A aquisição de sinais cerebrais de bovinos adultos, utilizando um equipamento de transmissão telemétrica dos dados e eletrodos de superfície, foi avaliada neste trabalho através de técnicas de processamento digital de sinais. Foram estudados a melhor disposição dos eletrodos, diferentes métodos de remoção de artefatos e as características em freqüência do sinal. A remoção de artefatos foi feita de duas maneiras: (1) uso de um filtro que substituía valores extremos do sinal por seu valor médio e (2) decomposição utilizando a capacidade de multiresolução das ondaletas. Os resultados obtidos mostraram que apenas trechos de sinal livres de artefatos podem ser processados. O processamento indicou faixas de freqüências em acordo com a literatura. A metodologia usada neste trabalho mostrou-se suficiente para concluir que é possível monitorar e analisar sinais cerebrais de bovinos adultos que podem se mover livremente, sem acrescentar ao experimento o estresse característico de contenção / Acquisition of brain electrical activity from grown bovines, using a telemetric data transmitter system and scalp electrodes, was evaluated in this work. Electrodes placement, different artifact removal methodologies and signal frequency component were studied. Artifacts removal was carried out in two different ways: (1) by means of a filter that replaced elevated amplitude points for the signal’s mean value and (2) decomposition using wavelet multiresolution capability. Results using filters show that only artifact-free signal stretches can be processed. The processing indicated that frequency ranges are in agreement with literature. The methodology applied in this work is enough to conclude that it is possible to analyze brain electrical signal from grown bovines that can move freely, without add restrain stress factors to experiment

O presente trabalho de doutorado tem por objetivo a criação de uma nova família de filtros digitais específica para o processo de classificação de dados, particularmente aplicada ao pré-diagnóstico de patologias na laringe. Antes de explicar a criação dessa nova família de filtros, foi apresentada uma breve revisão bibliográfica sobre o funcionamento do aparelho fonador humano, sobre o processo de diagnóstico de patologias e sobre a transformada discreta Wavelet, que serviu de base para a construção dos filtros propostos. Em seguida, é descrita a tecnologia proposta para a criação da nova família de filtros, que é baseada na construção da Transformada Wavelet de Daubechies, além disso, apresenta-se uma breve comparação com outras técnicas já descritas na literatura para a mesma finalidade. Posteriormente, são apresentados os resultados obtidos com base na técnica proposta, verificando-se uma taxa de acerto na classificação de vozes normais de 100% e uma taxa de acerto de 95,52% para vozes patológicas. / The main purpose of this thesis is the development of a new family of digital filters used for data classification, particularly applied to the pre-diagnosis of pathologies in the larynx. A brief bibliographical review, that concentrates on the functioning of the human vocal tract, on the process of disease diagnosis, and on the discrete wavelet transform, which formed the basis for the construction of the proposed filters, is presented. The technology used to develop these new families of filters, that is based on the Daubechies Wavelet Transform, is also described, moreover, a comparison with other techniques described in the specialized literature for the same purpose is also presented. The investigation shows the results obtained with the proposed technique, in which the accuracy of 100% in normal voice classifications and of 95,52% in pathological voice classifications, was obtained.

Orientador: Amauri Lopes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T06:28:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Krummenauer_Rafael_M.pdf: 1711180 bytes, checksum: e9aa73aac9d705c24c2bec02b202f76e (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta dissertação trata do problema de estimação de direção de chegada (DOA) de ondas planas usando um arranjo linear uniforme de sensores. Estamos interessados em situações nas quais a relação sinal-ruido 'e baixa e o espaçamento angular entre as fontes de sinal 'e pequeno. Baseamos nossa proposta nos m'etodos MODE, MODEX e MODEX Modificado, que sao metodos eficientes existentes na literatura. Inspirados em conceitos de filtragem linear e no criterio da maxima verossimilhança, propomos um procedimento que ameniza o efeito do ruido no resultado da estimação. Este procedimento consiste em filtrar os dados recebidos e modificar adequadamente a função de verossimilhan¸ca utilizada no processo de obtenção das estimativas. Simulações numericas mostram que o desempenho do metodo proposto 'e melhor que aqueles correspondentes aos m'etodos MODE, MODEX e MODEX Modificado, alcançando menores valores de erro quadratico medio e de polarização / Abstract: This work deals with the problem of estimating the direction of arrival (DOA) of plane waves using a uniform linear array of sensors. We are concerned with situations where the signal-to-noise ratio is low and the signal sources are spatially close. Our proposal is based on MODE, MODEX and Modified MODEX, that are efficient methods proposed in the literature. Inspired in concepts of linear filtering and in the maximum likelihood criterion, we propose a procedure that reduces the effect of noise in the estimation result. This procedure consists on filtering the received data and on modifying the likelihood function used to obtain the estimates. Numerical simulations show that the performance of the proposed method is better than those of MODE, MODEX and Modified MODEX methods, achieving lower mean square error and lower bias / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

