《数字信号处理A》课程教学大纲（本科）.docx

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1、数字信号处理A(Digital Signal Processing)课程代码：06410096学分：3学时：48 （其中：课堂教学学时：38实验学时： 上机学时：10 课程实践学时：） 先修课程：信号与线性系统、线性代数、复变函数适用专业：通信工程、计算机科学与技术、电子信息工程教材：数字信号处理（第二版）；吴镇扬；高等教育出版社，2010年4月一、课程性质与课程目标（-）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）数字信号处理A是通信工程专业中一门重要的专业基础课和必修课，在整个教学体系 中占据非常重要的地位。作为通信工程专业的核心课程之一，本课程是对理论与实践要求均较高的 课程，并为语音处理

2、、DSP芯片原理与应用等选修课程打下必需的基础。课程以数字信号处理技术 的应用为目标，从应用系统的角度讲授数字信号处理的理论方法及其实现。通过对数字信号处理的 学习，使学生掌握数字信号处理领域中的基本概念、方法以及其原理。通过理论与实践的有机结合, 能培养学生运用数学、自然科学与专业理论知识、分析问题与解决问题的能力，促进创新素质提升。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力 目标。）知识目标：课程目标1：掌握线性时不变离散系统分析的理论基础及分析方法。课程目标2：掌握离散时间信号与系统的基本概念以及时域分析的原理和方法。课程目标3：掌握离散傅里叶变换

3、（DFT）及其快速算法（FFT）。课程目标4： 了解和掌握HR及FIR数字滤波器的理论及设计方法（包括计算机辅助设计）。课程目标5：掌握实现数字滤波器的各种基本结构，了解有限字长效应的概念和知识。课程目标6： 了解数字信号处理器的工作原理及结构特点。课程目标7： 了解数字信号处理的一些应用。注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。2 .考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、项目设计和作品等。3 .考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项目设计要求等。4 .考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六、参考书目及学习资料.数字

4、信号处理及其MATLAB实现，丛玉良，电子工业出版社，2009.7,第二版。1 .数字信号处理，高西全、丁玉美，西安电子科技大学出版社，2016.6,第一版。2 .数字信号处理，奥本海姆，科学出版社，1980.1,第一版。5 .数字信号处理理论、算法与实现，胡广书，清华大学出版社，2003.8,第二版。6 .数字信号处理：基于计算机的方法，米特拉，电子工业出版社，2012.1,第四版注：本课程课堂以理论教学为主，实验则以点带面，通过MATLAB语言编程来进一步理解 信号处理的原理、方法、技术及其实现。七、大纲说明.采用多媒体教学，建议采用讲做结合的方式，多种教学手段综合运用。1 .给同学提供M

5、ATLAB语言的使用条件，使同学学会利用该工具进行数字信号处理。2 .每章后布置4-6条作业，作业总量约为40题计算题。可另行布置一些思考题供同学理 解教学内容。3 .本课程有10个学时的实验，具体实验内容任课教师亦可以根据实际教学情况适当安排。2017年9月7日能力目标：课程目标8：将数字信号处理的基本理论与实践有机结合，对数字领域实际问题进行表达与建模的能力。课程目标9：具备对数字信号系统性能分析，掌握数字系统的主要算法和相关理论。课程目标10：运用数字信号处理的理论知识，掌握分析数字通信系统的实际问题与解决问题 的能力。课程目标11:通过实验与仿真增进学生理论联系实际，能够采用科学方法，

6、分析与解释实验 数据，指导解决实际数字信号领域的实际问题的能力。课程目标12：具有数字系统的分析能力与设计技能，能够实施系统设计，具有一定的创新意 识。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点1m-n1 毕业要求1-3：掌握专业基础知识，包括通信技术基础、通信电路与系统、数字信号处理、 信息网络、信息理论基础等，能够针对信息通信领域复杂工程问题进行分析和设计。2 .毕业要求3-1：能针对信息通信领域复杂工程问题进行需求分析，设计解决方案和满足 特定需求的单元（部件）、系统。3.毕业要求3-2：能够在社会、健康、安全、环境、文

