49-1 digital Cadernos CPqD · 2018. 8. 9. · CEP 13086-902 – Campinas, SP – Brasil DDG:...

Cadernos CPqD Tecnologia

Editores-Chefes João Marcos Travassos Romano

Claudio A. Violato

Editores ExecutivosAntonio Carlos Gravato Bordeaux Rego

Claudio de Almeida LouralCleida A. Queiroz CunhaMarco Antonio Ongarelli

Aldionso Marques MachadoComitê Editorial

(Fórum de P&D do CPqD)João Marcos Travassos Romano (Universidade Estadual de Campinas – Unicamp)

Cláudia Maria Bauzer Medeiros (Sociedade Brasileira de Computação – SBC)Hugo Luís Fragnito (Universidade Estadual de Campinas – Unicamp)

Hypolito José Kalinowski (Sociedade Brasileira de Microondas e Optoeletrônica – SBMO)José Augusto Suruagy Monteiro (Sociedade Brasileira de Computação – SBC)

Rege Romeu Scarabucci (Representante do Conselho Curador do CPqD)Rui Seara (Sociedade Brasileira de Telecomunicações – SBrT)

Weiler Alves Finamore (Sociedade Brasileira de Telecomunicações – SBrT)

Assistentes EditoriaisAdriana Maria Antonietta Bevilacqua

Maria Fernanda Simonetti Ribeiro de Castilhos

Preparação de Originais e RevisãoElisabete da Fonseca

Juliana Cristina Fernandes PereiraMárcia Inêz de Oliveira Andrade BozziMaria Paula Gonzaga Duarte Rocha

Sergio Ricardo MazzolaniThaís Ribeiro Bueno

Projeto Gráfico, Capa e Diagramação Gerência do Conhecimento – GECON

Tiragem1000 exemplares

Correspondência e Pedidos de AssinaturaAssessoria de Comunicação e Inteligência de Mercado – ACIM

Rodovia Campinas-Mogi-Mirim, km 118,5CEP 13086-902 – Campinas, SP – Brasil

DDG: 0800.7022773e-mail: [email protected]

Diretoria do CPqDPresidente: Hélio Marcos M. Graciosa

Vice-Presidente de Tecnologia: Claudio A. ViolatoVice-Presidente Comercial: Luiz Del Fiorentino

Vice-Presidente Financeiro: Cesar Cardoso

Cadernos CPqD Tecnologia. Fundação CPqD – Centro de Pesquisa e Desenvolvimento

em Telecomunicações. Campinas, SP, v. 1, n. 1 (jan./dez. 2005 -) v.il.; 30 cm.

v.5, n.1, jan./jun. 2009SemestralResumos em português e inglêsISSN 1809-1946

1. Tecnologia. 2. Telecomunicações. I. Fundação CPqD

CDD 621.38

A revista Cadernos CPqD Tecnologia é uma publicação da Fundação CPqD – Centro de Pesquisa e Desenvolvimento emTelecomunicações, dedicada à divulgação das pesquisas desenvolvidas pela instituição. A revista é distribuída gratuitamente.

Esta revista foi impressa pela gráfica Citygráfica Artes Gráficas e Editora Ltda. com miolo de papel Reciclado 90g/m2 e capaem papel Reciclado 240g/m2 para o CPqD em setembro de 2009.

Cadernos CPqD TecnologiaVol. 5, n. 1, janeiro/junho 2009

ApresentaçãoClaudio A. Violato...............................................................................................................................3

PrefácioJoão Marcos Travassos Romano...................................................................................................... 5

Indicadores para a sociedade da informação: medindo as múltiplas barreiras à inclusão digital

Esther Menezes, Graziella Cardoso Bonadia, Giovanni Moura de Holanda.......................................7

O papel da busca, recuperação e análise de informações de patentes no registro da propriedadeintelectual em empresas de base tecnológica

Juliano Salmar Nogueira e Taveira, Mariana Savedra Pfitzner, Francisco Henrique Papa..................21

Aprovisionamento automático de circuitos ópticos via plano de controle GMPLS em uma redeóptica reconfigurável baseada em ROADMs

Júlio César Rodrigues Fernandes de Oliveira, Giovanni Curiel dos Santos, Fábio Dassan dos Santos.............................................................................................................................................27

Compressão de fala utilizando quantização vetorial e redes neurais não supervisionadasFlávio Olmos Simões, Mário Uliani Neto, Jeremias Barbosa Machado, Edson José Nagle, FernandoOscar Runstein, Leandro de Campos Teixeira Gomes......................................................................33

Código descrambler-scrambler detector e corretor de erros e seu uso em equipamentos VecturaVictor Alfonso Valenzuela Diaz, Isabela Vasconcelos de Carvalho Motta...........................................49

Análise dos efeitos biológicos e genômicos em amostras de sangue submetidas a níveiscontrolados de radiação emitida por sistemas de telefonia celular

Antônio Marini de Almeida, Cássia de Lourdes Campanho, Raquel Mary Rodrigues, Vanessa CristinaFranco, Bruno Peres dos Santos, Juliana K. R. Heinrich...................................................................63

Propriedade intelectual do CPqD.......................................................................................................69

Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 5, n. 1, p. 1-76, jan/jun 2009

ISSN 1809-1946

Apresentação

Temos o prazer de apresentar mais uma edição dos Cadernos CPqD Tecnologia. Criada para ser umveículo de difusão do conhecimento tecnológico, esta publicação é composta por artigos relacionadosaos projetos de P&D conduzidos pelo CPqD, apresentando alguns resultados desses projetos.

Para que um país seja grande, é necessário que a roda da inovação – pesquisa-desenvolvimento-mercado – gire cada vez mais e que sua capacidade de transformar conhecimento em riqueza gerebenefícios para toda a sociedade. O CPqD, com a criatividade de seus especialistas e com seu ambientepropício à inovação, procura contribuir para que esse mecanismo gire sem parar. O espírito inovador,que é uma constante nas realizações do CPqD, foi reconhecido em diversas oportunidades. Entre osdestaques recentes, podemos citar:

• A União Internacional de Telecomunicações (UIT) publicou, no último mês de maio, umarecomendação sugerida pelo CPqD e submetida na forma de contribuição brasileira para estaçõesterrenas de pequeno porte (VSAT) que operam com satélites. A recomendação, aprovada em nívelmundial, deverá ser seguida por mais de cem países que fazem parte da UIT.

• O projeto de sistema para transmissão de dados de monitoramento das linhas de transmissão deenergia elétrica, desenvolvido pelo CPqD, foi escolhido entre outros 100 projetos de P&D como oterceiro melhor do V Citenel – Congresso de Inovação Tecnológica em Energia Elétrica, realizado emBelém, no mês de junho. O sistema combina as tecnologias de comunicação sem fio e fibras ópticaspara transmitir informações sobre as condições da rede, proporcionando controle eficaz e enviandoinformações em tempo real sobre sua situação.

Para esta edição dos Cadernos foram avaliados e selecionados artigos sobre temas que julgamos ser deinteresse e atualidade para a comunidade brasileira de telecomunicações e de tecnologia da informação.

Desejamos a todos uma boa leitura.

Claudio A. ViolatoVice-Presidente de Tecnologia

Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 5, n. 1, p. 3, jan./jun. 2009

PrefácioApresentam-se, neste oitavo número da revista Cadernos CPqD Tecnologia, seis novos artigosenvolvendo trabalhos recentes nas mais diversas áreas de atuação em pesquisa e desenvolvimento doCPqD.

O primeiro artigo, de Menezes e outros colaboradores, discute a abrangência dos indicadores de inclusãodigital. O trabalho enfatiza a relevância das barreiras psicológicas, cognitivas e linguísticas no debatesobre inclusão digital, constatando que são escassos os indicadores referentes a essas barreiras. Dessaforma, contribui para a elaboração de políticas públicas que efetivamente estimulem o desenvolvimentoda sociedade da informação.

No segundo artigo, Salmar, Pfitzner e Papa descrevem uma metodologia de busca, recuperação eanálise em bancos de dados gratuitos de patentes. Trata-se de um ferramental importante paraempresas de base tecnológica, nas quais o conhecimento transformado em direito de propriedade poderepresentar vantagem competitiva para a inovação e para o capital intelectual da empresa.

O terceiro artigo, de Oliveira, C. Santos e D. Santos, demonstra o aprovisionamento automático decircuitos ópticos via plano de controle GMPLS em um cenário de rede óptica reconfigurável. Essedesenvolvimento propicia o aprovisionamento de circuitos ópticos, de maneira rápida, eficaz e confiável.

O quarto artigo, de Simões e outros colaboradores, propõe uma técnica de compressão de fala baseadaem quantização vetorial. Aborda aspectos relativos ao processamento de sinais de fala, mostrando comoa técnica de quantização vetorial pode ser empregada para construir um codebook de fala. São tambémdiscutidas no artigo as estratégias de inicialização e treinamento da rede de Kohonen, usada na geraçãodo codebook.

No quinto artigo, Valenzuela e Motta descrevem um novo código corretor de erros baseado em umaestrutura descrambler-scrambler e analisam a sua eficiência, utilizando uma abordagem baseada nascaracterísticas das sequências pseudoaleatórias de máximo comprimento. Os códigos corretores edetectores são utilizados de forma particular na transmissão interna de equipamentos.

No sexto e último artigo, Almeida e colaboradores apresentam os efeitos biológicos produzidos emcélulas expostas à radiação eletromagnética proveniente de sistemas de telefonia celular, por meio deinvestigação de instabilidades genômicas em culturas de amostras de sangue. Os resultadosdemonstram um efeito dose-dependente para a ocorrência de anomalias no DNA.

Nossa revista confirma, no presente número, suas características de regularidade, diversidade de temase interesse técnico-científico de seus artigos. Agradeço a cada um dos autores que participam desteexemplar e aos meus colegas do Fórum de P&D pelo cuidadoso trabalho de revisão.

João Marcos Travassos RomanoPresidente do Fórum de P&D do CPqD

Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 5, n. 1, p. 5, jan./jun. 2009

Indicadores para a sociedade da informação:medindo as múltiplas barreiras à inclusão digital

Esther Menezes, Graziella Cardoso Bonadia*, Giovanni Moura de Holanda

O objetivo deste artigo é discutir a abrangência dos indicadores de inclusão digital na representação deseus múltiplos aspectos, num contexto em que a ampliação do acesso às tecnologias de informação ecomunicação dá maior visibilidade às mais diversas barreiras de uso. Além das barreiras físicas eeconômicas, ganham relevância no debate sobre a inclusão digital as barreiras psicológicas, cognitivas elinguísticas, que podem interferir na intensidade e qualidade da experiência de uso dessas tecnologiaspor um indivíduo. A relevância desses aspectos é evidente no contexto brasileiro, dotado de um perfilsocioeconômico formado por uma proporção nada desprezível de indivíduos de baixa renda, com poucaou nenhuma escolaridade, e de pessoas com deficiência. Apesar disso, grande parte dos indicadoresexistentes representa primordialmente o acesso físico às TICs e o aspecto tecnológico da produção edifusão dessas tecnologias. Ao avaliar a abrangência dos dados atualmente coletados, constata-se quesão escassos os indicadores referentes às barreiras psicológicas, cognitivas e de usabilidade eacessibilidade. Com o intuito de preencher as lacunas existentes, propõe-se a coleta de dadoscomplementares que explicitem os mais diversos aspectos da inclusão digital, contribuindo, dessa forma,para a elaboração de políticas públicas que efetivamente estimulem o desenvolvimento da sociedade dainformação.

Palavras-chave: Inclusão digital. Indicadores de TIC. Sociedade da informação. Usabilidade eacessibilidade. Barreiras cognitivas.

Introdução

A inclusão digital (ID) é um dos maiores desafiosao desenvolvimento da sociedade da informaçãono Brasil. Essa afirmação é embasada nosindicadores de acesso às tecnologias deinformação e comunicação (TICs) que revelam apersistência de um elevado porcentual dapopulação alheio aos seus benefícios. Em 2006,a proporção de indivíduos que já haviamacessado a Internet era de 33%, e as proporçõesde domicílios com computador e Internet eramde 20% e 14%, respectivamente (CGI, 2006).Mas a ID não é condicionada apenas por fatoresreferentes ao acesso físico às TICs, como aconectividade, a produção de hardware esoftware e a inovação tecnológica na indústria dainformação, dados usualmente empregados paracaracterizar a sociedade da informação. Fatoresde outras naturezas, como a usabilidade eacessibilidade de websites e as barreiraspsicológicas e cognitivas que podem impedir ouso dessas tecnologias pelo indivíduo, vêm àtona e ganham relevância à medida que aampliação da oferta de acesso ao computador eà Internet se consolida.O objetivo deste artigo é justamente identificarlacunas no conjunto dos indicadores de ID quecompõem os sistemas de métricas maisempregados no dimensionamento e na avaliaçãoda sociedade da informação. Com base naslacunas identificadas, discute-se a necessidadede levantamento de novos dados para

complementar os existentes. A adição de dadoscontemplaria aspectos relevantes da IDfrequentemente negligenciados nas discussõessobre políticas públicas e iniciativas da sociedadecivil voltadas a esse propósito.Cabe observar que este estudo é fruto de umlevantamento feito com o propósito de subsidiara atividade de planejamento da implantação emescala nacional dos serviços e soluçõesdesenvolvidos no âmbito do projeto Soluções deTelecomunicações para Inclusão Digital (STID).De maneira geral, um conjunto de indicadores,que também reflete as particularidades da ID,deve servir tanto à operação eficiente e eficazdas soluções a serem implantadasnacionalmente quanto ao processo deplanejamento de políticas mais genéricas de ID.