This thesis deals with processing signals from the microphone arrays for sound source localization. Compares different types of fields, such as cross-field and circular array. It is shown here how to implement Beamforming on FPGA and design of signal processing with a microphone array.

This diploma thesis deals with digital sound synthesis. The main task was to design and implement new sound synthesizer. Created tool uses different approaches to the sound synthesis, so it can be described as a hybrid. Instrument design was inspired by existing audio synthesizers. For implementation, C++ language and VST technology from Steinberg are used. As an extension, a module, that can process voice or text input and then build a MIDI file with melody (which can be interpreted with using any synthesizer) was designed and implemented. For this module, Python language is used. For the synthesizer, a simple graphical user interface was created.

Os potenciais evocados somato-sensitivos são úteis para detectar e localizar lesões nas vias sensoriais. Sua obtenção exige a média síncrona de mais de mil respostas individuais. A redução do número de estímulos elétricos para obter o potencial evocado resulta na diminuição do tempo do exame e do desconforto do paciente. O objetivo desta dissertação foi o de estudar o potencial de contribuição de duas técnicas de tempo-freqüência (ondaletas e filtros associados a trechos temporais específicos) à estimação de potenciais evocados somato-sensitivos, quando se utilizam apenas 100 respostas individuais. Quanto aos filtros, sugere-se o uso de dois passa-baixas. O primeiro, com freqüência de corte em 900Hz, deve ser utilizado no trecho inicial de 3ms a 35ms e o segundo, com freqüência de corte em 200Hz, no trecho final de 25ms a 60ms. Em relação aos parâmetros da técnica baseada em ondaletas, recomenda-se a utilização da ondaleta-mãe biortogonal 5.5, pois ela fornece erros menores e apresenta curvas visualmente boas. Além disso, ela apresenta a vantagem de ter fase linear, que é mais adequada ao processamento de potenciais evocados. Os 20% maiores coeficientes das escalas D3, D4 e D5 e os 50% maiores coeficientes da escala D6 que se encontram em trechos temporais específicos, além de todos os coeficientes de aproximação da escala 6, reconstroem adequadamente o potencial evocado. A análise estatística dos erros quadráticos normalizados indicou que a estimação por ondaletas é a melhor dentre as técnicas testadas. Também se verificou que ambas as técnicas resultaram na redução do erro quadrático normalizado, quando comparadas à média síncrona de 100 respostas individuais. Conclui-se que tanto as ondaletas quanto os filtros contribuem de forma positiva à obtenção de melhores estimativas do potencial evocado, mesmo quando um número reduzido de respostas individuais é utilizado. / Somatosensory evoked potentials are useful to detect and locate lesions in sensory pathways. In order to obtain somatosensory evoked potentials, more than one thousand single sweeps must be synchronously averaged. The smaller the number of electrical stimuli used for evoked potentials, the lower is the examination length and the patient discomfort. The objective of this thesis is to study the contribution potential of two time-frequency techniques (wavelets and filters associated to specific time intervals) to the estimation of somatosensory evoked potentials, when only one hundred individual responses are used. For the filtering technique, it is suggested that two low-pass filters be used. The first filter has a 900Hz cutoff frequency and must be used in the 3ms-35ms time interval. The second one has a 200Hz cutoff frequency and should be applied to the 25ms-60ms section. Regarding wavelet parameters, it is recommended that a biorthogonal 5.5 mother wavelet be used, because it provides smaller errors and the results are visually good. Besides it, this mother wavelet has linear phase, which is useful to the evoked potential processing. The 20% greatest coefficients in D3, D4, D5 scales, and the 50% greatest D6 coefficients are candidates to the reconstruction. Those that fall in specific time intervals are used together with all the A6 coefficients. They reconstruct evoked potentials in a satisfactory manner. The statistical analysis of the normalized squared errors indicates that the wavelet estimation is the best technique among the tested ones. This work also shows that both techniques resulted in the reduction of the normalized squared errors, when compared to the synchronous averaging of 100 individual responses. As a conclusion, both wavelets and filters contribute in a positive manner to improve evoked potential estimation, even when a reduced number of individual responses is used.

