《数字信号处理》教案.docx

1、数字信号处理教案教 案 20132014学年第1学期院 （部） 电子信息工程学院 教 研 室 通信工程 课 程 名 称 数字信号处理 授 课 专 业 班 级 2011级电子信息工程 主 讲 教 师 郭 靖 职 称 职 务 讲 师 使 用 教 材 高西全数字信号处理(第三版)2013年9月第 1 次课的教学整体安排授课时间第1 周 第3-5节课时安排3学时授课题目(教学章、节或主题)：数字信号处理概述教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：了解数字信号处理的发展概况、 研究内容、 研究路线等。了解本学科当前的发展前景，研究的难点和重点。掌握什么是信号？什么是系统？以及数字信号处理的基本过程

2、。教学内容：基本内容：数字信号处理的学科概貌数字信号与系统的特征数字信号处理系统的基本组成数字信号处理的应用数字信号处理的发展方向重点：信号本质，数字信号处理过程，系统本质，数字信号处理的优缺点。难点：A/D 转换器，前置取样滤波，量化器。讨论、思考、作业：1. 为什么要学习数字信号处理这门课程？2结合以前知识，思考为什么数字信号处理过程的第一步骤是加入前置滤波器？3. 怎样理解数字信号处理过程中的量化误差和采样间隔？参考资料：1A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。西安，西安交通大学出版社，2001. 2丁玉美，高西全，数字信号处理（第三

3、版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.3高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.4 维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.5 江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012教学过程设计：新课导入5分钟，授新课90分钟，安排讨论20分钟，布置作业5分钟（时间分配仅供参考）授课类型：理论课讨论课实验课练习课其他教学方式：讲授讨论指导其他教学资源：多媒体模型实物挂图音像其他第2 次课的教学整体安排授课时间第2周 第3-5节课时安排3学时授课题目(教学章、

4、节或主题)：时域离散系统； 时域离散系统的输入输出描述法； 模拟信号数字处理方法； 教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：了解取样定理的推导过程，深刻理解取样定理的意义及其作用，从而巩固以前所学的在时域和频域上分析信号的知识；掌握信号重建的过程；熟练掌握离散时间信号的表示及其运算规则。教学内容：基本内容：连续时间信号的取样及取样定理一、 信号的取样二、 取样定理三、 信号的恢复离散时间信号的表示及其运算规则一、 离散时间系统二、 线性系统三、 非时变系统四、 单位取样响应与卷积五、 卷积计算方法六、 系统的稳定性和因果性七、 差分方程重点：时域离散系统的性质，用递推解法求解线性常系数差

5、分方程。难点：时域采样定理。讨论、思考、作业：3思考讨论时域离散系统的性质的物理意义。注：教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。参考资料：1A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。西安，西安交通大学出版社，2001. 2丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.3高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.4 维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.5 江志红，深入浅出

6、数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012教学过程设计：复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）授课类型：理论课讨论课实验课练习课其他教学方式：讲授讨论指导其他教学资源：多媒体模型实物挂图音像其他第3课的教学整体安排授课时间第3周 第3-5节课时安排3学时授课题目(教学章、节或主题)：时域离散信号和系统的频域分析 时域离散信号的傅立叶变换的定义及性质；周期序列的离散傅立叶级数及傅立叶变换表示式； 时域离散信号的傅立叶变换与模拟信号的傅立叶变换之间的关系教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：了解时域离散信号的傅立叶变换的定义及性质，理解周

7、期序列的离散傅立叶级数及傅立叶变换表示式，掌握时域离散信号的傅立叶变换与模拟信号的傅立叶变换之间的关系。掌握离散时间系统的线性、非时变性、稳定性、因果性的概念；熟练计算离散序列的卷积。教学内容：基本内容：时域离散信号的傅立叶变换的定义；时域离散信号的傅立叶变换的性质；周期序列的离散傅立叶级数；周期序列的离散傅立叶变换表示式；时域离散信号的傅立叶变换与模拟信号的傅立叶变换之间的关系。重点：时域离散信号的傅立叶变换的定义、性质和应用。难点：模拟信号与序列各自傅里叶变化的异同，卷积定理。讨论、思考、作业：1思考讨论周期序列的离散傅立叶级数的意义。2思考模拟信号与序列各自傅里叶变化的异同。4如何判断系

