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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/15094| Título: | Estudo e análise comparativa das técnicas de compressed sensing e subamostragem |
| Autor(es): | Guerreiro, Marco Tulio Lopes |
| Orientador(es): | Bertotti, Fabio Luiz |
| Palavras-chave: | Processamento de sinais Fourier, Transformadas de Conversores digitais-analógicos Signal processing Fourier transformations Digital-to-analog converters |
| Data do documento: | 8-Nov-2017 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Pato Branco |
| Citação: | GUERREIRO, Marco Tulio Lopes. Estudo e análise comparativa das técnicas de compressed sensing e subamostragem. 2017. 66 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2017. |
| Resumo: | A resposta em frequência da bioimpedância tem sido aplicada para determinação da qualidade da carne para consumo e diagnóstico de câncer de pele. No entanto, a aquisição e análise da bioimpedância multifrequencial apresenta desafios, em particular devido as elevadas taxas de amostragem impostas ao conversor analógico-digital, o que pode inviabilizar aplicações de baixo custo devido a necessidade de conversores mais caros. Este trabalho apresenta um estudo e uma análise comparativa entre duas técnicas de aquisição e processamento de sinais, que visam reduzir a taxa de amostragem. A técnica de compressed sensing possui uma abordagem diferente dos métodos convencionais, sendo que projeções do sinal são amostradas. A partir do pressuposto que o sinal é esparso no domínio da frequência, a técnica propõe realizar a amostragem do sinal com uma forma de onda que possua uma representação densa no domínio da frequência, sendo o processamento das amostras realizado por algoritmos de otimização. A técnica de subamostragem propõe aplicar uma versão modificada da transformada discreta de Fourier nas amostras de um sinal analógico, em que a frequência do sinal de entrada é conhecida e, dessa forma, ± é possível a aquisição de fase e magnitude do sinal amostrado com taxas menores do que o estabelecido pelo teorema da amostragem de Nyquist. A comparação entre as técnicas mostra que, dentro dos parâmetros e condições estipuladas para a aquisição de bioimpedância, o sistema de subamostragem leva vantagem em relação a erros de amplitude e fase obtidos em função da frequência do sinal de entrada e da resolução do conversor analogico-digital. Para amplitude, a técnica de subamostragem mostra que a maior parte dos erros concentra-se entre 1%, enquanto que a técnica de compressed sensing apresenta erros de até 4%. O trabalho também apresenta uma análise de viabilidade de implementação de hardware, a partir da premissa que o sistema será implementado com o microcontrolador STM32F407VGT6. A técnica de subamostragem também apresenta vantagens no quesito de implementação, sendo o custo dos componentes necessários cerca de 10% do custo para implementar a técnica de compressed sensing. No entanto, o sistema proposto para a implementação da técnica de compressed sensing, o demodulador aleatório, apresenta vantagens para aumentar a frequência de amostragem, possibilitando a aquisição de sinais de frequências mais elevadas que o sistema de subamostragem. |
| Abstract: | Multi-Frequency Bioelectrical Impedance Analysis has been applied to determine meat quality and skin cancer diagnosis. However, acquisition and characterization of multifrequency bioimpedance presents challenges, in particular due to the high sampling rates imposed on the analog-to-digital converter, which can lead to impractical low-cost implementations due to the need of more expensive converters. This work presents a study and a comparative analysis between two signal acquisition and processing techniques, which aim to reduce the sampling rate. The compressed sensing technique has an approach that diers from conventional methods, where signal projections are sampled. From the assumption that the signal is sparse in the frequency domain, the technique proposes signal acquisition with a waveform that have a dense representation in the frequency domain and the samples processing is performed by optimization algorithms. The undersampling system proposes applying a modied version of the discrete Fourier transform, where the input signal's frequency is known, which allows acquiring the phase and amplitude of the sampled signal with sampling rates below the Nyquist rate. Comparison between the two techniques shows that, inside the parameters and conditions assumed for bioimpedance acquisiton, the undersampling technique has advantages with respect to magnitude and phase errors as a function of input signal frequency and analog-to-digital converter resolution. With respect to magnitude, the undersampling technique shows the majority of the errors lie inside 1%, while the compressed sensing technique presents errors up to 4%. This work also an hardware implementation analysis, based on the assumption that the system will be implemented with the STM32F407VGT6 microcontroller. The undersampling technique also shows advantages, where the costs of the components necessary are about 10% of the compressed sensing technique's implementation cost. However, the hardware for implementation of the compressed sensing technique, the random demodulator, shows advantages to increase the sampling rate, allowing the acquisition of signals with frequencies higher than the undersampling system. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/15094 |
| Aparece nas coleções: | PB - Engenharia Elétrica |
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