Os potenciais evocados somato-sensitivos são úteis para detectar e localizar lesões nas vias sensoriais. Sua obtenção exige a média síncrona de mais de mil respostas individuais. A redução do número de estímulos elétricos para obter o potencial evocado resulta na diminuição do tempo do exame e do desconforto do paciente. O objetivo desta dissertação foi o de estudar o potencial de contribuição de duas técnicas de tempo-freqüência (ondaletas e filtros associados a trechos temporais específicos) à estimação de potenciais evocados somato-sensitivos, quando se utilizam apenas 100 respostas individuais. Quanto aos filtros, sugere-se o uso de dois passa-baixas. O primeiro, com freqüência de corte em 900Hz, deve ser utilizado no trecho inicial de 3ms a 35ms e o segundo, com freqüência de corte em 200Hz, no trecho final de 25ms a 60ms. Em relação aos parâmetros da técnica baseada em ondaletas, recomenda-se a utilização da ondaleta-mãe biortogonal 5.5, pois ela fornece erros menores e apresenta curvas visualmente boas. Além disso, ela apresenta a vantagem de ter fase linear, que é mais adequada ao processamento de potenciais evocados. Os 20% maiores coeficientes das escalas D3, D4 e D5 e os 50% maiores coeficientes da escala D6 que se encontram em trechos temporais específicos, além de todos os coeficientes de aproximação da escala 6, reconstroem adequadamente o potencial evocado. A análise estatística dos erros quadráticos normalizados indicou que a estimação por ondaletas é a melhor dentre as técnicas testadas. Também se verificou que ambas as técnicas resultaram na redução do erro quadrático normalizado, quando comparadas à média síncrona de 100 respostas individuais. Conclui-se que tanto as ondaletas quanto os filtros contribuem de forma positiva à obtenção de melhores estimativas do potencial evocado, mesmo quando um número reduzido de respostas individuais é utilizado. / Somatosensory evoked potentials are useful to detect and locate lesions in sensory pathways. In order to obtain somatosensory evoked potentials, more than one thousand single sweeps must be synchronously averaged. The smaller the number of electrical stimuli used for evoked potentials, the lower is the examination length and the patient discomfort. The objective of this thesis is to study the contribution potential of two time-frequency techniques (wavelets and filters associated to specific time intervals) to the estimation of somatosensory evoked potentials, when only one hundred individual responses are used. For the filtering technique, it is suggested that two low-pass filters be used. The first filter has a 900Hz cutoff frequency and must be used in the 3ms-35ms time interval. The second one has a 200Hz cutoff frequency and should be applied to the 25ms-60ms section. Regarding wavelet parameters, it is recommended that a biorthogonal 5.5 mother wavelet be used, because it provides smaller errors and the results are visually good. Besides it, this mother wavelet has linear phase, which is useful to the evoked potential processing. The 20% greatest coefficients in D3, D4, D5 scales, and the 50% greatest D6 coefficients are candidates to the reconstruction. Those that fall in specific time intervals are used together with all the A6 coefficients. They reconstruct evoked potentials in a satisfactory manner. The statistical analysis of the normalized squared errors indicates that the wavelet estimation is the best technique among the tested ones. This work also shows that both techniques resulted in the reduction of the normalized squared errors, when compared to the synchronous averaging of 100 individual responses. As a conclusion, both wavelets and filters contribute in a positive manner to improve evoked potential estimation, even when a reduced number of individual responses is used.

