《嵌入式數(shù)字信號處理》課程教學大綱

《數(shù)字信號處理》教學大綱一、課程基本信息二、教學目標中文名稱數(shù)字信號處理英文名稱DigitalSignalProcessing適用專業(yè)計算機科學與技術先修課程高等數(shù)學、信號與系統(tǒng)課程類別專業(yè)基礎課修讀性質必修學分/學時3學分/51學時考核方式考試《數(shù)字信號處理》是計算機科學與技術專業(yè)（嵌入式方向）的專業(yè)課程，主要講授數(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。要求學生掌握離散時間信號與系統(tǒng)的基本理論，掌握離散時間系統(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計算法；掌握HR和FIR數(shù)字濾波器的結構、理論和設計方法，為學生畢業(yè)后從事嵌入式技術及其工程應用提供必要的訓練。三'教學內(nèi)容及基本要求緒論（2學時）（一）教學目標.掌握數(shù)字信號處理的基本概念。.熟悉數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成.了解數(shù)字信號處理的學科概貌、學科特點、實際應用和開展方向（二）重點、難點數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成（三）教學內(nèi)容.信號、系統(tǒng)和信號處理.數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成.數(shù)字信號處理系統(tǒng)的學科特點.數(shù)字信號處理系統(tǒng)的學科應用.數(shù)字信號處理系統(tǒng)的開展方向第一章離散時間信號與系統(tǒng)（6學時）（一）教學目標.掌握兒種常用序列和序列的基本運算.掌握線性系統(tǒng)、移不變系統(tǒng)、因果系統(tǒng)和穩(wěn)定系統(tǒng)的判斷方法.熟悉線性常系數(shù)差分方程的描述.掌握抽樣定理，抽樣信號的頻譜特點，抽樣恢復，無失真恢復的條件.理解連續(xù)時間信號的理想抽樣，抽樣信號的頻譜表述（二）重點、難點線性移不變系統(tǒng)，采樣定理（三）教學內(nèi)容.離散時間信號一一序列（1）序列的運算（2）幾種常用序列（3）序列的周期性（4）用單位抽樣序列表示任意序列.線性移不變系統(tǒng)（1）線性系統(tǒng)（2）移不變系統(tǒng)（3）單位抽樣響應與卷積和（4）線性移不變系統(tǒng)的性質（5）因果系統(tǒng)（6）穩(wěn)定系統(tǒng).常系數(shù)線性差分方程.連續(xù)時間信號的抽樣（1）理想抽樣的抽樣定理（2）信號的恢復（3）實際抽樣第二章Z變換與離散時間傅里葉變換（DTFT）（10學時）（一）教學目標.掌握Z變換和傅里葉變換的定義表達式，Z反變換的求解.理解序列的Z變換和連續(xù)信號的拉普拉斯、傅里葉變換的關系.熟悉Z變換和傅里葉變換的主要性質（二）重點、難點Z變換的收斂域（三）教學內(nèi)容.引言.Z變換的定義和收斂域（1）Z變換的定義Z變換的收斂域.Z反變換（1）局部分式展開法（2）基級數(shù)展開法.Z變換的基本性質和定理.序列的Z變換和連續(xù)信號的拉普拉斯、傅里葉變換的關系.離散時間傅里葉變換.序列傅里葉變換的主要性質.周期性序列的傅里葉變換.傅里葉變換的一些對稱性質.離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)和頻率響應第三章離散傅里葉變換（DFT）（8學時）（一）教學目標.掌握利用離散傅立葉變換的定義計算序列的DFT.理解DFT的隱含周期性.掌握循環(huán)卷積的運算.了解DFT的共甄對稱性.理解頻域抽樣定理（二）重點、難點DFT的隱含周期性，循環(huán)卷積的運算，頻域抽樣定理（三）教學內(nèi)容.引言.傅里葉變換的幾種形式.周期序列的離散傅里葉級數(shù).離散傅里葉級數(shù)的性質.離散傅里葉變換.離散傅里葉變換的性質（1）序列的圓周移位（2）圓周共初對稱性（1）連續(xù)時間、連續(xù)頻率一一傅里葉變換/南用n-l?夕，0、夕羊口才rpn倒■里口|雙雙（3）離散時間、連續(xù)頻率一一序列的傅里葉變換（4）離散時間、離散頻率一一離散傅里葉變換（3）圓周卷積和.頻域抽樣理論.利用DFT計算模擬信號的傅里葉變換對（1）利用DFT對非周期連續(xù)時間信號傅里葉變換對的逼近（2）利用DFT計算連續(xù)時間信號時可能出現(xiàn)的幾個問題第四章快速傅里葉變換（4學時）（一）教學目標.掌握時域抽取法基-2FFT基本原理，時域抽取法基-2FFT的蝶形運算符號.掌握頻域抽取法基-2FFT基本原理，頻域抽取法基-2FFT的蝶形運算符號.