[pt] Essa dissertação propõe um codificador de imagens adaptativo baseado em sub-bandas para baixas taxas de bits. O espectro de freqüência bi-dimensional é decomposto em 10 sub-bandas de maneira hierárquica através de um banco de filtros QMF de 9 coeficientes. Uma técnica de redução de irrelevância é usada para descartar vetores nas sub-bandas de número 2 a 10. Os vetores remanescentes nessas sub-bandas são classificadas em bordas ou texturas e codificados por ECVQ (Entropy Constrained Vector Quantization) multi-estágios. Já a primeira sub-banda é codificada por ADPCM com preservação de bordas. Um algoritmo ótimo de alocação de bits determina a distribuição adequada de bits entre as sub-bandas. Os resultados mostram excelentes desempenho para baixas taxas, sendo melhores que os obtidos pelo padrão JPEG e vários outros trabalhos apresentados na literatura recente. / [en] This dissertation proposes an adaptative subband coder for low bit rate coding os still images. The bi-dimension frequency spectrum is decomposed in 10 subbands by means of a 9-coefficient QMF filter bank. Vector in subbands 2 to 10 are discarded by a new technique for irrelevancy reduction. The remanining vectors are classified in one of two classes, edges and textures, and coded by multistage ECVQ (Entropy Constrained Vector Quantization). The first subband is coded by an edge preserving ADPCM. An optimal bit allocation procedure is used to distribute bits along the subbands. The results obtained show excellent performance for low bit rate coding, outperforming JPEG and many other coders recently presented in literature.

[pt] Neste trabalho são examinadas estruturas CELP com baixo retardo (da ordem de 2 ms) para codificação digital de voz a taxas de bits de 8 k, 9,6 k e 16 kbit/s. São avaliados sete algoritmos de predição adaptativa a partir do sinal sintetizado. Esses algoritmos são usados para adaptação do filtro de predição com retardo curto e do filtro de ponderação de codificadores CELP com baixo retardo. Dos algoritmos analisados, um emprega adaptação em bloco e os outros são recursivos utilizando estruturas transversais e em treliça. As comparações são baseadas em termos das medidas objetivas de razão sinal ruído (RSR), razão sinal ruído segmentar (RSRSEG) e razão sinal ruído ponderada em freqüência (RSRW) e em termos de medidas subjetivas obtidas através de testes de escuta informais. / [en] Low delay (about 2 ms) CELP structures are studied for digital coding of speech at 8, 9,6 and 16 kbit/s. Seven backward adaptative prediction algorithms are investigated. These algorithms are used for adapting the short-term prediction filter and the weighting filter in low delay CELP coders. One algorithm uses block adaptation and the others are recursive with transversal and lattice structures. Comparisons are based on the objective measures of signal to noise ratio, segmental signal to noise ratio and a frequency weighted signal to noise and on subjective results obtained from informal listening tests.

