[pt] O número de coeficientes dos filtros de detecção adaptativos usados nos receptores em sistemas CDMA e igual ao ganho de processamento usado no sistema. Assim, quando o valor deste ganho e grande os filtros adaptativos apresentam problemas de convergência lenta além de grande complexidade computacional. Problema similar ocorre na estimação/detecção de sinais em sistemas UWB uma vez que o grande numero de percursos do canal, faz com que as quantidades a serem estimadas tenham um elevado número de elementos, requerendo com o uso de técnicas convencionais o processamento de conjuntos com um numero bastante elevado de amostras, com consequente aumento significativo de custo computacional total do receptor. Esta dissertação enfoca uma técnica de processamento com redução de posto promovida por meio de dois estágios iniciais, o estágio de interpolação e o estágio de decimação, na qual, dado o padrão de decimação escolhido, os coeficientes do filtro interpolador são otimizados de forma independente do filtro de detecção. Dois algoritmos foram desenvolvidos para o dimensionamento do filtro interpolador, o primeiro e baseado na maximização da razão sinal desejado-ruído na saída do estágio de redução de posto, e o segundo maximiza a razão sinal desejado-ruído mais interferência na saída do estágio de redução de posto. Os métodos de posto reduzido examinados reduzem a dimensão do vetor de observação de acordo com o fator de decimação escolhido, redução esta bastante relevante, por exemplo para esquemas de equalização/detecção que tem custo computacional quadrático com a dimensão do vetor de observação como os receptores MMSE-RLS implementados nas aplicações. / [en] The number of coefficients of the adaptive detection filters used in CDMA receivers is usually larger than the processing gain used in the system. Thus, when the value of this gain is high the adaptive filters suffer from slow convergence and high computational complexity. A similar problem occurs with the estimation/signal detection in UWB systems. The large number of channel paths common in such systems causes the quantities to be estimated to have a large number of elements, which requires, with conventional techniques, the processing of sets with large number of samples, thus resulting in a significant increase in the total computational cost of the receiver. This work focuses on a reduced-rank technique that is implemented through two phases, interpolation and decimation, in which given the decimation pattern chosen, the coefficients of the interpolator filter are optimized independently of the detection filter. Two algorithms are developed for the design of the interpolator filter. The first one is based on the maximization of the desired signal to noise ratio at the output of the reduced rank stage and the second considers the maximization of the desired signal to noise-plus-interference ratio at the output of the reduced rank stage. In general, the proposed reduced rank methods reduce the size of the observation vector according to the value set to the so called decimation factor. This reduction can have a significant impact on the complexity of equalization/detection algorithms that, for instance, have a quadratic increase of the computational cost with the size of the observation vector, as the RLS receivers implemented in the considered applications.

[pt] Esta dissertação tem por objetivo estudar um método para aproximação de dados esparços multivariados denominado o método Mínimos Quadrados Móveis por Aproximações Iteradas (Iterated Approximate Moving Least-Square Approximation – IAMLA). Este método é baseado no método de interpolação por funções de base radial (RBF) e no método de aproximação AMLS. Mas diferentemente do método RBF, ele não requer a solução de um sistema de equações lineares. O método IAMLS no limite converge para o interpolante RBF sob certas condições. / [en] The objective of this work is to study an approximation method for multivariate sparse data named Iterated Approximate Moving Least Square Approximation – IAMLS. This method is based on the Radial Basis Functions (RBF) interpolation method and on the AMLS approximation method. Differently from the RBF interpolation method, the IAMLS does not requires to solve a system of linear equations. The IAMLS method converges to the RBF interpolant under some conditions.

