Perceptually driven video error protection using a distributed source coding approach

In video communication systems, the video signals are typically compressed and sent to the decoder through an error-prone transmission channel that may corrupt the compressed signal, causing the degradation of the final decoded video quality. In this context, it is possible to enhance the error resilience of typical predictive video coding schemes using as inspiration principles and tools from an alternative video coding approach, the so-called Distributed Video Coding (DVC), based on the Distributed Source Coding (DSC) theory. Further improvements in the decoded video quality after error-prone transmission may also be obtained by considering the perceptual relevance of the video content, as distortions occurring in different regions of a picture have a different impact on the user's final experience. In this context, this paper proposes a Perceptually Driven Error Protection (PDEP) video coding solution that enhances the error resilience of a state-of-the-art H.264/AVC predictive video codec using DSC principles and perceptual considerations. To increase the H.264/AVC error resilience performance, the main technical novelties brought by the proposed video coding solution are: (i) design of an improved compressed domain perceptual classification mechanism; (ii) design of an improved transcoding tool for the DSC-based protection mechanism; and (iii) integration of a perceptual classification mechanism in an H.264/AVC compliant codec with a DSC-based error protection mechanism. The performance results obtained show that the proposed PDEP video codec provides a better performing alternative to traditional error protection video coding schemes, notably Forward Error Correction (FEC)-based schemes. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Autenticação de vídeo H.264/AVC

Hoje em dia, há cada vez mais informação audiovisual e as transmissões ou ficheiros multimédia podem ser partilhadas com facilidade e eficiência. No entanto, a adulteração de conteúdos vídeo, como informação financeira, notícias ou sessões de videoconferência utilizadas num tribunal, pode ter graves consequências devido à importância desse tipo de informação. Surge então, a necessidade de assegurar a autenticidade e a integridade da informação audiovisual. Nesta dissertação é proposto um sistema de autenticação de vídeo H.264/Advanced Video Coding (AVC), denominado Autenticação de Fluxos utilizando Projecções Aleatórias (AFPA), cujos procedimentos de autenticação, são realizados ao nível de cada imagem do vídeo. Este esquema permite um tipo de autenticação mais flexível, pois permite definir um limite máximo de modificações entre duas imagens. Para efectuar autenticação é utilizada uma nova técnica de autenticação de imagens, que combina a utilização de projecções aleatórias com um mecanismo de correcção de erros nos dados. Assim é possível autenticar cada imagem do vídeo, com um conjunto reduzido de bits de paridade da respectiva projecção aleatória. Como a informação de vídeo é tipicamente, transportada por protocolos não fiáveis pode sofrer perdas de pacotes. De forma a reduzir o efeito das perdas de pacotes, na qualidade do vídeo e na taxa de autenticação, é utilizada Unequal Error Protection (UEP). Para validação e comparação dos resultados implementou-se um sistema clássico que autentica fluxos de vídeo de forma típica, ou seja, recorrendo a assinaturas digitais e códigos de hash. Ambos os esquemas foram avaliados, relativamente ao overhead introduzido e da taxa de autenticação. Os resultados mostram que o sistema AFPA, utilizando um vídeo com qualidade elevada, reduz o overhead de autenticação em quatro vezes relativamente ao esquema que utiliza assinaturas digitais e códigos de hash.

Optical processor based on a-SiC technology for spectral data error control

The SiC optical processor for error detection and correction is realized by using double pin/pin a-SiC:H photodetector with front and back biased optical gating elements. Data shows that the background act as selector that pick one or more states by splitting portions of the input multi optical signals across the front and back photodiodes. Boolean operations such as exclusive OR (EXOR) and three bit addition are demonstrated optically with a combination of such switching devices, showing that when one or all of the inputs are present the output will be amplified, the system will behave as an XOR gate representing the SUM. When two or three inputs are on, the system acts as AND gate indicating the present of the CARRY bit. Additional parity logic operations are performed by use of the four incoming pulsed communication channels that are transmitted and checked for errors together. As a simple example of this approach, we describe an all optical processor for error detection and correction and then, provide an experimental demonstration of this fault tolerant reversible system, in emerging nanotechnology.

Surgical correction of scoliosis: Numerical analysis and optimization of the procedure

A previously developed model is used to numerically simulate real clinical cases of the surgical correction of scoliosis. This model consists of one-dimensional finite elements with spatial deformation in which (i) the column is represented by its axis; (ii) the vertebrae are assumed to be rigid; and (iii) the deformability of the column is concentrated in springs that connect the successive rigid elements. The metallic rods used for the surgical correction are modeled by beam elements with linear elastic behavior. To obtain the forces at the connections between the metallic rods and the vertebrae geometrically, non-linear finite element analyses are performed. The tightening sequence determines the magnitude of the forces applied to the patient column, and it is desirable to keep those forces as small as possible. In this study, a Genetic Algorithm optimization is applied to this model in order to determine the sequence that minimizes the corrective forces applied during the surgery. This amounts to find the optimal permutation of integers 1, ... , n, n being the number of vertebrae involved. As such, we are faced with a combinatorial optimization problem isomorph to the Traveling Salesman Problem. The fitness evaluation requires one computing intensive Finite Element Analysis per candidate solution and, thus, a parallel implementation of the Genetic Algorithm is developed.

