数字信号处理教学大纲
(完整word版)《数字信号处理》课程教学大纲
课程编号15102308《数字信号处理》教学大纲Digital Signal Processing一、课程基本信息二、本课程的性质、目的和任务《数字信号处理》课程是信息工程本科专业必修课，它是在学生学完了高等数学、概率论、线性代数、复变函数、信号与系统等课程后，进一步为学习专业知识打基础的课程。
本课程将通过讲课、练习使学生建立“数字信号处理”的基本概念，掌握数字信号处理基本分析方法和分析工具，为从事通信、信息或信号处理等方面的研究工作打下基础。
三、教学基本要求1、通过对本课程的教学，使学生系统地掌握数字信号处理的基本原理和基本分析方法，能建立基本的数字信号处理模型。
2、要求学生学会运用数字信号处理的两个主要工具：快速傅立叶变换（FFT）与数字滤波器，为后续数字技术方面课程的学习打下理论基础。
3、学生应具有初步的算法分析和运用MA TLAB编程的能力。
四、本课程与其他课程的联系与分工本课程的基础课程为《高等数学》、《概率论》、《线性代数》、《复变函数》、《信号与系统》等课程，同时又为《图像处理与模式识别》等课程的学习打下基础。
五、教学方法与手段教师讲授和学生自学相结合，讲练结合，采用多媒体教学手段为主，重点难点辅以板书。
六、考核方式与成绩评定办法本课程采用平时作业、期末考试综合评定的方法。
其中平时作业成绩占40%，期末考试成绩占60%。
七、使用教材及参考书目【使用教材】吴镇扬编，《数字信号处理》，高等教育出版社，2004年9月第一版。
【参考书目】1、姚天任,江太辉编，《数字信号处理》（第二版），华中科技大学出版社，2000年版。
2、程佩青著，《数字信号处理教程》（第二版），清华大学出版社出版，2001年版。
3、丁玉美,高西全编著，《数字信号处理》，西安电子科技大学出版社，2001年版。
4、胡广书编，《数字信号处理——理论、算法与实现》，清华大学出版社，2004年版。
5、Alan V. Oppenheim, Ronald W. Schafer，《Digital Signal Processing》，Prentice-Hall Inc, 1975.八、课程结构和学时分配九、教学内容绪论（1学时）【教学目标】1. 了解：什么是数字信号处理，与传统的模拟技术相比存在哪些特点。
本科专业认证《数字信号处理》课程教学大纲
《数字信号处理》课程教学大纲（Digital Signal Processing）编写单位：计算机与通信工程学院计算机科学与系（教研室）编写时间：2021 年 7 月《数字信号处理》课程教学大纲一、基本信息课程名称：数字信号处理英文名称：Digital Signal Processing课程类别：专业教育课程课程性质：选修课课程编码：08100J0257学分：2总学时：32学时。
其中，讲授学时20学时，实验学时12，上机学时0适用专业：计算机科学与技术、计算机科学与技术专业卓越工程师先修课程与知识储备：人工智能基础、信号与系统、MATLAB建模与仿真技术二、课程简介：该课程系统介绍了数字信号z域分析技术z变换，数字信号连续w域分析技术DTFT，数字信号离散w域分析技术DFT，以及数字IIR滤波和FIR滤波器的设计方法及实现结构。
通过本课程学习，学生能够掌握数字信号处理的基本原理和技术，为学习后续专业课程和从事数字信号处理算法研究及其工程实现技术打好基础。
三、教学目标1、课程思政教学目标：通过数字信号处理技术在国家民众生产生活中的影响，培养学生的爱国意识和对新技术的研究探索精神。
2、课程教学总目标：使学生掌握数字信号处理的基本分析方法和分析工具，为从事通信、信息或信号处理等方面的研究工作打下基础。
3、课程目标与学生能力和素质培养的关系：课程思政目标将科学研究精神与爱国主义有机融合，有利于培养德才兼备的通信专业人才；课程教学目标使学生掌握数字信号处理的分析和研究方法，培养学生独立分析问题与解决问题的能力，提高科学素质。
