数字信号处理课程教学大纲
Digital Signal Processing
课程编号： 062101
课程性质：学科基础课
适用专业：电子信息工程，通信工程，自动化
先修课程：信号与系统，数字电子技术基础
后续课程：随机信号处理，数字信号处理器及应用, 数字图像处理，语音信号处理，图像通信
总学时： 3.5学分 其中实验学分0.5学分
一、
教学目的与要求
1.教学目的
本课程是电气信息类专业重要的学科基础课。它是在学生学完了信号与系统的课程后，进一步为学习专业知识打基础的课程。学生在学习这门课程后应能掌握离散信号的分析方法和数字信号处理系统的基本设计方法，还应学会使用一些必要的软件设计和仿真工具，为进一步应用该技术打下理论和实践的基础。
2 教学要求
本课程理论讲课48学时，课程部分内容采用多媒体讲授。学生通过本课程的学习，应能比较系统地掌握数字信号处理的基本原理、方法和实现，掌握数字信号处理的两个主要工具——快速傅立叶变换和数字滤波器，了解数字信号处理器应用开发技术。
二、
课时安排
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序号 |
教学内容 |
学时 |
实验学时 |
|
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绪论 |
1 |
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|
1 |
离散时间信号与系统 |
8 |
2 |
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2 |
信号的采样与重建 |
6 |
3 |
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3 |
离散傅里叶变换及其快速算法 |
12 |
3 |
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4 |
IIR滤波器设计 |
8 |
3 |
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5 |
FIR滤波器设计 |
8 |
3 |
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6 |
数字信号处理系统的实现 |
5 |
2 |
|
合 计 |
48 |
16 |
|
三、
教学内容
绪论（1学时）
（1）教学基本要求
了解：数字信号处理的发展；采用数字信号处理系统的优点；现代数字信号处理。
理解：数字信号处理的应用；数字信号处理的实现方法。
掌握：连续信号、模拟信号、离散信号与数字信号的定义。
（2）教学内容
① 数字信号处理的发展简史。
② 连续信号、模拟信号、离散信号与数字信号的定义。
③ 采用数字信号处理系统的优点。
④ 数字信号处理的应用。
⑤ 数字信号处理的实现方法。
⑥ 现代数字信号处理简介。
第1章 离散时间信号与系统（8学时）
（1）教学基本要求
掌握：线性时不变系统与线性卷积；系统函数与系统的因果性和稳定性；系统的差分方程描述、差分方程运算。
灵活运用：离散时间信号的傅氏变换（DTFT）与z变换的定义和性质；线性时不变系统与线性卷积；系统的零极点分析。
（2）教学内容
① 离散时间信号。
② 离散时间系统（重点）。
③ 离散时间信号的傅氏变换与z变换（重点 ）。
④ 系统函数（重点）。
第2章
信号的采样与重建（6学时）
（1）教学基本要求
了解：抗混叠滤波器的作用及其指标分配。
掌握：采样过程及采样信号的特性；离散信号的频谱与连续信号的频谱的异同点；
采样率降低——整数M倍抽取；采样率提高——整数L倍内插；非整数因子的采样率转换。
（2）教学内容
① 采样（难点、重点）。
② 抗混叠滤波器的作用及其指标分配。
③ 采样率降低——整数M倍抽取（难点、重点）。
④ 采样率提高——整数L倍内插（难点、重点）。
⑤ 非整数因子的采样率转换（重点）。
第3章 离散富里叶变换及其快速算法（12学时）
（1）教学基本要求
了解：N为组合数的FFT; 二维DFT的计算。