Agrupamento multi-orador

Actualmente tem-se observado um aumento do volume de sinais de fala em diversas aplicações, que reforçam a necessidade de um processamento automático dos ficheiros. No campo do processamento automático destacam-se as aplicações de “diarização de orador”, que permitem catalogar os ficheiros de fala com a identidade de oradores e limites temporais de fala de cada um, através de um processo de segmentação e agrupamento. No contexto de agrupamento, este trabalho visa dar continuidade ao trabalho intitulado “Detecção do Orador”, com o desenvolvimento de um algoritmo de “agrupamento multi-orador” capaz de identificar e agrupar correctamente os oradores, sem conhecimento prévio do número ou da identidade dos oradores presentes no ficheiro de fala. O sistema utiliza os coeficientes “Mel Line Spectrum Frequencies” (MLSF) como característica acústica de fala, uma segmentação de fala baseada na energia e uma estrutura do tipo “Universal Background Model - Gaussian Mixture Model” (UBM-GMM) adaptado com o classificador “Support Vector Machine” (SVM). No trabalho foram analisadas três métricas de discriminação dos modelos SVM e a avaliação dos resultados foi feita através da taxa de erro “Speaker Error Rate” (SER), que quantifica percentualmente o número de segmentos “fala” mal classificados. O algoritmo implementado foi ajustado às características da língua portuguesa através de um corpus com 14 ficheiros de treino e 30 ficheiros de teste. Os ficheiros de treino dos modelos e classificação final, enquanto os ficheiros de foram utilizados para avaliar o desempenho do algoritmo. A interacção com o algoritmo foi dinamizada com a criação de uma interface gráfica que permite receber o ficheiro de teste, processá-lo, listar os resultados ou gerar um vídeo para o utilizador confrontar o sinal de fala com os resultados de classificação.

IGRT com CBCT: o impacto na precisão em radioterapia

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde.

Distribuição de sinais rádio e vídeo sobre fibra

As comunicações ópticas e as comunicações sem fios têm sofrido uma grande evolução ao longo das últimas décadas. Com o objectivo de juntar as vantagens de cada um dos sistemas surgiu o que se designa por rádio sobre fibra. Este sistema permite centralizar todo o processamento necessário num só local, na estação central, simplificando assim a estação base. Esta simplificação permite reduzir os custos de implementação e torna o sistema menos complexo. Esta dissertação de mestrado tem como objectivo principal estudar e simular um sistema que permite o envio de sinais vídeo e rádio pela fibra óptica para posterior difusão, utilizando o conceito de rádio sobre fibra. Os sinais enviados foram o LTE (Long Term Evolution), o UWB (Ultra WideBand) e o WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). O primeiro disponibiliza o serviço de voz, o segundo disponibiliza o serviço de televisão e o último dá suporte à internet. Estes sinais foram modulados em OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), porque, posteriormente, estes sinais vão ser difundidos num ambiente sem fios e este tipo de modulação minimiza o efeito de multipercurso e da interferência intersimbólica. Com este estudo pretende-se verificar qual a viabilidade de um sistema que permite o envio de três sinais distintos simultaneamente (serviço Triple Play). Ao analisar os resultados deste sistema concluiu-se que a sua aplicabilidade pode apresentar algumas limitações, dependendo do tipo de modulação e do tipo de modulador que se utilize. Os moduladores ópticos utilizados foram o MZ (Mach-Zehnder) e o EA (Electro-Absorption). A qualidade do sinal recebido foi analisada com base no valor de EVM (Error Vector Magnitude). O primeiro modulador foi aquele que apresentou mais limitações, pois o desempenho do sistema é comprometido para distâncias superiores a 40 km e para potências de entrada inferiores a 0 dBm. Este tipo de sistema apresenta um EVM mais baixo quando a potência de entrada utilizada está entre 0 e 6 dBm. Se o modulador utilizado for o EA, o sistema apresenta um EVM mais baixo quando se utiliza um índice de modulação entre 20% e 30%, para uma potência de entrada entre 0 e 2 dBm.

A comparison of two attenuation correction methods in 111In-Pentetriotide abdominal SPECT

Tomographic image can be degraded, partially by patient based attenuation. The aim of this paper is to quantitatively verify the effects of attenuation correction methods Chang and CT in 111In studies through the analysis of profiles from abdominal SPECT, correspondent to a uniform radionuclide uptake organ, the left kidney.

