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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(情報学) / 甲第24937号 / 情博第848号 / 新制||情||142(附属図書館) / 京都大学大学院情報学研究科先端数理科学専攻 / (主査)教授 林 和則, 教授 青柳 富誌生, 准教授 寺前 順之介 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Informatics / Kyoto University / DFAM

Há um grande interesse hoje em desenvolver terminais viva-voz que permitam aos participantes de uma conversa à distância contarem com um bom grau de naturalidade e inteligibilidade. O objetivo deste trabalho é apresentar solução para dois impedimentos que surgem quando se deseja projetar um terminal viva-voz para ser utilizado em automóveis: o eco acústico resultante do acoplamento entre microfone e alto-falante do terminal; e o ruído ambiente produzido por exemplo pelo vento, pneus e motor do veículo. A solução proposta envolve o uso de filtros adaptativos e alterações no espectro do sinal de voz para minimizar os problemas mencionados. Os aspectos teóricos são abordados de forma breve, sem deixar no entanto que nenhum detalhe importante fique de fora. Uma implementação prática e eficiente em processador digital de sinais é um dos destaques do trabalho. / There is currently great motivation in developing hands-free devices which offer users, engaged in a telephone conversation, a good level of naturalness and intelligibility. In this work, the goal is to present a solution for two well-known problems that occur when designing a hands-free device for use in automobile environments: (1) the acoustic echo coupling between microphone and speaker, and (2) the background noise generated for example by wind, tires and vehicle engine. The proposed solution includes adaptive filtering techniques and modifications in the speech signal spectrum, in order to minimize the two problems above. Theoretical issues are briefly analyzed, however the author believes no relevant detail is kept out. Highlighted in the report is a practical and efficient implementation of the algorithms in a modern digital signal processor.

O fenômeno de detonação que ocorre em motores de combustão interna é uma restrição de desempenho para baixas emissões de poluentes, altas solicitações de torque (as quais resultariam em mais potência entregue pelo motor), economia de combustível e também é uma fonte de ruídos desagradáveis ao condutor do veículo. No Brasil, tal fenômeno pode ter ainda uma utilidade benéfica se identificado de forma leal, tendo em vista que a detonação é mais fácil de ocorrer com gasolina do que com álcool. Assim, a ocorrência de detonação pode ser um auxílio no gerenciamento otimizado da injeção, ignição, bem como pode possibilitar a identificação do tipo de combustível. Para isso, técnicas de processamento de sinais podem ser utilizadas para caracterizar tal fenômeno. Este trabalho tem como foco a identificação (ocorrência) e caracterização (intensidade e duração) do sinal de detonação utilizando filtragem adaptativa e estimadores de potência, onde o desempenho individual e combinado destes algoritmos é avaliado. Inicialmente, um modelo do sinal de detonação é proposto e amostras do sinal real são obtidas e com isso, mostra-se que as técnicas propostas rendem eficientes caracterizadores do fenômeno. / The knock phenomenon that happens in internal combustion engines is a constraint against performance in terms of low pollution rates, higher torque requests (which would imply higher delivered power by the engine), mileage as well as it is an annoying source of noise to the user. In Brazil, such phenomenon may be useful if identified accurately, due to the fact that knock has a higher likelihood to happen with gasoline than ethanol. Thus, the occurrence of knock may be a support in an optimized management of fuel injection and sparking time, as well as it may provide means to identify the fuel being used. In order to achieve such goal, signal processing techniques may be used for characterization of such phenomenon. This work has the focus of identifying (occurrence) and characterize (intensity and duration) of knock signal using adaptive filtering and power estimators, where the individual and combined performance are assessed. To begin with, a knock signal model is proposed as well as samples of the real signal are taken, with that, it is shown that the proposed techniques offer efficient detectors of the phenomenon.