四、课程内容及学时分配本课程内容、建议学时以及知识单元如表1所示。
表1 课程内容及学时分配五、教学方法及要求1、教学方法要求要求任课教师具有通信工程专业背景；严格按照教学大纲执行教学计划，教材选择贴合教学大纲，体现教学目标；采用线上+线下混合式教学，课堂教学结合图形动画视频等多媒体资源，调动学生多种学习感官；课后利用微信、QQ、网络教学平台等多种线上资源，扩大学生的学习空间和形式；并通过一定的上机操作提高学生的动手实践能力，进一步加深理论知识；在讲授过程中，淡化公式推导，注重物理意义，去繁求简，抓住主线，由点到线，由线到面。
《数字信号处理》教学大纲
《数字信号处理》教学大纲课程编码：英文名称：Digital Signal Processing学分/学时：3/48适用专业：光电信息科学与工程开课院系：先修课程：数电、模电、应用工程数学；后续课程：一、课程目标目标1：了解采样定理、离散序列的变换方法，熟悉离散信号的特性，掌握其分析方法。
能够绘制离散系统的传递函数、频率响应曲线，进行离散系统的传递函数与信号流图的分析转换。
目标2：掌握Z变换、离散信号的傅里叶变换理论与分析，熟悉快速傅里叶变换方法的原理与应用范围。
目标3：掌握数字滤波器的设计理论和方法，能够按照要求的参数指标，进行FIR、IIR两种不同类型滤波器的设计分析。
二、课程内容（一）数字信号与系统模块的基本要求和基本内容（6课时）1.1数字信号处理的基本概念、方法与特点；（2 学时）1.2时域离散信号与系统、输入输出描述法——线性常系数差分方程；（2 学时）1.3模拟信号数字处理方法。
（2 学时）（二）数字变换模块的基本要求和基本内容（24课时）2.1 Z变换与离散傅里叶变换（2 学时）2.2序列的Z变换及与傅里叶变换的定义及性质；（4 学时）2.3周期序列的Z变换与离散傅里叶级数及傅里叶变换表示式；时域离散信号的傅里叶变换与模拟信号傅里叶变换之间的关系；（4 学时）2.4利用Z变换分析信号和系统的频域特性。
（4 学时）2.5离散傅里叶级数（DFS）的定义与性质；抽样Z变换-频率域采样；（4 学时）2.6计算DFT的问题及改进的途径:基2 FFT算法与进一步减少运算量的措施；（4 学时）2.7离散傅里叶反变换（IDFT）的快速方法（2 学时）（三）数字滤波器模块的基本要求和基本内容（18课时）3.1数字滤波器的基本概念、基本结构；（2 学时）3.2 FIR数字滤波器的基本结构；数字滤波器的格形结构（4 学时）3.3数字滤波器的基本概念、原理与结构；（1 学时）3.4用脉冲响应不变法、冲激响应法设计IIR数字滤波器；（2 学时）3.5用双线性变换法设计IIR数字滤波器；（2 学时）3.6数字高通、带通和带阻滤波器的设计；（1 学时）3.7线性相位FIR数字滤波器的条件和特点；（2 学时）3.8利用窗函数法设计FIR滤波器；（2 学时）3.9IIR数字滤波器的直接设计方法。
《数字信号处理》课程教学大纲
数字信号处理Digital signal processing物联网工程复变函数、线性代数、信号与系统2484816《数字信号处理》是物联网工程专业基础必修课。
主要研究如何分析和处理离散时间信号的基本理论和方法，主要培养学生在面对复杂工程问题时的分析、综合与优化能力，是一门既有系统理论又有较强实践性的专业基础课。
课程的目的在于使学生能正确理解和掌握本课程所涉及的信号处理的基本概念、基本理论和基本分析方法，来解决物联网系统中的信号分析问题。
培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。
助力学生树立正确的价值观，培养思辨能力、工程思维和科学精神。
培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。
它既是学习相关专业课程设计及毕业设计必不可少的基础，同时也是毕业后做技术工作的基础。
运用时间离散系统的基本原理、离散时间傅里叶变换、 Z 变换、离散傅里叶变换(DFT)、快速傅里叶变换(FFT)、时域采样定理和频域采样定理等工程基础知识，分析物联网领域的复杂工程问题。
