Η διπλωματική εργασία μου ασχολείται με την αφαίρεση θορύβου από Ηλεκτροκαρδιογράφημα(ΗΚΓ), με σκοπό τη καθαρότερη λήψη του σήματος για διαγνωστικούς σκοπούς. Ο θόρυβος στο ΗΚΓ προέρχεται από διάφορες πηγές, είτε τεχνικές, είτε φυσιολογικές. Η αφαίρεσή του είναι ουσιαστικής σημασίας. Στόχος της εργασίας αυτής είναι η παράθεση των κυρίων μεθόδων αφαίρεσης θορύβου από ΗΚΓ και του τρόπου λειτουργίας τους, καθώς και η παράθεση παραδειγμάτων από την πρόσφατη βιβλιογραφία. / --

In the current dissertation an implementation of shared memory abstraction on top of contemporary multi-core and many-core clusters has taken place. The results of the presented research effort are mainly depicted in the implementation of the cluster middleware platform Pleiad. Pleiad is a Java-based prototype that incorporates best practices from the field of distributed shared memory systems and also includes some prototype characteristics. Next we review briefly the main results and contributions of the current dissertation: • e presented middleware, Pleiad, is characterized by a highly modular design. Moreover, contrast to most other related efforts, which are usually bound to a specific implementation of consistency, Pleiad has the infrastructure to incorporate many implementations for a certain mechanism and can even interchange such implementations during runtime. • Reference implementations are offered for the relaxed consistency models of Lazy Release Consistency (LRC) and Scope Consistency (ScC). Pleiad is the first Javabased middleware to incorporate implementations for both protocols. • In the current dissertation is taking place one of the few evaluations on a cluster that is supplied with low-power processors (Intel Atom) and thus can be thought as a characteristic case of embedded oriented multi-core clusters. • In the current dissertation one of the first implementations of shared memory abstraction on top of GPU clusters is presented. Shared memory abstraction is evaluated under two schemes. On the first scheme shared memory programming with GPU clusters is achieved under a hybrid combination of the first commercial implementation of OpenMP for clusters, the Intel Cluster OpenMP, and the CUDA platform. e evaluated scheme is the first evaluation of OpenMP and CUDA in the context of GPU clusters. e second scheme involves the enhancement of Pleiad in order to support utilization of GPU clusters. Such implementation is one of the few unified implementation of a shared memory abstraction programming environment that • For the moment there is no establishment of available and widely used benchmarks or application codes that utilize multiple GPUs, either on a cluster or a single node. us, among the thesis contributions is considered the evaluation of shared memory abstraction with real application codes, since the few related systems either have used simple kernels or have been evaluated on a single node. • Specifically, in the current thesis applications from two characteristic domains, computational fluid dynamics (CFD) and data clustering, have been implemented and evaluated using GPU clusters and single GPUs. In the first case, a computationally intensive CDF code that operates on structured grids has been accelerated on a GPU cluster, while a simulation that manipulates unstructured grid has been accelerated in the context of a single GPU and demonstrates its potential for GPU cluster acceleration. Accordingly, a partitional data clustering algorithm is accelerated using shared memory abstraction on GPU clusters and a preliminary implementation of a hierarchical data clustering algorithm on GPUs is described. / -

Στην παρούσα διπλωματική αναπτύχθηκε μια μέθοδος ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων για ακουστικά σήματα συμβατή με πραγματικού χρόνου επεξεργασία. Αρχικά έγινε περίληψη των λειτουργιών των επεξεργαστών ειδικού σκοπου. Έγινε μελέτη της ανάλυσης στο πεδίο της συχνότητας καθώς και της συνάρτησης συνεκτικότητας. Για τους σκοπούς της διπλωματικής υλοποιήθηκε αλγόριθμος αφαίρεσης θορύβου από σήματα ομιλίας που αξιοποιεί την συνάρτηση συνεκτικότητας και χρησιμοποιεί είσοδο από δύο μικρόφωνα. Ο αλγόριθμος αυτός υλοποιήθηκε και δοκιμάστικε σε μη-πραγματικό χρόνο σε μαθηματικό λογισμικό , καθώς και σε πραγματικό χρόνο σε επεξεργαστή ειδικού σκοπού. / In this thesis, a method of digital signal processing for acoustic signals was developed, compatible with real-time processing. At first, a review of the operations that special purpose digital signal processors feature. We also studied the frequency domain analysis and the coherence function in depth. For the purposes of this thesis an algorithm of noise reduction from speech signals was implemented, that exploits the coherence function and takes two microphone signals as inputs. The algorithm was implemented offline in a mathematical software, as well as real time in a special purpose digital signal processor.