1 Em busca de conceitos abrangentes deinclusão digital

Comumente, o esforço dos programasgovernamentais e de iniciativas da sociedadecivil para promover a ID é direcionado para aampliação da disponibilidade de meios deacesso, isto é, computadores com acesso àInternet, para uso da população.Contudo, muitos estudos indicam que, emboracondição necessária, os meios físicos nãogarantem por si só o pleno usufruto dessesrecursos. Ao investigar experiênciasmalsucedidas de inclusão digital, Warschauer(2002) conclui que uma das principais causas de

*Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: [email protected]

Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 5, n. 1, p. 7-20, jan./jun. 2009


insucesso é a ausência de motivação dosindivíduos para o uso das TICs. Segundo o autor,a ID não é condicionada apenas aos recursosfísicos, mas também aos recursos digitais,humanos e sociais. Tais elementos consistem noapoio da comunidade em que o indivíduo seinsere, na estrutura institucional que lhe permiteusufruir plenamente as TICs, e em conteúdorelevante e linguagem apropriada, que conferemao usuário sentido e propósito para o uso daInternet.Disso se depreende que os fatorescondicionantes para o sucesso das ações emprol da ID transcendem a presença decomputador e a conexão à Internet, cujadisponibilização, por si só, já consiste em umatarefa trabalhosa que consome razoáveis somasde recursos. Com efeito, um dos principaisdesafios apontados pela Sociedade Brasileira deComputação (SBC) na área computacional é odesenvolvimento de formas de interação entrepessoas e TICs que facilitem o “acesso docidadão brasileiro ao conhecimento” (SBC,2006:17)1. Nesse contexto, é de extremaimportância adotar uma abordagem de análisede políticas que considere esses condicionantespara identificar quais são as principais barreiras àID no Brasil.Já se observou na Introdução a presençalimitada das TICs entre os brasileiros. Além doacesso ainda restrito, é possível identificar outrosobstáculos importantes à ID plena com umabreve análise do perfil da população do País.Segundo Ávila e Holanda (2006),aproximadamente 37% da população é compostade analfabetos plenos ou funcionais. Além disso,perto de 25 milhões de pessoas apresentamalguma deficiência física, mental ou sensorial.Com relação aos dados das telecomunicaçõesno Brasil, os autores observam que somente 9%dos municípios brasileiros dispunham de serviçosde TV por assinatura e/ou banda larga, baseadosem MMDS ou cabo, e menos de 30% dosmunicípios apresentavam banda larga em 2005.Além disso, grande parte das pequenaslocalidades não possuía provedor de acesso àInternet, o que revela deficiências no acesso,apesar dos avanços.Tais características, que impõem dificuldades aousufruto das TICs mais complexas, foramagrupadas em camadas que correspondem aostipos existentes de barreiras à ID, graficamenterepresentadas na Figura 1, de acordo com omodelo apresentado em Holanda e Dall'Antonia

(2006) e Tambascia et al. (2006). Basicamente, omodelo representa as barreiras de acesso aequipamentos, de usabilidade e acessibilidade ede inteligibilidade. Vencidas essas barreiras, osusuários já podem usufruir os serviços econteúdos disponíveis na sociedade dainformação, mas é necessário ainda capacitá-lospara produzir conteúdos. Com essa capacitação,os usuários podem, enfim, usufruir aspotencialidades do mundo digital, representadasna Figura 1 como a camada “Sociedade dainformação”. Tal camada consiste na efetivafruição e produção de conteúdo e serviçoseletrônicos para propósitos educacionais,profissionais e de lazer, bem como aquelesreferentes à atuação dos indivíduos comocidadãos.O objetivo desse modelo de camadas é explicitartodos os tipos de barreiras à ID que precisam serremovidas. As camadas refletem as principaisdificuldades que os indivíduos enfrentam para terum pleno aproveitamento das TICs, abrangendoaquelas observadas com mais frequência empaíses em desenvolvimento e regiões maiscarentes. O modelo foi formulado com base narealidade brasileira identificada a partir do perfilsocioeconômico, cultural e de escolaridade.

As barreiras de meios de acesso referem-se àfalta de infraestrutura de telecomunicações, àdeficiência de cobertura dos serviços baseadosem TICs, à qualidade do serviço e aos custospara o usuário. Por sua vez, as barreiras deusabilidade e acessibilidade dizem respeito àausência ou deficiência de recursos nasinterfaces existentes que facilitam o uso porpessoas com deficiência visual, auditiva oumotora. Já as barreiras de inteligibilidade têmorigem tanto no analfabetismo digital (isto é, faltade habilidade de uso das TICs) como na

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1 Segundo a SBC, a disponibilidade de acesso às TICs “não é sinônimo de facilidade de uso e acesso universal...Existembarreiras tecnológicas, educacionais, culturais, sociais e econômicas, que impedem o acesso e a interação”. Por isso, um dosprincipais desafios da computação no Brasil é “vencer essas barreiras, por meio da concepção de sistemas, ferramentas,modelos, métodos, procedimentos e teorias capazes de endereçar, de forma competente, a questão do acesso do cidadãobrasileiro ao conhecimento. Este acesso deve ser universal e participativo, na medida em que o cidadão não é um usuáriopassivo, o qual recebe informações, mas também participa da geração do conhecimento” (SBC, 2006:17).

8 Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 5, n. 1, p. 7-20, jan./jun. 2009

Sociedade da informação

(consumo e produção de conteúdo)

Inteligibilidade

Acessibilidade e usabilidade

Acesso a terminais e à web

Bar

reir

as à

incl

usã

o

Fonte: Holanda e Dall'Antonia (2006) e Tambascia et al.(2006).

Figura 1 Barreiras à inclusão digital


escassez de conteúdo em linguagemcompreensível a um público amplo. Todas essasbarreiras impedem que os indivíduos usufruamos benefícios últimos da sociedade dainformação.Como exemplo concreto de barreira à ID, tem-sea taxa de analfabetismo, tanto pleno quantofuncional, que constitui um entrave ao uso docomputador e da Internet e que é representadapelas camadas de usabilidade e inteligibilidade.Outra possível barreira é a falta de conteúdo dealgum interesse para grupos socialmente maisvulneráveis, o que é também refletido pelacamada de inteligibilidade, comprometendo aexperiência da fruição de conteúdo.Ao refletir todas as possíveis barreiras físicas,cognitivas, psicológicas, socioeconômicas eculturais à ID, o modelo de camadasrepresentado na Figura 1 pode auxiliar naformulação e análise de políticas e noplanejamento de ações para a superação dessasbarreiras. Para operacionalizar esse auxílio, sãonecessários indicadores que revelem o estadoem que as barreiras se encontram. O uso deindicadores confere objetividade aoestabelecimento de metas e à avaliação daeficácia e eficiência das ações propostas paraalcançá-las.Na Seção 2, é feito um levantamento dosindicadores de ID presentes em sistemas demétricas da sociedade da informação. Discute-setambém em que medida os indicadores refletemas barreiras à ID.

2 Presença de indicadores de ID nossistemas de métricas da sociedade dainformação

É ampla a diversidade de indicadores demensuração das TICs. Em geral, emprega-se umconjunto de indicadores selecionados pararepresentar um quadro amplo da sociedade dainformação, englobando cobertura, acesso eoferta de serviços baseados em TICs.Atualmente, existe uma ampla gama deindicadores de TICs compondo diferentessistemas de métricas2. Tal diversidade decorredo fato de que propostas distintas demensuração foram concebidas a partir deobjetivos distintos. Assim, enquanto algunssistemas enfatizam a difusão das TICs entre apopulação de um país, outros privilegiam adimensão do comércio eletrônico.Como exemplos dos primeiros esforços demensuração da sociedade da informação e dabrecha digital entre países, têm destaque o GDI,INEXSK, ICTDI, Infostate, DAI, CAIBI e a Brecha

Digital, amplamente divulgados3.Nos últimos anos, tanto em nível mundial comona América Latina, conforme Olaya e Peyrano(2007), deu-se início a um movimento deharmonização da coleta de dados e daconstrução de indicadores de TICs, que culminouna criação do Partnership on Measuring ICT forDevelopment. Participam dessa iniciativa gruposcomo ITU, OCDE, UNCTAD, Unesco, BancoMundial e comissões regionais das NaçõesUnidas (CEPAL, ESCWA, ESCAP, ECA), com oobjetivo de estabelecer um conjunto deindicadores globais de acesso, uso, potencial deaproveitamento das TICs (e-readiness) e osimpactos socioeconômicos a elas associados(PORCARO, 2006). Das discussões entre osinstitutos de pesquisa dos países envolvidospromovidas pelo Partnership, estabeleceu-se alista dos chamados Indicadores-Chave de TIC(Core ICT Indicators). Escolhidos em comumacordo entre os países participantes, o objetivofoi incentivar a incorporação desses indicadoresaos dados coletados em censos e pesquisasnacionais de domicílios.Em um encontro mundial promovido pela Cúpulada Sociedade da Informação (World Summit onthe Information Society, WSIS) em 2005, propôs-se um índice de mensuração da sociedade dainformação para fins de comparaçãointernacional, o Digital Opportunity Index (DOI),cujos indicadores fazem parte do conjunto dosIndicadores-Chave de TIC.Além dos sistemas de métricas resultantes doesforço de homogeneização internacional dosindicadores, outros sistemas se destacam. ONetwork Readiness Index (NRI), do WorldEconomic Forum (DUTTA et al., 2005), e o E-government Readiness (UN-UNPAN, 2005)merecem menção por abordar aspectos como oambiente regulatório e o grau dedesenvolvimento do governo eletrônico (e-gov),respectivamente.Por sua vez, o Statistical IndicatorsBenchmarking the Information Society (SIBIS)consiste em uma proposta de mensuração dasTICs em âmbito europeu. O mesmo projetopropôs o DIDIX, um índice que condensaindicadores básicos de uso de TIC para medir adesigualdade digital entre subgrupospopulacionais (HUSING; SELHOFER, 2004).Vale destacar os trabalhos de coleta periódica dedados referentes à sociedade da informação,desenvolvidos pelo Eurostat, cuja metodologiaserviu de base para pesquisas em países nãoeuropeus, incluindo aquelas feitas pelo CGI(2006) no Brasil.

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2 Para obter mais detalhes sobre o estado da arte dos sistemas de métricas, consulte Menezes et al. (2007a).3 Tais sistemas foram apresentados, respectivamente, em Wolcott et al. (2001); Mansell e Wehn (1998); UNCTAD (2003);

Sciadas (2005); ITU (2003); CAIBI (1999); ALADI (2003). Uma síntese desses sistemas é apresentada por Menezes et al.(2007a).

Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 5, n. 1, p. 7-20, jan./jun. 2009 9


Por fim, o projeto Benchmarking the InformationSociety: e-Europe Indicators for EuropeanRegions (BISER) apresenta uma proposta demensuração regionalizada das TICs. Nessesistema, destacam-se o conjunto de indicadoresque retratam o não uso da Internet e suas razõesmais prováveis, aspectos pouco tratados pelossistemas de métricas existentes (BISER, 2004).Cada um dos sistemas supracitados apresentamindicadores que refletem, em diferentes graus, asbarreiras à ID propostas por Holanda eDall'Antonia (2006). Na Tabela 1, encontra-seuma avaliação desses sistemas em termos derepresentatividade de cada camada.Pelas informações constantes na Tabela 1,verificam-se ausências de indicadoresimportantes da sociedade da informação comrelação às barreiras à ID. O caso da usabilidadee acessibilidade é o que mais se destaca: poucossistemas, como o SIBIS e o BISER, apresentamindicadores que refletem esses aspectos. Essasinformações são de difícil mensuração: em geral,são obtidas por meio de pesquisa qualitativa queverifica a existência de orientação para odesenvolvimento de sítios de Internet acessíveispara o atendimento ao público junto a empresase a organismos do setor público.Embora o aspecto da inteligibilidade sejarepresentado por indicadores de alfabetização ede matrículas em cursos de nível superior,presentes em alguns dos sistemas de métricasavaliados, são escassos os indicadoresreferentes a esforços de alfabetização digital e àexistência de conteúdos local e contextualizadoque confiram maior autonomia de uso aosindivíduos.Por outro lado, como indicador de fruição deconteúdo, todos os sistemas de métricasavaliados apresentam o percentual de usuáriosde Internet. Os mais ricos em indicadores dessacategoria são o SIBIS e o BISER, seguidos porEurostat e Indicadores-Chave de TIC. O GDI

apresenta uma grande variedade de indicadoresde fruição, propondo uma avaliação maisprofunda dos aspectos qualitativos de uso.Por fim, a subcamada de produção de conteúdoé pouco representada pelos sistemas atuais demensuração de TIC. O indicador mais frequenteé o número de domínios de Internet, querepresenta uma aproximação da quantidadeacumulada de conteúdo nacional produzido edisponibilizado na rede.Em geral, destacam-se duas características dossistemas de métricas da sociedade dainformação: 1) a camada de disponibilidade deacesso é a mais bem representada pelosindicadores presentes nos sistemas de métricasexistentes, seguida da camada de fruição deconteúdo; 2) as demais barreiras sãopobremente representadas. A maior lacuna éobservada na camada de usabilidade eacessibilidade, o que certamente decorre dadificuldade de se levantar as informaçõesrelacionadas.A identificação dos indicadores de ID presentesnos sistemas de métricas da sociedade dainformação serve ao propósito de verificar oestado atual dos indicadores mais difundidos eseu potencial de aplicação em uma análise daspolíticas de ID. Não se pretende julgarincisivamente os méritos de cada sistema porrepresentar (ou não) as diversas barreiras à ID,já que foram criados em outros contextos e compropósitos distintos. O objetivo é apenas verificarsua adequabilidade aos propósitos do presenteestudo.Na Seção 3, apresenta-se uma relação (nãoexaustiva) dos dados de TIC existentes no Brasil.Vale observar que alguns deles compõem ossistemas de métricas apresentados nesta seção.Em seguida, é verificado se os dados existentessão suficientes para revelar a intensidade dasbarreiras à ID atualmente existentes no País.

Tabela 1 Visão geral dos sistemas de métricas segundo sua representatividade das camadas de ID

Camadas de ID

O sistema de métricas contempla a camada de ID?

