湖北省高等教育自學考試課程考試大綱

  課程名稱：數(shù)字信號處理

  第一部分  課程性質(zhì)與目標

  一、課程性質(zhì)與特點

  數(shù)字信號處理是電子信息工程專業(yè)的專業(yè)核心課。它不僅是后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)，還是從事電子工程類工作的工程技術(shù)人員所必須掌握的一門有關(guān)信號分析和處理的理論課。

  二、課程目標與基本要求

  本課程的目的是使學生學習數(shù)字信號處理的基本概念和理論，牢固掌握在數(shù)字信號的分析方法和處理技能，為日后解決數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)字信號處理中實際問題奠定基礎(chǔ)。

  三、與本專業(yè)其他課程的關(guān)系

  本課程相關(guān)的課程有：數(shù)字圖像處理、計算機信息處理、多媒體技術(shù)等專業(yè)課程。

  第二部分  考核內(nèi)容與考核目標

  緒論

  一、學習目的與要求

  本章的目的是使學生了解一些關(guān)于數(shù)字信號處理的概念，深刻理解信號、系統(tǒng)和信號處理的概念，理解數(shù)字信號處理的基本組成，了解數(shù)字信號處理系統(tǒng)的優(yōu)點及其應(yīng)用。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)信號、系統(tǒng)和信號處理的基本概念;(重點)

  識記：(1)信號的基本概念;(2)系統(tǒng)的基本概念。

  (二)數(shù)字信號處理的基本組成及實現(xiàn)方法;(次重點)

  識記：(1)數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成及各部分作用;(2)數(shù)字信號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。

  (三)數(shù)字信號處理系統(tǒng)的特點及其應(yīng)用;(一般)

  識記：(1)數(shù)字信號處理系統(tǒng)的優(yōu)點;(2)數(shù)字信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域。

  第1章  離散時間信號與系統(tǒng)

  一、學習目的與要求

  本章的目的是使學生掌握并應(yīng)用關(guān)于離散時間信號與系統(tǒng)的基本概念與基本方法。理解離散系統(tǒng)的線性移不變性、因果性和穩(wěn)定性的基本概念以及幾種常用序列;理解奈奎斯特抽樣定理;理解序列、序列的周期性、序列的能量、常系數(shù)線性差分方程等基本概念;熟練掌握序列的基本運算。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)離散時間信號—序列;線性移不變系統(tǒng);(重點)

  識記：(1)序列的概念;(2)常用的離散時間序列;

  理解：(1)周期序列的概念;(2)序列能量的含義

  應(yīng)用：(1)離散時間系統(tǒng)的線性、移不變性、因果性和穩(wěn)定性的判斷;(2)線性卷積和的計算。

  (二)連續(xù)時間信號的抽樣;(次重點)

  識記：奈奎斯特采樣定理。

  理解：連續(xù)信號理想抽樣和實際抽樣與恢復。

  (三)常系數(shù)線性差分方程;(一般)

  識記：常系數(shù)線性差分方程的概念。

  第2章  Z變換與離散時間傅里葉變換（DTFT）

  一、學習目的與要求

  本章的目的是使學生掌握并應(yīng)用Z變換與離散時間傅里葉變換(DTFT)。理解Z變換、序列的傅里葉變換、離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)以及離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)的基本概念;理解序列的Z變換與連續(xù)信號的拉普拉斯變換和傅里葉變換之間的關(guān)系;理解無限長單位沖激響應(yīng)系統(tǒng)和有限長單位沖激響應(yīng)系統(tǒng)的基本概念;理解序列傅里葉變換的主要性質(zhì);掌握Z變換的基本性質(zhì)和定理、Z反變換的計算。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)Z變換及Z反變換;(重點)

  識記：(1)Z變換的定義;(2)Z變換的收斂域;(3)Z反換的定義;

  理解：(1)Z變換的基本性質(zhì)和定理

  應(yīng)用：(1)Z變換的計算;(2)Z反換的計算。

  (二)離散時間傅里葉變換;離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)，系統(tǒng)的頻率響應(yīng);(次重點)

