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第1篇

另外一類是需要用復(fù)雜算法對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的應(yīng)用，例如聲納探測(cè)和地震探測(cè)等，也需要用DSP器件。該類設(shè)備的批量一般較小、算法要求苛刻、產(chǎn)品很大而且很復(fù)雜。所以設(shè)計(jì)工程師在選擇處理器時(shí)會(huì)盡量選擇性能最佳、易于開(kāi)發(fā)并支持多處理器的DSP器件。有時(shí)，設(shè)計(jì)工程師更喜歡選用現(xiàn)成的開(kāi)發(fā)板來(lái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)而不是從零開(kāi)始硬件和軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)可以采用現(xiàn)成的功能庫(kù)文件開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件。

在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用選擇合適的DSP。不同的DSP有不同的特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用，在選擇時(shí)可以遵循以下要點(diǎn)。

算法格式

DSP的算法有多種。絕大多數(shù)的DSP處理器使用定點(diǎn)算法，數(shù)字表示為整數(shù)或-1.0到+1.0之間的小數(shù)形式。有些處理器采用浮點(diǎn)算法，數(shù)據(jù)表示成尾數(shù)加指數(shù)的形式：尾數(shù)×2指數(shù)。

浮點(diǎn)算法是一種較復(fù)雜的常規(guī)算法，利用浮點(diǎn)數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)大的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍(這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍可以用最大和最小數(shù)的比值來(lái)表示)。浮點(diǎn)DSP在應(yīng)用中，設(shè)計(jì)工程師不用關(guān)心動(dòng)態(tài)范圍和精度一類的問(wèn)題。浮點(diǎn)DSP比定點(diǎn)DSP更容易編程，但是成本和功耗高。

由于成本和功耗的原因，一般批量產(chǎn)品選用定點(diǎn)DSP。編程和算法設(shè)計(jì)人員通過(guò)分析或仿真來(lái)確定所需要的動(dòng)態(tài)范圍和精度。如果要求易于開(kāi)發(fā)，而且動(dòng)態(tài)范圍很寬、精度很高，可以考慮采用浮點(diǎn)DSP。

也可以在采用定點(diǎn)DSP的條件下由軟件實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)計(jì)算，但是這樣的軟件程序會(huì)占用大量處理器時(shí)間，因而很少使用。有效的辦法是“塊浮點(diǎn)”，利用該方法將具有相同指數(shù)，而尾數(shù)不同的一組數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)塊進(jìn)行處理。“塊浮點(diǎn)”處理通常用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)寬度

所有浮點(diǎn)DSP的字寬為32位，而定點(diǎn)DSP的字寬一般為16位，也有24位和20位的DSP，如摩托羅拉的DSP563XX系列和Zoran公司的ZR3800X系列。由于字寬與DSP的外部尺寸、管腳數(shù)量以及需要的存儲(chǔ)器的大小等有很大的關(guān)系，所以字寬的長(zhǎng)短直接影響到器件的成本。字寬越寬則尺寸越大，管腳越多，存儲(chǔ)器要求也越大，成本相應(yīng)地增大。在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，要盡量選用小字寬的DSP以減小成本。

在關(guān)于定點(diǎn)和浮點(diǎn)的選擇時(shí)，可以權(quán)衡字寬和開(kāi)發(fā)復(fù)雜度之間的關(guān)系。例如，通過(guò)將指令組合連用，一個(gè)16位字寬的DSP器件也可以實(shí)現(xiàn)32位字寬雙精度算法(當(dāng)然雙精度算法比單精度算法慢得多)。如果單精度能滿足絕大多數(shù)的計(jì)算要求，而僅少量代碼需要雙精度，這種方法也可行，但如果大多數(shù)的計(jì)算要求精度很高，則需要選用較大字寬的處理器。

請(qǐng)注意，絕大多數(shù)DSP器件的指令字和數(shù)據(jù)字的寬度一樣，也有一些不一樣，如ADI(模擬器件公司)的ADSP-21XX系列的數(shù)據(jù)字為16位而指令字為24位。

DSP的速度

處理器是否符合設(shè)計(jì)要求,關(guān)鍵在于是否滿足速度要求。測(cè)試處理器的速度有很多方法，最基本的是測(cè)量處理器的指令周期，即處理器執(zhí)行最快指令所需要的時(shí)間。指令周期的倒數(shù)除以一百萬(wàn)，再乘以每個(gè)周期執(zhí)行的指令數(shù)，結(jié)果即為處理器的最高速率，單位為每秒百萬(wàn)條指令MIPS。

但是指令執(zhí)行時(shí)間并不能表明處理器的真正性能，不同的處理器在單個(gè)指令完成的任務(wù)量不一樣，單純地比較指令執(zhí)行時(shí)間并不能公正地區(qū)別性能的差異。現(xiàn)在一些新的DSP采用超長(zhǎng)指令字(VLIW)架構(gòu)，在這種架構(gòu)中，單個(gè)周期時(shí)間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)多條指令，而每個(gè)指令所實(shí)現(xiàn)的任務(wù)比傳統(tǒng)DSP少，因此相對(duì)VLIW和通用DSP器件而言，比較MIPS的大小時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)作用。

即使在傳統(tǒng)DSP之間比較MIPS大小也具有一定的片面性。例如，某些處理器允許在單個(gè)指令中同時(shí)對(duì)幾位一起進(jìn)行移位，而有些DSP的一個(gè)指令只能對(duì)單個(gè)數(shù)據(jù)位移位；有些DSP可以進(jìn)行與正在執(zhí)行的ALU指令無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)的并行處理(在執(zhí)行指令的同時(shí)加載操作數(shù))，而另外有些DSP只能支持與正在執(zhí)行的ALU指令有關(guān)的數(shù)據(jù)并行處理；有些新的DSP允許在單個(gè)指令內(nèi)定義兩個(gè)MAC。因此僅僅進(jìn)行MIPS比較并不能準(zhǔn)確得出處理器的性能。

解決上述問(wèn)題的方法之一是采用一個(gè)基本的操作(而不是指令)作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)比較處理器的性能。常用到的是MAC操作，但是MAC操作時(shí)間不能提供比較DSP性能差異的足夠信息，在絕大多數(shù)DSP中，MAC操作僅在單個(gè)指令周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)，其MAC時(shí)間等于指令周期時(shí)間，如上所述，某些DSP在單個(gè)MAC周期內(nèi)處理的任務(wù)比其它DSP多。MAC時(shí)間并不能反映諸如循環(huán)操作等的性能，而這種操作在所有的應(yīng)用中都會(huì)用到。

最通用的辦法是定義一套標(biāo)準(zhǔn)例程，比較在不同DSP上的執(zhí)行速度。這種例程可能是一個(gè)算法的“核心”功能，如FIR或IIR濾波器等，也可以是整個(gè)或部分應(yīng)用程序(如語(yǔ)音編碼器)。圖1為使用BDTI公司的工具測(cè)試的幾款DSP器件性能。

在比較DSP處理器的速度時(shí)要注意其所標(biāo)榜的MOPS(百萬(wàn)次操作每秒)和MFLOPS(百萬(wàn)次浮點(diǎn)操作每秒)參數(shù)，因?yàn)椴煌膹S商對(duì)“操作”的理解不一樣，指標(biāo)的意義也不一樣。例如，某些處理器能同時(shí)進(jìn)行浮點(diǎn)乘法操作和浮點(diǎn)加法操作，因而標(biāo)榜其產(chǎn)品的MFLOPS為MIPS的兩倍。

其次，在比較處理器時(shí)鐘速率時(shí)，DSP的輸入時(shí)鐘可能與其指令速率一樣，也可能是指令速率的兩倍到四倍，不同的處理器可能不一樣。另外，許多DSP具有時(shí)鐘倍頻器或鎖相環(huán)，可以使用外部低頻時(shí)鐘產(chǎn)生片上所需的高頻時(shí)鐘信號(hào)。

存儲(chǔ)器管理

DSP的性能受其對(duì)存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的管理能力的影響。如前所述，MAC和其它一些信號(hào)處理功能是DSP器件信號(hào)處理的基本能力，快速M(fèi)AC執(zhí)行能力要求在每個(gè)指令周期從存儲(chǔ)器讀取一個(gè)指令字和兩個(gè)數(shù)據(jù)字。有多種方法實(shí)現(xiàn)這種讀取，包括多接口存儲(chǔ)器(允許在每個(gè)指令周期內(nèi)對(duì)存儲(chǔ)器多次訪問(wèn))、分離指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(“哈佛”結(jié)構(gòu)及其派生類)以及指令緩存(允許從緩存讀取指令而不是存儲(chǔ)器，從而將存儲(chǔ)器空閑出來(lái)用作數(shù)據(jù)讀取)。圖2和圖3顯示了哈佛存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與很多微控制器采用的“馮·諾曼”結(jié)構(gòu)的差別。

另外要注意所支持的存儲(chǔ)器空間的大小。許多定點(diǎn)DSP的主要目標(biāo)市場(chǎng)是嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，在這種應(yīng)用中存儲(chǔ)器一般較小，所以這種DSP器件具有小到中等片上存儲(chǔ)器(4K到64K字左右)，備有窄的外部數(shù)據(jù)總線。另外，絕大多數(shù)定點(diǎn)DSP的地址總線小于或等于16位，因而可外接的存儲(chǔ)器空間受到限制。一些浮點(diǎn)DSP的片上存儲(chǔ)器很小，甚至沒(méi)有，但外部數(shù)據(jù)總線寬。例如TI公司的TMS320C30只有6K片上存儲(chǔ)器，外部總線為24位，13位外部地址總線。而ADI的ADSP2-21060具有4Mb的片上存儲(chǔ)器，可以多種方式劃分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

選擇DSP時(shí)，需要根據(jù)具體應(yīng)用對(duì)存儲(chǔ)空間大小以及對(duì)外部總線的要求來(lái)選擇。

開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)便性

對(duì)不同的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，對(duì)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便性的要求不一樣。對(duì)于研究和樣機(jī)的開(kāi)發(fā)，一般要求系統(tǒng)工具能便于開(kāi)發(fā)。而如果公司在開(kāi)發(fā)下一代手機(jī)產(chǎn)品，成本是最重要的因素，只要能降低最終產(chǎn)品的成本，一般他們?cè)敢獬惺芎軣┈嵉拈_(kāi)發(fā)，采用復(fù)雜的開(kāi)發(fā)工具(當(dāng)然如果大大延遲了產(chǎn)品上市的時(shí)間則是另一回事)。

因此選擇DSP時(shí)需要考慮的因素有軟件開(kāi)發(fā)工具(包括匯編、鏈接、仿真、調(diào)試、編譯、代碼庫(kù)以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等部分)、硬件工具(開(kāi)發(fā)板和仿真機(jī))和高級(jí)工具(例如基于框圖的代碼生成環(huán)境)。利用這些工具的設(shè)計(jì)過(guò)程如圖4所示。

選擇DSP器件時(shí)常有如何實(shí)現(xiàn)編程的問(wèn)題。一般設(shè)計(jì)工程師選擇匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言(如C或Ada)，或兩者相結(jié)合的辦法。現(xiàn)在大部分的DSP程序采用匯編語(yǔ)言，由于編譯器產(chǎn)生的匯編代碼一般未經(jīng)最優(yōu)化，需要手動(dòng)進(jìn)行程序優(yōu)化，降低程序代碼大小和使流程更合理，進(jìn)一步加快程序的執(zhí)行速度。這樣的工作對(duì)于消費(fèi)類電子產(chǎn)品很有意義，因?yàn)橥ㄟ^(guò)代碼的優(yōu)化能彌補(bǔ)DSP性能的不足。