GD

I

INEX

SK

ICTD

I

Info

stat

e

DA

I

CA

IBI

DO

I

Euro

stat

Cor

e IC

T in

d.

NR

I

SIBI

S-D

IDIX

BIS

ER

Pob

reza

dig

ital

Soc.Informaç.

Prod. conteúdoFruição conteúdo

P P N P N P N P P P P P NS P P P P P P S S P S S S

Inteligibilidade N P N P P P N P P P S S N

Usabilidade e acessibilidade N N N N N N N N N N P P PDisponibilidade de acesso P P P P P P S S S S S S P

Legenda: S = sim; N = não; P = parcialmente.



3 Dados secundários e representação dasbarreiras à ID

A partir de um levantamento dos dadossecundários existentes no Brasil sobre asociedade da informação, foram identificados eselecionados aqueles que estão diretamenterelacionados com a ID. Para isso, estabeleceu-seuma classificação conforme as barreiras à ID que

os dados identificados representam. Na Tabela2, apresentam-se os dados referentes aindicadores de produção e fruição de conteúdo,que caracterizam uma sociedade da informaçãoplena. Nota-se uma forte presença deindicadores referentes à fruição e poucosindicadores de produção de conteúdo, da mesmaforma que os sistemas de métricas vistos naseção anterior.

Tabela 2 Indicadores da sociedade da informação

Fonte Participação na sociedade informacional: produção e fruição de conteúdo

CGI4

- Proporção de indivíduos que já utilizaram um computador- Proporção de indivíduos que usaram um computador – último acesso- Frequência de uso individual do computador- Proporção de indivíduos que já acessaram a Internet - Proporção de indivíduos que acessaram a Internet – último acesso- Frequência do acesso individual à Internet - Tempo gasto na Internet por semana - Propósitos das atividades realizadas na Internet - Proporção de indivíduos que usam a Internet para se comunicar - Proporção de usuários que desenvolvem atividades de comunicação na Internet - Proporção de indivíduos que usam a Internet para buscar informações- Proporção de usuários que desenvolvem atividades de busca de informações na Internet - Proporção de indivíduos que usam a Internet para o lazer - Proporção de atividades de lazer desenvolvidas na Internet - Proporção de indivíduos que usam a Internet para serviços financeiros - Proporção de atividades desenvolvidas na Internet relativas a serviços financeiros - Proporção dos motivos pelos quais nunca utilizou a Internet- Proporção dos motivos pelos quais não utilizou a Internet recentemente- Proporção de indivíduos que utilizaram governo eletrônico nos últimos 12 meses- Serviços de governo eletrônico utilizados- Serviços de governo eletrônico que gostaria de utilizar- Proporção dos motivos para não utilizar governo eletrônico- Proporção de indivíduos que usaram telefone celular nos últimos três meses - Proporção de indivíduos que possuem telefone celular - Tipo de telefone celular: pré-pago x pós-pago - Proporção de indivíduos que possuem telefone celular com acesso à Internet- Proporção de atividades realizadas pelo telefone celular- Tipo de conta de e-mail utilizada- Quantidade de contas de e-mail utilizadas- Principal conta de e-mail utilizada- Proporção de indivíduos que já compraram produtos e serviços pela Internet- Motivos mais frequentes para não comprar pela Internet- Proporção de indivíduos que já divulgaram ou venderam algum bem ou serviço pela Internet- Proporção de indivíduos que usam Internet para educação e atividades desenvolvidas - Número de domínios de Internet

IBGE5

- Pessoas que utilizaram ou não a Internet nos últimos três meses, por grandes regiões, sexo,grupos de idade, anos de estudo, estudantes, situação de ocupação, estados, regiõesmetropolitanas e classes de rendimento

- Motivo da não utilização da Internet- Frequência de utilização da Internet- Finalidade do acesso à Internet

Funredes6 - Presença relativa do português na Internet (em relação ao inglês)

4 Fonte: Comitê Gestor da Internet no Brasil (http://www.cgi.br:).5 Fonte: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (http://www.ibge.gov.br).6 Fundación Redes y Desarrollo, Observatorio de la Diversidad Linguística y Cultural en la Internet (http://www.funredes.org/LC).



Os dados fornecidos pelo CGI (2006)apresentam características do uso da Internetpelos indivíduos, como frequência e propósitosde uso e motivos da não utilização, além dosprincipais serviços on-line referentes aentretenimento, governo e comércio eletrônicos.Por meio desses dados, é possível conferir asdiferenças qualitativas entre os usuários comrelação ao uso que fazem da Internet. Esse é,aliás, um aspecto da sociedade informacionalque recentemente passou a receber maisatenção. Além de haver indivíduos com e semacesso à Internet, há entre os usuários aquelesque a usam com uma frequência maior, compropósitos distintos e beneficiando-se mais oumenos em decorrência de uma série de fatoresque caracterizam o seu uso. Tal gradação de usodas TICs é um aspecto altamente relevante paraa discussão sobre políticas de ID. Evidenciam-senão somente a brecha digital entre os que usame não usam as TICs, mas também as diferençasquanto à qualidade e intensidade de uso e aosseus propósitos.Para destacar essa nuança na análise, Hargittai(2004) emprega o termo “desigualdade digital”como alternativa aos termos de conotaçãodicotômica “brecha” ou “exclusão”, que enfatizamas categorias “usuário” e “não usuário”. Talgradação qualitativa também acomete as demaiscamadas. Por exemplo, na camada de acesso,Hargittai refere-se à qualidade dos equipamentos(capacidade de memória, velocidade earmazenamento do PC) e à velocidade deconexão.Apesar de haver razoável quantidade de dadoscoletados sobre usufruto da Internet, poucosreferentes à produção de conteúdo encontram-sedisponíveis. Há o número de domínios deInternet, que fornece uma ideia incompleta sobrea quantidade de websites produzidosnacionalmente. Além desse indicador, aFunredes divulga a quantidade de conteúdo deInternet em português. Esse indicador merecemenção por dar uma ideia das dimensões daprodução de conteúdo nacional e local, bem

como do grau de dificuldade de assimilação doconteúdo de Internet, já que boa parte dele podedepender do domínio de outras línguas pelousuário. Porém, não faz distinção entre oconteúdo em língua portuguesa de origembrasileira e os dos demais países lusófonos.Com relação ao aspecto da inteligibilidade, hápouca informação disponível. Os dadosexistentes, que poderiam ser utilizados pararepresentar algumas características dessacamada de ID, referem-se às informaçõesrelativas à alfabetização digital ou às habilidadesdos indivíduos em usar computador e Internet, eàs formas de obtenção dessas habilidades. OCGI reúne esses indicadores, relacionados naTabela 3.Com esses dados de inteligibilidade, é possívelcompor um quadro sobre o grau de alfabetizaçãodigital da população brasileira, a quantidade depessoas que já realizaram cursos de informáticae quais as suas habilidades de uso decomputador e Internet. Contudo, essasinformações não revelam muito sobre a situaçãodas pessoas com nível baixo de alfabetização oucom deficiência, nem em que medida ostreinamentos disponíveis conseguem atender aesse público específico.Quanto à usabilidade e acessibilidade, não há, nomomento, dados secundários referentes a essesaspectos que sejam comumente levantados porpesquisas de grande abrangência geográfica eque se encontrem disponíveis para consulta.Por fim, dados sobre meios físicos de acessosão os mais abundantes. Isso é compreensível,já que constituem o aspecto mais tangível da ID.Compõem o conjunto de indicadores de meios deacesso aqueles referentes à presença decomputador, Internet e celular nos domicílios,aos locais de acesso a computador e Internet e àconectividade. Esta última refere-se àdisponibilidade de infraestrutura de rede naslocalidades, como municípios com banda larga,presença de telecentros nos municípios eescolas com computador e Internet. Na Tabela 4,são apresentados os principais indicadores deacesso às TICs atualmente disponíveis.

Tabela 3 Indicadores de inteligibilidade

Fonte Indicadores de inteligibilidade

CGI

- Habilidades relacionadas ao uso do computador

- Forma de obtenção das habilidades para uso do computador

- Proporção de indivíduos que realizaram cursos de informática

- Motivos pelos quais não fez cursos de computação

- Habilidades com computador suficientes para o mercado de trabalho

- Habilidades relacionadas ao uso da Internet



Tabela 4 Indicadores da camada de meios de acesso

Fontes Características do acesso: conectividade e difusão

CGI

- Proporção de domicílios que possuem equipamentos TIC- Proporção de domicílios com computador- Tipo de computador presente no domicílio- Tipo de sistema operacional utilizado – computador de mesa- Proporção de domicílios com acesso à Internet- Tipo de equipamento para acesso à Internet no domicílio- Tipo de conexão para acesso à Internet no domicílio- Velocidade da conexão à Internet utilizada no domicílio- Formas de distribuição do acesso à Internet no domicílio- Barreiras ao acesso à banda larga no domicílio- Barreiras ao acesso à Internet no domicílio- Local de uso individual do computador- Local de acesso individual à Internet- Valor máximo declarado para aquisição de computador- Valor máximo declarado para aquisição de acesso à Internet

IBGE- Local de acesso à Internet no período de referência dos últimos três meses- Tipo de conexão à Internet no domicílio- Tabelas sobre posse de telefone móvel celular para uso pessoal

Teletime

- Municípios com banda larga- Municípios com TV por assinatura- Terminais públicos por município- Telefonia móvel: operadoras e rede de dados- Presença de backbones

IBICT - Centros de acesso público governamental nos municípiosINEP-MEC - Escolas com computador e Internet

CGI - Número de hosts- Número de domínios brasileiros na Internet

ITU

- Percentual da população coberta por telefonia celular- Tarifas de acesso à Internet (20 h/mês), US$, % renda per capita- Tarifa de celular (100 min/mês), US$, % renda per capita- Linhas de telefone fixo por 100 habitantes- Assinantes de telefone celular por 100 habitantes- Computadores por 100 habitantes- Assinantes de Internet fixa/100 habitantes- Assinantes de Internet móvel/100 habitantes- Assinantes de Internet banda larga/100 habitantes- Assinantes de Internet móvel banda larga/100 habitantes- Banda passante internacional por habitante

Vale mencionar que os indicadores extraídos deITU (2005), presentes na Tabela 4, compõem oDigital Opportunity Index (DOI), índice propostopela ITU para comparação internacional dadifusão das TICs e da conectividade.Embora os dados de acesso sejam abundantes,a dificuldade de obtê-los é maior quando se tratade pequenos municípios. Os dados fornecidospor Teletime (2008), por exemplo, referem-se a

municípios com mais de 24 mil habitantes. Deum universo de quase 5,6 mil municípios, 4 milapresentam até 20 mil habitantes. Em geralafastadas e, em alguns casos, de difícil alcancepelas redes físicas e sem fio (excetuando-se osatélite), essas pequenas localidadesapresentam retornos de escala reduzidos para osserviços de comunicações e são, justamente porisso, as mais afetadas pela exclusão digital.



4 Identificando novos indicadores para aavaliação de políticas de ID

Conforme visto na Seção 2, com base naobservação dos dados disponíveis sobre asociedade da informação e do estado da inclusãodigital no Brasil, conclui-se que os dados sobreacesso e conectividade são os mais abundantese diversificados. Constituem a principal base deíndices e indicadores comumente usados emsistemas de métricas e benchmarkingsinternacionais. O conjunto de indicadoresbrasileiros disponíveis também é rico eminformações sobre o uso que se faz da Internet edo computador, em especial os dados fornecidospelo CGI (2006). No entanto, alguns aspectos fundamentais da IDfigurados no modelo de camadas encontrampouca representação entre os dados atualmentecoletados. São eles a inteligibilidade, ausabilidade e a acessibilidade e o conteúdonacional produzido para a Internet. A seguir, sãofeitas considerações sobre a obtenção dessesdados de forma indireta, deduzindo algumainformação a partir do que já existe. Além disso,discutem-se a necessidade de coletar novosdados e os meios para a coleta7.Como alternativas de mensuração do conteúdonacional produzido, sugere-se verificar asestatísticas de uso da Internet que refletem ageração de conteúdo pelo próprio usuário.Exemplos de atividades geradoras de conteúdodesse tipo são a participação em salas de bate-papo e fóruns de discussões, ocompartilhamento de arquivos e a criação dewebsites pessoais. O OECD (2007) define oconceito de conteúdo gerado pelo usuário (user-created content) como aquele que tem origemcriativa e fora do contexto profissional,disponibilizado ao público por meio de sítiosespecializados em abrigar fotos, imagens, textos,música e vídeos enviados por usuários, taiscomo blogs, textos de colaboração (wikis),podcasts, redes sociais, sítios decompartilhamento de conteúdo, sítios derelacionamento e sítios educacionais (criados porescolas e universidades), entre outros. Porenquanto, as formas de mensuração sãorudimentares. Mas já existem algunslevantamentos internacionais e discussões sobrea crescente relevância econômica e social doconteúdo gerado pelo usuário. No Brasil,somente alguns desses dados são contempladosnos levantamentos do CGI (2006), sob adenominação de “atividades desenvolvidas naInternet – comunicação”.Com relação ao aspecto da inteligibilidade, umamaneira indireta de obter informações seriacomparando as habilidades e as atividades deInternet de grupos de usuários com diferentes

médias de anos de estudo. Quanto maiscomplexa a atividade e menor o emprego derecursos de usabilidade e de linguagensadaptadas, maior poderá ser a dificuldade de usopelos menos escolarizados. Por isso, ocruzamento entre as variáveis “anos de estudo” e“habilidades” pode revelar em que medida aescolaridade afeta a capacidade de realizaratividades como envio de e-mail, compras eserviços de governo eletrônico. Com o auxíliodesse indicador indireto, políticas de ID podemser concebidas, de um lado, para estimular oaprendizado digital entre o público socialmentemais vulnerável e, de outro, ações podem sertomadas para estimular o desenvolvimento deinterfaces mais intuitivas, que facilitem o uso dosserviços de Internet.Praticamente não existem elementos para avaliaro uso de TICs por pessoas com deficiência, jáque as pesquisas atualmente conduzidas nãoverificam se o entrevistado apresenta essacondição. No momento, conta-se somente com ainformação de que menos de 1% dos que nuncausaram Internet aponta como motivo ter algumadeficiência física (CGI, 2006). É necessário saberem que medida as deficiências atuam comobarreira de acesso à Internet, para que se possapropor mecanismos que atenuem as dificuldadesdesses usuários. Por isso, sugere-se que talaspecto seja investigado em pesquisas futurascapazes de identificar a existência de relaçãoentre deficiência e acesso às TICs. O percentualde pessoas com deficiência que acessam aInternet pode ser acrescentado a futuraspesquisas. Esse pode ser um indicador danecessidade de se disponibilizar recursos cominterfaces e tecnologias adequadas a pessoascom deficiência. E a evolução no tempo donúmero de usuários de Internet entre essesgrupos mais vulneráveis seria o indicativo desucesso das políticas propostas.Quanto à dificuldade de usuários com níveisprecários de alfabetização, uma forma de avaliá-la seria por meio do número de pessoas de baixaescolaridade que acessam computador eInternet e sua evolução no tempo. O percentualde pessoas que usam computador e Internet porescolaridade pode ser usado como um indicadorindireto da existência de recursos que atendamusuários não alfabetizados, já que a escolaridadepode estar associada à dificuldade de um usuáriocompreender o conteúdo e a lógica denavegação de um website. Também caberiaavaliar se esses indivíduos acessam sempre osmesmos conteúdos e suas características.Como possíveis caminhos para oaperfeiçoamento dos indicadores e dosinstrumentos de coleta de dados, vale mencionara proposta de Hargittai (2005) para a medição

