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关键词：数字信号处理；教学辅助；CDIO；工程实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）20-0058-02
一、引言
随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理[1-2]在现代科技中的地位越来越重要，在电子信息、通信等各个领域，都具有广泛的应用。《数字信号处理》已成为国内外高校为电子信息、通信等专业学生开设的专业基础课。通过该课程的学习旨在让学生正确的掌握数字信号处理的基本原理及分析方法，为今后从事信号处理工作打下良好的基础。
该课程理论性较强，原理抽象，公式及推导烦琐，学生普遍反映较难理解且无法很好地将所学知识进行灵活的实际运用。我院将该课程理论教学与实践教学有机结合，并进一步深化CDIO工程教育理念[3]，对数字信号处理课程进行优化改革。数字信号处理课程与工程应用实践联系紧密，让学生从工程应用角度理解相关知识更有意义。针对不同阶段、不同知识点灵活运用引导式、启发式和讨论式教学方法，利用专题讲解的形式介绍数字信号处理学科领域的具体应用和前沿知识，激发学生的求知欲。通过一系列的实践教学及课程改革，促进学生实践能力和创新能力的提高。
二、课堂教学
1.辅助教学软件的开发与应用。数字信号课程大量运用数学公式、系统理论，抽象难懂。数字信号处理的一些基本概念和方法往往被众多烦琐的数学公式推导所掩盖。传统的教学方式大多采用板书的形式将数学公式和定理证明进行分析与推导。大量的板书只会让学生觉得枯燥乏味，注意力往往无法集中。然而，采用课件演示方法进行讲解也只是简单的将书本知识进行搬移，课件演示使得课堂节奏过快，一些重要的理论知识无法深入理解，不会灵活变通。可见，课件演示结合板书的教学模式，很难达到预期的教学目的。应用辅助教学软件[4]，增强教学过程中的互动性，引发学生的学习积极性和创造性显得十分有必要。辅助教学软件的应用可形象地以图形化方法将一些烦琐、复杂、抽象的公式和定理演示给学生，使得枯燥的理论更加容易地被学生接受和理解。
Matlab软件为我们提供了强大的数值分析和计算结果可视化功能等工具箱，十分适合在《数字信号处理》课程中的应用。例如，在IIR滤波器的设计教学过程中，利用辅助教学软件演示滤波器设计的幅频或相频特性（如图1所示），并结合滤波器的应用实例（巴特沃斯滤波器应用――图像增强[4]），展示最终处理效果，如图2所示。这种教学方式不仅可以生动形象的阐述理论知识，还能借鉴实例讲解理论知识的运用，在增强学生的学习兴趣的同时还能引导学生积极地参与到课程的实践教学活动中去。
2.实践案例引入教学。《数字信号处理》课程与工程应用联系紧密，传授如何在工程中运用相关知识显得更为重要。目前，很多高校对专业基础课程的教学还停留在大量灌输理论知识阶段，不注重培养学生的实践经验，根本无法做到学以致用。针对这种现象，在教学过程中，应注重对重要的理论知识、信号处理方法的应用的讲解与介绍。例如，讲解离散傅里叶变换（DFT）时，介绍频谱分析在语音信号识别中的应用；学习数字滤波器的设计过程中，介绍图像信号的滤波处理的应用等。
在对某一知识体系讲授时，可以采用图片和音频或视频等形式有针对性地介绍不同技术在数字信号处理领域的相关应用，使得学生可以将基础学科所学知识和工程应用研究成果联系起来，有助于调动他们学习的积极性和主动性。在课程的中后期可采用专题介绍的形式将最新的有关数字信号处理的研究成果介绍给学生。鼓励学生积极参与相关课题的探讨，利用我院的实践平台（CDIO创新实验室），在教师的指导下完成一些创新项目的开发，锻炼学生的实践与创新能力。通过自学、讨论、查阅资料，并在教师指导下，参与教师承担的相关项目和科研活动，锻炼学生运用知识解决问题和创新能力。鼓励学生在整个教学中，力求通过各种手段将理论知识和实践相结合，让学生切实地体会到学以致用。
三、实践教学
为了更好的让学生掌握数字信号处理相关知识及方法，实践教学环节的设置必不可少。目前，大多数高校都存在实践课程与理论课程严重脱节的现象，学生很难将实践内容与理论课程结合在一起。我院采取理论教学与实践教学教师统一的方式，理论教师直接指导实践教学，使得理论教学和实践教学紧密结合，相辅相成。实验教学中，尽可能地做到课堂与实验室相互穿插，甚至可将课堂转移至实验室。当讲授某些重点知识后，马上进行相应地实验练习，加深对该知识理论的理解与掌握。
教师要对实验内容精心设计与安排，可根据学生的能力水平和兴趣因材施教，设置简单的验证性实验和应用性较强的综合设计性实验。对于验证性实验主要侧重理论知识的验证与深入理解，这部分实验可主要由教师讲解，学生独立完成；综合设计性实验主要锻炼学生对整个课程的全面理解与掌握以及如何利用课程内容解决实际问题的能力。结合数字信号处理在工程上的应用实例精心编排综合设计性实验[6-7]，教师给出与本课程相关的综合设计性题目供学生自主选择。学生要根据设计的要求，进行一定的自学与调研，通过查阅相关资料并与教师探讨自行设计方案，并进行方案验证完成设计实验的要求。在制定综合设计题目的同时尽量鼓励学生参与到教学活动中，调动其学习积极性。
例如，传统的IIR滤波器设计实验通常是教师给出数字滤波器的技术指标，学生按照设计滤波器步骤直接进行设计。这种实验的教学方式仅仅只是强化学生对数字滤波器设计步骤的记忆，无法让学生深入地理解到数字滤波器在数字信号处理领域如何运用，如何根据具体应用背景设定指标参数。因此，综合设计实验的选题一定要以实际的工程应用为前提。可以考虑以语音、图像或心电图信号的滤波（去噪）为应用背景，根据不同信号的特点及要求进行滤波器的设计。在设计的过程中，学生首先要学会各类信息的采集方法，接着，要求学生要熟悉各类信号的频谱分布状况，根据频谱分析确定滤波器的指标参数并进行滤波器的选型，最终还要对滤波器的滤波效果进行主客观评价。这种实践教学模式可以引导学生运用数字信号处理的知识来分析、解决问题，在研究中加深对基础知识的理解，提高利用理论知识解决问题的能力。
四、结束语
《数字信号处理》课程已成为各大高校电子、通信专业的基础课程，在各个领域应用广泛。该课程的理论性过强、公式复杂，传统的教学模式很难让学生理解数字信号处理的意义何在。数字信号处理课程的教学改革需要教师用心思考、精心设计。教学辅助软件的合理使用，将抽象的理论知识形象生动化，有助于加深对信号处理相关知识的理解，教学中贯穿实践案例，能够更好地帮助学生理解基础课程的实际意义，合理安排实验内容可有效地将理论与实践结合，大大增强学生的学习兴趣与积极性，从而达到提高教学质量的目的。
参考文献：
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[2]高西全，丁玉美。数字信号处理[M].第三版。西安电子科技大学出版社，2008.