使用高級(jí)語(yǔ)言編譯器的設(shè)計(jì)工程師會(huì)發(fā)現(xiàn)，浮點(diǎn)DSP編譯器的執(zhí)行效果比定點(diǎn)DSP好，這有幾個(gè)原因：首先，多數(shù)的高級(jí)語(yǔ)言本身并不支持小數(shù)算法；其次，浮點(diǎn)處理器一般比定點(diǎn)處理器具有更規(guī)則的指令，指令限制少，更適合編譯器處理；第三，由于浮點(diǎn)處理器支持更大的存儲(chǔ)器，能提供足夠的空間。編譯器產(chǎn)生的代碼一般比手動(dòng)生成的代碼更大。

不管是用高級(jí)語(yǔ)言還是匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)編程，都必須注意調(diào)試和硬件仿真工具的使用，因?yàn)楹艽笠徊糠值拈_(kāi)發(fā)時(shí)間會(huì)花在這里。幾乎所有的生產(chǎn)商都提供指令集仿真器，在硬件完成之前，采用指令集仿真器對(duì)軟件調(diào)試很有幫助。如果所用的是高級(jí)語(yǔ)言，對(duì)高級(jí)語(yǔ)言調(diào)試器功能進(jìn)行評(píng)估很重要，包括能否與模擬機(jī)和/或硬件仿真器一起運(yùn)行等性能。

大多數(shù)DSP銷售商提供硬件仿真工具，現(xiàn)在許多處理器具有片上調(diào)試/仿真功能，通過(guò)采用IEEE1149.1JTAG標(biāo)準(zhǔn)的串行接口訪問(wèn)。該串行接口允許基于掃描的仿真，即程序員通過(guò)該接口加載斷點(diǎn)，然后通過(guò)掃描處理器內(nèi)部寄存器來(lái)查看處理器到達(dá)斷點(diǎn)后寄存器的內(nèi)容并進(jìn)行修改。

很多的生產(chǎn)商都可以提供現(xiàn)成的DSP開(kāi)發(fā)系統(tǒng)板。在硬件沒(méi)有開(kāi)發(fā)完成之前可用開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)時(shí)運(yùn)行調(diào)試，這樣可以提高最終產(chǎn)品的可制造性。對(duì)于一些小批量系統(tǒng)甚至可以用開(kāi)發(fā)板作為最終產(chǎn)品電路板。

支持多處理器

在某些數(shù)據(jù)計(jì)算量很大的應(yīng)用中，經(jīng)常要求使用多個(gè)DSP處理器。在這種情況下，多處理器互連和互連性能(關(guān)于相互間通信流量、開(kāi)銷和時(shí)間延遲)成為重要的考慮因素。如ADI的ADSP-2106X系列提供了簡(jiǎn)化多處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專用硬件。

電源管理和功耗

DSP器件越來(lái)越多地應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品中，在這些應(yīng)用中功耗是一個(gè)重要的考慮因素，因而DSP生產(chǎn)商盡量在產(chǎn)品內(nèi)部加入電源管理并降低工作電壓以減小系統(tǒng)的功耗。在某些DSP器件中的電源管理功能包括：a.降低工作電壓：許多生產(chǎn)商提供低電壓DSP版本(3.3V,2.5V,或1.8V)，這種處理器在相同的時(shí)鐘下功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于5V供電的同類產(chǎn)品。

b.“休眠”或“空閑”模式：絕大多數(shù)處理器具有關(guān)斷處理器部分時(shí)鐘的功能，降低功耗。在某些情況下，非屏蔽的中斷信號(hào)可以將處理器從“休眠”模式下恢復(fù)，而在另外一些情況下，只有設(shè)定的幾個(gè)外部中斷才能喚醒處理器。有些處理器可以提供不同省電功能和時(shí)延的多個(gè)“休眠”模式。

c.可編程時(shí)鐘分頻器：某些DSP允許在軟件控制下改變處理器時(shí)鐘，以便在某個(gè)特定任務(wù)時(shí)使用最低時(shí)鐘頻率來(lái)降低功耗。

d.控制：一些DSP器件允許程序停止系統(tǒng)未用到的電路的工作。

不管電源管理特性怎么樣，設(shè)計(jì)工程師要獲得優(yōu)秀的省電設(shè)計(jì)很困難，因?yàn)镈SP的功耗隨所執(zhí)行的指令不同而不同。多數(shù)生產(chǎn)商所提供的功耗指標(biāo)為典型值或最大值，而TI公司給出的指標(biāo)是一個(gè)例外，該公司的應(yīng)用實(shí)例中詳細(xì)地說(shuō)明了在執(zhí)行不同指令和不同配置下的功耗。

成本因素

在滿足設(shè)計(jì)要求條件下要盡量使用低成本DSP，即使這種DSP編程難度很大而且靈活性差。在處理器系列中，越便宜的處理器功能越少，片上存儲(chǔ)器也越小，性能也比價(jià)格高的處理器差。

封裝不同的DSP器件價(jià)格也存在差別。例如，PQFP和TQFP封裝比PGA封裝便宜得多。

在考慮到成本時(shí)要切記兩點(diǎn)。首先，處理器的價(jià)格在持續(xù)下跌；第二點(diǎn)，價(jià)格還依賴于批量，如10,000片的單價(jià)可能會(huì)比1,000片的單價(jià)便宜很多。

第2篇

關(guān)鍵詞 數(shù)字信號(hào)處理 DSP 課程體系 滲透

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Knowledge Penetration and Extension of Digital Signal

Processing Theory and Practice Teaching

CAO Xinli， TIAN Yi

（School of Electrical and Information Engineering， Wuhan Institute of Technology， Wuhan， Hubei 430073）

Abstract This paper takes mathematical principles to the domain transform domain digital signal processing when students are learning in a digital filter network for example， correspond by comparing before and after signal processing algorithms and theory on the actual hardware implementation， allows students to easily from the Z transform， discrete Fourier transform learning theory easy to draw circuits and program their hardware implementation is achieved. In the study of digital signal processing algorithms in the process， to students whose mathematical formulas penetration corresponding hardware circuits and structures， can make subsequent DSP applications while learning courses， easy to understand and design. Theoretical and experimental study by personal experience， feel the penetration and extension of signal processing system in the teaching curriculum.

Key words digital signal processing； DSP； course system； penetration

在電子信息工程學(xué)科中，數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)和仿真課程已經(jīng)很好地融合進(jìn)來(lái)。很多高校的信息類專業(yè)相繼開(kāi)設(shè)了數(shù)字信號(hào)處理，DSP應(yīng)用的相關(guān)理論課程，并開(kāi)設(shè)了matlab信號(hào)分析與處理等課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。如何在理論和實(shí)踐課程教學(xué)中完成對(duì)數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)的滲透于延伸，讓學(xué)生更好的認(rèn)識(shí)到數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的理論和實(shí)踐和有機(jī)結(jié)合呢？

1 數(shù)字信號(hào)處理的作用

數(shù)字信號(hào)處理是研究把信號(hào)用數(shù)字或符號(hào)表示成序列，通過(guò)計(jì)算機(jī)或通用（專用）信號(hào)處理設(shè)備，用數(shù)字的數(shù)值計(jì)算方法處理，提取有用信息便于應(yīng)用的客觀規(guī)律性。

在信號(hào)處理中，很多信號(hào)比如聲音信號(hào)，在時(shí)域上看是雜亂無(wú)章的，沒(méi)有任何規(guī)律的，當(dāng)轉(zhuǎn)化成頻域信號(hào)后，很容易看出來(lái)信號(hào)的相關(guān)性質(zhì)，對(duì)信號(hào)的處理也更為方便。模擬信號(hào)在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)信號(hào)衰減大，且抗干擾能力差；數(shù)字信號(hào)設(shè)備靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)、遠(yuǎn)距離傳輸速度快且不失真。

數(shù)字信號(hào)處理可以將有用信號(hào)從雜亂無(wú)章的干擾中提取出來(lái)，恢復(fù)原始信號(hào)并可以對(duì)其增強(qiáng)。它對(duì)聲音，圖像，其他現(xiàn)實(shí)中的物理量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、信號(hào)傳輸、信號(hào)接收還原、信號(hào)濾波等作用，保證信號(hào)傳輸質(zhì)量，在電信和其它學(xué)科中具有重要的意義。

數(shù)字信號(hào)處理算法是對(duì)其離散信號(hào)與系統(tǒng)的變換和濾波的理論基礎(chǔ)，在此算法基礎(chǔ)上，用硬件或軟件的方法將其實(shí)現(xiàn)，這是整個(gè)數(shù)字信號(hào)處理的過(guò)程。下面我們來(lái)分析變換理論和具體實(shí)現(xiàn)之間的對(duì)應(yīng)。

2 數(shù)字信號(hào)處理中數(shù)字濾波網(wǎng)絡(luò)算法原理

在數(shù)字信號(hào)處理中，以IIR數(shù)字濾波網(wǎng)絡(luò)為例。對(duì)于一個(gè)輸入輸出關(guān)系已經(jīng)給定的系統(tǒng)，其系統(tǒng)函數(shù)或差分方程已知，可以用不同結(jié)構(gòu)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)。由Z變換的相關(guān)知識(shí)，我們可以知道對(duì)N階差分方程進(jìn)行Z變換，得到系統(tǒng)函數(shù)的一般表示式：

（1）

如果要設(shè)計(jì)IIR級(jí)聯(lián)型數(shù)字濾波網(wǎng)絡(luò)，就要根據(jù)級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將H（z）變換成級(jí)聯(lián)型一階節(jié)和二階節(jié)的形式。

（2）

這樣，就把系統(tǒng)函數(shù)分解成了N1個(gè)一階節(jié)和N2個(gè)二階節(jié)。有了這樣的結(jié)構(gòu)，就可以得到IIR級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)方框圖，如圖1。

圖1 IIR級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)方框圖

3 數(shù)字濾波網(wǎng)絡(luò)二階節(jié)的硬件實(shí)現(xiàn)

第二節(jié)中是數(shù)字濾波網(wǎng)絡(luò)IIR級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的算法原理和系統(tǒng)函數(shù)分解公式，那么這樣的數(shù)字濾波網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)怎樣用硬件實(shí)現(xiàn)呢？

從圖1看出，IIR級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)是由M個(gè)二階節(jié)組成的，一階節(jié)可以看做二階節(jié)的特殊情況。在每一個(gè)二階節(jié)中，有四個(gè)加法環(huán)節(jié)（如圖1中的圓圈標(biāo)示），有兩個(gè)延時(shí)單元，有四個(gè)標(biāo)量乘法環(huán)節(jié)。其中的加法環(huán)節(jié)和標(biāo)量乘法器可以有專用數(shù)字信號(hào)處理芯片中的加法器和乘法器實(shí)現(xiàn)，延時(shí)單元可以由觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，比如D觸發(fā)器。

現(xiàn)在以一個(gè)二階節(jié)為例，根據(jù)方框原理圖（圖2）說(shuō)明其硬件構(gòu)成。

（3）

（4）

所以從到有兩個(gè)延時(shí)電路——延時(shí)一個(gè)周期和兩個(gè)周期，即為，；兩個(gè)乘法電路，；兩個(gè)加法電路。用硬件實(shí)現(xiàn)如圖3所示。同樣地，從到的電路結(jié)構(gòu)與前面類似，延時(shí)電路可以與前面公用。

圖2 IIR級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)二階節(jié)方框圖

圖3 IIR級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)二階節(jié)的硬件實(shí)現(xiàn)

4 數(shù)字信號(hào)處理課程理論與實(shí)踐教學(xué)的知識(shí)滲透與延伸

學(xué)生在數(shù)字信號(hào)處理的理論課程中了解了相關(guān)的算法原理后，并和實(shí)際的硬件電路實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)了解，就掌握了從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)換過(guò)程。

