[pt] Em um sistema de comunicações, procura-se representar a informação gerada de forma eficiente, de modo que a redundância da informação seja reduzida ou idealmente eliminada, com o propósito de armazenamento e/ou transmissão da mesma. Este interesse justifica portanto, o estudo e desenvolvimento de técnicas de compressão que vem sendo realizado ao longo dos anos. Este trabalho de pesquisa investiga o uso de códigos de permutação para codificação de fontes segundo um critério de fidelidade, mais especificamente de fontes sem memória, caracterizadas por uma distribuição uniforme e critério de distorção de erro médio quadrático. Examina-se os códigos de permutação sob a ótica de fontes compostas e a partir desta perspectiva, apresenta-se um esquema de compressão com duplo estágio. Realiza-se então uma análise desse esquema de codificação. Faz-se também uma extensão L- dimensional (L > 1) do esquema de permutação apresentado na literatura. Os resultados obtidos comprovam um melhor desempenho da versão em duas dimensões, quando comparada ao caso unidimensional, sendo esta a principal contribuição do presente trabalho. A partir desses resultados, busca-se a aplicação de um esquema que utiliza códigos de permutação para a compressão de imagens. / [en] In communications systems the information must be represented in an efficient form, in such a way that the redundancy of the information is either reduced or ideally eliminated, with the intention of storage or transmission of the same one. This interest justifies the study and development of compression techniques that have been realized through the years. This research investigates the use of permutation codes for source encoding with a fidelity criterion, more specifically of memoryless uniform sources with mean square error fidelity criterion. We examine the permutation codes under the view of composed sources and from this perspective, a project of double stage source encoder is presented. An analysis of this project of codification is realized then. A L-dimensional extension (L > 1) of permutation codes from previous research is also introduced. The results prove a better performance of the version in two dimensions, when compared with the unidimensional case and this is the main contribution of the present study. From these results, we investigate an application for permutation codes in image compression.

[pt] Este trabalho apresenta um estudo sobre compressão de imagens de sensoriamento remoto para serem transmitidas através de um canal com ruído. As imagens são capturadas por um satélite de sensoriamento remoto e transmitidas a uma estação terrestre. A compreensão das imagens é necessária para se economizar banda e potência de transmissão. Algumas técnicas muito boas de compressão de imagens apresentam sérios problemas quando na presença de ruído. Assim, a técnica de quantização vetorial foi escolhida para ser utilizada neste trabalho. Utilizando-se a idéia de quantização vetorial multi-estágios, propões-se um esquema de compressão com remoção de médias, onde separa-se a informação contida na imagem para tratá-la de forma diferenciada, de acordo com a sua importância. É feita então uma análise sobre o projeto do enlace do satélite do sensoriamento remoto comparando-se o esquema utilizado atualmente com o esquema proposto. / [en] This thesis presents a study of remote sensing image compression to be transmitted over a noisy channel. The images are obtained by a remote sensing satellite and transmitting to an earth station. The compression is due to savings in bandwidth and transmitting power. Some of the most efficient image codecs presents serious problems in the presence of noise. So, the vector quantization technique was chosen to be used. Using the multi-stage vector quantization idea, a compression scheme with mean remove is proposed as a manner to separate and treat unequally the image information as its importance. An analysis on the design of the remote sensing satellite link is done with a comparison between the current scheme used the proposed one.