[pt] O sistema SPEC (Speech Predictive Encoding Communication) é um método de redução de faixa que emprega técnicas de interpolação (digital) de voz. As diferenças entre os valores estimados e atuais das amostras do sinal de voz são comparadas, em um Processador, com um limiar, que pode ser fixo ou proveniente de uma tabela. O valor estimado utilizado na comparação é o do instante anterior, o que pode ser considerado como uma predição de ordem zero. O propósito principal deste trabalho é a investigação do efeito do uso de preditores de ordem superior para estimar amostras no sistema SPEC. Paralelamente, é investigado o desempenho do sistema com um Processador, no qual as diferenças entre os valores estimados e atuais das amostras são ordenadas de acordo com suas magnitudes. Assim, são transmitidas as amostras que correspondem às maiores diferenças não-comprimidas, diminuindo a degradação. / [en] The SPEC system (Speech Predictive Encoding Communication), is a bandwidth reduction method, which employs digital speech interpolation techniques. The differences between the estimated and present values of the samples of speech signals are compared, in a Processor, with a threshold which can be fixed or derived from a table. The estimated value used in the comparison is the one of the previous instant, which can be considered as a zero-order prediction. The main purpose of this work is the investigation of the effect of the use of higher order predictors to estimate samples in the SPEC system. At the same time, the system performance with a Processor where the differences between the estimated and the present values of the samples are ordered according to their magnitude is investigated. With this Processor, the samples corresponding to the greater non-compressed differences are transmitted, which contributes to minimize the system overload noise.

[pt] Muitos problemas reais em modelagem computacional requerem o uso de aproximação de funções. Em alguns casos a função a ser avaliada no computador é muito complexa, portanto seria desejável que ela fosse substituída por uma função mais simples e mais eficiente de ser calculada. Para fazer isso, calcula-se o valor da função escalar f em um conjunto de N pontos {x1, x2, . . . , XN}, onde x(i) (pertence a) R(n), e faz-se uma estimativa dos valores dessa função f em qualquer outro ponto através de um método de interpolação. Um método de interpolação é qualquer procedimento que toma um conjunto de restrições e determina uma boa função que satisfaça essas condições. O método de interpolação de Shepard originalmente calcula o valor estimado dessa função num ponto qualquer x (pertence a) R(N) como uma média ponderada dos valores da função original nas N amostras dadas. Sendo que o peso para cada amostra x(i) é função das potências negativas das distâncias euclidianas entre os pontos x e x(i). Os núcleos K: R(N) × R(N) (EM) R são funções que correspondem ao produto interno no espaço de Hilbert F da imagem dos pontos x e z por uma função phi (conjunto vazio) : R(N) (EM) F, ou seja K(x, z) = < phi (conjunto vazio) (x), phi (conjunto vazio) (z) >. Na prática, as funções núcleos representam implicitamente o mapeamento feito pela função phi (conjunto vazio) , ou seja, se define qual núcleo usar e não qual phi (conjunto vazio) usar. Esse trabalho propõe uma modificação do método de interpolação de Shepard que é uma simples substituição no método original: ao invés de usar a distância euclidiana entre os pontos x e xi sugere-se usar a distância entre as imagens dos pontos x e x(I) por phi (conjunto vazio) no espaço de Hilbert F, que pode ser calculada diretamente com o uso da função núcleo K. Os resultados mostram que essa pequena modificação gera resultados melhores quando comparados com o método de Shepard original. / [en] Several real problem in computational modeling require function approximations. In some cases, the function to be evaluated in the computer is very complex, so it would be nice if this function could be substituted by a simpler and efficient one. To do so, the function f is sampled in a set of N pontos {x1, x2, . . . , xN}, where x(i) (is an element of) R(n), and then an estimate for the value of f in any other point is done by an interpolation method. An interpolation method is any procedure that takes a set of constraints and determines a nice function that satisfies such conditions. The Shepard interpolation method originally calculates the estimate of F(x) for some x (is an element of) R(n) as a weighted mean of the N sampled values of f. The weight for each sample xi is a function of the negative powers of the euclidian distances between the point x and xi. Kernels K : R(n) ×R(n) (IN) R are functions that correspond to an inner product on some Hilbert space F that contains the image of the points x and z by a function phi (the empty set) : R(n) (IN) F, i.e. k(x, z) =< phi (the empty set) (x), phi (the empty set) (z) >. In practice, the kernels represent implicitly the mapping phi (the empty set), i.e. it is more suitable to defines which kernel to use instead of which function phi (the empty set). This work proposes a simple modification on the Shepard interpolation method that is: to substitute the euclidian distance between the points x and xi by a distance between the image of these two point by phi (the empty set) in the Hilbert space F, which can be computed directly with the kernel k. Several tests show that such simple modification has better results when compared to the original method.

