Wavelet regression with correlated errors on a piecewise Holder class

This paper generalizes the methodology of Cat and Brown [Cai, T., Brown, L.D., 1998. Wavelet shrinkage for nonequispaced samples. The Annals of Statistics 26, 1783-1799] for wavelet shrinkage for nonequispaced samples, but in the presence of correlated stationary Gaussian errors. If the true function is a member of a piecewise Holder class, it is shown that, even for long memory errors, the rate of convergence of the procedure is almost-minimax relative to the independent and identically distributed errors case. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Computational aspects of harmonic wavelet Galerkin methods and an application to a precipitation front propagation model

This article is dedicated to harmonic wavelet Galerkin methods for the solution of partial differential equations. Several variants of the method are proposed and analyzed, using the Burgers equation as a test model. The computational complexity can be reduced when the localization properties of the wavelets and restricted interactions between different scales are exploited. The resulting variants of the method have computational complexities ranging from O(N(3)) to O(N) (N being the space dimension) per time step. A pseudo-spectral wavelet scheme is also described and compared to the methods based on connection coefficients. The harmonic wavelet Galerkin scheme is applied to a nonlinear model for the propagation of precipitation fronts, with the front locations being exposed in the sizes of the localized wavelet coefficients. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Filtragem de imagens com preservação das bordas usando a Transformada Wavelet

A filtragem de imagens visando a redução do ruído é uma tarefa muito importante em processamento de imagens, e encontra diversas aplicações. Para que a filtração seja eficiente, ela deve atenuar apenas o ruído na imagem, sem afetar estruturas importantes, como as bordas. Há na literatura uma grande variedade de técnicas propostas para filçtragem de imagens com preservação de bordas, com as mais variadas abordagens, deentrte as quais podem ser citadas a convolução com máscaras, modelos probabilísticos, redes neurais, minimização de funcionais e equações diferenciais parciais. A transformada wavelet é uma ferramenta matemática que permite a decomposição de sinais e imagens em múltiplas resoluções. Essa decomposição é chamada de representação em wavelets, e pode ser calculada atrravés de um algorítmo piramidal baseado em convoluções com filtros passa-bandas e passa-baixas. Com essa transformada, as bordas podem ser calculadas em múltiplas resoluções. Além disso, como filtros passa-baixas são utilizados na decomposição, a atenuação do ruído é um processo intrínseco à transformada. Várias técnicas baseadas na transformada wavelet têm sido propostas nos últimos anos, com resultados promissores. Essas técnicas exploram várias características da transformada wavelet, tais como a magnitude de coeficientes e sua evolução ao longo das escalas. Neste trabalho, essas características da transformada wavelet são exploradas para a obtenção de novas técnicas de filtragem com preservação das bordas.

Aplicação da transformada Wavelet Packet na análise e classificação de sinais de vozes patológicas

o exame para o diagnóstico de doenças da laringe é usualmente realizado através da videolaringoscopia e videoestroboscopia. A maioria das doenças na laringe provoca mudanças na voz do paciente. Diversos índices têm sido propostos para avaliar quantitativamente a qualidade da voz. Também foram propostos vários métodos para classificação automática de patologias da laringe utilizando apenas a voz do paciente. Este trabalho apresenta a aplicação da Transformada Wavelet Packet e do algoritmo Best Basis [COI92] para a classificação automática de vozes em patológicas ou normais. Os resultados obtidos mostraram que é possível classificar a voz utilizando esta Transformada. Tem-se como principal conclusão que um classificador linear pode ser obtido ao se empregar a Transformada Wavelet Packet como extrator de características. O classificador é linear baseado na existência ou não de nós na decomposição da Transformada Wavelet Packet. A função Wavelet que apresentou os melhores resultados foi a sym1et5 e a melhor função custo foi a entropia. Este classificador linear separa vozes normais de vozes patológicas com um erro de classificação de 23,07% para falsos positivos e de 14,58%para falsos negativos.

