《數(shù)字信號處理》課程是工科本科電子與電氣信息類專業(yè)的必修專業(yè)核心課程，開設(shè)于第五學(xué)期，3學(xué)分。本課程以時域離散信號為研究對象，講授時域離散信號和時域離散信號的定義、頻域分析、離散傅里葉變換、快速離散傅里葉變換、時域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計和有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解信號處理的一般流程和方法，掌握頻域分析方法；理解離散傅里變換的物理意義和實(shí)現(xiàn)，掌握快速傅里葉變換的原理和實(shí)現(xiàn)；理解網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的含義和應(yīng)用，掌握數(shù)字濾波器的設(shè)計原理與方法，使學(xué)生初步具備信號分析的能力。課程培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會應(yīng)用離散傅里葉變換快速算法解決信號分析問題的方法，掌握數(shù)字濾波器的設(shè)計原理與實(shí)現(xiàn)方法，為后續(xù)其它課程、畢業(yè)設(shè)計，以及將來工作奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

數(shù)字信號處理是電子信息工程本科專業(yè)的專業(yè)主干課程，是在學(xué)習(xí)完高等數(shù)學(xué)、信號與系統(tǒng)等課程后，進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)知識的基礎(chǔ)課程。是一門理論和實(shí)踐都要求較高的課程。通過理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗使學(xué)生掌握數(shù)字信號處理的基本原理和方法，初步培養(yǎng)學(xué)生能夠從數(shù)學(xué)概念、物理概念及工程概念去分析問題和解決問題的能力，掌握采用數(shù)值計算方法（軟件、硬件實(shí)現(xiàn)）提取信號、處理信號，為后續(xù)專業(yè)課程及以后從事專業(yè)工作打下良好基礎(chǔ)。

該課程主要包括離散時間信號與系統(tǒng)、信號的傅里葉變換及快速傅里葉變換（FFT）、數(shù)字濾波器設(shè)計和數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)四大塊基本內(nèi)容。是學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字圖像處理、現(xiàn)代信號處理、語音信號處理等專業(yè)課程的必備基礎(chǔ)，其具體的教程教學(xué)目標(biāo)為：

課程教學(xué)目標(biāo)1：掌握常用離散時間序列、離散序列的運(yùn)算行列式計算，學(xué)會判斷系統(tǒng)的線性性、移不變性、因果性和穩(wěn)定性。能對系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)進(jìn)行極零點(diǎn)分析。

課程教學(xué)目標(biāo)2：深刻理解各種傅里葉變換之間的關(guān)系，并體會離散傅里葉變換（DFT）的提出過程。掌握FFT算法的核心思想，了解進(jìn)一步減小運(yùn)算量的措施。學(xué)會使用FFT對信號進(jìn)行譜分析。

課程教學(xué)目標(biāo)3：了解離散時間系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及相位特性，熟練掌握數(shù)字濾波器（IIR和FIR）的基本理論和設(shè)計方法。

第一單元 緒論

目標(biāo)

1.掌握 數(shù)字信號處理的特點(diǎn)。

2.熟悉 與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比存在哪些特點(diǎn)以及數(shù)字信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域。

3.了解 數(shù)字信號處理的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢。

內(nèi)容

1.重點(diǎn)闡述 數(shù)字信號處理學(xué)科概貌。

2.詳細(xì)了解 數(shù)字信號處理的主要應(yīng)用。

第二單元 離散時間信號與離散時間系統(tǒng)

目標(biāo)

1.掌握 離散時間信號的運(yùn)算、時域抽樣定理、卷積和運(yùn)算。

2.熟悉 頻譜的周期延拓、離散時間LTI系統(tǒng)的性質(zhì)。

3.了解 信號的內(nèi)插恢復(fù)、欠抽樣與頻譜抽樣定理。

內(nèi)容

1.重點(diǎn)闡述 ①離散時間信號的數(shù)字序列；②離散時間系統(tǒng)。

2.詳細(xì)了解 ①離散時間信號和系統(tǒng)的頻域描述；②信號取樣；③離散時間LTI系統(tǒng)的性質(zhì)和時域分析。

第三單元 離散傅立葉變換及其快速算法

目標(biāo)

1.掌握 離散傅立葉級數(shù)、按時間和頻率抽取得FFT算法。

2.熟悉 傅立葉級數(shù)系數(shù)、DFT的主要性質(zhì)和運(yùn)算特性、系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。

3.了解 DFT與頻域抽樣的關(guān)系。

內(nèi)容

1.重點(diǎn)闡述 離散傅立葉級數(shù)及性質(zhì)。

2.詳細(xì)了解 ①利用循環(huán)卷積計算線性卷積；②頻率取樣；③圓周卷積。

3.一般介紹快速傅立葉變換及其應(yīng)用。

第四單元 濾波器的基本結(jié)構(gòu)

目標(biāo)

1.掌握 ①無限單位沖激響應(yīng)（IIR）濾波器的基本結(jié)構(gòu)；②有限單位沖激響應(yīng)（FIR）濾波器的基本結(jié)構(gòu)。