培养探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。
助力学生树立正确的价值观，培养思辨能力、工程思维和科学精神。
说明利用DFT 对摹拟信号进行谱分析的过程和误差分析、区分各类网络的结构特点；借助文献研究运用窗函数法设计具有线性相位的FIR 数字滤波器，分析物联网领域复杂工程问题解决过程中的影响因素，从而获得有效结论的能力。
培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。
第一章 时域离散信号与系统(1)时域离散信号表示； (2)时域离散系统；(3)时域离散系统的输入输出描述法； * (4)摹拟信号数字处理方法；：数字信号处理中的基本运算方法，时域离散系统的线性、时不变性及系统的因果性和稳定性。
时域采样定理。
培养探索未知、 追求真理、 勇攀科学高峰的责任感和使命感。
：时域离散系统的线性、时不变性及系统的因果性和稳定性、时域采样定理。
数字信号处理 课程大纲
数字信号处理课程大纲1. 引言1.1 课程背景1.2 目标与重要性2. 基本概念与原理2.1 数字信号处理的定义2.2 数字信号与模拟信号的区别2.3 采样与量化2.4 傅里叶变换与离散傅里叶变换2.5 系统与滤波器2.6 ADC与DAC3. 信号处理算法与技术3.1 时域信号处理3.1.1 卷积与相关3.1.2 窗函数方法3.2 频域信号处理3.2.1 频域滤波器设计3.2.2 快速傅里叶变换（FFT） 3.2.3 频谱分析3.3 时频域信号处理3.3.1 短时傅里叶变换（STFT） 3.3.2 小波变换3.3.3 Wigner-Ville变换3.4 数字滤波器设计方法3.4.1 FIR滤波器设计3.4.2 IIR滤波器设计4. 数字信号处理应用领域4.1 语音信号处理4.1.1 语音信号的采集与处理4.1.2 语音合成与识别技术4.1.3 语音编码与压缩4.2 图像与视频信号处理4.2.1 图像与视频的数字化表示 4.2.2 图像与视频的增强与滤波4.2.3 图像与视频的压缩与编码 4.3 生物医学信号处理4.3.1 EEG信号处理4.3.2 ECG信号处理4.3.3 医学图像处理4.4 视频与音频编码标准4.4.1 MPEG视频编码标准4.4.2 MP3音频编码标准5. 实验与项目5.1 实验室实践5.1.1 信号采集与处理实验5.1.2 数字滤波器设计实验5.1.3 声音合成与识别实验5.2 课程项目5.2.1 图像处理项目5.2.2 视频编码与传输项目5.2.3 生物医学信号处理项目6. 考核与评价6.1 实验报告与成绩6.2 课程论文撰写与评审6.3 期末考试形式6.4 课堂表现与参与度6.5 综合评价与反馈7. 参考书目7.1 数字信号处理教材7.2 相关学术论文7.3 专业参考书籍8. 结语以上为《数字信号处理课程大纲》的内容，通过本课程的学习，学生将掌握数字信号处理的基本概念与原理，了解数字信号处理算法与技术，并能在不同的应用领域中运用所学知识解决实际问题。
数字信号处理教学大纲
数字信号处理教学大纲数字信号处理教学大纲引言：数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门研究数字信号在计算机中的处理方法和技术的学科。
随着科技的发展和应用的广泛，数字信号处理已经成为电子信息工程、通信工程、计算机科学等领域中不可或缺的一部分。
本文将就数字信号处理的教学大纲进行探讨。
一、基础概念与原理1. 数字信号处理的基本概念：数字信号、模拟信号、采样、量化等。
2. 时域与频域的转换：离散时间信号、离散频率信号、傅里叶变换等。
3. 信号的滤波与去噪：滤波器的分类与设计、数字滤波器的性能评估、去噪技术等。
二、数字信号处理的应用1. 语音信号处理：语音信号的分析与合成、语音识别、语音增强等。