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[6]张峰，石现峰，张学智。数字信号处理原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2012.
关键词：数字信号处理；教学新模式；作业方式
作者简介：林爱英（1969-），女，河南汤阴人，河南农业大学理学院，讲师；贾树恒（1977-），男，河南驻马店人，河南农业大学理学院，讲师。（河南？郑州？450002）
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）26-0049-02
“数字信号处理”是从20世纪60年代以来，随着信息学科和计算机的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科。随着超大规模集成电路的出现和迅猛发展，数字信号处理在理论和应用方面不断地发展和完善，在越来越多的应用领域中迅速取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。[1]这些新兴的领域包括生物医学工程、声学、雷达、地震、通信等，各个领域都需要大量高素质的数字信号处理研发人才。目前“数字信号处理”作为通信、电子、控制、生物医学等专业的专业基础课程，已经越来越受到学术界和大专院校的高度重视，并达到高度发展和逐步完善的水平。
“数字信号处理”是一门实用性强、理论内容丰富且涉及知识面广的课程，该课程的特点是理论性强、抽象概念多、起点高、难度大、数学推导严密。随着数字信号处理理论、方法和技术的飞速发展，现代信号处理进入了新的发展阶段。随着学科发展，传统“数字信号处理”课程的教学模式在教学实践中已显现出不相适应的问题。[2]因此，近年来国内部分高校开始了对“数字信号处理”传统的课程内容和教学模式进行改革。
一、传统“数字信号处理”教学模式及其存在的问题
1.教学内容过度重视理论推导，不注重理论和实践相结合
“数字信号处理”是一门以算法为核心的理论性很强的学科，传统的教学主要是讨论算法和理论的推导，[3]而与实际的联系很少或基本没有。这样就使得数字信号处理的有关概念显得非常抽象，学生很难把教材中所讲的数学函数与实际的波形联系起来，给学习带来了很大的困难，这在很大程度上影响了本课程的教学效果。
2.教学手段过于单一，过分依赖多媒体教学
多媒体教学具有信息量大、形象直观的特点，[4]的确在很大程度上优化了课堂结构，目前已成为教学手段改革的主流。但不能忽视的是由于过分依赖多媒体教学，使得老师的精力过多花在课件制作的形式上，却忽略了课件的内容，使得教学质量严重下降；其次，因为多媒体教学的信息量大，容易出现“满堂灌”的现象，老师成了讲课的机器，与学生的互动性大大降低；再有，强调多媒体教学的同时，忽略了传统板书的作用，使得学生对课程的重点把握不清楚。需要强调的是多媒体仅仅是传统教学基础上增加的一个特殊的教学工具，只有充分利用多媒体教学的优点，克服其缺点，才能达到提高教学效果的目的。
3.作业模式非常单一，基本上都是采取课后习题的书面作业形式
作业作为教学的重要环节，它不仅仅是课堂教学的补充与延伸，同时也是教学信息反馈的重要途径。[5]作业可以有效地检验教与学的效果；通过作业，教师可以与学生共同探究、讨论、体验与交流等。传统作业基本上都采取课后习题的书面作业形式，这就使得传统作业模式单一、机械训练，给学生造成了抄袭作业、“复制”作业的不良习惯，导致了学生懒于思考、探究问题的行为，不利于不同层次学生发展的需求，阻碍了学生自主、合作、探究学习意识的发挥。
二、改进传统的“数字信号处理”教学模式，创建教学新模式
“数字信号处理”是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科，目前已成为发展最为迅速、应用最为广泛的学科之一。“数字信号处理”作为电子信息学科的一门专业基础课，是一门理论性和工程性都很强的学科，是联系数字电路、信号与系统、通信原理、图像（语音）信号处理、模式识别等课程的纽带，对于培养学生理论分析能力和实践能力有非常重要的作用。显然传统的“数字信号处理”教学模式已经越来越不适应学科飞速发展的需要，为此笔者在充分研究传统教学模式和教学实践的基础上，提出了创建“数字信号处理”教学新模式的理念。新的教学模式主要涵盖以下几个方面的内容：
1.改进传统的以单向性知识传授为主的教学方式，实施学习与研究融为一体的研究型教学方式
典型的信号处理任务就是把信息从一种信号传递到另一种信号上，例如，可将一张照片加以扫描、抽样，并将毕业论文共存储在计算机的存储器中，在这种情况下，信息是从可变的银粒密度转换戌可见光束，再变成电的波形，最后变戍数字的序列，随后该数字序列用。磁盘上磁畴的排列来表示CAT扫描器是一个比较复杂，经过处理，最后显赤射线管(CRT)的荧光屏上或胶片上。数字处理能增加信息，但可以重新排列信息，使观察者能更方便地理解它。观察者不必观看多个不同测面的投影而可直接观察截面图。
人们感兴趣的是信号所包含的信息，而不管信号本身是什么形式。也许可以概括地说，信号处理涉及两个基本任务一一信息的重新排列和信息的压缩。
数字信号处理涉及到用数的序列表示的信号的处理，而多维数字信号处理则涉罚用多维阵列表示的信号的处理，例如对同时从几个传感器所接收的抽样图像和抽样的时间波形的处理。由于信号是因而它可以用数字硬件处理，同时可以将信号处理的运算规定为算法。
促使人们采用数字方法的是不言而喻的。数字方法既有效灵活。我们可以用数字系统使其有自适应性并易于重新组合。可以很方便地把数字算法由一个厂商的设备上转换到另一个厂商的设备上去，或者把专用数字硬件来实现。同样，数字算法也可用来处理作为时间函数或空间信号，数字算法自然地和逻辑算符如模式分类相联系。数字信号能够长时间无差错地存储。对很多种应用而言，数字方法Ⅸ其它方法更为简单，对另外一些应用，则可能根本不存在其他方法。多维信号处理是不同于一维信号处理，想在多维序列上实现的多运算，例如抽样、滤波和交换等，用于一维序列，然而，严格芯说，我们不得不说多终信号处理与一维信弓有很大差别的。
