近日小编精心整理了《数字信号处理论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。【摘要】数字信号处理课程具有公式多、概念抽象、掌握难度大等特点。从了解课程结构、知识点归纳比对、问题引导、兴趣推动等几个方面进行教学探索。教学经验表明，该方法对提高课堂教学效果，提升学生学习兴趣有积极的作用。
第一篇：数字信号处理论文
数字电子技术与数字信号处理
【摘 要】随着科学技术的发展，科学技术的迅猛进步，如今人类进入了数字时代，究竟人类是怎么样利用简单的数字，来造就这个全新的时代?本文就将会从数字电子技术和数字信号处理的知识层面来介绍数字技术。
【关键词】数字电子技术;数字信号处理;逻辑电路
计算能力可以说是人类最重要的能力之一，因为计算能力的需求增强，意味着贸易更加繁荣，人口更加密集，需求也愈发地多，人类最早的一次计算能力的提升是算盘的发明。这是人类利用工具来计算的开始，也是人类计算史上的一次飞跃。而后的很长时间，计算能力一直停留在算盘的层面，直至17世纪，德国数学家查尔斯·巴蓓奇通过大量对于计算的研究，发现通常的计算设备错误百出，于是他开发了自己的一套计算系统，设计出了差分机，差分机虽然只能计算一部分专门的数据，但是其中含有的系统则为以后的计算机的产生提供了思想基础，可以被认为是近代计算机的一个雏形，查尔斯·巴蓓奇也因为他对计算机的产生做出的贡献被认为是“计算机之父”。他设计的理论十分超前，特别是利用卡片输入程序和数据的设计被后人采用。而计算机技术的衍生，使得一个制表机公司悄悄崛起，学习了查尔斯·巴蓓奇的技术，发明了穿孔片计算机，成为了如今的IBM王国，在美国的一次人口普查，原本利用原始的人口普查需要10年的时间，此时IBM大显神威;仅仅利用六个月就完成，大发其财，迅速膨胀。而第二次世界大战的爆发，终于催生了计算机的诞生。因为在战争中需要精确打击对手，发射导弹时就需要知道导弹的飞行时间和落点，其中的计算十分复杂，人工难以实现，亟待一个计算机器的产生帮助计算。于是1946年，第一台真正意义上的计算机产生了，被命名为艾尼阿克，是电子管计算机，被认为是第一代计算机。而后计算机经过了电子管数字计算机，晶体管数字计算机，集成电路数字计算机，大规模集成电路计算机的四个过程，计算机技术逐渐成熟。后来计算机经过了两次的进一步改革，主要是体型大幅度缩小，逐渐进入了企业，家庭的视野，成本也不断降低。在接下来的几十年里，计算机逐渐成了一个集业务，生活，娱乐等多功能于一体的机器，建立了全球服务器系统，使用计算机可以获得许多生活中得不到的资源，充分发挥客户端PC的处理能力，很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器，大大减轻了服务器的压力，进入了Internet时代，整个世界就像一张网一样互通有无，其中数字电子技术就是起主体作用的技术之一。
数字电子技术从17世纪发展到今天，理论体系得到逐步的完善，走入了大学校园，成为了一门重要的课程。在电路中，有两种不同的信号进行着信息传递，一种是模拟信号，他是通过电路中的电学指标来传递信号的，是连续变化的，处理这种信号的电路称为模拟电路。而另一种则是通过不连续变化的脉冲信号来作用的，处理数字信号的电路称为数字电路。
