Esquema de modulação digital em quatro dimensões baseado em wavelets

Information transmission over noisy channels in an efficient and reliable way is a primary objective of digital communication. In this article we propose a digital modulation scheme with a signal space of four dimensions to increase reliability. The signal space of this scheme is constructed on an orthonormal wavelet basis and its constellation is shaped by the eight farthest vertices of a hypercube centered on origin. For decisions based on minimum Euclidean distance, the proposed modulation scheme overcomes the performance against noise of that of quaternary quadrature amplitude modulation (4-QAM). This result allows us to say that a suitable design of constellation over a signal space with more than two dimensions can achieve a reduction in the bit error rate without a significant reduction of spectral efficiency.Transmitir información de manera eficiente y confiable a través de canales ruidosos es un objetivo primario de la comunicación digital. En este artículo se propone un esquema de modulación con un espacio de señal de cuatro dimensiones que busca aumentar la confiabilidad de la transmisión. El espacio de señal de dicho esquema está construido con una familia wavelet ortonormal y los puntos de su constelación corresponden a los ocho vértices más lejanos de un hipercubo de cuatro dimensiones, centrado en el origen. Para decisiones basadas en distancia mínima Euclidiana, el esquema propuesto supera el desempeño frente al ruido de la modulación por amplitud en cuadratura de cuatro estados (4-QAM), con lo que se puede afirmar que un adecuado diseño de la constelación en un espacio de más de dos dimensiones permite reducir la tasa de error de bit sin comprometer significativamente la eficiencia espectral.Resumo. Transmitir informações de forma eficiente e confiável através de canais ruidosos é o principal objetivo da comunicação digital. Neste artigo, é proposto um esquema de modulação com um espaço de sinal de quatro dimensões que procura aumentar a fiabilidade da transmissão. O espaço de sinal deste esquema está construído com uma família wavelet ortonormal e os pontos de sua constelação correspondem aos oito cantos mais distantes de um hipercubo de quatro dimensões centrado na origem. Para decisões baseadas em distância mínima euclidiana, o esquema proposto supera o desempenho em relação ao ruído da modulação de amplitude em quadratura com quatro estados (4-QAM), pelo que podemos dizer que um adequado projeto da constelação em um espaço de mais de duas dimensões poderá reduzir a taxa de erro de bit, sem comprometer significativamente a eficiência espectral

Desempeño de la modulación wavelet multi-escala sobre un canal con ruido gaussiano

La Modulación Wavelet Multi-escala es un esquema de modulación digital que consiste en representar la información a través de funciones wavelet a varios niveles de resolución. Las wavelets son formas de onda finitas (generalmente), cuya energía se concentra principalmente en un ancho de banda limitado, por lo que se las considera como señales con alta localización simultánea en tiempo y frecuencia. Existen muchas clases de funciones que satisfacen estas propiedades (familias wavelet), sin embargo, son de especial interés aquellas que presentan propiedades adicionales como ortogonalidad y soporte compacto , lo que permite hacer dicha representación ocupando un menor ancho de banda y empleando filtros de fácil implementación . La modulación wavelet multi-escala aprovecha entonces las características ventajosas de las wavelets para transmitir información con el mismo grado de confiabilidad que los esquemas tradicionales BPSK, MASK y MQAM, sobre un canal con ruido blanco aditivo Gaussiano (AWGN), pero ocupando un ancho de banda igual o menor a estos esquemas dependiendo del caso

Detección del bacilo mycobacterium tuberculosis mediante reconocimiento de patrones

Una imagen es una excelente fuente de información siempre que sea posible identificar y extraer los diferentes objetos que la constituyen. Las técnicas de reconocimiento de patrones permiten aislar grupos de objetos para aplicaciones específicas. El grupo de nuestro interés lo conforma los bacilos Mycobacterium Tuberculosis (o bacilos de Koch), causantes de la infección de tuberculosis, y que pueden ver se en las imágenes fotográficas de muestras de esputo en pacientes que presenten síntomas de esta enfermedad. Este artículo presenta un algoritmo basado en wavelets de reconocimiento de patrones morfológico y estadístico par a aislar y cuantificar sobre la imagen dichos bacilos par a diagnosticar la severidad de la infección en el paciente. Finalmente son presentados algunos resultados, conclusiones y recomendaciones de su aplicación en Telemedicina