信号处理与一维信号处理还是有很大差别的，这是由三个因素造成的；(l)二维通常比一维问题包含的数据量大得多；(2)处理多维系统在数些上不如处理一维系统那样完备；(3)多维信号处理有更多的自由度，这给系统设计音以一维情况中无法比拟的灵活性。虽然所有递归数字滤波器都是用差分方程实现的，一维情况下差分方程是全有序的，而在多维情况下差分方程仅是部分有序的，冈而就存在着灵活性，在一维情况小，离散传里旰变换CDET)可以用快速傅里叶变换CEPT)算法来计算，而在多维情况下，有多且每一个OFT又可用多种AFT算法来计算。在一维情况下，我们可以调整速率。而且也可以调整抽排列。从另一方面来说，多维多项式不能进行因式分解，而一维多项式是可以进行因式分解的。因而英语论文在多维情况下，我们不能论及孤立的极，气、孤立的零点及孤立的根。所以，多维信号处理与一维信号处理有相当大的差别。在20世纪60年代初期，用数字系统来模仿模拟系统的想法，使得一维数字信号处毫的各种方法得到了发展。这样，仿照模拟系统理论，创立了许多离散系统理论。随后，当数字系统可以很好地模仿模拟系统时，人们认识到数字系统同时也可以完成更多的功能。由丁这种认识及数字硬件工艺的有力推动，数字信号处理得到了发展，而且现今很多通用的方法，已成为数字方法所特有的，没有与其等效的模拟方法，在发展多维数字信号处理时，可观察到同一发展趋向。因为没有连续时间的(或模拟的)二维系统理论可以仿效，因而最初的二维系统是以一维系统为基础的，80年代后期，多数二维信号处理都是用可分的二维系统。可分的二维系统与用于二维数据的一维系统几乎没有差别。随后，发展了独特的多维算法，该算法相当于一维算法的逻辑推理。这是一段失败的时期，由干许多二维应用要求数据量很大，且iT缺少二淮多项式太分解理论，很多一维方法不能很好地推广到二维上来。我们现在正处于认识的萌芽时代。计算机工业以其部件的小型化和价格日趋低廉而有助于我们解决数据量问题。尽管我们总是受限于数学问题，但仍然认识到，多维系统也给了我们新的自由度。以上这些，使得该领域既富于挑战性又无穷乐趣，电子信息技术的结合之软件结台，传统产业中可用电产信息技术的地方，仍然可以在生产或很低的条件下使用人力或传统机械。电予信息技术应到限制，在不同领域和不同水平有各种原因，但烂有一个共大原因是缺乏认识。没有认识，便没有应层。
关键词：电气工程；数字信号处理；课程改革
作者简介：欧阳华（1978-），女，湖北仙桃人，海军工程大学电气工程学院，副教授；钱美（1974-），男，江苏盐城人，海军工程大学电气工程学院，讲师。（湖北 武汉 430033）
基金项目：本文系海军工程大学2011年教育科研课题的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0054-02
数字信号处理（Digital Signal Processing）是从20世纪60年代以来，随着信息科学和计算机科学的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科，它以数字计算机和专用数字信号处理系统为工具，用数值计算方法对信号进行分析、滤波、变换、估计等处理。[1]
数字信号处理技术是信息科学的重要组成部分，随着其基本理论、方法和技术的迅猛发展和广泛应用，“数字信号处理”课程已经不仅是传统的无线电技术专业的必修课程，而且已成为许多工科专业的共同基础。由于该课程特定的发展历史，该课程的体系结构、授课内容、成熟教材大部分是针对电子工程专业的，对于电气工程专业学员的知识体系结构来说并不适合。电气工程专业的课程设计没有“信号与系统”课程作为先导，必须先给学员补充信号分析与系统分析的相关基础知识。另外，电气工程专业涉及的强电信号频率相对较低，信号幅值较高，而且多为缓变信号，信号处理的对象与方法与弱电略有不同。因此有必要进行课程体系和内容的改革，并建设适合电气工程专业的“数字信号处理”入门基础课程教材。
电气工程专业“数字信号处理”课程改革研究与实践以专业建设为导向，在课程体系、课程内容和实验设计上作深入的探讨，并围绕课程改革进行了教材建设。
一、国内高校电气工程专业开设“数字信号处理”课程的基本情况
20世纪80年代末我国在无线电专业研究生和部分高年级本科生教学中引入“数字信号处理”课程，随后推广为电子信息类专业本科生的专业基础课。
电气工程与自动化专业[2]涉及电力系统、电机系统、电力电子装置及系统、工业自动化系统等，具有强弱电结合、软硬件结合、电气工程专业知识与自动化信息基础知识结合和专业面宽的特点。电气系统和自动化系统都广泛地涉及信号分析和处理技术。自动化系统中按一定的控制规则得出的控制信号、系统状态的估计，控制对象数学模型的确定、系统测量噪声的剔除，直至自适应控制、智能控制等都通过信号的分析和处理来实现。电机、电力系统的故障分析和诊断、电力系统的微机保护、电能质量分析与控制等更是数字信号处理技术的直接应用例子。随着电工学科的进一步发展，数字信号处理技术在电气工程领域的作用和影响必将越来越大。
因此，信息科学学科的核心课程——“数字信号处理”也成为电气工程学科专业基础课。电气工程学科该课程不能照搬作为信息科学专业基础的“数字信号处理”，而应根据培养电气工程与自动化专业人才的需要安排具体内容，既要补充“信号与系统”中信号与系统以及频谱的基本概念，又不能重复“电路原理”和“自动控制理论”的内容；既要为专业课提供必要的基本概念和基本原理，又不能变成简单的专业知识介绍。电气工程与自动化专业开设“数字信号处理”应有它自己的教学内容和体系。
正是为了适应这一学科建设和发展的需求，各高等学校电气工程与自动化专业越来越重视类似于“数字信号处理”课程的建设。[3]西安交通大学电子与信息工程学院自动化系将“数字信号处理”列为自动化专业核心课程，北京交通大学电气工程学院将“信号分析与处理”课程列为电气工程及其自动化专业（包括科学技术型和工程技术型）专业基础课程，浙江大学电气工程学院也开设了“信号分析与处理”课程。[4]2000年海军工程大学在电气工程及其自动化、测控技术与仪器、计算机科学与技术等三个专业中新开设了“数字信号处理”课程。[5]
二、课程体系的改革
根据前述在电气工程学科开设“数字信号处理”课程的目的及意义，结合学生的专业背景，我们在相对稳定中追求变革，研究适合电气工程专业需要且与当代信息科学发展相适应的课程体系。根据培养电气工程与自动化专业人才的需要安排具体内容，补充“信号与系统”中信号与系统以及频谱的基本概念，将拉普拉斯变换原理与应用放在“电路原理”中讲授，将状态空间移至“自动控制原理”课程讲授。强调信号分析和处理的基本原理和方法。
在课程框架设计上注重学员的能力培养，突出数字信号分析是基础，数字系统分析是桥梁，仿真分析为手段，实现原理、方法和应用的有机结合。在内容安排上积极引入信息技术领域的发展成果，优化课程体系，更新教学内容。在实验设置上紧贴专业应用背景，做到学以致用。