  識記：(1)離散時間傅里葉變換的定義;(2)離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)，系統(tǒng)的頻率響應(yīng)的定義。

  理解：周期性序列的傅里葉變換

  應(yīng)用：(1)序列傅里葉變換的主要性質(zhì);(2)線性移不變系統(tǒng)的因果性及穩(wěn)定性在Z域的判斷方法。

  (三)序列的z變換與連續(xù)時間信號的拉普拉斯變換、傅立葉變換的關(guān)系(一般)

  理解：(1)序列的z變換與連續(xù)時間信號的拉普拉斯變換、傅立葉變換的關(guān)系

  第3章  離散傅里葉變換（DFT）

  一、學習目的與要求

  本章的目的是使學生掌握并應(yīng)用離散傅里葉變換。理解離散傅里葉變換的定義及性質(zhì);了解周期序列的離散傅里葉級數(shù)以及傅里葉變換的幾種可能形式;理解頻域抽樣理論;熟練掌握用離散傅里葉變換對信號進行譜分析。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)周期序列的傅里葉級數(shù);離散傅里葉變換;(重點)

  識記：(1)周期序列的傅里葉級數(shù)的定義。(2)離散傅里葉變換及反變換的定義;

  理解：(1)離散傅里葉變換與Z變換的關(guān)系。(2)離散傅里葉變換的主要性質(zhì)。

  (二)頻域抽樣理論;(次重點)

  識記：(1)頻域采樣含義;

  理解：(2)頻域采樣的條件;

  (三)DFT的應(yīng)用(一般)

  應(yīng)用：(1)計算圓周卷積和;(2)對信號進行譜分析。

  第4章  快速傅里葉變換（FFT）

  一、學習目的與要求

  本章的目的是使學生掌握并應(yīng)用快速傅里葉變換。理解DFT計算效率的途徑、按時間抽取的基-2 FFT算法;了解按頻率抽取的基-2 FFT算法、IDFT的快速算法;理解線性卷積的FFT實現(xiàn)。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)直接計算DFT的運算量及減少運算量的途徑;基-2 FFT算法(重點)

  識記：(1)FFT的意義;(2)基-2的含義;(3)蝶形運算的含義;

  理解：(1)直接計算N點DFT的運算量;(2)減少運算量的基本途徑。(3)按時間抽取的基-2 FFT算法;(4)按頻率抽選的基-2 FFT算法。

  (二)基-2 FFT流程圖(次重點)

  識記：(1)信號流圖的概念;

  理解：(1)按時間抽取的基-2 FFT蝶形運算流圖;(2)同址運算的概念;(3)倒位序的含義;(4)基-2 FFT的復數(shù)運算量的計算。

  (三)線性卷積的FFT實現(xiàn)(一般)

  理解：(1)重疊相加法;(2)重疊保留法;

  第5章  數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)

  一、學習目的與要求

  本章的目的是使學生掌握并應(yīng)用IIR和FIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)。理解數(shù)字濾波器的基本概念、IIR和FIR數(shù)字濾波器的特點及其基本結(jié)構(gòu)。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)IIR數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu);FIR數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu);(重點)

  識記：(1)IIR數(shù)字濾波器的概念與特點;(2)FIR數(shù)字濾波器的概念與特點;

  理解：(1)IIR數(shù)字濾波器直接型結(jié)構(gòu)、級聯(lián)型結(jié)構(gòu)、并聯(lián)型結(jié)構(gòu)。(2)FIR數(shù)字濾波器的直接型結(jié)構(gòu)、級聯(lián)型結(jié)構(gòu)：

  (二)線性相位FIR濾波器的結(jié)構(gòu);(次重點)