Στο πείραμα των μικροσυστοιχιών, η απόκτηση εικόνας συνοδεύεται πάντα από θόρυβο, ο οποίος είναι έμφυτος σε τέτοιου είδους διεργασίες. Είναι λοιπόν επιτακτική ανάγκη να χρησιμοποιηθούν τεχνικές προς καταστολή αυτού. Στην παρούσα εργασία αναλύονται μέθοδοι και παρουσιάζονται τα αποτελέσματά τους σε 5 επιλεγμένα παραδείγματα. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στο wavelet denoising και συγκεκριμένα στους αλγορίθμους soft thresholding, hard thresholding και stationary wavelet transform. / The subject of this diploma thesis is the manufacturing of a driver assistance system. Robust and reliable vehicle detection from images acquired by a moving vehicle (i.e., on road vehicle detection) is an important problem with applications to driver assistance systems and autonomous, self-guided vehicles. The focus of this diploma is on the issues of feature extraction and classification for rear-view vehicle detection. Specifically, by treating the problem of vehicle detection as a two-class classification problem, we have investigated several different feature extraction methods such as wavelets and Gabor filters. To evaluate the extracted features, we have experimented with two popular classifiers, neural networks and support vector machines (SVMs).

This thesis presents novel signal processing algorithms for speech and music dereverberation. The proposed algorithms focus on blind single-channel suppression of late reverberation; however binaural and semi-blind methods have also been introduced. Late reverberation is a particularly harmful distortion, since it significantly decreases the perceived quality of the reverberant signals but also degrades the performance of Automatic Speech Recognition (ASR) systems and other speech and music processing algorithms. Hence, the proposed deverberation methods can be either used as standalone enhancing techniques or implemented as preprocessing schemes prior to ASR or other applied systems. The main dereverberation method proposed here is a blind dereverberation technique based on perceptual reverberation modeling has been developed. This technique employs a computational auditory masking model and locates the signal regions where late reverberation is audible, i.e. where it is unmasked from the clean signal components. Following a selective signal processing approach, only such signal regions are further processed through sub-band gain filtering. The above technique has been evaluated for both speech and music signals and for a wide range of reverberation conditions. In all cases it was found to minimize the processing artifacts and to produce perceptually superior clean signal estimations than any other tested technique. Moreover, extensive ASR tests have shown that it significantly improves the recognition performance, especially in highly reverberant environments. / Η διατριβή αποτελείται από εννιά κεφάλαια, δύο παραρτήματα καθώς και την σχετική βιβλιογραφία. Είναι γραμμένη στα αγγλικά ενώ περιλαμβάνει και ελληνική περίληψη. Στην παρούσα διατριβή, αναπτύσσονται μεθόδοι ψηφιακής επεξεργασίας σήματος για την αφαίρεση αντήχησης από σήματα ομιλίας και μουσικής. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι καλύπτουν ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών αρχικά εστιάζοντας στην τυφλή (“blind”) αφαίρεση για μονοκαναλικά σήματα. Στοχεύοντας σε πιο ειδικά σενάρια χρήσης προτείνονται επίσης αμφιωτικοί αλγόριθμοι αλλά και τεχνικές που προϋποθέτουν την πραγματοποίηση κάποιας ακουστικής μέτρησης. Οι αλγόριθμοι επικεντρώνουν στην αφαίρεση της καθυστερημένης αντήχησης που είναι ιδιαίτερα επιβλαβής για την ποιότητα σημάτων ομιλίας και μουσικής και μειώνει την καταληπτότητα της ομιλίας. Επίσης, επειδή αλλοιώνει σημαντικά τα στατιστικά των σημάτων, μειώνει σημαντικά την απόδοση συστημάτων αυτόματης αναγνώρισης ομιλίας καθώς και άλλων αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας ομιλίας και μουσικής. Έτσι οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι μπορούν είτε να χρησιμοποιηθούν σαν αυτόνομες τεχνικές βελτίωσης της ποιότητας των ακουστικών σημάτων είτε να ενσωματωθούν σαν στάδια προ-επεξεργασίας σε άλλες εφαρμογές. Η κύρια μέθοδος αφαίρεσης αντήχησης που προτείνεται στην διατριβή, είναι βασισμένη στην αντιληπτική μοντελοποίηση και χρησιμοποιεί ένα σύγχρονο ψυχοακουστικό μοντέλο. Με βάση αυτό το μοντέλο γίνεται μία εκτίμηση των σημείων του σήματος που η αντήχηση είναι ακουστή δηλαδή που δεν επικαλύπτεται από το ισχυρότερο σε ένταση καθαρό από αντήχηση σήμα. Η συγκεκριμένη εκτίμηση οδηγεί σε μία επιλεκτική επεξεργασία σήματος όπου η αφαίρεση πραγματοποιείται σε αυτά και μόνο τα σημεία, μέσω πρωτότυπων υβριδικών συναρτήσεων κέρδους που βασίζονται σε δείκτες αντικειμενικής και υποκειμενικής αλλοίωσης. Εκτεταμένα αντικειμενικά και υποκειμενικά πειράματα δείχνουν ότι η προτεινόμενη τεχνική δίνει βέλτιστες ποιοτικά ανηχωικές εκτιμήσεις ανεξάρτητα από το μέγεθος του χώρου.

Σκοπός της εργασίας είναι η διερεύνηση των γλωσσικών χαρακτηριστικών στα κειμενικά είδη που εμφανίζονται στα σχολικά εγχειρίδια της Ιστορίας και της Βιολογίας του γυμνασίου, με βάση το θεωρητικό πλαίσιο και τη μεθοδολογία της Συστημικής Λειτουργικής Γλωσσολογίας (ΣΛΓ). Συγκεκριμένα, αναλύονται οι λεξικoγραμματικοί πόροι και τα σημασιολογικά χαρακτηριστικά σε είκοσι τέσσερα συνολικά κείμενα από τα σχολικά εγχειρίδια. Η έρευνα εστιάζει στις διαδικασίες και τους μετέχοντες (σύστημα μεταβιβαστικότητας), στη λεξική πυκνότητα, στην τροπικότητα, στη γραμματική μεταφορά (ιδίως στην ονοματοποίηση), στην χρονικότητα και την αιτιότητα και στις συνδετικές σχέσεις. Οι διαφοροποιήσεις του λόγου των ανθρωπιστικών και φυσικών επιστημών, η αφαίρεση και η τεχνικότητα, και τα σύνδρομα χαρακτηριστικών που χαρακτηρίζουν τα κειμενικά είδη, εξετάζονται σε συσχέτιση και με τα ευρήματα συναφών ερευνών που έχουν γίνει τόσο στην Ελλάδα όσο και διεθνώς (κυρίως στην Αυστραλία). Όπως προκύπτει από την ανάλυση των αποτελεσμάτων, τα χαρακτηριστικά αυξάνονται από τη μία τάξη στην άλλη και εντοπίζονται διαφορές στα δύο αντικείμενα. Η ανασυγκρότηση της γνώσης απαιτεί από τα παιδιά του γυμνασίου εξοικείωση με τις γραμματικές μορφές της γραπτής γλώσσας και του τρόπου που αναπτύσσονται στα κειμενικά είδη στα διάφορα μαθήματα. Επιπλέον, προτείνεται η συστηματικότερη ανάλυση και προσαρμογή των εργαλείων της ΣΛΓ στην ελληνική γλώσσα, δεδομένου ότι έχει εφαρμοστεί κατά κύριο λόγο στην αγγλική, και, τέλος, γίνονται κάποιες προεκτάσεις στην εκπαίδευση και τον γραμματισμό με γνώμονα μια ισονομιστική και χειραφετητική γνώση. / The purpose of this study is to investigate the language of genres in History and Biology school textbooks in early secondary school (gymnasio), within the frame of systemic functional linguistics (SFL). More specifically, our aim is to analyze the lexicogrammar and semantics of twenty four texts from school textbooks. The study focuses on processes and participants (system of transitivity), lexical density, modality, grammatical metaphor (especially nominalization), temporality, causality and conjunctive relations. Differences in discourse of humanities and natural sciences, technicality and abstraction, and the co-occurrence (syndromes) of characteristics in different genres are considered in relation with the findings of relevant Greek and international