Neste trabalho uma nova estratégia de combinação de filtros adaptativos é apresentada e estudada. Inspirada por esquemas incrementais e filtragem adaptativa cooperativa, a combinação convexa usual de filtros em paralelo e independentes é reestruturada como uma configuração série-cooperativa, sem aumento da complexidade computacional. Dois novos algoritmos são projetados utilizando Recursive Least-Squares (RLS) e Least-Mean-Squares (LMS) como subfiltros que compõem a combinação. Para avaliar a performance da estrutura incremental, uma análise de média quadrática é realizada. Esta é feita assumindo que os combinadores têm valores fixos, de forma a permitir o estudo da universalidade da estrutura desacoplada da dinâmica do supervisor. As simulações realizadas mostram uma boa concordância com o modelo teórico obtido. / In this work a new strategy for combination of adaptive filters is introduced and studied. Inspired by incremental schemes and cooperative adaptive filtering, the standard convex combination of parallel-independent filters is rearranged into a series-cooperative configuration, while preserving computational complexity. Two new algorithms are derived employing Recursive Least-Squares (RLS) and Least-Mean-Squares (LMS) algorithms as the component filters. In order to assess the performance of the incremental structure, tracking and steady-state mean-square analysis is derived. The analysis is carried out assuming the combiners are fixed, so that the universality of the new structure may be studied decoupled from the supervisor\'s dynamics. The resulting analytical model shows good agreement with simulation results.

Neste trabalho uma nova estratégia de combinação de filtros adaptativos é apresentada e estudada. Inspirada por esquemas incrementais e filtragem adaptativa cooperativa, a combinação convexa usual de filtros em paralelo e independentes é reestruturada como uma configuração série-cooperativa, sem aumento da complexidade computacional. Dois novos algoritmos são projetados utilizando Recursive Least-Squares (RLS) e Least-Mean-Squares (LMS) como subfiltros que compõem a combinação. Para avaliar a performance da estrutura incremental, uma análise de média quadrática é realizada. Esta é feita assumindo que os combinadores têm valores fixos, de forma a permitir o estudo da universalidade da estrutura desacoplada da dinâmica do supervisor. As simulações realizadas mostram uma boa concordância com o modelo teórico obtido. / In this work a new strategy for combination of adaptive filters is introduced and studied. Inspired by incremental schemes and cooperative adaptive filtering, the standard convex combination of parallel-independent filters is rearranged into a series-cooperative configuration, while preserving computational complexity. Two new algorithms are derived employing Recursive Least-Squares (RLS) and Least-Mean-Squares (LMS) algorithms as the component filters. In order to assess the performance of the incremental structure, tracking and steady-state mean-square analysis is derived. The analysis is carried out assuming the combiners are fixed, so that the universality of the new structure may be studied decoupled from the supervisor\'s dynamics. The resulting analytical model shows good agreement with simulation results.

Há um grande interesse hoje em desenvolver terminais viva-voz que permitam aos participantes de uma conversa à distância contarem com um bom grau de naturalidade e inteligibilidade. O objetivo deste trabalho é apresentar solução para dois impedimentos que surgem quando se deseja projetar um terminal viva-voz para ser utilizado em automóveis: o eco acústico resultante do acoplamento entre microfone e alto-falante do terminal; e o ruído ambiente produzido por exemplo pelo vento, pneus e motor do veículo. A solução proposta envolve o uso de filtros adaptativos e alterações no espectro do sinal de voz para minimizar os problemas mencionados. Os aspectos teóricos são abordados de forma breve, sem deixar no entanto que nenhum detalhe importante fique de fora. Uma implementação prática e eficiente em processador digital de sinais é um dos destaques do trabalho. / There is currently great motivation in developing hands-free devices which offer users, engaged in a telephone conversation, a good level of naturalness and intelligibility. In this work, the goal is to present a solution for two well-known problems that occur when designing a hands-free device for use in automobile environments: (1) the acoustic echo coupling between microphone and speaker, and (2) the background noise generated for example by wind, tires and vehicle engine. The proposed solution includes adaptive filtering techniques and modifications in the speech signal spectrum, in order to minimize the two problems above. Theoretical issues are briefly analyzed, however the author believes no relevant detail is kept out. Highlighted in the report is a practical and efficient implementation of the algorithms in a modern digital signal processor.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-23T20:59:51Z No. of bitstreams: 1 CharlesSilvaNahuz.pdf: 2149704 bytes, checksum: 650e374d99de26e3390d88bf0e7ac78a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-23T20:59:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CharlesSilvaNahuz.pdf: 2149704 bytes, checksum: 650e374d99de26e3390d88bf0e7ac78a (MD5) Previous issue date: 2016-03-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / In this paper, implemented a new lter similar to the LMS, but, with a coast function based in the sum of the error. As a result, we obtain a very simple function, producing a rapid convergence and a small mismatch when compared with the LMS algorithm and other algorithms. The adaptive lter is based on non-linear functions such as estimation of the gradient of a surface performance. We use the gradient algorithm to update the weights. this update is based on high-order statistics to obtain information about the signs involved in the process, in order to improve the performace of the adaptive lter. Derive the equations based on Taylor series of non-linear functions, to achieve the criteria that ensures their convergence. We also do a weight vector covariance study in steady state and determine the equations that calculate the time constants in an adaptive process. Here the algorithm proposed, which uses a cost function and were made simulacoes Monte Carlo with real signals to validate the theory presented. In this role the α coefficients have been optimized to provide increased stability and better performance in its convergence speed. / Neste trabalho, implementamos um novo filtro semelhante ao LMS, porém, com uma função de custo baseada na soma do erro. Como resultado, obtemos uma função bastante simples, produzindo uma rápida convergência e um pequeno desajuste quando comparado com o algoritmo LMS e com outros algoritmos. O filtro adaptativo é baseado em funções não lineares como estimativa do gradiente de uma superfície de desempenho. Utilizamos o gradiente do algoritmo para atualização dos pesos. Essa atualização baseia-se nas estatísticas de alta ordem para obtenção de informações sobre os sinais envolvidos no processo, com o objetivo de melhorar a performance do filtro adaptativo. As equações foram derivadas e baseadas em séries de Taylor das funções não lineares, para obtenção dos critérios que garante a sua convergência. Também fazemos um estudo da covariância do vetor peso em regime estacionário e determinamos as equações que calculam as constantes de tempo em um processo adaptativo. Apresentamos o algoritmo proposto, que utiliza uma função de custo onde foram feitas simulações de Monte Carlo com sinais reais para validar a teoria apresentada. Nessa função os coe cientes αk foram otimizados para dar maior estabilidade e melhor desempenho na sua velocidade de convergência.

