Synthesis, structure, and optical properties of an alternating calix[4]arene-based meta-linked phenylene ethynylene copolymer

Novel alternating copolymers comprising biscalix[4]arene-p-phenylene ethynylene and m-phenylene ethynylene units (CALIX-m-PPE) were synthesized using the Sonogashira-Hagihara cross-coupling polymerization. Good isolated yields (60-80%) were achieved for the polymers that show M-n ranging from 1.4 x 10(4) to 5.1 x 10(4) gmol(-1) (gel permeation chromatography analysis), depending on specific polymerization conditions. The structural analysis of CALIX-m-PPE was performed by H-1, C-13, C-13-H-1 heteronuclear single quantum correlation (HSQC), C-13-H-1 heteronuclear multiple bond correlation (HMBC), correlation spectroscopy (COSY), and nuclear overhauser effect spectroscopy (NOESY) in addition to Fourier transform-Infrared spectroscopy and microanalysis allowing its full characterization. Depending on the reaction setup, variable amounts (16-45%) of diyne units were found in polymers although their photophysical properties are essentially the same. It is demonstrated that CALIX-m-PPE does not form ground-or excited-state interchain interactions owing to the highly crowded environment of the main-chain imparted by both calix[4]arene side units which behave as insulators inhibiting main-chain pi-pi staking. It was also found that the luminescent properties of CALIX-m-PPE are markedly different from those of an all-p-linked phenylene ethynylene copolymer (CALIX-p-PPE) previously reported. The unexpected appearance of a low-energy emission band at 426 nm, in addition to the locally excited-state emission (365 nm), together with a quite low fluorescence quantum yield (Phi = 0.02) and a double-exponential decay dynamics led to the formulation of an intramolecular exciplex as the new emissive species.

Grid structure impact in sparse point representation of derivatives

In the Sparse Point Representation (SPR) method the principle is to retain the function data indicated by significant interpolatory wavelet coefficients, which are defined as interpolation errors by means of an interpolating subdivision scheme. Typically, a SPR grid is coarse in smooth regions, and refined close to irregularities. Furthermore, the computation of partial derivatives of a function from the information of its SPR content is performed in two steps. The first one is a refinement procedure to extend the SPR by the inclusion of new interpolated point values in a security zone. Then, for points in the refined grid, such derivatives are approximated by uniform finite differences, using a step size proportional to each point local scale. If required neighboring stencils are not present in the grid, the corresponding missing point values are approximated from coarser scales using the interpolating subdivision scheme. Using the cubic interpolation subdivision scheme, we demonstrate that such adaptive finite differences can be formulated in terms of a collocation scheme based on the wavelet expansion associated to the SPR. For this purpose, we prove some results concerning the local behavior of such wavelet reconstruction operators, which stand for SPR grids having appropriate structures. This statement implies that the adaptive finite difference scheme and the one using the step size of the finest level produce the same result at SPR grid points. Consequently, in addition to the refinement strategy, our analysis indicates that some care must be taken concerning the grid structure, in order to keep the truncation error under a certain accuracy limit. Illustrating results are presented for 2D Maxwell's equation numerical solutions.

Guitar solo tracker

A motivação para este trabalho vem da necessidade que o autor tem em poder registar as notas tocadas na guitarra durante o processo de improviso. Quando o músico está a improvisar na guitarra, muitas vezes não se recorda das notas tocadas no momento, este trabalho trata o desenvolvimento de uma aplicação para guitarristas, que permita registar as notas tocadas na guitarra eléctrica ou clássica. O sinal é adquirido a partir da guitarra e processado com requisitos de tempo real na captura do sinal. As notas produzidas pela guitarra eléctrica, ligada ao computador, são representadas no formato de tablatura e/ou partitura. Para este efeito a aplicação capta o sinal proveniente da guitarra eléctrica a partir da placa de som do computador e utiliza algoritmos de detecção de frequência e algoritmos de estimação de duração de cada sinal para construir o registo das notas tocadas. A aplicação é desenvolvida numa perspectiva multi-plataforma, podendo ser executada em diferentes sistemas operativos Windows e Linux, usando ferramentas e bibliotecas de domínio público. Os resultados obtidos mostram a possibilidade de afinar a guitarra com valores de erro na ordem de 2 Hz em relação às frequências de afinação standard. A escrita da tablatura apresenta resultados satisfatórios, mas que podem ser melhorados. Para tal será necessário melhorar a implementação de técnicas de processamento do sinal bem como a comunicação entre processos para resolver os problemas encontrados nos testes efectuados.