Detecção de fusos de sono em adultos jovens por meio de transformadas wavelet

A análise do sono está baseada na polissonogra a e o sinal de EEG é o mais importante. A necessidade de desenvolver uma análise automática do sono tem dois objetivos básicos: reduzir o tempo gasto na análise visual e explorar novas medidas quantitativas e suas relações com certos tipos de distúrbios do sono. A estrutura do sinal de EEG de sono está relacionada com a chamada microestrutura do sono, que é composta por grafoelementos. Um destes grafoelementos é o fuso de sono (spindles). Foi utilizado um delineamento transversal aplicado a um grupo de indivíduos normais do sexo masculino para testar o desempenho de um conjunto de ferramentas para a detecção automática de fusos. Exploramos a detecção destes fusos de sono através de procura direta, Matching Pursuit e uma rede neural que utiliza como "input"a transformada de Gabor (GT). Em comparação com a análise visual, o método utilizando a transformada de Gabor e redes neurais apresentou uma sensibilidade de 77% e especi cidade de 73%. Já o Matching Pursuit, apesar de mais demorado, se mostrou mais e ciente, apresentando sensibilidade de 81,2% e especi cidade de 85.2%.

O uso da transformada Wavelet bi-dimensional no conceito do espaço de escala

O processamento de imagens tem sido amplamente utilizado para duas tarefas. Uma delas é o realce de imagens para a posterior visualização e a outra tarefa é a extração de informações para análise de imagens. Este trabalho apresenta um estudo sobre duas teorias multi-escalas chamadas de espaço de escala e transformada wavelet, que são utilizadas para a extração de informações de imagens. Um dos aspectos do espaço de escalas que tem sido amplamente discutido por diversos autores é a sua base (originalmente a gaussiana). Tem se buscado saber se a base gaussiana é a melhor, ou para quais casos ela é a melhor. Além disto, os autores têm procurado desenvolver novas bases, com características diferentes das pertencentes à gaussiana. De posse destas novas bases, pode-se compará-las com a base gaussiana e verificar onde cada base apresenta melhor desempenho. Neste trabalho, foi usada (i) a teoria do espaço de escalas, (ii) a teoria da transformada wavelet e (iii) as relações entre elas, a fim de gerar um método para criar novas bases para o espaço de escalas a partir de funções wavelets. O espaço de escala é um caso particular da transformada wavelet quando se usam as derivadas da gaussiana para gerar os operadores do espaço de escala. É com base nesta característica que se propôs o novo método apresentado. Além disto, o método proposto usa a resposta em freqüência das funções analisadas. As funções bases do espaço de escala possuem resposta em freqüência do tipo passa baixas. As funções wavelets, por sua vez, possuem resposta do tipo passa faixas Para obter as funções bases a partir das wavelets faz-se a integração numérica destas funções até que sua resposta em freqüência seja do tipo passa baixas. Algumas das funções wavelets estudadas não possuem definição para o caso bi-dimensional, por isso foram estudadas três formas de gerar funções bi-dimensionais a partir de funções unidimensionais. Com o uso deste método foi possível gerar dez novas bases para o espaço de escala. Algumas dessas novas bases apresentaram comportamento semelhante ao apresentado pela base gaussiana, outras não. Para as funções que não apresentaram o comportamento esperado, quando usadas com as definições originais dos operadores do espaço de escala, foram propostas novas definições para tais operadores (detectores de borda e bolha). Também foram geradas duas aplicações com o espaço de escala, sendo elas um algoritmo para a segmentação de cavidades cardíacas e um algoritmo para segmentação e contagem de células sanguíneas.

Classificação de sinais de voz utilizando a transformada Wavelet Packet e redes neurais artificiais

