《數(shù)字信號(hào)處理C》教學(xué)大綱

《數(shù)字信號(hào)處理C》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：06141531課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：4學(xué)分學(xué)時(shí)：64學(xué)時(shí)（理論52學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)）先修課程：高等數(shù)學(xué)、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字電子技術(shù)后續(xù)課程：生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析與處理、醫(yī)學(xué)圖像處理適用專業(yè)：醫(yī)學(xué)信息工程開(kāi)課單位：電子信息工程學(xué)院一、課程說(shuō)明《數(shù)字信號(hào)處理》是醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程主要講授離散時(shí)域信號(hào)和系統(tǒng)的基本理論和分析方法，數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及研究與解決數(shù)字化的實(shí)際工程問(wèn)題奠定理論基礎(chǔ)。本課程目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)化的概念，使學(xué)生正確理解其基本理論、基本原理和一般方法；為學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)信息類課程奠定基礎(chǔ)。本課程強(qiáng)調(diào)工程理念，重視提高學(xué)生的邏輯思維能力，使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析解決工程問(wèn)題，促進(jìn)自主性學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性工作。二、課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：使學(xué)生建立數(shù)字信號(hào)處理的基本概念，掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本原理、理論和方法，了解數(shù)字信號(hào)處理的新方法和新技術(shù)，熟練應(yīng)用現(xiàn)代工具進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的仿真、分析和設(shè)計(jì)，達(dá)到能夠?qū)?fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行分析、處理和設(shè)計(jì)的能力水平。課程目標(biāo)2：使學(xué)生能夠通過(guò)數(shù)學(xué)方法分析一些基本和實(shí)際問(wèn)題，對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題進(jìn)行抽象建模，應(yīng)用數(shù)學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理的基本知識(shí)分析實(shí)際的工程問(wèn)題并提出相應(yīng)解決方案，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。課程目標(biāo)3：能夠綜合運(yùn)用所學(xué)數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)知識(shí)，完成信息處理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，并最終實(shí)現(xiàn)工程表達(dá)，體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。課程目標(biāo)4：能夠使用現(xiàn)代仿真工具進(jìn)行系統(tǒng)仿真或?qū)嶒?yàn)，可以分析和解釋所得數(shù)據(jù)，并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程目標(biāo)5：能夠開(kāi)發(fā)和利用現(xiàn)代工程工具、信息技術(shù)工具對(duì)復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)和模擬。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《數(shù)字信號(hào)處理》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見(jiàn)表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.3掌握醫(yī)學(xué)信息工程所需的專業(yè)知識(shí)，并能將其綜合應(yīng)用于解決復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問(wèn)題。課程目標(biāo)1：使學(xué)生建立數(shù)字信號(hào)處理的基本概念，掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本原理、理論和方法，了解數(shù)字信號(hào)處理的新方法和新技術(shù)，熟練應(yīng)用現(xiàn)代工具進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的仿真、分析和設(shè)計(jì)，達(dá)到能夠?qū)?fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行分析、處理和設(shè)計(jì)的能力水平。H2.問(wèn)題分析2.1能夠應(yīng)用工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別和判斷復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。課程目標(biāo)2：使學(xué)生能夠通過(guò)數(shù)學(xué)方法分析一些基本和實(shí)際問(wèn)題，對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題進(jìn)行抽象建模，應(yīng)用數(shù)學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理的基本知識(shí)分析實(shí)際的工程問(wèn)題并提出相應(yīng)解決方案，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。H3.設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案3.2能夠根據(jù)要求對(duì)復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問(wèn)題給出解決方案，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)特定功能的設(shè)備、儀器和單元（部件）。課程目標(biāo)3：能夠綜合運(yùn)用所學(xué)數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)知識(shí)，完成信息處理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，并最終實(shí)現(xiàn)工程表達(dá)，體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。M4.研究4.2能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)器件、電路、功能模塊、軟件系統(tǒng)制定實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)施。