researches. According to data analysis, there is an increasing tension from lower to higher grade and some differences between the two subject areas. The reconstruction of knowledge demands from early secondary pupils familiarization with grammatical forms of written language and with the way that they are deployed in school genres. Furthermore, it is suggested more specific analysis and adaptation of SFL tools in Greek language, given that they have implemented basically in English, and, finally, our remarks are extended to education and literacy under the rule of equal opportunities and emancipative knowledge.

Το Πι-κριτήριο των Bittanti et al. (1973) έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς σε εφαρμογές με στόχο την πρόβλεψη ενδεχόμενης βελτίωσης της απόδοσης ενός μη γραμμικού συστήματος υπό περιοδική είσοδο. Το κριτήριο όμως έχει τοπική ισχύ και περιορίζεται σε περιοδικές διαταραχές μικρού πλάτους. Η παρούσα εργασία αναπτύσσει μια μέθοδο προσδιορισμού διορθώσεων υψηλότερης τάξης στο πι-κριτήριο, προερχόμενη από βασικά αποτελέσματα της θεωρίας κεντρικής πολλαπλότητας (Center Manifold theory). Η προτεινόμενη μέθοδος βασίζεται στην επίλυση της μερικής διαφορικής εξίσωσης της κεντρικής πολλαπλότητας με χρήση δυναμοσειρών. Το τελικό αποτέλεσμα της προτεινόμενης προσέγγισης είναι ο κατά προσέγγιση υπολογισμός του δείκτη απόδοσης υπό μορφή σειράς, η οποία παρέχει ακριβή αποτελέσματα σε μεγαλύτερα εύρη. Η προτεινόμενη μέθοδος εφαρμόζεται σε έναν συνεχή αντιδραστήρα πλήρους ανάδευσης (CSTR), όπου στόχος είναι η μεγιστοποίηση της παραγωγής του επιθυμητού προϊόντος. Κατασκευάστηκε αλγόριθμος που προβλέπει την μόνιμη κατάσταση στην οποία καταλήγει ένα σύστημα απομάκρυνσης αζώτου που αποτελείται από αντιδραστήρα εμβολικής ροής και δεξαμενή δευτεροβάθμιας καθίζησης με ανακύκλωση. Με χρήση υπολογιστικού μοντέλου βασιζόμενο στο ASM3 υπολογίστηκαν οι μόνιμες καταστάσεις αυτού του συστήματος για ένα εύρος καταστάσεων λειτουργίας. Βρέθηκαν οι βέλτιστες τιμές των βαθμών ελευθερίας για την ελαχιστοποίηση του συνολικού αερισμού και για την ελαχιστοποίηση του συνολικού αζώτου στην απορροή. Και στις δύο περιπτώσεις στις βέλτιστες μόνιμες καταστάσεις παρατηρήθηκε έκπλυση των Nitrobacter δηλαδή παράκαμψη της παραγωγής των νιτρικών. / The frequency-dependent Pi criterion of Bittanti et al. (1973) has been used extensively in applications to predict potential performance improvement under periodic forcing in a nonlinear system. The criterion, however, is local in nature and is limited to periodic forcing functions of small magnitude. The present work develops a method to determine higher-order corrections to the pi criterion, derived from basic results of Center Manifold theory. The proposed method is based on solving the Center Manifold partial differential equation via power series. The end result of the proposed approach is the approximate calculation of the performance index in the form of a series expansion, which provides accurate results under larger amplitudes. The proposed method is applied to a continuous stirred tank reactor, where the yield of the desired product must be maximized. An algorithm was constructed, that predicts the steady state of a nitrogen removal system consisting of a plug flow reactor and a secondary clarifier with recycle. Using a numerical model based on ASM3 and a grid of degrees of freedom, the steady states of this system were calculated. The optimal values for minimizing the total aeration were found, as well as those for minimizing the total nitrogen exit flow. In both cases the Nitrobacter bacteria were washed out thus indicating the bypassing of nitrate production.

