[pt] Códigos turbo são uma técnica de correção de erro eficiente que vem sendo proposta em diversos padrões de comunicações atuais. Esta técnica apresenta um desempenho que se aproxima dos limites teóricos estabelecidos na Teoria de Codificação. A razão para o excelente desempenho deste tipo de código baseia-se em dois fatores: uma estrutura de codificação composta por codificadores concatenados e uma estrutura de decodificação iterativa. Neste trabalho é realizada uma revisão da literatura onde a decodificação turbo é discutida segundo duas abordagens: uma que baseia-se na estrutura dos codificadores empregados e outra baseada na moderna teoria de grafos- fatores. O desempenho destes códigos é avaliado através de simulações. São considerados fatores como a estrutura dos codificadores, o tipo de modulação empregada, o algoritmo de decodificação utilizado, entre outros. / [en] Turbo codes are an efficient error correcting technique that has been proposed for many communications standards. This technique achieves a performance that is near the theoretical limits established by Information Theory. The reason for this excellent performance of turbo codes relies on two aspects: a coding structure that is composed by concatenated encoders and an iterative decoding procedure. In the literature, two approaches for turbo decoding are presented: one that is based on the encoder structure and another that is built around the factor graphs theory. Both approaches are discussed in this work. Performance evaluation for these codes are obtained through simulations. Some aspects such as encoder structure, modulation scheme and decoding algorithm are considered and evaluated. Also codes derived from turbo codes by puncturing and shortening have been studied in this work.

[pt] Esta tese pode ser segmentada em duas partes distintas, porém complementares. A primeira parte trata do problema que tange ao desenvolvimento da maioria dos sistemas de marcação d água digital: a necessidade de primeiramente selecionar a técnica de modulação não codificada que fará parte de uma arquitetura codificada. Assim, para proceder adequada seleção, os limitantes de desempenho das técnicas não codificadas são ferramentas importantes para otimização de sistemas codificados, objetivando operação próximo à capacidade. Esta parte da tese introduz um novo limitante inferior para técnicas binárias de marcação d água digital, fundamentado em uma simples equivalência com um sistema de comunicação binário. A segunda parte desta tese introduz uma nova metodologia para o projeto e análise de sistemas de marcação d água digital que, sob o ponto de vista da teoria da informação, incorpora a fragilidade e a robustez. A metodologia proposta é desenvolvida com foco no comportamento da curva de desempenho em sistemas codificados, e considera não somente o ganho de codificação, mas também a robustez e a fragilidade do sistema. Este novo conceito introduz a necessidade de revisitar o projeto de sistemas codificados de marcação digital para incorporar também os requisitos de robustez e/ou de fragilidade. Neste contexto, o código turbo atende de imediato aos requisitos para implementação de um sistema de marcação d água digital robusto, e um sistema frágil pode também ser implementado através da introdução de um esquema de polarização. Este novo esquema de polarização, com o emprego da codificação turbo, também permite a implementação de técnicas semi-frágeis e híbridas, alcançando a robustez e a fragilidade do sistema com apenas uma marcação d água. Resultados de simulação experimental apóiam a metodologia proposta, e possibilita o aprofundamento da discussão do proposto esquema de polarização em sistemas de marcação d água digital. / [en] This thesis can be segmented in two distinct but complementary parts. The first part addresses the problem pertinent to coded digital watermarking systems development require namely the selection of a (uncoded) modulation technique to be part of a coded architecture. Therefore, performance bounds for uncoded techniques are an important tool for coded system optimization, aiming at operation close to capacity. This part introduces a new performance lower bound for uncoded binary watermarking modulation techniques, based on a simple equivalence with a binary communication system, considering an additive gaussian attack model. New M-ary unidimensional and multidimensional Spread Spectrum based modulation techniques are introduced, including their improved versions. The performances of the proposed techniques are determined, and the performance lower bounds for the corresponding techniques classes are determined as well. The second part of this thesis, introduces a new methodology for the design and analysis of digital watermarking systems which, from an information theoretic point of view, incorporates robustness and fragility. The proposed methodology is developed by focusing on the probability of error versus watermark-to-noise ratio curve, describing the technique performance, and a scenario for coded techniques which takes into account not only the coding gain, but also the robustness or fragility of the system. This new concept requires that coded digital watermarking systems design be revisited to also include the robustness and fragility requirements. Turbo codes, which appropriately meet these requirements, can be used straightforwardly to construct robust watermarking systems. Fragile systems can also be constructed by introducing the idea of polarization scheme. This new idea has allowed the implementation of hybrid techniques achieving fragility and robustness with a single watermark embedding. Simulation results supports the introduced methodology and allowed us to enhance the discussion on the polarization scheme.