[pt] Os modelos plásticos de redes neurais são estudados e avaliados como uma interessante abordagem da neurocomputação ao processamento de sinais. Dentre estes, o modelo SONN, recentemente proposto por Tenório e Lee, é revisado e adotado como base para a implementação de um ambiente interativo de prototipagem e análise de redes, dada sua reduzida carga heurística. Como ilustração de seu emprego, um problema de detecção e classificação de sinais pulsados é solucionado, com resultados que preliminarmente indicam a adequação do modelo como ferramenta na filtragem não-linear de sinais e no reconhecimento de padrões. / [en] Plastic neural network models are evaluated as an attractive neurocomputing approach to signal processing. Among these, the SONN model, as recently introduced by Tenorio and Lee, is reviewed and adopted as the basis for the implementation of an interactive network prototyping and analysis system, due to its reduced heuristics. Its use is exemplified in the task of detection and classification of pulsed signals, showing up results that preliminarily qualify the model as a tool for non-linear filtering and pattern recognition applications.

[pt] A detecção da fluorescência de corantes poteciométricos aplicados em tecidos excitáveis vem sendo utilizada não somente para a realização de estudos da propagação da frente de onda da excitação elétrica tecidual, como também na análise dos diferentes parâmetros eletrofisiológicos caracterizados pela morfologia do potencial de ação óptico. Apesar dos avanços no desenvolvimento de sistemas de detecção, o compromisso entre taxa de amostragem temporal, sensibilidade, resolução espacial e campo de visão na técnica de mapeamento óptico frequentemente acarreta um potencial de ação medido experimentalmente que não corresponde à resposta elétrica de uma única célula, mas à soma da atividade elétrica de várias células adjacentes. Consequentemente, a análise e interpretação de estudos quantitativos de parâmetros eletrofisiológicos da ativação elétrica tecidual, comparando o potencial de ação óptico com o potencial de ação de uma única célula, como o obtido por medição intracelular utilizando microeletrodo, podem ser afetadas pelo efeito de integração espacial do detector óptico. Adicionalmente, o potencial de ação óptico e a visualização da propagação da atividade elétrica podem ser distorcidos por mapas ópticos cuja resolução temporal da aquisição seja inadequada. Neste trabalho, por meio de simulações matemáticas, mapeamento óptico e processamento de sinais, foram estudados os impactos na configuração do potencial de ação óptico associados à resolução espacial e temporal utilizada na detecção da fluorescência em resposta à ativação elétrica tecidual em corações isolados. / [en] Fluorescence studies using potentiometric dyes to optically measure the action potential of cardiac cells constitute an important tool to better understand the electrophysiology of the heart. However, in many experimental setups, the finite sensing area of optical detectors cannot be neglected. As a consequence, the detected fluorescence signal may effectively correspond to the sum of the electrical activity of a group of adjacent cells, and variations observed in the fluorescence signal may be strongly influenced by the spatial resolution of the optical instrumentation employed in the experiment. In addition, the optical action potential and the visualization of its propagation may be distorted by inadequate temporal resolution when recording optical maps. In this work, we present simulated and experimental studies demonstrating the effects of both temporal and spatial resolutions of the fluorescence detection system on electrophysiological parameter estimates obtained from optical action potential recordings. The analysis of the influence of the spatial and temporal resolutions of the optical fluorescence mapping detection system on the optical action potential morphology were performed by means of experimental optical mapping recordings, action potential simulations, and digital processing of the simulated and experimental signals.