数字电路主要是研究脉冲信号的产生、变换、控制和对数字进行逻辑运算等，因此数字电路又称为逻辑电路。数字电子技术则是一门主要研究各种逻辑门电路，集成器件的功能及其应用，逻辑门电路组合和时序电路的分析和设计，集成芯片各脚功能，555定时器等。在最开始的时代，模拟电路更占据主要位置，而随着科技的发展，数字电路的优越性愈发地明显，它的信号处理能力更加强大，我们可以将模拟电路转换成数字信号，而后利用数字电路进行信号处理，最后在转换成模拟信号输出，提高了工作效率与工作质量，数字电子技术则为这种方法提供了理论依据与可行性。
首先，模拟电路是使用电信号的变化传递信息的，而电路中各个元件的属性如电阻，电流，电压容易受到外界条件的影响，如温度变化，湿度变化等因素，而且模拟电路的参数修改较为困难，而相比于模拟电路，数字电路采用的是二进制，通过逻辑门电路来处理信号，这样的处理方式首先外界环境变化对电路影响很小，不会因为某些因素轻微变化导致电路逻辑反转，并且逻辑电路参数修改简单了很多，便于控制，稳定性和灵活性兼备。逻辑门电路有很多种，但就如同每个理论体系一样，逻辑门电路也是有最基本的几个逻辑组成的，其中就包括与门，或门，非门。与门表示如果事件Y发生，则需要其发生的多个条件同时满足;或门表示如果事件Y发生，则需要其发生的多个条件只要一个或多个条件发生即可;非门表示如果决定事件Y发生的条件A满足时，Y不能发生，当A满足时，Y反而能发生。这三种基本的门电路通过组合还能形成与或门，与非门，或非门等，进而形成复杂的逻辑函数，这一切的逻辑处理就需要计算机或者专用机器进行处理。数字信号处理就是利用这些逻辑电路，采集信号，对其以数据的形式进行一系列的处理，得到易于使用，读取，转换的信号形式。数字信号处理主要应用多元化的数学手法，以网络，信号，通信等理论为依归进行处理信号。数字信号处理技术的具体操作方式是先经过信息的获取或者数据的采集，转换成原始信号，原始信号如果是连续信号，则需经过抽样过程成为不连续信号，进而进行转换，如果是不连续信号则可以直接转换，最终得到二进制数码，输入逻辑电路。
21世纪是信息时代，是高科技的时代，所以数字信号处理技术在很多领域都要得到应用。在通信领域，信号是最主要的研究对象，所以数字信号处理技术是核心的手法之一，现在的电子设备，通讯设施逐渐向无线化发展，整个世界形成一个无线系统，数字信号显得极为重要，数据加密，可视电话等进步科技的实现都需要数字信号处理技术的支持。在图形图像领域，数字处理技术可以很好地把图像，音频，视频等具体形式转换，而现如今已经广泛地应用在科学研究以及其他各行各业中，比如粒子的运动轨迹，卫星遥感图像的处理，岩石的勘测，生物细胞细微结构的扩放，这些技术也在迅猛发展，不断完善。尤其在生物学方面，数字信号处理技术居功至伟，因为人与动物的身体就是一个巨大的信息系统，通过各种器官，组织，细胞，传递信息，进行生命系统的微调，而神经系统作为调节的中枢，信息传递更加尤为重要，数字信号处理技术可以帮助研究人脑信息处理模型，为生物学的进步作出巨大的贡献。
总而言之，现今的时代是数字时代，是信息时代，数字信号处理技术作为一门实用性极强，应用广泛的科学，必定会大放异彩。
【参考文献】
[1]孙金林.数字信息处理技术的发展与思考[J].赤峰学院学报(科学教育版)，2011(5).
[2]李方慧.数字信号处理技术的新进展[M].北京理工大学出版社，2010：8.
[3]杨春顺.数字信号处理技术在短波收信设备中的应用[J].舰船电子工程，2008，6.
