A flexible side information generation framework for distributed video coding

One of the most efficient approaches to generate the side information (SI) in distributed video codecs is through motion compensated frame interpolation where the current frame is estimated based on past and future reference frames. However, this approach leads to significant spatial and temporal variations in the correlation noise between the source at the encoder and the SI at the decoder. In such scenario, it would be useful to design an architecture where the SI can be more robustly generated at the block level, avoiding the creation of SI frame regions with lower correlation, largely responsible for some coding efficiency losses. In this paper, a flexible framework to generate SI at the block level in two modes is presented: while the first mode corresponds to a motion compensated interpolation (MCI) technique, the second mode corresponds to a motion compensated quality enhancement (MCQE) technique where a low quality Intra block sent by the encoder is used to generate the SI by doing motion estimation with the help of the reference frames. The novel MCQE mode can be overall advantageous from the rate-distortion point of view, even if some rate has to be invested in the low quality Intra coding blocks, for blocks where the MCI produces SI with lower correlation. The overall solution is evaluated in terms of RD performance with improvements up to 2 dB, especially for high motion video sequences and long Group of Pictures (GOP) sizes.

Application of neural networks for pavement evaluation

As vias de comunicação são indispensáveis para o desenvolvimento de uma nação, económica e socialmente. Num mundo globalizado, onde tudo deve chegar ao seu destino no menor espaço de tempo, as vias de comunicação assumem um papel vital. Assim, torna-se essencial construir e manter uma rede de transportes eficiente. Apesar de não ser o método mais eficiente, o transporte rodoviário é muitas vezes o mais económico e possibilita o transporte porta-a-porta, sendo em muitos casos o único meio de transporte possível. Por estas razões, o modo rodoviário tem uma quota significativa no mercado dos transportes, seja de passageiros ou mercadorias, tornando-o extremamente importante na rede de transportes de um país. Os países europeus fizeram um grande investimento na criação de extensas redes de estradas, cobrindo quase todo o seu território. Neste momento, começa-se a atingir o ponto onde a principal preocu+ação das entidades gestoras de estradas deixa de ser a construção de novas vias, passando a focar-se na necessidade de manutenção e conservação das vias existentes. Os pavimentos rodoviários, como todas as outras construções, requerem manutenção de forma a garantir bons níveis de serviço com qualidade, conforto e segurança. Devido aos custos inerentes às operações de manutenção de pavimentos, estas devem rigorosamente e com base em critérios científicos bem definidos. Assim, pretende-se evitar intervenções desnecessárias, mas também impedir que os danos se tornem irreparáveis e economicamente prejudiciais, com repercussões na segurança dos utilizadores. Para se estimar a vida útil de um pavimento é essencial realizar primeiro a caracterização estrutural do mesmo. Para isso, torna-se necessário conhecer o tipo de estrutura de um pavimento, nomeadamente a espessura e o módulo de elasticidade constituintes. A utilização de métodos de ensaio não destrutivos é cada vez mais reconhecida como uma forma eficaz para obter informações sobre o comportamento estrutural de pavimentos. Para efectuar estes ensaios, existem vários equipamentos. No entanto, dois deles, o Deflectómetro de Impacto e o Radar de Prospecção, têm demonstrado ser particularmente eficientes para avaliação da capacidade de carga de um pavimento, sendo estes equipamentos utilizados no âmbito deste estudo. Assim, para realização de ensaios de carga em pavimentos, o equipamento Deflectómetro de Impacto tem sido utilizado com sucesso para medir as deflexões à superfície de um pavimento em pontos pré-determinados quando sujeito a uma carga normalizada de forma a simular o efeito da passagem da roda de um camião. Complementarmente, para a obtenção de informações contínuas sobre a estrutura de um pavimento, o equipamento Radar de Prospecção permite conhecer o número de camadas e as suas espessuras através da utilização de ondas electromagnéticas. Os dados proporcionam, quando usados em conjunto com a realização de sondagens à rotação e poços em alguns locais, permitem uma caracterização mais precisa da condição estrutural de um pavimento e o estabelecimento de modelos de resposta, no caso de pavimentos existentes. Por outro lado, o processamento dos dados obtidos durante os ensaios “in situ” revela-se uma tarefa morosa e complexa. Actualmente, utilizando as espessuras das camadas do pavimento, os módulos de elasticidade das camadas são calculados através da “retro-análise” da bacia de deflexões medida nos ensaios de carga. Este método é iterativo, sendo que um engenheiro experiente testa várias estruturas diferentes de pavimento, até se obter uma estrutura cuja resposta seja o mais próximo possível da obtida durante os ensaios “in Situ”. Esta tarefa revela-se muito dependente da experiência do engenheiro, uma vez que as estruturas de pavimento a serem testadas maioritariamente do seu raciocínio. Outra desvantagem deste método é o facto de apresentar soluções múltiplas, dado que diferentes estruturas podem apresentar modelos de resposta iguais. A solução aceite é, muitas vezes, a que se julga mais provável, baseando-se novamente no raciocínio e experiência do engenheiro. A solução para o problema da enorme