Simulation of the Magnetic Induction Vector of a Magnetic Core to be Used in FFC NMR Relaxometry

This paper is a contribution for the assessment and comparison of magnet properties based on magnetic field characteristics particularly concerning the magnetic induction uniformity in the air gaps. For this aim, a solver was developed and implemented to determine the magnetic field of a magnetic core to be used in Fast Field Cycling (FFC) Nuclear Magnetic Resonance (NMR) relaxometry. The electromagnetic field computation is based on a 2D finite-element method (FEM) using both the scalar and the vector potential formulation. Results for the magnetic field lines and the magnetic induction vector in the air gap are presented. The target magnetic induction is 0.2 T, which is a typical requirement of the FFC NMR technique, which can be achieved with a magnetic core based on permanent magnets or coils. In addition, this application requires high magnetic induction uniformity. To achieve this goal, a solution including superconducting pieces is analyzed. Results are compared with a different FEM program.

Improved matching criterion for frame rate upconversion with trilateral filtering

Frame rate upconversion (FRUC) is an important post-processing technique to enhance the visual quality of low frame rate video. A major, recent advance in this area is FRUC based on trilateral filtering which novelty mainly derives from the combination of an edge-based motion estimation block matching criterion with the trilateral filter. However, there is still room for improvement, notably towards reducing the size of the uncovered regions in the initial estimated frame, this means the estimated frame before trilateral filtering. In this context, proposed is an improved motion estimation block matching criterion where a combined luminance and edge error metric is weighted according to the motion vector components, notably to regularise the motion field. Experimental results confirm that significant improvements are achieved for the final interpolated frames, reaching PSNR gains up to 2.73 dB, on average, regarding recent alternative solutions, for video content with varied motion characteristics.

Simulação, em software adequado, da sintomatologia vibracional de avarias mecânicas de máquinas rotativas

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica na Área de Manutenção e Produção

Magnetic and plagioclase linear fabric discrepancy in dykes: a new way to define the flow vector using magnetic foliation

In basaltic dykes the magnetic lineation K1 (maximum magnetic susceptibility axis) is generally taken to indicate the flow direction during solidification of the magma. This assumption was tested in Tertiary basaltic dykes from Greenland displaying independent evidence of subhorizontal flow. The digital processing of microphotographs from thin sections cut in (K1, K2) planes yields the preferred linear orientation of plagioclase, which apparently marks the magma flow lineation. In up to 60% of cases, the angular separation between K1 and the assumed flow direction is greater than 45degrees. This suggests that the uncorroborated use of magnetic lineations in dykes is risky. A simple geometrical method is proposed to infer the flow vector from AMS in dykes based solely on magnetic foliations.

Strabismus, visual acuity, and uncorrected refractive error in Portuguese children aged 6 to 11 years

Introduction: Visual anomalies that affect school-age children represent an important public health problem. Data on the prevalence are lacking in Portugal but is needed for planning vision services. This study was conducted to determine the prevalence of strabismus, decreased visual acuity, and uncorrected refractive error in Portuguese children aged 6 to 11 years. Methods and materials: A cross-sectional study was carried out on a sample of 672 school-age children (7.69 ± 1.19 years). Children received an orthoptic assessment (visual acuity, ocular alignment, and ocular movements) and non-cycloplegic autorefraction. Results: After orthoptic assessment, 13.8% of children were considered abnormal (n = 93). Manifest strabismus was found in 4% of the children. Rates of esotropia (2.1%) were slightly higher than exotropia (1.8%). Strabismus rates were not statistically significant different per sex (p = 0.681) and grade (p = 0.228). Decreased visual acuity at distance was present in 11.3% of children. Visual acuity ≤20/66 (0.5 logMAR) was found in 1.3% of the children. We also found that 10.3% of children had an uncorrected refractive error. Conclusions: Strabismus affects a small proportion of the Portuguese school-age children. Decreased visual acuity and uncorrected refractive error affected a significant proportion of school-age children. New policies need to be developed to address this public health problem.

Implementação do protocolo eNAL num serviço de radioterapia: um estudo de caso

Mestrado em Radioterapia

Enhancing Multimodal Silent Speech Interfaces With Feature Selection

In research on Silent Speech Interfaces (SSI), different sources of information (modalities) have been combined, aiming at obtaining better performance than the individual modalities. However, when combining these modalities, the dimensionality of the feature space rapidly increases, yielding the well-known "curse of dimensionality". As a consequence, in order to extract useful information from this data, one has to resort to feature selection (FS) techniques to lower the dimensionality of the learning space. In this paper, we assess the impact of FS techniques for silent speech data, in a dataset with 4 non-invasive and promising modalities, namely: video, depth, ultrasonic Doppler sensing, and surface electromyography. We consider two supervised (mutual information and Fisher's ratio) and two unsupervised (meanmedian and arithmetic mean geometric mean) FS filters. The evaluation was made by assessing the classification accuracy (word recognition error) of three well-known classifiers (knearest neighbors, support vector machines, and dynamic time warping). The key results of this study show that both unsupervised and supervised FS techniques improve on the classification accuracy on both individual and combined modalities. For instance, on the video component, we attain relative performance gains of 36.2% in error rates. FS is also useful as pre-processing for feature fusion. Copyright © 2014 ISCA.