[pt] A codificação distribuída de vídeo é um novo paradigma de codificação de vídeo que permite explorar a estatística da fonte apenas no decodificador. Nesse cenário, duas fontes correlatadas são independentemente codificadas usando codificadores distintos e os fluxos binários associados a cada uma são conjuntamente decodificados, explorando a correlação entre eles. A resiliência a erros é uma importante funcionalidade deste novo paradigma uma vez que a tradicional malha de predição no codificador e a propagação de erros associada a esta malha não existe ao não se explorar a correlação do sinal no codificador. Desta forma, esta tese tem como objetivo apresentar uma nova arquitetura de codificação distribuída de vídeo, desenvolvendo e analisando algoritmos mais eficientes para a mesma, reduzindo, desta forma, o gap de desempenho quando comparado aos sistemas tradicionais de codificação de vídeo [68]. Assim, o codec proposto nesta tese proporcionou: a otimização da arquitetura DVC (Distributed Vídeo Coding), o desenvolvimento de novas ferramentas para a geração da informação lateral, a inclusão de um módulo de medida de correlação entre quadros para auxiliar na decodificação, a utilização de um processo de quantização Wyner-Ziv variável, a opção de uma codificação parcial de bitplanes, uma modelagem do canal de correlação baseada na estimação de parâmetros em nível de banda e de coeficientes da transformada DCT (Discrete Cosine Transform), a inclusão de um módulo de normalização da informação lateral e o desenvolvimento de um código de canal mais adequado à arquitetura proposta. / [en] Distributed video coding is a new video coding paradigm that allows exploiting the source statistics at the decoder only. In this scenario, two correlated sources are independently encoded using separated encoders and the bit streams associated to each one are jointly decoded exploiting the correlation between them. Improved error resilience is another major functionality of this new video coding paradigm since the usual encoder prediction loop and the associated error propagation do not exist anymore, because the signal correlation is not explored in the encoder. Therefore, this thesis aims to present a new architecture for distributed video coding, analyzing and developing more efficient algorithms for it, thus reducing the gap in performance when it is compared to traditional video coding [68]. Therefore, the codec proposed in this thesis provided: a DVC architecture optimization; the development of new tools for side information generation process; inclusion of a module for measuring correlation between frames in order to assist in the Wyner-Ziv frame reconstruction; the use of a Wyner-Ziv variable quantization process; the option of partial coding of bitplanes; a correlation channel model based on the estimation of parameters in band and DCT coefficient levels; an inclusion of a normalization stage to the side information; and the development of a channel code more appropriate to the proposed architecture.

Neste trabalho de tese, foi estudada a perda de energia de íons de Be, B e O incidindo em direção aleatória e ao longo dos canais axiais <100> e <110> do Si. Os intervalos de energia nos quais as medidas experimentais foram realizadas variaram entre 0,5 e 10 MeV para Be, entre 0,23 e 9 MeV para B e entre 0,35 e 15 MeV para O. Posteriormente, o efeito do “straggling” (flutuação estatística da perda de energia) nas medidas em direção aleatória também foi analisado, para íons de Be e O, nas regiões de energia entre 0,8 e 5 MeV e 0,35 e 13,5 MeV, respectivamente. As medidas relacionadas à perda de energia em direção aleatória e ao “straggling” em função da energia dos íons foram realizadas combinando-se a técnica de retroespalhamento Rutherford (RBS) ao emprego de amostras de Si implantadas com marcadores de Bi. Os resultados relativos à perda de energia ao longo dos canais <100> e <110> do Si em função da energia dos íons foram obtidos através de medidas de RBS canalizado feitas em amostras tipo SIMOX (Separated by IMplanted OXygen). A perda de energia foi calculada teoricamente, através de três abordagens diferentes: a) a Aproximação de Convolução Unitária (UCA); b) o método não-linear baseado na seção de choque de transporte e na regra da soma de Friedel estendida (TCS-EFSR); c) a teoria binária. A combinação dos cálculos UCA com os resultados experimentais para a perda de energia canalizada de Be, B e O em Si permitiu isolar a contribuição do efeito Barkas para a perda de energia. Essa contribuição mostrou ser bastante grande, chegando a 45% do valor das outras contribuições para o caso do Be, 40% para o caso do B e 38% para o caso do O. Esses resultados são comparáveis aos previamente obtidos no Laboratório de Implantação Iônica da UFRGS para íons de He e Li. As teorias TCS-EFSR e binária permitiram o cálculo do efeito Barkas para a perda de energia devida aos elétrons de valência. Os resultados teóricos e experimentais para a contribuição Barkas total e relativa foram comparados e analisados em função da carga média e da energia dos íons para as energias de 300, 400, 500 e 700 keV/uma. O acordo teórico-experimental é razoável para as energias mais baixas, melhorando com o aumento da energia dos íons incidentes.