2. 图像与视频信号处理：图像压缩与编码、图像增强与恢复、视频处理与分析等。
3. 生物医学信号处理：心电信号分析、脑电信号处理、医学图像处理等。
三、数字信号处理算法与实现1. 快速傅里叶变换（FFT）算法：基本原理、算法流程、应用实例。
2. 数字滤波器设计与实现：FIR滤波器、IIR滤波器、滤波器设计方法与实践。
3. 数字信号处理的硬件实现：FPGA、DSP芯片、嵌入式系统等。
四、数字信号处理系统设计1. 数字信号处理系统的结构与框图：信号采集与预处理、数字信号处理算法、信号输出与显示等。
2. 实时数字信号处理系统设计：硬件选择与配置、软件开发与调试、系统性能评估与优化。
五、数字信号处理的发展与前景1. 数字信号处理在通信领域的应用：OFDM技术、数字调制解调技术、信道均衡技术等。
2. 数字信号处理在音视频娱乐领域的应用：音频编码与解码、视频编码与解码、虚拟现实技术等。
3. 数字信号处理在智能系统领域的应用：人工智能、机器学习、自动控制等。
结语：通过对数字信号处理教学大纲的探讨，我们可以了解到数字信号处理的基础概念与原理、应用领域、算法与实现、系统设计以及发展前景。
数字信号处理作为一门重要的学科，不仅为学生提供了广阔的就业机会，也为科技创新和社会进步提供了强大的支持。
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《数字信号处理》课程教学大纲课程编号：英文译名：Digital Signal Processing适用专业：通信工程，电子信息工程，自动化开课教研室：通信教研室学分数：３学时数：５１先修课程：信号与系统、电路分析、高等数学、概率统计、积分变换、复变函数等教材：《数字信号处理》(第三版)（丁玉美、高西全）西安电子科技大学出版社（普通高校“十一五”国家级规划教材）参考书目：1.丁玉美等，《数字信号处理》（第二版）西安电子科技大学出版社2. 程佩青，《数字信号处理》（第二版）清华大学出版社3. 胡广书， 《数字信号处理——理论、算法与实现》（第二版）清华大学出版社，2003.84. 高西全等，《数字信号处理(第二版)学习指导》，西安电子科技大学出版社,2001一、本课程的性质、目的和任务数字信号处理是用数字或符号的序列来表示信号，通过数字计算机去处理这些序列，提取其中的有用信息。
例如，对信号的滤波，增强信号的有用分量，削弱无用分量；或是估计信号的某些特征参数等。
总之，凡是用数字方式对信号进行滤波、变换、增强、压缩、估计和识别等都是数字信号处理的研究对象。
数字信号处理课程是电子信息工程、通信工程和自动化等学科专业本科生必修的专业基础课程。
本课程介绍了数字信号处理的基本概念、基本分析方法和处理技术。
主要讨论离散时间信号和系统的基础理论、离散傅立叶变换DFT 理论及其快速算法FFT 、IIR 和FIR 数字滤波器的设计。
通过本课程的学习使学生掌握利用DFT 理论进行信号谱分析，以及数字滤波器的设计原理和实现方法，为学生进一步学习有关信息、通信等方面的课程打下良好的理论基础。
二、教学要求本课程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。
本课程将通过讲课、练习、仿真使学生掌握数字信号处理的基本理论和方法。
以下是各章节知识要求：1、绪论 （讲课1学时）重点介绍数字信号处理的基本概念和特点，与传统的模拟技术相比存在哪些优点。
数字信号处理的应用领域。
2、时域离散信号和时域离散系统（讲课6学时）复习信号与系统的相关知识，引入离散时间信号、离散系统等概念，介绍线性卷积和差分方程等相关知识，为数字信号处理的学习打基础。