quantidade de dados a processar e das múltiplas soluções possíveis poderá ser a utilização de Redes Neuronais Artificiais (RNA) para auxiliar esta tarefa. As redes neuronais são elementos computacionais virtuais, cujo funcionamento é inspirado na forma como os sistemas nervosos biológicos, como o cérebro, processam a informação. Estes elementos são compostos por uma série de camadas, que por sua vez são compostas por neurónios. Durante a transmissão da informação entre neurónios, esta é modificada pela aplicação de um coeficiente, denominado “peso”. As redes neuronais apresentam uma habilidade muito útil, uma vez que são capazes de mapear uma função sem conhecer a sua fórmula matemática. Esta habilidade é utilizada em vários campos científicos como o reconhecimento de padrões, classificação ou compactação de dados. De forma a possibilitar o uso desta característica, a rede deverá ser devidamente “treinada” antes, processo realizado através da introdução de dois conjuntos de dados: os valores de entrada e os valores de saída pretendidos. Através de um processo cíclico de propagação da informação através das ligações entre neurónios, as redes ajustam-se gradualmente, apresentando melhores resultados. Apesar de existirem vários tipos de redes, as que aparentam ser as mais aptas para esta tarefa são as redes de retro-propagação. Estas possuem uma característica importante, nomeadamente o treino denominado “treino supervisionado”. Devido a este método de treino, as redes funcionam dentro da gama de variação dos dados fornecidos para o “treino” e, consequentemente, os resultados calculados também se encontram dentro da mesma gama, impedindo o aparecimento de soluções matemáticas com impossibilidade prática. De forma a tornar esta tarefa ainda mais simples, foi desenvolvido um programa de computador, NNPav, utilizando as RNA como parte integrante do seu processo de cálculo. O objectivo é tornar o processo de “retro-análise” totalmente automático e prevenir erros induzidos pela falta de experiência do utilizador. De forma a expandir ainda mais as funcionalidades do programa, foi implementado um processo de cálculo que realiza uma estimativa da capacidade de carga e da vida útil restante do pavimento, recorrendo a dois critérios de ruína. Estes critérios são normalmente utilizados no dimensionamento de pavimentos, de forma a prevenir o fendilhamento por fadiga e as deformações permanentes. Desta forma, o programa criado permite a estimativa da vida útil restante de um pavimento de forma eficiente, directamente a partir das deflexões e espessuras das camadas, medidas nos ensaios “in situ”. Todos os passos da caracterização estrutural do pavimento são efectuados pelo NNPav, seja recorrendo à utilização de redes neuronais ou a processos de cálculo matemático, incluindo a correcção do módulo de elasticidade da camada de misturas betuminosas para a temperatura de projecto e considerando as características de tráfego e taxas de crescimento do mesmo. Os testes efectuados às redes neuronais revelaram que foram alcançados resultados satisfatórios. Os níveis de erros na utilização de redes neuronais são semelhantes aos obtidos usando modelos de camadas linear-elásticas, excepto para o cálculo da vida útil com base num dos critérios, onde os erros obtidos foram mais altos. No entanto, este processo revela-se bastante mais rápido e possibilita o processamento dos dados por pessoal com menos experiência. Ao mesmo tempo, foi assegurado que nos ficheiros de resultados é possível analisar todos os dados calculados pelo programa, em várias fases de processamento de forma a permitir a análise detalhada dos mesmos. A possibilidade de estimar a capacidade de carga e a vida útil restante de um pavimento, contempladas no programa desenvolvido, representam também ferramentas importantes. Basicamente, o NNPav permite uma análise estrutural completa de um pavimento, estimando a sua vida útil com base nos ensaios de campo realizados pelo Deflectómetro de Impacto e pelo Radar de Prospecção, num único passo. Complementarmente, foi ainda desenvolvido e implementado no NNPav um módulo destinado ao dimensionamento de pavimentos novos. Este módulo permite que, dado um conjunto de estruturas de pavimento possíveis, seja estimada a capacidade de carga e a vida útil daquele pavimento. Este facto permite a análise de uma grande quantidade de estruturas de pavimento, e a fácil comparação dos resultados no ficheiro exportado. Apesar dos resultados obtidos neste trabalho serem bastante satisfatórios, os desenvolvimentos futuros na aplicação de Redes Neuronais na avaliação de pavimentos são ainda mais promissores. Uma vez que este trabalho foi limitado a uma moldura temporal inerente a um trabalho académico, a possibilidade de melhorar ainda mais a resposta das RNA fica em aberto. Apesar dos vários testes realizados às redes, de forma a obter as arquitecturas que apresentassem melhores resultados, as arquitecturas possíveis são virtualmente ilimitadas e pode ser uma área a aprofundar. As funcionalidades implementadas no programa foram as possíveis, dentro da moldura temporal referida, mas existem muitas funcionalidades a serem adicinadas ou expandidas, aumentando a funcionalidade do programa e a sua produtividade. Uma vez que esta é uma ferramenta que pode ser aplicada ao nível de gestão de redes rodoviárias, seria necessário estudar e desenvolver redes similares de forma a avaliar outros tipos de estruturas de pavimentos. Como conclusão final, apesar dos vários aspectos que podem, e devem ser melhorados, o programa desenvolvido provou ser uma ferramenta bastante útil e eficiente na avaliação estrutural de pavimentos com base em métodos de ensaio não destrutivos.

