<p>Ова докторска теза описује и анализира приступ развоју Це компајлера за<br />наменске процесоре. Такав компајлер захтева имплементацију посебних<br />техника и алгоритама, претежно специфичних за нерегуларне процесорске<br />архитектуре, да би генерисао ефикасан код, и при том је потребно да<br />испуњава индустријске стандарде по питању робустности, разумљивости<br />кода, могућности одржавања и проширивости. У ту сврху је предложена<br />нова компајлерска инфраструктура над којом је имплементиран компајлер<br />за Cirrus Coyote 32 ДСП. Квалитет генерисаног кода поређен је са<br />квалитетом кода генерисног од стране већ постојећег компајлера за тај<br />процесор. Уједно, одређени елементи организације компајлера су<br />упоређени са популарним компајлерима отвореног кода GCC и LLVM.</p> / <p>Ova doktorska teza opisuje i analizira pristup razvoju Ce kompajlera za<br />namenske procesore. Takav kompajler zahteva implementaciju posebnih<br />tehnika i algoritama, pretežno specifičnih za neregularne procesorske<br />arhitekture, da bi generisao efikasan kod, i pri tom je potrebno da<br />ispunjava industrijske standarde po pitanju robustnosti, razumljivosti<br />koda, mogućnosti održavanja i proširivosti. U tu svrhu je predložena<br />nova kompajlerska infrastruktura nad kojom je implementiran kompajler<br />za Cirrus Coyote 32 DSP. Kvalitet generisanog koda poređen je sa<br />kvalitetom koda generisnog od strane već postojećeg kompajlera za taj<br />procesor. Ujedno, određeni elementi organizacije kompajlera su<br />upoređeni sa popularnim kompajlerima otvorenog koda GCC i LLVM.</p> / <p>This PhD thesis describes and analyses an approach to development of C<br />language compiler for embedded processors. That kind of compiler requires<br />implementation of special techniques and algorithms, mostly specific for<br />irregular processor architectures, in order to be able to generate efficient<br />code, whereas still meeting industrial strength standard by beeing robust,<br />understandable, maintainable, and extensible. For this purpose the new<br />compiler insfrastructure is proposed and on top of it a compiler for Cirrus<br />Logic Coyote 32 DSP is built. Quality of the code generated by that compiler<br />is compared with code generated by the previous compiler for the same<br />processor architecture. Some elements of the compiler design are also<br />compared to popular open source compilers GCC and LLVM.</p>

Master of Science / Department of Computing and Information Sciences / William H. Hsu / Pitch detection and instrument identification can be achieved with relatively high accuracy when considering monophonic signals in music; however, accurately classifying polyphonic signals in music remains an unsolved research problem. Pitch and instrument classification is a subset of Music Information Retrieval (MIR) and automatic music transcription, both having numerous research and real-world applications. Several areas of research are covered in this thesis, including the fast Fourier transform, onset detection, convolution, and filtering. Basic music theory and terms are also presented in order to explain the context and structure of data used. The focus of this thesis is on the representation of musical signals in the frequency domain. Polyphonic signals with many different voices and frequencies can be exceptionally complex. This thesis presents a new model for representing the spectral structure of polyphonic signals: Uniform MAx Gaussian Envelope (UMAGE). The new spectral envelope precisely approximates the distribution of frequency parts in the spectrum while still being resilient to oscillating rapidly (noise) and is able to generalize well without losing the representation of the original spectrum. When subjectively compared to other spectral envelope methods, such as the linear predictive coding envelope method and the cepstrum envelope method, UMAGE is able to model high order polyphonic signals without dropping partials (frequencies present in the signal). In other words, UMAGE is able to model a signal independent of the signal’s periodicity. The performance of UMAGE is evaluated both objectively and subjectively. It is shown that UMAGE is robust at modeling the distribution of frequencies in simple and complex polyphonic signals. Combined classification (combiners), a methodology for learning large concepts, is used to simplify the learning process and boost classification results. The output of each learner is then averaged to get the final result. UMAGE is less accurate when identifying pitches; however, it is able to achieve accuracy in identifying instrument groups on order-10 polyphonic signals (ten voices), which is competitive with the current state of the field.