La présente thèse s’intéresse à la conception et la caractérisation des procédés microstructurés mettant en œuvre des réseaux de microcanaux de différentes dimensions. L’analyse de tels réseaux multi-échelles, représentatifs d’une parallélisastion de microsystèmes élémentaires, a essentiellement servi à identifier les principaux paramètres géométriques et physiques contrôlant les performances de ces réseaux complexes. On a cherché à quantifier l’influence des paramètres géométriques comme le rapport de résistances hydrodynamiques internes, le nombre de canaux et d’échelles opérant ainsi que leur répartition sur le réseau, sur des critères hydrodynamiques comme la maldistribution du fluide et la perte de charge résistive. Il est révélé qu’en fonction des contraintes imposées, un arrangement optimal des canaux sur un nombre pair d’échelles permet de réduire considérablement la maldistribution interne des flux et les pertes de charge résultantes. L’analyse thermique associée à l’analyse hydrodynamique a montré que les performances thermiques des réseaux sont fortement liées à leurs structurations géométriques internes. En présence de réactions catalytiques consécutives, ces mêmes réseaux enregistrent des déviations du rendement du produit désiré. Ces déviations peuvent être levées par une structuration appropriée du réseau catalytique multi-canal. La même architecture de ces réseaux peut être adaptée pour permettre le déroulement des opérations de mélange et/ou des réactions multi-phasiques. Ainsi, pour ces réseaux complexes, où un nombre élevé de variables imbriquées est considéré, des lignes directrices sont ressorties pour aider à leur conception et dimensionnement / This PhD thesis focuses on the design and the characterization of microstructured processes including microchannel networks of various dimensions. The analysis of such multi-scale networks, representative of elementary microsystems parallelization, is mainly used to identify the main geometrical and physical parameters controlling the network performances. Influence of geometrical parameters, such as the internal hydrodynamic resistances ratio, the number of channels and scales and their arrangement in the network, on hydrodynamic criteria like fluid maldistribution and pressure drop is investigated. It is shown that according to some specific constraints, an optimal arrangement of the channels on an even number of scales, allows to reduce significantly the internal flow maldistribution and the consequential pressure losses. The thermal analysis coupled with the hydrodynamic analysis illustrates that the thermal performances of microchannel networks are strongly affected by their internal geometrical arrangement. Nevertheless, the various mixture points located in the network compensate the fluid maldistribution resulting from a non appropriate geometrical arrangement. When consecutive catalytic reactions are performed inside these networks, deviations of the desired product rate can be recorded. These deviations can be reduced by an optimal catalytic network arrangement. The same architecture of these networks is also adapted to allow multi-phase mixing and /or reactions. Thus, using these complex networks, where several variables are considered, guidelines are derived in order to improve their design and their dimensionless

O desempenho de um software depende das múltiplas otimizações no código realizadas por compiladores modernos para a remoção de computação redundante. A identificação de computação redundante é, em geral, indecidível em tempo de compilação, e impede a obtenção de um caso ideal de referência para a medição do potencial inexplorado de remoção de redundâncias remanescentes e para a avaliação da eficácia de otimização do código. Este trabalho apresenta um conjunto de métodos para a análise da efetividade de otimização de código através da observação do conjunto completo de instruções dinamicamente executadas e referências à memória na execução completa de um programa. Isso é feito por meio do desenvolvimento de um algoritmo de value numbering dinâmico e sua aplicação conforme as instruções vão sendo executadas. Este método reduz a análise interprocedural à análise de um grande bloco básico e detecta operações redundantes de memória e operações escalares que são visíveis apenas em tempo de execução. Desta forma, o trabalho estende a análise de reuso de instruções e oferece tanto uma aproximação mais exata do limite superior de otimização explorável dentro de um programa, quanto um ponto de referência para avaliar a eficácia de uma otimização. O método também provê uma visão clara de hotspots de redundância não explorados e uma medida de localidade de valor dentro da execução completa de um programa. Um modelo que implementa o método e integra-o a um simulador completo de sistema baseado em Power ISA 64-bits (versão 2.06) é desenvolvido. Um estudo de caso apresenta os resultados da aplicação deste método em relação a executáveis de um benchmark representativo (SPECInt2006) criados para cada nível de otimização do compilador GNU C/ C++. A análise proposta produz uma avaliação prática de eficácia da otimização de código que revela uma quantidade significativa de redundâncias remanescentes inexploradas, mesmo quando o maior nível de otimização disponível é usado. Fontes de ineficiência são identificadas através da avaliação de hotspots e de localidade de valor. Estas informações revelam-se úteis para o ajuste do compilador e da aplicação. O trabalho ainda apresenta um mecanismo eficiente para explorar o suporte de hardware na eliminação de redundâncias. / Software performance relies on multiple optimization techniques applied by modern compilers to remove redundant computation. The identification of redundant computation is in general undecidable at compile-time and prevents one from obtaining an ideal reference for the measurement of the remaining unexploited potential of redundancy removal and for the evaluation of code optimization effectiveness. This work presents a methodology for optimization effectiveness analysis by observing the complete dynamic stream of executed instructions and memory references in the whole program execution, and by developing and applying a dynamic value numbering algorithm as instructions are executed. This method reduces the interprocedural analysis to the analysis of a large basic block and detects redundant memory and scalar operations that are visible only at run-time. This way, the work extends the instruction-reuse analysis and provides both a more accurate approximation of the upper bound of exploitable optimization in the program and a reference point to evaluate optimization effectiveness. The method also generates a clear picture of unexploited redundancy hotspots and a measure of value locality in the whole application execution. A framework that implements the method and integrates it with a full-system simulator based on Power ISA 64-bit (version 2.06) is developed. A case study presents the results of applying this method to representative benchmark (SPECInt 2006) executables generated by various compiler optimization levels of GNU C/C++ Compiler. The proposed analysis yields a practical analysis that reveals a significant amount of remaining unexploited redundancies present even when using the highest optimization level available. Sources of inefficiency are identified with an evaluation of hotspot and value locality, an information that is useful for compilers and application-tuning softwares. The thesis also shows an efficient mechanism to explore hardware-support for redundancy elimination.

