O crescente interesse pela caracterização de parâmetros acústicos marinhos esbarra nos poucos dispositivos eletrônicos que permitem capturar, armazenar, processar e difundir dados. Os equipamentos atuais que possibilitam obter dados referentes à vida marinha e permitem estudar as influências humanas sobre ela possuem alto custo e funcionam de forma isolada, ou seja, normalmente não há comunicação com outros dispositivos, o que dificulta a monitorização de eventos em tempo real. Sendo assim, neste trabalho são revisadas as características necessárias para estabelecer uma rede de sensores sem fio (RSSF) de alta confiabilidade, utilizando-se o conceito de Internet das Coisas (IoT). São comparados os protocolos MQTT-SN e CoAP com ferramentas de simulação e implementada uma rede de sensoriamento acústico aquático constituída de três nós sensores autônomos e um gateway usando o protocolo 6LowPAN. Também é implementada a tradução para o protocolo IPV4 no gateway, de modo que o funcionamento da rede de sensores pode ser monitorada num servidor remoto na Internet em tempo real. O desempenho da rede é avaliado com relação à autonomia energética, capacidade de memória, alcance e confiabilidade na entrega dos dados. As unidades autônomas desenvolvidas podem operar ininterruptamente, com uso de baterias, por aproximadamente 125 horas com memória de gravação de 48GB e alcance de 100m aproximadamente. Por fim, é implementado o pré-processamento dos dados sonoros visando a detecção de eventos acústicos aquáticos. / The increasing interest in the characterization of marine acoustic parameters needs electronic devices that allow capture, store, process, and diffuse data. Current equipment that provides data about the marine life and allow the study of human influences on it have high cost and work isolated, that is, without communication with other devices, which makes it difficult to monitor events in real time. Therefore, this work revises the necessary features to establish a high reliability wireless sensor network (WSN) by applying the concept of Internet of Things (IoT). The protocols MQTT-SN and CoAP are compared with simulation tools and a network is implemented to sense acoustic signals, composed by three autonomous sensor nodes and a gateway using the protocol 6LowPAN. The translation for the IPV4 protocol in the gateway is also implemented, so the operation of the sensor network can be monitored by a remote server on the Internet in real time. The performance of the network is evaluated in relation to power autonomy, memory capacity, reach and reliability. The autonomous sensor nodes can operate uninterrupted, with use of batteries, for approximately 125 hours with 48GB storage for recording and approximately 100m range. Finally, data pre-processing is implemented in order to detect aquatic acoustic events.

A análise acústica da voz tem sido estudada em diversas áreas e com uma diversidade muito grande de técnicas. Cada um dos métodos possui pontos fortes e fracos na análise do sinal da voz, conseguindo assim extrair as características do sinal vocal. Na análise acústica convencional, baseada na transformada de Fourier, os softwares disponíveis apresentam de forma robusta a frequência fundamental, porém outras medidas importantes como o jitter e o shimmer são apresentadas apenas como um valor total de perturbação do sinal global. Este trabalho tem como objetivo a utilização da Transformada de Wavelet Discreta como ferramenta para análise do sinal e então extração de características da voz, considerando sinais com diferentes graus de periodicidade. Este trabalho apresentará além da busca da frequência fundamental, as perturbações do jitter e shimmer ao longo do sinal da mesma. Isto é importante para que a avaliação da voz possa ser feita observando o exato instante em que as perturbações ocorrem de modo que auxilie no entendimento da dinâmica de uma possível disfonia.

A classificação de sinais acústicos é de importância fundamental para as unidades navais e aeronavais, tanto navios e essencialmente submarinos, quanto para aeronaves com capacidade antissubmarino (P-3AM, da FAB). Neste contexto, empregou-se o método de Support Vector Machine (SVM) para realizar a classificação dos navios, com base na análise de tons característicos produzidos pelos seus sinais acústicos. Comparando os resultados decorrentes do uso de Redes Neurais Artificiais aos obtidos com uso do SVM, concluiu-se que este segundo método gerou um aumento de performance no classificador em função das características extraídas dos tons. Contudo os tempos computacionais foram considerados elevados, razão porque há a necessidade de maiores investigações para adequar o emprego do SVM em um ambiente operacional.