Neste trabalho de tese, foi estudada a perda de energia de íons de Be, B e O incidindo em direção aleatória e ao longo dos canais axiais <100> e <110> do Si. Os intervalos de energia nos quais as medidas experimentais foram realizadas variaram entre 0,5 e 10 MeV para Be, entre 0,23 e 9 MeV para B e entre 0,35 e 15 MeV para O. Posteriormente, o efeito do “straggling” (flutuação estatística da perda de energia) nas medidas em direção aleatória também foi analisado, para íons de Be e O, nas regiões de energia entre 0,8 e 5 MeV e 0,35 e 13,5 MeV, respectivamente. As medidas relacionadas à perda de energia em direção aleatória e ao “straggling” em função da energia dos íons foram realizadas combinando-se a técnica de retroespalhamento Rutherford (RBS) ao emprego de amostras de Si implantadas com marcadores de Bi. Os resultados relativos à perda de energia ao longo dos canais <100> e <110> do Si em função da energia dos íons foram obtidos através de medidas de RBS canalizado feitas em amostras tipo SIMOX (Separated by IMplanted OXygen). A perda de energia foi calculada teoricamente, através de três abordagens diferentes: a) a Aproximação de Convolução Unitária (UCA); b) o método não-linear baseado na seção de choque de transporte e na regra da soma de Friedel estendida (TCS-EFSR); c) a teoria binária. A combinação dos cálculos UCA com os resultados experimentais para a perda de energia canalizada de Be, B e O em Si permitiu isolar a contribuição do efeito Barkas para a perda de energia. Essa contribuição mostrou ser bastante grande, chegando a 45% do valor das outras contribuições para o caso do Be, 40% para o caso do B e 38% para o caso do O. Esses resultados são comparáveis aos previamente obtidos no Laboratório de Implantação Iônica da UFRGS para íons de He e Li. As teorias TCS-EFSR e binária permitiram o cálculo do efeito Barkas para a perda de energia devida aos elétrons de valência. Os resultados teóricos e experimentais para a contribuição Barkas total e relativa foram comparados e analisados em função da carga média e da energia dos íons para as energias de 300, 400, 500 e 700 keV/uma. O acordo teórico-experimental é razoável para as energias mais baixas, melhorando com o aumento da energia dos íons incidentes.