[pt] Este trabalho estuda o problema de compressão de imagens de sensoriamento remoto segundo a ótica da codificação conjunta fonte-canal. É analisado o desempenho de métodos baseados em quantização vetorial segundo o algoritmo LBG, principalmente o COVQ (Channel Optimized Vector Quantizer) bem como a quantização vetorial estruturada em árvore. Dentro desse contexto, são propostos 2 novos métodos para a resolução do problema: (1)Uma quantização vetorial estruturada em árvores que leva em conta a transmissão através de canais ruidosos, solução denominada COTSVQ (Channel-Design Tree Strutured Vecotr Quantizer), bem como (2) uma classe de métodos que se utiliza de códigos corretores de erro sobre a estrutura progressiva do TSVQ, de forma a proteger os dados de forma ativa durante a transmissão. Os dois métodos propostos podem ser combinados no mesmo compressor, de forma a originar uma classe ampla de compressores adaptados à transmissão por canais com ruído. São apresentados resultados que comparam os desempenhos dos métodos propostos com aqueles já existentes para uma análise de desempenho, na situação de transmissão via satélite de imagens captadas e comprimidas para uma taxa de 1,5bpp. Os resultados mostram que os métodos propostos são muito menos complexos que os já existentes, porém conseguindo atingir uma qualidade de imagem equivalente, ou, em alguns casos, superior. / [en] This work studies the problem of remote sensorng image compression by joint source-channel coding. The vector quantizer methods evaluated are those designed with the LBG algorithm, the COVQ (channel-optimized vector quantizer) algorithm as well as tree-structured vector quantizer. The noisy channel is modelled as a BSC. In this context, two news methods are proposed: (1) A tree- structures vector quantizer that considers the transmission through noisy channels (denominated CD-TSVQ), and (2) a new class of compressors that uses forward error- correcting codes over the TSVQ structure, as a way to actively protect data during the transmission. The twoproposed methods can be combined on the same compressor architecture, resulting in a vast class of compressors well-adapted to the transmission through noisy channels. Results allowing the comparision of the proposed methods with existing ones are presented. Performance evaluated in a scenery where images are compressed to be transmited at a rate of 1.5bpp. Results yield to the conclusion that the porposed methods are much less complex than the existing methods, yet achieve equivalent or, in some situations, improved performance.

[pt] Esta tese aborda teórica e experimentalmente diversos tópicos de Codificação Adaptativa à Forma de objetos de forma arbitrária. Aspectos associados à representação e à codificação eficiente da intensidade e do contorno de objetos são analisados e são propostas soluções para os problemas identificados. Os métodos introduzidos são testados valendo-se de seqüências de imagens empregadas em trabalhos congêneres. Inicialmente é desenvolvida uma formulação matemática das transformadas adaptativas à forma utilizando operadores lineares e, com base nela, é obtida uma métrica que possibilita a avaliação teórica do desempenho dessas transformadas. A comparação das grandezas obtidas com resultados de experimentos mostram a validade dessa métrica para a finalidade visada. Em seguida é analisada a questão do melhor alinhamento dos coeficientes das transformadas unidimensionais de duas colunas com dimensões distintas e é proposto um método de alinhamento pela fase. Esse método caracteriza-se pela baixa complexidade e os resultados experimentais demonstram o seu desempenho superior ao de outros encontrados na literatura. Problemas específicos da codificação adaptativa à forma referentes à quantização dos coeficientes da transformada empregada são abordados matematicamente para diversas e freqüentes versões de sua implementação. Apresenta-se um método para solucionar simultaneamente os problemas da distorção do valor médio e da correlação do erro do sinal introduzido pela quantização. Constata-se experimentalmente sua maior eficiência de codificação em relação à de outros métodos propostos em trabalhos recentes. Um grande número de possíveis modificações de um codificador de cadeia diferencial, método bastante empregado para a codificação de contorno sem perda, é identificado e avaliado, concluindo-se com a implementação de um método que introduz aquelas mudanças que resultaram em aumento significativo da eficiência de codificação da forma de objetos. Por fim, propõe-se um esquema genérico de decomposição em subbandas através de uma transformada wavelet discreta adaptativa à forma. Os resultados dos experimentos realizados permitem concluir que o esquema oferece perspectivas de obtenção de eficiência de codificação superior à da transformada cosseno discreta adaptativa à forma, sobreturde em baixas taxas de bits por pixel. / [en] This thesis investigates shape adaptative coding of arbitrarily shaped segments. The texture and contour coding efficiency is discussed and solutions to tackle the associated problems are proposed. The presented methods are evaluated using standard image sequences. A mathematical approach for shape-adaptative transforms using linear operators is developed, followed by a metric that theoretically evaluates the transform performances. Experimental results show that the proposed metric is an efficient tool for such purposes. The proper way for grouping the 1-D transform coefficients of two image segments of different sizes is analyzed. Based on this analysis, a new low complexity method for grouping the coefficients is proposed. A better performance than other reported methods in the literature is attested by the experimental results. A mathematical analysis of the performance limitations of shape-adaptative transforms due to coefficients quantization is presented. The drawbacks discussed are the mean weighting distortion and the signal error correlation produced by the quantization process. An efficient method to simultaneously overcome both problems is proposed. The differential chain coder is an efficient and frequently employed structure for lossless encoding of object boundaries. Many modifications in the differential chain coders are investigated and evaluated, resulting in a method that reduces the bit rate to encode the object shape. Finally, a generic scheme for sub-band decomposition using shape-adaptative discrete wavelet transform is proposed. The experimental results show that such a scheme is able to provide a performance gain over the shape-adptative discrete cosine transform at low bit rates. The preliminary results suggest that this scheme could be a promising new approach for shape adaptative video coding.