8、统的线性、非时变性、稳定性和因果性？5如何计算卷积？6对于一个因果的线性非时变系统，怎样从差分方程的形式转换为单位取样响应的形式？注：教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。参考资料：1A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。西安，西安交通大学出版社，2001. 2丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.3高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.4 维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交

9、通大学出版社，2008.5 江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012教学过程设计：复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）授课类型：理论课讨论课实验课练习课其他教学方式：讲授讨论指导其他教学资源：多媒体模型实物挂图音像其他第 4次课的教学整体安排授课时间第4周 第3-5节课时安排3学时授课题目(教学章、节或主题)：序列的Z变换；利用Z变换分析信号和系统的频响特性；教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握 Z 变换的定义；熟练计算有限长序列、左边序列、右边序列、双边序列的 Z 变换和收敛域。教学内容：基本内容：序列的Z

10、变换；Z变换的收敛域；利用Z变换分析信号；求逆Z变换；利用Z变换分析系统的频响特性。重点：Z变换的定义、性质和应用。难点：Z变换和傅里叶变化的关系。讨论、思考、作业：2思考讨论Z变换的收敛域对求Z变换及其逆Z变换的影响。3如何计算有限长序列、左边序列、右边序列、双边序列的 Z 变换和收敛域？4为什么右边序列的收敛域是最大极点所对应的圆外，左边序列收敛域是最小极点所对应的圆内？注：教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。参考资料：1A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。西安，西安交通大学出版社，2001. 2丁玉美，高西全，

11、数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.3高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.4 维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.5 江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012教学过程设计：复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）授课类型：理论课讨论课实验课练习课其他教学方式：讲授讨论指导其他教学资源：多媒体模型实物挂图音像其他第 5 次课的教学整体安排授课时间第5周 第3-5节课时安排3

12、学时授课题目(教学章、节或主题)：离散傅立叶变换 离散傅立叶变换的定义及物理意义；线性、循环移位性质教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握离散时间傅立叶变换的定义和意义；了解拉氏变换、傅立叶变换和 Z 变换三者之间的转换关系；并在数字域分析出稳定的因果系统其 Z 变换收敛域包含单位圆，且极点在单位圆内。教学内容：基本内容： 离散傅立叶变换的定义；离散傅立叶变换的物理意义离散傅立叶变换的线性性质；离散傅立叶变换的循环移位性质；重点：离散傅立叶变换的定义，及其物理意义。难点：循环移位性质。讨论、思考、作业：1如何计算离散时间傅立叶变换？3证明出稳定的因果系统其 Z 变换收敛域包含单位圆

13、，且极点在单位圆内。4思考讨论离散傅立叶变换和傅立叶变换的区别。5思考讨论循环移位性质的过程。注：教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。参考资料：1A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。西安，西安交通大学出版社，2001. 2丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.3高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.4 维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.5 江志红，

14、深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012教学过程设计：复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）授课类型：理论课讨论课实验课练习课其他教学方式：讲授讨论指导其他教学资源：多媒体模型实物挂图音像其他第 6 次课的教学整体安排授课时间第6周 第3-5节课时安排3学时授课题目(教学章、节或主题)：循环卷积定理、复共轭序列的DFT及DFT的共轭对称性；频率采样、DFT的应用举例教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握循环卷积定理；理解复共轭序列的DFT及DFT的共轭对称性；掌握频率采样定理。教学内容：基本内容：离散傅立叶变换的循环卷积