Dynamic Time Warping (DTW) é uma técnica do tipo pattern matching para reconhecimento de padrões de voz, sendo baseada no alinhamento temporal de um sinal com os diversos modelos de referência. Uma desvantagem da DTW é o seu alto custo computacional. Este trabalho apresenta uma versão da DTW que, utilizando a Transformada Wavelet Discreta (DWT), reduz a sua complexidade. O desempenho obtido com a proposta foi muito promissor, ganhando em termos de velocidade de reconhecimento e recursos de memória consumidos, enquanto a precisão da DTW não é afetada. Os testes foram realizados com alguns fonemas extraídos da base de dados TIMIT do Linguistic Data Consortium (LDC) / Dynamic TimeWarping (DTW) is a pattern matching technique for speech recognition, that is based on a temporal alignment of the input signal with the template models. One drawback of this technique is its high computational cost. This work presents a modified version of the DTW, based on the DiscreteWavelet Transform (DWT), that reduces the complexity of the original algorithm. The performance obtained with the proposed algorithm is very promising, improving the recognition in terms of time and memory allocation, while the precision is not affected. Tests were performed with speech data collected from TIMIT corpus provided by Linguistic Data Consortium (LDC).

Neste trabalho foi feita uma investigação sobre a realização de processamento de áudio digital em tempo real utilizando três dispositivos com características computacionais fundamentalmente distintas porém bastante acessíveis em termos de custo e disponibilidade de tecnologia: Arduino, GPU e Android. Arduino é um dispositivo com licenças de hardware e software abertas, baseado em um microcontrolador com baixo poder de processamento, muito utilizado como plataforma educativa e artística para computações de controle e interface com outros dispositivos. GPU é uma arquitetura de placas de vídeo com foco no processamento paralelo, que tem motivado o estudo de modelos de programação específicos para sua utilização como dispositivo de processamento de propósito geral. Android é um sistema operacional para dispositivos móveis baseado no kernel do Linux, que permite o desenvolvimento de aplicativos utilizando linguagem de alto nível e possibilita o uso da infraestrutura de sensores, conectividade e mobilidade disponível nos aparelhos. Buscamos sistematizar as limitações e possibilidades de cada plataforma através da implementação de técnicas de processamento de áudio digital em tempo real e da análise da intensidade computacional em cada ambiente. / This dissertation describes an investigation about real time audio signal processing using three platforms with fundamentally distinct computational characteristics, but which are highly available in terms of cost and technology: Arduino, GPU boards and Android devices. Arduino is a device with open hardware and software licences, based on a microcontroller with low processing power, largely used as educational and artistic platform for control computations and interfacing with other devices. GPU is a video card architecture focusing on parallel processing, which has motivated the study of specific programming models for its use as a general purpose processing device. Android is an operating system for mobile devices based on the Linux kernel, which allows the development of applications using high level language and allows the use of sensors, connectivity and mobile infrastructures available on devices. We search to systematize the limitations and possibilities of each platform through the implementation of real time digital audio processing techinques and the analysis of computational intensity in each environment.