Análisis de señales emg superficiales y su aplicación en control de prótesis de mano

Las señales Electromiográficas Superficiales (EMGS) son fuente de información muy apropiada para el control de dispositivos virtuales como las prótesis de mano. Las razones para utilizar estas señales obedece a diferentes aspectos tales como: facilidad para recolectar muestras, respeto por la integridad de la persona quien utiliza la prótesis, reutilización de una persona a otra, y fácil remoción para efectos de mantenimiento y calibración. En este artículo, se presenta una revisión de las técnicas más utilizadas en análisis y extracción de características discriminantes de las señales motoras EMGs con fines de aplicación en el control de prótesis virtuales de mano; haciendo énfasis en la evolución de las técnicas temporales clásicas a las técnicas espectrales más recientes basadas en transformadas wavelets, y su aceptación para procesar este tipo de señales según su desempeño en la clasificación y ejecución de movimientos sobre la prótesis. Así mismo, se hace referencia de los trabajos más recientes de desarrollo e investigación en el campo del procesamiento de señales biomédicas EMGs y sus aplicaciones en control mioeléctrico

Detección Espectral Indirecta para un Radar Pulsante Wavelet

In this article we propose a simple distance estimation based on a pulsed radar system. The method consists of sending periodic signals formed from an orthogonal wavelet family and measuring the echo’s delay produced by the target in a domain different than the temporal one. The results of the simulations show an acceptable precision in the determination of the distance, avoiding the complex methods of synchronization, filtering and decision, used in traditional pulsed radars.En este artículo proponemos una estimación de distancia simple soportada en un sistema de radar de pulso. El método consiste en enviar señales periódicas formadas a partir de una familia wavelet ortogonal y la medida del atraso del eco producido por el albo e un dominio diferente al temporal. Los resultados de las simulaciones muestran una precisión aceptable en la determinación de la distancia, evitando los métodos complejos de sincronización, filtrado y decisión, utilizados en radares de pulso tradicionale

Detección Espectral Indirecta para un Radar Pulsante Wavelet

In this article we propose a simple distance estimation based on a pulsed radar system. The method consists of sending periodic signals formed from an orthogonal wavelet family and measuring the echo’s delay produced by the target in a domain different than the temporal one. The results of the simulations show an acceptable precision in the determination of the distance, avoiding the complex methods of synchronization, filtering and decision, used in traditional pulsed radars.En este artículo proponemos una estimación de distancia simple soportada en un sistema de radar de pulso. El método consiste en enviar señales periódicas formadas a partir de una familia wavelet ortogonal y la medida del atraso del eco producido por el albo e un dominio diferente al temporal. Los resultados de las simulaciones muestran una precisión aceptable en la determinación de la distancia, evitando los métodos complejos de sincronización, filtrado y decisión, utilizados en radares de pulso tradicionale