Neste trabalho de tese, foi estudada a perda de energia de íons de Be, B e O incidindo em direção aleatória e ao longo dos canais axiais <100> e <110> do Si. Os intervalos de energia nos quais as medidas experimentais foram realizadas variaram entre 0,5 e 10 MeV para Be, entre 0,23 e 9 MeV para B e entre 0,35 e 15 MeV para O. Posteriormente, o efeito do “straggling” (flutuação estatística da perda de energia) nas medidas em direção aleatória também foi analisado, para íons de Be e O, nas regiões de energia entre 0,8 e 5 MeV e 0,35 e 13,5 MeV, respectivamente. As medidas relacionadas à perda de energia em direção aleatória e ao “straggling” em função da energia dos íons foram realizadas combinando-se a técnica de retroespalhamento Rutherford (RBS) ao emprego de amostras de Si implantadas com marcadores de Bi. Os resultados relativos à perda de energia ao longo dos canais <100> e <110> do Si em função da energia dos íons foram obtidos através de medidas de RBS canalizado feitas em amostras tipo SIMOX (Separated by IMplanted OXygen). A perda de energia foi calculada teoricamente, através de três abordagens diferentes: a) a Aproximação de Convolução Unitária (UCA); b) o método não-linear baseado na seção de choque de transporte e na regra da soma de Friedel estendida (TCS-EFSR); c) a teoria binária. A combinação dos cálculos UCA com os resultados experimentais para a perda de energia canalizada de Be, B e O em Si permitiu isolar a contribuição do efeito Barkas para a perda de energia. Essa contribuição mostrou ser bastante grande, chegando a 45% do valor das outras contribuições para o caso do Be, 40% para o caso do B e 38% para o caso do O. Esses resultados são comparáveis aos previamente obtidos no Laboratório de Implantação Iônica da UFRGS para íons de He e Li. As teorias TCS-EFSR e binária permitiram o cálculo do efeito Barkas para a perda de energia devida aos elétrons de valência. Os resultados teóricos e experimentais para a contribuição Barkas total e relativa foram comparados e analisados em função da carga média e da energia dos íons para as energias de 300, 400, 500 e 700 keV/uma. O acordo teórico-experimental é razoável para as energias mais baixas, melhorando com o aumento da energia dos íons incidentes.

[pt] O Marching Cubes 33 proposto por Chernyaev é um dos primeiros algoritmos de extração de isosuperfície destinados a preservar a topologia do interpolante trilinear. Neste trabalho, abordamos três problemas no algoritmo do Marching Cubes 33, dois dos quais estão relacionados com a sua descrição original. Em particular, resolvemos um problema no procedimento para resolver ambiguidades interiores do Marching Cubes 33, que impede que a isosuperfície seja extraída corretamente para o caso ambíguo 13.5. O algoritmo Marching Cubes é considerado simples, robusto e com baixo custo computacional, características que contribuíram para torná-lo popular entre os algoritmo de extração de isosuperfícies. Porém no que se refere a qualidade da triangulação da malha resultante, não raramente observamos um grande número de triângulos finos (triângulos com ângulos pequenos) e até mesmo degenerados (triângulos com área zero). Buscando unir à coerência topológica uma melhor qualidade na triangulação gerada, propomos uma extensão da tabela de triangulação proposta por Chernyaev, de modo que os vértices da grade passem a fazer parte da triangulação, eliminando assim a possibilidade de geração de triângulos degenerados. Esta nova tabela é utilizada para evitar a criação de triângulos finos, através de pequenas alterações do campo escalar nos vértices da grade. / [en] Chernyaev s Marching Cubes 33 is one of the first isosurface extraction algorithms intended to preserve the topology of the trilinear interpolant. In this work, we address three issues in the Marching Cubes 33 algorithm, two of which are related to its original description. In particular, we solve a problem with the core disambiguation procedure of Marching Cubes 33 that prevents the extraction of topologically correct isosurfaces for the ambiguous configuration 13.5 thus fixing the original formulation of the algorithm. The Marching Cubes algorithm is considered simple, robust and with low computational cost, characteristics that contributed to make it the most popular algorithm for isosurfaces extraction. However, regarding the quality of the resulting mesh, frequently it is possible to observe a large number of badly-shaped triangles (triangles with small angles) and even degenerate (triangles with zero area) ones. Seeking to unite a better triangulation quality of the resulting mesh to the topological consistency, we propose an extension of the triangulation table proposed by Chernyaev, so that the vertices of the grid become part of the triangulation generated, thus eliminating the possibility of generation of degenerate triangles. This new table is used to avoid the creation of badly-shaped triangles via small changes of the scalar field on the vertices of the grid.

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