As elevadas perdas existentes no setor elétrico tem causado preocupação nas empresas de distribuição, aliadas ainda a necessidade crescente de um desenvolvimento econômico sustentável. Neste cenário a calibração periódica dos instrumentos destinados a medição (entre eles os transformadores de instrumentos) tornam-se essenciais e tais procedimentos encontram-se previstos no novo modelo de operação do setor elétrico. Porém, as dificuldades logísticas e operacionais de transporte a laboratórios metrológicos credenciados dificultam a execução de tais serviços. As técnicas e métodos desenvolvidos nesse trabalho visam a implementação de uma unidade eletrônica capaz de aquisitar e processar dados provenientes de transformadores de instrumentos, de natureza indutiva (denominado de convencional) e ópticos, bem como seus subsistemas de apoio, como ferramentas de medição e calibração portátil, móvel, para execução dos serviços metrológicos in situ nos ambientes das subestações e cabines primárias. Estes serviços, apesar de estarem em estágio incipiente, são de extremo interesse para empresas de energia elétrica. Este projeto está baseado no estado da arte de componentes da eletrônica analógica e digital, onde destacam-se conversores analógico/digital (A/D), microprocessadores, osciladores, FPGA e técnicas computacionais para processamento digital de sinais. São apresentadas as formas de implementação tanto em hardware como em software para esta unidade eletrônica de forma a atender aos requisitos funcionais especificados e às normas do INMETRO e normas internacionais equivalentes para aplicações metrológicas. A validação é baseada em testes comparativos dos fasores na frequência fundamental dos sinais obtidos, analisando os valores de amplitude (para cálculo de erro de relação) e de fase ( para cálculo de erro de fase) entre transformadores ópticos e convencionais, sendo que estes últimos podem ser de referência ou não. / The high losses in the electricity sector have caused concern in distribution companies, together with the growing need for sustainable economic development. In this scenario the periodic calibration of instruments intended for measurement (including instrument transformers) become essential and such procedures are provided for in the new model of operation of the electric sector. However, the logistical and operational difficulties of transportation to accredited metrological laboratories make it difficult to perform such services. The techniques and methods developed in this work are aimed at the implementation of an electronic unit capable of acquiring and processing data from instrument transformers of an inductive (conventional) and optical nature, as well as its supporting subsystems, such as portable and mobile measuring and calibration tools for the execution of on-site metrological services in the substations and primary cabins. These services, although in an incipient stage, are of extreme interest to electric energy companies. This project is based on the state-of-the-art components of analog and digital electronics, including analog/digital (A/D) converters, microprocessors, oscillators, FPGA and computational techniques for digital signal processing. The forms of implementation in both hardware and software for this electronic unit are presented in order to meet the functional requirements specified and the standards of the Instituto Nacional de Metrologia (INMETRO) and equivalent international standards for metrological applications. The validation is based on comparative tests of the phasors at the fundamental frequency of the obtained signals, analyzing the amplitude (for ratio error calculation) and phase (for phase error calculation) between optical and conventional transformers, the last one can be reference or not.

Sabe-se que a relaxa&ccedil;&atilde;o de l&iacute;quidos em meios porosos envolve tr&ecirc;s mecanismos principais: relaxa&ccedil;&atilde;o bulk, relaxa&ccedil;&atilde;o de superf&iacute;cie e difus&atilde;o. Muitas vezes, os processos de relaxa&ccedil;&atilde;o de l&iacute;quidos confinados em meios porosos s&atilde;o dominados pelo processo de relaxa&ccedil;&atilde;o de superf&iacute;cie e difus&atilde;o do flu&iacute;do. No chamado regime de difus&atilde;o r&aacute;pida, a relaxa&ccedil;&atilde;o de um &uacute;nico poro &eacute; comandada por uma fun&ccedil;&atilde;o mono exponencial que depende, principalmente, da rela&ccedil;&atilde;o superf&iacute;cie-volume do poro, de modo que em um material poroso, isto &eacute;, contendo uma distribui&ccedil;&atilde;o ampla de tamanho de poros, o sinal de decaimento de magnetiza&ccedil;&atilde;o obtido por meio da resson&acirc;ncia magn&eacute;tica nuclear &eacute; formado pela soma de exponenciais com diferentes tempos de relaxa&ccedil;&atilde;o. O problema-chave abordado neste trabalho consiste, portanto, em obter por meio desse sinal de magnetiza&ccedil;&atilde;o a distribui&ccedil;&atilde;o dos tempos de relaxa&ccedil;&atilde;o que controlam o decaimento das fun&ccedil;&otilde;es mono-exponenciais. Matematicamente, esse sinal de