[pt] Dados de amplitude sísmica compõem o conjunto de insumos do trabalho de interpretação geofísica. À medida que a qualidade dos sensores sísmicos evoluem, há aumento importante tanto na resolução quanto no espaço ocupado para armazenamento. Neste contexto, as tarefas de deconvolução e inversão sísmicas se tornam mais custosas, em tempo de processamento ou em espaço ocupado, em memória principal ou secundária. Partindo do pressuposto de que é possível assumir, por aproximação, que traços de amplitudes sísmicas são o resultado da fusão entre um conteúdo oscilatório – um pulso gerado por um tipo de explosão, em caso de aquisição marítima – e a presença esparsa de contrastes de impedância e variação de densidade de rocha, pretende-se, neste trabalho, apresentar contribuições quanto à forma de realização de duas atividades em interpretação geofísica: a deconvolução e a inversão de refletividades em picos esparsos. Tomando como inspiração trabalhos em compressão volumétrica 3D e 4D, modelagem esparsa, otimização em geofísica, segmentação de imagens e visualização científica, apresenta-se, nesta tese, um conjunto de métodos que buscam estruturas fundamentais e geradoras das amplitudes: (i) uma abordagem para segmentação e seleção de traços sísmicos como representantes de todo o dado, (ii) uma abordagem para separação de amplitudes em ondaleta e picos esparsos de refletividade via deconvolução e (iii) uma outra para confecção de um operador linear – um dicionário – capaz de representar, parcial e aproximadamente, variações no conteúdo oscilatório – emulando alguns efeitos do subsolo –, com o qual é possível realizar uma inversão de refletividades. Por fim, apresentase um conjunto de resultados demonstrando a viabilidade das abordagens, o ganho eventual se aplicadas – incluindo a possibilidade de compressão – e a abertura de oportunidades de trabalhos futuros mesclando geofísica e computação. / [en] Seismic amplitude data are part of the input in a geophysical interpretation pipeline. As seismic sensors evolve, resolution and occupied storage space grows. In this context, tasks as seismic deconvolution and inversion become more expensive, in processing time or in – main or secondary – memory. Assuming that, approximately, seismic amplitude traces result from a fusion between an oscillatory content – a pulse generated by a kind of explosion, in the case of marine acquisition – and the sparse presence of impedance constrasts and rock density variation, this work presents contributions to the way of doing two geophysical interpretation activities: deconvolution and inversion, both targeting sparse-spike refletivity extraction. Inspired by works in 3D and 4D volumetric compression, sparse modeling, optimization applied to geophysics, image segmentation and scientific visualization, this thesis presents a set of methods that try to fetch fundamental features that generate amplitude data: (i) an approach for seismic traces segmentation and selection, electing them as representatives of the whole data, (ii) an enhancement of an approach for separation of amplitudes into wavelet and sparse-spike reflectivities via deconvolution, and (iii) a way to generate a linear operator – a dictionary – partially and approximately capable of representing variations on the wavelet shape, emulating some effects of the subsoil, from which is possible to accomplish a reflectivity inversion. By the end, it is presented a set of results that demonstrate the viability of such approaches, the possible gain when they are applied – including compression – and some opportunities for future works mixing geophysics and computer science.