所以在講授數(shù)字信號(hào)處理的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，都應(yīng)該按照這樣的思想去引導(dǎo)學(xué)生：（1）清晰透徹的講授每一章節(jié)的離散信號(hào)與系統(tǒng)的算法原理，從時(shí)域分析到頻域分析，到時(shí)頻變換，快速算法，到數(shù)字濾波結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)。在每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)上，都把相應(yīng)的數(shù)學(xué)原理和對(duì)應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)起來(lái)，使學(xué)生了解知識(shí)的實(shí)際用途。（2）在學(xué)生掌握算法原理的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)其在相應(yīng)的仿真工具上進(jìn)行算法的仿真，得到相應(yīng)的系數(shù)和性能，分析算法的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)。（3）根據(jù)前面學(xué)習(xí)的理論算法和硬件實(shí)現(xiàn)的知識(shí)滲透，使學(xué)生能夠快速輕松地選擇相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理器件，實(shí)現(xiàn)其算法原理，從而達(dá)到理論和實(shí)踐的較好結(jié)合，使得學(xué)生在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，有了較深入和較高層次的認(rèn)識(shí)，達(dá)到學(xué)以致用。

5 結(jié)論

論文以一個(gè)實(shí)際的《數(shù)字信號(hào)處理》教學(xué)范例——IIR級(jí)聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的原理，說(shuō)明了教學(xué)的順序和層次，從理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，到具體實(shí)現(xiàn)的滲透，使得學(xué)生在徹底掌握理論變換算法的基礎(chǔ)上，更深層次地與實(shí)際動(dòng)手相結(jié)合，很好地對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的滲透與延伸，在后續(xù)的DSP原理與應(yīng)用，信號(hào)分析與處理中可以較為輕松深入地掌握，達(dá)到較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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第3篇

【關(guān)鍵詞】測(cè)控技術(shù)與儀器；數(shù)字信號(hào)處理；教學(xué)內(nèi)容與方法

【Abstract】The view of comprehension and application of digital signal processing techniques vary with different major. Some discussion is apposed in the paper about the consummation and innovation of digital signal processing teaching contents and methods under the characteristic and demand of the major of measurement & control techniques and instruments.

【Keywords】measurement & control techniques and instruments， digital signal processing， teaching contents and methods

數(shù)字化和信息化的迅速發(fā)展，使得數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與應(yīng)用在日常生活中的地位越來(lái)越突出，新的算法（或改進(jìn)算法）層出不窮，新的器件頻繁更替。對(duì)于儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科下的測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，“數(shù)字信號(hào)處理”是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程不僅理論性強(qiáng)，工程應(yīng)用背景也十分明確。作為一門涉及面廣的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程，如何與學(xué)科的應(yīng)用需求接軌、與學(xué)生的知識(shí)體系融合，改革教學(xué)內(nèi)容與授課方法，全面提高教學(xué)質(zhì)量與效果，與時(shí)俱進(jìn)、科學(xué)發(fā)展，創(chuàng)建有專業(yè)特色的示范性課程是課程組面臨的問(wèn)題。

論文以學(xué)校課程體系建設(shè)的目標(biāo)與要求為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器本科專業(yè)的特點(diǎn)和建設(shè)需求，在“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)內(nèi)容的完善、教學(xué)方法的革新等方面進(jìn)行了探討，提出了一些觀點(diǎn)和看法。

1 學(xué)科與專業(yè)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的專門需求

儀器是信息獲取、處理與應(yīng)用的工具，而儀器學(xué)科與技術(shù)則是研究以獲取信息為目的的信息轉(zhuǎn)換、處理、傳輸、存貯、顯示與應(yīng)用等技術(shù)與裝置的應(yīng)用科學(xué)，其核心內(nèi)容可以用四個(gè)關(guān)鍵詞概括，即：計(jì)量、測(cè)量、儀器和傳感器[1]。沒(méi)有測(cè)量就沒(méi)有科學(xué)，儀器科學(xué)與技術(shù)的領(lǐng)先程度決定了科研和生產(chǎn)的先進(jìn)程度和競(jìng)爭(zhēng)能力[2]。從這個(gè)角度來(lái)看，測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)更加強(qiáng)調(diào)數(shù)字信號(hào)處理的物理意義，也就是信號(hào)對(duì)象的物理屬性，包括：時(shí)間屬性、頻率熟悉、誤差范圍、測(cè)量精度等。

目前該校儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科逐漸形成了以現(xiàn)代傳感技術(shù)及系統(tǒng)、空間儀器工程、無(wú)線電測(cè)量理論及應(yīng)用為主要方向，以信息獲取與處理為主要內(nèi)涵的省重點(diǎn)特色學(xué)科，本科專業(yè)為測(cè)控技術(shù)與儀器，要求學(xué)生掌握信號(hào)采集、分析與處理等方面的基礎(chǔ)理論與技術(shù)，在測(cè)控、測(cè)量及測(cè)試等方面具有良好的理論素養(yǎng)和技術(shù)基礎(chǔ)。開(kāi)設(shè)了“電工與電路基礎(chǔ)”、“信號(hào)系統(tǒng)與控制”、“數(shù)字信號(hào)處理”、“現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)”等一系列專業(yè)課程。主要課程見(jiàn)表1。

表1：測(cè)控技術(shù)與儀器主要專業(yè)課程情況

從表中可見(jiàn)“數(shù)字信號(hào)處理”首當(dāng)其沖成為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，并且為測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)服務(wù)，有著明顯的信號(hào)采集、測(cè)量、微弱信號(hào)檢測(cè)、儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的應(yīng)用需求。在本專業(yè)知識(shí)體系中，“數(shù)字信號(hào)處理”緊密連接傳感器的信號(hào)調(diào)理，與信息轉(zhuǎn)換、處理甚至是傳輸和存儲(chǔ)等有密切的關(guān)系，其內(nèi)涵更加偏向于真實(shí)信號(hào)物理量的采樣與處理，目標(biāo)更加注重于數(shù)字信號(hào)的物理意義和應(yīng)用方向。課程內(nèi)容包括：采樣過(guò)程及誤差分析、離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)、離散變換及其快速算法、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、多采樣率信號(hào)處理等。課程將通過(guò)講授、練習(xí)、實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本理論和方法，并能使用軟硬件工具進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理工作。

2 依據(jù)學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)改革教學(xué)內(nèi)容與方法

根據(jù)課程體系建設(shè)的需求，在教學(xué)內(nèi)容與方法方面嘗試提出了如下建設(shè)目標(biāo)：

2.1 結(jié)合學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，吸收國(guó)外先進(jìn)教學(xué)理念，與國(guó)際著名院校課程內(nèi)容設(shè)置充分融合，以經(jīng)典“數(shù)字信號(hào)處理”課程體系為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代測(cè)量系統(tǒng)中備受關(guān)注的信號(hào)處理方法和技術(shù)為導(dǎo)向，緊扣真實(shí)信號(hào)物理量采樣與處理的學(xué)科背景，結(jié)合國(guó)外相關(guān)專業(yè)知名教材，在專業(yè)課程體系內(nèi)將教學(xué)的內(nèi)容、課程間的關(guān)系與教學(xué)實(shí)踐緊密配合一起，積極梳理課程體系之間的關(guān)聯(lián)，根據(jù)學(xué)科和理論技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)地完善教學(xué)內(nèi)容。

2.2 開(kāi)拓國(guó)際化視野，充分采用啟發(fā)式、交互式、研討式的教學(xué)方法和課堂、網(wǎng)絡(luò)和實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)手段；嘗試通過(guò)引進(jìn)國(guó)外教學(xué)名師開(kāi)展課外專題講座，提高學(xué)生的興趣、拓展學(xué)生的專業(yè)思路，提升授課效果；用儀器科學(xué)與技術(shù)大專業(yè)的通識(shí)教育理念，建立典型案例素材庫(kù)，完善學(xué)生的專業(yè)知識(shí)體系及應(yīng)用能力；結(jié)合科研條件，采用軟件仿真和硬件驗(yàn)證相結(jié)合實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)踐環(huán)節(jié)的比重達(dá)到30%以上；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)突出互動(dòng)性，答疑和研討環(huán)節(jié)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平成。

3 開(kāi)拓思路積極探索改革舉措

測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生有著明顯的工程技術(shù)培養(yǎng)需求，“數(shù)字信號(hào)處理”課程是專業(yè)理論和實(shí)踐相結(jié)合的橋梁，必須結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)，與國(guó)際化教學(xué)內(nèi)容融合，與電工技術(shù)、信號(hào)系統(tǒng)與控制等課程密切配合、融合[3，4]，充分體現(xiàn)測(cè)控技術(shù)、儀器、傳感器對(duì)信號(hào)處理的更高要求和需求、拓展數(shù)字信號(hào)處理的廣度和深度，在無(wú)線電測(cè)量、精密儀器信號(hào)處理和微弱信號(hào)處理等方面突出授課重點(diǎn)，為學(xué)科專業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。舉措如下：

3.1 結(jié)合學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，與國(guó)際著名院校類似專業(yè)課程內(nèi)容設(shè)置充分融合，將教學(xué)的內(nèi)容、課程間的關(guān)系與教學(xué)實(shí)踐緊密配合一起，充分提升授課效果，結(jié)合學(xué)科需求，將“數(shù)字信號(hào)處理”教學(xué)內(nèi)容與國(guó)際接軌，并能根據(jù)學(xué)科和理論技術(shù)的發(fā)展而動(dòng)態(tài)適應(yīng)。

優(yōu)秀教材與普通教材的區(qū)別，并不在于內(nèi)容及其先進(jìn)性，也不僅僅在于語(yǔ)言，主要在于教學(xué)的理念和方法[5]，對(duì)于本專業(yè)的“數(shù)字信號(hào)處理”課程更是如此。因此必須融合國(guó)外教材和國(guó)內(nèi)教材的特點(diǎn)，合理安排教學(xué)內(nèi)容的講授方式、時(shí)機(jī)與深度，引入概念方法時(shí)，注重啟發(fā)性、直觀性，可使學(xué)生先知其然，而后再知其所以然。在敘述方式上，同一內(nèi)容由淺入深，在不同章節(jié)，從不同層次加以闡述，力圖體現(xiàn)各部分間有機(jī)聯(lián)系；同時(shí)注意結(jié)合自上而下和自下而上的方式，注重啟發(fā)、實(shí)用的同時(shí)，多幫助同學(xué)拎出主線和脈絡(luò)[6]，如表2所示。必要時(shí)做一些知識(shí)補(bǔ)充，以使學(xué)生不僅掌握一些具體的原理、實(shí)用的方法，還建立起比較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，以供進(jìn)一步深造之需。

表2：數(shù)字信號(hào)處理課程內(nèi)容分類

3.2 結(jié)合“電工與電路技術(shù)基礎(chǔ)”、“信號(hào)系統(tǒng)與控制”課程內(nèi)容，與之優(yōu)化整合，使“數(shù)字信號(hào)處理”課程內(nèi)容與專業(yè)課程體系融會(huì)貫通。用儀器科學(xué)的通識(shí)教育理念，優(yōu)化“數(shù)字信號(hào)處理”課程的授課內(nèi)容、提升授課效果，完善學(xué)生的專業(yè)知識(shí)體系及應(yīng)用能力。

“電工與電路技術(shù)基礎(chǔ)”、“信號(hào)系統(tǒng)與控制”和“數(shù)字信號(hào)處理”三門課程構(gòu)成了專業(yè)體系中重要的“電路、系統(tǒng)、信號(hào)分析與處理”基礎(chǔ)課程體系。“電工與電路技術(shù)基礎(chǔ)”課程主要學(xué)習(xí)電路基本理論與分析方法相關(guān)的經(jīng)典理論；“信號(hào)系統(tǒng)與控制”課程主要學(xué)習(xí)確定性信號(hào)的時(shí)頻域分析方法，線性時(shí)不變系統(tǒng)的描述方法與特性，以及線性時(shí)不變系統(tǒng)的變換域分析方法；“電工與電路技術(shù)基礎(chǔ)”和“信號(hào)系統(tǒng)與控制”是“數(shù)字信號(hào)處理”的理論基礎(chǔ)，“數(shù)字信號(hào)處理”是“電工與電路技術(shù)基礎(chǔ)”和“信號(hào)系統(tǒng)與控制”在離散域中的深入擴(kuò)展與應(yīng)用。