三、教学内容的改革
教学内容改革的基本思想是，在理论上研究如何以当代信息科学的观点讲授经典理论；在实践上研究如何突出工程应用软件的应用，如何突出信号处理技术在电气工程中的应用。
课程教学内容的改革主要表现在三个方面。
1.根据专业的特点精选内容，避免重复，注意衔接
在自动控制理论中对系统已经进行了充分的介绍和讲解，离散系统的基本知识和Z变换学生已经学过。所以在教学中仅简单介绍这部分内容。考虑到电气工程专业主要对过程控制和运动控制中的一些模拟量进行处理，为此，适当增加数据采集和模拟信号转换方面的内容。在教学中，由连续信号分析过渡到离散信号分析，便于学生巩固和应用以前所学的知识。
2.注重经典理论与现代电气技术的结合
课程教学效果成败的关键不在于学生认识和记忆了多少定义、定理的条文，而应注重正确引导学生运用数学工具分析典型的物理问题。[6]虽然信号处理的应用领域由传统的电气工程向电气工程扩展，但许多经典理论只需稍微补充、修正即可适用于电气工程领域。把握好这一原则将有利于在讲述传统内容的过程中充分体现时代气息，处理好经典理论的阐述与最新技术引进的相互融合。例如在建立“信号传输”概念时，可以从全球定位系统、个人通信技术和国际互联网等实例引入，营造了当代信息科学飞速发展的浓厚气氛。同时，介绍信息流、能量流、管理流互动的智能电网的概念，实现电气电子的交叉融合。
3.理论联系实际，注重培养学生解决问题的能力
我们注重讲清基本概念和方法，介绍信号处理技术的应用，不过分强调数学公式的推导和证明。例如讲解频谱分析时，介绍其在微机保护、故障诊断、频率跟踪检测方面的应用。
为了加强MATLAB实践环节训练，加深学生对基本概念和理论的理解，在理论教学中随时渗透MATLAB的应用，不少例题在理论求解后给出MATLAB实现的结果，两相对照，既掌握了理论推导方法，也实现了计算机仿真设计和验证。MATLAB的应用使学生养成积极思考、善于推导的良好习惯，又使学生深入理解必要的物理概念。课堂PPT中，大部分波形图均是由MATLAB绘制，尤其是讲授滤波器设计时，直接调用FDATool工具箱，帮助学生掌握设计的核心指标和方法。在作业中，也有一些MATLAB仿真小作业，这也是国内外大部分院校采取的方法。
三、实验设计的改革
如何通过实践环节来培养工科大学生的创新意识以及如何更好地开展实验教学问题已成为当前高等院校工科专业教学改革的热点与难点问题。“数字信号处理”课程开课伊始就是理论与实验算法并重，其实验体系较为完善。我们在实验设计方面改革的基本思想是立足基础验证实验，注重综合设计实验。
MATLAB仿真软件使用简单、功能强大，兼有丰富的工具箱和软件包，因此首选MATLAB作为实验仿真工具。具体而言，实验内容分为五个：实验一——信号的时域分析。实验二——信号的频域分析。实验三——滤波器设计基础。这三个实验是基础实验，通过实验，要求学生掌握MATLAB语言的基本使用方法，并能够采用该语言实现信号分析和系统设计。实验四——信号的抽样与恢复，该实验是综合设计实验，要求学生根据信号频谱分析得到的频率成分，实现模拟信号的抽样与恢复。实验五——信号滤波，该实验是自主设计实验，要求学生综合应用信号频谱分析和数字滤波器设计的知识，实现信号滤波。
此外，作为后续实验改革的一个方向，在课堂上给学员进行了LabVIEW虚拟实验演示。LabVIEW虚拟仪器和MATLAB仿真软件各有利弊。MATLAB编程过程类似于数学演算，并具有强大的命令集和信号处理工具箱，是目前数字信号处理的标准语言，对于训练学员信号处理的算法实现技巧、培养综合应用能力极有裨益，但对图形支持不够，编程较为复杂。LabVIEW虚拟仪器使用独特的图形化编程技术，用软件代替仪器功能，人机界面友好，使用方便，将其应用于“数字信号处理”教学，使学生能直观地领会和理解“数字信号处理”课程的分析方法和处理结果。但若作为本科实验程序设计语言，则由于学时和学员知识结构限制，实验内容将会限于演示验证实验，不利于培养学员综合利用DSP理论分析和解决实际问题的能力。因此，是否在实验中引入LabVIEW虚拟仪器，是完全替代MATLAB还是两者互为补充，这个问题教研组还在进一步的考虑之中。
四、“数字信号处理”教材建设
课程建设，教材为先。为体现数字信号处理基本概念、原理和方法，结合电气工程及其自动化等专业的需求，我们特编写了《数字信号处理》教材。教材内容丰富，强调基本理论、基本概念和基本方法，注重内容的时代性和前沿性，将计算机仿真工具MATLAB与教材内容紧密结合，增设了相应的例题与习题，充分体现了经典与现代相结合，基本理论与工程技术相结合，解析方法与计算机辅助分析相结合的特点。全书条理清楚，深入浅出，有实例，便于自学。教材紧紧抓住数字信号这条主线，重点介绍信号处理、分析的基本原理和方法。补充“信号与系统”中信号与系统的基本概念，强调傅里叶变换、频谱和频率响应的概念。尽量避免与“自动控制原理”和“电路分析”的内容重叠，弱化拉普拉斯变换的地位。教材另外一个重要的特点是将MATLAB这个工具在信号处理技术中的应用贯穿于全书，使学员在学习了基本概念、方法后能够用计算机对信号进行分析处理，一方面能加深对基本概念、原理的理解，一方面为后续毕业设计、科学研究打下良好基础。
长期以来，学生感觉“数字信号处理”等课程内容难学难用，主要原因是信号处理类课程具有较强的理论性和实践性，学生没有将理论与实践相结合，造成对数字信号处理原理和方法的理解不深刻，对数字信号处理技术应用不灵活。我们根据多年来的实践教学经验，编写了“信号分析与处理”实验指导书，作为内部讲义以供学员使用。实验指导书分为三个模块：信号的分析与处理、系统的分析与设计、信号处理综合应用。
五、结束语
本文探讨了电气工程专业“数字信号处理”课程改革研究的一些思考和做法。课程改革与建设是一个需要持之以恒而又与时俱进的工作，其间总会产生新的问题，形成新的看法，我们将进行进一步研究讨论，做好教书育人工作。
参考文献：
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[4]赵光宙。信号分析与处理[M].第2版。北京：机械工业出版社，
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[5]尹为民，欧阳华，钱美。数字信号处理[M].北京：机械工业出版社，2011.