作者：苏连治
第二篇：数字信号处理课程教学探索
【摘 要】数字信号处理课程具有公式多、概念抽象、掌握难度大等特点。从了解课程结构、知识点归纳比对、问题引导、兴趣推动等几个方面进行教学探索。教学经验表明，该方法对提高课堂教学效果，提升学生学习兴趣有积极的作用。
【关键词】数字信号处理;课程结构;问题引导;归纳比较;教学
引言
“数字信号处理”这门课程在高校众多专业中开设，是通信信息类课中一门非常重要的专业基础课程。另一方面，师生们普遍反映这门课难学，难教。究其原因，主要表现在两个方面，其一是公式多。从课程体系来看，数字信号处理的先修课程包括信号与系统等数学要求相对较高的课程，在此基础上再搭建数字信号处理的知识，因此，对数学基础不扎实的学生来说，掌握课程中的公式是一个难点。其二是知识点抽象，要用一些手段才能将其感受出来，如信息需通过声、光、热、磁等来传递，同时要用一些抽象的变换进行分析、提取等。这种抽象对于知识点的理解是个难点。因此，教师们对这门课的教学一直在探索，提出微课教学、基于问题引导、案例教学等切实可行的方法[1-4]。
一、了解课程结构
所谓“知己知彼，百战不殆”，了解课程结构，对课程有个概貌认知，有助于学生了解课程任务和内容，以便了解当前课程进度，不会在公式中迷失。经验发现，这有助于学生消除对课程的“害怕”情绪。教学中，利用角色代入手法，让学生把自己当成即将对某信号进行处理(如对带噪音语音进行滤波)的工程师，由此引出系列问题，如：信号如何表示?系统如何表示?频谱分布情况如何?采用什么滤波器?滤波器如何设计?设计出来后如何实现?问完这些问题，数字信号处理课程的主要结构也就出来了。
二、归纳比对
利用公式和图形比对的方法帮助理解课程中较难学的知识点。DTFT、DFS和DFT是数字信号处理中的几种变换，它们之间的关系往往是学生不易掌握的难点之一。此时，把这几种变换公式列在一起进行比对，比较其中各符号含义和对信号的要求。如DTFT对输入序列长度没要求;DFS用于分析周期序列;DFT用于分析有限长序列。假如某一时域有限长序列x(n)的Z变换收敛域包含单位圆，则借助Z变换复平面，可以把x(n)的DTFT和DFT以及其周期延拓序列x((n))N的DFS之间的关系用图形描述出来。x(n)的Z变换在单位圆上的变换就是其DTFT，而在该单位圆上等间隔采样一圈得该序列N点DFTN;若循环采样不停歇，则得到x((n))N的DFS。
归纳比对方法在圆周卷积的学习和应用也很有帮助。线性时不变系统中，输入序列和输出序列之间的关系是线性卷积，而在实际应用中，往往采用圆周卷积计算。经验表明，把两种卷积的过程用图形的方式列出，比较其计算结果长度有利于学生轻松理解和掌握该知识点。
三、问题引导
问题引导在数字信号处理课程中尤其重要。由于课程的抽象性，学生很难把知识点和实际应用联系起来，这时候就需要合适的问题来引导，为什么要学这个知识点。比如滤波器结构这个知识点。IIR滤波器设计的结果是获得其系统函数，而此时仅仅是理论设计的结果，具体软件或者硬件实现过程中就会遇到一些问题，如参数存储、计算过程中结果保存等受到有限字长限制时系统性能会有什么影响?滤波器系统函数各种变形对系统频率响应调整、运行速率、噪声功率等性能有什么影响?顺着这些问题，可以把有限字长限制，各种滤波器结构及其特点等知识点引出。经验表明，带着问题学习知识点能使学生注意力更集中。
四、兴趣推动
公式繁杂、概念抽象等特点，使数字信号处理课程学习过程枯燥无趣，很难引起学生兴趣。因此，应利用学生对多媒体的兴趣设计些有趣的应用，激发其兴趣，推动知识点学习。如滤波器这个知识点，利用多媒体设备，请学生录简短的語音文件，课程中利用Matlab演示该段语音的频谱，在不同频率区域上添加噪音，利用audioplayer函数播放添加前后的音频，在时域和频域比较其差别，就噪声在频谱中的位置展开讨论，目的是将其去除。在这个应用中，学生可自然地理解滤波器的作用、经典滤波器和现代滤波器的概念及其差别以及经典滤波器的分类和用途。图1是应用中使用演示图。
五、结束语
本文利用多年一线教学心得，从课程结构出发，利用相关知识点归纳比较避免知识点混淆、设置实用问题引出重要知识点、利用多媒体设计应用示例激发兴趣等方法，对课程的教学做了探索，使学生能够更好学习这门课程。
参考文献
[1]张晓光，汤文豪，王艳芬，等.数字信号处理案例教学法研究与实践[J].实验技术与管理，2018(5)：214-217.
