數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)大綱

課程編碼：AL042880

課程性質(zhì)：專業(yè)核心課程

適用專業(yè)：電子信息工程

學(xué)時(shí)學(xué)分：40學(xué)時(shí)2.5學(xué)分

所需先修課：高等數(shù)學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)與積分變換、信號(hào)

與系統(tǒng)

編寫單位：機(jī)電工程學(xué)院

一、課程說明

1.課程簡(jiǎn)介

數(shù)字信號(hào)處理課程(DSP)是電子信息科學(xué)的重要組成部分，它是電子信息

工程專業(yè)的專業(yè)核心課程。主要講授時(shí)域離散信號(hào)和系統(tǒng)的描述方法；序列傅

里葉變換、Z變換、離散傅里葉變換、快速傅里葉變換，以及用它們對(duì)時(shí)域離

散信號(hào)和系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析的方法；數(shù)字濾波器的基本理論和設(shè)計(jì)方法。該課

程的先修課程是高等數(shù)學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)與積分變換、信號(hào)

與系統(tǒng)等，這些課程的學(xué)習(xí)，為本課程奠定了相關(guān)的理論基礎(chǔ)。本課程將通過

講課、練習(xí)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

本分析方法和分析工具，為DSP原理及應(yīng)用、隨機(jī)信號(hào)處理、數(shù)字圖象處理、

語(yǔ)音信號(hào)處理等奠定理論基礎(chǔ)，為從事通信、信息或信號(hào)處理等方面的研究工

作打下基礎(chǔ)。

2.教學(xué)目標(biāo)要求

(1)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本理論

和基本方法，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)有一個(gè)較全面的和系統(tǒng)的了解。

(2)通過對(duì)本課程的教學(xué)，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本原理和

基本分析方法，能建立基本的數(shù)字信號(hào)處理模型。

(3)要求學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理的兩個(gè)主要工具：快速傅里葉變換

(FFT)與數(shù)字濾波器，為后續(xù)數(shù)字技術(shù)方面課程的學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)，并為學(xué)

生參加工作后在創(chuàng)業(yè)實(shí)踐中的“可持續(xù)發(fā)展”提供必要的知識(shí)儲(chǔ)備。

(4)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生養(yǎng)成理論聯(lián)系實(shí)際的習(xí)慣，能夠?qū)⑺鶎W(xué)到

的專業(yè)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中，提高學(xué)生在實(shí)際工作中分析問題和解決問題

的能力。

3.教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：該課程主要講授數(shù)字信號(hào)處理的基本理論和方法，主要包含兩

部分內(nèi)容。

（1）時(shí)域離散信號(hào)及時(shí)域離散系統(tǒng)的時(shí)域分析方法、頻域分析方法。時(shí)域

分析方法主要包括采樣重建、典型序列及其表示、周期序列、序列運(yùn)算、系統(tǒng)

的時(shí)域表示、系統(tǒng)特性分析、線性常系數(shù)差分方程的求解等；頻域分析方法主

要包括序列的傅里葉變換（DTFT）、離散傅里葉變換（DFT）。

（2）數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法。主要包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無限長(zhǎng)單位脈沖響

應(yīng)（HR）數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。

教學(xué)難點(diǎn)：離散傅里葉變換（DFT）理論及應(yīng)用，無限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)（IIR）

數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

4.學(xué)時(shí)分配表

理論課

次序教學(xué)內(nèi)容

學(xué)時(shí)數(shù)

第一部分時(shí)域離散信號(hào)與時(shí)域離散系統(tǒng)4

第二部分時(shí)域離散信號(hào)和系統(tǒng)的頻域分析6

第三部分離散傅里葉變換4

第四部分時(shí)域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4

第五部分無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)12

第六部分有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)10

總計(jì)40

5.主要教法、學(xué)法

教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括：課堂講授、作業(yè)、討論等。

課堂講授采用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法。充分利用Matlab

編程軟件編寫教學(xué)程序，對(duì)課程中的一些重要的概念、公式和理論進(jìn)行演示、

驗(yàn)證，理論聯(lián)系實(shí)際，提高形象教學(xué)的效果，加深學(xué)生對(duì)重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容的理解

和掌握程度。

作業(yè)：各章課后均有若干個(gè)習(xí)題，要求學(xué)生按時(shí)完成，并交教師批改。教

師對(duì)學(xué)生作業(yè)中出現(xiàn)的普遍問題及時(shí)給予輔導(dǎo)、解答，并進(jìn)一步督促學(xué)生利用

課余時(shí)間提高自學(xué)能力。

討論：對(duì)于課程中的一些難度較大、不易理解的知識(shí)點(diǎn)，除教師講授外再

設(shè)置討論教學(xué)環(huán)節(jié)，以幫助學(xué)生理解和掌握相關(guān)的理論。

6.考核方式及標(biāo)準(zhǔn)

本課程為考試課，考核方法為閉卷考試。考核教學(xué)大綱規(guī)定的應(yīng)知應(yīng)會(huì)的

內(nèi)容，考核學(xué)生對(duì)本課程的基本知識(shí)、基本理論等重點(diǎn)內(nèi)容的理解和掌握程度。

課程期末成績(jī)構(gòu)成：期末考試成績(jī)占70%,平時(shí)成績(jī)（包括考勤、作業(yè)、

討論等）占30%。

二、各部分教學(xué)綱要

第一部分時(shí)域離散信號(hào)與時(shí)域離散系統(tǒng)（4學(xué)時(shí)）

教學(xué)目標(biāo)