1数字信号处理的发展历程概述
数字信号处理技术是通过数字计算方式以及相应的数字信号芯片在信号中对有用性信息进行一定的提取，数字信号处理需要研究的对象包含了数字方式对具体信号的变化、压缩以及识别等。数字信号处理的因为简称具有两层含义，第一是数字信号处理，第二是数字信号处理器。在现阶段中基本上不区分这两种意思，主要是因为二者之间具有高度的密切性，数字信号处理器主要就是为了能够实现数字信号处理的数字运算。到目前为止，数字信号处理芯片的生产厂家包含了美洲、西欧等一些国家的半导体制造公司，其中主要以美国为最大的生产厂家，对产品的快速规模的生产，占据了世界市场的大半。
2数字信号处理的具体应用分析
2.1网络数字化信息产品的发展
信息产品包含了网络数字化产品领域，网络数字化产品是信息产品在信息化时代环境中衍生的一种新型发展形式。除此之外数字化信息产品是独立存在的，能够与信息载体相脱离，主要是通过数字信号的形式利用电磁波实现传播，对不同的个体之间能够全面的实现信息共享[3]。产品范围十分宽广，本文主要是对一些家庭化的信息产后进行介绍，例如电脑电视就是数字信号处理技术的产物，该电视的主要配置还是电脑，具有普通电视的播放功能同时还能够通过鼠标进行操控，将电视与电脑自身的优点实现有效的融合。
2.2仪器仪表的产生与进一步发展
数字信号处理技术的全面深入与发展，在仪器仪表领域得到了有效的应用，一般传统的测量仪器以及测试仪器使用的高档的单片机，但很快就被数字信号处理技术所取代。数字信号处理技术对于测量仪器以及测试仪器的开发过程来说，极大的提升了产品的质量与档次。数字信号处理技术自身具有丰富的资源，由于这个特征使得数字信号处理技术在测量测试仪器中的应用能够较好的简化其中的相应硬件电路。因为对测量测试仪器的工作速度与精度进行全面的判断，是整个仪器工作水平中一项关键的指标。因此积极的应用数字信号处理技术开发新产品，能够实现对新产品各项工作指标的提高。
3数字信号处理的未来发展趋势论述
3.1数字信号处理的未来发展总体发展趋势分析
目前在全球范围内数字信号处理技术都拥有着十分广阔的市场需求，美国是数字信号处理技术应用的最关键客户，在工厂生产、汽车制造领域以及家庭生活方面美国都应用了数字信号处理技术，我国也是数字信号处理技术应用的主要国家，在我国经济市场中数字信号处理技术也有十分巨大的发展空间。新时期人们对智能手机、数码数字产品、汽车等增加了巨大的购买量，极大的刺激了经济市场对数字信号处理技术应用的需求，就目前情况来说，数字信号处理技术的市场已经逐渐成熟，但是不是说就没有继续发展得到空间。相反的，未来发展过程中数字信号处理技术仍然具有极大的潜能。未来的数字信号处理技术发展趋势主要表现在三个主要方面：（1）结合MCU技术，全面创造双核运行平台；（2）全面有效的对数字信号处理技术内核中的结构进行完善与改进；（3）积极提高运行速率，降低功能消耗。
3.2SFMD技术在数字信号处理技术中的应用
从目前我国数字信号处理技术的具体时间发展上得出，数字信号处理技术的发展趋于高性能及耗能低，整个发展领域也更加宽广。除此之外，数字信号处理技术自身拥有的独特特征驱使它在很多的电子产品中都得到了广泛应用，逐渐发展成为电子产品研发与生产的关键技术。由于该领域的研究还存在一些不足与缺陷，数字信号处理技术还有很大的发展与进步空间。在数字信号处理技术完善与不断更新的前提下，涉及了更加广泛的领域，在现存的数字信号处理技术应用实际上来看，运算速度得到了很大提升，并且逐渐实现低能耗与尺寸小的应用。目前我国数字信号处理技术还没有得到全面的开发，研发中产生的具体问题应当引起研究人员的高度关注与重视。在数字信号处理技术的应用上，该技术会成为应用领域中的主导性技术，并且在该技术中SFMD技术得到了广泛应用，在这个过程中代码兼容性展现了自身的积极作用。在我国进入到新时期之后，互补性金属氧化物半导体技术与第二代的数字信号处理技术实现了有效合理的融合发展，在很大程度上提升了数字信号处理的准确度与速率。
4结语
综上所述，在我国科学技术与经济快速发展的大环境下，社会对数字信号处理技术有了越来越大的需求。本文围绕着数字信号处理的发展历程、数字信号处理的具体应用以及数字信号处理的未来发展趋势三个重要的方面展开了论述，希望能够加强数字信号处理实现进一步的发展与广泛应用，推动人们生活水平的全面提高与经济社会的良好运行与发展。
作者：梁高翔 单位：卓望数码技术（深圳）有限公司
参考文献
[1]张炜，魏永旺，郝婧。浅谈数字信号处理的发展及其在图像处理中的应用[J].科技信息，2008(29):417+434.
[2]张乔。关于数字信号处理技术在测控系统中的发展与应用的探究[J].中国新通信，2016(07):42.
[3]曹洪，王作英。数字信号处理单片机的发展及其在数字信号处理中的应用[J].信号处理，1988(03):148-156+173.
【关键词】数字信号处理；课程改革
数字信号处理，是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术，是用数值计算的方式对信号进行加工的理论和技术，它成为通信、自动控制、电子等专业的必修课程十分重要。该课程具有极度抽象化的特点，在实际的教学中，需要对课程内容、师资力量、教学手段等方面进行相应的调整，以此来保障学生的学习热情和知识掌握深度。让他们在认识理论的前提下，将抽象问题具体化，能够用所学的知识解决生活工作中遇到的实际问题。
一、课程改革方案
1.优化课程内容。在实际的课堂教学中发现，数字信号处理课程在有限的学时内存在部分的学习内容重复现象，而有的则是忽略了让学生对后续学习其他知识的前期重点知识的重点把握，导致他们无法对后续学习的重点知识得到完全理解，影响了他们的知识学习效率。因此，可以在课程中挑出重点部分的章节知识，在这一部分着重教授学生，让他们完全理解这些知识的本质；对于前面提到的课程重复部分，可以先让学生自主预习，做到对知识的心中有数，再进行知识讲授，这样起到的效果是事半功倍的。2.理论与实践相结合。在数字信号处理授课过程中，不仅要注重对理论知识的学习，还要将理论知识应用于实践中。通过日常学习可以知道，数字信号处理课程是将生活实例转化成抽象的数学语言，进行学习和分析，并把得出的结论反向应用于实践中，因此对学习者数学的掌握程度要求很高，需要他们有一定的理论基础，同时也需要他们具有分析运用将其所学知识转化到实践中的能力。在实际授课过程中，教师可以加入自己的实践经验，启发和锻炼学生的思考问题和运用知识的能力，同时，学校也可以和相应的社会企业进行联合，为学生提供一个可以将所学理论知识运用到实践中的平台，对他们日后的就业也有一定的好处。3.教学手段现代化。由于数字信号处理课程的内容较为复杂，且多数是由繁复的数学公式进行表达的，因此会给学生带来理解的困难。可以将重点的数学理论公式罗列出来，对于一些实践性强的内容可以通过多媒体的方式进行展示，这样可以给学生提供更为完美的教育体制。学生还可以在课堂教学过程中和教师进行互动，及时提出自己不懂的问题，也可以和同学进行探讨研究，对知识的吸收有很好的促进作用。有时教师也可以提出一两个小问题供学生在课下或者课上讨论，应用所学知识对问题进行分析，必要时可以借助其他知识进行研究，这不仅促进了同学之间的交流，也锻炼了学生的独立思考能力。
