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数数字字信信号号处处理理起起源源于于十十八八世世纪纪的的数数学学，随随着着信信息息科科学学和和计计算算技技术术的的迅迅速速发发展展，数数字字信信号号处处理理的的理理论论与与应应用用得得到到迅迅速速发发展展，形形成成一一门门极极其其重重要要的的学学科科。当当今今数数字字信信号号处处理理的的理理论论和和方方法法已已得得到到长长足足的的发发展展，成成为为数数字字化化时时代代的的重重要要支支撑撑，其其在在各各个个科科学学和和技技术术领领域域中中的的应应用用具具有有悠悠久久的的历历史史，已已经渗透到我们生活和工作的各个方面。经渗透到我们生活和工作的各个方面。历史沿革历史沿革 数字信号处理起源于十八世纪的数学，随着信息科学1 信信号号处处理理在在生生物物医医学学工工程程、地地震震学学、声声纳纳、雷雷达达、通通信信、控控制制等等领领域域都都日日益益显显示示其其重重要要作作用用。例例如如在在医医学学信信号号或或地地震震信信号号分分析析中中，我我们们需需要要提提取取某某些些重重要要的的特特征征参参数数，在在雷雷达达和和通通信信信信号号处处理理中，我们希望剔除信号中的噪声或干扰。中，我们希望剔除信号中的噪声或干扰。历史沿革历史沿革 信号处理在生物医学工程、地震学、声纳、雷达、通信、控2 2020世世纪纪8080年年代代中中后后期期，我我国国开开设设数数字字信信号号处处理理课课程程的的高高校校不不断断增增加加，一一些些重重点点大大学学为为某某些些专专业业本本科科生生开开设设此此课课，课课程程教教学学内内容容主主要要以以原原理理阐阐述述与与算算法法推推导导为主。为主。国内出版的教材也相应增加。国内出版的教材也相应增加。西安交通大学，邹理和数字信号处理西安交通大学，邹理和数字信号处理,1985,1985北京交通大学，吴湘淇数字信号处理技术及应用北京交通大学，吴湘淇数字信号处理技术及应用,1986,1986北京理工大学，王世一数字信号处理北京理工大学，王世一数字信号处理,1987,1987 历史沿革历史沿革 20世纪80年代中后期，我3 2020世世纪纪9090年年代代初初期期，开开设设本本科科生生数数字字信信号号处处理理课课程程的的高高校校数数量量大大增增，已已成成为为许许多多高高校校本本科科生生的的必必修修课课，大量面向本科教学的数字信号处理教材问世。大量面向本科教学的数字信号处理教材问世。西电丁玉美编著的数字信号处理西电丁玉美编著的数字信号处理,1994,1994清华大学程佩清编著的数字信号处理教程清华大学程佩清编著的数字信号处理教程,1994,1994北交大吴湘淇编著的信号、系统和信号处理北交大吴湘淇编著的信号、系统和信号处理,1996,1996 课课程程内内容容中中增增加加了了利利用用FortranFortran、C C等等高高级级语语言言进进行算法仿真与实现等内容。行算法仿真与实现等内容。历史沿革历史沿革 20世纪90年代初期，开设本科生数字4 从从2020世世纪纪9090年年代代末末以以来来，数数字字信信号号处处理理课课程程几几乎乎在在国国内内所所有有大大学学的的电电气气信信息息类类等等学学科科专专业业的的本本科科生生和和研研究究生生中中开开设设，且且是是本本科科生生的的必必修修课课和和研研究究生生的的学学位位课课。面面向向本本科科教教学学的的数数字信号处理教材大幅增加。字信号处理教材大幅增加。吴镇杨编著的数字信号处理吴镇杨编著的数字信号处理(十五规划十五规划)，高等教育出版社，高等教育出版社，20032003陈后金编著的数字信号处理陈后金编著的数字信号处理(十五规划十五规划)，高等教育出版社，高等教育出版社，20042004 增增加加了了近近代代信信号号处处理理的的理理论论和和方方法法，并并将将MatlabMatlab与与数数字字信信号号处处理理有有机机结结合合，作作为为信信号号处处理理的的仿仿真真分分析析手手段段，从从而而将理论分析与计算机仿真融为一体。