Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/21283
Type: Dissertação
Title: Adaptive filtering algorithms and data-selective strategies for graph signal estimation
Author(s)/Inventor(s): Spelta, Marcelo Jorge Mendes
Advisor: Martins, Wallace Alves
Abstract: Dado o potencial do processamento de sinais em grafos (GSP em inglês), um campo de pesquisa recente que estende o processamento de sinais clássico a sinais definidos sobre grafos, esta dissertação explora e propõe novos algoritmos para um problema de GSP que foi recentemente reformulado considerando estratégias de filtragem adaptativa. Após apresentar uma visão geral individualizada de filtragem adaptativa e GSP, este trabalho ressalta a fusão destas áreas quando algoritmos baseados nos métodos least-mean-square (LMS) e recursive least-squares (RLS) são empregados para estimação em tempo real de sinais em grafos limitados em banda com utilização de um número reduzido de medições ruidosas. Com a extensão desta ideia, esta dissertação propõe o algoritmo normalized least- mean-square (NLMS) para o mesmo contexto de GSP. Conforme a filtragem adaptativa clássica, a técnica NLMS obtida para estimação de sinais em grafos converge mais rapidamente que o algoritmo LMS enquanto é menos complexa que o algoritmo RLS. Análises detalhadas do erro e desvio médio quadráticos em estado estacionário são fornecidas para o algoritmo NLMS proposto, sendo estas também empregadas para complementar análises prévias dos algoritmos LMS e RLS para GSP. Adi- cionalmente, duas estratégias diferentes de seletividade de dados (DS em inglês) são propostas neste trabalho para reduzir a complexidade computacional geral ao somente calcular atualizações do algoritmo quando o sinal de entrada contém inovação suficiente. Escolhas adequadas de parâmetros de restrição são sugeridas com base na análise destas estratégias de DS, e fórmulas fechadas são derivadas para o cálculo estimado da probabilidade de atualização quando utilizados diferentes algoritmos adaptativos. Por fim, este trabalho apresenta diversas simulações numéricas que corroboram, com elevada acurácia, os resultados teóricos previstos.
Abstract: Considering the potential of graph signal processing (GSP), a recent research field that extends classical signal processing to signals defined over graph structures, this dissertation explores and proposes new algorithms to a GSP problem that has been lately recast within the adaptive filtering framework. After presenting an overview of both adaptive filtering and GSP, this work highlights the merging of these areas when algorithms based on the least-mean-square (LMS) and recursive least-squares (RLS) methods are used for the online estimation of bandlimited graph signals (GS) using a reduced number of noisy measurements. Extending this idea, this dissertation proposes a normalized least-mean-square (NLMS) algorithm for the same GSP context. As in the classical adaptive filtering framework, the resulting NLMS GS estimation technique is faster than the LMS algorithm while being less complex than the RLS algorithm. Detailed steady-state mean-squared error and deviation analyses are provided for the proposed NLMS algorithm, and are also employed to complement previous results on the LMS and RLS algorithms. Additionally, two different data-selective (DS) strategies are pro- posed to reduce the overall computational complexity by only performing updates when the input signal brings enough innovation. Proper definitions of constraint pa- rameters are given based on the analysis of these DS strategies, and closed formulas are derived for an estimate of the update probability when using different adaptive algorithms. At last, this work presents many numerical simulations corroborating, with high accuracy, the theoretical results predicted.
Keywords: Processamento de sinal gráfico
Estimativa de sinal gráfico
Filtragem adaptativa.
Seletivo de dados algoritmos
Filtragem de associação de conjunto
Subject CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::TEORIA DA COMPUTACAO::ANALISE DE ALGORITMOS E COMPLEXIDADE DE COMPUTACAO
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: May-2019
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Elétrica

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