O crescente interesse pela caracterização de parâmetros acústicos marinhos esbarra nos poucos dispositivos eletrônicos que permitem capturar, armazenar, processar e difundir dados. Os equipamentos atuais que possibilitam obter dados referentes à vida marinha e permitem estudar as influências humanas sobre ela possuem alto custo e funcionam de forma isolada, ou seja, normalmente não há comunicação com outros dispositivos, o que dificulta a monitorização de eventos em tempo real. Sendo assim, neste trabalho são revisadas as características necessárias para estabelecer uma rede de sensores sem fio (RSSF) de alta confiabilidade, utilizando-se o conceito de Internet das Coisas (IoT). São comparados os protocolos MQTT-SN e CoAP com ferramentas de simulação e implementada uma rede de sensoriamento acústico aquático constituída de três nós sensores autônomos e um gateway usando o protocolo 6LowPAN. Também é implementada a tradução para o protocolo IPV4 no gateway, de modo que o funcionamento da rede de sensores pode ser monitorada num servidor remoto na Internet em tempo real. O desempenho da rede é avaliado com relação à autonomia energética, capacidade de memória, alcance e confiabilidade na entrega dos dados. As unidades autônomas desenvolvidas podem operar ininterruptamente, com uso de baterias, por aproximadamente 125 horas com memória de gravação de 48GB e alcance de 100m aproximadamente. Por fim, é implementado o pré-processamento dos dados sonoros visando a detecção de eventos acústicos aquáticos. / The increasing interest in the characterization of marine acoustic parameters needs electronic devices that allow capture, store, process, and diffuse data. Current equipment that provides data about the marine life and allow the study of human influences on it have high cost and work isolated, that is, without communication with other devices, which makes it difficult to monitor events in real time. Therefore, this work revises the necessary features to establish a high reliability wireless sensor network (WSN) by applying the concept of Internet of Things (IoT). The protocols MQTT-SN and CoAP are compared with simulation tools and a network is implemented to sense acoustic signals, composed by three autonomous sensor nodes and a gateway using the protocol 6LowPAN. The translation for the IPV4 protocol in the gateway is also implemented, so the operation of the sensor network can be monitored by a remote server on the Internet in real time. The performance of the network is evaluated in relation to power autonomy, memory capacity, reach and reliability. The autonomous sensor nodes can operate uninterrupted, with use of batteries, for approximately 125 hours with 48GB storage for recording and approximately 100m range. Finally, data pre-processing is implemented in order to detect aquatic acoustic events.

A identificação de locutor está relacionada com a seleção de um locutor dentro de um conjunto de membros pré-definidos e neste trabalho os experimentos foram realizados utilizando um sistema de identificação de locutor independente de texto baseado em modelos de mistura de gaussianas. Para realizar os testes, foi empregado o banco de voz TIMIT e sua correspondente versão corrompida por ruído de canal telefônico, isto é, NTIMIT. O aparelho fonador pode ser representado por coeficientes mel-cepstrais obtidos por meio de banco de filtros ou, alternativamente, por coeficientes de predição linear. Adicionalmente, a técnica de subtração da média cepstral é aplicada quando o banco de voz NITMIT é utilizado com o intuito de minimizar a distorção de canal intrínseca a ele. A componente da locução para a qual os coeficientes mel-cepstrais são calculados é obtida através de um detector de atividade de voz (DAV). No entanto, os DAVs são em geral sensíveis à relação de sinal-ruído da locução, sendo necessário adaptá-los para as condições de operação do sistema. É sugerida a integração no DAV de um estimador da relação de sinal-ruído baseado no método Minima Controlled Recursive Average (MCRA), que é necessário para permitir o tratamento de sinais tanto limpos quanto ruidosos. É observado que em locuções de elevada relação de sinal-ruído, como aquelas provenientes do banco de voz TIMIT, o método mais apropriado de extração dos coeficientes mel-cepstrais foi o padrão, isto é, baseado em banco de filtros, enquanto que para sinais de voz ruidosos a técnica de subtração da média cepstral aliada à extração dos coeficientes mel-cepstrais a partir de coeficientes de predição linear revelou os melhores resultados. / Speaker identification is concerned with the selection of one speaker within a set of enrolled members and in this work the experiments were performed using a textindependent cohort Gaussian mixture model (GMM) speaker identification system. In order to perform the tests, TIMIT speech database is used and its corresponding version corrupted by a noisy telephone channel, i.e., NTIMIT. The vocal tract is represented by Mel-cepstral frequency coefficients with filter banks or, alternatively, by linear prediction cepstral coefficients. Additionally, the cepstral mean subtraction technique is applied when the NTIMIT database is used to minimize the channel distortion intrinsic to it. The utterance component for which the Mel-frequency cepstral coefficients is obtained using a voice activity detector (VAD). However, the VADs are generally sensitive to the signal-to-noise ratio of the utterance, making it necessary to adapt them to the system operating conditions. A signal-to-noise ratio estimator is included in the proposal VAD, which is based on Minima Controlled Recursive Average (MCRA), in order to be able to handle both clean and noisy speech. It is observed that in high signal-to-noise ratio utterances, such as those from the TIMIT database, the more appropriate extraction method for the Mel-frequency cepstral coefficients was the baseline one consisting of filter banks, while for noisy speech the technique of cepstral mean subtraction coupled with the extraction of Mel-frequency cepstral coefficients from linear prediction cepstral coefficients provided the best results.