  理解：(1)線性相位FIR濾波器的結(jié)構(gòu)。

  第6章  無限長單位沖激響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器的設(shè)計方法

  一、學習目的與要求

  本章的目的是使學生掌握并應(yīng)用IIR濾波器的設(shè)計方法。理解數(shù)字濾波器的概念;熟練掌握用模擬濾波器設(shè)計IIR數(shù)字濾波器(沖激響應(yīng)不變法和雙線性變換法);了解數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的基本概念和設(shè)計方法。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)數(shù)字濾波器的基本概念;數(shù)字濾波器的技術(shù)指標;全通濾波器;最小相位滯后濾波器;(重點)

  識記：(1)數(shù)字濾波器的基本概念;(2)數(shù)字濾波器的設(shè)計指標;

  理解：(1)全通濾波器的特點;(2)最小相位滯后濾波器的特點;

  (二)模擬低通濾波器的設(shè)計;IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計方法;(次重點)

  理解：(1)模擬巴特沃斯低通濾波器的特點;(2)沖激響應(yīng)不變變換法的概念;(3)雙線性變換法的概念;(4)頻率畸變的概念;(5)非線性失真的概念;

  應(yīng)用：(1)IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計步驟;

  (三)數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(一般)

  識記：(1)數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的基本概念;

  理解：(1)模擬低通到數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計方法;(2)數(shù)字低通到數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計方法;

  第7章  有限長單位沖激響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器的設(shè)計方法

  一、學習目的與要求

  本章的目的是使學生掌握并應(yīng)用FIR濾波器的設(shè)計方法。深刻理解具有 線性相位FIR濾波器的特點;掌握FIR數(shù)字濾波器的窗函數(shù)設(shè)計法和頻率抽樣設(shè)計法;深刻理解IIR與FIR數(shù)字濾波器的比較。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)線性相位FIR濾波器的特點;窗函數(shù)設(shè)計FIR濾波器(重點)

  識記：(1)線性相位數(shù)字濾波器的概念;(2)線性相位FIR數(shù)字濾波器的條件;(3)窗函數(shù)的基本概念;

  理解：(1)線性相位FIR數(shù)字濾波器的零點、極點分布特點。(2)主瓣和旁瓣的概念;(3)主瓣寬度和旁瓣衰減的概念;(4)窗函數(shù)設(shè)計FIR濾波器的基本原理。

  應(yīng)用：(1)窗函數(shù)法設(shè)計具有線性相位的FIR數(shù)字濾波器。

  (二)IIR與FIR數(shù)字濾波器的比較(次重點)

  理解：(1)IIR與FIR數(shù)字濾波器的比較;

  (三)頻率采樣法設(shè)計FIR濾波器(一般)

  識記：(1)頻率采樣的基本概念。

  理解：(1)頻率采樣法的逼近誤差及改進辦法;

  第三部分  有關(guān)說明與實施要求

  一、考核的能力層次表述

  本大綱在考核目標中，按照“識記”、“理解”、“應(yīng)用”三個能力層次規(guī)定其應(yīng)達到的能力層次要求。各能力層次為遞進等級關(guān)系，后者必須建立在前者的基礎(chǔ)上，其含義是：

  識記：能知道有關(guān)的名詞、概念、知識的含義，并能正確認識和表述，是低層次的要求。

  理解：在識記的基礎(chǔ)上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有關(guān)概念、原理、方法的區(qū)別與聯(lián)系，是較高層次的要求。

  應(yīng)用：在理解的基礎(chǔ)上，能運用基本概念、基本原理、基本方法聯(lián)系學過的多個知識點分析和解決有關(guān)的理論問題和實際問題，是最高層次的要求。

  二、教材

  1、指定教材

  數(shù)字信號處理教程(第四版)經(jīng)典版，程佩青主編，北京：清華大學出版社。

  參考教材

  離散時間信號處理，劉樹棠、黃建國譯，奧本海姆，謝弗，巴克著，西安交通大學出版社。

  三、自學方法指導

  1、在開始閱讀指定教材某一章之前，先翻閱大綱中有關(guān)這一章的考核知識點及對知識點的能力層次要求和考核目標，以便在閱讀教材時做到心中有數(shù)，有的放矢。