Η κατασκευή συστημάτων τομογραφίας του ανθρώπινου ιστού τα οποία θα χρησιμοποιούν το υπέρυθρο φάσμα ακτινοβολίας αποτελεί σημαντική προοπτική για τη δημιουργία νέων ιατρικών διαγνωστικών μεθόδων. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν είναι η μικρή διεισδυτική ικανότητα και ο υψηλός βαθμός απορρόφησης και σκέδασης που παραμορφώνει ισχυρά την ακτινοβολία που διαδίδεται μέσα από τον ανθρώπινο ιστό. Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής, μελετήθηκε το πρόβλημα του εντοπισμού της θέσης των αγγείων σε ψηφιακές φωτογραφίες του ανθρώπινου δακτύλου που έχουν ληφθεί στο υπέρυθρο φάσμα. Για τον σκοπό αυτό αναπτύχθηκε μεγάλος αριθμός πρωτότυπων μεθόδων κανονικοποίησης της φωτεινότητας της εικόνας, μη-γραμμικής ενίσχυσης της αντίθεσης, αφαίρεσης των γραμμών δακτυλικών αποτυπωμάτων, εντοπισμού του προτύπου ή δικτύου αγγείων και βελτίωσης του προτύπου των αγγείων χρησιμοποιώντας μεθόδους μαθηματικής μορφολογίας. Συνοπτικά στην παρούσα διδακτορική διατριβή προτάθηκαν και εξετάσθηκαν διαφορετικές πρωτότυπες μέθοδοι και αλγόριθμοι με επίβλεψη ή χωρίς επίβλεψη για την εξαγωγή του προτύπου αγγείων από υπέρυθρες εικόνες του ανθρώπινου δακτύλου καθώς και διαφορετικές πρωτότυπες μέθοδοι και αλγόριθμοι χωρίς επίβλεψη για την εξαγωγή του δικτύου αγγείων από αμφιβληστροειδικές εικόνες του ανθρώπινου οφθαλμού. Επίσης, η ερευνητική προσπάθεια επικεντρώθηκε στην βελτίωση των εικόνων που λαμβάνονται από το προτεινόμενο σύστημα απόκτησης εικόνων, γεγονός το οποίο οδήγησε στην ανάπτυξη πρωτότυπων μεθόδων προ-επεξεργασίας και τη μετέπειτα βελτίωση των αρχικών αποτελεσμάτων κατάτμησης που προκύπτουν από την εφαρμογή των μεθόδων ή αλγορίθμων κατάτμησης προτύπου αγγείων, γεγονός το οποίο οδήγησε στην ανάπτυξη πρωτότυπων μεθόδων μετά-επεξεργασίας. / The construction of tomographic systems of human tissue which use the infrared spectrum of radiation constitutes an important capability of making new medical diagnostic methods. One of the most crucial problems which must be resolved is the low penetrating ability and the high degree of absorption and scattering which strongly distort the radiation that pass through the human tissue. In this thesis, the problem of the extraction of finger vein pattern from infrared images of finger and the similar problem of retinal vessel tree segmentation were studied. Moreover, the problem of shading and non-uniform illumination correction was also studied in images which suffer from the above problems either due to imperfect set-up of the image acquisition system or due to the interaction between objects and illumination on the scene. In this thesis, existing algorithms were improved and novel algorithms were developed. Both vein pattern extraction algorithms and shading and non-uniform illumination correction algorithms were proposed. The proposed methods include novel preprocessing modules for intensity normalization, elimination of fingerprint lines, non linear contrast enhancement using spatial information, and shading and non uniform illumination correction. The vein pattern extraction was performed using ten novel methods that use structural classification methods, spatial derivatives information and fuzzy set theory. The effectiveness of the proposed methods and algorithms was evaluated both on real and artificial images distorted by different types of noise and different signal to noise ratios. The majority of the methods present satisfactory accuracy on the detection of vein network, something happens due to the successful collaboration between the preprocessing methods and the vein pattern extraction methods. In addition, the problem of improving the vein network extraction accuracy was successfully handled using advanced postprocessing methods based on binary mathematical morphology. Finally, in this thesis two novel methods for retinal vessel segmentation were proposed and evaluated. They also compared with the most important methods have already been presented in the literature and one of them achieved the best experimental results from all the unsupervised methods evaluated in the publicly available DRIVE database.