[2]杨智明，彭喜元，俞洋.数字信号处理课程实践型教学方法研究[J].实验室研究与探索，2014，33(9)：180-183.
[3]赵素文.基于微课的数字信号处理课程翻转课堂教学设计[J].西部素质教育，2018(6)：94.
[4]陈海燕，何继爱，蔺莹.基于问题引导的“数字信号处理”课程教学方法研究与实践[J].教育教学论坛，2018(4)：173-174.
基金项目：南京工程学院高等教育研究课题，2018YB19。
作者：芮雄丽 陈瑞
第三篇：回归简约的数字信号处理课堂
摘要：教学研究中关于数字信号处理教学的很多观点得到了较好的落实，数字信号处理课堂教学也发生了巨大变化。但在欣喜之余，我们能明显地感受到，现在的数字信号处理的课堂似乎又走进了一个新的烦琐化技术主义误区。该文通过追溯数字信号处理学科的特征与内涵，总结数字信号处理学科的教学现状，探讨创建简约的数字信号处理课堂的重要意义。
关键词：简约课堂;教学研究;数字信号处理
开放科学(资源服务)标识码(OSID)：
Regression Simple Class of Digital Signal Processing
WANG Jia-li， JIN Shuang-yan
(Zhengzhou Technology and Business University， Zhengzhou 450000， China)
Key words：simple class; teaching research; digital signal processing
“數字信号处理”是电子信息类学科的专业基础课，该课程的教学质量对于通信工程、电子信息工程、电子科学与技术、计算机信息处理、自动控制及测控技术等专业学习具有十分重要的意义。该课程的培养是通过理论课程和实验课程，使学生掌握数字信号处理的基础原理、基本分析方法及数字信号处理的基本实现方法，熟悉数字信号处理在不同领域如通信、图像、视频和声学等领域的分析用方法，锻炼学生在信号处理方面的综合设计能力和创新能力，为今后从事数字信号处理相关工作或研究打下牢固的专业理论基础。
而实验课程是在理论课程的基础上，通过实验仿真使学生更深刻的理解这些知识。因此一节质量高的理论课堂对学生影响深远。本文先分析数字信号处理学科内容，归纳目前的教学现状，总结自己关于数字信号处理的教学经验。
1学科内容
“数字信号处理”课程是我院通信工程、电子信息工程和电子科学与技术专业必修的专业基础课。计划安排64个学时，52个理论课时和12个实验课时。选用的是高西全老师的《数字信号处理》第四版作为讲课用教材。本校学生在学习本课程前，已学过“信号与系统”课程，对确定性连续时间信号和离散时间信号的时域分析和变换域分析以及对LTI系统在输入、输出模型下的时域和变换域的分析有了一定的掌握。
课程的主要内容分为两部分[1]，第一部分包括第一、二、三、四章，是数字信号处理的基础理论部分。包括数字信号处理的基本概念、意义和应用;离散信号和系统的时域分析;序列的傅立叶变换、Z变换、离散傅立叶变换的定义、性质;离散信号和系统的频域分析;FFT的概念、按时间抽选的FFT、按频率抽取的FFT。第二部分包括第五、六、七章，主要学习数字滤波器的基本理论和设计方法，包括FIR数字滤波器的结构、IIR数字滤波器的结构、典型数字滤波器分析介绍;冲激响应不变法、双线性变换法、IIR滤波器设计的频率变换法;线性相位FIR滤波器特点、窗函数设计法、频率采样法、IIR与FIR的比较。数字信号处理的整个系统框图如图1 所示。
2教学现状