O desempenho de um software depende das múltiplas otimizações no código realizadas por compiladores modernos para a remoção de computação redundante. A identificação de computação redundante é, em geral, indecidível em tempo de compilação, e impede a obtenção de um caso ideal de referência para a medição do potencial inexplorado de remoção de redundâncias remanescentes e para a avaliação da eficácia de otimização do código. Este trabalho apresenta um conjunto de métodos para a análise da efetividade de otimização de código através da observação do conjunto completo de instruções dinamicamente executadas e referências à memória na execução completa de um programa. Isso é feito por meio do desenvolvimento de um algoritmo de value numbering dinâmico e sua aplicação conforme as instruções vão sendo executadas. Este método reduz a análise interprocedural à análise de um grande bloco básico e detecta operações redundantes de memória e operações escalares que são visíveis apenas em tempo de execução. Desta forma, o trabalho estende a análise de reuso de instruções e oferece tanto uma aproximação mais exata do limite superior de otimização explorável dentro de um programa, quanto um ponto de referência para avaliar a eficácia de uma otimização. O método também provê uma visão clara de hotspots de redundância não explorados e uma medida de localidade de valor dentro da execução completa de um programa. Um modelo que implementa o método e integra-o a um simulador completo de sistema baseado em Power ISA 64-bits (versão 2.06) é desenvolvido. Um estudo de caso apresenta os resultados da aplicação deste método em relação a executáveis de um benchmark representativo (SPECInt2006) criados para cada nível de otimização do compilador GNU C/ C++. A análise proposta produz uma avaliação prática de eficácia da otimização de código que revela uma quantidade significativa de redundâncias remanescentes inexploradas, mesmo quando o maior nível de otimização disponível é usado. Fontes de ineficiência são identificadas através da avaliação de hotspots e de localidade de valor. Estas informações revelam-se úteis para o ajuste do compilador e da aplicação. O trabalho ainda apresenta um mecanismo eficiente para explorar o suporte de hardware na eliminação de redundâncias. / Software performance relies on multiple optimization techniques applied by modern compilers to remove redundant computation. The identification of redundant computation is in general undecidable at compile-time and prevents one from obtaining an ideal reference for the measurement of the remaining unexploited potential of redundancy removal and for the evaluation of code optimization effectiveness. This work presents a methodology for optimization effectiveness analysis by observing the complete dynamic stream of executed instructions and memory references in the whole program execution, and by developing and applying a dynamic value numbering algorithm as instructions are executed. This method reduces the interprocedural analysis to the analysis of a large basic block and detects redundant memory and scalar operations that are visible only at run-time. This way, the work extends the instruction-reuse analysis and provides both a more accurate approximation of the upper bound of exploitable optimization in the program and a reference point to evaluate optimization effectiveness. The method also generates a clear picture of unexploited redundancy hotspots and a measure of value locality in the whole application execution. A framework that implements the method and integrates it with a full-system simulator based on Power ISA 64-bit (version 2.06) is developed. A case study presents the results of applying this method to representative benchmark (SPECInt 2006) executables generated by various compiler optimization levels of GNU C/C++ Compiler. The proposed analysis yields a practical analysis that reveals a significant amount of remaining unexploited redundancies present even when using the highest optimization level available. Sources of inefficiency are identified with an evaluation of hotspot and value locality, an information that is useful for compilers and application-tuning softwares. The thesis also shows an efficient mechanism to explore hardware-support for redundancy elimination.