[pt] Nesta tese é abordada a transmissão CDMA (Code Division Multiple Access) por blocos em canais SISO (Single Input - Single Output) seletivos em frequência. Considera-se a transmissão tanto em portadora única quanto multiportadora, com intervalo de guarda do tipo prefixo cíclico e do tipo preenchimento de zeros. São investigadas estruturas de detecção multiusuário às cegas, baseadas no critério de míınima variância com restrições lineares. Implementações adaptativas do tipo gradiente estocástico e do tipo míınimos quadrados são apresentadas e novos algoritmos de estimação de canal são propostos. É também discutida nesta tese a transmissão CDMA por blocos em canais MISO (Multiple Input - Single Output) seletivos em frequência. Considera-se, assim como no canal SISO, os casos de transmissão em portadora única e multiportadora, incorporando intervalos de guarda do tipo prefixo cíclico e do tipo preenchimento de zeros. Para este tipo de sistema, duas estruturas de transmissão são propostas e uma análise do ganho de diversidade para cada tipo de estrutura é conduzido, identificando as condiçõoes para atingir o máximo ganho de diversidade. Um detector baseado no critério de mínimo erro quadrático médio é implementado para cada estrutura e, no caso da primeira estrutura de transmissão, um detector às cegas baseado no critério de mínima variância é proposto. Uma implementação adaptativa do tipo mínimos quadrados é apresentada e novos algoritmos de estimação de canal são propostos. / [en] This thesis addresses block CDMA (Code Division Multiple Access) transmission in frequency selective SISO (Single Input - Single Output) channels. Both multicarrier and single carrier transmission are considered with cyclic prefix and zero padding as guard interval. Blind multiuser detection based on the linearly constrained minimum variance criterion is investigated. Stochastic gradient and recursive least squares implementations are presented and new channel estimation algorithms are proposed. It is also discussed in this thesis block CDMA transmission in frequency selective MISO (Multiple Input - Single Output) channels, including, as in the SISO channel, the case of multicarrier and single carrier transmission with cyclic prefix and zero padding as guard interval. Two structures are proposed for transmission in this scenario, an analysis of the diversity gain for each type of structure is conducted and conditions for achieving the maximum diversity gain are identified. A detector based on the minimum mean square error criterion is implemented for each structure. Recursive least squares implementations are presented and new blind channel estimation algorithms are proposed.

[pt] Este trabalho descreve um processador de sinais em tempo real e o algoritmo de Bruun para o processamento da transformada rápida de Fourier. O hardware utiliza bancos de memória comutáveis entre si e processador do tipo bit-slide para atender ao requisito de tempo real. Embora projetado especificamente para executar o algoritmo de Bruun, permite qualquer tipo de processamento de sinais, sendo necessário apenas o desenvolvimento de software. / [en] This work describes a real time signal processor and Bruun s algorithm for the Fast Fourier Transform. Hardware employs switching banks of memories and a bit-slice processor to achieve real time processing. The sistem was designed specifically for the Bruun s algorithm, but it allows any type of signal processing, only software development being required.

[pt] Os sensores SQUID(Superconducting Quantum Interference Device)são os detentores mais sensíveis de fluxo magnético conhecidos atualmente.Devido à sua elevada sensibilidade, os Squids frequentemente necessitam ser acoplados aos chamados gradiômetros (conjunto de bobinas supercondutoras conectadas entre si de forma substrativa ) de modo a reduzir a contaminação do sinal por ruídos ambientais. A resposta do sensor ao campo magnético é fortemente dependente da geometria do gradiômetro, sendo portanto de grande relevância o desenvolvimento de um modelo analítico que permita a reprodução acurada dos efeitos do gradiômetro sobre o sinal de saída, e que também seja uma ferramenta auxiliar no projeto destes dispositivos, nas suas diversas configurações. Nesta Tese,propõe-se um novo modelo que tem como base métodos de processamento de sinais, considerando os gradiômetros como filtros espaciais multidimensionais, com campo magnético como entrada e o fluxo líquido como saída. São discutidas e comparadas as principais configurações gradiométricas encontradas na literatura e são realizados projetos para a detecção de campos magnéticos em uma aplicação usual de sensores SQUIDS. Também é estudada uma técnica de desconvulação, que permite obter o campo magnético ( o que se deseja medir ) a partir do conhecimento do fluxo líquido ( o que efetivamente é medido pelo Squid). / [en] The Superconducting Quantum Interference Device (squid) sensor is the most sensitive device available to detect magnetic flux.Due to its high sensitivity, SQUIDs are often coupled to gradiometers - a set superconducting coils connect in a subtractive way - in order to reduce environmental noise. Because the response of the sensor depends on the gradiometer geometry it is of great importance the development of an analytical model that accurately reproduces the gradiometer effects over the output signal and also helps in the design of such devices. A novel model based on signal processing methods is proposed in this Thesis, which considers gradiometers as multi-dimensional spatial filters with the magnetic field as input and the net magnetic flux as output. The main configurations found in the literature are compared and commented, and gradiometers are designed to detect magnetic field in a typical application of SQUID sensors.Moreover,it is studie the decovolution issue, which allows the obtainment of the magnetic field( what is to be measured in most cases )from flux measuresmentes (what is actully measured by SQUID sensors. / [es] Los sensores SQUID(Superconducting Quantum Interference Device)son los detentores más sensibles de flujo magnético conocidos actualmente. Por su elevada sensibilidad, los Squids necesitan ser frecuentemente acoplados a los llamados gradiómetros (conjunto de bobinas supercondutoras conectadas entre sí de forma substrativa) para reducir la contaminación de la señal por ruídos ambientales. La respuesta del sensor al campo magnético depende fuertemente de la geometría del gradiómetro. Es por ello que resulta de gran relevancia el desarrollo de un modelo analítico que permita la reprodución precisa de los efectos del gradiómetro sobre la señal de salida, y que también sea una herramienta auxiliar en el proyecto de estos dispositivos, en sus diversas configuraciones. En esta tesis se propone un nuevo modelo que tiene como base los métodos de procesamiento de señales, considerando los gradiómetros como filtros espaciales multidimensionales, con campo magnético como entrada y el flujo líquido como salida. Se discuten y comparan las principales configuraciones gradiométricas encontradas en la literatura así como proyectos para la detección de campos magnéticos en una aplicación usual de sensores SQUIDS. Tambiém se estudia una técnica de desconvulación, que permite obter el campo magnético (que se desea medir) a partir del conocimiento del flujo líquido (que efectivamente es medido por el Squid).

