFT進(jìn)行信號的頻譜分析。.難點(diǎn)DFT變換求解，參數(shù)確定。第4章快速傅里葉變換（-）教學(xué)內(nèi)容.直接計(jì)算DFT的問題及改進(jìn)的途徑。.按

10、時(shí)間抽?。―IT）的基2-FFT算法。.按頻率抽取（DIF）的基2-FFT算法。.實(shí)序列的FFT算法。.序列快速傅里葉變換的Matlab實(shí)現(xiàn)。（二）教學(xué)要求. 了解直接計(jì)算DFT的問題及改進(jìn)的途徑。.掌握按時(shí)間抽取（DIT）的基2-FFT算法。.掌握按頻率抽?。―IF）的基2-FFT算法。. 了解實(shí)序列的FFT算法。.掌握序列快速傅里葉變換的Matlab實(shí)現(xiàn)。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)按時(shí)間抽?。―IT）的基2-FFT算法原理與實(shí)現(xiàn)；按頻率抽?。―IF）的基2-FFT 算法原理與實(shí)現(xiàn)。.難點(diǎn)蝶型運(yùn)算、FFT算法流圖、FFT的編程實(shí)現(xiàn)。第5章IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)（一）教學(xué)內(nèi)容.數(shù)字濾波器的基本概念

11、。.模擬濾波器的設(shè)計(jì)。.脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)HR數(shù)字濾波器。.雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器。. IIR數(shù)字濾波器的頻率變換及Matlab實(shí)現(xiàn)。（二）教學(xué)要求了解數(shù)字濾波器的基本概念、數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)、設(shè)計(jì)方法。了解模擬濾波器的設(shè)計(jì)、巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器的特性。掌握脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)HR數(shù)字濾波器原理及方法。掌握雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器原理及方法。了解HR數(shù)字濾波器的頻率變換，掌握數(shù)字濾波器的Matlab實(shí)現(xiàn)。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器原理及方法。.難點(diǎn)雙線性變換法中s平面與z平面映射關(guān)系，雙線性變換法中頻率失真和預(yù)畸變。第6章

12、FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)（一）教學(xué)內(nèi)容.線性相位FIR數(shù)字濾波器的特點(diǎn)。.窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器。.頻率采樣法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器。. FIR和IIR數(shù)字濾波器的比擬。（二）教學(xué)要求了解線性相位FIR數(shù)字濾波器特點(diǎn)。掌握線性相位FIR濾波器時(shí)域約束條件，線性相位推導(dǎo)。掌握窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器。了解頻率采樣法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器，過渡帶采樣的最優(yōu)設(shè)計(jì)。了解FIR和HR數(shù)字濾波器的比擬，各自優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)場合。 （三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)線性相位FIR濾波器線性相位推導(dǎo)；窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器。.難點(diǎn)FIR濾波器線性相位的推導(dǎo)。第7章數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)（一）教學(xué)內(nèi)容基本結(jié)構(gòu)單元。IIR濾波

13、器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：直接型、級聯(lián)型、并聯(lián)型。FIR濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：直接型、級聯(lián)型、并聯(lián)型，線性相位結(jié)構(gòu)。 （二）教學(xué)要求.掌握基本結(jié)構(gòu)單元。.掌握IIR濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：直接型、級聯(lián)型、并聯(lián)型。. 了解FIR濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：直接型、級聯(lián)型、并聯(lián)型，掌握線性相 位結(jié)構(gòu)。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)IIR濾波器基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：直接型、級聯(lián)型、并聯(lián)型。FIR濾波器線性相位結(jié)構(gòu)。.難點(diǎn)線性相位FIR濾波器結(jié)構(gòu)。三、學(xué)時(shí)分配及教學(xué)方法章教學(xué)形式及學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)方 法支撐的課 程目標(biāo)課堂 教學(xué)實(shí)驗(yàn)上 機(jī)課程 實(shí)踐小 計(jì)緒論11講授、案例、 自學(xué)課程目標(biāo)1、5第1章離散時(shí)間信號與 系統(tǒng)的時(shí)域分析33

14、講授、案例、 自學(xué)課程目標(biāo)1、5第2章離散時(shí)間信號與 系統(tǒng)的頻域分析55講授、案例、 自學(xué)課程目標(biāo)1、3、5第3章離散傅里葉變換66講授、案例、 自學(xué)課程目標(biāo)1、3、5第4章快速傅里葉變換44講授、案例、 自學(xué)課程目標(biāo)1、3、5第5章HR數(shù)字濾波器 的設(shè)計(jì)66講授、案例、 自學(xué)課程目標(biāo)1、4、5第6章FIR數(shù)字濾波器 的設(shè)計(jì)55講授、案例、 比照自學(xué)課程目標(biāo)1、4、5第7章數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)22講授、案例、 自學(xué)課程目標(biāo)1、4、5合計(jì)3232四、課程考核（-）考核方式課程考核方式包括期末考試、平時(shí)及作業(yè)情況考核。考核形式考核要求考核權(quán) 重備注平時(shí)作業(yè)和階 段測試.每章完成24個(gè)習(xí)題，主要考核學(xué)生 對每節(jié)課知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)、理解和掌握度。.以隨機(jī)的形式，在每章內(nèi)容進(jìn)行中或20%根據(jù)平時(shí)作業(yè)得 分取平均值或結(jié) 合平時(shí)測試情況結(jié)束后，隨堂測試13題，主要考核學(xué) 生課堂的聽課效果和課后及時(shí)復(fù)習(xí)消 化本章知識(shí)的能力。3.學(xué)生查閱資料，了解本課程相關(guān)技術(shù) 開展情況。計(jì)算三類成績平均成績，再按20% 計(jì)入總成績。期末考試試卷題型包括填空題、分析計(jì)算題 和簡答題3大類，以卷面成績的80%計(jì) 入課程總成績。其中考核數(shù)字信號處理 基礎(chǔ)知識(shí)的題目占90%；考核數(shù)字信號 處理綜合分析應(yīng)用的題目占10%。80%期末考試采用閉 卷筆試。五、參考書目及學(xué)習(xí)資料.數(shù)字信號處理