O presente trabalho apresenta os sistemas de numeraÃÃo, seus critÃrios e aplicaÃÃes para o ensino da matemÃtica bÃsica. Estudamos problemas envolvendo os sistemas de numeraÃÃo e suas operaÃÃes. Tivemos como foco os estudantes do Ensino MÃdio da rede estadual de ensino. Apresentamos de forma simples e resumida, algumas tÃcnicas para solucionar problemas com as operaÃÃes da aritmÃtica. Essa abordagem à feita atravÃs de jogos e curiosidade da matemÃtica. Citamos aqui a tabuada russa de multiplicaÃÃo. Temos por base teÃrica as ideias de Henri Wallon que presa à afetividade e o dinamismo mediante o dialogo professor-aluno ou aluno-aluno. Esse dinamismo à feito na aplicaÃÃo de atividades lÃdicas como jogos matemÃticos que envolvem desenho, mÃgica e adivinhaÃÃo. Apresentamos tambÃm os critÃrios de divisibilidade, a ideia de mÃximo divisor comum e mÃnimo mÃltiplo comum, bem como a utilizaÃÃo dos conceitos da teoria dos conjuntos. / This paper presents the numbering systems, their criteria and applications for teaching basic mathematics. We study problems involving number systems and operations. We focus on the high school students from state schools. We present a simple and brief, a few techniques for solving problems with the operations of arithmetic. This approach is done through games and curiosity of mathematics. We cite the Russian multiplication table. We have a theoretical basis the ideas of Henri Wallon that prey upon affectivity and dynamism by the teacher-student dialogue and student-student. This dynamism is made in the implementation of recreational activities such as math games that involve drawing, magic and divination. We also present the criteria for divisibility, the idea of greatest common divisor and least common multiple, and the use of the concepts of set theory.

京都大学 / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(工学) / 乙第12950号 / 論工博第4126号 / 新制||工||1628(附属図書館) / 32249 / 京都大学大学院工学研究科化学工学専攻 / (主査)教授 長谷部 伸治, 教授 前 一廣, 教授 吉田 潤一 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

Cette thèse porte sur le développement d’un procédé industriel propre constitué par un couplage absorption-distillation, destiné aux traitements d’effluents gazeux chargés par un Composé Organique Volatil (COV). L’absorption est effectuée dans un microabsorbeur à film tombant. La première étape de ce travail consiste à caractériser le transfert de matière dans cet appareil, lors de l’absorption gaz/liquide du Perchloroéthylène (PCE) par le Di(2-EthylHexyl)Adipate (DEHA). Les expériences ont montré la faisabilité et l’intérêt de cette opération dans un micro-contacteur. En effet, les efficacités d’épuration obtenues sont comparables à celles des procédés classiques (jusqu’à 97%) et les quantités de solvant d’absorption utilisées sont très faibles. Une étude paramétrique a révélé une intensification significative du transfert de matière, côté gaz, et un gain en compacité, à la suite de la minimisation de l’épaisseur de la veine de gaz (2mm) et du débit de la phase gazeuse. Cette étude a également montré la limite du microabsorbeur à traiter de grands débits de gaz avec de bonnes efficacités, causée par la faible influence qu’exerce la vitesse du gaz sur le coefficient de transfert de matière. Ce comportement a été expliqué, grâce à des simulations en 2D, par une dispersion importante des profils de concentration indiquant une limitation diffusionnelle. Cette dernière provient essentiellement du régime laminaire lisse et de la petite taille caractérisant ce type de micro-procédé. Pour s’affranchir de cette limitation, la turbulence doit être favorisée dans le gaz. La deuxième étape de ce travail concerne l’extrapolation du microabsorbeur de laboratoire à l’échelle industrielle des PME/PMI, basée sur le concept du numbering-up. A l’issu des calculs, un absorbeur microstructuré efficace (95%), et compact (surface occupée ˜ 0,5m2) a été