FERNANDES, C. A. R. Equalização adaptativa e autodidata de canais lineares e não-lineares utilizando o algoritmo do módulo constante. 2005. 148 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2005. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-04-01T18:18:00Z No. of bitstreams: 1 2005_dis_carfernandes.pdf: 5547282 bytes, checksum: 77994c65f5b763d55a23f162c2ba4bd2 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-04-06T17:03:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2005_dis_carfernandes.pdf: 5547282 bytes, checksum: 77994c65f5b763d55a23f162c2ba4bd2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-06T17:03:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2005_dis_carfernandes.pdf: 5547282 bytes, checksum: 77994c65f5b763d55a23f162c2ba4bd2 (MD5) Previous issue date: 2005-08-05 / This work studies and proposes algorithms to perform blind equalization of linear and nonlinear channels inspired on the Constant Modulus Algorithm (CMA). The CMA works very well for modulations in which all points of the signal constellation have the same radius, like in Phase Shift Keying (PSK) modulations. However, when the constellation points are characterized by multiple radii, like in Quadrature Amplitude Modulation (QAM) signals, the CMA does not work properly in many situations. Thus, the techniques proposed here are designed to improve the performance of the CMA, in terms of speed of convergence and residual error, when working with signals transmitted with multiple magnitude, in particular with QAM signals. As well as for the CMA, these techniques should have a good compromise among performance, complexity and robustness. To do so, the techniques use the last decided symbol to estimate reference radius to the output of the equalizer. In fact, they can be seen as modifi cations of the CMA and of some of its derivatives for constellations with multiple radii. The proposition of stochastic gradient algorithms is concluded with the development of new adaptive blind techniques to equalize channels with a Wiener structure. A Wiener fi lter consists of a linear block with memory followed by a memoryless nonlinearity, by using the CMA. We develop expressions for the adaptation of the equalizer using a unified notation for three diff erent equalizer filter structures: i) a Hammerstein filter, ii) a diagonal Volterra filter and iii) a Volterra fi lter. A theoretical analysis of the main proposed technique, the Decision Directed Modulus Algorithm (DDMA), is also done. We study the convergence and the stability of the DDMA by means of an analysis of the minima of the DDM cost function. We also develop an analytic expression for the Excess Mean Square Error (EMSE) provided by the DDMA in the noiseless case. Then, we nd some interesting relationships among the DDM, the CM and the Wiener cost functions. We also develop a class of normalized algorithms and a class of Recursive Least Squares (RLS)-type algorithms for blind equalization inspired on the CMA-based techniques studied. Each family is composed of four algorithms with desirable properties and advantages over the original CM algorithms, specially when working with high-level QAM signals. Normalized and RLS techniques for equalization of Wiener channels are also developed. The behavior of the proposed classes of algorithms discussed is tested by computational simulations. We verify that the proposed techniques provide signifi cative gains in performance, in terms of speed of convergence and residual error, when compared to the classical algorithms. / Este trabalho trata da proposição de algoritmos para equalização cega de canais lineares e nãao-lineares inspirados no Algoritmo do Módulo Constante (CMA). O CMA funciona de maneira bastante eficiente com constelações nas quais todos os pontos possuem a mesma amplitude, como em modulações do tipo Phase Shift Keying (PSK). Entretanto, quando os pontos da constelação podem assumir diferentes valores de amplitudes, como em modulações do tipo Quadrature Amplitude Modulation (QAM), o CMA e seus derivados muitas vezes não funcionam de forma satisfatória. Desta forma, as técnicas aqui propostas são projetadas para melhorar a performance do CMA em termos de velocidade de convergência e precisão, quando operando em sinais transmitidos com diversos módulos, em particular para a modulação QAM. Assim como o CMA, para possuir um bom apelo prático, essas técnicas devem apresentar bom compromisso entre complexidade, robustez e desempenho. Para tanto, as técnicas propostas utilizam o último símbolo decidido para definir uma estimação de raio de referência para a saída do equalizador. De fato, esses algoritmos podem ser vistos como generalizações do CMA e de alguns derivados do CMA para constelações com múltiplos raios. A proposição de algoritmos do tipo gradiente estocástico é concluída com o desenvolvimento de técnicas originais, baseadas no CMA, para equalização de canais do tipo Wiener, que consiste em um filtro linear com memória, seguido por um filtro não-linear sem memória. As expressões para a adaptação do equalizador são encontradas com o auxílio de uma notação unificada para três diferentes estruturas: i) um filtro de Hammerstein; ii) um filtro de Volterra diagonal; e iii) um filtro de Volterra