将理论分析与计算机仿真融为一体。历史沿革历史沿革 从20世纪90年代末以来，数字信号处理课程几乎5 某某些些院院校校虽虽然然没没有有单单独独开开设设数数字字信信号号处处理理课课程程，但但在在信信号号与与系系统统课课程程中中增增加加离离散散傅傅里里叶叶变变换换DFTDFT，快快速速傅傅里里叶叶变变换换FFTFFT，IIRIIR数数字字滤滤波波器器设设计计，FIRFIR数数字字滤滤波波器器设设计计等等内内容容。相相应应的的教教材材也也相相继继出出版版，如如清清华华大大学学郑郑君君里里教教授授编编著著的的信信号号与与系系统统(第第2 2版版)（上上下下册册），高高等等教教育育出出版版社社，20002000。东东南南大大学学管管致致中中教教授授编编著著的的信信号号与与系系统统(第第4 4版版)（上上下下册册），高高等等教教育育出出版版社，社，20042004。历史沿革历史沿革 某些院校虽然没有单独开设数字信号处理课程，但在信6 在在DSPDSP实实验验平平台台建建设设方方面面，9090年年代代后后期期，美美国国德德州州仪仪器器公公司司先先后后与与我我国国100100多多所所高高校校联联合合建建立立DSPDSP系系统实验室，用于本科生和研究生的统实验室，用于本科生和研究生的DSPDSP实践教学。实践教学。近近年年来来，由由于于各各级级电电气气信信息息类类实实验验教教学学示示范范中中心心建建设设的的推推动动，大大批批高高校校纷纷纷纷扩扩建建DSPDSP实实验验室室，为为本本科科生生开开设设DSPDSP方方面面软软件件分分析析与与硬硬件件实实现现实实验验。目目前前DSPDSP技术已成为学生就业和开展科研工作的基本技能。技术已成为学生就业和开展科研工作的基本技能。历史沿革历史沿革 在DSP实验平台建设方面，90年代后期，美国德州7l l 掌握数字信号处理的基本理论掌握数字信号处理的基本理论 时域与变换域分析理论，抽样定理，谱估计理论时域与变换域分析理论，抽样定理，谱估计理论l l 掌握数字信号处理的基本方法掌握数字信号处理的基本方法 数字化分析方法，滤波器设计方法，快速算法数字化分析方法，滤波器设计方法，快速算法l l 掌握数字信号处理的基本技术掌握数字信号处理的基本技术 DSP DSP软件仿真分析技术，软件仿真分析技术，DSPDSP系统开发应用技术系统开发应用技术l l 提高应用提高应用DSPDSP理论和技术解决问题的实践能力理论和技术解决问题的实践能力 学科领域应用，工程实际应用，综合交叉应用学科领域应用，工程实际应用，综合交叉应用学习目标学习目标 掌握数字信号处理的基本理论学习目标8课程体系课程体系课程体系9 信号处理课群主要包含信号处理课群主要包含“信号与系统、信号与系统、数字信数字信号处理、号处理、DSPDSP技术及应用、信号分析与处理实验、技术及应用、信号分析与处理实验、DSPDSP系统课程设计系统课程设计”等相关课程等相关课程。数字信号处理课程体系经历了不断丰富发展的数字信号处理课程体系经历了不断丰富发展的过程，并日臻完善。课程体系主要由信号分析与处过程，并日臻完善。课程体系主要由信号分析与处理，以及离散系统设计构成。通过对近年来我国数理，以及离散系统设计构成。通过对近年来我国数字信号处理教材的分析，可将该课程教学内容归结字信号处理教材的分析，可将该课程教学内容归结为为经典内容经典内容和和近代内容近代内容。课程体系课程体系 信号处理课群主要包含“信号与系统、数字信10经典内容：经典内容：经典内容：经典内容：课程体系课程体系经典内容：课程体系11 在在介介绍绍数数字字信信号号处处理理的的理理论论和和方方法法的的基基础础上上，进进行行MATLABMATLAB仿仿真真实实验验，再再进进行行基基于于DSPDSP系系统统的的开开发发应应用用实实验验。