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7 Tais considerações tomam por base o estudo feito por Menezes et al. (2007b).



das habilidades dos usuários de Internet e dadesigualdade entre eles. O grau de habilidadepode ser medido por meio de testes de avaliaçãodo desempenho do uso na Web. A vantagemdesse procedimento reside na eliminação do viésda autopercepção dos usuários, que, apesar desua imprecisão, é hoje a fonte de informaçãosobre habilidades das pesquisas atuais. Contudo,trata-se de uma forma mais custosa de pesquisae apresenta dificuldades de ser posta em prática.Para viabilizá-la, esse tipo de pesquisa pode serfeito em caráter complementar aos dadostradicionalmente coletados. Um exemplo de pesquisa qualitativa é descritoem Hargittai (2004). Nesse estudo, é analisado ocomportamento dos usuários ao navegar naInternet, verificando as habilidades em localizarconteúdos e a capacidade de entender ainformação obtida. Outro exemplo é o estudo deSantaella (2004), que observa o comportamentode usuários de Internet com o intuito de detectarquais são as habilidades perceptivas e cognitivasrequeridas na experiência de navegação que adiferencia das experiências de usufruto de outrasmídias, como o livro e a televisão. Se bemconduzidas, essas pesquisas podem revelarpeculiaridades da ID que podem ter granderelevância na formulação de políticas dedicadasao estímulo ao uso de TICs mais complexas,como a Internet, por pessoas com níveis diversosde familiaridade com as mídias digitais.Para coletar dados de usabilidade eacessibilidade, o principal caminho seria avaliaros sítios de Internet. Como primeiro passo,verifica-se, por exemplo, se a construção dossítios segue algum padrão ou norma deusabilidade e acessibilidade. Alguns estudosexemplificam como obter esse tipo de dado. Umdeles é o de Marincu e McMullin (2004), querealizaram uma avaliação da acessibilidade desítios selecionados com base nos padrõesdescritos pelo W3C Web Content AccessibilityGuidelines (WCAG 1.0). A avaliação utiliza osoftware Bobby WorldWide, desenvolvido paratestes automáticos de aderência de sítios aospadrões do W3C, semelhantemente à avaliaçãofeita em UN-UNPAN (2005) e Velleman et al.(2007). A conclusão desse estudo é que poucossítios de Internet oriundos de instituições públicase privadas nos países europeus oferecem umnível satisfatório de acessibilidade: entre 94% e99% dos sítios testados apresentam algumafalha.Outro estudo que propõe uma avaliaçãoabrangente de serviços públicos on-line éapresentado por EPAN (2005). Sua metodologiacompreende entrevistas com os formuladores eimplementadores de políticas (policy makers)para levantar informações sobre estratégias

nacionais, arcabouços legais, monitoração,treinamento, ferramentas e sistemas decertificação relativos a serviços e aplicações degoverno eletrônico (e-gov). Inclui tambémavaliações manuais e automatizadas de sítiosgovernamentais na Internet, valendo-se deferramentas baseadas em iniciativas mundiais depadronização dos critérios de acessibilidade on-line. Na avaliação preliminar feita no âmbitodesse estudo, a verificação automática revelouque 70% dos websites apresentam falhasgeneralizadas, mostrando que apenas umaminoria atende aos critérios de acessibilidade.Tal padrão observado no setor público se aplicaa sítios de Internet oriundos do setor privado.Apenas dois, entre os 25 países europeuspesquisados, apresentam efetivamente planosgovernamentais para ampliar a acessibilidadedos serviços de governo eletrônico. Por outrolado, mais da metade deles prevê, em sualegislação, acesso inclusivo a websites. Alémdisso, 9 entre 24 países oferecem incentivoslegais a sítios de Internet para atingirem umpatamar mínimo de acessibilidade. E mais dametade dos países já monitora a acessibilidadede seus sítios de Internet governamentais. Oestudo aponta os países com as melhorespráticas (Austrália, Canadá, Hong Kong) eapresenta recomendações de políticas, como aavaliação periódica dos websites, o que requer oestabelecimento de um conjunto de indicadores.Também no Brasil existem iniciativas paraverificar a acessibilidade on-line. Um exemplo é odesenvolvimento de aplicativos de avaliaçãoautomática, como o DaSilva8.Mais recentemente, foi divulgado um estudo demedição da qualidade dos serviços de governoeletrônico conduzido pelo Departamento deGoverno Eletrônico do Ministério doPlanejamento, Orçamento e Gestão (DGE-SLTI-MPOG, 2007). A metodologia empregada nesseestudo utiliza indicadores referentes a:maturidade do serviço eletrônico,comunicabilidade, multiplicidade de acesso,níveis de acessibilidade, disponibilidade,confiabilidade e transparência. Em umaavaliação-piloto, foram coletados dados sobre osserviços mais usados pela população, comodeclaração de imposto de renda, consulta a CPF,emissão de segunda via de IPTU e busca porpostos municipais de saúde. A avaliação dausabilidade e acessibilidade desses serviçospode fornecer indicadores que retratam o estadoem que se encontra essa camada de ID e facilitaro estabelecimento de metas para implementarmelhorias. Aplicadas em nível nacional, asavaliações difundiriam conhecimento sobre onível de usabilidade e acessibilidade dos serviçosde e-gov brasileiros. Isso colaboraria para a

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8 DaSilva encontra-se disponível para uso em http://www.dasilva.org.br/.



formulação de políticas mais direcionadas,servindo inclusive de modelo de usabilidade eacessibilidade aos serviços eletrônicos privados.Muitas das sugestões de levantamento de dadosaqui apresentadas requerem mudanças nasmetodologias atuais de pesquisa (por exemplo,introduzir novos elementos nos questionários dasprincipais pesquisas feitas atualmente no Brasil).Enquanto isso não ocorre, é possíveldesenvolver pesquisas de menor porte e acustos não elevados para verificar os aspectosreferentes às barreiras à ID. Pesquisas dedimensões reduzidas apresentam resultadosmais difíceis de generalizar, mas podem fornecerinformações interessantes em carátercomparativo (isto é, comparando-se pesquisasrealizadas periodicamente). Na ausência derecursos para conduzir pesquisas primárias juntoà população em geral, tais pesquisas poderiamser conduzidas junto aos usuários de telecentros,por meio, por exemplo, de questionáriosaplicados via Internet ou pelos monitores dostelecentros, incluindo, na medida do possível, osnão usuários dos bairros vizinhos. Esseprocedimento é proposto partindo dopressuposto de que telecentros, e mesmo locais

de acesso pago à Internet (como LAN houses ecibercafés), podem ser usados como instrumentode políticas para a ID.Outra sugestão complementar é incentivar oslevantamentos de dados junto a telecentros(como o que o governo dispõe emwww.ibict.gov.br para cadastro de telecentros),para verificar, além do perfil de seus usuários, aproporção dos que disponibilizam recursosergonômicos e se as suas instalaçõesapresentam acessibilidade física. Essasinformações mostrarão se as medidas que visama facilitar o uso da Internet pelo público-alvo têmsurtido efeito, e se o uso da Internet por essepúblico-alvo evolui de modo a obter um proveitomaior do que é ofertado pela sociedade dainformação, o que caracteriza a plena ID.Na Tabela 5, apresentam-se sugestões de novosindicadores a serem medidos em pesquisasprimárias para complementar os indicadoresexistentes, apresentados na seção anterior.Muitas das sugestões são oriundas de pesquisasjá realizadas (consulte, por exemplo, Neri, 2006)para verificar a efetividade dessas iniciativas parao propósito de ID e cobrir os aspectos aquidiscutidos.

Tabela 5 Indicadores complementares de ID

Camada: sociedade informacional

- Perfil socioeconômico dos usuários de computador e Internet (incluindo a existência de deficiênciafísica e sensorial)

- Monitoramento do tempo médio em que os usuários utilizam o acesso à Internet- Tempo de cadastro dos usuários no telecentro- Quantidade de usuários cadastrados- Quantidade diária de usuários que frequentam a iniciativa- Frequência de uso- Motivos para frequentar o telecentro- Horários habituais de uso do telecentro- Tempo de uso- Serviços utilizados (Skype, e-mail, mensagens instantâneas; sítios de notícias, variedades, compras,

busca de informações; busca de emprego; criação de website pessoal; banco eletrônico; governoeletrônico; jogos; download de filmes, música, software; atualização de blogs e fotoblogs; uso deáudio/videoconferência; utilização de planilha e editor de texto; notícias; televisão; rádio; reclamaçõesde serviços, etc.)

- Tipo de conteúdo mais acessado- Serviços de e-gov utilizados: declaração de isento de IR, consulta de IPVA, consulta de multas de

trânsito, etc.- Percepção do usuário: Internet é fácil ou difícil de usar? Atitude do usuário em relação ao

computador/Internet- Benefícios do uso do computador/Internet apontados pelo usuário- Pretende continuar usando o telecentro?- Melhorias sugeridas para o telecentro- Criação de conteúdo pelo usuário: textos, fotos, música, vídeos, jornalismo cidadão



Tabela 5 Indicadores complementares de ID (continuação)

Camada de inteligibilidade

- Cursos mais frequentados- Presença de monitor- Já precisou pedir auxílio ao monitor?- Avaliação do monitor e da ajuda do monitor- Cursos de informática – Internet, ferramentas Office, outros- Uso de segunda língua (inglês); para aqueles que não sabem inglês, se sentem que a falta dessa

habilidade dificulta ou limita o aproveitamento da Internet- Acesso a conteúdos locais e culturalmente contextualizados

Camada de usabilidade e acessibilidade

- Existência de equipamentos e aplicativos adaptados para pessoas com deficiência (tecladosespeciais, leitores de tela, mesa para computador apropriada para cadeirantes, etc.)

- Presença de recursos e características acessíveis nas instalações do telecentro (rampa de entrada,etc.)

Camada de acesso

- Largura de banda utilizada para acesso à Internet, por computador- Especificações dos computadores (memória, processador, HD, clock)- Horários de pico- Acessou computador/Internet de outros lugares?- Já acessou Internet ou e-mail pelo celular?

Dados complementares

- Perfil do usuário: idade, sexo, raça, escolaridade, renda familiar, deficiência- Uso de outras TICs (celular, rádio, televisão)- Hábitos de leitura do usuárioFonte: Neri (2006); OECD (2007); CGI (2006).

O monitoramento dos indicadores, tantoprimários quanto secundários, ao longo dotempo, contribui para a identificação dapropensão dos indivíduos a utilizar a Internet etambém para a identificação dos pontosproblemáticos (por exemplo, interfaces elinguagens empregadas em sítios de serviçopúblico que requerem remodelamento).

ConclusãoPara o efetivo planejamento e avaliação depolíticas de promoção da inclusão digital nocontexto brasileiro, é necessário utilizarindicadores que representem integralmente todosos aspectos relativos à ID.Neste trabalho, identificou-se a ausência deinformações relevantes entre os dadosatualmente coletados com o auxílio de ummodelo de camadas de ID. Constatou-se que háuma abundância de dados secundáriosreferentes às camadas de fruição e produção de

conteúdo (sociedade informacional) e acesso,alguns dados sobre inteligibilidade e raros dadossobre usabilidade e acessibilidade. Além disso,observa-se que mesmo os dados facilmenteencontrados geralmente se referem aosmunicípios com mais de 20 mil habitantes.Embora as barreiras de ID sejam representadasapenas parcialmente pelos indicadoresexistentes, boa parte desses indicadores podeser aproveitada para esse propósito.A partir das lacunas existentes no conjunto deindicadores de ID, ficou clara a necessidade dese identificar novos dados para complementar oleque de informações pertinentes aoplanejamento de políticas públicas. Para cobrirtais lacunas, sugeriu-se um conjunto de dadosprimários a serem coletados periodicamente.Tais dados permitiriam verificar de que modo ouso das TICs – especialmente do computador eda Internet – evolui no tempo, identificando asprincipais barreiras à ID e as ações mais



adequadas para reduzi-las.Cabe lembrar, contudo, que a introdução denovos indicadores em levantamentos primáriosincorre em custos adicionais para a suaobtenção. A decisão de incorporar novosindicadores passa, portanto, pela análise dotrade-off entre os custos de obter a novainformação e o ganho em conhecimento que anova informação agregará à atividade deplanejamento.A motivação que está na origem deste estudoconsiste na identificação dos indicadores aserem monitorados nos testes de campo doSTID. Tais indicadores subsidiarão as etapasprevistas referentes ao planejamento nacional daimplantação dos serviços desenvolvidos noâmbito desse projeto. Além de atender aos propósitos específicos doprojeto STID, espera-se oferecer novoselementos para o planejamento e a avaliação depolíticas gerais de ID, de modo que lance luzsobre todos os aspectos necessários àsuperação das principais barreiras à ID, dado operfil da população brasileira e o contextosocioeconômico do País.

