hi,小慕
数字信号处理
第11次开课
开课时间: 2025年02月16日 ~ 2025年07月16日
学时安排: 3-5小时每周
进行至第12周,共22周 已有 46 人参加
立即参加
课程详情
课程评价(712)
spContent=数字信号处理(Digital Signal Processing),信息学科的理论入门。 本课程是电子信息类专业的重要基础课,是相关专业的考研专业课。学习本课程将为你奠定数字信号处理的专业基础。本课程具有优秀的教学团队,助你掌握数字信号处理的基本理论、分析方法及仿真应用。 学科大门已经打开,欢迎同学加入!
数字信号处理(Digital Signal Processing),信息学科的理论入门。 本课程是电子信息类专业的重要基础课,是相关专业的考研专业课。学习本课程将为你奠定数字信号处理的专业基础。本课程具有优秀的教学团队,助你掌握数字信号处理的基本理论、分析方法及仿真应用。 学科大门已经打开,欢迎同学加入!
—— 课程团队
课程概述

数字信号处理是电子信息类专业本科生必修的专业基础课程。其目的是使学生牢固掌握离散时间信号和系统分析的基本原理和分析方法。深入理解离散傅里叶变换的基本原理,学会应用离散傅里叶变换快速算法进行信号分析。掌握数字滤波器的设计原理设计方法,会设计数字滤波器的网络结构。掌握数字信号处理Matlab仿真设计,了解数字信号处理的软硬件实现方法。培养学生分析问题与解决问题的能力,为学生进一步学习专业相关方面的课程打下良好的理论基础。

授课目标

课程目标 1:使学生掌握数字信号处理的基本理论,时域、频域的基本知识。

课程目标 2:系统地掌握数字信号、数字系统的基本分析方法,能够基于时域、频域、复频域,对信号和系统进行分析。

课程目标 3:掌握快速傅里叶变换(FFT)的原理及应用,掌握IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的设计方法及应用,数字信号处理系统的设计与实现,及后续课程学习打下必备的基础。

课程目标 4:通过理论与实验教学相结合,使用MATLAB工具,对数字信号、数字系统的进行分析和仿真设计。

课程目标5:通过课程学习,让同学掌握科学思维和信息学科的工程思维,做到立德树人、学以致用。

课程大纲
绪论
课时目标:①掌握信号处理的基本概念;②掌握信号处理系统的基本组成及各部分的功能;③了解数字信号处理的特点。
(1)数字信号处理的基本概念
(2)数字信号处理的实现方法
(3)数字信号处理的特点
(4)数字信号处理系统的基本组成
(5)本课程的特点和应用
课程思政:
在介绍数字信号处理课程内容时,增加实际应用知识,提高专业素养。结合前沿技术,拓展专业视野。
时域离散信号与时域离散系统
课时目标:①理解时域离散信号概念;②理解Ω和ω及f之间的关系;③掌握时域离散系统的表示;④掌握线性系统的判定;⑤掌握时不变系统的判定;⑥掌握系统因果性与稳定性的判定
(1)时域离散信号——序列
(2)时域离散系统
(3)时域离散系统的输入输出描述——线性常系数差分方程
(4)模拟信号数字信号处理方法
课程思政:
在对时域离散系统进行教学时,注意理论联系实际,提高学生基本专业素质。
时域离散信号与系统的频域分析
课时目标:①掌握信号的频域基本分析方法;②掌握序列的Z变换和序列的傅里叶变换之间的关系;③掌握利用Z变换,根据系统的极点位置判断系统的因果性和稳定性;④掌握利用Z变换的零极点分布分析系统的幅频特性
(1)序列的傅立叶变换的定义及性质
(2)周期序列的离散傅立叶级数及傅立叶变换
(3)时域离散信号的傅立叶变换与模拟信号的傅立叶变换
(4)序列的Z变换
(5)利用Z变换分析离散信号与系统的频域特性
课程思政:
1.在介绍z变换时,强调方法论的重要性,让学生能够从多元的角度思考问题。
2.注重不同变换的对比,让学生学会举一反三。
离散傅里叶变换(DFT)
课时目标:①掌握序列DFT,IDFT变换的求解;②掌握序列DFT、DTFT及ZT的关系;③掌握DFT的应用(IDFT求解,实序列求解,线性卷积求解,谱分析应用)
(1)离散傅里叶变换的定义
(2)离散傅里叶变换的基本性质
(3)频率域采样
(4)DFT的应用
课程思政:
1.针对DFT的频域离散的特点,讨论为什么要在频域进行离散化,从而引入理论和实践相结合的思想。
2. 针对DFT应用的难点,提倡深入探究,迎难而上的专业探索精神。
快速傅里叶变换(FFT)
课时目标:①掌握按时间抽取和按频率抽取的基2FFT算法原理;②掌握基2FFT算法的蝶形运算单元(按时间抽取和按频率抽取的);③掌握基2FFT算法运算量的计算,序列倒位序排序,原位计算的概念;④了解进一步减少运算量的措施;⑤了解分裂基FFT算法。
(1)直接计算DFT的问题及改进的途径;
(2)基2FFT算法
(3)进一步减少运算量的措施
课程思政:
1.针对科学家提出的FFT时的思路,鼓励学生积极探索科学问题,提高创新意识,思辨能力。
2.让学生自主探索减少运算量的措施,鼓励学生进行思辨,及时总结,比较。
无限脉冲响应(IIR)数字滤波器的设计
课时目标:①掌握数字滤波器的基本概念和各种分类 ( 数字滤波器及其各项性能指标含义 );②了解模拟滤波器的设计方法(特别是巴特沃思低通滤波器);③掌握IIR数字滤波器的设计方法(脉冲响应不变法,双线性变换法);④掌握脉冲响应不变法和双线性变换法设计IIR滤波器的优缺点,理解其中原因;⑤掌握数字高通、带通和带阻滤波器的设计方法(频率转换)
(1)数字滤波器的基本概念
(2)模拟滤波器设计
(3)用脉冲响应不变法设计IIR数字低通滤波器
(4)用双线性变换法设计IIR数字低通滤波器
(5)数字高通、带通和带阻滤波器的设计
(6)IIR数字滤波器的直接设计法
课程思政:
1.结合模拟滤波器推演到数字滤波器的思想,提高学生科学思想。
2.注意和脉冲响应不变法的对比,提高学生对比学习的能力。
3.在教学中,注意深入学习科学方法论,强调整体设计流程,提升学生学业素养和学习能力。
有限脉冲响应(FIR)数字滤波器的设计
课时目标:①掌握线性相位FIR 数字滤波器的条件 ( 其单位脉冲响应的特点 );②掌握窗函数法设计FIR滤波器的方法(窗形状的选择,长度的计算);③了解吉布斯效应的特点及其产生原因;④掌握频率采样法设计FIR滤波器的方法;⑤了解窗函数法和频率采样法设计FIR滤波器的特点;⑥了解IIR和FIR数字滤波器两类滤波器相比较的特点。
(1)线性相位FIR数字滤波器的条件和特点
(2)利用窗函数法设计FIR滤波器
(3)利用频率采样法设计FIR滤波器
(4)IIR和FIR数字滤波器的比较
课程思政:
1.在线性相位FIR DF教学中,注意和数学、图形的结合,强化学生数理基础的重要性及学科之间的紧密联系。
2.在窗函数法设计教学中,注意窗形的联系和对比,提高学生关联学习的能力。
3.在IIR DF和FIR DF比较教学中,注意讲解工程技术选型问题,提升学生工程能力。
数字信号处理系统的结构与实现
课时目标:①掌握信号流图表示方法(常数乘法,单位延时,相加);②掌握IIR系统的基本网络结构(结构画法,各种结构的特点,适用场合);③掌握FIR系统的基本网络结构(结构画法,各种结构的特点,适用场合);④了解量化误差的概念;⑤了解量化效应产生的原因;⑥了解数字信号处理软件实现方法;⑦了解数字信号处理硬件实现的方法(专用硬件的基本特点);⑧了解其他类型的数字系统。
(1)数字滤波器结构的表示方法
(2)IIR滤波器的基本结构
(3)IIR滤波器的基本结构
(4)数字信号处理中的量化效应
(5)数字信号处理的软件和硬件实现
课程思政:
1.特别注意不同系统结构的优缺点,提升学生在解决实际问题时,技术选型的能力。
2.强调DSP最终工程实践所需考虑的问题,提升学生理论结合实际的能力。
数字信号处理课程实验
课时目标:理论与实验相结合,增强对数字信号处理的理解,提高学生的动手能力。
实验1 信号、系统及系统响应
实验2 离散信号的DTFT与DFT
实验3 用FFT做频谱分析
实验4 时域采样与信号的重建
实验5 用脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器
实验6 用双线性变换法设计IIR数字滤波器
实验7 用窗函数法设计FIR数字滤波器
实验8 用频率采样法设计FIR数字滤波器
综合实验1 语音信号的采样与分析
综合实验2 用谱减法实现语音增强
课程思政:透过现象看本质,探究信号的时域采样与重建
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预备知识