然而，傳統(tǒng)情況下“電工與電路技術(shù)基礎(chǔ)”、“信號(hào)系統(tǒng)與控制”和“數(shù)字信號(hào)處理”課程各自施教，在一定程度上存在授課內(nèi)容重復(fù)、銜接不合理、綜合不夠等諸多問(wèn)題，這些問(wèn)題隨著教學(xué)計(jì)劃的修改和課時(shí)的減少顯得更加突出。如，在 “電工與電路技術(shù)基礎(chǔ)”課程中，已涵蓋了許多“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)分析的相關(guān)內(nèi)容，而“數(shù)字信號(hào)處理”課程中也存在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中大量離散信號(hào)與系統(tǒng)分析內(nèi)容的重復(fù)[3]。各門課程自身內(nèi)容體系的最優(yōu)不一定是整個(gè)教學(xué)計(jì)劃的最優(yōu)，因此，有必要結(jié)合“電工與電路技術(shù)基礎(chǔ)”、“信號(hào)系統(tǒng)與控制”課程內(nèi)容，與之優(yōu)化整合，使“數(shù)字信號(hào)處理”課程內(nèi)容與專業(yè)課程體系融會(huì)貫通，如此才能更好地完善學(xué)生的專業(yè)知識(shí)體系及應(yīng)用能力。

3.3 儀器科學(xué)與技術(shù)是一個(gè)應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科，“數(shù)字信號(hào)處理”是應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，因此該課程的教學(xué)應(yīng)該是理論、實(shí)踐和科學(xué)研究的三元一體。

理論教學(xué)主要是通過(guò)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)完成的。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)基本概念的建立和基本內(nèi)容的深刻理解，淡化公式的推導(dǎo)和解題技巧，強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。加大教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革，建設(shè)形式上理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)獨(dú)立設(shè)課，內(nèi)容上互相交叉和融合，分層次按需設(shè)置的完整的理論和實(shí)踐教學(xué)體系[7]，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)和簡(jiǎn)單的科學(xué)研究思路，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生理解能力，深刻了解“數(shù)字信號(hào)處理”與專業(yè)相關(guān)課程的聯(lián)系。

配合課程教學(xué)預(yù)先安排了4 個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生用Matlab進(jìn)行原理仿真，通過(guò)之后并在采樣信號(hào)處理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行，從而鍛煉學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握與應(yīng)用能力，以及簡(jiǎn)單的科研能力。如表3所示。

表3：數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.4 將授課效果作為第一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，采用啟發(fā)式、交互式教學(xué)方法、通過(guò)多媒體、網(wǎng)絡(luò)、專題討論課等方法，提高學(xué)生對(duì)課程的掌握程度；在支撐學(xué)科發(fā)展的大視野下，根據(jù)課程在學(xué)科課程體系中的地位和作用，改革傳統(tǒng)教學(xué)手段，理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，加強(qiáng)梳理與其他課程或競(jìng)賽之間的相互關(guān)聯(lián)，全面提高學(xué)生專業(yè)應(yīng)用素質(zhì)。

下面以文獻(xiàn)[6]中的實(shí)例為例，說(shuō)明教學(xué)方法和教學(xué)手段的效果。在講授序列的傅里葉變換（DTFT）和離散傅里葉變換（DFT）時(shí)，學(xué)生很難理解這兩種形式傅里葉變換的區(qū)別。實(shí)際上，DTFT和DFT都是從頻譜分析的角度來(lái)分析一個(gè)序列。對(duì)于DTFT，只要該序列滿足絕對(duì)可和的條件，則它的傅里葉變換一定存在且連續(xù)，由于其一個(gè)域是連續(xù)的，因而不適合在計(jì)算機(jī)上運(yùn)算。而DFT是專門針對(duì)序列“有限長(zhǎng)”的特點(diǎn)而提出的，其頻譜也是離散的，因而適于在計(jì)算機(jī)上運(yùn)算，同時(shí)也可以通過(guò)快速傅里葉變換（FFT）實(shí)現(xiàn)。為了讓學(xué)生不產(chǎn)生混淆，在教學(xué)過(guò)程中，可以利用MATLAB進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)仿真，讓學(xué)生通過(guò)仿真結(jié)果直觀掌握二者的關(guān)系和區(qū)別。實(shí)驗(yàn)中，采用矩形序列x（n）=R5（n），N=32。其中圖a是序列的波形圖及其DTFT變換的連續(xù)譜，周期為2π，圖中顯示的為主值區(qū)間（[0，2π]）頻譜。圖b是通過(guò)16點(diǎn)和32點(diǎn)FFT來(lái)實(shí)現(xiàn)的序列DFT變換，其中圖線的包絡(luò)即為信號(hào)的DTFT連續(xù)譜，從中明顯可以看出，DFT實(shí)際上是對(duì)主值區(qū)間上的DTFT連續(xù)譜在頻域進(jìn)行抽樣，抽樣點(diǎn)數(shù)即變換的點(diǎn)數(shù)。通過(guò)這樣的現(xiàn)場(chǎng)仿真分析，學(xué)生很容易掌握和理解DTFT和DFT的關(guān)系和區(qū)別。

圖1：一種啟發(fā)式多媒體教學(xué)手段實(shí)例[6]

3.5 教師回歸“師者”的本位——傳道、授業(yè)、解惑，加強(qiáng)疏導(dǎo)，發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性。所謂傳道就是傳授其中的基本規(guī)律和變化趨勢(shì)，引領(lǐng)學(xué)生入門；授業(yè)是傳授解決問(wèn)題的方法和技能，發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性；解惑就是答疑，持續(xù)發(fā)現(xiàn)并消除學(xué)生心中的疑惑。通過(guò)深入淺出、抓重點(diǎn)、理脈絡(luò)的方式解答學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的疑惑，提高其提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。“授人以魚，不如授人以漁”。

4 結(jié)束語(yǔ)

“數(shù)字信號(hào)處理”是一個(gè)理論實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，每個(gè)學(xué)科對(duì)其應(yīng)用和理解都可能會(huì)有所偏重，因此在教學(xué)內(nèi)容與方法探索上應(yīng)該認(rèn)真分析本專業(yè)課程建設(shè)需求與現(xiàn)狀，不斷研究解決教學(xué)內(nèi)容與方法建設(shè)中存在的問(wèn)題，全面歸納、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在充分研討的基礎(chǔ)上對(duì)教學(xué)內(nèi)容與方法進(jìn)行詳細(xì)地規(guī)劃，才持續(xù)地推進(jìn)“數(shù)字信號(hào)處理”課程建設(shè)水平和授課效果，優(yōu)化學(xué)生知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，滿足學(xué)科專業(yè)對(duì)本課程的需求。參考文獻(xiàn)

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第4篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)；信號(hào)處理；DSP

1．?dāng)?shù)字信號(hào)處理的概念

數(shù)字信號(hào)處理是用數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)離散信號(hào)或?qū)⒛M信號(hào)離散化后進(jìn)行處理的現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)，自身有其獨(dú)特的計(jì)算方法和理論。數(shù)字信號(hào)處理是當(dāng)前發(fā)展相當(dāng)迅速的一種技術(shù)，無(wú)線通訊，多媒體技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)等都是基于數(shù)字信號(hào)處理算法的。

數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)是為進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的微處理器。數(shù)字信號(hào)處理器是同數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)一同發(fā)展起來(lái)的。它針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用采用了專用的硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

微處理器的發(fā)展經(jīng)歷了單板計(jì)算機(jī)、單片計(jì)算機(jī)的歷程，DSP則是一種高性能的片上微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它除了利用大量的新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)來(lái)大幅度改善芯片性能外，還把內(nèi)存、接口、外設(shè)、事件管理器等集成在一個(gè)芯片上，成為一個(gè)功能強(qiáng)大的片上系統(tǒng)（SOC）。DSP的產(chǎn)生和發(fā)展，得益于數(shù)字信號(hào)處理理論及計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)的飛速進(jìn)步。

2．?dāng)?shù)字信號(hào)處理器模擬的實(shí)現(xiàn)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，要使用軟件來(lái)模擬每個(gè)晶體管或每個(gè)門電路各個(gè)方面的行為特征幾乎是不可能的。人們簡(jiǎn)化系統(tǒng)復(fù)雜程度的常用辦法是對(duì)系統(tǒng)按層次進(jìn)行抽象，體系結(jié)構(gòu)就是對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)層次上的簡(jiǎn)化。然而，體系結(jié)構(gòu)層次上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依然很復(fù)雜，開(kāi)發(fā)其軟件模擬器也因此而十分困難。通常的做法是，在已存在的模擬器基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)或改進(jìn)，使其適應(yīng)自己的要求。

在任何數(shù)字信號(hào)處理中，當(dāng)涉及硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，都會(huì)遇到一個(gè)很普遍的問(wèn)題：一般要處理的原始信號(hào)序列長(zhǎng)度是非常長(zhǎng)的，但受物理設(shè)備條件所限，每次(比如一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi))輸入給數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)硬件(如DSP)的必定是有限長(zhǎng)度的采樣后的數(shù)字序列，也就是說(shuō)要對(duì)原有長(zhǎng)序列進(jìn)行一次截?cái)唷ｏ@然，截?cái)嗪蟮亩绦蛄邢啾扔谠形唇財(cái)嗟拈L(zhǎng)序列的信號(hào)屬性必然要發(fā)生變化。比如截取高斯白噪聲的一段，其截?cái)嗪蟮男蛄械木岛头讲畹冉y(tǒng)計(jì)特性相對(duì)于原有白噪聲序列肯定會(huì)有變化。這種由于截?cái)喽鸬男蛄行阅芟陆碉@然會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的DSP等硬件設(shè)備中數(shù)字信號(hào)處理性能的下降。

3．DSP硬件結(jié)構(gòu)分析

在當(dāng)前信息化、數(shù)字化進(jìn)程中，信號(hào)作為信息的傳輸和處理對(duì)象，逐漸由模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)。信息化的基礎(chǔ)是數(shù)字化，而數(shù)字化的核心技術(shù)之一就是數(shù)字信號(hào)處理。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的并得到迅速發(fā)展的前沿技術(shù)。DSP作為一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，憑借其獨(dú)特的硬件結(jié)構(gòu)和出色的數(shù)字信號(hào)處理能力，廣泛應(yīng)用于通訊、語(yǔ)言識(shí)別、圖像處理、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。

3.1 DSP的主要特點(diǎn)及其硬件要求

數(shù)字信號(hào)處理是指將模擬信號(hào)通過(guò)采樣進(jìn)行數(shù)字化后的信號(hào)進(jìn)行分析、處理、它側(cè)重于理論、算法及軟件實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信號(hào)處理算法具有如下一些主要的特點(diǎn)：信號(hào)處理算法運(yùn)算量大，要求速度快；信號(hào)處理算法通常需要執(zhí)行大量的乘累加運(yùn)算；信號(hào)處理算法常具有某些特定模式；信號(hào)處理算法大部分處理時(shí)間花在執(zhí)行相對(duì)小循環(huán)的操作上；信號(hào)處理要求專門的接口。

從一開(kāi)始，DSP的結(jié)構(gòu)就是針對(duì)DSP算法模型進(jìn)行構(gòu)造的，幾乎所有的DSP都包含有DSP算法的特征。因此，數(shù)字信號(hào)處理的上述特點(diǎn)要求DSP必須是專門設(shè)計(jì)的。

3.2多總線，多處理單元結(jié)構(gòu)