Sistema de apoio à criminologia

Este trabalho consiste no desenvolvimento de um Sistema de Apoio à Criminologia – SAC, onde se pretende ajudar os detectives/analistas na prevenção proactiva da criminalidade e na gestão dos seus recursos materiais e humanos, bem como impulsionar estudos sobre a alta incidência de determinados tipos de crime numa dada região. Historicamente, a resolução de crimes tem sido uma prerrogativa da justiça penal e dos seus especialistas e, com o aumento da utilização de sistemas computacionais no sistema judicial para registar todos os dados que dizem respeito a ocorrências de crimes, dados de suspeitos e vítimas, registo criminal de indivíduos e outros dados que fluem dentro da organização, cresce a necessidade de transformar estes dados em informação proveitosa no combate à criminalidade. O SAC tira partido de técnicas de extracção de conhecimento de informação e aplica-as a um conjunto de dados de ocorrências de crimes numa dada região e espaço temporal, bem como a um conjunto de variáveis que influenciam a criminalidade, as quais foram estudadas e identificadas neste trabalho. Este trabalho é constituído por um modelo de extracção de conhecimento de informação e por uma aplicação que permite ao utilizador fornecer um conjunto de dados adequado, garantindo a máxima eficácia do modelo.

Análise do desempenho da tecnologia 4G LTE

O objectivo deste trabalho passa pelo desenvolvimento de uma ferramenta de simulação dinâmica de recursos rádio em LTE no sentido descendente, com recurso à Framework OMNeT++. A ferramenta desenvolvida permite realizar o planeamento das estações base, simulação e análise de resultados. São descritos os principais aspectos da tecnologia de acesso rádio, designadamente a arquitectura da rede, a codificação, definição dos recursos rádio, os ritmos de transmissão suportados ao nível de canal e o mecanismo de controlo de admissão. Foi definido o cenário de utilização de recursos rádio que inclui a definição de modelos de tráfego e de serviços orientados a pacotes e circuitos. Foi ainda considerado um cenário de referência para a verificação e validação do modelo de simulação. A simulação efectua-se ao nível de sistema, suportada por um modelo dinâmico, estocástico e orientado por eventos discretos de modo a contemplar os diferentes mecanismos característicos da tecnologia OFDMA. Os resultados obtidos permitem a análise de desempenho dos serviços, estações base e sistema ao nível do throughput médio da rede, throughput médio por eNodeB e throughput médio por móvel para além de permitir analisar o contributo de outros parâmetros designadamente, largura de banda, raio de cobertura, perfil dos serviços, esquema de modulação, entre outros. Dos resultados obtidos foi possível verificar que, considerando um cenário com estações base com raio de cobertura de 100 m obteve-se um throughput ao nível do utilizador final igual a 4.69494 Mbps, ou seja, 7 vezes superior quando comparado a estações base com raios de cobertura de 200m.

Desenvolvimento de metodologia e projecto de sistemas de 4ª geração móvel num ambiente indoor e outdoor

As redes de telecomunicações nos últimos anos têm sofrido um grande desenvolvimento a nível tecnológico. A prova disso é a revolução das redes sem fios, iniciada com a tecnologia GSM (Global System Mobile) nos anos 90, na qual eram apenas disponibilizados serviços de voz. Esta tendência continuou com o GPRS (General Packet Radio Service) onde se iniciaram os serviços de dados surgindo assim mais tarde, a tecnologia UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Com o aparecimento da nova tecnologia LTE (Long-Term Evolution), surgiu um novo paradigma consumista no mercado, facto que gerou um conflicto directo com as redes de banda larga (ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line) fornecidas anteriormente apenas pela rede fixa. A partir deste momento, estas duas tecnologias passaram a oferecer altos débitos de dados, eliminando assim esta diferenciação existente até então entre ambas. Esta foi a plataforma que despoletou o meu interesse em explorar a tecnologia LTE, mais precisamente, o planeamento de rádio em ambientes Indoor e Outdoor. Este planeamento requeria uma comparação prática e teórica, de forma a observar que a tecnologia reflectia os valores estipulados na norma LTE. Como método de comparação foi utilizada uma ferramenta de planeamento de redes móveis, gentilmente disponibilizada pela Alcatel-Lucent para o tipo de ambiente outdoor em estudo, para o indoor não foi efectuado simulação, por indisponibilidade da ferramenta. Após a configuração do sistema de rádio foi efectuada a recolha de dados no terreno através de drive-testes. Findo esta fase, procedeu-se ao pós-processamento e análise dos dados recolhidos, por forma a ser possível estabelecer a comparação entre o planeamento teórico efectuado através da ferramenta de planeamento e os dados capturados no terreno. Os resultados obtidos demonstram que a cobertura preconizada no caso Outdoor estavam de acordo com o planeamento efectuado, uma vez que os dados medidos no terreno coincidiram com os valores simulados, apenas com um desvio mínimo dentro da margem de tolerância. No que respeita ao indoor verificou-se que as medidas estavam de acordo com o estipulado na norma. Como conclusão, confirmou-se a validade das ferramentas e da metodologia utilizada.