decaimento de magnetiza&ccedil;&atilde;o pode ser descrito na forma geral de uma equa&ccedil;&atilde;o integral de Fredholm do primeiro tipo, cuja solu&ccedil;&atilde;o &eacute; um reconhecido problema inverso mal-posto. As abordagens utilizadas na tentativa de solucionar o problema s&atilde;o oriundas de uma &aacute;rea conhecida como processamento digital de sinais, e os seguintes m&eacute;todos s&atilde;o analisados e comparados neste trabalho: algoritmo dos m&iacute;nimos quadrados m&eacute;dios com restri&ccedil;&atilde;o de n&atilde;o negatividade (LMS-NN), algoritmo dos m&iacute;nimos quadrados m&eacute;dios com restri&ccedil;&atilde;o de n&atilde;o negatividade e regularizado (LMS-RNN), redes recorrentes de Hopfield e o j&aacute; bem conhecido na solu&ccedil;&atilde;o de problemas inversos mal-postos, o algoritmo dos m&iacute;nimos quadrados regularizado (LS-R). Os resultados obtidos no trabalho s&atilde;o bastante positivos, demonstrando que, al&eacute;m do LS-R, existem outras alternativas na solu&ccedil;&atilde;o do problema, que principalmente, permitem atestar as solu&ccedil;&otilde;es obtidas por qualquer um dos algoritmos. / It is known that the relaxation of liquids in porous media involves three principal mechanisms: bulk relaxation, surface relaxation, and diffusion. Relaxation processes of confined fluids in porous media are often controlled by surface relaxation process and diffusion. In the so-called fast diffusion regime, the relaxation of a single pore is governed by a mono-exponential function that depends primarily on the relation surface-volume of the pore, so that in a porous medium, i.e, in a medium which contains a wide distribution of pore sizes, the signal of magnetization decay obtained by nuclear magnetic resonance is composed by a sum of exponentials controlled by different relaxation times. The main issue discussed in this work consists in obtaining the distribution of relaxation times that controls the decay of the mono-exponential functions that comprise the magnetization signal. Mathematically this signal of magnetization decay can be generally described as a Fredholm integral equation of the first kind, whose solution is a recognized ill-posed inverse problem. The approaches adopted to try to solve the problem come from an area known as digital signal processing, and the following methods analyzed and compared are: non-negative least mean square algorithm (NN-LMS), regularized and nonnegative nleast mean square algorithm (RNN-LMS), recurrent Hopfield networks and regularized least square algorithm (R-LS), acknowledged in the solution of ill-posed inverse problems. The results obtained are very positive, and show that in addition to R-LS there are other alternatives in the solution of the problem, which mainly allow to attest the results achieved through any of the algorithms.

\"Ver o corpo humano por dentro\" sem a necessidade de intervenção cirurgica é objetivo que motivou a criação de diversos instrumentos como eletrocardiogramas, eletroencefalogramas, equipamentos de ressonância magnética e raio-X. Através daavaliação de imagens ou resultados numéricos, pode-se detectar patologias nos primeiros estágios, permitindo uma ação decisiva de especialistas médicos na cura destas. Especialistas da fala normalmente empregam instrumentos comovideolaringoscopia e videoestroboscopia para avaliar qualitativamente o comportamento da laringe e pregas vocais. Comprendendo que a voz transmite informações sobre alterações orgânicas ou funcionais nas estruturas de vocalização, este trabalhoapresenta um conjunto de medidas acústicas neste sinal que evidenciam alterações na periodicidade do movimento das cordas vocais e quantidade de ruído turbulento que atravessa a glote. A partir de avaliação estatística da capacidadedescriminatória destes índices acústicos e empregando-se redes neurais artificiais, define-se um método automático para identificação probabilística das patologias que afetam as estruturas da laringe. / \"To see the inside of the human body\" without the necessity of surgical intervention is the objective that motivates the conception of several instruments like electrocardiogram, electroencephalongram, magnetic resonance and X-ray equipments. Through the image analysis or numerical results, it is possible to identify pathologies, allowing a decisive action of physician specialists in cure of these. Voice specialists, normally, use instruments as videolaryngoscopy and videostroboscopy to assess the vocal folds and larynx comportment, qualitatively. Understanding that the voice transmits information upon functional or organic alterations in vocalization structures, this work presents a set of acoustic measurements, based on this signal, that evidences alterations on vocal folds movement periodicity and quantify of turbulent noise throught the glottis. From the statistic evaluation of discriminatory capacity of these acoustic indexes and using artificial neural networks, it defines an automatic method for the probabilistic identification of pathologies that affect the laryngeal structures.