Agradecimento

Este trabalho recebeu suporte do Fundo para oDesenvolvimento Tecnológico dasTelecomunicações (FUNTTEL).

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Abstract

The aim of this article is to discuss the scope of Information Society indicators when representing themultiple aspects of digital inclusion. In a context of expansion of efforts to widen access to computer andthe Internet, other barriers become more evident: besides the physical and economic barriers,psychological, cognitive and language barriers, which may interfere with the intensity and quality of theexperience of using these technologies by an individual, acquire relevance in the debate on the barriers todigital inclusion. The importance of these aspects is even more evident in the Brazilian context, with itssocioeconomic profile formed by a non-negligible proportion of low-income individuals, with low-level or noeducation, and people with disabilities. Nevertheless, many of the existing indicators represent primarilyphysical access to ICTs and the technological aspect of the production and dissemination of suchtechnologies. When evaluating the scope of the data currently collected, we can notice the lack ofindicators concerning psychological, cognitive and usability and accessibility barriers. In order to fill suchgaps, we propose the collection of additional data that highlights all the diverse aspects of digital inclusion,thus contributing to the development of public policies that effectively stimulate the development of theinformation society.

Key words: Digital inclusion. ICT indicators. Information society. Usability and accessibility. Cognitivebarriers.


O papel da busca, recuperação e análise deinformações de patentes no registro da

propriedade intelectual em empresas de basetecnológica

Juliano Salmar Nogueira e Taveira*, Mariana Savedra Pfitzner**, Francisco Henrique Papa

Este artigo descreve uma metodologia de busca, recuperação e análise nos bancos de dados gratuitosde patentes para se obter informações sobre o estado da arte de uma determinada tecnologia. Trata-sede um ferramental importante para empresas de base tecnológica, nas quais o conhecimentotransformado em direito de propriedade pode representar vantagem competitiva para a inovação e ocapital intelectual da empresa. O uso dessa metodologia permite ao pesquisador tomar conhecimentodos direitos de propriedade próprios e de terceiros, bem como ajuda a definir novas linhas de atividadesde P&D. Apresentamos também um estudo de caso dessa metodologia usando a tecnologia de grade deBragg em fibras ópticas.

Palavras-chave: Busca. Estado-da-arte. Recuperação de informações. Análise de patenteabilidade.

Introdução

O conhecimento é hoje um insumo essencialpara a competitividade empresarial. A velocidadevertiginosa do avanço da tecnologia eliminou apossibilidade de inserção nos mercadosinternacionais das empresas que se limitam acopiar produtos. Cada vez mais, somenteaquelas capazes de criar ou agregarconhecimento ao que fazem conseguirão mantera longevidade de suas atividades principais. Paraas chamadas “organizações do conhecimento”, oconhecimento é tido como matéria-prima e, àsvezes, produto final. Portanto, estratégiasinstitucionais para aprimorar a pesquisa doconhecimento e proteger os resultados de suaprodução são cada vez mais bem-vindas enecessárias às instituições modernas,especialmente as de base tecnológica. O examedo estado da arte de determinadas tecnologias éum diferencial que deve estar presente nessasempresas, pois permite: • diminuir a redundância de esforços e o

investimento desnecessário de recursos nodesenvolvimento de soluções preexistentesde propriedade de terceiros;

• propiciar que as atividades de P&D conduzama soluções com elevado teor de novidade e,sempre que possível, passíveis de proteçãopor patentes, caracterizando efeitos despillovers (conhecimento gera maisconhecimento);

• conhecer e absorver a tecnologia disponívelatravés de inovações incrementais;

• identificar os atores (inventores, empresas,universidades, centros de P&D, etc.),

respectivas tendências e interessestecnológicos e comerciais.

Em primeiro lugar, para construir o estado daarte de determinada tecnologia, cumpre traçaruma estratégia de busca e recuperação deinformações pertinentes ao campo doconhecimento que se investiga (consulte a Seção2). Essas informações encontram-se publicadasem documentos de patentes ou na literaturacientífica (artigos, teses, papers, etc.). Adocumentação de patentes possui característicasque a tornam uma das mais ricas fontes deinformações tecnológicas, uma vez que adescrição técnica detalhada da inovaçãotecnológica é um dos pressupostos consagradospelo sistema internacional de patentes. Emaproximadamente 70% dos casos, seu conteúdonão será publicado em qualquer outra fonte deinformação (USPTO, 2007).Em segundo lugar, o conjunto de patentesrecuperadas deve se transformar emconhecimento útil para a organização. Essetrabalho de análise, denominado “refinamentoinformacional” (consulte a Seção 3), objetivaestruturar o conhecimento disponível nosdocumentos de maneira sumarizada e inteligível,tornando-o acessível aos pesquisadores etomadores de decisão. Com isso, ospesquisadores podem gerar conhecimento novo,passível de ser patenteado. Portanto, ao não seconsiderar os documentos de patente nolevantamento do estado da técnica, ospesquisadores deixam de conhecer informaçõesque poderiam ser muito relevantes para o seutrabalho.O crescimento do número de patentespublicadas no mundo em todas as áreas do

*Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: [email protected]**CPFL, Gerência da Inovação.


O papel da busca, recuperação e análise de informações de patentes no registro da propriedade intelectualem empresas de base tecnológica

conhecimento humano vem atingindo, nosúltimos anos, uma escala surpreendente. Oacervo mundial de documentos de patentes estáestimado em 30 milhões, com um crescimentoanual da ordem de um milhão e duzentos milnovos documentos de patentes.

O objetivo deste trabalho é, portanto, apresentar,de maneira sucinta, uma metodologia daestratégia de busca, recuperação e análise deinformações presentes em documentos depatentes de bancos de dados mundiais de livreacesso.

1 Justificativa

As empresas de base tecnológica possuem umaspecto peculiar: são agentes de mudanças,capazes de introduzir inovações na estruturaindustrial e gerar um valor econômico a partir deconhecimentos científicos específicos em suaárea de atuação. Nesse contexto, este artigotrata das atividades necessárias que precedemqualquer tipo de registro de propriedadeintelectual nessas empresas. A título ilustrativo,este artigo apresenta os casos de busca,recuperação e análise de patentes para atecnologia de grade de Bragg em fibras, cujocampo de conhecimento pertence àscomunicações ópticas.

2 Definição das estratégias de busca erecuperação de informações

A estratégia de busca corresponde a umgrupo de regras que tornam possível o encontroentre a pergunta formulada e a informaçãoarmazenada na base de dados selecionada. Osprincipais bancos de patentes gratuitosdisponíveis para consulta são: Espacenet (http://ep.espacenet.com), Free Patents Online(http://www.freepatentsonline.com), INPI(http://www.inpi.gov.br/menu-superior/pesquisas)no item “Pesquisar Bases de Patentes”, USPTO(http://www.uspto.gov/patft/) e Patent Genius(http://www.patentgenius.com/ ) .A base de patentes do INPI se restringe apatentes depositadas e publicadas no Brasil,enquanto o Patent Genius foca-se na busca porinventores. O uso dessa última base éparticularmente interessante para se avaliar amovimentação dos pesquisadores com maiornúmero de patentes que trabalham nasempresas, facilitando a identificação daconcorrência, bem como a identificação dasempresas como players de uma determinadatecnologia. No planejamento da estratégia de busca deinformações em bancos de patentes, algumasações precisam ser estabelecidas:• Compreensão da questão: o que se deseja

buscar na base de patentes? Qual o objetivo

do levantamento do estado da arte? • Escolha do banco de dados: qual o banco

de dados que mais se adapta aos objetivos dabusca?

• Definição dos indexadores de busca: osindexadores de busca poderão ser palavras-chave ou classificações internacionais. Aspalavras-chave não obedecem nenhumaestrutura, são aleatórias e retiradas de textosde linguagem livre. A ClassificaçãoInternacional de Patentes (CIP), definida emantida pela Organização Mundial dePropriedade Intelectual (OMPI-Genebra), foiestabelecida como uma forma taxonômica derelacionar o conhecimento humano descritona forma de patentes, por meio de oito grupostemáticos: necessidades humanas (A),operações de processamento/transporte (B),química e metalurgia (C), têxtil e papel (D),construções fixas (E), engenhariamecânica/iluminação/aquecimento (F), física(G) e eletricidade (H).

• Seleção dos operadores booleanos: osoperadores booleanos podem tanto reduzirquanto ampliar o escopo da busca. Otruncamento após a palavra-chave (a exemplodo asterisco) aumenta o número dedocumentos recuperados, enquanto oslimitadores (como o uso de “NOT”) descartamdocumentos sem relação com o objeto dapesquisa.

Uma boa estratégia de busca de documentos depatentes garante um conjunto de informaçõesconsistentes, capazes de cobrir, ainda queparcialmente, o estado da arte da tecnologia quese está investigando. A verificação daconsistência e relevância dos documentos depatentes é chamada de estratégia derecuperação de informações. Especial atençãodeve ser conferida ao risco de recuperação dedocumentos de patentes sem relação com atecnologia. Esse tipo de problema, causadoespecialmente por palavras ou acrônimos quepossuem diversos significados, afeta a etapa deanálise do estado da arte. Exemplos deambiguidade são as palavras chip (circuitosintegrados ou batatas), 3G (terceira geração detecnologia sem fio ou 3 gramas), FTT* (fibraóptica na casa do assinante ou primeirotransdutor de temperatura).A investigação das classificações atribuídas àpalavra ou ao acrônimo buscado é a forma maisindicada para excluir documentos irrelevantesdos resultados obtidos. Assim, no caso dolevantamento do estado da arte da tecnologia3G, devem ser inicialmente consideradosdocumentos pertencentes ao grupo deeletricidade (F) e excluídos os associados àsnecessidades humanas (A). Normalmente, opesquisador especialista na tecnologia eminvestigação deve também auxiliar na



recuperação de documentos de patentespertinentes.

2.1 Busca e recuperação de informações: ocaso da tecnologia de grades de Braggem fibras ópticas

O objetivo do exame do estado da arte para atecnologia de grade de Bragg em fibras ópticasera a orientação de novas linhas de P&D. Combase nessa informação, montou-se umaestratégia de busca abrangente e genérica,voltada a todas as aplicações e ao conceito datecnologia. Cumpre lembrar que a base de dadosdo Espacenet foi utilizada em razão de suainterface amigável para a realização de buscasavançadas.Foram utilizadas como palavras-chave no títuloou resumo dos documentos de patentes: bragggrating fibers e bragg grating fibres, considerandoas distintas grafias do inglês americano ebritânico para fibra. Essas palavras-chave nãoforam filtradas por classificações internacionais.O resultado da busca trouxe 159 documentos,dos quais 108 foram recuperados(desconsiderando patentes da mesma família) eposteriormente analisados.

3 Análise de informações

A etapa subsequente à busca e recuperação dedocumentos de patentes compreende a análisedas informações neles contidas. Tal análisesignifica a articulação de dados não estruturadoscontidos nos textos, de modo a transformá-losem conhecimento útil. No tocante à importânciadas informações codificadas, Freitas et al. (2005)menciona que “a informação serve à tomada dedecisão, logo a necessidade de decidir commaior precisão é justificada pela necessidadeque temos em agir, dentro das organizações e nocampo da pesquisa”. Isto significa que oconhecimento do estado da arte é fundamentalpara a tomada de decisões sobre novas linhasde P&D e registro de propriedade intelectual. A definição de linhas estratégicas de P&D pormeio do conhecimento prévio do estado da arteconfigura a situação organizacional que Chandler(1962) chama de structure follows strategy. Istosignifica que o exame cuidadoso da tecnologiapermite a clara definição de estratégiascorporativas de inovação (estratégia) a seremseguidas por toda a empresa (estrutura). Basicamente, a análise de documentos depatentes envolve as seguintes etapas:• Codificação: consiste no agrupamento de

documentos de patentes que tratam de temassemelhantes. A codificação dos documentosde patentes pode ser feita através dos títulos,resumos ou quadros reivindicatórios, os quais,a rigor, identificam precisamente o que apatente pretende proteger.

• Análise léxica: as palavras mais frequentesdos grupos de patentes podem ser listadascom o auxílio de software de pesquisaqualitativa. Tais palavras devem seranalisadas no contexto em que aparecem.Excluem-se dessa análise os verbetesinstrumentais que não possuem relação coma tecnologia, como “THE”, “IN” e “AND”. Oprocesso de interpretação do contexto daspalavras nas frases de origem é chamado“navegação lexical”. Com este recurso, épossível identificar, de maneira geral, oescopo das invenções.

• Análise de conteúdo: a leitura dos resumosdos documentos de patentes, emcomplementação à análise léxica, permite asumarização do estado da técnica. Quantomais documentos forem considerados nessaetapa, maior o grau de cobertura do exame doestado da técnica. O direcionamento daanálise de conteúdo é dado pelos assuntos deinteresse do demandante da pesquisa, como,por exemplo, o conceito da tecnologia, suasvantagens, desvantagens, possíveisaplicações e seu histórico.

O resultado da análise de informações dedocumentos de patentes culmina em umasumarização que deve abranger no máximo umapágina, compreendendo os aspectostecnológicos que interessam ao pesquisador e aotomador de decisões. Entre os benefícios desseexame está a possibilidade de conhecer tanto oque é de domínio público quanto os direitos depropriedade próprios e de terceiros. Além disto, oexame do estado da técnica simplifica modelosde inovação complexos, aproximando-os dotradicional modelo linear.