15、定理；复共轭序列的DFT及DFT的共轭对称性；频率采样定理；DFT的应用举例。重点：复共轭序列的DFT。频率采样定理。难点：离散傅立叶变换的循环卷积定理。DFT和Z变换之间的联系。讨论、思考、作业：1思考讨论复共轭序列的DFT的意义，及在计算DFT中的作用。2思考讨论循环卷积定理和线性卷积定理的区别及联系。3频率采样定理和时域采样定理的区别。4周期离散时间信号的傅立叶级数为什么是离散周期的？5在频域上离散的采样间隔是多少？注：教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。参考资料：1A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。西安，西

16、安交通大学出版社，2001. 2丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.3高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.4 维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.5 江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012教学过程设计：复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）授课类型：理论课讨论课实验课练习课其他教学方式：讲授讨论指导其他教学资源：多媒体模型实物挂图音像其他第 7 次课的

17、教学整体安排授课时间第7周 第3-5节课时安排3学时授课题目(教学章、节或主题)：基2FFT快速傅立叶变换教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：了解快速傅立叶变换(FFT)的意义和重要性， 掌握按照时间抽取的 FFT 算法，会分析并计算 FFT 算法的时间。教学内容：基本内容：基2FFT算法；时域抽取法基2FFT基本原理；频域抽取法基2FFT基本原理。重点：时域抽取法基2FFT基本原理。频域抽取法基2FFT基本原理。IDFT的高效算法。难点：快速运算的算法思想。讨论、思考、作业：1为什么要研究傅立叶变换的快速算法？2按照时间抽取的 FFT 算法。3按照频率抽取的 FFT 算法。4思考讨

18、论时域抽取法和频域抽取法相似和不同点。5如何在MATLAB上实现FFT。6画 16 点按照时间抽取的 FFT，并分析其计算的时间。注：教师也可以根据教学的实际情况另外布置其他讨论题、思考题和作业。参考资料：1A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。西安，西安交通大学出版社，2001. 2丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.3高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.4 维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理使用MATLAB，刘树棠译，西安，西

19、安交通大学出版社，2008.5 江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012教学过程设计：复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）授课类型：理论课讨论课实验课练习课其他教学方式：讲授讨论指导其他教学资源：多媒体模型实物挂图音像其他第 8 次课的教学整体安排授课时间第8周 第3-5节课时安排3学时授课题目(教学章、节或主题)：IIR和FIR的基本网络结构 线性相位、频率采样的结构教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握用信号流图表示网络结构，掌握IIR系统的三种基本网络结构，掌握FIR系统的两种基本网络结构，理解FIR系统

20、的线性相位、频率采样的结构。教学内容：基本内容：信号的算法对系统运算误差、速度及其系统复杂度和成本的影响；信号流图表示网络结构的三种基本运算；IIR系统的三种基本网络结构：直接型、级联型和并联型；FIR系统的两种基本网络结构：直接型和级联型；FIR系统的线性相位结构；FIR系统的频率采样的结构重点：信号流图表示网络结构的基本运算。难点：IIR系统的三种基本网络结构，FIR系统的两种基本网络结构。讨论、思考、作业：1什么是 IIR 滤波器，什么是 FIR 滤波器，它们的系统函数各自有什么特点。2思考讨论线性相位结构对减小运算量的作用。注：教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。

21、参考资料：1A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。西安，西安交通大学出版社，2001. 2丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.3高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.4 维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.5 江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012教学过程设计：复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）授

22、课类型：理论课讨论课实验课练习课其他教学方式：讲授讨论指导其他教学资源：多媒体模型实物挂图音像其他第 9 次课的教学整体安排授课时间第9周 第3-5节课时安排3学时授课题目(教学章、节或主题)：格型网络的结构无限脉冲响应数字滤波器的设计的基本概念教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：了解格型网络的结构；理解无限脉冲响应数字滤波器的设计的基本概念。教学内容：基本内容：格型网络的结构；无限脉冲响应数字滤波器的设计的基本概念；重点：格型网络的结构中的系数的求法。难点：无限脉冲响应数字滤波器的分类及技术指标。讨论、思考、作业：1讨论格型网络的结构中的系数的递推方法。2讨论数字滤波器和模拟滤波器