DSP芯片采用了哈佛結(jié)構(gòu)，它分別設(shè)置程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，使用專用的程序總線和地址總線。CPU可以同時(shí)訪問(wèn)程序和數(shù)據(jù)，大大提高了處理速度。所謂的改進(jìn)哈佛結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

1）允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲(chǔ)器中，并可以被算術(shù)指令直接使用。但程序和數(shù)據(jù)不能同時(shí)讀取，多數(shù)訪問(wèn)存儲(chǔ)器的指令需要兩個(gè)執(zhí)行周期。

2）將指令存儲(chǔ)在高速緩存中，無(wú)須從數(shù)據(jù)/程序存儲(chǔ)器讀取，可以節(jié)約一個(gè)指令周期。

3）改進(jìn)存儲(chǔ)器塊結(jié)構(gòu)，允許在一個(gè)周期內(nèi)同時(shí)讀取一條指令和兩個(gè)操作數(shù)。

使用兩類（程序總線、數(shù)據(jù)總線）六組總線。包括程序地址總線、程序讀總線、數(shù)據(jù)寫地址總線、數(shù)據(jù)讀地址總線、數(shù)據(jù)寫總線、數(shù)據(jù)讀總線。配合哈佛機(jī)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)速度。

DSP內(nèi)部一般都包括多個(gè)處理單元，如ALU、乘法器、輔助算術(shù)單元等。它們都可在單獨(dú)的一個(gè)指令周期內(nèi)執(zhí)行完計(jì)算和操作任務(wù)，而且往往同時(shí)完成。這種結(jié)構(gòu)特別適合于濾波器的設(shè)計(jì)，如FIR和IIR。這種多處理單元結(jié)構(gòu)還表現(xiàn)為在將一些特殊的算法作成硬件，如典型的FFT的位翻轉(zhuǎn)尋址和流水FIR濾波算法的循環(huán)尋址等。而且大部分DSP具有零消耗循環(huán)控制的專門硬件，使得處理器不用花時(shí)間測(cè)試循環(huán)計(jì)數(shù)器的值就能執(zhí)行一組指令的循環(huán)，硬件完成循環(huán)跳轉(zhuǎn)和循環(huán)計(jì)數(shù)器的衰減。

3.4 DSP結(jié)構(gòu)改進(jìn)

過(guò)去的DSP結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是面向計(jì)算密集型的應(yīng)用，而對(duì)控制密集型支持得不夠。而現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中很多場(chǎng)合需要信號(hào)處理和精確控制的有效結(jié)合，如數(shù)字蜂窩電話，它要有監(jiān)控和語(yǔ)言音處理的工作。現(xiàn)代的DSP將采用DSP／MCU的混合結(jié)構(gòu)，在保證計(jì)算能力優(yōu)先的前提下，通過(guò)快速的現(xiàn)場(chǎng)切換、多執(zhí)行部件并行執(zhí)行等方式，加強(qiáng)控制類操作的處理能力。將MCU核集成到DSP核中，或者從整體上對(duì)DSP進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使之兼有DSP和MCU的功能。

另外，為解決速度、功耗、可編程之間的矛盾，我們提出了一種新型的計(jì)算方式，它結(jié)合了現(xiàn)有微處理器和DSP的時(shí)間計(jì)算方式以及ASIC、FPGA解決方案的空間計(jì)算方式。這種可重構(gòu)DSP處理器的關(guān)鍵是它能同時(shí)進(jìn)行時(shí)間和空間計(jì)算。它由一個(gè)計(jì)算元件互相連接的二維陣列構(gòu)成，每個(gè)陣列都有各自的邏輯單元和本地寄存器。連接這些計(jì)算元件的可編程連線借以對(duì)陣列的數(shù)據(jù)流架構(gòu)動(dòng)態(tài)重構(gòu)，從而可根據(jù)運(yùn)行的具體任務(wù)而對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

第5篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理；精品課程；三本院校；獨(dú)立學(xué)院

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）37-0042-02

“數(shù)字信號(hào)處理”是利用計(jì)算機(jī)或DSP專用處理設(shè)備，對(duì)信號(hào)采用數(shù)值計(jì)算的方法進(jìn)行采集、變換、綜合、估值與識(shí)別等處理，達(dá)到提取信號(hào)特征和利于應(yīng)用的目的。“數(shù)字信號(hào)處理”是國(guó)內(nèi)許多高校電子信息類、通信類和自動(dòng)控制類的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，具有基礎(chǔ)性強(qiáng)和應(yīng)用性廣的特點(diǎn)，是應(yīng)用DSP（數(shù)字信號(hào)處理）芯片、嵌入式技術(shù)、EDA技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)。但是傳統(tǒng)的教學(xué)模式無(wú)論在教授內(nèi)容還是教學(xué)方式上都比較偏重理論教學(xué)，其教學(xué)方式單一。課堂教學(xué)多以教師中文講課為主，缺乏必要的師生交流互動(dòng)和實(shí)驗(yàn)練習(xí)環(huán)節(jié)。滇池學(xué)院是教育部確認(rèn)的獨(dú)立學(xué)院，學(xué)院先后被有關(guān)部門、機(jī)構(gòu)和協(xié)會(huì)授予“社會(huì)滿意學(xué)校”、“民辦教育百?gòu)?qiáng)學(xué)校”、“全國(guó)百佳特色學(xué)校”、“2008年全國(guó)最佳獨(dú)立學(xué)院”。“數(shù)字信號(hào)處理”經(jīng)過(guò)多年的課程建設(shè)，2010年被列為滇池學(xué)院的院級(jí)精品課程建設(shè)項(xiàng)目，該課程介紹數(shù)字信號(hào)處理的基本概念和基本理論，講授各種常用算法的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法。在精品課程建設(shè)中，我們努力尋找新的教學(xué)方式和方法，在MATLAB實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)上盡量做到深入淺出的教學(xué)；著重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)字處理技術(shù)的運(yùn)用能力。通過(guò)學(xué)習(xí)該課程，讓學(xué)生掌握在上述技術(shù)中繼續(xù)學(xué)習(xí)和科研的必要工具。在課程建設(shè)過(guò)程中，我們應(yīng)用新的教學(xué)手段，研究并實(shí)踐如何提高“數(shù)字信號(hào)處理”課程的教學(xué)水平，在對(duì)該課程的精品課程建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)形式的多樣化、加強(qiáng)了教學(xué)互動(dòng)，這些手段有效地提高了數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)效果[1]。

一、確立教學(xué)目標(biāo)、改革教學(xué)內(nèi)容

“數(shù)字信號(hào)處理”是滇池學(xué)院“電子信息工程”專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。目前，該課程中的一些主要內(nèi)容，例如：離散時(shí)間傅立葉變換（DTFT）、離散傅立葉變換（DFT）、變換域中的線性時(shí)不變離散時(shí)間系統(tǒng)（LTI）、數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)等，是本課程的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。尤其是DFT是本課程的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容。學(xué)好這部分內(nèi)容，將有助于借助計(jì)算機(jī)或DSP芯片，用數(shù)值計(jì)算的方法分析信號(hào)的頻譜。若講授只停留在理論和公式推導(dǎo)上，學(xué)生得到的還是較為抽象的概念。現(xiàn)在多數(shù)三本院校的教學(xué)方式為傳統(tǒng)的黑板式教學(xué)方式，大多數(shù)用的還是中文版教材，若能借助于當(dāng)今先進(jìn)的軟、硬件技術(shù)，相信教學(xué)效果會(huì)更好。隨著現(xiàn)代社會(huì)科技水平的發(fā)展，視頻教學(xué)和多媒體教學(xué)的出現(xiàn)，社會(huì)對(duì)三本院校學(xué)生應(yīng)用能力的需求提高及學(xué)生學(xué)習(xí)目的的多樣性等原因，我們將對(duì)本課程的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容進(jìn)行改革和探索。因此，我們將從以下幾個(gè)的方面進(jìn)行探索。

1.在教學(xué)內(nèi)容方面改革：以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力為目標(biāo)，根據(jù)近年來(lái)數(shù)字信號(hào)處理在信號(hào)分析方面應(yīng)用的熱點(diǎn)，以及電子信息專業(yè)對(duì)該課程的要求，結(jié)合課程特點(diǎn)，參照國(guó)內(nèi)外知名大學(xué)的教學(xué)計(jì)劃體現(xiàn)實(shí)踐性、先進(jìn)性和前沿性[1]。

2.在使用教材方面改革：選用《Digital Signal Processing――A Computer-Based Approach》，作者是SanjitK. Mitra。該教材是清華大學(xué)出版社引進(jìn)的國(guó)際知名大學(xué)――美國(guó)加州大學(xué)圣?巴巴拉分校的原版（英文）教材，且作者Sanjit K. Mitra教授是國(guó)際著名的信號(hào)處理專家。

3.在教研結(jié)合方面改革：通過(guò)本課程的建設(shè)，能成立一支由專家領(lǐng)頭，普通教師參與，教學(xué)水平高，教研相互促進(jìn)的教師梯隊(duì)，并要求擔(dān)任本課程建設(shè)的教師能積極參與教學(xué)改革、及時(shí)掌握國(guó)內(nèi)外在本學(xué)科領(lǐng)域的先進(jìn)教學(xué)理念，從而形成一流的教學(xué)成果。鼓勵(lì)學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)大賽，將“數(shù)字信號(hào)處理”的專業(yè)知識(shí)與其他電子信息領(lǐng)域的知識(shí)相結(jié)合，并能參與實(shí)際項(xiàng)目研發(fā)和相關(guān)論文寫作；鼓勵(lì)學(xué)生參加課外科技活動(dòng)小組，將所學(xué)的數(shù)字信號(hào)處理的知識(shí)應(yīng)用到解決實(shí)際問(wèn)題中，既提高了學(xué)習(xí)積極性，又鍛煉了學(xué)生。

4.在成績(jī)?cè)u(píng)定方面改革：除本課程基礎(chǔ)理論采用閉卷考試外，把MATLAB實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)上DSP應(yīng)用和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)計(jì)入到實(shí)驗(yàn)考試成績(jī)中，以鼓勵(lì)學(xué)生提高應(yīng)用知識(shí)能力和創(chuàng)新能力。

二、創(chuàng)新教學(xué)手段，完善教學(xué)方法

現(xiàn)在“數(shù)字信號(hào)處理”課堂教學(xué)方式多數(shù)是傳統(tǒng)的教師講、學(xué)生聽(tīng)的模式，這樣的教學(xué)手段有利于培養(yǎng)學(xué)生的推理能力和解題能力，但是不利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的提高[2]。因此，教學(xué)方法上我們積極推動(dòng)現(xiàn)代化教學(xué)手段在該課程中的應(yīng)用，實(shí)施多媒體教學(xué)與板書相結(jié)合的創(chuàng)新教學(xué)模式。針對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，增加課堂討論、MATLAB編程、項(xiàng)目訓(xùn)練等教學(xué)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)字信號(hào)處理理論的理解，從而提高其實(shí)踐應(yīng)用的能力。通過(guò)該課程教學(xué)建設(shè)，我們將實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)。

1.多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)板書相結(jié)合的教學(xué)方式。我們制作與教材配套的多媒體課件，增加視頻和動(dòng)畫，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力，使學(xué)生由填鴨式接受變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)探究。

2.雙語(yǔ)互動(dòng)的教學(xué)模式。為使三本院校學(xué)生掌握“數(shù)字信號(hào)處理”學(xué)科國(guó)際最前沿知識(shí)，提高學(xué)生在該課程及電子信息相關(guān)領(lǐng)域方面的英語(yǔ)水平，我們逐步推動(dòng)對(duì)該課程進(jìn)行雙語(yǔ)教學(xué)，采用全英文教材和課件。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中以英語(yǔ)教學(xué)為主，對(duì)于重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)的講授增加中文解釋。適當(dāng)補(bǔ)充“數(shù)字信號(hào)處理”學(xué)科中專業(yè)詞匯的英語(yǔ)解釋，讓大部分學(xué)生能順利地使用原版教材進(jìn)行學(xué)習(xí)，能用英語(yǔ)回答提問(wèn)，完成用英語(yǔ)出的練習(xí)題、考試題，以及讓80%的學(xué)生在完成練習(xí)與考試中能全用英語(yǔ)答題。