completo. Um estudo teórico acerca do comportamento do principal algoritmo proposto, o Decision Directed Modulus Algorithm (DDMA) é realizado. São analisadas a convergência e a estabilidade do algoritmo através de uma análise dos pontos de mínimo de sua função custo. Outro objetivo é encontrar o valor teórico do Erro Médio Quadrático Médio em Excesso - Excess Mean Square Error (EMSE) fornecido pelo DDMA considerando-se o caso sem ruído. Ao final, é feito um estudo em que se constata que o algoritmo DDMA possui fortes ligações com a solução de Wiener e com o CMA. Versões normalizadas, bem como versões do tipo Recursive Least Squares (RLS), dos algoritmos do tipo gradiente estocástico estudados são também desenvolvidas. Cada família de algoritmos estudada fie composta por quatro algoritmos com algumas propriedades interessantes e vantagens sobre as técnicas clássicas, especialmente quando operando em sinais QAM de ordem elevada. Também são desenvolvidas versões normalizadas e do tipo RLS dos algoritmos do tipo CMA estudados para equalização de canais não-lineares. O comportamento de todas as famílias de algoritmos desenvolvidos é testado através de simulações computacionais, em que é verificado que as técnicas propostas fornecem ganhos significativos em desempenho, em termos de velocidade de convergência e erro residual, em relação às técnicas clássicas.

O problema de filtragem consiste em estimar o processo de difusão parcialmente observado, Xt, a partir do processo de observação, Yt, relacionado com o mesmo. No contexto de sistemas lineares com ruído Gaussiano, o filtro de Kalman e Bucy resolve o problema de filtragem. Para sistemas não lineares, de um modo em geral, as equações que descrevem a evolução da distribuição condicional de Xt, têm dimensão infinita. A partir das idéias de Clark, Davis, através de uma mudança da lei de probabilidade, simplificou a equação de ZakaY e obteve uma equação diferencial parcial para o problema de filtragem. A estimativa de mínimos quadrados obtida através dessa equação é robusta no sentido da continuidade da mesma em relação ao supremo da norma de Yt no espaço C[O, t]. O objetivo deste trabalho é estudar alguns métodos numéricos para resolver a equação robusta de filtragem. Os métodos de Diferenças Finitas, Galerkin e de Monte Carlo, em particular, são considerados com detalhes. A fim de permitir o uso desses métodos, aproximamos Xt por um processo absorvido na fronteira de uma região limitada R e determinamos a. fronteira dessa região. A avaliação do desempenho dos métodos numéricos é feita através de três exemplos: problema com sensor cúbico, problema com ruido multiplicativo e estimação de uma mensagem a partir de um sinal modulado em freqüência. Aspectos tais como capacidade de memória e tempo de execução são examinados nos exemplos apresentados.

This thesis is focused on two basic aspects of the Control Problem: the stochastic modelling of physical systems, and Monte Carlo-based numerical approximation of the nonlinear filtering problem solution. In the first topic this thesis concerns about clarifying some issues in the mathematical modeling of continuous-time systems with Brownian motion. The hypothesis that physical systems should be modelled in continuous-time approach is defended, once the main results in Physics provide solutions for dynamic systems via continuous-time differential equations. It was shown, recalling a main result from the 1960's that a physical system is represented by Fisk-Stratonovich stochastic differential equation, though Ito approach is better to manipulate the mathematical operations. The required conditions for implementing these equations in computers were also studied by using Euler-Maruyama and Milstein schemes of discretization. In the second topic a unified treatment of the available Monte Carlo methods solving the nonlinear filtering problem for continuous and discrete-time modelling is presented with sufficient emphasis on basic applications enabling the engineer to use results provided by the theory. This topic is branched in the study of the theory of nonlinear filtering problem in continuous and discrete-time approaches, and in the investigation of the aspects of Monte Carlo-based numerical solutions approximating unnormalized conditional expectations, as those given by the classical Kallianpur-Striebel formula and its derived robust representation. Investigations showed that the estimates obtained via numerical approximations of the robust representation, or pathwise filter, might accumulate errors when the observation makes this filter alternative equation unstable, a limitation of the method. Another result of this thesis refers to the implementation of Monte Carlo filters using Bayesian representation for discretized models. Although Monte Carlo methods are attractive due to their facility of parallelization, their main drawback is the degeneracy phenomenon of the particles. The traditional resampling scheme solves the problem, but it difficulties the parallelization of the algorithm. The restoration method was then proposed to move the particles towards higher regions in the likelihood function, given information about the model parameters. This open method, in some sense, might decrease the particles degeneracy.