23、的区别。3. 怎样根据要求的参数设计 Butterworth 模拟滤波器？注：教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。参考资料：1A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。西安，西安交通大学出版社，2001. 2丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.3高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.4 维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.5 江志红，深入浅出数字信号处理

24、，北京航空航天大学出版社，2012教学过程设计：复习5分钟，授新课90分钟，安排讨论20分钟，布置作业实验5分钟（时间分配仅供参考）授课类型：理论课讨论课实验课练习课其他教学方式：讲授讨论指导其他教学资源：多媒体模型实物挂图音像其他第 10次课的教学整体安排授课时间第10周 第3-5节课时安排3学时授课题目(教学章、节或主题)：模拟滤波器的设计介绍； 模拟低通滤波器的设计指标和逼近方法教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握模拟滤波器的设计步骤；掌握和理解模拟低通滤波器的设计指标和逼近方法。教学内容：基本内容：模拟滤波器的设计步骤；模拟低通滤波器的设计指标；模拟低通滤波器的逼近方法。

25、重点：模拟滤波器的设计步骤。难点：模拟低通滤波器的设计指标。模拟低通滤波器的逼近方法。讨论、思考、作业：1思考通过设计模拟滤波器来设计数字滤波器的原因。2总结从模拟滤波器变成数字滤波器的方法，脉冲响应不变法和双线性变换法。注：教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。参考资料：1A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。西安，西安交通大学出版社，2001. 2丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.3高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.4

26、 维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.5 江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012教学过程设计：复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业试验5分钟（时间分配仅供参考）授课类型：理论课讨论课实验课练习课其他教学方式：讲授讨论指导其他教学资源：多媒体模型实物挂图音像其他第 11 次课的教学整体安排授课时间第11周 第3-5节课时安排3学时授课题目(教学章、节或主题)：巴特沃斯低通滤波器的设计 切比雪夫和椭圆滤波器的设计 教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握巴特沃斯低通滤

27、波器的设计过程，及其求参数指标的过程。理解切比雪夫I型低通滤波器的设计原理；了解椭圆滤波器的设计原理。教学内容：基本内容：巴特沃斯低通滤波器的设计原理；求解巴特沃斯低通滤波器的阶数和3DB截至频率；切比雪夫I型低通滤波器的设计原理；椭圆滤波器的MATLAB实现。重点：低通滤波器的设计原理。难点： 滤波器参数的计算。讨论、思考、作业：1思考巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器的优缺点。2切比雪夫滤波器波形和阶数的联系是什么？3怎样根据要求的参数设计切比雪夫 I 型模拟滤波器？4已知切比雪夫 I 滤波器通带波纹为 1dB ，截止频率 0.3 rads阻带截止频率0.5 rads，阻带衰减大于 15dB，

28、求切比雪夫滤波器。注：教师也可以根据教学的实际情况布置其他讨论题、思考题和作业。参考资料：1A.V.奥本海姆，R.W.谢弗，J.R.巴克，离散时间信号处理（第二版），刘树棠，黄建国译。西安，西安交通大学出版社，2001. 2丁玉美，高西全，数字信号处理（第三版），西安，西安电子科技大学出版社，2008.3高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）学习指导，西安，西安电子科技大学出版社，2008.4 维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯，数字信号处理使用MATLAB，刘树棠译，西安，西安交通大学出版社，2008.5 江志红，深入浅出数字信号处理，北京航空航天大学出版社，2012教学过程设计：复习5分钟，授新课100分钟，安排讨论10分钟，布置作业5分钟（时间分配仅供参考）授课类型：理论课讨论课实验课练习课其他教学方式：讲授讨论指导其他教学资源：多媒体模型实物挂图音像其他第 12 次课的教学整体安排授课时间第12周 第3-5节课时安排3学时授课题目(教学章、节或主题)：频率变换与模拟滤波