搜索
《数字信号处理》教学大纲安徽大学计算机科学与技术学院2015年02月课程性质与设置目的要求《数字信号处理》是随着信息学科和计算机学科的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科，该课程是电子信息和计算机等专业的必修课程，它所涉及的内容是相关专业本科生知识结构的必要组成部分，同时也是后续多门课程，如《数字图像处理》、《随机信号处理》、《计算机视觉》、《模式识别》和通信原理等的先修课程。通过《数字信号处理》课程的学习，使学习者在全面了解一维数字信号处理技术的历史、现状与发展趋势的基础上，系统掌握从事数字信号处理工作的理论、方法、技术，具备在数字信号处理系统应用、开发或科研方面的实际技能，从而胜任数字信号处理以及其它信号处理系统的应用与开发方面的工作。具体要求包括：掌握信号抽样定理的基本含义；认识到Z变换及其性质的重要性，了解数字滤波器单位冲激响应和传输函数意义；了解有限冲激响应（FIR）数字滤波器和无限冲激响应（IIR）数字滤波器的基本实现结构；掌握线性相位FIR数字滤波器和IIR数字滤波器的基本设计方法；掌握离散傅立叶变换（DFT）的基本理论和性质以及快速傅立叶变换(FFT)算法的核心思想，并掌握基于DFT和FFT进行信号分析的基本思路和基本方法，并了解频谱混叠和频谱泄漏等基本现象；了解一些典型的信号处理的应用领域及其应用实例。本课程以课堂理论教学为主，课题Matlab代码演示为辅，同时结合课下编程作业。（1）课堂教学主要讲解与数字信号处理有关的基本概念、基本理论以及基本分析方法，并将自然现象、日常生活中遇到的现象以及该领域及其相关领域（数字图像处理、计算机视觉、模式识别和机器学习）的问题等融入基本理论的讲解，使同学们更好地熟悉或掌握数字信号处理的基本原理，提高学生对该课程的兴趣并熟悉基本科研方法。课堂教学尽量引入互动环节，使同学们能更好地融入课堂教学，提高教学效果。（2）对教材中的给出的定理和原理，讲解并演示Matlab代码实现方法并同教材中给出的结果进行对比，以进一步加深同学们的理解并同时培养编程能力和解决实际问题能力。（3）通过给出Matlab编程的综合大作业培养同学们的综合能力：熟练运用所学知识的能力、收集和提炼信息的能力、团队合作能力、表达能力等。课程基本情况课程名称：数字信号处理课程代码：ZX36252学分/学时：2/34开课学期：6课程类別：选修；3年级；专业拓展适用专业：信息安全先修课程：高等数学，电路分析基础，信号与线性系统选用教材:《数字信号处理教程》（第四版）程佩青2014，清华大学出版社参考书目[1]Discrete-TimeSignalProcessing，OppenheimandSchafer，Prentice-Hall，1989.[2]IntroductiontoSignalProcessing《信号处理导论》SophoclesJ.Orfanidis著清华大学出版社（影印版），1999年1月第1版.[3]数字信号处理及MATLAB实现，余成波，扬菁，扬如民，周登义编著，清华大学出版社，2005年.考核方式：考试，成绩由平时成绩（50%）和期末考试（60%）两部分组成。平时成绩含考勤、作业、课堂提问、小测验等说明：作为一门34个学时的选修课程，如果详细讲解《数字信号处理》的全部知识点，教学时间肯定不足，但是考虑本门课程知识结构的完整性需求，教学内容安排上与51学时的《数字信号处理》教学内容基本一致。为了保证教学进度和质量，在授课过程中，主要讲解每章节的重要基本概念和难点，一些不涉及基本概念理解的公式推导过程尽量少讲或者不讲，但鼓励学生根据需要课后自学相关的内容。教学进程安排表：周次学时数教学主要内容教学环节备注13第0章绪论；第1章离散时间信号与系统1.1讲授+课堂讨论23第1章离散时间信号与系统1.1-1.2讲授+课堂讨论33第1章离散时间信号与系统1.3-1.4讲授+课堂讨论43第2章Z变换2.1-2.2讲授+课堂讨论53第2章Z变换2.3-2.4讲授+课堂讨论63第2章Z变换2.5-2.6讲授+课堂讨论73第2章Z变换2.7-2.8讲授+课堂讨论83第3章离散傅里叶变换3.1-3.4讲授+课堂讨论93第3章离散傅里叶变换3.5-3.6讲授+课堂讨论103第3章离散傅里叶变换3.7-3.8讲授+课堂讨论113第4章快速傅里叶变换4.1-4.2讲授+课堂讨论123第4章快速傅里叶变换4.3-4.5讲授+课堂讨论133第5章数字滤波器的基本结构5.1-5.3讲授+课堂讨论143第7章无限长单位冲激响应（IIR）数字滤波器的设计方法7.1-7.4讲授+课堂讨论153第7章无限长单位冲激响应（IIR）数字滤波器的设计方法7.5-7.7讲授+课堂讨论163第8章有限长单位冲激响应（FIR）数字滤波器的设计方法8.1-83讲授+课堂讨论173课程总复习讲授+课堂讨论第0章绪论本章重点：信号的概念、信号的分类、数字信号处理的特点本章难点：无本章要求学生掌握数字信号的基本概念，了解数字信号处理的相关领域、起源、应用，学习和掌握数字信号处理的基本步骤和系统组成，为后继的学习打下基础。