二、改革考试方式
由于数字信号处理这门课程理论性强、复杂性的原因，使得它的考试多数由枯燥的公式理论占据，因此可以通过对考试方式的改革来激发学生的热请。可以分化考试对于学生总体成绩的比重，将日常生活中的实践活动和随堂测验也加入到最后的成绩比重中，可以更加客观的反映学生对知识的掌握处理程度，避免因为一些不稳定因素而造成的对学生整体知识掌握能力的不正确判断。还可以用灵活的方法降低学生对公式的机械依赖而忽略通过公式计算对实际应用的情况，可以允许学生带公式进入考场进行考试，这就把考核的重点转移到了考生对与公式在实际生活中的应用，而不是一味的使用理论解题，不懂变通，如果能够熟练掌握数字信号处理课程的内容，对实际工作的帮助是很大的。还可以把实践工作也作为对学生成绩考核的一个标准，这样学生就会认真思考理论知识如何更加完美的应用于实践工作中，也避免了传统枯燥的理论教学，帮助学生更好的理解吸收知识。
三、小结
通过以上的分析发现，数学信号处理课程在实际教学中面临着理论性强、复杂度高、不易于理解的特性，因此可以在实际中对他的教学内容、师资团队力量、考试测验方法、理论的应用度等等方面进行改革，调整课程在特性方面的不足，培养学生在实际的工作中对理论知识的应用度，调动学生的学习积极性和热情度，培养他们的创新能力，促进学科以及其实际应用的准确度，以此来促进数字信号处理课程更加适应实际工作。
作者：王芳 郑宏兴 单位：1.天津职业技术师范大学 2.河北工业大学电子信息工程学院
参考文献：
[1]余颖、肖静、刘树博，《数字信号处理课程教学改革的探索和实践》，江西，2011年
关键词：数字信号处理；教学改革；研究型教学
中图分类号：G642
文献标识码：B
“数字信号处理”是电子、通信、计算机等专业的重要专业基础课。随着数字化和信息化的迅速发展，数字信号处理的地位和作用越来越突出，新的算法层出不穷，有关的器件更是新品迭出，令人目不暇接。无庸讳言，新的算法和新的器件主要来自国外，有关的文献和器件手册，基本上都是用英文撰写。这就要求在本领域从事教育、研究、开发的工作人员，能够用英文熟练地检索、阅读、理解有关的理论、方法、算法、以及各种使用手册，并能用英文娴熟地撰写比较地道的学术论文、技术报告和文档。更为重要的是，我们的课程教学中仍然普遍采用的满堂灌输的教学理念和方法，这与世界一流大学的引导式、启发式、互动式的研究型教学理念和方法之间，存在较大的差距。鉴于此，经过多年的研究、实践和探索，在对数字信号处理课程教学中采用课堂互动、课间讨论、学生讲授习题课、分组论文写作与讲述等新的教学方法和教学手段，得到比较满意的教学效果。
1 “数字信号处理”课程研究型教学的理念
1.1理论教学和实践教学并重，最新科研成果运用到教学过程中
理论教学和实践教学各有侧重，但不是相互独立，而是相互交叉和渗透。实践教学不是理论教学的辅助和补充，而是理论教学的重要延伸。数字信号处理一方面表现出重要专业基础课的特质，另一方面也体现出重要技术基础课的特点。将理论教学和实践教学有机结合，是培养学生综合能力、创新能力的重要手段。 把最新教学和科研成果运用到实际教学的各个环节中，在实践教学中开展综合性和设计性实验，有助于学生开拓视野，加深对本课程基础理论的理解，提高学生的实际动手能力，充分将理论和实际有机结合，最大限度地培养学生的研究能力和创新能力。
1.2注重数字信号处理课程与后续专业知识点的结合
将数字信号处理课程与信号采集和信号检测、数字图像处理、数字语音处理、统计信号处理和DSP原理及应用等课程有机结合，在课堂讲授中注重所学知识的联系及应用，使学生学有所用，学有会用，全面了解数字信号处理中的知识要点，形成发散的思维，从而使所学的知识构成有机的整体，有利于学生对后续专业课程的学习和培养学生的综合能力。
2 “数字信号处理”课程研究型教学采取的措施和方法
2.1改革理论课教学方式，教学内容和教学方法
在教学活动中改革教学方式，改革教学内容和教学方法，注重学生思维方式和能力的培养，修订教学计划，编写适应创新教学的新教材，改革课程设置及其内容，增加实践动手能力的训练，重新设计对学生的评价指标体系，在教学实践中探索创新人才的培养模式，着眼于提高学生的全面素质和创新精神的培养。让同学参与习题课的讲授，充分调动同学的积极性，采取的措施是重点章节同学自己讲述习题，同学把准备好的讲授习题PPT发给老师，这样可以提高课堂同学讲授的效率，老师在每位同学讲授完后进行点评，讲授比较好的不需要再细讲，讲授过程中出现问题比较多的老师可以重点讲解。为保持同学对于讲授习题课积极性，要给讲授习题课的同学一定的奖励措施，如可期末考试总成绩加2-3分。该方法已经连续试验多年，每次同学的积极性都很高。得到的很好的效果，在教学督导组听课中给予积极评价，评价如下：“习题课新颖。由于学生做成的PPT上台讲解，然后老师释疑，调动了学生主动学习的自觉性。”
2.2改革实验课教学模式，提高实践教学的效果和效率
针对目前学生大部分拥有计算机，改革部分实验课的教学方式。学生在实验课开始前根据实验指导书完成实验内容，要求每个学生写出实验报告，包括实验目的、任务、原理、实现思路、实验结果、结果分析以及心得体会和感想。在实验课中主要对学生的疑难问题进行答疑和实验技能考核，这样更能调动学生学习的积极性。同时，在实验课堂中同学可以进行讨论和更进一步的学习，使得同学的动手能力得到较大提高，为毕业论文设计等打下良好的基础。
2.3利用现代网络技术，提高学生自信心和学习动力
利用现代网络技术，让学生访问国外著名大学的相关数字信号处理课程的网站，通过对比学习，寻找差距及时弥补，让学生认识到国内外本课程教学的不同侧重点，了解我们的教学条件并不比国外差，从而提高自信心和学习的动力。同时学习国外课程综合大作业的考核方式，鼓励同学了解数字信号处理发展的最新成果，写一篇关于数字信号处理的综述性论文，做到学以致用。培养学生的写作能力和综合运用能力。
2.4加强实践能力和创新意识培养，提高科学素质、动手能力与创新能力
实验教学具有直观性、实践性、综合性与创新性特点，在教学过程中对培养学生的创新意识、实践能力和创业精神有特别重要的作用。验证性实验、设计性实验和开放性实验的比例科学化和系统化。加强实践环节，重视综合实践训练，培养学生的动手能力；把科学研究和自主开发引入教学过程。让学生拥有更多自我设计的空间和选择学习的机会，使学生始终保持热情和激情去学习。