Técnicas de detecção da frequência fundamental da voz em entornos reais

Introduction: This review article was prepared as part of a graduate thesis at Universidad del Cauca in 2017. It sought to find the most appropriate methods for detecting voice fundamental frequency to be implemented in real environments. This is part of a solution to improve the communication of people with hearing disabilities and include them in society, since most of the proposals only aim to improve the communication channel in which the hearing-impaired individual is the transmitter. Methodology: An updated review of the literature was carried out, based mainly on scientific articles published in the last five years.  For the inclusion of articles, a systematic mapping was performed on the different methods for detecting voice fundamental frequency. Results: the phenomena considered by the various algorithms to define the environment range from noise and interference to reverberation; the performance of the algorithm depends on the quality of the recorded audio, which is observed in the variations obtained which depend on the database used; up to two different fundamental frequencies can be detected. Conclusions: Novel methods have been implemented to make the detection of voice fundamental frequency more efficient; however, there is still much work to be done in this area.Introducción: este artículo de revisión se desarrolló como parte de un trabajo de maestría de la Universidad del Cauca en el 2017. Buscó encontrar los métodos de detección de la frecuencia fundamental de la voz más propicios para implementar en entornos reales como parte de una solución para mejorar la comunicación de las personas con discapacidad auditiva e incluirlas en la sociedad, ya que la mayoría de las propuestas solo plantean mejorar el canal de comunicación en el que la persona con discapacidad auditiva es el transmisor. Metodología: se realizó una revisión actualizada de la literatura, por lo que se basó principalmente en artículos científicos publicados en los últimos cinco años. Para la inclusión de artículos se hizo un mapeo sistemático sobre los diferentes métodos de detección de la frecuencia fundamental de la voz. Resultados: los fenómenos contemplados por los diferentes algoritmos para definir el entorno van desde el ruido y la interferencia hasta la reverberación; el desempeño del algoritmo depende de la calidad del audio grabado, lo que se ve en las variaciones obtenidas que dependen de la base de datos utilizada; se pueden detectar hasta dos frecuencias fundamentales diferentes. Conclusiones: se han implementado novedosos métodos para hacer más eficiente la detección de la frecuencia fundamental de la voz; sin embargo, aún queda mucho trabajo por hacer en esta área.Introdução: o artigo de revisão foi desenvolvido como parte de um trabalho de mestrado da Universidade de Cauca em 2017. Buscou-se encontrar os métodos de detecção da frequência fundamental da voz mais propícios para implementar em entornos reais como parte de uma solução para melhorar a comunicação das pessoas com deficiência auditiva e incluí-las na sociedade, já que a maioria das propostas enfocam apenas em melhorar o canal de comunicação no qual a pessoa com deficiência auditiva é o transmissor. Metodologia: é realizada uma revisão atualizada da literatura, baseada principalmente em artigos científicos publicados nos últimos cinco anos. Para a inclusão de artigos, foi feito um mapeamento sistemático sobre os diferentes métodos de detecção da frequência fundamental da voz. Resultados: mostram que os fenômenos contemplados pelos diferentes algoritmos para definir o entorno vão desde o ruído e a interferência até a reverberação; o desempenho do algoritmo depende da qualidade do áudio gravado, o que se vê refletido nas variações obtidas que dependem da base de dados utilizada; é possível detectar até duas frequências fundamentais diferentes. Conclusões: métodos inovadores foram implementados para tornar a detecção da frequência fundamental da voz mais eficiente; no entanto, ainda há muito trabalho a ser feito nessa área

Aplicación de wavelets en el análisis y la extracción de características para la clasificación de señales EMGS