习题：总结数字信号处理相比模拟信号处理的优势和不足。第一章离散时间信号与系统1.1离散时间信号——序列1.2线性移不变系统1.3常系数线性差分方程1.4连续时间信号的抽样本章重点：线性移不变系统的性质、单位抽样相应和卷积本章难点：卷积计算及其应用，差分方程及其求解本章要求学生掌握序列的概念和常见序列，掌握线性移不变系统特点和判断方法，掌握卷积计算及其性质，了解常系数线性差分方程同微分方程的关系并掌握使用常系数线性差分方程求解系统输出，了解连续时间信号的抽样和插值过程。习题：1.1,1.2,1.5,1.6(1,3,5),1.8(2,4,6),1.13,1.14第二章Z变换2.1引言2.2Z变换的定义与收敛域2.3Z反变换2.4Z变换的基本性质和定理2.5序列的Z变换与连续信号的拉普拉斯变换、傅里叶变换的关系2.6序列的傅里叶变换2.7傅里叶变换的一些对称性质2.8离散系统的系统函数，系统的频率响应本章重点：Z变换的基本性质以及序列的傅里叶变换的性质，系统函数本章难点：序列的Z变换和DTFT的求解及其性质，系统函数及其特性分析本章要求学生掌握典型序列Z变换的收敛域特点，了解Z反变换求解的围线计分法和长除法掌握部分分式法，掌握Z变换的基本性质和定理并要求会使用这些性质定理简化Z变换和反变换求解，了解序列的Z变换与连续信号的拉普拉斯变换、傅里叶变换的关系，掌握序列的傅里叶变换及其对称性质，理解离散系统的系统函数和频率响应的概念并会用几何法求解频率响应近似曲线。习题：2.1(1,3,5,7,9,11),2.4,2.8,2.9(2,4,6,8),2.11,2.12(1,3,5,7),2.15,2.19,2.23,2.32第三章离散傅里叶变换3.1引言3.2傅里叶变换的几种可能形式3.3周期序列的离散傅里叶级数3.4离散傅里叶级数的性质3.5离散傅里叶变换3.6离散傅里叶变换的性质3.7频域抽样理论3.8利用DFT计算模拟信号的傅里叶变换对本章重点：DFT定义及其性质，四种傅立叶变换对之间的关系本章难点：离散傅里叶变换性质及其证明本章要求学生掌握傅里叶变换几种可能形式的特定，理解离散傅里叶级数和离散傅里叶变换间的关系，掌握离散傅里叶变换的性质并能够利用这些性质简化DFT计算，掌握频域抽样定理并理解FT的DFT逼近及其问题。习题：3.1,3.4,3.5（1,2,3）,3.7,3.8,3.9,3.11,3.14,3.16第四章快速傅里叶变换4.1引言4.2直接计算DFT的问题及改进的途径4.3按时间抽选的基-2FFT算法4.4按频率抽选的基-2FFT算法4.5离散傅里叶反变换的快速计算方法4.9线性调频Z变换算法本章重点：按时间抽选的基-2FFT算法，按频率抽选的基-2FFT算法和离散散傅里叶反变换的快速计算方法本章难点：线性调频Z变换算法本章要求学生掌握按时间抽选的基-2FFT算法和按频率抽选的基-2FFT算法的算法原理、运算流图和算法特定，理解按时间和按频率抽选方法的区别和联系，掌握离散散傅里叶反变换的快速计算方法，了解线性调频Z变换算法。习题：4.1,4.3,4.5,4.7,4.12,4.16第五章数字滤波器的基本结构5.1数字滤波器结构的表示方法5.2无限长单位冲激响应（IIR）滤波器的基本结构5.3有限长单位冲激响应（FIR）滤波器的基本结构。本章重点：重点掌握IIR滤波器的直接型、级联型和并联型结构实现；重点掌握FIR滤波器的横截型、级联型以及线性相位FIR滤波器的结构实现本章难点：线性相位FIR滤波器的结构实现本章要求学生掌握数字滤波器的方框图和流图表示方法、掌握IIR数字滤波器的直接型、级联型和并联型结构实现及优缺点、掌握FIR滤波的横截型、级联型以及线性相位FIR滤波器的结构实现及优缺点。习题：5.1，5.2，5.6,5.7(b,d),5.8,5.18第6章：几种特殊的滤波器及简单一、二阶数字滤波器设计(此章选讲)第7章无限长单位冲激响应（IIR）数字滤波器的设计方法7.1引言7.4用模拟滤波器设计IIR数字滤波器7.5冲激响应不变法7.7双线性变换法本章重点：数字滤波的分类和性能指标，冲激响应不变法的基本原理及优缺点，双线性变换法的原理及优缺点本章难点：双线性变换中预畸变的原理本章要求学生掌握用模拟滤波器设计IIR滤波器的两种方法，包括冲激响应不变法和双线性变换法，了解它们的优缺点并能够根据给定的性能指标设计满足该指标的IIR滤波。习题：7.1，7.5，7.13第8章有限长单位冲激响应（FIR）数字滤波器的设计方法8.1引言8.2线性相位FIR滤波器的特点8.3窗函数设计法8.6IIR与FIR数字滤波器的比较本章重点：窗函数法的基本原理和设计步骤，不同窗函数的特点及对性能指标的影响。本章难点：难点是线性相位FIR数字带阻滤波器的设计本章要求学生掌握FIR滤波器的窗函数设计方法，理解不同窗函数对性能指标的影响，掌握滤波器的设计步骤能够根据给定的性能指标设计满足该指标的FIR滤波。习题：8.7，8.11