A identificação de locutor está relacionada com a seleção de um locutor dentro de um conjunto de membros pré-definidos e neste trabalho os experimentos foram realizados utilizando um sistema de identificação de locutor independente de texto baseado em modelos de mistura de gaussianas. Para realizar os testes, foi empregado o banco de voz TIMIT e sua correspondente versão corrompida por ruído de canal telefônico, isto é, NTIMIT. O aparelho fonador pode ser representado por coeficientes mel-cepstrais obtidos por meio de banco de filtros ou, alternativamente, por coeficientes de predição linear. Adicionalmente, a técnica de subtração da média cepstral é aplicada quando o banco de voz NITMIT é utilizado com o intuito de minimizar a distorção de canal intrínseca a ele. A componente da locução para a qual os coeficientes mel-cepstrais são calculados é obtida através de um detector de atividade de voz (DAV). No entanto, os DAVs são em geral sensíveis à relação de sinal-ruído da locução, sendo necessário adaptá-los para as condições de operação do sistema. É sugerida a integração no DAV de um estimador da relação de sinal-ruído baseado no método Minima Controlled Recursive Average (MCRA), que é necessário para permitir o tratamento de sinais tanto limpos quanto ruidosos. É observado que em locuções de elevada relação de sinal-ruído, como aquelas provenientes do banco de voz TIMIT, o método mais apropriado de extração dos coeficientes mel-cepstrais foi o padrão, isto é, baseado em banco de filtros, enquanto que para sinais de voz ruidosos a técnica de subtração da média cepstral aliada à extração dos coeficientes mel-cepstrais a partir de coeficientes de predição linear revelou os melhores resultados. / Speaker identification is concerned with the selection of one speaker within a set of enrolled members and in this work the experiments were performed using a textindependent cohort Gaussian mixture model (GMM) speaker identification system. In order to perform the tests, TIMIT speech database is used and its corresponding version corrupted by a noisy telephone channel, i.e., NTIMIT. The vocal tract is represented by Mel-cepstral frequency coefficients with filter banks or, alternatively, by linear prediction cepstral coefficients. Additionally, the cepstral mean subtraction technique is applied when the NTIMIT database is used to minimize the channel distortion intrinsic to it. The utterance component for which the Mel-frequency cepstral coefficients is obtained using a voice activity detector (VAD). However, the VADs are generally sensitive to the signal-to-noise ratio of the utterance, making it necessary to adapt them to the system operating conditions. A signal-to-noise ratio estimator is included in the proposal VAD, which is based on Minima Controlled Recursive Average (MCRA), in order to be able to handle both clean and noisy speech. It is observed that in high signal-to-noise ratio utterances, such as those from the TIMIT database, the more appropriate extraction method for the Mel-frequency cepstral coefficients was the baseline one consisting of filter banks, while for noisy speech the technique of cepstral mean subtraction coupled with the extraction of Mel-frequency cepstral coefficients from linear prediction cepstral coefficients provided the best results.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Telecomunicações. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2013

Dissertação apresentada para obtenção parcial do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Área de especialização de Telecomunicações), sob a orientação do Professor Doutor Aníbal João de Sousa Ferreira

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Área de especialização de Telecomunicações), na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Aníbal João de Sousa Ferreira