主要知识点要求：⑴正确理解和区分模拟信号、时域离散信号和数字信号⑵掌握时域离散信号的三种表示方法：集合、公式、图形⑶掌握常用典型序列 ：六种()()()()sin()(cos())n j n N n u n R n a u n A n A n e ωδωθωθ++ 周期序列 ⑷掌握正弦（包括余弦和复指数）序列的周期的计算方法：判断2πω/ ⑸理解如何将任意序列表示为单位采样序列的移位加权和⑹掌握序列的基本运算：加法和乘法、移位、翻转、尺度⑺能够正确判断时域离散系统的线性、时不变性、因果性、稳定性⑻正确理解并能熟练运用序列的线性卷积公式，掌握卷积的性质 服从交换律、结合律、分配率⑼能够用串、并联分系统的单位脉冲响应表示该系统的总单位脉冲响应 ⑽掌握用N 阶线性常系数差分方程表示系统的输入输出关系⑾了解用递推法求解差分方程⑿了解用递推法由差分方程求系统的单位脉冲响应⒀掌握采样定理的内容，理解推导方法()()()m x n x m n m δ∞=−∞=−∑()()*()()()m y n x n h n x m h n m∞=−∞==−∑⒁掌握采样信号恢复模拟信号的方法（低通滤波）⒂掌握A/DC 的作用和基本组成作用；组成（采样，量化编码）；两个指标（采样频率和量化位数）⒃掌握A/DC 的作用和基本组成作用；组成（解码，零阶保持，平滑）；两个指标（采样频率和量化位数）3、离散时间信号和系统的频域分析（讲课12学时）讲授序列的傅里叶变换(DTFT)及其性质；介绍周期序列的两种频域表示方法，即离散傅立叶级数和傅立叶变换；Z 变换；利用Z 变换分析信号和系统的频域特性。
主要知识点要求：⑴理解序列的傅立叶变换的正反变换的定义，能正确使用定义式求解一些简单序列的傅立叶变换⑵掌握序列的傅立叶变换的性质：周期性、线性性、时移和频移性、共轭对称性、时域卷积定理、频域卷积定理、帕斯瓦尔定理。
能够证明其中的时移性、频移性、共轭对称性、时域卷积定理特别注意共轭对称性的分析⑶周期序列的频域分析方法①理解离散傅立叶级数（DFS ），能使用定义式求解DFS②理解引入冲激的傅立叶变换来表示周期序列的频谱⑷掌握常用序列的DTFT ：0()()1j n n n a u n e ωδ能够使用常用序列的DTFT 和DTFT 的性质来求解一些序列的DTFT ⑸掌握时域离散信号的傅里叶变换与模拟信号傅里叶变换的关系⑹掌握ZT 的定义：单边ZT 、双边ZT 、ZT 的收敛域能够正确使用定义求解ZT ，并标注收敛域⑺掌握序列特性对收敛域的影响：有限长序列、右序列、左序列、双边序列 能够由ZT 收敛域的情况正确判断时域序列的类型⑻掌握常用序列的ZT ：()()()(1)n n n u n a u n a u n δ−−−⑼逆Z 变换（IZT ）留数定理（掌握）、部分分式展开法（掌握）⑽掌握常用ZT 的性质线性、时移性、初值定理、终值定理、时域卷积定理、Z 域复卷积定理、帕斯瓦尔定理能够证明时移性，初值定理，终值定理，时域卷积定理()()1()()2j j n n j j n X e x n e x n X e e d ωωπωωπωπ∞−=−∞−⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩∑∫21...021...0()[()]()1()[()]()N j kn N n N j kn N k X k DFS x n x n e k x n IDFS X k X k e n N ππ−−=−=⎧==−∞<<∞⎪⎪⎨⎪==−∞<<∞⎪⎩∑∑ 22()(())()()j r X e FT x n X k k N N ωππδω∞=−∞==−∑能够使用常用序列的ZT 和常用ZT 的性质来求解一些序列的ZT⑾掌握用ZT 解差分方程稳态解（双边ZT ） 暂态解（单边ZT ）⑿掌握用ZT 求解用差分方程所描述的系统的单位脉冲响应h(n)⒀用ZT 对系统进行频域分析① 系统的传输函数，表征系统的频率特性掌握系统对复指数序列的响应： 能够求解一些由复指数序列线性组合构成的序列通过系统后的响应② 系统的系统函数，表征系统的复频域特性③理解由系统函数的极点分布来分析系统的因果、稳定性④掌握由系统函数的零极点分布定性分析系统的频率特性⒁了解三种特殊的系统（全通滤波器，梳状滤波器，最小相位系统）4、离散傅里叶变换（讲课6学时）离散傅里叶变换（DFT ）及其性质，基于DFT 实现的线性卷积，快速傅里叶变换等。
