数字信号处理
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spContent=没有信息化就没有现代化,而数字化是信息化的基础,数字信号处理正是阐述了信号分析与处理的数字化技术。数字化技术正改变着我们的世界,并将进一步影响着我们的未来。在当今数字化与信息化的时代,让我们通过数字信号处理课程,一起去探究数字化技术的内涵,领略数字化技术的精彩。
—— 课程团队
课程概述


    数字信号处理课程是电子信息类专业本科生必选的学科基础课程。本课程以离散信号和系统分析为理论基础,主要讨论离散Fourier变换(DFT)及其应用,快速Fourier变换算法,IIR数字滤波器设计,FIR数字滤波器设计,数字滤波器实现,多速率信号简介,小波分析简介,以及数字信号处理的应用。

    北京交通大学数字信号处理课程是校级优质课程,2013入选国家级英语授课品牌课程。陈后金教授主编的数字信号处理(第2版)、高等教育出版社出版2009被评为国家精品教材。在课程建设中,面向电气信息大类学科规划学科基础课群,体现了“厚理博术、知行相成”的教学理念。新的电气信息类学科基础课程体系由“电子电路、电磁场、信号处理”三大课群构成,如图1所示。

根据信号处理课群的特点进行整体优化,重新规划其理论与实验课程的教学体系,如图2所示,其体现了原理、技术和应用的有机结合。

1 电气信息类学科基础课程体系

 

2 信号处理课群的体系结构


    “数字信号处理”涉及数字信号分析和数字滤波器设计,主要内容如图3所示。DFT是实现信号数字化分析的核心技术,FFT是提高DFT运算效率的重要算法。信号分析是信号处理的基础,而数字滤波器设计则是信号处理的具体实现。


3 数字信号处理课程的教学体系

    

    在教学内容更新上,提出知识没有有用与无用之分,但有有用与更加有用之别。根据课程教学内涵,剖析课程的教学重点与难点:可否与信号与系统的内容有适当重叠?时域、频域抽样定理的本质内容是什么?如何看待DFT的作用?如何介绍FFT算法?如何引入Wavelet变换等新内容?等等。结合学科应用开展案例教学,将数字信号处理课程的基本理论应用于声音信号频域特征分析、语音信号去噪、语音信号识别、数字集群信道机、主体机车信号识别、人口预测等,拓展学生的视野,激发学生的学习兴趣。

 


课程大纲

第一章  离散信号与系统分析

第六节:离散系统的复频域分析

第二节:离散LTI系统的时域分析

第七节:全通滤波器与最小相位系统

第五节:双边z变换

第三节:离散信号的频域分析

第九节:利用MATLAB实现离散信号和系统分析

第一节:离散信号的时域分析

第四节:离散LTI系统的频域分析

第八节:连续时间信号的时域抽样与重建

绪论

第一章单元作业

第一章单元测试题

第二章 离散傅里叶变换(DFT)

第二节  利用 DFT计算线性卷积

第四节 DFT计算信号频谱的应用举例

第一节 离散傅里叶变换(DFT)

第三节  利用DFT分析信号频谱

第五节  利用MATLAB计算DFT

第二章单元作业

第二章单元测试题

第三章  离散傅里叶变换快速算法(FFT)

第三节 频率抽取基2-FFT

第四节 其他基时间抽取-FFT

第七节 FFT应用

第二节 时间抽取基2-FFT算法

第五节 混合基FFT

第六节 FFT算法对称性分析

第一节 FFT概述

第三章单元作业

第三章单元测试题

第四章 IIR数字滤波器设计

第一节 模拟低通滤波器设计

第四节 双线性变换法

第六节 利用IIR数字滤波器处理脉搏信号

引论

第二节 模拟域频率变换

第五节 利用MATLAB设计IIR滤波器

第三节 脉冲响应不变法

第四章单元作业

第四章单元测试题

第五章 FIR数字滤波器设计

第三节 频率取样法设计线性相位FIR数字滤波器

第一节 线性相位FIR数字滤波器的特性

第四节 线性相位FIR数字滤波器的优化设计

第五节 FIR与IIR数字滤波器的比较

第六节 利用MATLAB实现FIR数字滤波器

引论

第二节 窗函数法设计线性相位FIR数字滤波器

第五章单元测试题

第五章单元作业

第六章 数字滤波器的实现

第一节  IIR数字滤波器的基本结构

第二节  FIR数字滤波器的基本结构

第三节  有限字长效应

第四节 使用MATLAB实现数字滤波器

第六章单元作业

第六章单元测试题

第七章 多速率信号处理

第一节 为什么进行多速率信号处理

第二节 多速率信号处理的基本单元

第三节 抽取滤波器和内插滤波器

第六节 利用MATLAB实现多速率转换

第四节 数字滤波器结构的多相分解

第五节 两通道滤波器组的基本概念

第七章单元作业

第七章单元测试题

第八章 信号时频分析与小波分析

第二节 小波展开与小波变换

第六节 利用MATLAB实现信号的小波分析

第四节 小波变换分解与重构算法

第三节 小波变换与多分辨分析

第五节 基于小波变换的信号处理

第一节 信号短时Fourier变换

第八章单元测试题

第八章单元作业

预备知识

微积分、线性代数、电路分析、信号与系统

证书要求

    课程成绩满分100分,由单元测验成绩、各章作业成绩、网上讨论成绩和期末考试成绩四部分组成,各部分比例如下:

  •        单元测验成绩:30%

  •        各章作业成绩:10%

  •        网上讨论成绩:10%

  •        期末考试成绩:50%

    完成全部的课程学习,其中60≤成绩<80者获得合格证书,成绩≥80者将获得优秀证书。证书由任课教师签发。

参考资料

1.  陈后金,薛健,胡健数字信号处理(2).(高等教育十一五国家级规划教材) 高等教育出版社,2008

2.  陈后金等译, 数字信号处理及MATLAB仿真,机械工业出版社,2015

3.  S.K. Mitra,数字信号处理(4版)清华大学出版社,  2012

4.  A.V.Oppenheim. 离散时间信号处理(第3版)(英文版),电子工业出版社, 2011

5.  V.K. Ingle.  数字信号处理: 应用MATLAB(第3版)(英文影印版),科学出版社, 2012

6.  胡广书.数字信号处理.清华大学出版社(第3版),2012.

7.  P.P. Vaidyanathan,  Multirate systems and filter banks,  Prentice Hall,       Englewood Cliffs NJ,1993.

8.   N.J.Fliege, Multirate digital signal processing.  John Wiley &Sons, NY,1994.

9.  I.Daubechies,  小波十讲(修订版),国防工业出版社,2011

10. S. Mallat, 信号处理的小波导引:稀疏方法(第3版) (英文影印版),机械工业出版社,2012