課程目標(biāo)4：能夠使用現(xiàn)代仿真工具進(jìn)行系統(tǒng)仿真或?qū)嶒?yàn)，可以分析和解釋所得數(shù)據(jù)，并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程目標(biāo)5：能夠開(kāi)發(fā)和利用現(xiàn)代工程工具、信息技術(shù)工具對(duì)復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)和模擬。M注：表中“H（高）、M（中）、L（弱）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.時(shí)域離散信號(hào)與系統(tǒng)1.1離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)1.2連續(xù)時(shí)間信號(hào)的采樣1.3離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析方法1.4系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性教學(xué)要求：使學(xué)生掌握離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)；掌握連續(xù)時(shí)間信號(hào)的采樣、離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析方法以及系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性。重點(diǎn)：連續(xù)時(shí)間信號(hào)的采樣與離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析。難點(diǎn)：離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)分析。821、2、32.時(shí)域離散信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析2.1傅里葉變換及定義2.2Z變換及其性質(zhì)2.3序列的Z變換及收斂域的特點(diǎn)2.4拉氏變換、傅里葉變換域Z變換的關(guān)系教學(xué)要求：使學(xué)生了解傅里葉變換及Z變換及其性質(zhì)；掌握序列的Z變換及收斂域的特點(diǎn)；掌握拉氏變換、傅里葉變換域Z變換的關(guān)系。重點(diǎn)：序列Z變換及收斂域的特點(diǎn)。難點(diǎn)：拉氏變換、傅里葉變換域Z變換的關(guān)系。1021、2、33.離散傅里葉變換3.1周期序列離散傅里葉級(jí)數(shù)的定義及性質(zhì)3.2離散傅里葉變換的概念和性質(zhì)教學(xué)要求：使學(xué)生掌握周期序列離散傅里葉級(jí)數(shù)的定義及性質(zhì)以及離散傅里葉變換的概念和性質(zhì)；理解離散傅里葉變換的物理意義。重點(diǎn)：離散傅里葉變換概念和性質(zhì)。難點(diǎn)：離散傅里葉變換共軛對(duì)稱性。601、2、4、54.快速傅里葉變換4.1概述4.2時(shí)域抽取基2FFT基本原理4.3頻域抽取基2FFT基本原理教學(xué)要求：使學(xué)生掌握按時(shí)間抽選的基2-FFT和按頻率抽選的基2-FFT的基本思想和方法。重點(diǎn)：按時(shí)間抽選的基2-FFT和按頻率抽選的基2-FFT的算法原理。難點(diǎn)：蝶形圖的理解601、2、4、55.數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)5.1IIR數(shù)字濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5.2FIR數(shù)字濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)教學(xué)要求：使學(xué)生掌握IIR數(shù)字濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；掌握FIR數(shù)字濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)：IIR數(shù)字濾波器的級(jí)聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)；FIR數(shù)字濾波器的級(jí)聯(lián)和頻率抽樣型。難點(diǎn)：數(shù)字信號(hào)處理中的實(shí)現(xiàn)。802、3、4、56.IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法6.1模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)方法6.2脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的基本思想和方法6.3雙線性不變法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的基本原理及特點(diǎn)教學(xué)要求：使學(xué)生理解脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的基本思想和方法；理解雙線性不變法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的基本原理及特點(diǎn)。重點(diǎn)：脈沖響應(yīng)不變法；雙線性變換法。難點(diǎn)：模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)方法。842、3、4、57.FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法7.1線性相位FIR數(shù)字濾波器保持線性相位的條件及頻率響應(yīng)的特點(diǎn)7.2窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的方法以及窗函數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響7.3FIR濾波器和IIR濾波器的特點(diǎn)教學(xué)要求：使學(xué)生掌握線性相位FIR數(shù)字濾波器保持線性相位的條件及頻率響應(yīng)的特點(diǎn)；掌握窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的方法以及窗函數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響；理解FIR濾波器和IIR濾波器的特點(diǎn)，并進(jìn)行比較。重點(diǎn)：線性相位FIR數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)的特點(diǎn)。難點(diǎn)：窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器。642、3、4、5合計(jì)52122.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.離散時(shí)間信號(hào)的表示及運(yùn)算實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：了解離散時(shí)間信號(hào)的特點(diǎn)；掌握利用MATLAB產(chǎn)生離散時(shí)間信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)可視化的方法。實(shí)驗(yàn)要求：能夠熟練利用MATLAB對(duì)離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行基本運(yùn)算。21、2、32.離散時(shí)間LTI系統(tǒng)的響應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：了解離散LTI系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)MATLAB實(shí)現(xiàn)方法；掌握離散LTI系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)的MATLAB實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)要求：掌握如何判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。