Submitted by (ana.araujo@ufrpe.br) on 2016-08-22T11:50:51Z No. of bitstreams: 1 Edvania do Nascimento Pereira.pdf: 1151466 bytes, checksum: 9e3056541ef3069eec6437152cf19482 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-22T11:50:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Edvania do Nascimento Pereira.pdf: 1151466 bytes, checksum: 9e3056541ef3069eec6437152cf19482 (MD5) Previous issue date: 2015-07-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The acoustic signals in frogs are important for communication, being effective in transmitting information. These songs can be influenced by abiotic factors such as temperature and relative humidity, and biotic factors such as the size of the reproductive aggregates, size and body mass of animals. This study aimed to analyze the physical structure of different vocalizations S. prasinus, the social context in which they occurred and the body posture of individuals at the time of issuance of sounds. In addition to checking whether abiotic factors (temperature and relative humidity) and biotic (animal body size, body mass, presence of males and sexually mature females in the neighborhood, temperature, and relative humidity) influence the advertisement call and the organization of seasonal chorus. For recording acoustic data was using a digital recorder, through the internal omnidirectional microphones. Abiotic data were recorded (temperature and relative humidity) and biotic (micro-habitat of vocalization, the margin distance, distance from the nearest individual, data on CRC (cloacal face length) and body mass of individuals). To assist in the identification and differentiation of vocalizations, in addition to behavioral data was conducted experiment of "playback". 200 corners of 22 individuals were analyzed. They classified three types of vocalizations emitted by males of S. prasinus: advertisement call, cutting and territorial. Distinctions were found between the territorial corners with ad and cut. However, there exist differences between cutting corners and announcement, which can be important to avoid the notice of the female presence in the corner site for other males. The average amplitude of the advertisement call was the parameter that got a greater correlation with the presence of male and sexually mature females. With the objective to maintain minimum spacing between neighbors and increase mating success. The corner of the activities peaks occurred in February and March (hottest), which is common in tropical frogs due to ectotermia. Valuable results on acoustic communication and the influence of abiotic and biotic factors on acoustic parameters of sound S. prasinus, contributing information on the natural history of the species, assisting with important elements for conservation of sensitive taxa environmental changes. / Os sinais acústicos em anuros são importantes para a comunicação, sendo eficaz na transmissão de informações. Esses cantos podem sofrer influências de fatores abióticos, como temperatura e umidade relativa do ar e fatores bióticos como o tamanho dos agregados reprodutivo, tamanho e massa corpórea dos animais. Este trabalho teve por objetivo analisar a estrutura física das diferentes vocalizações de S. prasinus, o contexto social em que ocorreram e a postura corporal dos indivíduos no momento da emissão dos sons. Além de verificar se fatores abióticos (temperatura e umidade relativa do ar) e bióticos (tamanho do corpo dos animais, massa corpórea, presença de machos e fêmeas sexualmente maduros na vizinhança, temperatura, e umidade relativa do ar) influenciam no canto de anúncio e na organização do coro sazonalmente. Para a gravação dos dados acústicos foi utilizando um gravador digital, através dos microfones omnidirecionais internos. Foram anotados os dados abióticos (temperatura e umidade relativa do ar), e bióticos (micro-habitat de vocalização, distância da margem, distância do individuo mais próximo, dados sobre o CRC (comprimento rosto cloacal) e massa corpórea dos indivíduos). Para auxiliar na identificação e diferenciação das vocalizações, além dos dados comportamentais foi realizado experimento de "playback". Foram analisados 200 cantos, de 22 indivíduos. Classificaram-se três tipos de vocalizações emitidos por machos de S. prasinus: canto de anúncio, corte e territorial. Foram encontradas distinções entre os cantos territoriais com os de anúncio e corte. Contudo, não existiriam diferenças entre os cantos de corte e de anúncio, o que pode ser importante para evitar o aviso da presença da fêmea no sítio de canto para outros machos. A amplitude média do canto de anúncio foi o parâmetro que obteve uma maior correlação com a presença de machos e fêmeas sexualmente maduros. Tendo por objetivo manter espaçamento mínimo entre vizinhos e aumentar o sucesso no acasalamento. Os picos de atividades do canto ocorreram nos meses de fevereiro e março (mais quentes), o que é comum em anuros tropicais, devido à ectotermia. Resultados valiosos sobre a comunicação acústica e a influência de fatores abióticos e bióticos nos parâmetros acústicos do som de S. prasinus, contribuindo com informações sobre a história natural da espécie, auxiliando com elementos importantes para conservação de grupos taxonômicos sensíveis as mudanças ambientais.