3.理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合，創(chuàng)建實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課堂教學(xué)的重要補(bǔ)充，能促進(jìn)學(xué)生將課堂上的理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，既鍛煉了學(xué)生的應(yīng)用能力又提高了學(xué)生的興趣。在“數(shù)字信號(hào)處理”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，MATLAB的引入很受學(xué)生的歡迎。由于其豐富的函數(shù)庫(kù)、強(qiáng)大的計(jì)算功能及高度的可視化，將抽象和復(fù)雜的問(wèn)題變得直觀和容易理解，再加上多媒體教學(xué)手段的應(yīng)用，大大方便了學(xué)生對(duì)本課程理論的學(xué)習(xí)，有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。根據(jù)三本院校的特點(diǎn)，我們把實(shí)驗(yàn)題目分為：基本型（必須完成），選做型（有一定難度，鼓勵(lì)選做），以及設(shè)計(jì)型（綜合實(shí)驗(yàn)，較難，具有挑戰(zhàn)性，需要花較多的精力和時(shí)間來(lái)考慮）三類。三種類型的“數(shù)字信號(hào)處理”實(shí)驗(yàn)題目，滿足了不同層次學(xué)生的要求。其中，綜合實(shí)驗(yàn)通常還作為實(shí)驗(yàn)考核的內(nèi)容。大部分的學(xué)生都能完成“基本型”的題；約1/3的學(xué)生能完成“選作型”的題；不少學(xué)生不再滿足“驗(yàn)證性”的實(shí)驗(yàn)，而希望能做具有挑戰(zhàn)性的研究設(shè)計(jì)型題，尤其是應(yīng)用性和實(shí)用性強(qiáng)的題目。

在滇池學(xué)院“數(shù)字信號(hào)處理”精品課程的建設(shè)過(guò)程中，我們將努力提高教學(xué)理念和完善教學(xué)方式，加強(qiáng)課程的中英雙語(yǔ)教學(xué)，建立MATLAB實(shí)踐教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，爭(zhēng)取在精品課程驗(yàn)收前建立數(shù)字信號(hào)處理課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的平臺(tái)。我們?cè)谡n程建設(shè)中總結(jié)出許多成功的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，也存在的一些不足。為確保課程建設(shè)順利完成，我們逐步實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段多樣化，加強(qiáng)教研互動(dòng)，增進(jìn)師生交流，強(qiáng)化師資隊(duì)伍等目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳建華，李海燕，張榆鋒，施心陵.“隨機(jī)過(guò)程”精品課程建設(shè)與教學(xué)改革探索[J].中國(guó)科技信息，2010，（18）：1.

第6篇

典型的信號(hào)處理任務(wù)就是把信息從一種信號(hào)傳遞到另一種信號(hào)上，例如，可將一張照片加以掃描、抽樣，并將畢業(yè)論文共存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，在這種情況下，信息是從可變的銀粒密度轉(zhuǎn)換戌可見(jiàn)光束，再變成電的波形，最后變戍數(shù)字的序列，隨后該數(shù)字序列用。磁盤上磁疇的排列來(lái)表示CAT掃描器是一個(gè)比較復(fù)雜，經(jīng)過(guò)處理，最后顯赤射線管(CRT)的熒光屏上或膠片上。數(shù)字處理能增加信息，但可以重新排列信息，使觀察者能更方便地理解它.觀察者不必觀看多個(gè)不同測(cè)面的投影而可直接觀察截面圖。

人們感興趣的是信號(hào)所包含的信息，而不管信號(hào)本身是什么形式。也許可以概括地說(shuō)，信號(hào)處理涉及兩個(gè)基本任務(wù)一一信息的重新排列和信息的壓縮。

數(shù)字信號(hào)處理涉及到用數(shù)的序列表示的信號(hào)的處理，而多維數(shù)字信號(hào)處理則涉罰用多維陣列表示的信號(hào)的處理，例如對(duì)同時(shí)從幾個(gè)傳感器所接收的抽樣圖像和抽樣的時(shí)間波形的處理。由于信號(hào)是因而它可以用數(shù)字硬件處理，同時(shí)可以將信號(hào)處理的運(yùn)算規(guī)定為算法。

促使人們采用數(shù)字方法的是不言而喻的。數(shù)字方法既有效靈活。我們可以用數(shù)字系統(tǒng)使其有自適應(yīng)性并易于重新組合。可以很方便地把數(shù)字算法由一個(gè)廠商的設(shè)備上轉(zhuǎn)換到另一個(gè)廠商的設(shè)備上去，或者把專用數(shù)字硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。同樣，數(shù)字算法也可用來(lái)處理作為時(shí)間函數(shù)或空間信號(hào)，數(shù)字算法自然地和邏輯算符如模式分類相聯(lián)系。數(shù)字信號(hào)能夠長(zhǎng)時(shí)間無(wú)差錯(cuò)地存儲(chǔ)。對(duì)很多種應(yīng)用而言，數(shù)字方法Ⅸ其它方法更為簡(jiǎn)單，對(duì)另外一些應(yīng)用，則可能根本不存在其他方法。多維信號(hào)處理是不同于一維信號(hào)處理，想在多維序列上實(shí)現(xiàn)的多運(yùn)算，例如抽樣、濾波和交換等，用于一維序列，然而，嚴(yán)格芯說(shuō)，我們不得不說(shuō)多終信號(hào)處理與一維信弓有很大差別的。

第7篇

論文摘要：信號(hào)是傳遞信息的媒介，信號(hào)處理涉及信息的提取。

隨著集成電路的運(yùn)算速度更快，集成度更高，就有可能耐復(fù)雜目益增加均一些多維數(shù)字信號(hào)處理。所它在最近才開(kāi)始出現(xiàn)的一個(gè)新領(lǐng)域。盡管如此，多維信號(hào)處埋仍然對(duì)以下一些間提了解決的辦法，這些問(wèn)題是：計(jì)算機(jī)輔動(dòng)斷層成術(shù)(CAT)，即綜合來(lái)自不同方向的X射線的投影，以重建人體某一部分的三維圖，源聲納陣列的設(shè)計(jì)及通過(guò)人造衛(wèi)星地球資源。多維數(shù)字信號(hào)處理除具有許多引人注目和淺顯易行的應(yīng)用之外，它還具有堅(jiān)賣的數(shù)學(xué)基礎(chǔ).，這不僅使我們能了解它的實(shí)現(xiàn)情況，而且當(dāng)新問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，也當(dāng)及時(shí)解決。

典型的信號(hào)處理任務(wù)就是把信息從一種信號(hào)傳遞到另一種信號(hào)上，例如，可將一張照片加以掃描、抽樣，并將共存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，在這種情況下，信息是從可變的銀粒密度轉(zhuǎn)換戌可見(jiàn)光束，再變成電的波形，最后變戍數(shù)字的序列，隨后該數(shù)字序列用。磁盤上磁疇的排列來(lái)表示CAT掃描器是一個(gè)比較復(fù)雜，經(jīng)過(guò)處理，最后顯赤射線管(CRT)的熒光屏上或膠片上。數(shù)字處理能增加信息，但可以重新排列信息，使觀察者能更方便地理解它.觀察者不必觀看多個(gè)不同測(cè)面的投影而可直接觀察截面圖。、

人們感興趣的是信號(hào)所包含的信息，而不管信號(hào)本身是什么形式。也許可以概括地說(shuō)，信號(hào)處理涉及兩個(gè)基本任務(wù)一一信息的重新排列和信息的壓縮。

數(shù)字信號(hào)處理涉及到用數(shù)的序列表示的信號(hào)的處理，而多維數(shù)字信號(hào)處理則涉罰用多維陣列表示的信號(hào)的處理，例如對(duì)同時(shí)從幾個(gè)傳感器所接收的抽樣圖像和抽樣的時(shí)間波形的處理。由于信號(hào)是因而它可以用數(shù)字硬件處理，同時(shí)可以將信號(hào)處理的運(yùn)算規(guī)定為算法。

促使人們采用數(shù)字方法的是不言而喻的。數(shù)字方法既有效靈活。我們可以用數(shù)字系統(tǒng)使其有自適應(yīng)性并易于重新組合。可以很方便地把數(shù)字算法由一個(gè)廠商的設(shè)備上轉(zhuǎn)換到另一個(gè)廠商的設(shè)備上去，或者把專用數(shù)字硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。同樣，數(shù)字算法也可用來(lái)處理作為時(shí)間函數(shù)或空間信號(hào)，數(shù)字算法自然地和邏輯算符如模式分類相聯(lián)系。數(shù)字信號(hào)能夠長(zhǎng)時(shí)間無(wú)差錯(cuò)地存儲(chǔ)。對(duì)很多種應(yīng)用而言，數(shù)字方法Ⅸ其它方法更為簡(jiǎn)單，對(duì)另外一些應(yīng)用，則可能根本不存在其他方法。多維信號(hào)處理是不同于一維信號(hào)處理，想在多維序列上實(shí)現(xiàn)的多運(yùn)算，例如抽樣、濾波和交換等，用于一維序列，然而，嚴(yán)格芯說(shuō)，我們不得不說(shuō)多終信號(hào)處理與一維信弓有很大差別的。

信號(hào)處理與一維信號(hào)處理還是有很大差別的，這是由三個(gè)因素造成的;(l)二維通常比一維問(wèn)題包含的數(shù)據(jù)量大得多;(2)處理多維系統(tǒng)在數(shù)些上不如處理一維系統(tǒng)那樣完備；(3)多維信號(hào)處理有更多的自由度，這給系統(tǒng)設(shè)計(jì)音以一維情況中無(wú)法比擬的靈活性。雖然所有遞歸數(shù)字濾波器都是用差分方程實(shí)現(xiàn)的，一維情況下差分方程是全有序的，而在多維情況下差分方程僅是部分有序的，岡而就存在著靈活性，在一維情況小，離散傳里旰變換CDET)可以用快速傅里葉變換CEPT)算法來(lái)計(jì)算，而在多維情況下，有多且每一個(gè)OFT又可用多種AFT算法來(lái)計(jì)算。在一維情況下，我們可以調(diào)整速率。而且也可以調(diào)整抽排列。從另一方面來(lái)說(shuō)，多維多項(xiàng)式不能進(jìn)行因式分解，而一維多項(xiàng)式是可以進(jìn)行因式分解的。因而在多維情況下，我們不能論及孤立的極，氣、孤立的零點(diǎn)及孤立的根。所以，多維信號(hào)處理與一維信號(hào)處理有相當(dāng)大的差別。在20世紀(jì)60年代初期，用數(shù)字系統(tǒng)來(lái)模仿模擬系統(tǒng)的想法，使得一維數(shù)字信號(hào)處毫的各種方法得到了發(fā)展。這樣，仿照模擬系統(tǒng)理論，創(chuàng)立了許多離散系統(tǒng)理論.隨后，當(dāng)數(shù)字系統(tǒng)可以很好地模仿模擬系統(tǒng)時(shí)，人們認(rèn)識(shí)到數(shù)字系統(tǒng)同時(shí)也可以完成更多的功能。由丁這種認(rèn)識(shí)及數(shù)字硬件工藝的有力推動(dòng)，數(shù)字信號(hào)處理得到了發(fā)展，而且現(xiàn)今很多通用的方法，已成為數(shù)字方法所特有的，沒(méi)有與其等效的模擬方法，在發(fā)展多維數(shù)字信號(hào)處理時(shí)，可觀察到同一發(fā)展趨向。因?yàn)闆](méi)有連續(xù)時(shí)間的(或模擬的)二維系統(tǒng)理論可以仿效，因而最初的二維系統(tǒng)是以一維系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，80年代后期，多數(shù)二維信號(hào)處理都是用可分的二維系統(tǒng)。可分的二維系統(tǒng)與用于二維數(shù)據(jù)的一維系統(tǒng)幾乎沒(méi)有差別。隨后，發(fā)展了獨(dú)特的多維算法，該算法相當(dāng)于一維算法的邏輯推理。這是一段失敗的時(shí)期，由干許多二維應(yīng)用要求數(shù)據(jù)量很大，且iT缺少二淮多項(xiàng)式太分解理論，很多一維方法不能很好地推廣到二維上來(lái)。我們現(xiàn)在正處于認(rèn)識(shí)的萌芽時(shí)代。計(jì)算機(jī)工業(yè)以其部件的小型化和價(jià)格日趨低廉而有助于我們解決數(shù)據(jù)量問(wèn)題。盡管我們總是受限于數(shù)學(xué)問(wèn)題，但仍然認(rèn)識(shí)到，多維系統(tǒng)也給了我們新的自由度。以上這些，使得該領(lǐng)域既富于挑戰(zhàn)性又無(wú)窮樂(lè)趣，電子信息技術(shù)的結(jié)合之軟件結(jié)臺(tái)，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中可用電產(chǎn)信息技術(shù)的地方，仍然可以在生產(chǎn)或很低的條件下使用人力或傳統(tǒng)機(jī)械。電予信息技術(shù)應(yīng)到限制，在不同領(lǐng)域和不同水平有各種原因，但爛有一個(gè)共大原因是缺乏認(rèn)識(shí)。沒(méi)有認(rèn)識(shí)，便沒(méi)有應(yīng)層。