This thesis has sought to provide another look at RF interference at the fundamental level. While previous interference control and regulation methods have existed in the literature, they were more focused on preventing the interference from happening. On the contrary, we have taken a different approach of correcting the interference once it has happened. This allows the transmitters to be more nonlinear, passive filter design to be eased, and receivers to be aware of interference problems. Under this unifying theme of building intelligent radios where receivers are more cognizant of the transmission environment, we have presented a number of architectures.

O fenômeno de detonação que ocorre em motores de combustão interna é uma restrição de desempenho para baixas emissões de poluentes, altas solicitações de torque (as quais resultariam em mais potência entregue pelo motor), economia de combustível e também é uma fonte de ruídos desagradáveis ao condutor do veículo. No Brasil, tal fenômeno pode ter ainda uma utilidade benéfica se identificado de forma leal, tendo em vista que a detonação é mais fácil de ocorrer com gasolina do que com álcool. Assim, a ocorrência de detonação pode ser um auxílio no gerenciamento otimizado da injeção, ignição, bem como pode possibilitar a identificação do tipo de combustível. Para isso, técnicas de processamento de sinais podem ser utilizadas para caracterizar tal fenômeno. Este trabalho tem como foco a identificação (ocorrência) e caracterização (intensidade e duração) do sinal de detonação utilizando filtragem adaptativa e estimadores de potência, onde o desempenho individual e combinado destes algoritmos é avaliado. Inicialmente, um modelo do sinal de detonação é proposto e amostras do sinal real são obtidas e com isso, mostra-se que as técnicas propostas rendem eficientes caracterizadores do fenômeno. / The knock phenomenon that happens in internal combustion engines is a constraint against performance in terms of low pollution rates, higher torque requests (which would imply higher delivered power by the engine), mileage as well as it is an annoying source of noise to the user. In Brazil, such phenomenon may be useful if identified accurately, due to the fact that knock has a higher likelihood to happen with gasoline than ethanol. Thus, the occurrence of knock may be a support in an optimized management of fuel injection and sparking time, as well as it may provide means to identify the fuel being used. In order to achieve such goal, signal processing techniques may be used for characterization of such phenomenon. This work has the focus of identifying (occurrence) and characterize (intensity and duration) of knock signal using adaptive filtering and power estimators, where the individual and combined performance are assessed. To begin with, a knock signal model is proposed as well as samples of the real signal are taken, with that, it is shown that the proposed techniques offer efficient detectors of the phenomenon.