熟悉直接計算DFT的計算量及減少運算量的根本途徑，序列的倒序（二）重點、難點時域抽取法基-2FFT算法，頻域抽取法基-2FFT算法（三）教學內(nèi)容.引言.直接計算DFT的問題及改進的途徑.按時間抽選的基-2FFT算法（1）算法原理（2）運算量（3）按時間抽選的FFT算法的特點.按頻率抽選的基-2FFT算法（1）算法原理（2）原位運算（3）蝶形運算兩節(jié)點間的距離（4）按頻率抽選法與按時間抽選法的異同.離散傅里葉反變換的快速計算方法第五章數(shù)字濾波器的基本結構（4學時）（一）教學目標.掌握數(shù)字濾波器的流圖表示法.熟悉IIR數(shù)字濾波器的幾種基本結構.熟悉FIR數(shù)字濾波器的幾種基本結構（二）重點、難點直接型HR濾波器，線性相位FIR濾波器（三）教學內(nèi)容數(shù)字濾波器結構的表示方法IIR數(shù)字濾波器的基本結構（1）直接I型結構（2）直接n型結構（3）級聯(lián)型結構（4）并聯(lián)型結構FIR數(shù)字濾波器的基本結構（I）橫截型結構（2）級聯(lián)型結構（3）頻率抽樣型結構（4）快速卷積結構（5）線性相位FIR濾波器的結構第六章無限長單位沖激響應數(shù)字濾波器的設計方法（9學時）（一）教學目標.熟悉數(shù)字濾波器的技術要求.理解相位延時系統(tǒng)、相位超前系統(tǒng)和全通系統(tǒng)數(shù)學表示和物理意義.掌握單位沖激響應不變法和雙線性變換法設計IIR低通數(shù)字濾波器（二）重點、難點單位沖激響應不變法，雙線性變換法（三）教學內(nèi)容.引言.最小與最大相位延時系統(tǒng)，最小與最大相位超前系統(tǒng).全通系統(tǒng).用模擬濾波器設計HR數(shù)字濾波器.沖激響應不變法（1）變換原理（2）混疊失真（3）模擬濾波器的數(shù)字化方法.雙線性變換法（1）變換原理（2）變換常數(shù)c的選擇（3）逼近的情況（4）優(yōu)缺點（5）模擬濾波器數(shù)字化方法.設計HR濾波器的頻率轉換法.先利用模擬域頻帶變換法，再利用數(shù)字化法設計數(shù)字各型濾波器（1）模擬低通濾波器變換成數(shù)字低通濾波器（2）模擬低通濾波器變換成數(shù)字帶通濾波器（3）模擬低通濾波器變換成數(shù)字帶阻濾波器（4）模擬低通濾波器變換成數(shù)字高通濾波器.先將模擬歸一化低通原型數(shù)字化為數(shù)字低通，再利用數(shù)字域頻帶變換法設計數(shù)字各型濾波器（1）數(shù)字低通一數(shù)字低通（2）數(shù)字低通一數(shù)字高通（3）數(shù)字低通一數(shù)字帶通（4）數(shù)字低通一數(shù)字帶阻第七章無限長單位沖激響應數(shù)字濾波器的設計方法（8學時）（一）教學目標.掌握線性相位的條件，奇、偶對稱的單位脈沖響應的對稱中心.掌握窗函數(shù)法設計FIR濾波器的步驟，熟悉各種窗函數(shù)的特點.掌握頻率采樣法設計FIR濾波器的步驟,熟悉頻率采樣法的原理（二）重點、難點線性相位，窗函數(shù)法（三）教學內(nèi)容.引言.線性相位FIR濾波器特點（1）線性相位條件線性相位FIR濾波器特點（2）線性相位FIR濾波器頻率響應的特點（3）幅度函數(shù)的特點.窗函數(shù)設計法（1）設計方法（2）各種窗函數(shù)（3）窗函數(shù)法的設計步驟（4）窗函數(shù)法計算中的主要問題（5）線性相位FIR低通濾波器的設計（6）線性相位FIR高通濾波器的設計（7）線性相位FIR帶通濾波器的設計（8）線性相位FIR帶阻濾波器的設計.頻率抽樣設計法（1）線性相位的約束（2）頻率抽樣的兩種方法（3）線性相位第一種頻率抽樣（4）線性相位第二種頻率抽樣四'考核形式及成績評定（一）考核形式：應說明主要考核形式）期末考試為閉卷考試，考試范圍和要求應符合本教學大綱對各章教學內(nèi)容的基本要求。（二）成績評定：課程考核由平時作業(yè)及聽課情況和期末考試成績兩局部組成，分別占課程總成績的30%和70%o五、教材與參考書

教材：程佩青.數(shù)字信號處理教程.（第三版）.北京：清華大學出版社，2007參考書：［1］高西全.數(shù)字信號處理.（第三版）.西安：西安電子科大出版社，2008［2］吳鎮(zhèn)揚.數(shù)字信號處理.（第二版）.北京：高等教育出版社，2010六、課程學時分配表序號教學內(nèi)容（章、節(jié)或篇名）學時分配作業(yè)、考查理論實踐1緒論22§1.1§1.232,3,6,83§1.3§1.4310,144§2.1§2.2§2.331,2,45§2.4§2.5§2.637,9,116§2.7§2.8§2.9§2.10413,147§3.1§3.2§3.3§3.442,3,4,58§3.5§3.6§3,7§3.8