Estudo da utilização de fibras em misturas betuminosas

A presente dissertação tem como objectivo principal aprofundar os conhecimentos sobre a incorporação de fibras em misturas betuminosas, em particular, sobre as misturas do tipo Stone Mastic Asphalt (SMA). Para este tipo de mistura betuminosa existe uma norma de produto europeia, a EN 13108-5:2006. Os ensaios tipo iniciais para efeitos de certificação CE das misturas estão contemplados na norma portuguesa NP EN 13108-20:2008, onde também são estipuladas as condições de ensaio. São descritos diversos tipos de fibras passíveis de serem utilizadas no fabrico da mistura betuminosa do tipo SMA, dando especial enfoque às misturas fabricadas com fibras celulósicas, uma vez que este tipo específico de mistura é frequentemente aplicado em camada de desgaste noutros países, com reconhecidas vantagens em termos de durabilidade e desempenho do pavimento. As misturas do tipo SMA são descritas, analisando-se métodos de formulação e métodos para a sua caracterização. Posteriormente, são apresentados e discutidos os trabalhos experimentais levados a cabo para um caso concreto. Os ensaios realizados permitiram caracterizar a mistura quanto à sensibilidade à água, ao seu módulo de rigidez e resistência à deformação permanente. Conclui-se que a mistura do tipo SMA com a incorporação de fibras analisada, apresenta bom comportamento à deformação permanente e boa resistência á acção da água, comparativamente às misturas betuminosas tradicionais aplicadas em camada de desgaste.

A Flexible Architecture for the Computation of Direct and Inverse Transforms in H.264/AVC Video Codecs

A new high throughput and scalable architecture for unified transform coding in H.264/AVC is proposed in this paper. Such flexible structure is capable of computing all the 4x4 and 2x2 transforms for Ultra High Definition Video (UHDV) applications (4320x7680@ 30fps) in real-time and with low hardware cost. These significantly high performance levels were proven with the implementation of several different configurations of the proposed structure using both FPGA and ASIC 90 nm technologies. In addition, such experimental evaluation also demonstrated the high area efficiency of theproposed architecture, which in terms of Data Throughput per Unit of Area (DTUA) is at least 1.5 times more efficient than its more prominent related designs(1).

Análise comparativa de soluções adotadas para a reabilitação de pavimentos flexíveis que integram a rede rodoviária nacional

A presente dissertação tem como objetivo efetuar a análise comparativa de soluções adotadas de reabilitação de pavimentos flexíveis que integram a rede rodoviária nacional. No âmbito desta análise apresenta-se o estado da arte respeitante à reabilitação de pavimentos flexíveis, nomeadamente: mecanismos de degradação, famílias de degradações, avaliação da capacidade de carga dos pavimentos, metodologia utilizada no dimensionamento do reforço de pavimentos, sendo também efetuada uma análise comparativa de técnicas de reforço de pavimentos e dos tratamentos antifendas. Neste contexto, apresenta-se um caso de estudo no qual é efetuada uma análise de três soluções possíveis para a reabilitação estrutural do pavimento do IC 20 entre Almada e a Costa de Caparica. É feita a descrição da solução projetada pela EP, SA patenteada em concurso público lançado em 2007, a qual é de certa forma inovadora ao nível do tratamento retardador da reflexão de fendas. Aquela solução técnica é constituída pela aplicação de grelhas de fibra de vidro e grelhas de fibra de carbono, seguidas da colocação de uma camada de desgaste em mistura betuminosa rugosa com betume modificado com baixa percentagem de borracha reciclada de pneus usados (BBr - BBB). Complementarmente, é efetuada a análise da solução do projeto de reabilitação do IC 20, patenteado pela Subconcessionária do Baixo Tejo, que contemplou a aplicação de misturas betuminosas rugosas com betume modificado com média percentagem de borracha reciclada de pneus usados (BBr - BBM). Para além da solução patenteada pela subconcessionária, é analisada a solução do projeto de alterações (variante) apresentado pelo agrupamento de empresas construtoras, que foi adotado na execução da obra realizada no IC 20. A intervenção de reabilitação estrutural contemplou a utilização de uma camada de ligação em AC 16 10/20 (MBAM) e uma camada de desgaste em mistura betuminosa rugosa com betume modificado com média percentagem de borracha reciclada de pneus usados (BBr - BBM). Adicionalmente à caracterização de diferentes soluções de reabilitação de pavimentos flexíveis adotados em Portugal, é efetuada uma análise comparativa dos custos de ciclo de vida (construção, manutenção e conservação) de cada tipo de solução de reabilitação.

Study of the production of polyesters for polyurethanes at pilot plant scale

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Lightweight amorphous silicon photovoltaic modules on flexible plastic substrate

Solar cells on lightweight and flexible substrates have advantages over glass-or wafer-based photovoltaic devices in both terrestrial and space applications. Here, we report on development of amorphous silicon thin film photovoltaic modules fabricated at maximum deposition temperature of 150 degrees C on 100 mu m thick polyethylene-naphtalate plastic films. Each module of 10 cm x 10 cm area consists of 72 a-Si:H n-i-p rectangular structures with transparent conducting oxide top electrodes with Al fingers and metal back electrodes deposited through the shadow masks. Individual structures are connected in series forming eight rows with connection ports provided for external blocking diodes. The design optimization and device performance analysis are performed using a developed SPICE model.

Partial utility-driven scheduling for flexible SLA and pricing arbitration in clouds

Cloud SLAs compensate customers with credits when average availability drops below certain levels. This is too inflexible because consumers lose non-measurable amounts of performance being only compensated later, in next charging cycles. We propose to schedule virtual machines (VMs), driven by range-based non-linear reductions of utility, different for classes of users and across different ranges of resource allocations: partial utility. This customer-defined metric, allows providers transferring resources between VMs in meaningful and economically efficient ways. We define a comprehensive cost model incorporating partial utility given by clients to a certain level of degradation, when VMs are allocated in overcommitted environments (Public, Private, Community Clouds). CloudSim was extended to support our scheduling model. Several simulation scenarios with synthetic and real workloads are presented, using datacenters with different dimensions regarding the number of servers and computational capacity. We show the partial utility-driven driven scheduling allows more VMs to be allocated. It brings benefits to providers, regarding revenue and resource utilization, allowing for more revenue per resource allocated and scaling well with the size of datacenters when comparing with an utility-oblivious redistribution of resources. Regarding clients, their workloads’ execution time is also improved, by incorporating an SLA-based redistribution of their VM’s computational power.

Data analytics in the cloud with flexible mapreduced workflows

Data analytic applications are characterized by large data sets that are subject to a series of processing phases. Some of these phases are executed sequentially but others can be executed concurrently or in parallel on clusters, grids or clouds. The MapReduce programming model has been applied to process large data sets in cluster and cloud environments. For developing an application using MapReduce there is a need to install/configure/access specific frameworks such as Apache Hadoop or Elastic MapReduce in Amazon Cloud. It would be desirable to provide more flexibility in adjusting such configurations according to the application characteristics. Furthermore the composition of the multiple phases of a data analytic application requires the specification of all the phases and their orchestration. The original MapReduce model and environment lacks flexible support for such configuration and composition. Recognizing that scientific workflows have been successfully applied to modeling complex applications, this paper describes our experiments on implementing MapReduce as subworkflows in the AWARD framework (Autonomic Workflow Activities Reconfigurable and Dynamic). A text mining data analytic application is modeled as a complex workflow with multiple phases, where individual workflow nodes support MapReduce computations. As in typical MapReduce environments, the end user only needs to define the application algorithms for input data processing and for the map and reduce functions. In the paper we present experimental results when using the AWARD framework to execute MapReduce workflows deployed over multiple Amazon EC2 (Elastic Compute Cloud) instances.