掌握常用典型序列：?jiǎn)挝幻}沖序列、單位階跌序列、矩形序列、實(shí)指數(shù)序

列、復(fù)指數(shù)序列及其基本運(yùn)算，會(huì)計(jì)算周期性序列的周期；掌握時(shí)域離散系統(tǒng)

的線性、時(shí)不變性、因果性和穩(wěn)定性的定義，并能夠進(jìn)行相關(guān)的判斷；掌握時(shí)

域離散系統(tǒng)的輸入輸出描述方法；掌握采樣及內(nèi)插理論，理解頻譜混疊現(xiàn)象及

其產(chǎn)生原因。

本部分重點(diǎn)

線性時(shí)不變系統(tǒng)的概念，常系數(shù)線性差分方程的求解，連續(xù)信號(hào)的采樣。

本部分難點(diǎn)

模擬信號(hào)到離散信號(hào)的頻譜變化，采樣定理。

教學(xué)內(nèi)容

1常用典型序列及其基本運(yùn)算

2時(shí)域離散信號(hào)

3時(shí)域離散系統(tǒng)

4時(shí)域離散系統(tǒng)的輸入輸出描述法

5模擬信號(hào)數(shù)字處理方法

第二部分時(shí)域離散信號(hào)和系統(tǒng)的頻域分析（6學(xué)時(shí)）

教學(xué)目標(biāo)

了解時(shí)域離散信號(hào)的傅里葉變換的定義和性質(zhì)；掌握z變換、z反變換方

法、常用序列的z變換和z變換的性質(zhì)；理解離散時(shí)間系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和系統(tǒng)

函數(shù)，會(huì)根據(jù)差分方程求系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和系統(tǒng)函數(shù)；了解系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)

表去O

本部分重點(diǎn)

Z變換，Z反變換，Z變換的性質(zhì)和定理，時(shí)域離散信號(hào)和系統(tǒng)的頻域的分

析方法。

本部分重點(diǎn)

Z反變換，系統(tǒng)的極零點(diǎn)分析。

教學(xué)內(nèi)容

1時(shí)域離散信號(hào)的傅里葉變換的定義和性質(zhì)

2周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù)及傅里葉變換表示式

3序列的z變換

4利用z變換分析信號(hào)和系統(tǒng)的頻響特性

第三部分離散傅里葉變換（4學(xué)時(shí)）

教學(xué)目的

了解離散傅里葉級(jí)數(shù)及其基本性質(zhì)；掌握循環(huán)卷積；掌握離散傅里葉變換,

理解離散傅里葉變換的物理意義及特性；理解利用DFT做連續(xù)信號(hào)的頻譜分析

過程中可能出現(xiàn)的混疊、頻譜泄漏、柵欄效應(yīng)、分辨率等問題及解決方法。

本部分重點(diǎn)

離散傅里葉變換的物理意義及特性，循環(huán)卷積，利用DFT做頻譜分析及分

析過程中可能出現(xiàn)的問題及解決方法。

本部分難點(diǎn)

DFT的物理意義，利用DFT做頻譜分析及分析過程中可能出現(xiàn)的問題及解

決方法。

教學(xué)內(nèi)容

1離散博里葉變換的定義及物理意義

2離散傅里葉變換的基本性質(zhì)

3頻率域采樣

4DFT應(yīng)用舉例

第四部分時(shí)域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（4學(xué)時(shí)）

教學(xué)目的

使學(xué)生掌握HR及FIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)；了解同一傳遞函數(shù)可用不

同的運(yùn)算結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，以及這些結(jié)構(gòu)在性能上的特點(diǎn)。

本部分重點(diǎn)

HR及FIR的基本結(jié)構(gòu)。

本部分難點(diǎn)

FIR的線性相位結(jié)構(gòu)和頻率采樣結(jié)構(gòu)。

教學(xué)內(nèi)容

1用信號(hào)流圖表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2IIR系統(tǒng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3FIR系統(tǒng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4線性相位結(jié)構(gòu)

5頻率采樣結(jié)構(gòu)

第五部分無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)（12學(xué)時(shí)）

教學(xué)目的

了解濾波器設(shè)計(jì)中常用的幾個(gè)指標(biāo)和濾波器設(shè)計(jì)的常用方法；理解利用模

擬濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器時(shí)平面變換必須滿足的基本要求；掌握脈沖響應(yīng)不變

法和雙線性變換法；了解幾種主要模擬濾波器的特性及設(shè)計(jì)方法；掌握由模擬

原型濾波器變換成相應(yīng)的數(shù)字濾波器的方法。

本部分重點(diǎn)

利用模擬濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的方法，從低通數(shù)字濾波器到各種數(shù)字濾

波器的頻率變換。

本部分難點(diǎn)

利用模擬濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的方法。

教學(xué)內(nèi)容

1數(shù)字濾波器的基本概念

2模擬濾波器的設(shè)計(jì)

3用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器

4用雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器

5數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì)

第六部分有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)（10學(xué)時(shí)）

教學(xué)目的

理解FIR濾波器線性相位的條件及幾種情況下的幅度特性；掌握四種線性

相位FIR濾波器及它們各適合設(shè)計(jì)何哪些選頻濾波器；掌握窗函數(shù)設(shè)計(jì)法的步

驟及各種窗函數(shù)的性能；理解HK及FIR濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)。

本部分重點(diǎn)

FIR濾波器線性相位的條件及幾種情況下的幅度特性，四種線性相位FTR

濾波器，窗函數(shù)設(shè)計(jì)法，HR及FIR濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)。

本部分難點(diǎn)

窗函數(shù)設(shè)計(jì)法。

教學(xué)內(nèi)容

1線性相位FIR數(shù)字濾波器的條件和特點(diǎn)

2利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR