ENGENHARIA ELÉTRICA
RESTAURAÇÃO E DETECÇÃO DE SINAIS DE COMUNICAÇÃO CORROMPIDOS POR RUÍDO
UTILIZANDO EQUAÇÕES DE DIFUSÃO
Clayton de Medeiros Vasconcelos1*, Fábio Silva Piazzi 2,6, Aline da Rocha Gesualdi3, Marcelo Portes de Albuquerque4,7
[email protected] (Orientador), Márcio Portes de Albuquerque5,8
1,2,3, 4,5 - Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Coordenação de Atividades Técnicas (CAT), Rio de Janeiro/RJ; 6 –
Faculdade de Engenharia Elétrica, Universidade Federal Fluminense (UFF), Niterói/RJ; 7,8 - Departamento de
Informática, Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológica da Universidade Iguaçu (FaCET), Nova Iguaçu/RJ.
(INTRODUÇÃO) O objetivo deste projeto é desenvolver e analisar um algoritmo robusto e eficiente para recuperação
de sinais de comunicação em um ambiente extremamente ruidoso. Caracterizamos como um sinal de comunicação
uma seqüência aleatória de bits que trafegam em um meio físico, como, por exemplo, o fluxo de informações em uma
rede de computadores. A implementação das equações de difusão inversa estabilizada envolvem aplicações de sinais
discretos. Neste projeto apresentamos a evolução de uma família de equações semi-discretas, i.e., contínua na
evolução e discreta no tempo, que reduzem o ruído e realçam as transições ou bordas do sinal.
(METODOLOGIA) Iniciamos o projeto estudando a teoria das equações de difusão inversa aplicadas a sinais
unidimensionais, onde analisamos o processo de evolução de um modelo mecânico análogo às equações de
evolução discreta no espaço. Aplicando os conceitos de teoria de sinais em um sistema de comunicação,
implementamos um algoritmo a fim de reduzir o ruído e realçar as bordas (transições do sinal) através da evolução de
equações de difusão inversa. Para tal, caracterizamos sinais em um sistema de comunicação binário com tendo dois
níveis de tensão, sendo 1 volt a representação do nível lógico 0 e 2 volts a do nível de lógico 1. Em seguida,
utilizamos a evolução das equações de difusão inversa estáveis na segmentação do sinal recebido em seus dois
níveis de tensão e desta forma procuramos eliminar o ruído. Foram implementados algoritmos de restauração
utilizando a evolução das equações de difusão em sinais de comunicação corrompidos por ruídos de
aproximadamente 10 vezes o valor do sinal.
(RESULTADOS) Verificamos que a técnica de evolução de equações de difusão foi bastante eficiente na restauração
de sinais unidimensionais corrompidos por ruído aditivo. A utilização desta técnica neste projeto foi de grande
importância, pois foi verificado que o processo de estabilização de sinais e por conseguinte sua redução de ruído
pode ser utilizado em diversas outras aplicações e até mesmo em sistemas não digitais. Os resultados obtidos
revelam que as evoluções das equações de difusão são lentas e provavelmente menos indicadas para problemas de
detecção de sinais em tempo real (on-line). No entanto, as equações de difusão inversa são uma ferramenta bastante
útil na reconstrução de sinais extremamente ruidosos, onde métodos clássicos como, por exemplo, os filtros casados
não obtêm sucesso.
(CONCLUSÕES) Neste projeto implementamos algoritmos de realce de bordas e segmentação demonstrando sua
aplicação na redução de ruídos com grandes amplitudes. Nossa abordagem foi baseada em uma nova série de
equações de evolução que utiliza equações de difusão inversa estabilizada. Esta evolução possui alguns conceitos
iguais aos de outros métodos evolutivos mas com uma qualidade superior. Observamos sucesso na redução de ruído
em sinais de comunicação. Uma extensão desta técnica para sinais 2-D, como, por exemplo, a segmentação de
imagens e realce de bordas, pode permitir a obtenção de resultados interessantes.
Agência Financiadora: Desenvolvimento e Representação Virtual Ltda. (DRV), Conselho Nacional de
Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro
(FAPERJ).
TRABALHO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA.
54a Reunião Anual da SBPC - Goiânia, GO - Julho/2002