《数字信号处理》教材建设总结

数字信号处理

主编姓名:吴镇扬

出版时间:2004年9月

出版单位:高等教育出版社

教材形式:文字教材

适用层次:本科

适用专业:电子信息科学类

获奖情况:江苏省精品教材，2005年

作者简介:

吴镇扬，男，东南大学信息科学与工程学院副院长，主管研究生教学工作；高等学校信息科学与工程专业教学指导分委员会委员；中国通信学会通信理论与信号处理委员会副主任委员；国家“973”项目电子信息项目评审组成员；国家精品课程“数字信号处理”负责人；江苏省教学名师。

目前正讲授的课程:

“数字信号处理”，大学三年级课程；

“数字音频研讨班”，大学高年级选修课程；

“多媒体信息处理”，博士生课程。

目前正承担的主要科研项目:

国家“973”项目“虚拟现实的基础理论、算法及其实现”子课题；

国家自然科学基金“视频序列中的人脸检测与跟踪关键新技术研究”；

中国人民解放军总装备部“十一五”预研项目（机密）；

华为公司横向项目。

教材简介:

本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材，基础理论知识与应用背景并重，是一本很实用的教材。

作者在编写本书时注意处理好本课程和“信号与线性系统”课程的关系，在保持课程完整性的同时压缩重复内容。在内容取舍上，结合数字信号处理技术的发展做了精心的安排。全书的具体内容有:绪论、离散时间信号与系统、离散傅里叶变换及其快速算法、无限长单位脉冲响应滤波器的设计方法、有限长单位脉冲响应滤波器的设计方法、数字信号处理系统的实现及其数字信号处理器、多采样率信号处理。书中很多例题给出了相应的MATLAB程序，以便学生能掌握必要的软件工具。实验是本课程的重要环节，为此将实验指导书附在相关章节的后面。

为便于师生使用本书，还推出与本书配套的教学指导书，同时，作者所在的学校也完善本门课程的网站，发布和更新教学资源。

本书可供普通高等学校工科电子信息工程、通信工程、自动化、电子科学与技术、测控技术与仪器专业以及理科电子信息科学与技术专业使用。

教材的主要特色与创新点:

1.尽量压缩与“信号与线性系统”课程重复的内容。

2.将基础理论知识和应用背景两者比较好地结合起来，特别是介绍新技术时，侧重于它的原理分析。例如，在教材中我们将介绍数字信号处理器的重点放在其结构特点与数字信号处理算法之间的关系上，所举的一些例子也和数字信号处理算法密切相关；在多采样率信号处理一章中，我们介绍了A/D和D/A转换器的过采样技术。

3.教材引入了国际上流行的用于科学计算的MATLAB语言，不少例题我们均给出了相应的MATLAB程序。

4.我们将实验指导书附在相关章节的后面，并以附录的形式简单地介绍了MATLAB这一软件的使用方法。

5.在内容的取舍方面，结合数字信号处理技术的发展作了精心的安排。例如，讨论了利用DFT做频谱分析和用FFT计算相关函数的有关问题；加强了如何用计算机设计数字滤波器的有关内容；对于滤波器系数量化采用MATLAB仿真的方法；引入了多采样率信号处理的内容。

教材使用情况:

2004年9月出版三年以来，已六次印刷，被北京理工大学、山东大学、南京理工大学、河海大学等全国重点院校采用；省内大部分设有电子信息工程专业的院校（扬州大学、南通大学、南京邮电大学、苏州科技学院等）也采用此教材。另外，该教材出版后已有南京农业大学、中国矿业大学、合肥学院、淮南师范学院等学校的教师前来进修。

教材建设总结:

1.“数字信号处理”课程的背景

数字信号处理技术真正得到应用迄今还不到半个世纪，但是，它却从根本上改变了信息产业的面貌，特别是近几年来，由于超大规模集成电路的出现，数字信号处理在理论和应用方面有了惊人的发展，在越来越多的应用领域中迅速替代传统的模拟信号处理方法，并且还开辟出许多新的应用领域。可以说，数字信号处理技术已在信息处理领域引起了广泛的关注和高度的重视。每一个迈入电子信息领域的大学生或工程技术人员均急切地希望对数字信号处理有更多的了解。

另外，数字信号处理系统的设计方法和手段也发生了根本的变化，原有的采用查表和手工计算的方法已很少采用，软件设计工具不仅可以完成许多复杂设计还可以进行系统仿真，上个世纪80年代需要几十小时才能完成的数字信号处理系统设计任务，现在只需片刻即可完成。数字信号处理系统设计手段的进步促进了数字信号处理的发展，这方面以美国Math Work的MATLAB为代表的应用软件正风靡世界，其中的信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）更是学习和应用数字信号处理的有力工具。

在电子信息类本科教学中，“数字信号处理”课程的地位也在发生变化，从少数学校开设的仅供本科生选修的课程，变成了一门必修课，学时也在增加，从30多学时增加到50多学时，一些重点高校如清华大学为60多学时。课程的内容也从20多年前的“纸上谈兵”，变成触手可及，一部基本的PC机即可实现活生生的“数字信号处理”。

“数字信号处理”课程的重要性是显而易见的，但在课程内容上应注意到以下四个方面:

MATLAB设计工具的发展；

数字信号处理器等器件的飞速发展；

新的应用领域的不断出现，推进了新理论和新方法的出现；

与之相关的一些课程体系也发生了较大的变化，课程间的整合与衔接有必要认真加以考虑。

“数字信号处理”教材的编写即基于以上的考虑。

2.“数字信号处理”教材建设

在原有的《数字信号处理的原理与实现》（修订本，2002年东南大学出版社）的基础上2004年9月出版了“十五”规划教材《数字信号处理》。

教材在内容的取舍方面，我们结合数字信号处理技术的发展作了精心的安排。例如在离散傅里叶变换及其快速算法方面，我们讨论了利用DFT做连续信号的频谱分析和用FFT计算相关函数的有关问题；在滤波器设计方面，由于设计手段的更新，以往依赖于设计手册的方法已毫无意义，在学习模拟滤波器时我们侧重于介绍其特点、性能和参数的意义，讨论数字滤波器设计时也加强了如何用计算机设计数字滤波器的有关内容；在有限字长效应方面我们侧重于定点的舍入运算误差分析，这是由于浮点运算的精度高，很少有必要去作有限字长效应的分析，而硬件的发展已较少使用定点截尾处理。对于滤波器系数量化效应的统计分析方法几乎没有实用价值，而M A TLAB仿真却可以准确地计算出系数量化对频响的影响，因而我们舍弃了统计分析方法代之以MATLAB仿真；多采样率信号处理在通信等信息处理系统中已得到广泛的应用，目前国外的数字信号处理教材大部分介绍多采样率信号处理，尽管多采样率信号处理系统属于时变系统，但是它的设计分析方法和经典的数字信号处理内容有很大的关联性，我们将这部分内容放入到“数字信号处理”中。教材的编写中尽量压缩与“信号与线性系统”课程重复的内容，在简要地复习离散时间信号与系统理论的同时密切联系数字信号处理中的一些具体问题展开讨论。这些问题包括离散时间信号与数字信号的差异；采样频率应如何选取；离散系统在计算机中是如何实现的；在数字信号处理的过程中系统的因果稳定性还会受到哪些因数的影响等。

除出版《数字信号处理》教材以外，还出版了一批相关教材。2006年翻译出版了教育部推荐著作Tamal Bose的《数字信号与图像处理》，全书80万字，对数字信号处理的教学具有很好的参考价值。2007年7月由高等教育出版社出版了《“数字信号处理”教学指导书》，书中给出了大量的教学资料和例题分析。这些工作为国内同行的教学工作提供了强有力的支持。