部部分分院院校校开开设设了了DSPDSP技技术术课课程程，侧侧重重介绍介绍DSPDSP系统的内部结构和指令系统等。系统的内部结构和指令系统等。目目前前，信信号号处处理理课课群群体体系系正正逐逐步步成成熟熟，并并得得到到国国内内高高校校的的认认可可，其其体体现现了了理理论论与与实实践践的的有有机机结结合合，体现了体现了原理、方法和技术原理、方法和技术的有机结合。的有机结合。课程体系课程体系 在介绍数字信号处理的理论和方法的基础上，进行M12课程体系课程体系课程体系131.1.连续时间信号连续时间信号连续时间信号连续时间信号(周期为周期为周期为周期为T T0 0)2.2.连续时间非周期信号连续时间非周期信号连续时间非周期信号连续时间非周期信号3.3.离散非周期信号离散非周期信号离散非周期信号离散非周期信号4.4.离散周期信号离散周期信号离散周期信号离散周期信号(周期为周期为周期为周期为N N)四种信号的频谱从信号表示的角度引入从信号表示的角度引入Fourier变换变换（数学概念），其性质揭示了信号时域与频域（数学概念），其性质揭示了信号时域与频域之间的内在联系（物理概念）。之间的内在联系（物理概念）。1.连续时间信号(周期为T0)2.连续时间非周期信号3.14抽样定理如何引入与论证？什么是信号抽样什么是信号抽样?为什么进行抽样为什么进行抽样?抽样定理的理论推导抽样定理的理论推导 抽样定理内容及其应用抽样定理内容及其应用体现信号的时域与频域之间的对应关系，从信号频域分析应用的角度展开抽样定理如何引入与论证？什么是信号抽样?体现信号的时域与频15若连续信号若连续信号若连续信号若连续信号x x(t t)与与与与离散序列离散序列离散序列离散序列x x k k 时域关系为时域关系为时域关系为时域关系为其中：其中：其中：其中：T T 为抽样间隔，为抽样间隔，为抽样间隔，为抽样间隔，w w w wsamsam=2=2p p p p /T T为抽样角频率为抽样角频率为抽样角频率为抽样角频率则两者在频域存在以下关系则两者在频域存在以下关系则两者在频域存在以下关系则两者在频域存在以下关系 抽样定理的内涵抽样定理的内涵核心：信号时域的离散化导致其频域的周期化核心：信号时域的离散化导致其频域的周期化核心：信号时域的离散化导致其频域的周期化核心：信号时域的离散化导致其频域的周期化若连续信号x(t)与离散序列xk 时域关系为其中：T 16带限信号抽样定理的描述带限信号抽样定理的描述对于对于带限信号带限信号x(t)，信号时域抽样定理可描述为，信号时域抽样定理可描述为fsam=2fm 为最小抽样频率，称为为最小抽样频率，称为Nyquist Rate.若抽样间隔若抽样间隔T满足下列约束条件，则可由抽样序满足下列约束条件，则可由抽样序列表示原连续信号。列表示原连续信号。fsam 2fm （或（或sam 2 m）fm为信号最高频率为信号最高频率带限信号抽样定理的描述对于带限信号x(t)，信号时域抽样定17如何看待DFT的作用?l信号的信号的Fourier变换变换从理论上从理论上解决了如何从时域映射到频域。解决了如何从时域映射到频域。l而而DFT解决了利用解决了利用数字化方法数字化方法实现信号的频谱分析！实现信号的频谱分析！如何看待DFT的作用?信号的Fourier变换从理论上18DFT分析信号频谱的基本思想分析信号频谱的基本思想 利用信号利用信号Fourier变换具有的信号变换具有的信号时域时域时域时域与与频域频域频域频域之间的内在关系，建立信号的之间的内在关系，建立信号的DFT与四种信号频与四种信号频谱之间的关系。谱之间的关系。