Um tópico importante na análise de seqüências biológicas é a busca de genes, ou seja, a identificação de regiões codificantes de proteínas. Esta identificação permite a posterior procura de significado, descrição ou categorização biológica do organismo analisado. Atualmente, vários métodos combinam reconhecimento de padrões com conhecimento coletado de conjuntos de treinamento ou de comparações com banco de dados genômicos. Entretanto, a acurácia desses métodos está ainda longe do satisfatório. Novos métodos de processamento de seqüências de DNA e de identificação de genes podem ser criados através da busca por conteúdo (search-by-content). O padrão periódico de DNA em regiões codificantes de proteína, denominada periodicidade de três bases, vem sendo considerado uma propriedade dessas regiões. As técnicas de processamento digital de sinais fornecem uma base robusta para a identificação de regiões com periodicidade de três bases. Nesta dissertação, são apresentados um \\pipeline, os conceitos básicos da identificação genômica, e métodos de processamento digital de sinais utilizados para a identificação de regiões codificantes de proteínas. Introduzimos um novo método para a identificação dessas regiões, baseado na transformada proposta, denominada Transformada Modificada de Morlet. Apresentamos vários resultados experimentais obtidos a partir de seqüências de DNA sintéticas e reais. As principais contribuições do trabalho consistem no desenvolvimento de um pipeline para projetos genoma e na criação de um método de identificação de regiões codificantes onde a periodicidade de três bases seja latente. O método apresenta desempenho superior e vantagens importantes em comparação ao método tradicional baseado na transformada de Fourier de tempo reduzido. / An important topic in biological sequences analysis is gene finding, i.e. the identification of protein coding regions. This identification allows the posterior research for meaning, description or biological categorization of the analyzed organism. Currently, several methods combine pattern recognition with knowledge collected from training datasets or from comparison with genomic databases. Nonetheless, the accuracy of these methods is still far from satisfactory. New methods of DNA sequences processing and genes identification can be created through search-by-content such sequences. The periodic pattern of DNA in protein coding regions, called three-base periodicity, has been considered proper of coding regions. Digital signal processing techniques supply a strong basis for regions identification with three-base periodicity. In this work, we present a bioinformatics pipeline, basic concepts of the genomic identification and digital signal processing methods used for protein coding regions identification. We introduce a new method for identification of these regions, based on a newly proposed transform, called Modified Morlet Transform. We present some obtained experimental results from synthetic and real DNA sequences. The main contributions consist of the bioinformatics pipeline development for genoma projects and the creation of a method for protein coding regions identification where the three-base periodicity is latent. The method presents superior performance and important advantages in comparison to traditional method based on the short time Fourier transform.