7、化、法律等现实约束条件下，通过方 案评估、实验或仿真进行可行性评估。求指标点课程目标毕业要求1-3毕业要求3-1毕业要求3-2课程目标1V课程目标2V课程目标3V课程目标477课程目标5VV课程目标677课程目标7VV课程目标8VV课程目标977课程目标10VVV课程目标11VVV课程目标12777注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入“，也可标注“H、M、L”。二、课程内容与教学要求绪论（一）课程内容（1）基本概念、实现方法、特点（讲授）。（2）课程内容与要求等（讲授）。（3）信号、系统与信号处理（讲授）。（4）数字信号处理系统的构成（讲授+案例）。（二）教学要求（1）了解数字信号

8、处理的特点，与传统的模拟技术相比存在哪些特点。（2）数字信号处理的应用领域以及它的发展概况和发展趋势。（三）重点与难点（若不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点数字信号处理的特点，应用领域以及它的发展概况和发展趋势。1 .难点数字信号处理系统的构成及原理。第一章离散时间信号与系统（一）课程内容离散时间信号、离散时间系统、离散时间信号的傅氏变换（DTFT）与z变换、系统的频率响应与系统函数（讲授）。（二）教学要求（1）掌握几种典型离散时间序列。掌握时域离散信号的运算。掌握离散时间信号的傅氏变 换（DTFT）。（2）掌握z变换的定义和性质，z变换的收敛域，典型信号的z变换，逆z变换的计算方法。

9、（3）掌握离散数字系统的分类和差分方程描述。（4）掌握离散系统的系统函数和频率响应、及稳定性和因果性的分析。（三）重点与难点（若不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点典型序列的特点，时域离散系统性质的判断，离散卷积的求解，离散时间信号的傅氏 变换分析，Z变换及其收敛域的计算，Z反变换的求解，差分方程的Z域解法。1 .难点Z变换，Z反变换的求解，差分方程的Z域解法。第二章信号的采样与重建（-）课程内容（1）数字信号处理系统的模拟接口（讲授）。（2）模拟信号的采样与重建（讲授）。（3）离散时间信号的采样与插值（讲授）。（二）教学要求（1）掌握模拟信号采样和重建，离散时间信号的内插和抽取。（2）

10、 了解采样率转换的基本原理和几种抽取器、内插器的结构。（3）对非整数的采样率转换有所了解。（3）建立滤波器组的概念，掌握正交镜像滤波器工作原理和设计方法。（三）重点与难点（若不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点信号采样和重建。不同的采样率（抽取，内插）对信号频谱的影响，正交镜像滤波器工 作原理和设计方法。1 .难点多采样信号的数字处理。第三章离散傅立叶变换及其快速变换法（-）课程内容（1）离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）（讲授）（2）关于FFT应用中的几个问题（讲授）（3）离散余弦变换（DCT）（讲授）（二）教学要求（1）离散傅里叶变换物理意义及特性（2）快速傅里叶变换

11、的基本算法2 3） Chirp-Z变换的物理意义及算法实现4） FFT在分段卷积，二维DFT的应用（三）重点与难点（若不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点离散傅立叶变换及性质，周期卷积，离散傅立叶级数，抽样定理，基2快速傅立叶变 换算法和进一步减少运算量的措施。该章学习将使学生对DFT、离散信号的傅氏变换及Z变换能有机地联系起来，并对基 2FFT比较熟悉。1 .难点离散傅立叶变换，快速傅里叶变换。第四章无限长单位脉冲响应（HR）滤波器的设计方法（-）课程内容（1）无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器的设计方法（讲授）。（2）常用、模拟低通滤波器特性（讲授）。（3）从模拟滤波器低通原型到各种

12、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（讲授）。（二）教学要求（1）脉冲响应不变法与双线性变换法。（2） 了解几种主要模拟滤波器的特性及设计方法以及怎样由模拟原型滤波器变换成相应 的数字滤波器。（3）在对全通数字网络了解的基础上，掌握数字域的变换方法。（三）重点与难点（若不单独列出，需在教学要求中适当注明）L重点模拟滤波器的设计方法，脉冲相应不变法设计HR滤波器，双线性变换法设计HR滤波 器。2,难点用脉冲相应不变法或双线性变换法设计IIR滤波器。第五章有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器的设计方法（一）课程内容（1）线性相位FIR滤波器的特点（讲授）。（2）窗口设计