时域时域时域时域的离散化的离散化的离散化的离散化时域时域时域时域的周期化的周期化的周期化的周期化频域频域频域频域周期化周期化周期化周期化频域频域频域频域离散化离散化离散化离散化时域抽样定理频域抽样定理时域抽样定理和频域抽样定理为DFT奠定了理论基础如何看待DFT的作用?DFT分析信号频谱的基本思想 利用信号Four19如何学习FFT算法?l 介绍FFT算法的重要作用l 介绍FFT算法的基本思想lDFT解决了利用解决了利用数字化方法实现数字化方法实现 信号的频谱分析。信号的频谱分析。l但但DFT计算效率极其低，计算效率极其低，无法满足无法满足实时性实时性的要求。的要求。lFFT解决了解决了DFT计算的计算的有效性，有效性，为为DFT的实际应用铺平了道路。的实际应用铺平了道路。如何学习FFT算法?介绍FFT算法的重要作用DFT解决了利20 FFT算法的基本思想算法的基本思想1.1.将将将将长序列长序列长序列长序列DFTDFT分解为分解为分解为分解为短序列短序列短序列短序列的的的的DFTDFT2.在由短序列的在由短序列的在由短序列的在由短序列的DFTDFT表示长序列的表示长序列的表示长序列的表示长序列的DFTDFT过程中过程中过程中过程中,利用旋转因子利用旋转因子利用旋转因子利用旋转因子 的的的的周期性周期性周期性周期性、对称性对称性对称性对称性、可约性可约性可约性可约性。如何学习FFT算法?FFT算法的基本思想1.将长序列DFT分解为短序列21基基2时间抽取时间抽取FFT算法的基本关系算法的基本关系基基3时间抽取时间抽取FFT算法的基本关系算法的基本关系基基4时间抽取时间抽取FFT算法的基本关系算法的基本关系利用利用FFTFFT算法的思想，算法的思想，从具体到一般，从具体到一般，为学习其他快速算法为学习其他快速算法如何学习FFT算法?基2时间抽取FFT算法的基本关系基3时间抽取FFT算法的基本22如何学习数字滤波器的设计？利用系统的频域分析和系统函数的利用系统的频域分析和系统函数的基本理论，根据基本理论，根据IIR和和FIR数字滤波器的数字滤波器的特性和系统函数的特点，介绍特性和系统函数的特点，介绍IIR和和FIR数字滤波器设计的基本方法，以及它们数字滤波器设计的基本方法，以及它们的适用范围。的适用范围。l基于模拟滤波器设计IIR数字滤波器（BW，CB，C型AF的引入）l基于线性相位约束条件设计FIR数字滤波器（窗口法和优化设计方法）如何学习数字滤波器的设计？利用系统的频域分析和23IIR数字滤波器设计的基本方法数字滤波器设计的基本方法W Wp,W Wsw wp,w wsH(s)H(z)频率频率变换变换设计模拟设计模拟滤波器滤波器脉冲响应脉冲响应不变法不变法双线性双线性变换法变换法w wp,w wsH(s)频率频率变换变换设计原型设计原型低通滤波器低通滤波器复频率复频率变换变换BW，CB，C三个低通模板如何学习数字滤波器的设计？IIR数字滤波器设计的基本方法Wp,Wswp,wsH(s)H24精品课件精品课件！精品课件！25精品课件精品课件！精品课件！26如何理解信号的时频分析和小波变换？从信号从信号从信号从信号小波小波(wavelet)变换变换的应用展现信号的应用展现信号的应用展现信号的应用展现信号时频分析的魅力。时频分析的魅力。时频分析的魅力。时频分析的魅力。从信号表示的角度阐述信号从信号表示的角度阐述信号时频分析时频分析的数学的数学概念、物理概念、工程概念。概念、物理概念、工程概念。从信号的从信号的Fourier变换、信号的短时变换、信号的短时Fourier变换的不足，引入信号的变换的不足，引入信号的Wavelet变换变换。如何理解信号的时频分析和小波变换？从信号小波(wavelet27
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