21、2、33.IIR數(shù)字濾波器的MATLAB實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：了解IIR數(shù)學(xué)濾波器的基本結(jié)構(gòu)和函數(shù)語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)格式；掌握雙線性變換法及脈沖相應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的具體設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)要求：學(xué)會(huì)利用設(shè)計(jì)的IIR濾波器進(jìn)行信號(hào)的濾波處理。41、2、3、4、54.FIR數(shù)字濾波器的MATLAB實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：了解窗函數(shù)的MATLAB實(shí)現(xiàn)函數(shù)；加深對(duì)數(shù)字濾波器的常用指標(biāo)理解；掌握FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)要求：學(xué)會(huì)利用設(shè)計(jì)的FIR濾波器進(jìn)行信號(hào)的濾波處理。41、2、3、4、5合計(jì)12五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解數(shù)字信號(hào)處理的基本原理、理論和方法，了解數(shù)字信號(hào)處理的新方法和新技術(shù)，熟練應(yīng)用現(xiàn)代工具進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的仿真、分析和設(shè)計(jì)，達(dá)到能夠?qū)?shù)字信號(hào)和系統(tǒng)進(jìn)行分析、處理和設(shè)計(jì)的能力水平。能夠?qū)I(yè)知識(shí)用于解決醫(yī)學(xué)信息工程領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問(wèn)題，進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。六、課程資源1.推薦教材：高西全丁玉美.數(shù)字信號(hào)處理（第五版）[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2022年.2.參考書：（1）程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2018年.（2）奧本海姆.離散時(shí)間信號(hào)處理[M].北京:科學(xué)出版社,2015年.（3）陳后金.數(shù)字信號(hào)處理（第3版）[M].北京:高等教育出版社,2019年.3.期刊：（1）ThompsonJ.Editorial:IETSignalProcessing[J].IetSignalProcessing,2007,1(1):1-1.（2）MartinRK,YsebaertG,VanbleuK.IEEETransactionsonSignalProcessing[J].IEEETransactionsonSignalProcessing,2012,60(5):2710-2711.（3）陳福彬,金鑫,劉迪等.一種集成式石英諧振加速度計(jì)信號(hào)處理與融合方法[J].中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào),2021,29(06):803-808.（4）汪健,張磊,曾鑫等.紅外探測(cè)器集成圖像信號(hào)處理芯片設(shè)計(jì)[J].紅外技術(shù),2021,43(11):1044-1048.（5）張旸,吳瓊,滕云田等.激光干涉絕對(duì)重力儀數(shù)據(jù)采集與處理的時(shí)間優(yōu)化方法[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2021,41(08):130-136.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）數(shù)字信號(hào)處理，/course/NJUPT-1002144009.（2）數(shù)字信號(hào)處理，/course/BUAA-1001807014.七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見(jiàn)表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)12345過(guò)程性考核課堂表現(xiàn)16（1）根據(jù)課堂出勤情況、課堂回答問(wèn)題情況、隨堂練習(xí)等進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√√4444實(shí)驗(yàn)成績(jī)16（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評(píng)分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以實(shí)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭獭獭?4333章節(jié)測(cè)試或課后作業(yè)8（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度等，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√√2222期末考核60（1）卷面成績(jī)100分，以卷面成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考核離散時(shí)域信號(hào)和系統(tǒng)的基本理論和分析方法，數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法等內(nèi)容。（3）考試題型為：選擇題、填空題、判斷題、簡(jiǎn)答題和分析計(jì)算題等?！獭獭獭獭?015151010合計(jì)：100分1925241913八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、期末考試等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。考核基本要求：考核總成績(jī)由期末試卷成績(jī)和過(guò)程性考核成績(jī)組成。其中：期末試卷成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為選擇題、填空題、判斷題、簡(jiǎn)答題和分析計(jì)算題等類型，試卷中基本知識(shí)、基本理論、基本技能等的試題分值不超過(guò)50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等過(guò)程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過(guò)程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過(guò)程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見(jiàn)表5。表5過(guò)程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)40筆記完整，積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問(wèn)題，準(zhǔn)確率大于90%。筆記完整，認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題準(zhǔn)確率大于80%。筆記不完整，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，不參與教學(xué)活動(dòng)。章節(jié)測(cè)試或課后作業(yè)20作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于7