As elevadas perdas existentes no setor elétrico tem causado preocupação nas empresas de distribuição, aliadas ainda a necessidade crescente de um desenvolvimento econômico sustentável. Neste cenário a calibração periódica dos instrumentos destinados a medição (entre eles os transformadores de instrumentos) tornam-se essenciais e tais procedimentos encontram-se previstos no novo modelo de operação do setor elétrico. Porém, as dificuldades logísticas e operacionais de transporte a laboratórios metrológicos credenciados dificultam a execução de tais serviços. As técnicas e métodos desenvolvidos nesse trabalho visam a implementação de uma unidade eletrônica capaz de aquisitar e processar dados provenientes de transformadores de instrumentos, de natureza indutiva (denominado de convencional) e ópticos, bem como seus subsistemas de apoio, como ferramentas de medição e calibração portátil, móvel, para execução dos serviços metrológicos in situ nos ambientes das subestações e cabines primárias. Estes serviços, apesar de estarem em estágio incipiente, são de extremo interesse para empresas de energia elétrica. Este projeto está baseado no estado da arte de componentes da eletrônica analógica e digital, onde destacam-se conversores analógico/digital (A/D), microprocessadores, osciladores, FPGA e técnicas computacionais para processamento digital de sinais. São apresentadas as formas de implementação tanto em hardware como em software para esta unidade eletrônica de forma a atender aos requisitos funcionais especificados e às normas do INMETRO e normas internacionais equivalentes para aplicações metrológicas. A validação é baseada em testes comparativos dos fasores na frequência fundamental dos sinais obtidos, analisando os valores de amplitude (para cálculo de erro de relação) e de fase ( para cálculo de erro de fase) entre transformadores ópticos e convencionais, sendo que estes últimos podem ser de referência ou não. / The high losses in the electricity sector have caused concern in distribution companies, together with the growing need for sustainable economic development. In this scenario the periodic calibration of instruments intended for measurement (including instrument transformers) become essential and such procedures are provided for in the new model of operation of the electric sector. However, the logistical and operational difficulties of transportation to accredited metrological laboratories make it difficult to perform such services. The techniques and methods developed in this work are aimed at the implementation of an electronic unit capable of acquiring and processing data from instrument transformers of an inductive (conventional) and optical nature, as well as its supporting subsystems, such as portable and mobile measuring and calibration tools for the execution of on-site metrological services in the substations and primary cabins. These services, although in an incipient stage, are of extreme interest to electric energy companies. This project is based on the state-of-the-art components of analog and digital electronics, including analog/digital (A/D) converters, microprocessors, oscillators, FPGA and computational techniques for digital signal processing. The forms of implementation in both hardware and software for this electronic unit are presented in order to meet the functional requirements specified and the standards of the Instituto Nacional de Metrologia (INMETRO) and equivalent international standards for metrological applications. The validation is based on comparative tests of the phasors at the fundamental frequency of the obtained signals, analyzing the amplitude (for ratio error calculation) and phase (for phase error calculation) between optical and conventional transformers, the last one can be reference or not.

Este trabalho tem a finalidade de analisar algumas técnicas de processamento do sinal mioelétrico, de forma a possibilitar uma posterior implementação de um circuito, que reconheça este sinal e apresente como saída um sinal de controle a ser utilizado em sistemas de reabilitação. Foram simuladas e avaliadas três técnicas de filtragem para o sinal mioelétrico, a fim de atenuar a interferência dos principais ruídos que corrompem este sinal. As técnicas avaliadas foram: filtragem digital clássica; cancelamento de ruído adaptativo e reconstrução do sinal por meio das componentes obtidas pela transformada wavelet. Também foi implementado e analisado um sistema simplificado de reconhecimento dos padrões para este sinal, realizado por meio de uma rede neural artificial, em que foi aplicado em sua entrada o próprio sinal mioelétrico e não suas características obtidas por processamentos matemáticos. Diante dos resultados obtidos os canceladores de ruído adaptativos apresentaram melhores resultados com relação às outras técnicas de filtragem. Apesar de não ter sido adequada para a filtragem, a transformada wavelet mostrou-se uma poderosa ferramenta de análise de sinais, em virtude da sua característica multiresolução. A técnica utilizada para reconhecer os padrões do sinal mostrou bons resultados com os sinais analisados. / This work has the purpose to analyze some techniques for myoelectric signal processing, towards a subsequent implementation of a circuit which can recognize this signal and present as output a control signal to be used in rehabilitation systems. Simulation and evaluation of three filtering techniques for the myoelectric signal were done in order to attenuate the main interferences of noises which corrupt this signal. The evaluated techniques were: classic digital filtering; adaptive noise cancelling and the signal reconstruction through the obtained components by the wavelet transform. A simplified system of pattern recognition for this signal also was implemented and analyzed, accomplished through an artificial neural network. The myoelectric signal itself was applied to the input instead of its characteristics obtained by mathematical processing. According to the results obtained the adaptive noise cancelling presented better results in comparison to the other filtering techniques. Despite not being adequate for filtering, the wavelet transform proved to be a powerful tool for signal analysis, by virtue of its multiresolution characteristics. The technique used to recognize the signal patterns has shown good results with the analyzed signals.