[pt] Nesta dissertação são investigadas situações em que se faz necessária a sobreposição de informações digitais ao ambiente físico em que o usuário está, uma condição proporcionada pela utilização do recurso da Realidade Aumentada (RA). São consideradas, na pesquisa, aplicações da tecnologia que empregam a técnica de Video See-Through (VST) para utilização em celulares. São apresentadas diferentes definições de RA, delimitando-se conceitos tangentes à tecnologia, tais como Realidade Virtual e Computação Ubíqua, para promover uma discussão acerca das definições levantadas. Em seguida, se apresentam algumas soluções, mais encontradas no mercado, de aplicativos de RA para celular, analisando-se os impactos da utilização de ferramentas específicas no seu processo de criação e desenvolvimento. Considerando-se ainda aspectos sociais e filosóficos inerentes à tecnologia, busca-se uma melhor compreensão dos conceitos-base de espaço, tempo e realidade a que a RA recorre para operar, a fim de subsidiar a discussão acerca da tecnologia e criar o embasamento teórico para as análises subsequentes. / [en] This dissertation investigates situations that require the overlay of digital information to the user environment, a condition provided by the use of Augmented Reality (AR) technology. In the research, there are considered applications of the technology that uses the Video See-Through (VST) technique on mobile phones. The dissertation presents different definitions of AR, delimiting tangent concepts such as Virtual Reality and Ubiquitous Computing, to arouse a discussion about the definitions. Then, it presents some of the mobile applications most used in the market, analyzing the impact on using some specific tools in its creation and development process. Considering further social and philosophical aspects inherent to the technology, it seeks to better understand the basic concepts of space, time and reality that the AR uses to operate, in order to support the discussion about the technology and to create the theoretical basis for subsequent analysis.

[pt] A melhoria nas técnicas de obtenção de dados sísmicos fez com que estes dados sejam da ordem de até terabytes, o que gera um grande problema no armazenamento e transmissão dos mesmos. No que se refere ao problema de armazenamento em disco, apesar da queda no preço do disco rígido, o avanço das técnicas de obtenção do dado sísmico e o barateamento destas técnicas de obtenção do dado fazem com que a demanda por espaço em disco cresça mais rápido do que a queda no preço do hardware. Outro fator importante é a limitação de espaço físico para armazenar todos os discos rígidos de forma a garantir a segurança da informação destes discos. Este trabalho tem como objetivo apresentar uma nova técnica de compactação para dados sísmicos utilizando a transformada wavelet 3D. É feito um comparativo com as técnicas de compressão atuais, que utilizam a transformada 2D. / [en] Improvements made in techniques for seismic data acquisition have led to data that are of the order of terabytes, which in turn creates the problem of data storage and transmission of them through the network. In regards to the problem of disk storage, despite the hard disk decreasing price, the improvement and reduction cost in seismic data acquisition techniques has pushed the demand for disk space to grow faster than the reduction of the hardware cost. Another important factor is the space necessary to store all hard drives, to provide security for information from these records. In order to tackle these problems this thesis presents a new technique for seismic data compression using 3D wavelet transform. It is also presented in comparison with current compression techniques which use the 2D transform.

[pt] Códigos de permutação são uma interessante ferramenta matemática que pode ser empregada para construir tanto esquemas de compressão com perdas quanto esquemas de modulação em um sistema de transmissão digital. Códigos de permutação vetorial, uma extensão mais poderosa dos códigos de permutação escalar, foram recentemente introduzidos no contexto de compressão de fontes. Este trabalho apresenta novas contribuições a essa teoria e introduz os códigos de permutação vetorial no contexto de modulação. Para compressão de fontes, é demonstrado matematicamente que os códigos de permutação vetorial (VPC) têm desempenho assintótico idêntico ao do quantizador vetorial com restrição de entropia (ECVQ). Baseado neste desenvolvimento, é proposto um método eficiente para o projeto de VPC s. O bom desempenho dos códigos projetados com esse método é verificado através de resultados experimentais para as fontes uniforme e gaussiana: são exibidos VPC s cujo desempenho é semelhante ao do ECVQ e superior ao de sua versão escalar. Para o propósito de transmissão digital, é verificado que também a modulação baseada em códigos de permutação vetorial (VPM) possui desempenho superior ao de sua versão escalar. São desenvolvidas as expressões para o projeto ótimo de VPM, e um método é apresentado para detecção ótima de VPM em canais AWGN e com desvanecimento. / [en] Permutation codes are an interesting mathematical tool which can be used to devise both lossy compression schemes and modulation schemes for digital transmission systems. Vector permutation codes, a more powerful extension of scalar permutation codes, were recently introduced for the purpose of source compression. This work presents new contributions to this theory and also introduces vector permutation codes for the purpose of modulation. For source compression, it is proved that vector permutation codes (VPC) have an asymptotical performance equal to that of an entropy-constrained vector quantizer (ECVQ). Based on this development, an efficient method is proposed for VPC design. Experimental results for Gaussian and uniform sources show that the codes designed by this method have indeed a good performance: VPC s are exhibited whose performances are similar to that of ECVQ and superior to those of their scalar counterparts. In the context of digital transmission, it is verified that also vector permutation modulation (VPM) is superior in performance to scalar permutation modulation. Expressions are developed for the optimal design of VPM, and a method is presented for maximum-likelihood detection of VPM in AWGN and fading channels.