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.

Study of the Saldanha Massif (MAR, 36 degrees 34 ' N): Constrains from rock magnetic and geophysical data

We present a study of the magnetic properties of a group of basalt samples from the Saldanha Massif (Mid-Atlantic Ridge - MAR - 36degrees 33' 54" N, 33degrees 26' W), and we set out to interpret these properties in the tectono-magmatic framework of this sector of the MAR. Most samples have low magnetic anisotropy and magnetic minerals of single domain grain size, typical of rapid cooling. The thermomagnetic study mostly shows two different susceptibility peaks. The high temperature peak is related to mineralogical alteration due to heating. The low temperature peak shows a distinction between three different stages of low temperature oxidation: the presence of titanomagnetite, titanomagnetite and titanomaghemite, and exclusively of titanomaghemite. Based on established empirical relationships between Curie temperature and degree of oxidation, the latter is tentatively deduced for all samples. Finally, swath bathymetry and sidescan sonar data combined with dive observations show that the Saldanha Massif is located over an exposed section of upper mantle rocks interpreted to be the result of detachment tectonics. Basalt samples inside the detachment zone often have higher than expected oxidation rates; this effect can be explained by the higher permeability caused by the detachment fault activity.

Advanced side information creation techniques and framework for Wyner-Ziv video coding

Recently, several distributed video coding (DVC) solutions based on the distributed source coding (DSC) paradigm have appeared in the literature. Wyner-Ziv (WZ) video coding, a particular case of DVC where side information is made available at the decoder, enable to achieve a flexible distribution of the computational complexity between the encoder and decoder, promising to fulfill novel requirements from applications such as video surveillance, sensor networks and mobile camera phones. The quality of the side information at the decoder has a critical role in determining the WZ video coding rate-distortion (RD) performance, notably to raise it to a level as close as possible to the RD performance of standard predictive video coding schemes. Towards this target, efficient motion search algorithms for powerful frame interpolation are much needed at the decoder. In this paper, the RD performance of a Wyner-Ziv video codec is improved by using novel, advanced motion compensated frame interpolation techniques to generate the side information. The development of these type of side information estimators is a difficult problem in WZ video coding, especially because the decoder only has available some reference, decoded frames. Based on the regularization of the motion field, novel side information creation techniques are proposed in this paper along with a new frame interpolation framework able to generate higher quality side information at the decoder. To illustrate the RD performance improvements, this novel side information creation framework has been integrated in a transform domain turbo coding based Wyner-Ziv video codec. Experimental results show that the novel side information creation solution leads to better RD performance than available state-of-the-art side information estimators, with improvements up to 2 dB: moreover, it allows outperforming H.264/AVC Intra by up to 3 dB with a lower encoding complexity.

Substrate interaction with recombinant amidase from Pseudomonas aeruginosa during biocatalysis

The interaction of a variety of substrates with Pseudomonas aeruginosa native amidase (E.C. 3.5.1.4), overproduced in an Escherichia coli strain, was investigated using difference FTIR spectroscopy. The amides used as substrates showed an increase in hydrogen bonding upon association in multimers, which was not seen with esters. Evidence for an overall reduction or weakening of hydrogen bonding while amide and ester substrates are interacting with the enzyme is presented. The results describe a spectroscopic approach for analysis of substrate-amidase interaction and in situ monitoring of the hydrolysis and transferase reaction when amides or esters are used as substrates.

Femtosecond laser ablation of dentin

The surface morphology, structure and composition of human dentin treated with a femtosecond infrared laser (pulse duration 500 fs, wavelength 1030 nm, fluences ranging from 1 to 3 J cm(-2)) was studied by scanning electron microscopy, x-ray diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy. The average dentin ablation threshold under these conditions was 0.6 +/- 0.2 J cm(-2) and the ablation rate achieved in the range 1 to 2 mu m/pulse for an average fluence of 3 J cm(-2). The ablation surfaces present an irregular and rugged appearance, with no significant traces of melting, deformation, cracking or carbonization. The smear layer was entirely removed by the laser treatment. For fluences only slightly higher than the ablation threshold the morphology of the laser-treated surfaces was very similar to the dentin fracture surfaces and the dentinal tubules remained open. For higher fluences, the surface was more porous and the dentin structure was partially concealed by ablation debris and a few resolidified droplets. Independently on the laser processing parameters and laser processing method used no sub-superficial cracking was observed. The dentin constitution and chemical composition was not significantly modified by the laser treatment in the processing parameter range used. In particular, the organic matter is not preferentially removed from the surface and no traces of high temperature phosphates, such as the beta-tricalcium phosphate, were observed. The achieved results are compatible with an electrostatic ablation mechanism. In conclusion, the high beam quality and short pulse duration of the ultrafast laser used should allow the accurate preparation of cavities, with negligible damage of the underlying material.