3.1 Análise de informações: o caso datecnologia de grades de Bragg em fibrasópticas

A análise dos 108 documentos de patentesrecuperados na ocasião da pesquisa sobre agrade de Bragg em fibras ópticas compreendeuprimeiramente a codificação dos títulos daspatentes em áreas temáticas. As invençõesforam divididas em métodos para compensaçãoda degradação da performance da fibra econtrole do comprimento de onda, formas defabricação da grade de Bragg, acopladoresópticos e materiais de proteção à fibra.Posteriormente, a contagem de frequência depalavras realizada por um software de pesquisaqualitativa apontou, através de um ranking, as 50mais frequentes. Excluindo as palavrasinstrumentais, foi possível identificar os camposde aplicação da tecnologia mais importantes, pormeio da frequência com que apareceram:

• laser (36%);• sensor (27%);



• filtro (20%);• (de)multiplexador (10%);• amplificador (5%);• modulador (2%).A navegação lexical em torno das 50 palavras demaior ocorrência possibilitou conceituar atecnologia de acordo com o estado da arte. A fibra com grade de Bragg é um insumo paradispositivos de rede com guias de luz. Ela refleteenergia com determinado comprimento de ondana direção onde a luz se originou. A grade deBragg em fibras ópticas representa o índice demodulação periódica permanente e refrativa nocentro de uma fibra óptica monomodo, sendoque ela possui um comprimento entre 1 e100 mm. O índice de modulação é formado pelailuminação transversal da fibra com padrão deinterferência periódica gerado por luz de laser.A codificação dos documentos em grupospermitiu que a leitura dos resumos das patentesfosse dividida de acordo com as áreas temáticas,o que facilitou o trabalho de análise. Com isto,foram levantadas as limitações da tecnologia,além da identificação de seus potenciaissubstitutos.Concluiu-se que a tecnologia de grade de Braggem fibras ópticas apresenta como limitações aqueda de performance da fibra em função davariação de temperatura, as degradações de suatransmissão e sua duração. No entanto,verificou-se que as invenções convergem paraimpedir esses pontos fracos da tecnologia, sejaatravés da aplicação de um anelamento ouatravés de seu aquecimento a temperaturasaltas. A análise de conteúdo também encontrou umatecnologia substituta vis-à-vis à tecnologiaestudada, denominada “grade de longo período”(long period grating), a qual se mostra superiorpara uso em aplicações de sensoreamentoóptico. Notadamente, o exame do estado da técnicaapresentou consistência de resultados aoresponder às demandas dos pesquisadoressobre o conceito, os problemas e a substituiçãopara a tecnologia de grades de Bragg. Com isto,foi possível definir novas linhas de pesquisafundamentadas em inovações incrementais nocontexto das comunicações ópticas. Além disto,o conhecimento preciso sobre o estado datécnica possibilitou o registro de propriedadeintelectual (novidade tecnológica), sem incorrerem violação dos direitos de propriedade deterceiros.

Conclusão

Este artigo explorou a necessidade deestabelecer critérios e metodologias de Gestãoda Propriedade Intelectual, para que “asempresas saibam o que sabem e usem esseconhecimento a seu favor”, como afirmam

Davenport e Prusak (1998). Ressalte-se aimportância do exame do estado da técnica(busca, recuperação e análise das informações)como ferramental de gestão da informação eregistro de propriedade intelectual. A definição daestratégia de busca, em consonância com aclassificação internacional apropriada, éresponsável pela recuperação de documentos depatentes relevantes. Além disso, uma buscaprecisa representa condição necessária (masnão suficiente) de uma boa análise do estado daarte da tecnologia em investigação. A análise doestado da técnica depende da codificação dedocumentos de patentes e da navegação lexical.Com ela, é possível obter conhecimento útil ecapaz de gerar inovação.

Referências

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Abstract

This paper describes a methodology for the search, retrieval and analysis of patents informationcontaining the state of the art of a specific technology. This processes is very important for technology-based companies, in which knowledge, transformed into property rights, represents a competitiveadvantage for innovation. The use of this methodology helps increase the awareness of third partyproperty rights as well as define new subjects of R&D activities. As an example, a practical case study ofthis methodology is presented using the technology of Bragg in optical fibers.

Key words: Search. State of the art. Information retrieval. Patent analysis.


Aprovisionamento automático de circuitosópticos via plano de controle GMPLS em uma

rede óptica reconfigurável baseada em ROADMsJúlio César Rodrigues Fernandes de Oliveira*, Giovanni Curiel dos Santos, Fábio Dassan dos

Santos

O aprovisionamento automático de circuitos ópticos via plano de controle GMPLS é demonstradoexperimentalmente em um cenário de rede óptica reconfigurável baseada em ROADMs de grau 2.Exibindo algoritmos que desempenham de forma automática a descoberta e a disseminação datopologia, o cálculo de rota, a escolha do comprimento de onda a ser transmitido e a sinalização entre oselementos da rede óptica, o plano de controle GMPLS desenvolvido propiciou o aprovisionamento decircuitos ópticos em toda a rede, de maneira rápida, eficaz e confiável, através do controle das chavesópticas que compõem os ROADMs.

Palavras-chave: GMPLS. ROADM. DWDM. Redes ópticas reconfiguráveis.

IntroduçãoCom o advento das redes ópticas comroteamento de comprimento de onda (canais), ossistemas de comunicações vêm apresentandoum contínuo e significativo aumento em suacapacidade de transmissão, baseado naotimização da infraestrutura atual de fibrasópticas disponíveis nos backbones. Nesse tipode rede, o aprovisionamento, a proteção e arestauração de caminhos ópticos são processosdinâmicos e automáticos. Essas funções sãorealizadas através de elementos capazes depromover a inserção e a remoção de sinais emdeterminados pontos da rede, proporcionandoum elevado grau de sua reconfigurabilidade(ELADA et al., 2006).Na implementação de uma rede óptica commultiplexação de comprimentos de onda (redesWDM), a reserva e a reconfiguração das rotasque a compõem representam uma necessidadefundamental. Essas tarefas (de reserva ereconfiguração de rotas) são visivelmentenotadas no âmbito das redes metropolitanas, nasquais os serviços de transporte de altacapacidade voltados para as grandes áreas denegócios exibem custos excessivos que, em suamaior parte, se devem à configuração manual darede, normalmente realizada através de OpticalAdd/Drop Multiplexers (OADM) fixos. Assim, faz-se necessário o aprovisionamento decomprimentos de onda, em anéis DWDMmetropolitanos e de acesso, a custos bemmenores que os oferecidos pelas tecnologiasatualmente disponíveis.Os Multiplexadores Ópticos Deriva/InsereReconfiguráveis (Reconfigurable OpticalAdd/Drop Multiplexers – ROADMs) seapresentam como a principal solução parareconfiguração remota e automática na camadaóptica (METCONNEX, 2006), tendo atualmente

uma vasta planta instalada, elevandosignificativamente o nível de reconfigurabilidadedas redes ópticas, posicionando-as como redesópticas de nova geração, ou redes ópticas ágeis,como também são conhecidas. Areconfigurabilidade trazida pelos ROADMs tornanecessária a adequação de outros dispositivosda camada óptica como os amplificadoresópticos (EDFAs), que exibem forte dependênciado ganho com a potência de entrada,equalizadores de potência, bloqueadores decomprimento de onda, transponderssintonizáveis, entre outros.O elevado grau de liberdade proporcionado àsredes ópticas pelos elementos de reconfiguração(ROADMs e cross-connects) torna cada vez maiscomplexo o processo de otimização de alocaçãodos circuitos ópticos a serem utilizados.Principalmente no cenário de redes em malhas,que em sua maioria são compostas pelainterconexão de anéis, torna-se impraticável aescolha manual das rotas a serem habilitadas,levando em conta os requisitos de camada físicanecessários. É fato que cada nó dos anéis podeser composto por diversos comprimentos deonda (inclusive sintonizáveis), comamplificadores com ganho controlado ediferentes atenuações entre os enlaces que osinterligam, limitados por efeitos não lineares(FWM, SBS, SPM, entre outros). Assim, torna-seimprescindível, para a adequada operação darede, que todas essas limitações sejamconsideradas no processo de habilitação de umarota de forma automatizada, no qual o operadorforneça apenas a origem e o destino, e osalgoritmos sejam capazes de extrair a topologia ecalcular a melhor rota entre esses dois pontos,considerando as limitações desejadas. Com o intuito de automatizar o processo dehabilitação de circuitos em redes ópticas



Aprovisionamento automático de circuitos ópticos via plano de controle GMPLS em uma rede ópticareconfigurável baseada em ROADMs

reconfiguráveis, é demonstrada a implementaçãode um plano de controle Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) capaz deautomatizar o aprovisionamento de circuitos,fazendo uso de algoritmos de descoberta detopologia, de sinalização e de cálculo de rota. ASeção 1, apresenta uma descrição geral sobre oGMPLS. A Seção 2 apresenta o plano decontrole GMPLS desenvolvido e a Seção 3apresenta os resultados obtidos nademonstração experimental de aprovisionamentoautomático, baseado em um testbed de umarede reconfigurável composta por ROADMs degrau 2. Por fim, uma breve conclusão éapresentada.

1 GMPLS

O GMPLS é uma evolução do Multi-ProtocolLabel Switching (MPLS). Enquanto o MPLS foidesenvolvido com o intuito de gerenciar redesbaseadas em pacotes, o GMPLS apresenta umnovo paradigma de controle, no qual a rede érepresentada por um conjunto de camadas, cadauma responsável por trabalhar com umdeterminado protocolo (pacotes, WDM,comutação de fibras) (OLIVEIRA et al., 2005). Aintegração dessas camadas oferece uma visãounificada e transparente da topologia.O conjunto de protocolos GMPLS surgiu a partirde uma necessidade não satisfeita pelo MPLS: areconfigurabilidade dinâmica da rede.Atualmente, a maioria das redes ópticas éestruturada em anéis, o que torna a configuraçãodos elementos, até certo ponto, relativamentesimples. Entretanto, o desenvolvimento dastecnologias de rede aponta para arquiteturas emmalha, nas quais será exigida uma inteligênciagerenciadora dos elementos constituintes datopologia. Esse gerenciador deverá prover, de

maneira rápida e eficiente, condições para querotas sejam estabelecidas entre dois pontos darede, com proteção contra falhas ereconfigurabilidade rápida.Questões relacionadas aos serviçosdisponibilizados pelas empresas provedorastambém impulsionaram o desenvolvimento doGMPLS. Entre elas, destacam-se o oferecimentode larguras de banda dedicadas a umdeterminado tipo de serviço (transmissão devídeo, por exemplo) e a necessidade de rotasprotegidas contra falhas de qualquer natureza.Essas características podem ser obtidas atravésdos conceitos de Engenharia de Tráfegosuportados por esse conjunto de protocolos(OVUM, 2006).Estruturalmente, o GMPLS divide-se emmódulos. Cada um desenvolve uma ação narede, de acordo com suas características.Existem três módulos principais dentro daarquitetura. O primeiro diz respeito à descobertada topologia da rede, essencial para quequalquer ação de controle seja desenvolvida. Osegundo trabalha com o cálculo de rotas entre ospontos de origem e destino, e o terceiro éresponsável pela sinalização dessa rota entre oselementos intermediários e nos próprios clientesde origem e destino.Existe no GMPLS uma divisão estratégica darede em planos que são independentes entre si ecompõem a rede em sua totalidade. O plano dedados é a estrutura física de transmissão dedados na rede, composto pelos equipamentos decomutação (ROADMs, roteadores, switches),além de amplificadores ópticos, analisadores deespectro, transponders, entre outros. É nesseplano que são efetivamente executadas asdecisões a respeito do controle da rede (porexemplo, o chaveamento de portas ópticas ou aativação ou desativação de transponders).

Figura 1 Representação da divisão em plano de dados e plano de controle das redes ópticasreconfiguráveis controladas via GMPLS



O plano de controle é composto por elementoscapazes de decidir quais estratégias deroteamento serão utilizadas para o bomfuncionamento da rede. Esses elementos(geralmente computadores) se relacionamdiretamente com integrantes do plano de dados,embora existam alguns casos em que não háinteração – interfaces com clientes, por exemplo.Esses computadores contêm instâncias dosblocos nos quais estão divididos o GMPLS e sãocapazes de trabalhar em conjunto paradeterminar rotas, quando solicitadas, já queconhecem a quem estão conectados, fornecendouma visão estrutural completa da rede, conformeobservado na Figura 1.

2 Plano de controle desenvolvido

O plano de controle desenvolvido foi dividido emmódulos, cada um com uma função bemdefinida. São eles: Elemento de Cálculo de Rota(ECR), Elemento de Manipulação de Requisições(EMR) e Elemento de Controle de Equipamentos(ECE).O ECR é responsável por calcular uma rota parauma requisição específica, dadas uma topologiae algumas restrições (características de camadafísica, preferências por certas tecnologias detransporte de dados, entre outras). Além disso,devem-se considerar as característicasexpressas na requisição de caminho, como asinformações de qualidade de serviço, capacidadede encaminhamento dos equipamentos daspontas e protocolo de payload. É dever dessemódulo obter as rotas de proteção relacionadasao pedido feito.O EMR tem a função de abstrair a topologia darede controlada, além de gerenciar e agendarrequisições de criação de caminhos e aplicar

políticas de uso do ECR. Por meio da interfacecom o cliente, o EMR inicia o pedido de criaçãode caminho. Ele contém o módulo de cálculo derota (ECR), que é alimentado com informaçõesobtidas da rede.O ECE recebe as mensagens de controle(criação, manutenção e remoção de caminhos) eexecuta as devidas configurações nosequipamentos do plano de dados para que onovo caminho seja habilitado.A interface com o cliente é responsável porfornecer todas as operações possíveis no planode controle para um determinado cliente.O funcionamento da arquitetura também foidividido em passos, cada um usado em ummomento da criação do caminho. Inicialmente, énecessário detectar a topologia presente. Paraisso, foi escolhido o protocolo Open ShortestPath First com extensões de Engenharia deTráfego (OSPF-TE). Para a troca de mensagensde controle entre os controladores deequipamento, foi usado o protocolo ResourceReservation Protocol, também com extensõespara Engenharia de Tráfego (RSVP-TE). Esseprotocolo foi modificado para que fosse possívelo controle dos ROADMs, incluindo oscomprimentos de onda disponíveis noequipamento nas mensagens de criação docaminho óptico. Para a comunicação entre ainterface com o cliente e o EMR, foi criado umnovo protocolo não padronizado.A configuração dos equipamentos foi feitausando seu próprio protocolo já presente. Paraque isso fosse possível, foi construído ummódulo de configuração do ROADM que informaos dados necessários para sua configuração.A arquitetura envolvendo todos os elementoscitados é mostrada na Figura 2.