[pt] Os novos serviços de telecomunicações têm impulsionado o desenvolvimento de melhorias nos algoritmos de codificação de voz, devido à necessidade de se melhorar a qualidade da voz codificada, utilizando a menor taxa de transmissão possível. Esta dissertação analisa e propõem melhorias em um método para o ajuste de parâmetros LSFs de modo a torná- los mais precisos, minimizando as perdas no processo de interpolação de LSFs codificadas. Com isso, a percepção de qualidade da voz sintetizada na saída do decodificador é aumentada, sem que seja necessário aumento da taxa de transmissão. É apresentada de modo detalhado toda a dedução matemática do método citado. Para a avaliação de desempenho das melhorias propostas, o processo de ajuste é implementado em um codificador a taxas médias inferiores a 2 kb/s. Os resultados confirmam que é possível obter redução significativa nas medidas de distorção com a utilização do ajuste de LSFs. / [en] The new telecommunications services have been pushing forward the development of improvements in speech coding, because of the need to improve coded speech quality, using the smallest transmission rate possible. This thesis analyzes and proposes improvements in a method to adjust LSF parameters so they get more accurate, minimizing the losses in the coded LSFs interpolation process. With this, the synthesized speech perceptual quality in the decoder exit is increased, without having to increase the transmission rate. The mathematical deduction of the method is presented in a detailed way. To evaluate the performance of the proposed improvements, the adjust process is implemented in a speech coder with mean rates less than 2 kb/s. The results confirmed that is possible to obtain significant reduction in distortion measures using the adjustment of LSFs.

[pt] Este trabalho tem como objetivo analisar o problema das perdas por absorção dos dados de reflexão sísmica, bem como testar três métodos disponíveis na literatura para sua correção. Utilizamos a modelagem da absorção apresentada por Romanelli Rosa, com a noção de frequência instantânea, e analisamos os seguintes métodos de correção: a Compensação Q, o método de Varela et al. e o método de Duarte, que é um filtro recursivo. Observamos que o método de Duarte é computacionalmente mais rápido que os demais. Ainda assim, podemos utilizar a Transformada de Fourier para torná-lo mais rápido nos casos em que a recursão é interrompida em uma etapa M, menor que o número de amostras N do dado sísmico e maior que lnN. Por fim, testamos o desempenho dos métodos em uma linha de reflexão sísmica marítima da Bacia de Sergipe-Alagoas, fornecida pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). A linha foi reprocessada, com a correção das perdas por absorção aplicada antes do empilhamento, para cada método estudado. Para comparar os resultados, o dado também foi processado sem correção da absorção. Verificamos que houve um aumento da resolução das camadas geológicas de subsuperfície em todos os métodos testados em comparação com o dado sem correção, porém o método de Duarte mostrou-se mais rápido que os demais. / [en] This work aims at analyzing the problem of losses by absorption in seismic reflection data and test three correction methods available in the literature. We use the modeling of the absorption presented by Romanelli Rosa, with the concept of instantaneous frequency, and analyzed the following correction methods: Q compensation, Varela s method and Duarte s method, which is a recursive filter. We note that Duarte s method is computationally faster than the others. However, we can use the Fourier Transform to make it faster in cases where the recursion is interrupted at a step M, smaller than the number of samples N in the seismic data and greater than ln N. Finally, we test the performance of the methods in a marine seismic line in Sergipe-Alagoas Basin, provided by the Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). The line was reprocessed, with the correction of the losses by absorption applied before stacking, for each method studied. In order to compare the results, the data was also processed without correction of absorption. We observe an increase in the resolution of the geological subsurface in all methods tested in comparison with the data without correction. We also observe the computational advantage of Duarte s method.