13、法、频率采样设计法、FIR滤波器的最优化设计（讲授）。（3） IIR和FIR数字滤波器的比较（讲授）。（二）教学要求线性相位FIR滤波器的特点。（4） 在对矩形窗的特点比较深入了解的基础上，讨论如何改进窗函数。（5） 频率采样法重点在如何由线性相位条件决定采样值。（4）优化设计在了解原理的基础上重点掌握如何用优化设计程序设计FIR滤波器。（三）重点与难点（若不单独列出，需在教学要求中适当注明）1.重点线性相移FIR数字滤波器的性质，FIR数字滤波器的窗函数设计法，FIR数字滤波器 的频率采样设计法。2,难点用窗函数设计FIR滤波器。第六章数字信号处理系统的实现（一）课程内容（1）数字滤波器的结

14、构（讲授）。（2）量化与量化误差（讲授+案例）。（3）有限字长运算对数字滤波器的影响（讲授+案例）。（4）系数量化对数字滤波器的影响（讲授）。（5）极限环振荡（讲授）。（6）数字信号处理硬件（讲授）。（二）教学要求（1）掌握信号流图基本概念，能运用无限长脉冲响应基本网络结构（直接型、级联型、并 联型）或有限长脉冲响应基本网络结构（直接型、级联型、频率采样结构）来表示相应 的系统。（2） 了解同一传递函数可用不同的运算结构实现，以及这些结构在性能上的特点。（3）有限字长运算的影响主要分析定点乘法运算舍入的影响，系数量化主要了解极点灵敏 度的概念。（4）对大信号和小信号极限环振荡产生的机理及解决的

15、方法也应了解。（5）对DSP硬件建立感性认识，了解数字信号处理器结构和指令系统的主要特点。（三）重点与难点（若不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点数字滤波的信号流图，有限长和无限长脉冲响应基本网络结构（直接型、级联型、并 联型），系统的量化误差。1 .难点数字系统误差分析。三、本课程开设的实验项目编号实验项目名称学时类型要求支撑的课程目标1熟悉matlb环境2验证必做课程目标12信号的采样与重建2设计必做课程目标73快速傅里叶变换及其应用2设计必做课程目标34IIR数字滤波器设计2设计必做课程目标45FIR数字滤波器设计2设计必做课程目标4注：1. “类型”填验证性、综合性、设计性等;.

16、 “要求”填必做、选做。.实验1熟悉matlb环境1 .实验目的熟悉MATLAB的主要操作。2 .实验主要内容根据上机内容在MATLAB环境下编写程序，体会各条命令的含义。实验2信号的采样与重建1 .实验目的加深信号采样与重建的理解，熟悉相关的MATLAB函数。2 .实验主耍内容完成相关正弦信号的采样信号，并对信号分析，是否发生频谱混淆，以及混淆的原因。3 验3快速傅里叶变换及其应用1 .实验目的加深对离散信号的DTFT和DFT的及其相互关系的理解。2 .实验主要内容产生4种序列信号，并对各种信号进行时频分析。实验4 IIR数字滤波器设计1 .实验目的用双线性变换法和脉冲响应不变法设计IIR数

17、字滤波器。2 .实验主要内容根据滤波器的性能参数用双线性变换法和脉冲响应不变法设计HR数字滤波器并进行分 析。3 验5 FIR数字滤波器设计1 .实验目的用窗函数法、频率采样法设计FIR数字滤波器。2 .实验主要内容用矩形窗、汉宁窗、汉明窗设计FIR数字滤波器并进行分析。四、学时分配及教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实 验上机课程 实践小 计绪论11讲授+案例目标1第一章626讲授目标2第二章44讲授目标8第三章8210讲授目标3、9第四章628讲授目标4、10第五章628讲授目标 5、11、12第六章729讲授+案例目标6、7、12合计381048注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教学方法）等。五、课程考核考核形式考核要求考核权重备注平时作业按照作业题目进行评分，总分 数平均计算。15%实验完成实验报告，主要考查观察 与分析能力。15%期末考试闭卷70%