développé. Pour rentabiliser son fonctionnement, un recyclage par distillation flash du solvant d’absorption a été étudié. Les résultats obtenus ouvrent la voie sur une technique d’épuration prometteuse, qui nécessite néanmoins une validation théorique et expérimentale du couplage absorbeur-distillateur / This project focuses on the development of an industrial process, in which a coupled absorption/distillation unit is developed to treat gaseous effluents contaminated by a Volatile Organic Compound (VOC). Absorption is performed in a falling film microabsorber. The first stage of this work consists in characterizing the mass transfer in this device. The gas/liquid absorption of Perchloroethylene (PCE) by Di (2-EthylHexyl) Adipate (DEHA) is used as test case. Experiments showed the feasibility and the benefit of this separation process operated in a micro-contactor. Indeed, the purification efficiencies obtained are comparable to those of conventional processes (97%). Moreover, the required absorption solvent quantities are very low. A parametric study revealed significant mass transfer intensification on gas side and a gain in compactness due to the minimization of gas cavity thickness (2mm) and gas flowrate. This study also showed the limits of microabsorbers to handle large gas flowrates with good efficiencies, due to a low influence of gas velocity on the mass transfer coefficient. This behaviour was explained, thanks to 2D simulations, by a significant dispersion of concentration profiles, which indicates a diffusion limitation. The latter comes mainly from smooth laminar flow and the small size, a typical characteristic of micro-processes. To overcome this limitation, turbulence should be promoted in the gas. The second stage of this work concerns the microabsorber extrapolation from laboratory scale to industrial SMEs, based on the numbering-up concept. Calculations predict high throughputs with a microstructured absorber of competitive efficiency (95%) and high compactness (area occupied ˜ 0.5 m2). For profitable operation, solvent absorption recycling by a flash distillation is studied. The results lead to a promising treatment technique, which still requires a theoretical and experimental validation of the coupled absorber-distiller unit

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[pt] No presente trabalho foi investigada a microfabricação de reatores fotocatalíticos de polidimetilsiloxano (PDMS) para o estudo comparativo de aumento de escala entre micro- e mesorreatores, e lignocelulósicos de bambu para reação de cicloadição alcino-azida catalisada por cobre(I) (CuAAC) em fluxo contínuo. Nesse cenário, foi desenvolvida uma configuração experimental de scale-up e numbering-up de sistemas meso- e microfluídicos fotocatalíticos, respectivamente, para comparar a eficiência de fotodegradação de TiO2/P25 em rodamina B (RB) e azul de metileno (em inglês, Methylene Blue, MB) sob irradiação UV. Os resultados obtidos sugerem que o aumento do volume (scale-up) reduz os valores de D(por cento), enquanto que numbering-up mantém a eficiência fotocatalítica com redução significativa do tempo de reação. M6-60 (micro)L apresentou melhor desempenho entre os dispositivos, com degradação total do MB (1,2 x 10-5 mol L-1) em apenas 1h, e foto-oxidação total de fenol (1,2 x 10-4 mol L-1) em 4h. Além disto, M6-60 (micro)L apresentou menor consumo de energia elétrica por ordem (0,012 kWh m-3) e maior rendimento quântico (2,6 x 10-2) em comparação com os outros dispositivos. O desenvolvimento de suportes sólidos lignocelulósicos apresentou importantes características para os processos de funcionalização de TEMPO-TAL com íons Cu(II) e Zn(II) e CuNPs. Os suportes foram devidamente caracterizados por MEV/EDS e FT-IR. Os resultados para a reação de CuAAC mostraram rendimentos de 79-82 por cento com reciclabilidade de até 7 vezes e lixiviação