原有实验课大部分都是同学按实验指导书的所给步骤，进行操作和编程，学生们照猫画虎，即使得到满意结果，也并不了解所以然，达不到对理论课内容加深理解的目的，我们采用综合实验办法，让学生自己设计采集实验数据，完成处理方法的设计，并对设计方法进行论证，使其学生们真正了解所学知识的要点，锻炼学生综合科研能力和独立分析解决问题的实际能力，提高学生的科学素质、动手能力和创新能力。
3 “数字信号处理”研究型教学手段
首先，针对本课程的特点，采取理论教学和实践教学相结合的教学方法，使学生学以致用，提高学习兴趣。通过课堂演示和基于MATLAB的算法仿真实验等多层次的教学活动，帮助同学进一步领会和深化课堂上学到的有关数字信号处理的基本概念、基本原理以及基本的信号处理操作，使学生逐步克服了对DSP的陌生和恐惧心理，激发了同学们强烈的好奇心和求知欲，激发了同学们专业课学习的兴趣。改变传统的灌输式教学为引导启发式教学，理论讲解使学生掌握基本概念和基本原理，例题与习题解答使学生学会分析问题和分析问题的方法，并深化基本理论，而现场仿真实验是调动同学们的参与意识，使学生亲身感受数字信号处理算法的性能，提高学习兴趣，寓教于乐。
其次，开展课堂板书、多媒体教学和网络教学相结合的授课方式。针对一些基本原理和基本方法的推导和证明的需要，我们仍然延续课堂板书的授课方式，让学生一步一步跟上教师的思路，同时在板书的同时留足够的时间让学生领会；而对于一些需要形象理解、图示举例以及演示的部分，我们采用多媒体教学方式，充分利用声音、图像、视频、动画等多种形式进行互动教学；针对课后的复习、相关背景知识的学习以及课堂内容的扩展部分，充分利用网络，建立课程主页，提供相关资源和讨论空间。
第三，加强MATLAB语言与数字信号处理相结合的教学方式。使同学们综合学习科技英语、信号处理和算法语言等课程，使他们在学习过程中融会贯通所学的知识，使学生体会基础课与专业基础课之间的关系，从而明确学习的目的提高学习的自觉性和自主性，提高教学质量。
目前，同学们最大的问题是自主应用知识能力太弱，可以在教学中采取分组完成一个大作业的方法，每个组5-6人，要求同学完成信号处理算法编程，按照的格式每组提交一个报告，最后对所完成的任务进行论文宣讲，小组成员全部上台进行答辩，下面同学可以对每个同学提问。这样可以锻炼学生们自主学习的主动性，锻炼同学们的相互协作精神，培养同学们如何撰写科技论文，也锻炼同学们的表达能力，综合运用前面所学知识，做到个人知识、能力和素质的综合提高，起到事半功倍的作用。对于这样的大作业给予较大的成绩权重，使得把成绩考核分散在教学过程中更多些，而不是最后一个简单的考试决定成绩，这样的考核更加合理，对一些动手能力强的学生更加公平，可以防止高分低能现象的产生，同时也调动同学们的学习积极性。得到比较满意的教学效果。
4结束语
针对“数字信号处理”这门课程特点，在教学中采取许多改进教学方法和教学内容的措施，以提高学生的学习兴趣，做到用中学，学中用，使得学生们大大增加课程学习的兴趣，针对教学内容难于理解接受的问题，展开教学方法、教学措施的改革，得到满意的效果。学生在相关专业研究生考试中，“数字信号处理”专业课及格率提高很大，达到满意的结果。
参考文献：
[1] 胡学友，王颖，胡云龙。“数字信号处理”教学改革与实践[J]. 高教论坛，2007,(3):67-69.
[2] 郭素敏，郭素芳，吴波。 数字信号处理教学改革与实践探索[J]. 教学研究，2006,(5):453-455.
关键词：数字信号处理；MATLAB仿真；教学改革
作者简介：李磊（1981-），男，河南南阳人，郑州大学物理工程学院，讲师；杨洁（1983-），女，河南商丘人，郑州大学物理工程学院，讲师。（河南 郑州 450001）
基金项目：本文系2012年度教育部大学生创新创业训练计划课题（项目编号：1210459084）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0056-02
“数字信号处理”课程是电子信息、通信工程、自动化工程及相近专业必修的专业课，在电气工程、测控技术、计算机技术等领域得到了广泛应用。[1]当前国家越来越重视大学生的创新意识和实践能力的培养。通过实施教育部大学生创新创业训练计划和卓越工程师计划，促进高等学校转变教育思想观念，改革人才培养模式，强化创新创业能力训练，增强高校学生的创新能力和在创新基础上的工程实践能力，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才。为了提高学生的创新意识和应用知识解决实际问题的工程实践能力，需要调整“数字信号处理”课程的教学内容，引入新的教学手段和教学方法来提高学生学习的积极性，这是专业基础课教师所面临的重要课题。笔者介绍了一种针对本科生教学的分层教学模式，突破单一的理论灌输的教学弊端，显著提高学生们学以致用的能力，并运用实例介绍了这种分层教学模式。
一、“数字信号处理”课程教学现状
数字信号处理是一门理论性很强的课程，内容抽象，公式繁多，课程内容涉及很多数学推导与计算。目前，传统的教学模式主要存在以下问题：[2，3]
1.教学内容过度重视理论推导，不注重理论和实践相结合
国内大学的很多任课老师往往注重讲授公式性质、定理的由来，注重理论的严谨与正确性，这势必大大占据有限的授课时间。这种教学思路使课程陷于数学推导和计算，而使学生感到枯燥乏味，抓不住重点，教学效果大打折扣。
2.课程实验内容单一，与工程实践还有距离
课程实验内容一般都以MATLAB软件作为仿真平台，对课程中的时域离散信号、系统的时频域理论和数字滤波器设计理论进行仿真实验。诚然，MATLAB仿真软件作为信号处理的实验手段，具有信息量大、形象直观的特点，在很大程度上补充了单一的理论教学模式。但是仿真手段毕竟是理论的数学编程，还是脱离了工程应用的实际背景。仿真不能完全取代本课程的实验和实践内容。算法仿真内容过于形式化、过于简单，只能作为工程实践的前期阶段设计内容。
二、分层教学法原则与内容
传统的数字信号处理课程大多只讨论算法的理论及其推导，较少涉及工程实现方法及相应的软硬件技术。大学的教学应是理论教学、实践教学和科学研究为一体的，实践教学作为理论和科学研究的桥梁，是现有理论的源头，也是未来科研开拓的基础。理论课程应实现教学形式的多样化，包括多种实验、课程设计、科技竞赛和创新活动等。数字信号处理课程可以分为理论学习，算法仿真，数字信号处理工程应用平台实验，课题为导向的数字信号处理课程工程实践拓展训练四个层次。[4]
1.第1层：理论学习