主要知识点要求：⑴掌握DFT 的正反变换定义，能够用定义求解一些简单序列的DFT⑵理解DFT 与DTFT 、ZT 、DFS 的关系⑶掌握DFT 的性质：线性、隐含周期性、循环移位性质、实序列的共轭对称性、循环卷积定理⑷DFT 的应用①掌握用DFT 计算序列的线性卷积掌握用DFT 计算线性卷积的基本要求：L ≥M+N-1理解用“重叠相加法”计算长序列的卷积②掌握用DFT 对信号进行频谱分析掌握 Tp 、 T 、 N 、 fs 、 F 等指标的计算掌握使用DFT 进行频谱分析的误差来源及改善途径混叠现象（改善途径：增大采样频率，增加前置预滤波器）栅栏效应（时域序列补零后再进行DFT ）截断效应（增大用于截断的矩形窗的长度，改用其他窗进行截断）5、快速傅里叶变换（讲课6学时）DFT 的运算量太大，制约其广泛应用，快速傅里叶变换（FFT ）可以实现DFT 的运算量成指数级的下降，得到了广泛的应用。
主要知识点要求：⑴掌握直接计算N 点DFT 的运算量：复数乘法次数，复数加法次数⑵DIT-FFT 的算法①掌握算法推导②掌握算法运算量()()j n j n j Te e H e ωωω=21100()()()0,1,2,...,1N N j kn kn N N n n X k x n e x n W k N π−−−=====−∑∑2110011()()()0,1,2,...,1N N j kn kn N N k k x n X k e X k W n N N N π−−+−=====−∑∑()j H e ω()H z③了解编程思想⑶掌握DIF-FFT 的算法推导⑷了解IDFT 的快速算法6、数字滤波器结构（讲课4学时）讲授用信号流图表示系统，介绍有关IIR 滤波器结构，FIR 滤波器结构等知识，为滤波器设计打基础。
主要知识点要求：⑴信号流图表示系统，掌握梅森公式⑵会由系统函数画信号流图，以及有信号流图写系统函数⑶IIR 系统的基本网络结构：直接型、级联型、并联型能够画出IIR 系统的这三种网络结构信号流图⑷FIR 系统的基本网络结构：直接型、级联型、线性相位结构、频率采样型 能够画出FIR 滤波器的直接型和级联型结构，掌握线性相位结构的流图画法；了解频率采样型结构的特点7、IIR 滤波器设计（讲课6学时）介绍滤波器的基本概念，IIR 滤波器间接设计法首先设计相应的模拟滤波器，然后将设计好的模拟滤波器系统函数转换为数滤波器的系统函数。
主要知识点要求：⑴掌握滤波的基本概念：频率选择⑵掌握模拟滤波器的技术指标：p s p s c ααΩΩΩ⑶模拟滤波器设计①掌握常用的五种模拟滤波器特点②掌握模拟巴特沃斯低通滤波器设计方法③了解频率变换与高通、带通、带阻滤波器设计⑷掌握用脉冲响应不变法将模拟滤波器的系统函数转换为数字滤波器的系统函数：公式、性能、优缺点⑸掌握用双线性变换法将模拟滤波器的系统函数转换为数字滤波器的系统函数：公式、性能、优缺点8、FIR 滤波器的设计（讲课6学时）FIR 滤波器的特点是容易实现线性相位，首先讨论FIR 滤波器线性相位的条件， 重点分析窗函数法设计线性相位FIR 滤波器。
主要知识点要求：⑴掌握线性相位的概念θ(ω)= -ωτ τ是常数，就称具有严格的线性相位特性（第一类线性相位） θ(ω)=θ0 -ωττ是常数，就称具有第二类线性相位特性， θ0一般取/2π−⑵掌握FIR 滤波器的时域约束单位脉冲响应h(n)为实序列，且关于(N-1)/2偶对称就具有第一类线性相位 单位脉冲响应h(n)为实序列，且关于(N-1)/2奇对称就具有第二类线性相位⑶掌握线性相位FIR 滤波器的幅度特性的特点，能通过单位脉冲响应的对称性和长度N 为奇数还是偶数，判断能够设计的滤波器类型h(n)对称性h(n)长度N幅度函数H g(ω)可以设计的滤波器类型第一类线性相位1偶对称奇数ω=0, π, 2π三点偶对称四种滤波器都可设计第一类线性相位2偶对称偶数关于ω=π奇对称，关于ω=0,2π偶对称不能实现高通和带阻滤波特性。