[pt] A extração de parâmetros musicais de gravações de áudio a partir do processamento do sinal musical viabiliza uma série de aplicações importantes no campo de análise e classificação de peças musicais. A Harmonia é um importante aspecto da estrutura musical, fazendo da seqüência de acordes de uma peça uma informação extremamente relevante em sua análise e parte fundamental do próprio registro gráfico da música. Este trabalho discute os elementos envolvidos na transcrição de harmonia musical assim como as ferramentas matemáticas e de processamento de sinais adequadas a um método automático de análise e identificação de acordes, propondo um modelo para um sistema capaz de transcrever seqüências de acordes a partir de gravações de áudio comerciais. O sistema proposto analisa um sinal de áudio e retorna as cifras correspondentes aos acordes que melhor representam o sinal / [en] The extraction of musical parameters from audio recordings enables a series of important applications in the field of musical analysis and classification. Harmony is a major issue on music structure, making the chord sequence of a musical piece an extremely relevant information on its analysis and a fundamental part of the musical graphic register. This work discusses the elements involved in musical harmony transcription as well as the mathematical and signal processing tools suitable to build an automatic method for the analysis and identification of chords, proposing a model capable of transcribing chord sequences from commercial audio recordings. The proposed system analyzes an audio signal and returns the symbols corresponding to the chords that best fit the signal.

[pt] Independente da metodologia adotada para realizar análise de fácies sísmicas, a segmentação temporal e espacial da região do reservatório deve ser realizada cuidadosamente. A confiança no resultado da interpretação depende da complexidade do sistema geológico, da qualidade dos dados sísmicos, e da experiência do intérprete. Portanto, qualquer erro de interpretação pode levar a resultados incoerentes. Especialmente, a análise de fácies sísmicas utilizando formas de onda do sinal na região do reservatório é bastante sensível a ruídos de interpretação. Sabe-se que variações no conteúdo de freqüência dos traços sísmicos podem estar associadas às informações de refletividade da sub-superfície. Conseqüentemente, análises conjuntas em tempo - freqüência podem levar a formas não convencionais para a caracterização de reservatórios. Especificamente, esta tese propõe o uso das propriedades em tempo - freqüência, obtidas através do algoritmo de matching pursuit, e das singularidades detectadas e caracterizadas via transformada wavelet, como ferramenta para detecção de eventos sísmicos e para análise não supervisionada de fácies sísmicas quando associadas ao agrupamento dos mapas auto organizáveis de Kohonen. / [en] Independent of the adopted methodology to perform the seismic facies analysis, the geological oriented spatial and temporal segmentation of the reservoir region should be carefully done. Depending on the complexity of the reservoir system, seismic data quality, and the experience of the interpreter, the level of confidence in an interpretation can vary from very high to very low. Therefore, any interpretation error could lead to wrong or noisy results. Specially, when using seismic trace shapes, defined by the values of the seismic samples along each segmented trace, as the seismic input attributes to the chosen seismic facies algorithm. These facies analysis artifacts are introduced because seismic waveform in the reservoir delimited area changes quickly as a function of the interpretation, then waveforms with almost the same shape could be assigned to different classes due only to their different phases. It is known that variations of the frequency content of a seismic trace with time carry information about the properties of the subsurface reflectivity sequence. Consequently, seismic trace time- frequency analyses could provide an unconventional way to reservoir characterization. Specifically, in this work we propose to use the time-frequency properties of the atoms obtained after the matching pursuit signal representation and the singularities identified by wavelet transform, jointly with Self Organizing Maps as an unsupervised seismic facies analyses system.

[pt] Esta dissertação apresenta uma estratégia para desenvolver mecanismos de compressão de dados adquiridos por sensores, seguindo como inspiração o processo utilizado no formato JPG2000. A estratégia adota a abordagem das séries históricas dos dados sob o ponto de vista do processamento de sinais. Dada à natureza instável dos sensores é natural que ruídos sejam adicionados ao sinal original. Estes ruídos são detectados e tratados enquanto o sinal é suavizado e limpo, facilitando a análise, ao passo que em que componentes pouco relevantes são removidos ou aproximados, permitindo que o sinal seja comprimido com pouca perda de informação. / [en] This dissertation introduces a strategy to develop a compression method for sensor data inspired on the JPG2000 techniques. The strategy adopted processes data streams much in the same way as signal processing. Due to the unstable nature of sensor data, noise is added to the original signal. This noise is detected and treated while the signal is cleaned and smoothed, making it easier to analyze the data stream. Less relevant signal components are removed or approximated allowing the signal to be compressed with few information loss.