“数字信号处理”这门课的特点是公式多，物理意义抽象。许多高校教师经过多年的亲身教学后，在提高教学质量上都有自己独到的见地[2-6]。研究这些教学经验，可归纳总结为两大类：一类是借助技术的发展，在课堂内采用多媒体演示、利用MATLAB、LabVIEW仿真;另一类是改变课堂形式，比如采用翻转课堂、课堂内小组讨论等形式。
教师在授课时利用多媒体课件可以展示教学内容，可以播放一些音频和图像的实例，帮助学生更好的理解;利用仿真软件，可以验证定理和结果。这对我们的课堂有一定的改善作用，但是在具体实施的时候容易偏离我们的初衷，变成公式和图片展示的过程。学生在接受这些知识的过程，就变成了接受这些图片的过程，缺少自我加工的过程。而知识只有进行了自我加工才能变为自己的知识。学生自然对课程的内容就难以接受了。
教师改变传统的课堂形式，是想通过增加学生的参与度，增加师生互动，推动学生自主学习，进而提高教学质量。只是这门课程知识点多，课时一定，这就需要学生有基础愿意课下花时间自学研究，这样才能节省出课堂上讲解基础知识点的时间。针对我校学生，大部分学生是缺少这种自学精神的，因此，如果在学生课前准备不足的情况下，进行新课堂形式的变化，学生对这门课程会更难接受。
那如何才能在有限的课堂内，让学生学习到无限的知识呢?我们认为理论课堂应该向简约化发展，教师依然是课堂的主导，引导学生体验数字信号处理的思维之美，在教师精心设计的课堂上，不知不觉地接受这些具有逻辑性的抽象的概念。使理论课堂回归到课堂最原始的形式，发挥课堂最原始的功能。我们采用传统教学方法，通过教师形象的讲解，合适的手势，工整的板书，培养学生的理解能力、创新思维能力。
3构建简约课堂
简约课堂指一尺讲台，一位老师，一本教材。教师必须深入详细地分析教材中各知识点的内涵、特点及相互关系，将各种难以理解的抽象概念、复杂的公式推导、烦琐的设计过程熟烂于心，才能在讲台上挥洒自如。另外我们不能把简约化的课堂狭义地理解传统课堂的填鸭式教育。简约课堂在“数字信号处理”课程中是传统课堂的升级。
根据我们的教学经验，归纳总结数字信号处理课程构建简约课堂的具体策略和具体方法。数字信号处理课程教师在讲课时可以使用的如下的具体策略和方法：
(1)将重点内容以直观的形式呈现给学生：可以通过在黑板上画图解释抽象概念或过程;可以通过使用比喻使抽象的概念形象化;还可以用形象化、生活化的事例类比抽象概念或原则。
(2)对每一个重要的概念作举例说明：具体可以列举一个概念的多种具体表现形式;可以利用体现抽象概念的具体实例阐述抽象概念。
(3)通过声调变化，肢体语言吸引学生的注意力：在课堂讲解的过程中适当地来回走动;利用各种手势配合教学内容;利用黑板推导计算过程配合生动的讲解;主要还有面向学生口头讲解，重点内容可以通过加重读音和放慢语速。
(4)相关的其他经验：课堂开始时，回顾前面的教学内容;在教授新知识的过程中强调有相关性的已学知识;注重与生活学习经验相联系的内容与例子;结合同学们已知的经验与知识;课堂结束时明确下次课的学习内容
例如时域离散信号的傅立叶变换的时域卷积定理，这部分内容在讲解的过程中，首先强调这个性质的重要性，指出这个性质是整个滤波概念的数学基础和概念基础。其次讲解定理，定理的讲解可以分三部分：第一部分是定理的内容，这部分可以通过边板书边复述，时域信号卷积的傅立叶变换对应信号傅立叶变换的乘积。板书和复述的过程也是学生记忆的过程;第二部分是定理的数学证明过程，证明过程主要用到傅立叶定义式，换元，交换求和顺序，证明过程相对不难，可以边引导学生边板书，鼓励学生参加到证明过程中，加深学生的记忆，数学证明是理论的支撑，学生只有清楚了这个过程才能更好地理解。最后一部分是定理的物理意义，如果将信号分解为一系列的复指数，当信号通过线性时不变系统时，这些复指数分别得到频率响应的修正，即用频率响应乘以构成输入的复指数的振幅。这部分内容是学生需要重点理解的抽象概念。复述时可放慢语速、加重读音进行强调，可以通过分析几个简单具体的系统结合具体的实例来解释这个概念。