[pt] A transformada de Burrows-Wheeler, baseada na ordenação de contextos, transforma uma seqüência de caracteres em uma nova seqüência mais facilmente comprimida por um algoritmo que explore grandes seqüências de repetições de caracteres. Aliado a recodificação do MoverParaFrente e seguida de uma codificação para os inteiros gerados, eles formam uma nova família de compressores, que possuem excelentes taxas de compressão, com boas performances nos tempos de compressão e descompressão. Este trabalho examina detalhadamente essa transformada, suas variações e algumas alternativas para os algoritmos utilizados em conjunto com ela. Como resultado final, apresentamos uma combinação de estratégias que produz taxas de compressão para texto melhores do que as oferecidas pelas implementações até aqui disponíveis. / [en] The Burrows-Wheeler Transform, based on sorting of contexts, transforms a sequence of characters into a new sequence easier to compress by an algorithm that exploits long sequences of repeted characters. Combined with the coding provided by the MoveToFront Algorithm and followed by a codification for the generated integers, they propose a new family of compressors, that achieve excellent compression rates with good time performances in compression and decompression. This work examines detaildedly this transform, its variations and some alternatives for the algorithms used together with it. As a final result, we present a combination of strategies that producescompression rates for text data that are better than those offered by implementations available nowadays.

[pt] Mesmo com a evolução dos dispositivos de armazenamento e comunicação, mantém-se crescente a demanda por mecanismos de compressão de dados mais eficientes. Entre os compressores baseados na freqüência de símbolos, destacam - se os códigos livres de prefixo, que são executados por vários métodos compostos de diferentes algoritmos e também apresentam bom desempenho em uso isolado. Muitas pesquisas trouxeram maior eficiência aos códigos de prefixo, centradas, sobretudo, na redução do espaço de memória necessário e tempo gasto durante a descompressão. O presente trabalho abrange códigos de prefixos e respectivas técnicas de descompressão visando propor um novo codificador, o compressor LTL, que utiliza códigos com restrição de comprimento para reduzir o espaço de memória da tabela Look-up, eficiente método de decodificação. Devido ao uso de códigos restritos, é admitido um pequeno decréscimo nas taxas de compressão para possibilitar uma decodificação mais rápida. Os resultados obtidos indicam perda de compressão inferior a 11 por cento para um modelo baseado em caracteres, com velocidade média de decodificação cinco vezes maior que a de um decodificador canônico. Embora, para um modelo de palavras, o ganho médio de velocidade seja de 3,5, constata-se que, quando o número de símbolos é muito grande, o tamanho da tabela look-up impossibilita uma utilização eficiente da memória cache. Assim, o LTL é indicado para substituir quaisquer códigos de prefixo baseados em caracteres cuja aplicação requer agilidade no processo de descompressão. / [en] Even with the evolution of communication and storage devices, the use of complex data structures, like video and hypermedia documents, keeps increasing the demand for efficient data compression mechanisms. Prefix codes are one of the most known compressors, since they are executed by some compression methods that group different algorithms, besides presenting a good performance when used separately. A lot of approaches have been tried to improve the decoding speed of these codes. One major reason is that files are compressed and updated just a few times, whereas they have to be decompressed each time they are accessed. This work presents prefix codes and their decoding techniques in order to introduce a new coding scheme. In this scheme length-restricted codes are used to control the space requirements of the Look-up table, an efficient and fast prefix codes decoding method. Since restricted codewords are used, a small loss of compression efficiency is admitted. Empirical experiments indicate that this loss in the coded text is smaller than 11 percent if a character based model is used, and the observed average decoding speed is five times faster than the one for canonical codes. For a word based model, the average decoding speed is 3,5 times faster than a canonical decoder, but it decreases when a large number of symbols is used. Hence, this method is very suitable for applications where a character based model is used and extremely fast decoding is mandatory.