Codificador JPEG baseado em FPGA

O presente trabalho consiste na implementação em hardware de unidades funcionais dedicadas e optimizadas, para a realização das operações de codificação e descodificação, definidas na norma de codificação com perda Joint Photographic Experts Group (JPEG), ITU-T T.81 ISO/IEC 10918-1. Realiza-se um estudo sobre esta norma de forma a caracterizar os seus principais blocos funcionais. A finalidade deste estudo foca-se na pesquisa e na proposta de optimizações, de forma a minimizar o hardware necessário para a realização de cada bloco, de modo a que o sistema realizado obtenha taxas de compressão elevadas, minimizando a distorção obtida. A redução de hardware de cada sistema, codificador e descodificador, é conseguida à custa da manipulação das equações dos blocos Forward Discrete Cosine Transform (FDCT) e Quantificação (Q) e dos blocos Forward Discrete Cosine Transform (IDCT) e Quantificação Inversa (IQ). Com as conclusões retiradas do estudo e através da análise de estruturas conhecidas, descreveu-se cada bloco em Very-High-Speed Integrated Circuits (VHSIC) Hardware Description Language (VHDL) e fez-se a sua síntese em Field Programmable Gate Array (FPGA). Cada sistema implementado recorre à execução de cada bloco em paralelo de forma a optimizar a codificação/descodificação. Assim, para o sistema codificador, será realizada a operação da FDCT e Quantificação sobre duas matrizes diferentes e em simultâneo. O mesmo sucede para o sistema descodificador, composto pelos blocos Quantificação Inversa e IDCT. A validação de cada bloco sintetizado é executada com recurso a vectores de teste obtidos através do estudo efectuado. Após a integração de cada bloco, verificou-se que, para imagens greyscale de referência com resolução de 256 linhas por 256 colunas, é necessário 820,5 μs para a codificação de uma imagem e 830,5 μs para a descodificação da mesma. Considerando uma frequência de trabalho de 100 MHz, processam-se aproximadamente 1200 imagens por segundo.

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).

Entropy analysis of DNA code dynamics in human chromosomes

Deoxyribonucleic acid, or DNA, is the most fundamental aspect of life but present day scientific knowledge has merely scratched the surface of the problem posed by its decoding. While experimental methods provide insightful clues, the adoption of analysis tools supported by the formalism of mathematics will lead to a systematic and solid build-up of knowledge. This paper studies human DNA from the perspective of system dynamics. By associating entropy and the Fourier transform, several global properties of the code are revealed. The fractional order characteristics emerge as a natural consequence of the information content. These properties constitute a small piece of scientific knowledge that will support further efforts towards the final aim of establishing a comprehensive theory of the phenomena involved in life.

Pseudomonas aeruginosa amidase: Aggregation in recombinant Escherichia coli

The effect of cultivation parameters such as temperature incubation, IPTG induction and ethanol shock on the production of Pseudomonasaeruginosa amidase (E.C.3.5.1.4) in a recombinant Escherichia coli strain in LB ampicillin culture medium was investigated. The highest yield of solubleamidase, relatively to other proteins, was obtained in the condition at 37 degrees C using 0.40 mM IPTG to induce growth, with ethanol. Our results demonstrate the formation of insoluble aggregates containing amidase, which was biologically active, in all tested growth conditions. Addition of ethanol at 25 degrees C in the culture medium improved amidase yield, which quantitatively aggregated in a biologically active form and exhibited in all conditions an increased specific activity relatively to the soluble form of the enzyme. Non-denaturing solubilization of the aggregated amidase was successfully achieved using L-arginine. The aggregates obtained from conditions at 37 degrees C by Furier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis demonstrated a lower content of intermolecular interactions, which facilitated the solubilization step applying non-denaturing conditions. The higher interactions exhibited in aggregates obtained at suboptimal conditions compromised the solubilization yield. This work provides an approach for the characterization and solubilization of novel reported biologically active aggregates of this amidase.