信号与线性系统

参考资料

[1]沈卫康,宋宇飞 . 数字信号处理[M]. 北京:清华大学出版社,2017.

[2]宋宇飞 . 数字信号处理实验与学习指导[M]. 北京:清华大学出版社,2018.

[3]程佩青. 数字信号处理教程[M]. 北京:清华大学出版社,2017.

[4] 胡广书. 数字信号处理——理论、算法与实现[M]. 北京:清华大学出版社,2020.

[5] 高西全,丁玉美. 数字信号处理[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2020

[6] 吴镇扬. 数字信号处理[M]. 北京:高等教育出版社,2020.

[7] A.V.奥本海姆. 离散时间信号处理[M]. 刘树棠,译. 西安:西安交通大学出版社,2015.

[8] Sanjit K.Mitra. 数字信号处理——基于计算机的方法[M]. 孙洪,译. 北京:电子工业出版社,2016.

[9] Richard G. Lyons. 数字信号处理[M]. 朱光明,译. 北京:机械工业出版社,2016.

[10] John G. Proakis. 数字信号处理[M]. 方艳梅,译. 北京:电子工业出版社,2017.

[11] 恩格尔. 数字信号处理:使用MATLAB[M]. 刘树棠,译. 西安:西安交通大学出版社,2012.

[12] 普埃克. 数字信号处理[M]. 北京:电子工业出版社,2017.

[13] 英格尔. 数字信号处理MATLAB[M]. 刘树棠,译. 西安:西安交通大学出版社,2018.

[14] 程乾生. 数字信号处理[M]. 北京:北京大学出版社,2013.

[15] 胡广书现代信号处理教程[M]. 北京:清华大学出版社,2014.

[16] 张小虹. 数字信号处理[M]. 北京:机械工业出版社,2015.

[17] 程佩青. 数字信号处理教程习题分析与解答[M]. 北京:清华大学出版社,2017.

[18] 高西全,丁玉美. 数字信号处理学习指导[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2009.

[19] 张小虹. 数字信号处理学习指导与习题解答[M]. 北京:机械工业出版社,2005.

[20] 高西全,丁玉美. 数字信号处理学习指导与题解[M]. 北京:电子工业出版社,2007.

[21] 邓立新,曹雪虹. 数字信号处理学习辅导及习题详解[M]. 北京:电子工业出版社,2005.

[22] 楼顺天,李博菡. 基于MATLAB7.x的系统分析与设计——信号处理[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2005.

[23] 陈怀琛. 数字信号处理——MATLAB释疑与实现[M]. 北京:电子工业出版社,2004.

[24] 楼顺天,李博菡. MATLAB7.x程序设计语言[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2007.

[25] 王宏. MATLAB 6.5及其在信号处理中的应用[M]. 北京:清华大学出版社,2004.

常见问题

Q : 数字信号处理课程的重要性?A : 数字信号处理是电子信息类专业的专业基础课也是专业核心课程。也是很多高校相关专业的考研专业课。本课程是信息学科中,非常重要的课程。

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