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护理学基础自学指导书
《数字信号处理》自学指导书
一、课程名称:
数字信号处理
二、自学学时:
90课时
三、教材名称:
《数字电路处理》,陈树新主编,高等教育出版社
四、参考资料:
1、《数字信号处理》,俞卞章主编,西北工业大学出版社
2、《现代信号处理》,张贤达主编,清华大学大学出版社
五、课程简介:
《数字信号处理》全面系统地介绍数字信号处理的基本概念、基本原理和基本分析方法,同时还简要介绍数字信号处理相关的硬件原理和软件仿真方面的知识。
具体内容包括:
连续信号与系统的分析,时域离散信号与系统的时域分析,时域离散信号与系统的频域分析,离散傅里叶变换及其快速算法,IIR数字滤波器的理论与设计,FIR数字滤波器的理论与设计,数字信号处理的硬件实现。
学习者要注重对理论篇和技术篇的学习,有条件的可以选学应用篇。
本课程将通过讲课、练习、实验使学生掌握数字信号处理的基本理论和方法。
六、考核方式:
闭卷考试
七、自学内容指导:
第一章连续信号与系统分析
1、本章内容概述:
本章主要对连续信号与系统进行分析和研究,实际上这部分属于“信号与系统”这门课程的内容。
通过对这部分内容的回顾与学习,达到能够对后续数字信号处理内容的学习有一个系统的理论铺垫,对新概念的理解将会更加透彻。
2、自学学时安排:
10学时
3、知识点:
A、信号的分类(重点掌握)。
P1
B、线性卷积积分(重点掌握)P9
C、阶跃信号与冲激信号的性质与关系(一般掌握)。
P5
D、邻域分析法(重点掌握)。
P25
E、傅里叶变换的方法和性质。
(一般掌握)P13
F、拉普拉斯变换的方法和性质。
(一般掌握)P20
G、系统函数的零、极点分布对系统特性的影响。
(了解)P25
4、难点:
(1)线性卷积积分计算。
(2)傅里叶变换的方法
(3)拉普拉斯变换的方法
5、章节同步习题(客观题):
判断题:
(1)如果信号是单个独立变量的函数,则称这种信号为一维信号。
(2)一些函数不便于用傅里叶变换的原因是当t→∞时信号的幅度不增长,甚至衰减。
(3)拉普拉斯变换的性质反映了信号的时域特性与S域特性的关系。
(4)系统函数H(s)可以表示为系统零状态响应函数Y(s)与输入信号象函数X(s)之积。
6、课后作业题:
(1)信号有哪些分类?
P4
(2)阶跃信号与冲激信号之间的关系如何表示?
P27
ε(t)=
(3)从函数关系式的特点出发,系统如何分类?
P8
(4)课后习题1.3、1.4、1.6。
P29
第二章时域离散信号与系统的时域分析
1、本章内容概述:
本章主要介绍了时域离散信号与系统的概念,序列的运算,离散系统的因果性与稳定性及模拟信号的数字处理方法。
要求掌握序列的计算方法,离散系统的因果性与稳定性的分析,知道模拟信号数字处理的过程。
2、自学学时安排:
10学时
3、知识点:
A、序列的类型与计算(一般掌握)。
P31
B、线性时不变离散系统的概念(一般掌握)。
P37
C、线性时不变离散系统具有因果性的充分必要条件(重点掌握)。
P40
D、线性时不变离散系统具有稳定性的充分必要条件(重点掌握)。
P40
E、模拟信号数字处理的过程及特性(了解)。
P41
4、难点:
序列的运算内容及方法。
5、章节同步习题(客观题):
单选题:
(1)带限模拟信号取样,只要取样频率大于等于信号最高频率的()倍,就不会出现频谱重叠的现象。
A、2B、3C、4
(2)
属于()形式。
A、单位序列B、单位阶跃序列C、矩形序列