Orientador: Prof. Dr. André Guilherme Ribeiro Balan / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, 2014. / A fotografia é uma atividade em grande crescimento e desenvolvimento, não apenas entre prossionais, mas também para a sociedade como um todo. Espera-se que a imagem tomada de uma determinada cena seja tão real quanto possível, e, por sua vez, que os equipamentos existentes sejam capazes de obter e visualizar essas imagens, o mais el possível da cena que está sendo registrada. O trabalho desenvolvido e apresentado nesta dissertação busca fazer o levantamento e estudo de técnicas que manipulem imagens HDR (High Dynamic Range), ou seja, imagens que possuem grande quantidade de informações da cena que representa, a m de torná-las visualizáveis com todos os detalhes nela contidos de maneira mais real possível ou de forma artística. A manipulação necessária para tais imagens é realizada por meio do mapeamento das imagens HDR para imagens LDR (Low Dynamic Range). O mapeamento das imagens HDR pode ser realizado com operadores de tone mapping e, como abordado nesta dissertação, com a decomposição multiescala. A decomposição multiescala oferece resultados de alta qualidade, tornando se um método de grande importância para o área de Processamento de Imagens, pelo fato de dividir a imagem de entrada em camadas e manipulá-las individualmente, para depois restaurá-la. Neste trabalho são avaliados métodos de ltragem não linear e operadores de tone mapping que melhor se adequam ao processo de decomposição multiescala e ao método de decomposição multiescala juntamente com a aplicação de compressão das camadas obtidas no processo de decomposição, a m de obter imagens reais com aprimoramento e destaque de seus detalhes. Adicionalmente, é proposto um novo operador de tone mapping local baseado no operador local de Reinhard, com as mesmas características e, com ajuste de parâmetro, que obtém resultados mais robustos que o operador local de Reinhard. Com isso, novos parâmetros ou métodos são propostos para aumentar a qualidade das imagens obtidas. / Photography is an activity in huge growth and development, not only among professionals, but also to society as a whole. It is expected that an image taken of a certain scene be as real as possible and, for its turn, that the existing equipment could obtain and visualize those images as accurately as the scene being recorded. The work developed and presented in this dissertation seeks to do a survey and a study of techniques which manipulate HDR (High Dynamic Range) images, in other words, of images that have large amount of information of a scene that is represented, in order to turn the images viewable with all the details they have as accurately as possible or in an artistic format. The required manipulation of those images is held by the mapping from HDR images to LDR (Low Dynamic Range) images. The HDR images mapping can be done with tone mapping operators and, as discussed in this dissertation, with the multiscale decomposition.The multiscale decomposition oers high quality results, being a method of great relevance to the Image Processing area, by the fact that it divides the input image in layers and manipulates these individually, to restore the image, after that. In this work, the non-linear lter methods and tone mapping operators that best t the multiscale decomposition process and multiscale decomposition method along with the application of layers compression, are evaluated to obtain real images with improvement and details highlighted. Besides that, a new tone mapping operator is proposed, based on the Reinhard local operator, with the same characteristics and with parameter settings, which gives more robust results than the Reinhard local operator. Thus, new parameters or methods are suggested to increase the obtained image quality.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Este trabalho trata da proposiÃÃo de algoritmos para equalizaÃÃo cega de canais lineares e nÃao-lineares inspirados no Algoritmo do MÃdulo Constante (CMA). O CMA funciona de maneira bastante eficiente com constelaÃÃes nas quais todos os pontos possuem a mesma amplitude, como em modulaÃÃes do tipo Phase Shift Keying (PSK). Entretanto, quando os pontos da constelaÃÃo podem assumir diferentes valores de amplitudes, como em modulaÃÃes do tipo Quadrature Amplitude Modulation (QAM), o CMA e seus derivados muitas vezes nÃo funcionam de forma satisfatÃria. Desta forma, as tÃcnicas aqui propostas sÃo projetadas para melhorar a performance do CMA em termos de velocidade de convergÃncia e precisÃo, quando operando em sinais transmitidos com diversos mÃdulos, em particular para a modulaÃÃo QAM. Assim como o CMA, para possuir um bom apelo prÃtico, essas tÃcnicas devem apresentar bom compromisso entre complexidade, robustez e desempenho. Para tanto, as tÃcnicas