  2、閱讀教材時，要逐段細讀，逐句推敲，集中精力，吃透每一個知識點，對基本概念必須深刻理解，對基本理論必須徹底弄清，對基本方法必須牢固掌握。

  3、在自學過程中，既要思考問題，也要做好閱讀筆記，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，這可從中加深對問題的認知、理解和記憶，以利于突出重點，并涵蓋整個內(nèi)容，可以不斷提高自學能力。

  4、完成書后作業(yè)和適當?shù)妮o導練習是理解、消化和鞏固所學知識，培養(yǎng)分析問題、解決問題及提高能力的重要環(huán)節(jié)，在做練習之前，應(yīng)認真閱讀教材，按考核目標所要求的不同層次，掌握教材內(nèi)容，在練習過程中對所學知識進行合理的回顧與發(fā)揮，注重理論聯(lián)系實際和具體問題具體分析，解題時應(yīng)注意培養(yǎng)邏輯性，針對問題圍繞相關(guān)知識點進行層次(步驟)分明的論述或推導，明確各層次(步驟)間的邏輯關(guān)系。

  四、對社會助學的要求

  1、應(yīng)熟知考試大綱對課程提出的總要求和各章的知識點。

  2、應(yīng)掌握各知識點要求達到的能力層次，并深刻理解對各知識點的考核目標。

  3、輔導時，應(yīng)以考試大綱為依據(jù)，指定的教材為基礎(chǔ)，不要隨意增刪內(nèi)容，以免與大綱脫節(jié)。

  4、輔導時，應(yīng)對學習方法進行指導，宜提倡"認真閱讀教材，刻苦鉆研教材，主動爭取幫助，依靠自己學通"的方法。

  5、輔導時，要注意突出重點，對考生提出的問題，不要有問即答，要積極啟發(fā)引導。

  6、注意對應(yīng)考者能力的培養(yǎng)，特別是自學能力的培養(yǎng)，要引導考生逐步學會獨立學習，在自學過程中善于提出問題，分析問題，做出判斷，解決問題。

  7、要使考生了解試題的難易與能力層次高低兩者不完全是一回事，在各個能力層次中會存在著不同難度的試題。

  8、助學學時：本課程共4學分，建議總課時72學時，其中助學課時分配如下：

  五、關(guān)于命題考試的若干規(guī)定

  1、本大綱各章所提到的內(nèi)容和考核目標都是考試內(nèi)容。試題覆蓋到章，適當突出重點。

  2、試卷中對不同能力層次的試題比例大致是："識記"為 30 %、"理解"為 40 %、"應(yīng)用"為 30 %。

  3、試題難易程度應(yīng)合理：易、較易、較難、難比例為2：3：3：2.

  4、每份試卷中，各類考核點所占比例約為：重點占65%，次重點占25%，一般占10%。

  5、試題類型一般分為： 單項選擇題、簡答題、分析題、計算題、作圖題、綜合應(yīng)用題。

  6、考試采用閉卷筆試，考試時間150分鐘，采用百分制評分，60分合格。

  六、題型示例（樣題）

  一、單項選擇題

  1、當N>>1時，直接計算N點DFT所需的乘法次數(shù)與(       )成正比。

  A.N       B.  NLog2N        C.  N2        D.  4 N2

  二、簡答題

  1、比較IIR與FIR數(shù)字濾波器的優(yōu)缺點。

  三、分析題

  1、設(shè)離散系統(tǒng)的輸入為，輸出為，分析系統(tǒng)的線性、 穩(wěn)定、因果及移不變特性，并說明理由。

  四、計算題

  1、求信號的z變換及其收斂域?

  五、作圖題

  1、設(shè) ，,求x(n)+y(n)并作圖。

  六、綜合應(yīng)用題

  1、序列的DFT相當于從單位圓上開始，對序列的變換進行點的等間隔采樣的結(jié)果。若想在半徑為的圓上對z變換采樣，如何調(diào)整，使其DFT相當于在期望的半徑上對采樣?