Η μετάδοση δεδομένων µέσω ασύρματων δικτύων αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα αντικείμενα μελέτης στον χώρο των τηλεπικοινωνιών τα τελευταία χρόνια. Λόγω του μεγάλου όγκου δεδομένων που απαιτείται για μετάδοση μέσα σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα, απαιτείται η εφαρμογή όσο το δυνατόν αποδοτικότερης κωδικοποίησης και διαμόρφωσης, σκοπεύοντας παράλληλα στην επίτευξη μικρής κατανάλωσης ισχύος και ταυτόχρονα υψηλού throughput. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, σχεδίαση και την υλοποίηση της αρχιτεκτονικής ενός OFDM συστήματος, βασισμένο στις προδιαγραφές που ορίζει το πρότυπο IEEE802.11. Το πρότυπο αυτό επιλέχθηκε, καθώς τυγχάνει ευρείας αποδοχής, όσον αφορά τη μετάδοση δεδομένων σε ασύρματα δίκτυα. Στα πλαίσια της διπλωματικής παρουσιάζονται εξομοιώσεις και μετρήσεις για την εύρεση των κατάλληλων χαρακτηριστικών και του τύπου των φίλτρων που χρησιμοποιούνται σε ένα OFDM σύστημα, ενώ εισάγονται δύο νέες αρχιτεκτονικές του τμήματος κατασκευής του OFDM συμβόλου, καθώς και τα αποτελέσματα της σύνθεσης αυτών. Ιδιαίτερη βαρύτητα δίνεται στη σχεδίαση και την υλοποίηση των αρχιτεκτονικών αυτών με σκοπό την ενσωμάτωσή τους σε συσκευές FPGA. / Transmission of data through wireless networks is one of the most important aspects in the study telecommunications systems. The large volume of data that needs to be transmitted in a very small time interval has resulted in the need to make the system more efficient while increasing the throughput. This has been accomplished through more efficient coding, reduction of the power consumption and through the use of modulation. This masters thesis deals with the study, design and implementation of the typical OFDM system architecture, based on the standard IEEE802.11. This standard was chosen because of its wide acceptance and use regarding transmission of data in wireless networks. The thesis details the adjustments and measurements needed for determining suitable characteristics and the types of filters required in an OFDM system. Additionally two new OFDM system architectures arte introduced aiming at reducing the overall power consumption and the complexity of the formulae used for symbol construction. Particular importance is given in the designing and the implementation of these architectures regarding their incorporation in FPGA devices.

Thesis (MSc (Mathematics))--Stellenbosch University, 2008. / LULU smoothers is a class of nonlinear smoothers and they are compositions of the maximum and minimum operators. By analogy to the discrete Fourier transform and the discrete wavelet transform, one can use LULU smoothers to create a nonlinear multiresolution analysis of a sequence with pulses. This tool is known as the Discrete Pulse Transform (DPT). Some research have been done into the distributional properties of the LULU smoothers. There exist results on the distribution transfers of the basic LULU smoothers, which are the building blocks of the discrete pulse transform. The output distributions of further smoothers used in the DPT, in terms of input distributions, has been a challenging problem. We motivate the use of these smoothers by first considering linear filters as well as the median smoother, which has been very popular in signal and image processing. We give an overview of the attractive properties of the LULU smoothers after which we tackle their output distributions. The main result is the proof of a recursive formula for the output distribution of compositions of LULU smoothers in terms of a given input distribution.