propostas utilizam o Ãltimo sÃmbolo decidido para definir uma estimaÃÃo de raio de referÃncia para a saÃda do equalizador. De fato, esses algoritmos podem ser vistos como generalizaÃÃes do CMA e de alguns derivados do CMA para constelaÃÃes com mÃltiplos raios. A proposiÃÃo de algoritmos do tipo gradiente estocÃstico à concluÃda com o desenvolvimento de tÃcnicas originais, baseadas no CMA, para equalizaÃÃo de canais do tipo Wiener, que consiste em um filtro linear com memÃria, seguido por um filtro nÃo-linear sem memÃria. As expressÃes para a adaptaÃÃo do equalizador sÃo encontradas com o auxÃlio de uma notaÃÃo unificada para trÃs diferentes estruturas: i) um filtro de Hammerstein; ii) um filtro de Volterra diagonal; e iii) um filtro de Volterra completo. Um estudo teÃrico acerca do comportamento do principal algoritmo proposto, o Decision Directed Modulus Algorithm (DDMA) à realizado. SÃo analisadas a convergÃncia e a estabilidade do algoritmo atravÃs de uma anÃlise dos pontos de mÃnimo de sua funÃÃo custo. Outro objetivo à encontrar o valor teÃrico do Erro MÃdio QuadrÃtico MÃdio em Excesso - Excess Mean Square Error (EMSE) fornecido pelo DDMA considerando-se o caso sem ruÃdo. Ao final, à feito um estudo em que se constata que o algoritmo DDMA possui fortes ligaÃÃes com a soluÃÃo de Wiener e com o CMA. VersÃes normalizadas, bem como versÃes do tipo Recursive Least Squares (RLS), dos algoritmos do tipo gradiente estocÃstico estudados sÃo tambÃm desenvolvidas. Cada famÃlia de algoritmos estudada fie composta por quatro algoritmos com algumas propriedades interessantes e vantagens sobre as tÃcnicas clÃssicas, especialmente quando operando em sinais QAM de ordem elevada. TambÃm sÃo desenvolvidas versÃes normalizadas e do tipo RLS dos algoritmos do tipo CMA estudados para equalizaÃÃo de canais nÃo-lineares. O comportamento de todas as famÃlias de algoritmos desenvolvidos à testado atravÃs de simulaÃÃes computacionais, em que à verificado que as tÃcnicas propostas fornecem ganhos significativos em desempenho, em termos de velocidade de convergÃncia e erro residual, em relaÃÃo Ãs tÃcnicas clÃssicas. / This work studies and proposes algorithms to perform blind equalization of linear and nonlinear channels inspired on the Constant Modulus Algorithm (CMA). The CMA works very well for modulations in which all points of the signal constellation have the same radius, like in Phase Shift Keying (PSK) modulations. However, when the constellation points are characterized by multiple radii, like in Quadrature Amplitude Modulation (QAM) signals, the CMA does not work properly in many situations. Thus, the techniques proposed here are designed to improve the performance of the CMA, in terms of speed of convergence and residual error, when working with signals transmitted with multiple magnitude, in particular with QAM signals. As well as for the CMA, these techniques should have a good compromise among performance, complexity and robustness. To do so, the techniques use the last decided symbol to estimate reference radius to the output of the equalizer. In fact, they can be seen as modifications of the CMA and of some of its derivatives for constellations with multiple radii. The proposition of stochastic gradient algorithms is concluded with the development of new adaptive blind techniques to equalize channels with a Wiener structure. A Wiener filter consists of a linear block with memory followed by a memoryless nonlinearity, by using the CMA. We develop expressions for the adaptation of the equalizer using a unified notation for three different equalizer filter structures: i) a Hammerstein filter, ii) a diagonal Volterra filter and iii) a Volterra filter. A theoretical analysis of the main proposed technique, the Decision Directed Modulus Algorithm (DDMA), is also done. We study the convergence and the stability of the DDMA by means of an analysis of the minima of the DDM cost function. We also develop an analytic expression for the Excess Mean Square Error (EMSE) provided by the DDMA in the noiseless case. Then, we nd some interesting relationships among the DDM, the CM and the Wiener cost functions. We also develop a class of normalized algorithms and a class of Recursive Least Squares (RLS)-type algorithms for blind equalization inspired on the CMA-based techniques studied. Each family is composed of four algorithms with desirable properties and advantages over the original CM algorithms, specially when working with high-level QAM signals. Normalized and RLS techniques for equalization of Wiener channels are also developed. The behavior of the proposed classes of algorithms discussed is tested by computational simulations. We verify that the proposed techniques provide significative gains in performance, in terms of speed of convergence and residual error, when compared to the classical algorithms.