(3)如果离散系统n时刻的输出只取决于n时刻以及n时刻以前的输入序列,而和n时刻以后的输入序列无关,则称该系统为()。
A、因果系统B、稳定系统C、线性系统D、可逆系统
判断题:
(1)如果序列是由一模拟信号取样产生的,则序列的数字频率ω与模拟信号的频率Ω成线性关系。
6、课后作业题:
(1)线性时不变离散系统有因果性的充分必要条件是系统的单位序列响应满足。
P46
(2)线性时不变离散系统稳定的充分必要条件是系统的单位序列响应,可以表示为。
(3)在数字信号处理中,序列的运算主要包括、、、及等。
P35
(4)在对连续信号进行频谱分析时,频谱分析受速率的限制。
P42
(5)要实现模拟信号的数字处理,首先要对模拟信号进行、和。
P41
(6)某两个序列的线性卷积为:
y(n)=h(n)*x(n)
=δ(n)+δ(n-1)+2δ(n-2)+2δ(n-3)+3δ(n-5)
计算这两个序列的4点圆周卷积。
(7)课后习题2.3、2.5、2.6。
P46
第三章时域离散信号与系统的频域分析
1、本章内容概述:
本章主要介绍了时域离散信号与系统的频域分析方法,要求掌握傅立叶变换,序列的Z变换、利用Z变换分析信号和系统的频域特性。
对其它方面作一般性了解。
2、自学学时安排:
15学时
3、知识点:
A、序列傅立叶变换的定义(重点掌握)。
P48
B、序列傅立叶变换的性质(重点掌握)。
P49
C、序列Z变换的定义(重点掌握)。
P57
D、序列Z变换的性质和定理(重点掌握)。
P65
E、序列特性对收敛域的影响(一般掌握)。
P59
F、网络结构(了解)。
P72
4、难点:
序列的运算内容及方法。
5、章节同步习题(客观题):
单选题:
(1)一般序列都可以利用共轭对称与共轭反对称序列之()表示。
A、积B、和C、差
(2)如果系统因果且稳定,H(z)的全部极点必须在单位圆()。
A、内部B、外部C、中心
判断题:
(1)对于序列傅里叶变换X(
)而言,在ω=2mπ的频谱分布是相同的,其中,m=0,±1,±2,……
(2)时域的卷积对应于频域的乘积。
(3)任意序列都可以分成实部与虚部两部分,实部对应的傅里叶变换具有共轭反对称性。
(4)稳定的序列都有时间傅里叶变换。
6、课后作业题:
(1)已知离散因果系统的差分方程为:
y(n+2)-5y(n+1)+6y(n)=x(n+2)-3x(n),激励为单位阶跃序列U(n),如果已知y
(2)=1,y(3)=3,系统零状态响应为
A、判别系统是否稳定。
B、求系统的零输入响应初始条件。
C、求系统的零输入响应yzi(n)
(2)课后习题3.2、3.13、3.15。
P83
第四章离散傅里叶变换及快速算法
1、本章内容概述:
本章主要对离散傅里叶变换和逆变换进行了分析,研究频域取样定理,对快速傅里叶变换的实现方法和特点进行了描述,在此基础上,对DFT的应用进行了介绍。
通过学习要掌握离散傅里叶变换物理意义及特性和快速傅里叶变换的基本算法。
了解FFT在分段卷积,二维DFT的应用。
该章学习将使学生对DFT、离散信号的傅氏变换及Z变换能有机地联系起来,并对基2FFT比较熟悉。
2、自学学时安排:
20学时
3、知识点:
A、DFT的定义(一般掌握)。
P84
B、DFT的物理意义(重点掌握)。
P84
C、离散傅里叶变换的性质(重点掌握)。
P88
D、快速傅里叶变换(FFT)的算法(重点掌握)。
P95
E、FTT算法特点及应用(了解)。
P59
4、难点:
快速傅里叶变换(FFT)的算法。
5、章节同步习题(客观题):
单选题:
(1)频域取样值恢复出原序列的条件是取样点数N必须()序列长度M。
A、等于B、大小于C、不大于