Figura 2 Relações entre os elementos do plano de controle



3 Aprovisionamento automático decircuitos ópticos (demonstraçãoexperimental)

A partir da estruturação física e lógica doselementos da rede, iniciou-se o processo decriação de um caminho óptico a partir dasolicitação de um cliente (CLI1) que, acessandoa interface fornecida, configura os parâmetros darequisição que são constituídos pelos nós (iniciale final) do caminho, identificadores para ocaminho, largura da banda reservada, além decaracterísticas dos equipamentos dos pontosterminais.A interface transmite essa requisição para oEMR, que verifica os parâmetros e os repassa aoECR para buscar em sua base de dadostopológica (já construída devido à troca demensagens OSPF-TE) uma rota que atenda aosrequisitos do pedido. O EMR, quando recebe arota do ECR, devolve a resposta à interface-cliente, que iniciará o processo de sinalização,usando o protocolo RSVP (passo 1) indicado naFigura 3.Um exemplo de resultado dessa primeira etapapode ser visto na saída de log do processoRSVP:

16:09:14.868 received PATH for10.5.1.6/2001,83952906

16:09:14.868 new Session:10.5.1.6/2001/83952906

16:09:14.869 Processando mensagem PATH

16:09:14.874 MPLS: explicit route for10.5.1.6 is: IP4:11.0.0.2/32 –IP4:11.0.0.5/32 – IP4:11.0.0.6/32IP4:11.0.0.9/32 – IP4:11.0.0.10/32 –IP4:11.0.0.13/32 IP4:11.0.0.14/32

A interface-cliente, ao receber a rota do EMR,envia a primeira mensagem de criação do

caminho óptico (PATH) para o primeiro nópresente (ECE 1). Quando o processo emexecução do ECE 1 recebe a mensagem, verificaqual equipamento está sob seu controle,constatando que se trata de um ROADM. Dessaforma, ele obtém os canais disponíveis nesseequipamento, preenchendo o objetoLABEL_SET. Esse objeto é utilizado paracadastrar os canais disponíveis nosequipamentos de modo que, no momento dareserva efetiva do caminho, o canal escolhidoesteja verdadeiramente disponível. A saída delog a seguir é um exemplo dessa etapa:

16:09:22.298 Processando mensagem PATH

16:09:22.303 Iniciando fase 2 doprocessamento do erro

16:09:22.303 Rota encontrada do OSPF: ID:10.4.1.162 , inPort: 30 , outPort 101

16:09:22.304 ECE: SNMP: Tentando obtervendedor do equipamento...

16:09:25.086 ECE: SNMP: Vendedor reconhecido:ROADM

16:09:25.086 ECE: SNMP: Vendedor reconhecido,CPqD

16:09:25.086 ECE: Reiniciando valores derotulos para MPLS

16:09:25.088 ECE: SNMP: Criando controladorpara o ROADM...

Os nós intermediários recebem a mensagemcom esse objeto preenchido e retiram desseconjunto aqueles comprimentos de onda que jáestão de alguma forma indisponíveis para uso(passo 2). O nó final, ao receber a mensagemPATH, escolhe um comprimento de onda doconjunto restante e constrói uma mensagem deresposta para a criação do caminho (RESV) como objeto LABEL (passo 3). O conteúdo desseobjeto é o canal referente ao comprimento deonda escolhido.

Figura 3 Esquema de criação de um caminho óptico em uma rede reconfigurável controlada via GMPLS –

indicação das etapas percorridas pela mensagem PATH



Os outros nós, ao receberem a mensagemRESV, configuram o equipamento e retiram dalista de comprimentos de onda disponíveis opresente na mensagem (passo 4), conformeindicado na Figura 4. Assim, quando amensagem RESV chega ao cliente que solicitouo caminho, ele tem a certeza de que o caminhofoi criado com sucesso. Caso contrário, seocorrer algum erro no processo, o cliente recebeuma mensagem informando esse estado. Aconfiguração do equipamento no processamentoda mensagem RESV pode ser conferida naseguinte mensagem de log:

16:09:40.853 Verificando rotulos (em umvetor de 40):

16:09:40.853 Canal 21

16:09:40.853 Rotulo encontrado, removendodas listas de rotulos disponiveis

16:09:40.853 ECE # Portas envolvidas 100 30

16:09:40.853 ECE # No ROADM 10.4.1.164

16:09:40.853 Derivando canal 21

Para remover um caminho já criado, énecessário apenas o envio de uma mensagemde remoção de caminho óptico (PTEAR) para osnós que compõem o caminho. Essa informaçãoestá armazenada em uma sessão do RSVP-TEcriada para o caminho (passo 5), conformeFigura 5. Cada nó, ao receber a mensagemPTEAR, liberará o canal referente ao caminho,

enviando mensagens de configuração para oequipamento (passo 6).A configuração da remoção do caminho pode servista na saída de log a seguir:

16:12:13.005 gre12 sends MSG to 10.0.0.6 :PTEAR 1 1 ttl:49 length:92

16:12:13.005 setting length in header fieldto 112

16:12:13.005 sending raw packet to 10.0.0.6via 0.0.0.0 ip length: 112

16:12:13.005 Liberando lambda: 21

16:12:13.007 Rotulo NAO encontrado Inserindo na lista de rotulosdisponiveis

16:12:13.007 ECE # Liberando canal 21 doROADM

Executando os passos apresentados nas Figuras3 a 5, foram verificadas experimentalmente ainserção e a remoção de canais de formaautomatizada, através do plano de controleGMPLS em desenvolvimento. As confirmaçõesexperimentais foram realizadas através do usode analisadores de espectro óptico (OSA), nosquais verificaram-se a presença e a remoção doscanais após as solicitações realizadas pelosclientes da rede (CLI1).As próximas etapas de desenvolvimento já estãoem execução. A primeira etapa tem comoobjetivo utilizar parâmetros da camada física quepossam ser considerados restritivos para o

Figura 4 Esquema de criação de um caminho óptico em uma rede reconfigurável controlada via GMPLS –indicação das etapas percorridas pela mensagem RESV

Figura 5 Esquema de remoção de um caminho óptico em uma rede reconfigurável controlada via GMPLS –indicação das etapas percorridas pela mensagem PTEAR



cálculo das melhores rotas, não necessariamenteas mais curtas. A segunda etapa visa a criaçãode mecanismos que permitam a construção decaminhos ópticos protegidos. Essa proteção éconstituída basicamente por uma "rota reserva",mantida à disposição caso alguma falha ocorrano caminho principal. O nível de proteção poderáser total (da origem até o destino, não existemtrechos comuns entre o caminho principal e oreserva) ou parcial (quando apenas um trecho docaminho não é comum a ambos).

Conclusão

O aprovisionamento de circuitos ópticos de formaautomatizada foi demonstrado em um testbed deuma rede óptica reconfigurável baseada emROADMs, através da utilização do plano decontrole GMPLS em desenvolvimento no CPqD.Como apresentado, as fases de descoberta detopologia, de cálculo de rota e de sinalização sãorealizadas de forma automática, aprovisionandoo canal (comprimento de onda) através docontrole das chaves do ROADM.Assim, foi demonstrada uma estrutura-base deum plano de controle GMPLS, que, no entantoainda encontra-se em construção com o objetivo

de agregar, em um futuro próximo,funcionalidades de descoberta de topologiaautomática, de proteção e algoritmos de RWAcom restrições de camada física.

Referências

ELADA, L. et. al. 40-channel ultra-low-powercompact PLC-based ROADM subsystem. OFC2006, Anaheim, Estados Unidos, 2006.

METCONNEX. ROADM Architectures andImplementations. Disponível em:http://www.metconnex.com/Products-page/roadm.htm. Acesso em: 12 set. 2006.

OLIVEIRA, J. C. R. F. et al. EDFA com ControleAutomático de Ganho Eletrônico paraAplicações em Redes WDM. SimpósioBrasileiro de Telecomunicações, Campinas,Brasil, 2005.

OVUM. Transition to Agile Optical NetworksDrives ROADM and Related Modules Growth.Disponível em: www.jdsu.com/aon/insight_agile_modules_oc_global_2.8.06.pdf. Acesso em: 12set. 2006.

Abstract

In this article, the functionalities, the development, and the applications of a Reconfigurable OpticalAdd/Drop Multiplexer (ROADM) are described and analyzed. The ROADM development is based on anoptical module composed of optical switches and demultiplexers based on PLC technology (PlanarLightwave Circuit), capable of providing the add/drop of optical channels in WDM systems. Besidestransparent channel add/dropp, the ROADM provides a fast protection mechanism, proprietary (Serial andEthernet) and SNMP management interfaces, and a compact package. ROADMs improve substantiallythe optical network’s reconfigurability level, increasing and optimizing the transmission capability andenabling remote reconfigurations of new optical circuits, reducing significantly the installation andoperation costs in WDM networks.

Key words: GMPLS. ROADM. DWDM. Reconfigurable optical networks.


Compressão de fala utilizando quantizaçãovetorial e redes neurais não supervisionadas

Flávio Olmos Simões*, Mário Uliani Neto, Jeremias Barbosa Machado**, Edson José Nagle,Fernando Oscar Runstein, Leandro de Campos Teixeira Gomes

Propomos aqui uma técnica de compressão de fala baseada em quantização vetorial. Uma rede neuralcom treinamento não supervisionado é usada para implementar o quantizador. Ideias gerais do problemade quantização vetorial são abordadas em conjunto com aspectos introdutórios relativos aoprocessamento de sinais de fala. Em seguida, é mostrado como a técnica de quantização vetorial podeser empregada para construir um codebook de fala. As redes de Kohonen bidimensionais sãoapresentadas como uma ferramenta para a geração do codebook. Finalmente, são apresentadosresultados de simulação evidenciando as melhores estratégias de inicialização e treinamento da rede,assim como a melhor topologia da rede para o problema em questão.

Palavras-chave: Compressão de sinais de fala. Quantização vetorial. Redes neurais com treinamentonão supervisionado. Processamento de sinais.

IntroduçãoUma base de dados cujos elementos são vetoresde dimensão fixa pode ser armazenada de formabastante compacta através da utilização datécnica conhecida como quantização vetorial.Nesta técnica, os vetores da base de dadosoriginal são substituídos por vetores aproximadosextraídos de um inventário, gerado previamente,denominado codebook. A eficácia do processode compressão via quantização vetorial pode sermedida a partir do erro de quantizaçãointroduzido na nova representação dos dados.No projeto do codebook, visa-se à minimizaçãodo erro de quantização médio.Os quadros de sinais de fala parametrizados sãoum exemplo de dados que podem serarmazenados em notação vetorial e, portanto,podem ser submetidos a um processo decompressão via quantização vetorial.O objetivo deste trabalho é apresentar umaestratégia de compressão de sinais de falabaseada na divisão do sinal em quadrossíncronos com o período de pitch, seguida darepresentação dos quadros como vetores deparâmetros e da compressão do conjunto dequadros via quantização vetorial.Na proposta aqui apresentada, utiliza-se umarede neural bidimensional do tipo Self-OrganizingMap (SOM) (RUNSTEIN, 1998) em conjunto como algoritmo de clusterização k-means paraimplementar o processo de clusterização dosquadros da base de treinamento, a fim de gerar ocodebook de fala. O codebook gerado é usadona compressão de novos sinais de fala, atravésda transformação da sequência de quadros dosinal a ser codificado em uma sequência deíndices do codebook. No processo dedecodificação, a sequência de índices do

codebook é transformada novamente em umasequência de quadros, e os quadros recuperadossão utilizados na reconstrução do sinal, atravésda aplicação da técnica de overlap and add.A Seção 1 apresenta uma breve introdução aoproblema de quantização vetorial. A Seção 2apresenta alguns conceitos relacionados àrepresentação e ao processamento de sinais defala. A Seção 3 mostra como a técnica dequantização vetorial pode ser aplicada àcompressão de sinais de fala. A Seção 4apresenta uma discussão sobre redes neuraisauto-organizáveis e sua utilização naclusterização de dados. Por fim, a Seção 5apresenta os resultados da aplicação de umarede auto-organizável na quantização vetorial deuma base de dados composta por quadrosparametrizados extraídos de sinais de fala. Entreas alternativas estudadas, é feita uma discussãoindicando quais se apresentaram como o melhorconjunto de parâmetros a ser utilizado pararepresentar os quadros, a melhor topologia derede e as melhores estratégias de inicialização etreinamento da rede neural.

1 Quantização vetorial e compressão dedados

Quantização vetorial é uma técnica clássica decompressão de dados bastante utilizada emaplicações como compressão de imagens, devoz e reconhecimento de fala, entre outras(GERSHO; GRAY, 1992; GRAY; NEUHOFF,1998). Trata-se de uma técnica de compressãoque normalmente acarreta perdas, uma vez queum codebook de tamanho limitado pode nãopermitir a recuperação da informação original naíntegra (HAYKIN, 1999).Em quantização vetorial, tem-se um conjunto de

* Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: [email protected]** Jeremias Barbosa Machado é aluno de pós-doutorado do Departamento de Engenharia da Computação e Automação Industrial(DCA) da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).