广义来说，数字信号处理是研究用数字方法对信号进行分析、变换、滤波、检测、调制、解调以及快速算法的一门技术学科。目前本科生只是学习经典的数字信号处理理论，主要包括有关数字滤波技术、离散变换快速算法和谱分析方法。因为教学时间有限，现代信号处理或者数字图像处理的内容只能根据项目需求有针对性进行学习和研究。教师可以鼓励学生去搜索相关文献，查找资料，激发他们的自学热情和能力。
2.第2层：算法仿真
算法仿真往往是电子信息工程实施以前必经的重要阶段。MATLAB语言具有强大的科学计算和可视化功能。它作为数字信号处理的有力助手，成为教学的重要部分。其以矩阵运算为基础，具有丰富的数值计算功能，强大的绘图功能，更重要的是具有完备的数字信号处理函数工具箱。比如FIR滤波器的设计，包含三种方法：程序设计法、FDATool设计法和SPTool设计法。其中FDATool（Filter Design & Analysis Tool）是MATLAB信号处理工具箱专用的滤波器设计分析工具，操作简单、灵活，可以采用多种方法设计FIR和IIR滤波器。在MATLAB命令窗口输入FDATool后回车就会弹出FDATool界面。SPTool是MATLAB信号处理工具箱中自带的交互式图形用户界面工具，它包含了信号处理工具箱中的大部分函数，可以方便快捷地对信号、滤波器及频谱进行分析、设计和浏览。学生可以采用MATLAB进行电子工程中算法的前期仿真，然后将MATLAB程序转换成C语言移植到硬件平台上。
3.第3层：数字信号处理工程应用平台实验
数字信号处理算法需要借助特有的硬件平台实现工程应用，采用的编程语言一般是C语言。目前数字信号处理系统的硬件实现方式一般有三种：（1）利用通用可编程DSP芯片进行开发的方式。由于是采用基于C语言进行编程，算法实现过程简单，但资源受到限制，并行度差。（2）采用专用集成电路ASIC方式进行开发。虽然效率高，但开发流程长，成本高，开发出来的系统不能更改。（3）采用FPGA芯片进行开发。可以提供高效率和高质量的数字系统。在实际硬件平台选型中，使学生能够对单片机、ARM、DSP、FPGA的应用领域加以区分，从而更加深刻认识到DSP和FPGA实现数字信号处理的巨大优势。
4.第4层：课题为导向的“数字信号处理”课程工程实践拓展训练
课题为导向的教学模式是提高学生实践能力的新型教学模式。它以大学生创新实验项目为平台，以基于案例为教学模式，以科学研究的方式组织和引导学生获取和运用知识，培养学生创新性思维和分析解决问题的能力。这种方式克服了教学和实验中单纯模仿的弊端，发挥学生的主观能动性，拓展学生的眼界，引导学生解决开放性问题，促使学生不断提出新问题、发现新问题和解决新问题。
以上这四个层次并不是单一的顺序递进关系，而是不断交互的关系。比如工程实际问题的解决过程往往促使学生回归理论学习层次去深入研究，反过来能够更好地去解决工程实践中遇到的技术难题。算法仿真采用的MATLAB语言需要转换成数字信号处理工程应用平台实验使用的C语言进行移植，这也需要第二层和第三层内容的不断交互。
三、教学实例
为了实现对学生实践能力的综合培养、潜力开发和工程创新精神的激励，学校积极为学生们搭建工程实验平台，为学生参加“全国电子设计竞赛”、全国挑战杯、大学生创新实验计划项目等活动奠定基础。下面基于教育部大学生创新实验课题“基于麦克风阵列声源定位的动态视频跟踪系统”来例证“数字信号处理”课程的分层教学模式。[5]
首先，学生们经过调研确定项目需求，选取合适的算法模型进行研究。基于课题驱动的教学模式促使学生从需求这个工程项目源头进行考虑。经过广泛的调研，学生们发现在日常生活中，常规的摄像头监控系统的摄像头安装是固定的，监控方位是静态的，只能监控有限的方位区间。这样的监控系统监控方位区间狭窄，难免存在很大的监控盲区，无法很好地实现监控功能。由人类的耳朵和眼睛协调工作的仿生原理得到启发，人类的耳朵相当于一个二元声音传感器阵列，捕捉到声源信息，通过大脑判断，得到声源的方位信息。然后驱动我们的脖子扭转到声源方向，我们的眼睛就可以实时看到声源目标，做出视觉的判断。为此，学生们用微型麦克风阵列来代替人耳，用一个步进电机来代替脖子，用摄像头代替眼睛，用DSP处理器来代替人脑实现信号的运算处理和控制功能，从而实现一个基于麦克风阵列声源定位的动态视频跟踪系统，如图1所示。这样，该视频监控系统通过麦克风阵列进行多传感器联合信号处理，可以首先根据声源的声音有无来判断是否启动监控，再通过声源的方位可以驱动步进电机，自动转动摄像头跟踪实时运动的目标，实现无盲区、全角度实时自动监控。
算法模型的确定促使学生广泛阅读文献，最终找到了阵列信号处理理论作为麦克风阵列数学建模的理论基础。通过MATLAB仿真分别分析了仿真的宽带音频信号和实验采集的音频信号，验证理论模型和实验结果能够很好地匹配。该本科生研发团队把宽频声音信号的特点和传统的远场声源方位估计算法相结合，依据到达时间差的声源定位原理，提出了一种频域波束形成算法，系统框图如图2所示。系统上电后，多路麦克风分别接收音频信号，并进行采样缓存，送入DSP处理器中进行端点检测，如当前信号为噪声或无用信号，则丢掉已采集的信号帧数据；如检测到有用信号，则对其进行频域波束形成和进一步处理，最后采用基于能量值的谱搜索算法计算出声源的方位，从而控制步进电机驱动摄像头转向声源所在方位，使声源出现在摄像头视野范围内。该课题针对当前智能视频监控存在的监控盲区的问题，提出并实现了一种基于麦克风阵列的宽频声源定位系统。通过采用频域波束形成和基于能量值的谱搜索算法，实现了二维空间声源的快速准确定位。经验证该系统在室内及室外对各种声源的实时响应表现良好，在现代视频监控中具有一定的工程实用意义。通过该课题学生们申请了实用新型专利和发明专利各一项，学术期刊论文2篇，了解了电子信息工程设计的步骤和培养了科学研究的基本素养。
四、结语
按照上述的分层次递进教学模式，使学生按照基础理论实验、仿真实验和DSP工程实现理论和实践的交互学习。这一体系从简单到复杂，从理论到实践，循序渐进，逐步提高。经过工程实践的训练，激发了学生们学习“数字信号处理”课程的热情，巩固了课本上的知识，拓展了工程实践的视野。同时，大大提高了学生们独立解决问题的能力和工程实践创新能力。学生在专利申请和论文撰写的训练中，实践了科学研究的方法，为将来的科学研究奠定基础。通过上述的教学实践，取得了良好的教学效果，得到了广大师生的认可。
参考文献：
[1]程佩青。数字信号处理教程[M].北京：清华大学出版社，2007.
[2]王典。数字信号处理课程分类和分层教学模式探索[J].实验技术与管理，2013，（2）：31-32.
[3]魏强，等。课题驱动式教学在《数字信号处理》课程中的探索与实践[J].教育教学论坛，2012，（20）：212-213.
[4]杨述斌，等。数字信号处理实践教学的层次设计[J].实验室研究与探索，2009，28（2）：123-125.