事實(shí)上，在一維和二維信號(hào)處理理論之間有實(shí)質(zhì)性的差別，而在二維和更高維之間，除了計(jì)算上的復(fù)雜世方耐差異之外，似乎差別較小。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳云韜，廖桂生，田孝華. 一種波達(dá)方向、頻率聯(lián)合估計(jì)快速算法[J]電波科學(xué)學(xué)報(bào)， 2003，(04) .

[2] 呂鐵軍，王河，肖先賜. 利用改進(jìn)遺傳算法的DOA估計(jì)[J]電波科學(xué)學(xué)報(bào)， 2000，(04)

[3] 劉全，雍玲，魏急波. 二維虛擬ESPRIT算法的改進(jìn)[J]國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2002，(03) .

[4] 呂澤均，肖先賜. 一種沖擊噪聲環(huán)境中的二維DOA估計(jì)新方法[J]電子與信息學(xué)報(bào)， 2004，(03) .

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[6] 金梁，殷勤業(yè). 時(shí)空DOA矩陣方法的分析與推廣[J]電子學(xué)報(bào)， 2001，(03) .

第8篇

Wan Guofeng

（School of Electrical Engineering Northwest University for Nationality Lanzhou， 730030 ，China）

Abstract： According to digital signal processing course has the features of the deduction of many formula was very difficult and it was not easy to control. We fasten on Fourier Transform which is the main line of this course， integrated teaching material，optimized curriculum system. We also highlight the physical meaning and application of the concept ，still further pay attention on developing students’hands on ability and problem solving capability.The teaching reform turns out to achieve good results in practice.

Keywords： digital signal processing； teaching reform； main line

0引言

數(shù)字信號(hào)處理是高校電子信息類專業(yè)的一門重要課程。該課程在理論上涉及微積分、高等數(shù)學(xué)、隨機(jī)過(guò)程、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)等先修課程，具有概念多、難度大、靈活度高、在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)不容易被學(xué)生熟練掌握等特點(diǎn)[1]，客觀上造成了學(xué)生對(duì)此課程的畏懼心理，甚至有些學(xué)生因此還產(chǎn)生了厭學(xué)情緒。那么如何做到讓學(xué)生有興趣學(xué)習(xí)，并且能學(xué)好這門課，就是老師需要解決的首要問(wèn)題。筆者經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了一些嘗試，收到了良好的效果。現(xiàn)在歸納如下，以饗讀者。

1 緊抓主線

數(shù)字信號(hào)處理課程的一條線主線就是Z變換-離散傅里葉變換（對(duì)于連續(xù)信號(hào)，則是S變換-傅里葉變換），Z變換的公式是

X（z）=∑n∞=-∞x（n） z-n （1）

其收斂域是Rx-

再看看周期信號(hào)的傅里葉變換為什么不存在。因?yàn)閦變換存在的條件是

|X（z）|=|∑n∞=-∞x（n） z-n

顯然周期信號(hào)是不滿足式（2）的，學(xué)生自然就知道了周期信號(hào)的傅里葉變換只能用傅里葉級(jí)數(shù)表示了。

而對(duì)于用模擬濾波器間接設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，更是應(yīng)用了這條主線。Z變換與s變換的關(guān)系是[2]：z=esT，設(shè)s=σ+jΩ，z=rejω，則

σ=0，r=1σ1 （3）

由式（3）看出，單位圓上的z變換對(duì)應(yīng)的是虛軸上的s變換，單位圓內(nèi)的z變換對(duì)應(yīng)的是左半平面的s變換，單位圓外的z變換對(duì)應(yīng)的是右半平面的s變換。一目了然，簡(jiǎn)單明了。

因此，只要一開(kāi)始給學(xué)生說(shuō)明，整本書就是講一個(gè)公式，則學(xué)生就會(huì)以比較輕松的心態(tài)去學(xué)習(xí)了。

2優(yōu)化授課內(nèi)容，減少數(shù)學(xué)推導(dǎo)

首先，選擇難度適中的教材，難度過(guò)大的教材一開(kāi)始就降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。所以在教材和教學(xué)內(nèi)容上要做到優(yōu)選內(nèi)容、側(cè)重兼顧，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)選擇的是由高西全和丁玉美編著，西安電子科技大學(xué)出版社出版的《數(shù)字信號(hào)處理》，本書內(nèi)容難度相對(duì)較小，但不失系統(tǒng)性，由連續(xù)信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣得到離散信號(hào)及離散系統(tǒng)，從而講清楚了采樣定理，在此基礎(chǔ)上講授離散傅里葉變換及z變換，以及二者的關(guān)系，通過(guò)z變換的收斂域講清楚了只有當(dāng)單位圓上的z變換存在時(shí)，其離散傅里葉變換才存在，從而讓學(xué)生知道了周期信號(hào)的傅里葉變換不存在的道理。

其次，要注意前后教學(xué)內(nèi)容的銜接和優(yōu)化。將信號(hào)與系統(tǒng)的基礎(chǔ)概念、連續(xù)與離散系統(tǒng)的時(shí)域分析與頻域分析（傅里葉分析、拉氏分析、z變換分析等），以及系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析等內(nèi)容在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程講。而將數(shù)據(jù)采集、量化、A/D、D/A轉(zhuǎn)換、離散傅里葉變換（DFT）、快速傅里葉變換（FFT）、IIR和FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)及有限字長(zhǎng)效應(yīng)等內(nèi)容作為“數(shù)字信號(hào)處理”課程的主要內(nèi)容。這樣，就不至于出現(xiàn)重復(fù)講授，既節(jié)約了時(shí)間，又不至于使得學(xué)生生厭。

“數(shù)字信號(hào)處理”是建立在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的學(xué)科[2]，課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、抽象概念多、起點(diǎn)高、難度大、數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)密[3]。但大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)會(huì)讓學(xué)生感到枯燥乏味，產(chǎn)生畏懼心理甚至厭學(xué)情緒。因此，在教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論知識(shí)，減少數(shù)學(xué)推導(dǎo)，更加注重強(qiáng)調(diào)應(yīng)用背景和實(shí)際意義，盡量將學(xué)生的注意力放在概念意義的理解和技術(shù)應(yīng)用，從而加深學(xué)生理解。例如在講解離散傅立葉變換時(shí)，假如單單講解離散傅立葉變換的定義和特性再進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，學(xué)生會(huì)很難理解，而且會(huì)感到枯燥乏味。但是通過(guò)對(duì)離散傅立葉變換和反變換在語(yǔ)音信號(hào)處理、生態(tài)系統(tǒng)處理以及數(shù)值分析等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的講解，可以使學(xué)生深刻的理解和掌握其概念。

還要對(duì)課程重點(diǎn)內(nèi)容通過(guò)深入詳細(xì)地分析其特性及與其他知識(shí)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，使學(xué)生能夠真正理解其實(shí)質(zhì)，從而達(dá)到觸類旁通的效果[1]。

第9篇

關(guān)鍵詞：大班教學(xué)；形象化教學(xué)；學(xué)習(xí)共同體；數(shù)字信號(hào)處理

作者簡(jiǎn)介：盧迪（1971-），女，天津人，哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，教授；蘭朝鳳（1981-），女，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，講師。（黑龍江 哈爾濱 150080）

基金項(xiàng)目：本文系黑龍江省新世紀(jì)高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：66996）、哈爾濱理工大學(xué)教育教學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：C201200011）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）16-0086-02

自大學(xué)擴(kuò)招以來(lái)，各高校普遍存在學(xué)生多教師少現(xiàn)象，因此本科生的公共課、專業(yè)課的講授常采用大班額配課制度，學(xué)生數(shù)在百名左右。大班教學(xué)帶來(lái)的問(wèn)題主要有兩個(gè)方面：一方面是大班教學(xué)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的影響。在大班教學(xué)中，師生之間的交流較小班教學(xué)減少，學(xué)生的個(gè)性差異和獨(dú)特性被忽視，學(xué)生往往學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)較低、學(xué)習(xí)積極性較差、學(xué)習(xí)被動(dòng)、注意力不集中，師生之間和生生之間互不認(rèn)識(shí)、互動(dòng)很少。[1-3]另一方面，從教師的角度來(lái)說(shuō)，由于大班教學(xué)導(dǎo)致學(xué)生發(fā)言、表達(dá)自己的意見(jiàn)機(jī)會(huì)大大減少，課堂氣氛比較沉悶，教師往往采用“一言堂”的教授模式，教學(xué)方法單一，而且由于課堂教學(xué)時(shí)間有限、學(xué)生數(shù)多，教師很難從學(xué)生那里得到有效反饋，不能全面了解學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的接受、理解程度。

針對(duì)這些問(wèn)題，越來(lái)越多的高校教師關(guān)注于大班教學(xué)方法的研究，從中國(guó)知網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，2010年發(fā)表的相關(guān)研究論文有123篇，2011年有203篇，2012年有155篇。這些論文中，80%左右的研究集中于大學(xué)英語(yǔ)等公共課程，而對(duì)專業(yè)課程的大班教學(xué)方法研究較少，因此本文針對(duì)“數(shù)字信號(hào)處理”這門專業(yè)課的大班教學(xué)方法進(jìn)行了一些探討。“數(shù)字信號(hào)處理”課程是通信工程、電子信息工程、信息工程、自動(dòng)控制、測(cè)控儀器等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程理論性強(qiáng)、數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用較多、物理意義不明顯，公式推導(dǎo)多，是學(xué)生普遍認(rèn)為較難學(xué)懂、理解的課程之一。本文針對(duì)大班教學(xué)環(huán)境特點(diǎn)，從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體方面出發(fā)，通過(guò)改善課堂效果，提高課堂上的學(xué)習(xí)效率，達(dá)到提升“數(shù)字信號(hào)處理”課程大班教學(xué)質(zhì)量的目的。