首先分析一个低通滤波器，如果将信号分解为一系列的复指数，当信号通过数字低通滤波器时，这些复指数分别得到频率响应的修正，即用频率响应乘以构成输入的复指数的振幅。理想低通的频率响应是在低频段有值，高频段值为零。可实现低通滤波器是在低频段的频率响应值比较大，在高频段的频率响应值比较小，用频率响应乘以构成输入的复指数的振幅时就是放大了低频段的信号，减弱了高频段的信号。以一张照片为例，照片中的人物是傅立叶本人，如图2所示，人物边界的地方像素变化大，对应的频谱就是高频部分，背景变化不大的地方对应频谱中的低频部分，如果此照片通过一个低通滤波器，则图片的低频部分得到增强，高频的部分相对得到减弱，即背景变化不大的地方得到增强，而边界的部分得到削弱，就好比我们在照片的时候没有对准焦一样，如图3所示边界出现模糊。
然后分析一个高通滤波器，如果將信号分解为一系列的复指数，当信号通过数字高通滤波器时，这些复指数分别得到频率响应的修正，即用频率响应乘以构成输入的复指数的振幅。理想低通的频率响应是在高频段有值，低频段值为零。可实现低通滤波器是在高频段的频率响应值比较大，在低频段的频率响应值比较小，用频率响应乘以构成输入的复指数的振幅时就是放大了高频段的信号，减弱了低频段的信号。同样的这张照片通过一个高通滤波器，增强高频的部分，减弱低频的部分，即边界的部分得到增强，而背景变化不大的地方得到削弱，那我们就很容易找到一个图像的边界，如图4所示可以清晰的得到傅立叶的轮廓。
整个讲解过程要思路清晰，逻辑连贯，讲解过程中要注意语调和手势的结合运用，重点部分可以通过放慢语速、加重音调和重复描述来强调，描述一个抽象实物可以结合手势动作，总之，简约课堂简约了课堂形式，对任课教师提出了更高的要求。
4 总结
“数字信号处理”课程构建简约课堂，需要任课教师用心地去研究、设计。这样在课堂上，学生可以不被其他吸引，专注基础知识点的学习。任课教师可以充分利用课堂的每分每秒详细讲解这些抽象的概念。另外，“数字信号处理”课程毕竟是数学含量较高的工科类课程，并非所有学生单纯依靠教师的生动讲演就可以接受理解这些知识，对于需要利用MTALAB仿真的定理结论还是需要利用软件仿真加深理解的。这个过程可以在随后的实验课时，让学生在理解理论的基础上进行仿真练习。这样在理论的指导下进行实验能更好地理解“数字信号处理”这门课程。
参考文献：
[1] 高西全，丁玉美.数字信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2016.
[2] 刘大年，史旺旺，孙贵根，吴桂峰.“数字信号处理”课程的形象化教学方法探索[J].电气电子教学学报，2006(04)：104-107+111.
[3] 谢晓春，甘家中，喻玲娟，卢震辉.基于ARCS动机模型的工科课堂教学视频分析——以《信号与系统：模拟与数字信号处理》为例[J].赣南师范学院学报，2016，37(03)：98-101.
[4] 杨富龙，张爱华，杨彬，等.“数字信号处理”课程可视化教学探究[J].电气电子教学学报，2018，40(02)：105-107.
[5] 郭建涛.“数字信号处理”课程的Matlab教学研究[J].电气电子教学学报，2010，32(03)：117-119.
[6] 赵素文.基于微课的数字信号处理课程翻转课堂教学设计[J].西部素质教育，2018，4(06)：94+102.
【通联编辑：代影】
作者：王嘉利 靳双燕