média de cobre de 1,30 ppm, e foram importantes para o desenvolvimento do microrreator de bambu. A microfabricação do microrreator lignocelulósicos de bambu (L(micro)R) foi realizada a partir de etapas de cortes, sem utilização de técnicas caras e sala limpa. L(micro)R mostrou fácil prototipagem e rápida oxidação com N-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidina (TEMPO) e funcionalização com íons cobre (Cu-L(micro)R) e nanopartículas de cobre (CuNPs-L(micro)R). O desempenho de CuAAC em fluxo contínuo do Cu-L(micro)R foi demonstrado através da realização de estudos de reciclabilidade e rendimentos em diferentes taxas de fluxo (0,1 a 0,8 mL min-1). Cu-L(micro)R apresentou rendimentos de 60 por cento a 96 por cento para 5 tipos de reações CuAAC, indicando promissora aplicação na área de catálise em dispositivos microfluídicos. Todas as reações foram realizadas em regime de fluxo com MeOH:H2O (2:1) e lixiviação de cobre inferior a 6,0 ppm, produzindo uma série de 5 derivados de 1,2,3-triazol 1,4-dissubstituídos com boa eficiência em um ambiente com poucos recursos. CuNPs-L(micro)R apresentou limitação para realização de CuAAC por não alcançar as condições ideais de aquecimento, exigidas para ocorrência da reação. / [en] The present work had two main objectives. The first refers to the development of polydimethylsiloxane photocatalytic microreactors (PDMS) for the comparative scale-up study between micro- and mesoreactors. The second focused on the development of bamboo lignocellulosic microreactors for copper(I) catalyzed alkine-azide cycloaddition reaction (CuAAC). In this scenario, an experimental scale-up and numbering-up configuration of photocatalytic meso- and microfluidic systems were developed, to compare, respectively, the photodegradation efficiency of TiO2-P25 in rhodamine B (RB) and methylene blue (MB) under UV irradiation. The obtained results suggest that the scale-up reduces the values of D (percent), while numbering-up maintains the photocatalytic efficiency with a significant reaction time reduction. The best photocatalytic microfluidic system was M6-60 (micro)L, which presented total MB degradation (1.2 x 10-5 mol L-1) in only 1h, and total phenol photo-oxidation (1,2 x 10-4 mol L-1) in 4h. Furthermore, M6-60 (micro)LM6 had lower electrical energy consumption (0,012 kWh m-3) and higher quantum yield (2,6 x 10-2) compared to others. The development of solid lignocellulosic supports showed important characteristics for the TEMPO-TAL functionalization processes with Cu(II), Zn(II) ions and CuNPs. The supports were properly characterized by SEM/ EDS and FT-IR. The results for the CuAAC reaction showed yields of 79-82 percent with recyclability of up to 7 times and average copper leaching of 1.30 ppm, and were important for the development of the bamboo microreactor. The microfabrication of the bamboo lignocellulosic microreactor (L(micro)R) was performed from cutting steps, without using expensive techniques and clean room. L(micro)R showed easy prototyping and rapid oxidation with N-oxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidine (TEMPO) and functionalization with copper ions (Cu-L(micro)R) and copper nanoparticles (CuNPs-L(micro)R). Cu-L(micro)R continuous flow CuAAC performance was demonstrated by conducting recyclability and yield studies at different flow rates (0.1 to 0.8 mL-1). Cu-L(micro)R presented 60 percent to 96 percent yields for 5 types of CuAAC reactions, indicating promising application in the area of catalysis in microfluidic devices. All reactions were performed under a MeOH:H2O (2:1) flow regime and copper leaching below 6.0 ppm, producing a series of 5 efficiently 1,4-disubstituted 1,2,3-triazols derivatives in a resource-poor environment. CuNPs-L(micro)R presented limitation for CuAAC because it did not reach the ideal heating conditions required for the reaction to occur.