淺談“數字信號處理”與“現代數字信號處理”的銜接性

摘 要：本文針對電子信息類專業的兩門重要專業課程——本科階段的“數字信號處理”及研究生階段的“現代數字信號處理”的銜接性問題進行深入探討與分析，以期指導學生更好地掌握相關專業技能，與市場需求接軌。

關鍵詞：電子信息；專業課程；數字信號處理

一、本科階段“數字信號處理”基礎課程的特點

“數字信號處理”課程是電子信息類本科專業必修課，它是在學生學完了高等數學、概率論、線性代數、復變函數、信號與系統等課程后，為學生進一步學習專業知識打基礎的課程。本課程將通過講課、練習使學生建立數字信號處理的基本概念，掌握數字信號處理基本分析方法和分析工具，為從事通信、信息或信號處理等方面的研究工作打下基礎。

課程教學的目的在于讓電子信息類本科專業的學生掌握常用典型序列、采樣及內插，理解頻譜混疊現象及其產生原因；掌握離散時間系統的線性、時不變性、因果性和穩定性；掌握快速傅里葉變換的基本算法，了解Chirp-Z變換的物理意義及算法實現，FFT在二維DFT的應用；掌握全通函數及濾波器的數字域變換方法等。通過這些內容的教學，培養本科階段學生具備四種線性相位FIR濾波器的設計能力，利用模擬濾波器設計數字濾波器的能力，以及對離散時間信號進行傅里葉變換（DTFT）、z變換等的能力。

二、研究生階段“現代數字信號處理”課程的特點

“現代數字信號處理”系統地闡述了現代數字信號處理的理論、方法及其應用。

該課程的主要內容包括平穩過程的線性模型、確定性最小二乘濾波器、統計性最小二乘濾波器、自適應濾波器、現代功率譜估計、離散希爾伯特變換等。短時傅里葉變換（stft）、小波變換（wt）和維格納分布（wd）。

該課程討論了語音信號相關的連續短時傅里葉變換和序列短時傅里葉變換的定義和性質，探討了短時傅里葉分析和綜合的原理和方法；對連續小波變換、二進小波變換和多分辨率分析的概念、性質及其物理意義進行了闡述，討論了小波的構造，并給出了小波的例子等。

該課程內容還涉及多速率信號處理的基本概念、多速率信號處理的實現及其應用，討論了二通道濾波器組、均勻m通道濾波器組、調制濾波器組、線性相位濾波器組的基本概念、設計方法及其實現。本課程旨在培養學生在實際數字信號處理系統中分析問題和解決問題的能力。

三、兩門課程的銜接性及關聯性

本科階段的數字信號處理是用數字或符號的序列來表示信號，通過數字計算機去處理這些序列，提取其中的有用信息。例如，對信號的濾波，增強信號的有用分量，削弱無用分量；或是估計信號的某些特征參數等。總之，凡是用數字方式對信號進行濾波、變換、增強、壓縮、估計和識別等都是數字信號處理的研究對象。

本科階段的數字信號處理主要解決確定性離散信號的頻譜分析、濾波理論和應用等（如離散傅里葉/Z變換、FIR / IIR數字濾波），主要理論基礎是信號與系統。但是常說的“現代數字信號處理”一般是解決離散隨機信號的譜分析及濾波等（如現代濾波器、現代譜分析等），實際中處理的信號也大多是隨機信號，它的理論基礎是信號雖然是隨機的，但的確服從一定的統計規律，可以利用其統計規律對信號進行處理，故需要應用統計學的方法進行分析，一般在研究生階段開設，除了信號與系統相關基礎外，還需要借助概率論、隨機過程相關的數學工具。

總體說，“數字信號處理”主要解決確定性信號的相關問題，而“現代數字信號處理”主要分析和解決離散隨機信號的相關問題。先學好確定性信號的相關理論，再進一步學習離散隨機信號的相關理論知識，實際系統中處理的信號都是隨機信號，確定性信號主要集中在基礎研究階段，實際的應用還需要用到隨機過程分析的相關理論。

以數字濾波器為例，本科階段的“數字信號處理”課程學習經典濾波器，即選頻濾波，默認有用信號和噪聲信號處于不同頻段，按頻段劃分通帶和阻帶，阻帶內的信號衰減為零。而實際應用中，有用信號和噪聲信號應該是各個頻段都有的。到研究生階段，“現代數字信號處理”課程涉及數字濾波，結合實際情況，遵循統計學原理及隨機過程分析的相關理論進行濾波處理。因此，可以說本科階段的“數字信號處理”課程是研究生階段“現代數字信號處理”課程的基礎，而研究生階段“現代數字信號處理”課程是本科階段的“數字信號處理”課程的進一步實踐應用。

參考文獻：

[1][美]A.V奧本海姆，R.W.謝弗.離散時間信號處理[M].北京：科學出版社，2002.

[2]姚天任.數字信號處理（第三版）[M].武漢：華中科技大學出版社，2012.

[3]姚天任.現代數字信號處理（第三版）[M].武漢：華中科技大學出版社，2012.

作者簡介：楊小玲（1982— ），女，湖北武漢人，博士，湖北工業大學講師，研究方向：電子信息自動化。