Este trabalho apresenta um sistema de classificação de voz disfônica utilizando a Transformada Wavelet Packet (WPT) e o algoritmo Best Basis (BBA) como redutor de dimensionalidade e seis Redes Neurais Artificiais (ANN) atuando como um conjunto de sistemas denominados “especialistas”. O banco de vozes utilizado está separado em seis grupos de acordo com as similaridades patológicas (onde o 6o grupo é o dos pacientes com voz normal). O conjunto de seis ANN foi treinado, com cada rede especializando-se em um determinado grupo. A base de decomposição utilizada na WPT foi a Symlet 5 e a função custo utilizada na Best Basis Tree (BBT) gerada com o BBA, foi a entropia de Shannon. Cada ANN é alimentada pelos valores de entropia dos nós da BBT. O sistema apresentou uma taxa de sucesso de 87,5%, 95,31%, 87,5%, 100%, 96,87% e 89,06% para os grupos 1 ao 6 respectivamente, utilizando o método de Validação Cruzada Múltipla (MCV). O poder de generalização foi medido utilizando o método de MCV com a variação Leave-One-Out (LOO), obtendo erros em média de 38.52%, apontando a necessidade de aumentar o banco de vozes disponível.

Análise e classificação de imagens de lesões da pele por atributos de cor, forma e textura utilizando máquina de vetor de suporte

The skin cancer is the most common of all cancers and the increase of its incidence must, in part, caused by the behavior of the people in relation to the exposition to the sun. In Brazil, the non-melanoma skin cancer is the most incident in the majority of the regions. The dermatoscopy and videodermatoscopy are the main types of examinations for the diagnosis of dermatological illnesses of the skin. The field that involves the use of computational tools to help or follow medical diagnosis in dermatological injuries is seen as very recent. Some methods had been proposed for automatic classification of pathology of the skin using images. The present work has the objective to present a new intelligent methodology for analysis and classification of skin cancer images, based on the techniques of digital processing of images for extraction of color characteristics, forms and texture, using Wavelet Packet Transform (WPT) and learning techniques called Support Vector Machine (SVM). The Wavelet Packet Transform is applied for extraction of texture characteristics in the images. The WPT consists of a set of base functions that represents the image in different bands of frequency, each one with distinct resolutions corresponding to each scale. Moreover, the characteristics of color of the injury are also computed that are dependants of a visual context, influenced for the existing colors in its surround, and the attributes of form through the Fourier describers. The Support Vector Machine is used for the classification task, which is based on the minimization principles of the structural risk, coming from the statistical learning theory. The SVM has the objective to construct optimum hyperplanes that represent the separation between classes. The generated hyperplane is determined by a subset of the classes, called support vectors. For the used database in this work, the results had revealed a good performance getting a global rightness of 92,73% for melanoma, and 86% for non-melanoma and benign injuries. The extracted describers and the SVM classifier became a method capable to recognize and to classify the analyzed skin injuries

Sistema inteligente para diagnóstico de patologias na laringe utilizando máquinas de vetor de suporte

The human voice is an important communication tool and any disorder of the voice can have profound implications for social and professional life of an individual. Techniques of digital signal processing have been used by acoustic analysis of vocal disorders caused by pathologies in the larynx, due to its simplicity and noninvasive nature. This work deals with the acoustic analysis of voice signals affected by pathologies in the larynx, specifically, edema, and nodules on the vocal folds. The purpose of this work is to develop a classification system of voices to help pre-diagnosis of pathologies in the larynx, as well as monitoring pharmacological treatments and after surgery. Linear Prediction Coefficients (LPC), Mel Frequency cepstral coefficients (MFCC) and the coefficients obtained through the Wavelet Packet Transform (WPT) are applied to extract relevant characteristics of the voice signal. For the classification task is used the Support Vector Machine (SVM), which aims to build optimal hyperplanes that maximize the margin of separation between the classes involved. The hyperplane generated is determined by the support vectors, which are subsets of points in these classes. According to the database used in this work, the results showed a good performance, with a hit rate of 98.46% for classification of normal and pathological voices in general, and 98.75% in the classification of diseases together: edema and nodules