理解：Chirp-z变换; 利用FFT计算相关函数。
掌握：离散富里叶变换（DFT）及其特性；DFT、DTFT以及z变换间的关系；分段卷积。
灵活运用：利用DFT计算连续信号的频谱，混叠、泄漏以及栅栏效应的产生机理与解决方法；快速傅立叶变换（FFT）。
（2）教学内容
① 离散傅立叶变换（DFT）及其特性（难点、重点）。
② FT、DTFT以及z变换间的关系。
③ 利用DFT计算连续信号的频谱，混叠、泄漏以及栅栏效应的产生机理与解决方法（难点、重点）。
④ 按时间抽取基二FFT、按频率抽取基二FFT（难点、重点）。
⑤ N为组合数的FFT（难点）。
⑥ Chirp-z变换。
⑦ 分段卷积：重叠相加法与重叠保留法（难点、重点）。
⑧ 利用FFT计算相关函数。
⑨ 二维DFT的计算。
第4章
IIR滤波器设计（8学时）
（1）教学基本要求
了解：IIR滤波器的优化设计。
掌握：滤波器的特性参数；常用模拟低通滤波器特性; 从模拟滤波器低通原型到各种数字滤波器的频率变换、从低通数字滤波器到各种数字滤波器的频率变换。
灵活运用：根据模拟滤波器来设计IIR滤波器。
（2）教学内容
① 滤波器的特性参数。
② 根据模拟滤波器来设计无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器：脉冲响应不变法；双线性变换法，畸变与预畸变（重点）。
③ 常用模拟低通滤波器特性。
④ 从模拟滤波器低通原型到各种数字滤波器的频率变换。
⑤ 从低通数字滤波器到各种数字滤波器的频率变换。
⑥ IIR滤波器的优化设计。
第5章
FIR滤波器设计（8学时）
(1) 教学基本要求
了解：FIR滤波器的优化设计，最优化设计的准则，雷米兹（Remez）交替算法。
理解：IIR与FIR数字滤波器的比较。
掌握：线性相位FIR滤波器的特点，线性相位的条件，线性相位FIR滤波器的幅度特性；频率采样设计法。
灵活运用：窗口设计法，窗口效应，各种典型窗口的特性，凯塞窗及其参数的选择。
（2）教学内容
① 线性相位FIR滤波器的特点，线性相位的条件，线性相位FIR滤波器的幅度特性（重点）。
② 窗口设计法，窗口效应，各种典型窗口的特性，凯塞窗及其参数的选择（难点、重点）。
③ 频率采样设计法（重点）。
④ FIR滤波器的优化设计，最优化设计的准则，雷米兹（Remez）交替算法。
⑤ IIR与FIR数字滤波器的比较。
第6章
数字信号处理系统的实现（5学时）
(1) 教学基本要求
了解：定点制的量化误差；A/D变换的量化效应；量化噪声通过线性系统；数字滤波器的有限字长效应；系数量化对数字滤波器的影响；零输入极限环振荡和大信号极限环振荡。
理解：数字信号处理器DSP的结构原理与软件开发。
掌握：数字滤波器的结构。
（2）教学内容
① IR滤波器和FIR滤波器的结构（重点）
② 定点制的量化误差。
③ A/D变换的量化效应。
④ 量化噪声通过线性系统。
⑤ 数字滤波器的有限字长效应。
⑥ 系数量化对数字滤波器的影响。
⑦ 零输入极限环振荡和大信号极限环振荡（难点）。
⑧ 数字信号处理器DSP的结构原理与软件开发（难点）。
四、授课方式及考核方式
1.授课方式
讲授教学/部分多媒体课件（48学时）
2.考核方式
考试类型：考试，试卷库
成绩组成：期末成绩占70%，平时成绩（包括：完成实验、课外作业、习题课、课堂讨论、利用课程网络资源等）占30%
五、教材与参考书目
1. 吴镇扬. 数字信号处理. 高等教育出版社. 2004
2. 胡学龙，吴镇扬. 数字信号处理教学指导. 高等教育出版社. 2007
3. Tamal Bose. Digital Signal and Image Processing. John
Wiley & Sons, Inc. 2004; 中译本：吴镇扬，周琳，等译.
数字信号与图像处理. 高等教育出版社，2006
4. Sanjit K. Mitra. Digital Signal Processing Laboratory Using MATLAB. The magraw-hill companies,inc. 2000; 中译本：孙洪，余翔宇，等译. 数字信号处理实验指导书（MATLAB版）. 电子工业出版社，2005