Digital implementation and parameter tuning of adaptive nonlinear differential limiters

Master of ScienceDepartment of Electrical and Computer EngineeringAlexei NikitinBalasubramaniam NatarajanIt has been shown that the performance of communications systems can be severely limited by non-Gaussian and impulsive interference from a variety of sources. The non-Gaussian nature of this interference provides an opportunity for its effective mitigation by nonlinear filtering. In this thesis, we describe blind adaptive analog nonlinear filters, referred to as Adaptive Nonlinear Differential Limiters (ANDLs), that are characterized by several methodological distinctions from the existing digital solutions. When ANDLs are incorporated into a communications receiver, these methodological differences can translate into significant practical advantages, improving the receiver performance in the presence of non-Gaussian interference. A Nonlinear Differential Limiter (NDL) is obtained from a linear analog filter by introducing an appropriately chosen feedback-based nonlinearity into the response of the filter, and the degree of nonlinearity is controlled by a single parameter. ANDLs are similarly controlled by a single parameter, and are suitable for improving quality of non-stationary signals under time-varying noise conditions. ANDLs are designed to be fully compatible with existing linear devices and systems (i.e., ANDLs’ behavior is linear in the absence of impulsive interference), and to be used as an enhancement, or as a simple low-cost alternative, to state-of-the-art interference mitigation methods. We provide an introduction to the NDLs and illustrate their potential use for noise mitigation in communications systems. We also develop a digital implementation of an ANDL. This allows for rapid prototyping and performance analysis of various ANDL configurations and use cases

Estudio y desarrollo de un interfaz para la obtención de la señal de tally proveniente de un mezclador de vídeo

El presente trabajo se ha implementado un sistema que permite obtener la señal de tally de un mezclador de vídeo ATEM de Blackmagic Design y mostrarla en tiempo real en forma de indicador luminoso. Dicha señal va a permitir discernir cuál es la fuente que se encuentra en anticipo y cuál en programa, pudiendo indicar al operador de cámara si la señal que está captando está preparada para emitirse en directo o se está emitiendo. Esta información es crítica durante una realización audiovisual y puede gestionarse también mediante dispositivos de intercomunicación de audio. Sin embargo, estos últimos se utilizan para la coordinación entre todos los equipos técnicos (sonido, iluminación, regidor, cámaras, etc.), por lo que no es conveniente congestionar este canal de comunicación. Existen múltiples sistemas en el mercado con dicho propósito que se analizan en el Estado del Arte (véase página 3). Todos ellos constan de un dispositivo que se conecta al mezclador mediante un cable Ethernet, extraen la información de tally del bus de datos y en base a esta, actúan sobre los indicadores luminosos de los dispositivos receptores ubicados en las cámaras. Tanto el software como el hardware del sistema realizado están basados en código abierto, es funcional y utiliza tecnología inalámbrica que facilita el montaje y la movilidad. Además el sistema es adaptativo, ya que selecciona el canal Wi-Fi con menos interferencia, permite adaptar la luminosidad de los indicadores en función de las condiciones lumínicas del entorno, así como asociar los dispositivos receptores con un número de cámara sin necesidad de modificar el código. Para este propósito, se han estudiado los comandos del protocolo de red utilizado por el mezclador ATEM y las librerías Arduino de código abierto que proveen de las funciones para conectar y controlar los mezcladores de video ATEM, obtenidos por la empresa SKAARHOJ a través de ingeniería inversa. En base dichos recursos, se ha utilizado el software Arduino IDE (Integrated Development Environment), un entorno de desarrollo integrado multiplataforma cuyo lenguaje está basado en wiring, que a su vez lo está en Processing y cuyas librerías están escritas en C/C++. En cuanto a hardware, se han utilizado placas de desarrollo con un SoC (System on chip) Wi-Fi ESP8266 de Espressif Systems y un módulo ESP-12. Se han realizado los scripts necesarios para obtener la señal de tally del mezclador y distribuirla a otros dispositivos mediante el estándar 802.11 b/g/n de redes Wi-Fi que opera en la banda de 2.4 GHz. Así mismo, se ha diseñado una placa de circuito impreso mediante el software de diseño electrónico KiCad para integrar y conexionar los componentes que conforman el receptor final de la señal de tally. Este cuenta con dos indicadores led, un potenciómetro para regular la intensidad luminosa de estos, un interruptor eléctrico DIP (del inglés: Dual In Line Package) para determinar a qué número de cámara corresponde y un duplicador USB que se utiliza para proporcionar la alimentación necesaria al receptor. Además, el dispositivo dispone de un adaptador para acoplarse a cualquier cámara con zapata para flash