Identificação não linear usando uma rede fuzzy wavelet neural network modificada

In last decades, neural networks have been established as a major tool for the identification of nonlinear systems. Among the various types of networks used in identification, one that can be highlighted is the wavelet neural network (WNN). This network combines the characteristics of wavelet multiresolution theory with learning ability and generalization of neural networks usually, providing more accurate models than those ones obtained by traditional networks. An extension of WNN networks is to combine the neuro-fuzzy ANFIS (Adaptive Network Based Fuzzy Inference System) structure with wavelets, leading to generate the Fuzzy Wavelet Neural Network - FWNN structure. This network is very similar to ANFIS networks, with the difference that traditional polynomials present in consequent of this network are replaced by WNN networks. This paper proposes the identification of nonlinear dynamical systems from a network FWNN modified. In the proposed structure, functions only wavelets are used in the consequent. Thus, it is possible to obtain a simplification of the structure, reducing the number of adjustable parameters of the network. To evaluate the performance of network FWNN with this modification, an analysis of network performance is made, verifying advantages, disadvantages and cost effectiveness when compared to other existing FWNN structures in literature. The evaluations are carried out via the identification of two simulated systems traditionally found in the literature and a real nonlinear system, consisting of a nonlinear multi section tank. Finally, the network is used to infer values of temperature and humidity inside of a neonatal incubator. The execution of such analyzes is based on various criteria, like: mean squared error, number of training epochs, number of adjustable parameters, the variation of the mean square error, among others. The results found show the generalization ability of the modified structure, despite the simplification performed

Processamento embarcado aplicado a um sistema de deteccão de vazamentos

Embedded systems are widely spread nowadays. An example is the Digital Signal Processor (DSP), which is a high processing power device. This work s contribution consist of exposing DSP implementation of the system logic for detecting leaks in real time. Among the various methods of leak detection available today this work uses a technique based on the pipe pressure analysis and usesWavelet Transform and Neural Networks. In this context, the DSP, in addition to do the pressure signal digital processing, also communicates to a Global Positioning System (GPS), which helps in situating the leak, and to a SCADA, sharing information. To ensure robustness and reliability in communication between DSP and SCADA the Modbus protocol is used. As it is a real time application, special attention is given to the response time of each of the tasks performed by the DSP. Tests and leak simulations were performed using the structure of Laboratory of Evaluation of Measurement in Oil (LAMP), at Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN)

Modulação quantizada para sistemas com codificação wavelet sujeitos ao desvanecimento rayleigh

Wavelet coding is an efficient technique to overcome the multipath fading effects, which are characterized by fluctuations in the intensity of the transmitted signals over wireless channels. Since the wavelet symbols are non-equiprobable, modulation schemes play a significant role in the overall performance of wavelet systems. Thus the development of an efficient design method is crucial to obtain modulation schemes suitable for wavelet systems, principally when these systems employ wavelet encoding matrixes of great dimensions. In this work, it is proposed a design methodology to obtain sub-optimum modulation schemes for wavelet systems over Rayleigh fading channels. In this context, novels signal constellations and quantization schemes are obtained via genetic algorithm and mathematical tools. Numerical results obtained from simulations show that the wavelet-coded systems derived here have very good performance characteristics over fading channels

Avaliação de desempenho da codificação wavelet em canais seletivos em frequência

Wavelet coding has emerged as an alternative coding technique to minimize the fading effects of wireless channels. This work evaluates the performance of wavelet coding, in terms of bit error probability, over time-varying, frequency-selective multipath Rayleigh fading channels. The adopted propagation model follows the COST207 norm, main international standards reference for GSM, UMTS, and EDGE applications. The results show the wavelet coding s efficiency against the inter symbolic interference which characterizes these communication scenarios. This robustness of the presented technique enables its usage in different environments, bringing it one step closer to be applied in practical wireless communication systems

The wavelet method as an alternative for reducing ionospheric effects from single-frequency GPS receivers

The ionospheric effect is one of the major errors in GPS data processing over long baselines. As a dispersive medium, it is possible to compute its influence on the GPS signal with the ionosphere-free linear combination of L1 and L2 observables, requiring dual-frequency receivers. In the case of single-frequency receivers, ionospheric effects are either neglected or reduced by using a model. In this paper, an alternative for single-frequency users is proposed. It involves multiresolution analysis (MRA) using a wavelet analysis of the double-difference observations to remove the short- and medium-scale ionosphere variations and disturbances, as well as some minor tropospheric effects. Experiments were carried out over three baseline lengths from 50 to 450 km, and the results provided by the proposed method were better than those from dual-frequency receivers. The horizontal root mean square was of about 0.28 m (1 sigma).