Submitted by Kamila Costa (kamilavasconceloscosta@gmail.com) on 2015-06-11T20:01:02Z No. of bitstreams: 1 Dissertação-Daily D de O Rodrigues.pdf: 2391223 bytes, checksum: 06b57d0d17da9e4844b2d8482ac25cb0 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-15T18:06:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação-Daily D de O Rodrigues.pdf: 2391223 bytes, checksum: 06b57d0d17da9e4844b2d8482ac25cb0 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-15T18:08:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação-Daily D de O Rodrigues.pdf: 2391223 bytes, checksum: 06b57d0d17da9e4844b2d8482ac25cb0 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-15T18:08:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação-Daily D de O Rodrigues.pdf: 2391223 bytes, checksum: 06b57d0d17da9e4844b2d8482ac25cb0 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / The enhancement of underwater images in applications in the area of Amazonian rivers has been increasingly required and needs further study especially where the rivers have high turbidity and low light. There is increasingly demand for automatic enhancement methods to carry out monitoring of fauna and flora intensive rivers, as well as for the maintenance of pipelines and underwater cables. The enhancement methods specified, developed and validated for using in the rivers of the Amazonia are faced with the problem of imaging quality. The research related to underwater am environments of the Amazon has to dead with high turbidity of the water, caused mainly due to particles in suspension and interaction of light with the environment. The underwater images extraction with satisfiable visibility of the environments of Amazonian rivers has become extremely indispensable and relevant, given that there are natural treasures still unexplored into the depths of these rivers, as well as there is need to maintain the underwater part of the transportation system gas LPG (Liquefied Petroleum Gas) Coari-Manaus. Given this promising scenario, this study aims to improve these images by applying techniques of enhancement using nonlinear filters, which promote the minimization of the light interaction characteristics with the environment, loss of contrast and color in images extracted from turbid underwater environments. The method was experimentally validated with images acquired from simulations of underwater scenes and images acquired in outdoor underwater environments. The proposed method is compared to two other techniques of highlighting or enhancement of images. As in this study, these techniques also require a single image as input. The results return images with enhanced visual quality, considering a large set of experiments with simulation data and real outdoors scenes. / O realce de imagens subaquáticas em aplicações na região dos rios amazônicos é cada vez mais requisitado e carece de um estudo mais aprofundado especialmente nos casos em que os rios apresentam alto índice de turbidez e baixa luminosidade. Estes rios têm demandado cada vez mais métodos de realce automáticos que realizem o monitoramento de sua fauna e flora, bem como manutenção de dutos e cabos subaquáticos. Os métodos de realce especificados, desenvolvidos e validados para uso nos rios da região, se deparam com o problema da qualidade de captação de imagens. As pesquisas relacionadas aos ambientes subaquáticos da Amazônia são prejudicadas pelo alto nível de turbidez de suas águas, causadas principalmente devido às partículas em suspensão e à interação da luz com o meio. A extração de imagens subaquáticas de visibilidade adequada aos ambientes dos rios amazônicos em geral, tem se demonstrado imprescindível e relevante, haja vista que, existem tesouros naturais ainda inexplorados nas profundezas desses rios. Por outro lado, verifica-se a necessidade de manutenção da parte subaquática do sistema de transporte de gás GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) Coari-Manaus. Diante deste cenário promissor, este trabalho objetiva a melhoria dessas imagens através da aplicação de técnicas de realce com uso de filtros não lineares, que promovam a minimização das características da interação da luz com o meio, perda de contraste e cores em imagens extraídas de ambientes subaquáticos turvos. O método proposto é comparado a duas outras técnicas de realce ou melhoria de imagens que, como neste trabalho, também requerem uma única imagem como entrada. Os resultados obtidos retornam imagens com melhor qualidade visual, considerando-se um grande conjunto de experimentos realizados com dados de simulação e cenas reais obtidas em ambientes externos.