Las señales Electro-MioGráficas Superficiales (EMGS) obtenidas de manera no invasiva por medio de electrodos ubicados sobre la piel, constituyen una valiosa fuente de información de la actividad muscular, razón por la cual, estas señales tienen hoy en día gran aceptación para sus aplicaciones en el control de prótesis de mano. El objetivo central de este trabajo es, mediante el análisis de señales EMGS con técnicas basadas en wavelets, extraer características que ayuden a mejorar el desempeño en la clasificación de señales EMGS. El problema de clasificación de señales EMGS se resuelve mediante un adecuado procesamiento de señales en las fases de: extracción de características, reducción de dimensionalidad y de reconocimiento de patrones. Debido a la interdependencia de estas fases se requiere la implementación de una solución integrada. Esto es posible mediante una adecuada caracterización tiempo-frecuencia de las señales EMGS. En este trabajo se muestra que la representación simultanea de una señal en los dominios tiempo-frecuencia, lograda mediante la transformación wavelets, permite extraer características con mayor capacidad discriminante para mejorar su clasificación. Sin embargo, la transformada wavelet produce una representación bidimensional de la señal con una dimensión comparable a la de su dominio original, por lo que se requiere reducir su dimensionalidad. Para esto, en este trabajo se utiliza la técnica de selección de características con función de costo basada en el índice de separabilidad de clases (CSI), junto con una adecuada selección de sub-bandas para la transformada wavelet discreta (DWT) y un algoritmo de selección de las mejores bases para la transformada de paquetes wavelets (WPT). Finalmente se muestra que en la representación de señales EMGS, la combinación de características temporales con características espectral basadas en wavelets, permite alcanzar un buen desempeño en la clasificación de señales EMGS. Para validar los resultados se utiliza como clasificadores: una red neuronal probabilística (PNN), una maquina de soporte vectorial (SVM) y un perceptron multicapas (MLP).Surface Electro-myographics Signals (EMGS), obtained in non-invasive way by electrodes located over the skin, constitute a valuable information source of the muscular activity. For this reason, these signals are widely accepted to develop the hand prosthesis control. The main objective of this work is to improve the performance of an EMGS feature extraction system based on wavelets. The problem of EMGS signal classification is solved by an appropriate signal processing in the following phases: feature extraction, dimensionality reduction and pattern recognition. Since these phases are interdependent, the implementation of an integrated solution is required. This signal processing is possible by means of an appropriate time-frequency characterization of the EMGS signals. This work shows that the simultaneous representation of a signal in the time and frequency domains, achieved by a wavelet transform, allows a more discriminative feature extraction to improve the pattern classification. Since the wavelet transform gives a bi-dimensional representation whose length is the same as the input signal, a dimensionality reduction is required. Here is used a feature selection technique based on class separability index (CSI) with an appropriate sub-band selection, for the discrete wavelet transform (DWT), and a best basis selection algorithm, for the wavelet packet transform (WPT). Finally, it is shown that the combination of temporal features with spectral features based on wavelets achieves a good performance for the EMGS signal classification. To validate the results, classifiers based on probabilistic neural network (PNN), the support vector machine (SVM) and the multi-layer perceptron (MLP) are used.Departamento de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones, Universidad del Cauca. Popayán

Esquema de modulação digital em quatro dimensões baseado em wavelets

Information transmission over noisy channels in an efficient and reliable way is a primary objective of digital communication. In this article we propose a digital modulation scheme with a signal space of four dimensions to increase reliability. The signal space of this scheme is constructed on an orthonormal wavelet basis and its constellation is shaped by the eight farthest vertices of a hypercube centered on origin. For decisions based on minimum Euclidean distance, the proposed modulation scheme overcomes the performance against noise of that of quaternary quadrature amplitude modulation (4-QAM). This result allows us to say that a suitable design of constellation over a signal space with more than two dimensions can achieve a reduction in the bit error rate without a significant reduction of spectral efficiency.Transmitir información de manera eficiente y confiable a través de canales ruidosos es un objetivo primario de la comunicación digital. En este artículo se propone un esquema de modulación con un espacio de señal de cuatro dimensiones que busca aumentar la confiabilidad de la transmisión. El espacio de señal de dicho esquema está construido con una familia wavelet ortonormal y los puntos de su constelación corresponden a los ocho vértices más lejanos de un hipercubo de cuatro dimensiones, centrado en el origen. Para decisiones basadas en distancia mínima Euclidiana, el esquema propuesto supera el desempeño frente al ruido de la modulación por amplitud en cuadratura de cuatro estados (4-QAM), con lo que se puede afirmar que un adecuado diseño de la constelación en un espacio de más de dos dimensiones permite reducir la tasa de error de bit sin comprometer significativamente la eficiencia espectral.Resumo. Transmitir informações de forma eficiente e confiável através de canais ruidosos é o principal objetivo da comunicação digital. Neste artigo, é proposto um esquema de modulação com um espaço de sinal de quatro dimensões que procura aumentar a fiabilidade da transmissão. O espaço de sinal deste esquema está construído com uma família wavelet ortonormal e os pontos de sua constelação correspondem aos oito cantos mais distantes de um hipercubo de quatro dimensões centrado na origem. Para decisões baseadas em distância mínima euclidiana, o esquema proposto supera o desempenho em relação ao ruído da modulação de amplitude em quadratura com quatro estados (4-QAM), pelo que podemos dizer que um adequado projeto da constelação em um espaço de mais de duas dimensões poderá reduzir a taxa de erro de bit, sem comprometer significativamente a eficiência espectral