Στην παρούσα εργασία επιχειρείται η εφαρμογή αλγορίθμων αποθορυβοποίησης σε σήματα μουσικής και η εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την απόδοση αυτών ανά μουσικό είδος. Η κύρια επιδίωξη είναι να αποσαφηνιστούν τα βασικά προβλήματα της ενίσχυσης ήχων και να παρουσιαστούν οι διάφοροι αλγόριθμοι που έχουν αναπτυχθεί για την επίλυση των προβλημάτων αυτών. Αρχικά γίνεται μία σύντομη εισαγωγή στις βασικές έννοιες πάνω στις οποίες δομείται η τεχνολογία ενίσχυσης ομιλίας. Στην συνέχεια εξετάζονται και αναλύονται αντιπροσωπευτικοί αλγόριθμοι από κάθε κατηγορία τεχνικών αποθορυβοποίησης, την κατηγορία φασματικής αφαίρεσης, την κατηγορία στατιστικών μοντέλων και αυτήν του υποχώρου. Για να μπορέσουμε να αξιολογήσουμε την απόδοση των παραπάνω αλγορίθμων χρησιμοποιούμε αντικειμενικές μετρήσεις ποιότητας, τα αποτελέσματα των οποίων μας δίνουν την δυνατότητα να συγκρίνουμε την απόδοση του κάθε αλγορίθμου. Με την χρήση τεσσάρων διαφορετικών μεθόδων αντικειμενικών μετρήσεων διεξάγουμε τα πειράματα εξάγοντας μια σειρά ενδεικτικών τιμών που μας δίνουν την ευχέρεια να συγκρίνουμε είτε τυχόν διαφοροποιήσεις στην απόδοση των αλγορίθμων της ίδιας κατηγορίας είτε διαφοροποιήσεις στο σύνολο των αλγορίθμων. Από την σύγκριση αυτή γίνεται εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων σχετικά με τον προσδιορισμό των παραμέτρων κάθε αλγορίθμου αλλά και με την καταλληλότητα του κάθε αλγορίθμου για συγκεκριμένες συνθήκες θορύβου και για συγκεκριμένο μουσικό είδος. / This thesis attempts to apply Noise Reduction algorithms to signals of music and draw conclusions concerning the performance of each algorithm for every musical genre. The main aims are to clarify the basic problems of sound enhancement and present the various algorithms developed for solving these problems. After a brief introduction to basic concepts on sound enhancement we examine and analyze various algorithms that have been proposed at times in the literature for speech enhancement. These algorithms can be divided into three main classes: spectral subtractive algorithms, statistical-model-based algorithms and subspace algorithms. In order to evaluate the performance of the above algorithms we use objective measures of quality, the results of which give us the opportunity to compare the performance of each algorithm. By using four different methods of objective measures to conduct the experiments we draw a set of values that facilitate us to make within-class algorithm comparisons and across-class algorithm comparisons. From these comparisons we can draw conclusions on the determination of parameters for each algorithm and the appropriateness of algorithms for specific noise conditions and music genre.