2.熟悉 幾種特殊濾波器及簡單一、二階數(shù)字濾波器的設(shè)計。

3.了解 不同結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換。

內(nèi)容

1.重點(diǎn)闡述 無限長單位脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器以及有限單位沖激響應(yīng)（FIR）濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.詳細(xì)了解 ①數(shù)字濾波器的基本概念；②幾種特殊濾波器的設(shè)計方法。

3.一般介紹 數(shù)字濾波器的格型結(jié)構(gòu)。

第五單元 無限長單位脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器的設(shè)計方法

目標(biāo)

1.掌握 ①利用模擬濾波器的理論來設(shè)計數(shù)字濾波器；②脈沖響應(yīng)不變法、雙線形變換法。

2.熟悉 原型變換。

3.了解 用最優(yōu)化技術(shù)設(shè)計參數(shù)、Z平面變換法。

內(nèi)容

1.重點(diǎn)闡述 無限長單位脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.詳細(xì)了解 ①IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計方法；②IIR數(shù)字濾波器的頻率變換。

第六單元 有限長單位脈沖(FIR)濾波器的設(shè)計方法

目標(biāo)

1.掌握 線性相位FIR濾波器的特點(diǎn)。

2.熟悉 頻率采樣法。

3.了解 窗口法、過渡帶采樣的計算機(jī)輔助最優(yōu)設(shè)計法。

內(nèi)容

1.重點(diǎn)闡述 有限單位沖激響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.詳細(xì)了解 ①FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計方法；②FIR數(shù)字濾波器的特點(diǎn)。

3.一般介紹FIR數(shù)字濾波器與IIR數(shù)字濾波器的比較。

五、實(shí)驗教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容

實(shí)驗一 離散信號和系統(tǒng)分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)

目標(biāo)

1.熟悉應(yīng)用MATLAB產(chǎn)生離散信號的方法和MATLAB求解離散系統(tǒng)響應(yīng)的方法。

3.了解滑動平均系統(tǒng)處理噪聲干擾的方法。

4.掌握MATLAB中產(chǎn)生隨機(jī)序列以及差分方程的零狀態(tài)響應(yīng)的函數(shù)。

內(nèi)容

1.利用MATLAB產(chǎn)生正弦信號，畫出波形。

2.應(yīng)用MATLAB求解離散系統(tǒng)響應(yīng)的方法。

實(shí)驗二  離散傅里葉變換及譜分析

目標(biāo)

1．了解補(bǔ)零序列的離散傅立葉變換。

2．了解高密度譜和高分辨率譜之間的區(qū)別。

內(nèi)容

1．實(shí)現(xiàn)補(bǔ)零序列的離散傅立葉變換；

2．編程實(shí)現(xiàn)高密度譜和高分辨率譜，了解兩者之間的區(qū)別；

3．實(shí)現(xiàn)語音信號簡單處理。

實(shí)驗三 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計（沖激響應(yīng)不變法）

目標(biāo)

1．熟悉 由模擬濾波器轉(zhuǎn)換為IIR數(shù)字濾波器的原理與方法。

2．掌握IIR數(shù)字濾波器的計算機(jī)仿真方法。

內(nèi)容

1．用沖激響應(yīng)不變法設(shè)計巴特沃斯數(shù)字濾波器。

2．比較并分析變換前的模擬濾波器與變換后的數(shù)字濾波器的頻率特性的區(qū)別。

實(shí)驗四 IIR濾波器設(shè)計（雙線性變換法）

目標(biāo)

1. 掌握用雙線性變換法設(shè)計原型低通為切比雪夫I型的數(shù)字IIR低通濾波器的原

理和設(shè)計方法。

2．掌握求解濾波器的Z變換的方法。

3．掌握利用MATLAB畫出幅頻特性圖的方法。

4．掌握驗證濾波器的方法。

內(nèi)容

1. 用雙線性變換法設(shè)計原型低通為切比雪夫I型的數(shù)字IIR低通濾波器。

2. 對設(shè)計的濾波器進(jìn)行頻譜分析。

實(shí)驗五 FIR線性相位數(shù)字濾波器的四種類型

目標(biāo)

1. 掌握FIR數(shù)字濾波器四種類型的線性相位特性、幅度函數(shù)的特點(diǎn)、零點(diǎn)分布。

2. 利用Matlab編寫程序求解四種類型FIR濾波器的振幅響應(yīng)、系數(shù)、頻率響應(yīng)、零點(diǎn)分布。

內(nèi)容

利用Matlab編寫程序求解四種類型FIR濾波器的振幅響應(yīng)、系數(shù)、頻率響應(yīng)、零點(diǎn)分布。

實(shí)驗六 窗函數(shù)法設(shè)計FIR數(shù)字濾波器

目標(biāo)

1. 掌握用窗函數(shù)法和頻率抽樣法設(shè)計FIR數(shù)字濾波器的原理和方法。

2. 熟悉線性相位FIR濾波器特性。