(2)FFT表示的是()快速算法。
A、FIRB、DSPC、DFT
6、课后作业题:
(1)课后习题4.3、4.4、4.7、4.12。
P113
第五章IIR数字滤波器的理论与设计
1、本章内容概述:
本章主要介绍了数字滤波器的基本概念,模拟波滤器的设计及IIR数字滤波器的设计。
通过学习,了解几种主要模拟滤波器的特性及设计方法以及怎样由模拟原型滤波器变换成相应的数字滤波器。
在对全通数字网络了解的基础上,掌握数字域的变换方法。
2、自学学时安排:
20学时
3、知识点:
A、数字滤器的分类(掌握)。
P117
B、数字滤波器的技术要求和设计步骤(一般掌握)。
P119
C、模拟滤波器特性及设计方法(了解)。
P121
D、脉冲响应不变法的方法、特点(重点掌握)。
P131
E、双线性变换法的方法、特点。
P134
4、难点:
(1)利用脉冲响应不娈设计IIR数字滤波器的方法。
(2)利用双线性变换法设计IIR数字滤波器的方法。
5、章节同步习题(客观题):
单选题:
(1)如果玫干扰的频带相互重叠,就必须作用()。
A、经典数字滤波器B、现代数字滤波器
(2)IIR表示的是()脉冲响应基本网络结构的数字滤波器。
A、有限B、无限
(3)如果对输出波形有要求,则数字滤波器需要考虑()的技术指标。
A、相位频谱B、幅度频谱
(4)巴特沃斯滤波器在通带和阻带内的幅度频谱始终是频率()函数。
A、不变B、单调上升C、单调下降
6、课后作业题:
(1)数字滤波器的主要功能是。
P118
(2)数字滤波器按频率的选择不同可分为、、和等滤波器。
P118
(3)巴特沃斯滤波器是根据幅度频谱在通频带内具有最特性而定义的滤波器。
P122
(4)课后习题5.2、5.3、5.7。
P145
第六章FIR数字滤波器的理论与设计
1、本章内容概述:
本章主要介绍了FIR数字滤波器的特性和FIR数字滤波器的设计方法,通过学习,要求掌握线性相位FIR滤波器的特点及两种设计方法。
在对矩形窗的特点比较深入了解的基础上,讨论如何改进窗函数。
频率取样法重点在如何由线性相位条件决定采样值。
2、自学学时安排:
15学时
3、知识点:
A、线性相位FIR滤波器的条件和特点。
(重点掌握)。
P146
B、窗函数法设计FIR滤波器的原理、方法、特点。
(重点掌握)。
P154
C、频率取样法设计FIR滤波器的原理、方法、特点。
(重点掌握)。
P163
D、线性相位FIR滤波器零点分布和网络结构(了解)。
P152
E、频率取样法需要解决的问题与对策(一般掌握)。
P166
F、IIR和FIR相比较各自的特点(了解)
4、难点:
(1)用窗函数法设计FIR滤波器的方法。
(2)用频率取样法设计FIR滤波器的方法。
5、章节同步习题(客观题):
单选题:
(1)对于检测信号、语言通信信号等的处理通常选择()滤波器
A、模拟滤波器B、IIRC、FIR
(2)对于图像信号、数据传输等以波形携带信息的信号处理通常选择()滤波器。
A、模拟滤波器B、IIRC、FIR
判断题:
(1)在FIR滤波器中,当滤波器单位序列响应h(n)是实序列时,就能保证滤波器相位特性θ(ω)满足线性相位特性。
(2)减小间断点处逼近误差过大的方法是在频率响应间断点附近插入一个或几个过渡取样点。
6、课后作业题:
(1)利用频率取样法设计线性相位FIR带通滤波器的单位样值响应h(n),高N=33,理想滤波特性H(e
)如下图所示。
-0.5π-0.4π00.4π0.5πω
A、求
B、求FIR带通滤波器的单位样值响应h(n)。
(2)课后习题6.2、6.5、6.8、。
P175
附录:
章节同步习题答案
第一章连续信号与系统的分析
判断题:
(1)√、
(2)×、(3)√、(4)×
第二章时域离散信号与系统的时域分析
单选题:
(1)A
(2)B(3)A
判断题:
(1)√
课后作业题:
(1)h(n)=0,n<0
(2)绝对可和
。
(3)乘法、加法、移位、翻转及尺度变换
(4)取样
(5)取样、量化和编码。
(6)某两个序列的线性卷积为:
y(n)=h(n)*x(n)
=δ(n)+δ(n-1)+2δ(n-2)+2δ(n-3)+3δ(n-5)
计算这两个序列的4点圆周卷积。
解:
将序列y1(n+rL)的值列在表中,求n=0,1,2,3时这些值的和,只有序列y1(n)和y2(n+4)在0≤n≤3区间内有非零值,所以列出这些值如下表
n
0123
4567
y1(n)
y2(n+4)
1122
0300
0300
0000
y(n)
1422
----
将0≤n≤3各列内的值相加得:
y(n)=h(n)*x(n)
=δ(n)+4δ(n-1)+2δ(n-2)+2δ(n-3)
第三章时域离散信号与系统的频域分析
单选题:
(1)B
(2)A
判断题:
(1)√
(2)√(3)×(4)√
课后作业题:
(1)已知离散因果系统的差分方程为:
y(n+2)-5y(n+1)+6y(n)=x(n+2)-3x(n),激励为单位阶跃序列U(n),如果已知y
(2)=1,y(3)=3,系统零状态响应为
A、判别系统是否稳定。
B、求系统的零输入响应初始条件。
C、求系统的零输入响应yzi(n)
解:
A、系统函数为:
其极点为z1=3,z2=2,均在z平面上单位圆的外部,故该系统为不稳定系统。
B、由零状态响应的解可知:
取n=1代入原方程,可得:
y(3)-5y
(2)+6y
(1)=x(3)-3x
(1)=1-3=-2
所以:
6y
(1)=-2-y(3)+5y
(2)=-2-3+5=0
所以:
y
(1)=0
取n=0代入原方程,可得:
y
(2)-5y
(1)+6y(0)=x
(2)-3x(0)=1-3=-2
所以:
6y(0)=-2-y
(2)+5y
(1)=-3
所以:
因为:
所以:
C、当激励为0时,相应的齐次方程为
所以:
所以:
第四章离散傅里叶变换及其快速算法
单选题:
(1)B
(2)C
第五章IIR数字滤波器的理论与设计
单选题:
(1)B
(2)B(3)A(4)C
课后作业题:
(1)频率选择。
(2)低通、高通、带通和带阻
(3)平坦
第六章FIR数字滤波器的理论与设计
单选题:
(1)B
(2)C
判断题:
(1)×
(2)√
课后作业题:
(1)利用频率取样法设计线性相位FIR带通滤波器的单位样值响应h(n),高N=33,理想滤波特性H(e
)如下图所示。
-0.5π-0.4π00.4π0.5πω
A、求Hd(k)
B、求FIR带通滤波器的单位样值响应h(n)。
解:
A、将H(e
)在(0~2π)间写成归一化(即自变量为ω/2π)的形式,并画图如下:
0.4π0.5ππ1.5π1.6πω
0.20.2510.750.8ω/2π
取N=33,则0~1之间间隔为:
1/33≈0.0303
当N=7时,长度为7×0.0303≈0.21
当N=8时,长度为8×0.0303≈0.24
当N=25时,长度为25×0.0303≈0.76
当N=26时,长度为26×0.0303≈0.79
在以上点数,取Hd(k)=1,在其它点处,取Hd(k)=0,另外根据N为奇数时频率取样法的设计公式有:
B、
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