Muitos pesquisadores têm se interessado em explorar o vasto poder computacional das recentes unidades de processamento gráfico (GPUs) em aplicações fora do domínio gráfico. Essa tendência ao desenvolvimento de propósitos gerais com a GPU (GPGPU) foi intensificada com a produção de APIs não-gráficas, tais como a Compute Unified Device Architecture (CUDA), da NVIDIA. Com elas, estudou-se a solução na GPU de muitos problemas de processamento de sinal 2D e 3D envolvendo álgebra linear e equações diferenciais parciais, mas pouca atenção tem sido dada ao processamento de sinais 1D, que também podem exigir recursos computacionais significativos. Já havia sido demonstrado que a GPU pode ser usada para processamento de sinais em tempo-real, mas alguns processos não se adequavam bem à arquitetura da GPU. Neste trabalho, apresento uma nova técnica para implementar um filtro digital linear recursivo usando a GPU. Até onde eu sei, a solução aqui apresentada é a primeira na literatura. Uma comparação entre esta abordagem e uma implementação equivalente baseada na CPU demonstra que, quando usada em um sistema de processamento de áudio em temporeal, esta técnica permite o processamento de duas a quatro vezes mais coeficientes do que era possível anteriormente. A técnica também elimina a necessidade de processar o filtro na CPU - evitando transferências de memória adicionais entre CPU e GPU - quando se deseja usar o filtro junto a outros processos, tais como síntese de som. A recursividade estabelecida pela equação do filtro torna difícil obter uma implementação eficiente em uma arquitetura paralela como a da GPU. Já que cada amostra de saída é computada em paralelo, os valores necessários de amostras de saída anteriores não estão disponíveis no momento do cômputo. Poder-se-ia forçar a GPU a executar o filtro sequencialmente usando sincronização, mas isso seria um uso ineficiente da GPU. Este problema foi resolvido desdobrando-se a equação e "trocando-se" as dependências de amostras próximas à saída atual por outras precedentes, assim exigindo apenas o armazenamento de um certo número de amostras de saída. A equação resultante contém convoluções que então são eficientemente computadas usando a FFT. A implementação da técnica é geral e funciona para qualquer filtro recursivo linear invariante no tempo. Para demonstrar sua relevância, construímos um filtro LPC para sintetizar em tempo-real sons realísticos de colisões de objetos feitos de diferentes materiais, tais como vidro, plástico e madeira. Os sons podem ser parametrizados por material dos objetos, velocidade e ângulo das colisões. Apesar de flexível, esta abordagem usa pouca memória, exigindo apenas alguns coeficientes para representar a resposta ao impulso do filtro para cada material. Isso torna esta abordagem uma alternativa atraente frente às técnicas tradicionais baseadas em CPU que apenas realizam a reprodução de sons gravados. / Many researchers have been interested in exploring the vast computational power of recent graphics processing units (GPUs) in applications outside the graphics domain. This trend towards General-Purpose GPU (GPGPU) development has been intensified with the release of non-graphics APIs for GPU programming, such as NVIDIA's Compute Unified Device Architecture (CUDA). With them, the GPU has been widely studied for solving many 2D and 3D signal processing problems involving linear algebra and partial differential equations, but little attention has been given to 1D signal processing, which may demand significant computational resources likewise. It has been previously demonstrated that the GPU can be used for real-time signal processing, but several processes did not fit the GPU architecture well. In this work, a new technique for implementing a digital recursive linear filter using the GPU is presented. To the best of my knowledge, the solution presented here is the first in the literature. A comparison between this approach and an equivalent CPU-based implementation demonstrates that, when used in a real-time audio processing system, this technique supports processing of two to four times more coefficients than it was possible previously. The technique also eliminates the necessity of processing the filter on the CPU - avoiding additional memory transfers between CPU and GPU - when one wishes to use the filter in conjunction with other processes, such as sound synthesis. The recursivity established by the filter equation makes it difficult to obtain an efficient implementation on a parallel architecture like the GPU. Since every output sample is computed in parallel, the necessary values of previous output samples are unavailable at the time the computation takes place. One could force the GPU to execute the filter sequentially using synchronization, but this would be a very inefficient use of GPU resources. This problem is solved by unrolling the equation and "trading" dependences on samples close to the current output by other preceding ones, thus requiring only the storage of a limited number of previous output samples. The resulting equation contains convolutions which are then efficiently computed using the FFT. The proposed technique's implementation is general and works for any time-invariant recursive linear filter. To demonstrate its relevance, an LPC filter is designed to synthesize in real-time realistic sounds of collisions between objects made of different materials, such as glass, plastic, and wood. The synthesized sounds can be parameterized by the objects' materials, velocities and collision angles. Despite its flexibility, this approach uses very little memory, requiring only a few coefficients to represent the impulse response for the filter of each material. This turns this approach into an attractive alternative to traditional CPU-based techniques that use playback of pre-recorded sounds.