一、建立“學(xué)習(xí)共同體”教學(xué)模式

“學(xué)習(xí)共同體”是指由學(xué)習(xí)者及助學(xué)者（包括教師、專家、輔導(dǎo)員等）共同構(gòu)成的團(tuán)體。團(tuán)體成員在學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常進(jìn)行溝通、交流，并分享各種學(xué)習(xí)資源，共同完成一定學(xué)習(xí)任務(wù)，形成相互影響、相互促進(jìn)的人際聯(lián)系。學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者主動(dòng)構(gòu)建內(nèi)部心理表征的過(guò)程，學(xué)習(xí)過(guò)程需要與物和教材對(duì)話、與他人對(duì)話、與自己對(duì)話。為此，教師要在教學(xué)過(guò)程中給學(xué)生“自主學(xué)習(xí)的空間”，使學(xué)生針對(duì)任務(wù)或問(wèn)題去思考、分析、理解、探究，和學(xué)生構(gòu)建“學(xué)習(xí)共同體”，增進(jìn)師生之間、學(xué)生之間的協(xié)作和互動(dòng)，[4]將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)歸還給學(xué)習(xí)者，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力，將傳統(tǒng)課堂教學(xué)活動(dòng)中教師負(fù)責(zé)“教”、學(xué)生負(fù)責(zé)“學(xué)”的單向活動(dòng)回歸到師生互教、互學(xué)的雙向活動(dòng)，師生關(guān)系不再是“管理者—被管理者”的關(guān)系，而是“民主平等”的關(guān)系。課堂上，教師不再是知識(shí)的主講者，而應(yīng)像主持人一樣，是知識(shí)的介紹者和串聯(lián)者，學(xué)生應(yīng)作為知識(shí)的“主講者”闡述其對(duì)知識(shí)的理解。只有理解“知識(shí)”，而不是死記硬背“知識(shí)”，才能應(yīng)用“知識(shí)”。譬如在講授傅里葉變換時(shí)，教師在課堂上可以先從周期信號(hào)的分解歷史開(kāi)始介紹，從18世紀(jì)Euler、Lagrange等科學(xué)家對(duì)弦振動(dòng)的分析（此內(nèi)容物理中有相應(yīng)實(shí)驗(yàn)），19世紀(jì)Fourier給出了周期信號(hào)級(jí)數(shù)的展開(kāi)和積分、Parseval關(guān)于時(shí)域和變域的能量守恒原理、Dirichlet給出的級(jí)數(shù)和積分條件、Gibbs闡述的吉布斯現(xiàn)象，到20世紀(jì)無(wú)線電的產(chǎn)生、Nyquist采樣定理、Wiener功率譜、Cooley&Tukey給出的FFT算法等。通過(guò)對(duì)傅里葉變換演變歷史的介紹，學(xué)生很容易接受將任意信號(hào)分解為三角函數(shù)或指數(shù)函數(shù)形式的必然性，進(jìn)而理解傅里葉變換的重要意義，掌握信號(hào)從時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換過(guò)程。鼓勵(lì)學(xué)生利用強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)資源，對(duì)教師介紹的有關(guān)歷史進(jìn)行深一步的挖掘。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生會(huì)對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行初步學(xué)習(xí)，當(dāng)課堂上教師講解到相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，學(xué)生可以進(jìn)一步補(bǔ)充自己了解的內(nèi)容和對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解。

大學(xué)工科專業(yè)課所講內(nèi)容本質(zhì)上是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，如何將這些基礎(chǔ)知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合是工程類本科學(xué)生必須掌握的技能，而只有理解這些基礎(chǔ)知識(shí)才能很好地應(yīng)用它們。英國(guó)著名哲學(xué)家和物理學(xué)家波蘭尼將人類的知識(shí)分為顯性知識(shí)和默會(huì)知識(shí)，其中默會(huì)知識(shí)本質(zhì)就是理解力，是一種領(lǐng)會(huì)進(jìn)而把握經(jīng)驗(yàn)、重組經(jīng)驗(yàn)，從而達(dá)到對(duì)它的理解和控制能力。相同的教師給同一批學(xué)生授課，但是每個(gè)學(xué)生的理解程度不一樣，這就是默會(huì)知識(shí)掌握程度不同。默會(huì)知識(shí)的獲得是與特定的問(wèn)題或任務(wù)情景聯(lián)系在一起的，由于每個(gè)學(xué)生的理解方式都受其獨(dú)特的生活和文化環(huán)境影響，因此對(duì)相同問(wèn)題的理解也是不一樣的。掌握默會(huì)知識(shí)的最好方法就是讓學(xué)生置身于知識(shí)所在的日常實(shí)踐情景和科學(xué)實(shí)踐情景中，通過(guò)參與專家、同伴的思考和行動(dòng)過(guò)程而獲得那些不能明確表達(dá)的規(guī)范、準(zhǔn)則等。

為加強(qiáng)“數(shù)字信號(hào)處理”這門課的實(shí)踐性，嘗試將學(xué)生分為Flash課件制作組、MATLAB課件制作組，DSP程序編寫組等，讓學(xué)生將比較抽象的數(shù)字信號(hào)理論知識(shí)用自己的方式形象化表達(dá)出來(lái)，以判斷其對(duì)默會(huì)知識(shí)的掌握。通過(guò)小組合作，學(xué)生可以充分闡述自己的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，在觀點(diǎn)的碰撞中，觸發(fā)靈感，加強(qiáng)批判性思維，提升對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解程度。

二、課堂效果的掌控

“學(xué)習(xí)共同體”的建立是要激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)力，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，而課堂學(xué)習(xí)效率的提高可以達(dá)到事半功倍的效果。首先要建立統(tǒng)一、規(guī)范的課堂秩序，如上課不遲到、不早退，上課時(shí)不準(zhǔn)許使用手機(jī)、筆記本電腦等電子設(shè)備，不能無(wú)故大聲喧嘩，發(fā)言前要舉手示意教師等基本行為準(zhǔn)則。沒(méi)有規(guī)矩不成方圓，在確保課堂教學(xué)秩序的前提下，才能保證教學(xué)效果，要使學(xué)生清楚了解、理解這些行為規(guī)范，并自覺(jué)遵守執(zhí)行。其次，教師要利用語(yǔ)言表達(dá)能力和肢體語(yǔ)言吸引學(xué)生的注意力。教師的語(yǔ)言要簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確、生動(dòng)、富有邏輯性，可以通過(guò)聲調(diào)的變化強(qiáng)調(diào)所講知識(shí)點(diǎn)的重要性。由于采用多媒體教學(xué)，教師不用一直站在講臺(tái)上，可以到學(xué)生座位附近邊走邊講，這樣，不僅可以縮短師生之間的空間距離，還可以縮短師生之間的心理距離。當(dāng)教師走到學(xué)生身邊時(shí)，學(xué)生必定會(huì)將注意力轉(zhuǎn)移到教師身上，提高了其聽(tīng)課的專注度。教師在教室內(nèi)的走動(dòng)，還有利于隨時(shí)維護(hù)課堂秩序，并隨時(shí)得到課堂信息的反饋。

課堂秩序的規(guī)范不是要求學(xué)生沉默地聽(tīng)，而是要保證正常的教學(xué)秩序，學(xué)生如果想要發(fā)表自己的見(jiàn)解，可以隨時(shí)舉手示意教師。教師鼓勵(lì)學(xué)生之間進(jìn)行討論，而教師則處于一種裁判的地位，負(fù)責(zé)給出結(jié)論和維持課堂秩序。這樣，在課堂教學(xué)中，教師不再始終處于主講地位，而是將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。

三、“數(shù)字信號(hào)處理”課程的形象化教學(xué)

在文獻(xiàn)[5]、[6]中都提到了“數(shù)字信號(hào)處理”課程形象化教學(xué)方法，目的是更好地幫助學(xué)生建立起數(shù)學(xué)描述與物理概念、物理過(guò)程之間的聯(lián)系。因此在課堂上，教師要鼓勵(lì)學(xué)生將數(shù)學(xué)描述用圖形的方式表達(dá)出來(lái)。譬如在學(xué)完DFT的定義后，可以啟發(fā)學(xué)生將拉氏變換，連續(xù)時(shí)間信號(hào)傅里葉變換（FT）、序列傅里葉變換（DTFT）與離散傅里葉變換（DFT）在s平面、z平面上畫出來(lái)。雖然教材上有相關(guān)圖形，但是可以讓學(xué)生將這幾個(gè)圖形及模擬濾波器的頻率響應(yīng)、數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)繪制在一張紙上，如圖1所示。在圖1（a）中，虛軸上的拉氏變換對(duì)應(yīng)連續(xù)時(shí)間非周期信號(hào)的FT；當(dāng)時(shí)間信號(hào)為非周期序列時(shí)，進(jìn)行DTFT變換，那么z平面上（如圖1（b）所示）的單位圓對(duì)應(yīng)的是序列的FT，此時(shí)學(xué)生可以清晰地看出數(shù)字頻率仍然是連續(xù)的，但是具有了周期性質(zhì)，這種頻率連續(xù)的信號(hào)仍然不能用數(shù)字處理芯片進(jìn)行處理，因此要在單位圓上進(jìn)一步將連續(xù)的進(jìn)行離散，如圖1（c）所示，將單位圓N等分，即，可清楚表明DFT的概念。在解釋圖1（d）（e）時(shí)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)模擬濾波器的角頻率范圍是，而數(shù)字濾波器的數(shù)字角頻率是周期性的，只研究這一個(gè)周期就可以。

在課堂講授中，多媒體教學(xué)能將抽象、生澀的知識(shí)形象化、直觀化，改變了傳統(tǒng)教學(xué)中粉筆加黑板的單一、呆板的表現(xiàn)形式。在多媒體教學(xué)上，可以將PPT、flash和MATLAB綜合在一起應(yīng)用。例如，在講解卷積、圓周卷積等概念時(shí)，由PPT給出相應(yīng)概念與公式，用flash展現(xiàn)2個(gè)序列做卷積、圓周卷積的過(guò)程。將圓周卷積中的移動(dòng)序列做成一條貪吃蛇的形狀，學(xué)生們看了之后，對(duì)圓周卷積有了一種直觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)其原理的理解也更透徹。此外，多媒體教學(xué)信息量大，可以提高課堂的教學(xué)效率。但是，對(duì)于“數(shù)字信號(hào)處理”這類理論較強(qiáng)的課程，單純使用多媒體教學(xué)，效果往往不佳，譬如在推導(dǎo)一些定理、公式時(shí)，推導(dǎo)過(guò)程直接呈現(xiàn)在PPT上，學(xué)生一眼掃過(guò)，導(dǎo)致思路跟不上（或也不愿意思考），理解不透徹，此時(shí)還是傳統(tǒng)的板書效果更佳。在授課中，將知識(shí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)及重要公式的推導(dǎo)由板書的形式呈現(xiàn)出來(lái)，方便學(xué)生記筆記，有利于學(xué)生日后對(duì)資料的整理和復(fù)習(xí)工作。

四、小結(jié)

“數(shù)字信號(hào)處理”是一門理論強(qiáng)、公式多、難理解的課程，在大班教學(xué)環(huán)境學(xué)下，如果學(xué)生不積極參與到教學(xué)活動(dòng)中，則教學(xué)效果不佳。通過(guò)推行“學(xué)習(xí)共同體”思想，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在主動(dòng)性，通過(guò)形象化教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的外在興趣點(diǎn)，以達(dá)到學(xué)好、學(xué)透“數(shù)字信號(hào)處理”這門課的目的。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉曉利.“特朗普制”教學(xué)模式與大班課堂教學(xué)的控制[J].計(jì)算機(jī)教育，2011，（12）：59-61.

[3]于化新，劉慧慧，謝鑫.大班教學(xué)問(wèn)題與策略的探討[J].當(dāng)代教育論壇，2011，（6）.

[4]薛煥玉.對(duì)學(xué)習(xí)共同體理論與實(shí)踐的初探[J].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2007，（1）.