Compressão de fala utilizando quantização vetorial e redes neurais não supervisionadas

dados de entrada {v1 , v2 , ... , vN } constituídopor N vetores de dimensão. A tarefa de umcompressor baseado em quantização vetorial éfazer o mapeamento desse conjunto de entradaem um outro conjunto {c1 , c2 , ... ,cM } , detamanho finito MN , também composto porvetores de dimensão k . Esse novo conjunto édenominado codebook e os vetores ci que ocompõem são denominados codevectors.No processo de compressão, cada um dosvetores do conjunto de entrada será mapeadoem um codevector. Daí advém o nome datécnica, pois o novo vetor será uma versãoquantizada (ou seja, aproximada) do vetororiginal (conforme Figura 1).Esta aproximação introduz um erro narepresentação dos dados de entrada,denominado erro de quantização vetorial (GRAY;NEUHOFF, 1998). Supondo que haja umamétrica d . que represente a distância entredois vetores (por exemplo, a distânciaeuclidiana), uma medida do erro de quantizaçãode um vetor vi do conjunto original é adistância entre esse vetor vi e a sua versãoquantizada q vi :

Qi=d vi , qvi (1)

No projeto do codebook, deseja-se minimizar aperda de informação do conjunto de dadoscodificados. Em outras palavras, para cada vetorde entrada vi , deseja-se minimizar o erro dequantização dado por (1). Minimizar o erro dequantização para todos os vetores do conjunto

de entrada equivale a minimizar o erro dequantização vetorial médio do conjunto que podeser definido por:

QN=1N∑i=1

N

Qi (2)

onde N representa o número de vetores doconjunto de entrada.Para criar um codebook que atenda a essecritério, é necessário escolher um conjunto decodevectors de forma que as distâncias entrecodevectors e vetores por eles representadossejam as menores possíveis (GRAY; NEUHOFF,1998).No processo de geração do codebook, utiliza-seum conjunto de dados de treinamentorepresentativo dos dados a seremposteriormente codificados. Os dados detreinamento são agrupados em classes ouclusters, de acordo com algum critério deproximidade (normalmente, a mesma métrica dedistância usada no cálculo do erro dequantização). Um cluster é, portanto, umsubconjunto de vetores suficientemente próximosentre si. O número de clusters a ser geradodepende da distribuição dos dados detreinamento. Normalmente, deseja-se minimizara distância intragrupo e maximizar a distânciaintergrupo. É possível, mas não obrigatório, fixara priori o número de clusters com o objetivo degerar um codebook de tamanho previamenteconhecido. Tal estratégia, no entanto, nãogarante a obtenção do menor erro dequantização médio. Em princípio, quanto maior onúmero de clusters, menor o erro de quantizaçãomédio.

Figura 1 Codebook



Uma vez gerado o codebook, este é utilizadopara compressão dos dados da seguinte forma:para cada vetor do conjunto de entrada, varre-seo codebook em busca do codevector maispróximo, associando-se ao vetor de entrada oíndice relativo a este codevector. Dessa forma, oconjunto de vetores de entrada é transformadoem um conjunto de índices do codebook. Emuma aplicação em que haja transmissão dedados, apenas os índices são transmitidos pelocanal e não os codevectors. Supõe-se, portanto,que o codebook seja conhecido também noreceptor.Na etapa de decodificação, os índices sãorecebidos e usados na recuperação dasequência de codevectors. O processo completoé exibido conforme Figura 2.

2 Análise de sinais de fala

Um sinal de fala é produzido a partir dapassagem do ar pelo aparelho fonador humano.Ao ser representado digitalmente, o sinal de falapode ser visto como um conjunto de amostrasespaçadas no eixo do tempo.As características do sinal de fala, em um dado

instante, dependem da configuraçãomomentânea do trato vocal do falante, ou seja,da abertura dos lábios e da mandíbula, daposição da língua, da taxa de vibração daspregas vocais, etc. Ao proferir uma sentença, ofalante modifica continuamente a configuraçãode seu trato vocal, de forma a produzir umasequência de sons que transmite umamensagem ao ouvinte. Essa sequência de sonsé composta por unidades básicas, denominadasfones. Pode-se definir um fone como um trechodo sinal de fala cujas características acústicasseguem um determinado padrão.Nos trechos de sinal de fala vozeados (Figura 3),ocorre a vibração das pregas vocais. Percebe-senesse caso que o sinal de fala apresenta umacaracterística quase periódica, com a ocorrênciade picos que se repetem com espaçamentoaproximadamente constante. O espaçamentoentre esses picos está diretamente relacionado àtaxa de vibração das pregas vocais: picos maispróximos entre si indicam uma maior taxa devibração e, por consequência, uma voz maisaguda; picos mais espaçados, por sua vez,indicam uma taxa de vibração menor das pregasvocais e uma voz mais grave.

Figura 2 Codificação e decodificação por meio de codebook

Figura 3 Sinal vozeado


pmi−1 , pmi , pmi1...Marcasde pitch


Já nos trechos não vozeados do sinal (Figura 4),não ocorre vibração das pregas vocais. Nessecaso, o sinal possui energia mais baixa do que ados trechos vozeados e apresenta característicatotalmente aperiódica, assemelhando-se a umsinal de ruído.

Figura 4 Sinal não vozeadoHá, por fim, trechos do sinal de fala comcaracterísticas híbridas entre as dos sinaisvozeados e as dos não vozeados.Muito embora as características do sinal de falavariem continuamente ao longo do tempo, épossível analisar suas características acústicasde forma discreta. Uma maneira de fazer isso ésubdividir o sinal de fala em trechos de curtaduração, chamados quadros, nos quais ascaracterísticas acústicas podem serconsideradas praticamente constantes.A divisão do sinal de fala em quadros, adotadaneste trabalho, diferencia trechos de sinalvozeados dos não vozeados, através do uso demarcas de pitch, conforme definido a seguir. Nostrechos do sinal com característica vozeada, asmarcas de pitch são posicionadas nos picos dosinal de fala (Figura 3). A distância entre marcasde pitch consecutivas, denominada período depitch, está relacionada com a taxa de vibraçãodas pregas vocais naquele trecho do sinal. Nossinais não vozeados, as marcas de pitch sãoposicionadas em instantes igualmenteespaçados no tempo e não têm relação com avibração das pregas vocais.Uma vez posicionadas as marcas de pitch nosinal de fala, faz-se a subdivisão desse sinal emquadros. Neste trabalho, um quadro é definidocomo sendo um trecho de sinal em torno de umamarca de pitch, iniciando na marca de pitchimediatamente anterior e indo até a marca depitch imediatamente seguinte. Percebe-se,portanto, que há sobreposição entre quadrosadjacentes: as amostras do período direito de umquadro são as mesmas do período esquerdo doquadro seguinte.Para extrair um quadro do sinal de fala,multiplica-se o trecho de fala de interesse poruma janela assimétrica cujo pico coincide com amarca de pitch central do quadro e com omesmo número de amostras do quadro. Trata-sede uma janela formada pela junção de duasmeias janelas de Hanning (MAKHOUL; WOLF,1972; BOLL, 1979). A primeira metadecorresponde à metade esquerda de uma janelade Hanning de tamanho 2N1 , e a segundametade corresponde à metade direita de uma

janela de Hanning de tamanho 2N2 . Asamostras da janela, com primeira amostra naorigem, são dadas pela seguinte expressão:

( )( )1

1 2

2

0,5 1 cos ; 0 11

10,5 1 cos ; 1 2

n n NN

w nn N N

N n NN

π

π

− ≤ ≤ − =

+ − + − ≤ ≤

(3)

Ao multiplicar o sinal de fala por uma janelaposicionada na marca de pitch central do quadrosob análise, obtém-se o quadro janelado, cujasamostras correspondem às amostras originais doquadro com atenuação crescente em direção àsbordas.No processo de janelamento de quadrosadjacentes, as janelas são posicionadas deforma que a primeira amostra de uma janelacoincida com a amostra da marca central dajanela anterior e a última amostra dessa mesmajanela coincida com a amostra da marca centralda janela seguinte. Ao somar as amostras dejanelas consecutivas posicionadas dessamaneira, em um processo chamado overlap andadd, obtém-se uma sequência de amostras devalor constante igual a 1.Essa propriedade permite reconstruir o sinaloriginal sem distorção a partir de seus quadrosjanelados. Para isso, basta posicionar os quadrosjanelados conforme descrito anteriormente e, emseguida, fazer o overlap and add (conformeFigura 5).

Figura 5 Overlap and add de quadros janelados

3 Quantização vetorial aplicada àcompressão de sinais de fala

Os quadros de um sinal de fala correspondentesa sons similares podem apresentar fortesemelhança entre si. É possível explorar essasemelhança a fim de armazenar sinais de fala deforma mais compacta. A ideia por trás dessaestratégia é descartar informações repetitivas,presentes em quadros similares, armazenandosomente as diferenças relevantes. Uma maneirade implementar essa estratégia é através daquantização vetorial (BUZO et al., 1981;KRISHNAMURTHY et al., 1990).Para que a quantização vetorial possa serutilizada na compressão de sinais de fala, é



necessário que o sinal seja representado comoum conjunto de vetores de dimensão fixa. Paraque possamos utilizar os quadros janeladoscomo sendo as unidades básicas que serãosujeitas ao processo de quantização vetorial,devemos realizar uma transformação na formade representar os quadros. Isso porque o númerode amostras de um quadro é variável: quantomaior o período de pitch associado ao quadro,maior o número de amostras nele presentes.Essa transformação é denominadaparametrização. Cada quadro passará a serrepresentado por um conjunto fixo de parâmetrosassociados a características acústicas do sinalde fala. Quanto mais semelhantes forem osquadros em termos acústicos, mais próximosdevem ser os seus vetores de parâmetros.Para implementar um processo de quantizaçãovetorial de forma eficiente é necessário definirum conjunto de parâmetros que carregue a maiorquantidade possível de informação relevantepara diferenciação entre quadros. É importantetambém que haja baixa correlação entre osparâmetros usados, a fim de evitar que elescarreguem informação redundante.Uma vez definido o conjunto de parâmetros a serutilizado, cada quadro do conjunto detreinamento é associado a um vetor deparâmetros. Esses vetores são agrupados emclusters e, para cada cluster, elege-se um vetorrepresentante, que será o codevector a serincluído no codebook. O codevector seráescolhido entre os vetores que compõem ocluster, de forma que minimize o erro dequantização médio dos vetores do cluster.Diferentes técnicas podem ser consideradas paragerar o codebook. A Seção 4 apresenta aestratégia implementada neste trabalho, baseadaem redes neurais com treinamento nãosupervisionado (mapa de Kohonenbidimensional).Uma vez construído o codebook, é possívelutilizá-lo para codificar um sinal de fala qualquer.O processo de codificação consiste nosseguintes passos:• divisão do sinal a ser codificado em quadros;• determinação dos períodos de pitch esquerdo

e direito associados aos quadros;• determinação da energia dos quadros;• geração dos vetores de parâmetros dos

quadros;• mapeamento dos vetores do quadros em

índices do codebook.Para cada quadro do sinal codificado sãotransmitidos ao receptor o índice do codevector,a energia e os períodos esquerdo e direito(Figura 6).No decodificador, a sequência de índices émapeada novamente em uma sequência decodevectors (Figura 7).

Figura 6 Codificação de quadros de fala usandocodebook

Figura 7 Decodificação de quadros de fala usandocodebook

Não é possível reconstruir as amostras dosquadros janelados correspondentes aoscodevectors apenas a partir dos parâmetrosacústicos armazenados no vetor. Por isso, énecessário que haja no decodificador umdicionário de quadros que armazene, para cadacodevector, o quadro janelado que o gerou naetapa de treinamento. Dessa forma, pode-setransformar a sequência de índices que chega aoreceptor em uma sequência de quadrosjanelados.Os quadros janelados, recuperados do dicionário,são submetidos a um ajuste de ganho, de formaque a sua energia passe a ser igual à energia doquadro original. Com isso, evita-se a ocorrênciade descontinuidades de amplitude no sinal



reconstruído.A reconstrução do sinal é feita através daoperação de sobreposição dos quadrosjanelados (overlap and add) após a correção deganho (Figura 8). O espaçamento entre asjanelas deve ser tal que os períodos de pitch dosinal original sejam preservados. Dessa forma, acurva de entonação da sentença reconstruídaserá a mesma da sentença original, assim comosua duração. Deve-se observar que, ao fazer esseposicionamento das janelas, não existe maisgarantia de que a primeira amostra de umajanela coincida com a amostra da marca centralda janela anterior, nem de que a última amostradessa mesma janela coincida com a amostra damarca central da janela seguinte. Isso porque operíodo do quadro armazenado no codebook nãoé necessariamente o mesmo do quadrosintetizado. Essa alteração no nível desobreposição das janelas introduz distorção nosinal reconstruído. Quanto menor for taldistorção, menor será a diferença entre osperíodos de pitch dos quadros originais e os dosquadros recuperados do dicionário.

4 Mapas auto-organizáveis

Os mapas auto-organizáveis (Self-OrganizingMaps – SOM) são um tipo de rede neuralartificial, inicialmente proposta por Kohonen(1982), levando seu nome. Seu treinamento éfeito através de um processo não supervisionadoque consiste em quatro etapas (HAYKIN, 1999):• inicialização da rede;• processo competitivo;• processo cooperativo,• processo adaptativo.Na inicialização da rede são definidos os seusparâmetros de configuração: o tipo dedistribuição dos neurônios (uni ou bidimensional),a topologia a ser utilizada, no caso bidimensional(folha, cilíndrica ou toroidal), e os valores iniciaisdos pesos sinápticos dos neurônios, que podemser definidos aleatoriamente ou por algum outrocritério. Os pesos sinápticos da rede têm amesma dimensão dos objetos de entrada.Na etapa de aprendizagem propriamente dita,padrões de treinamento são apresentadossequencialmente à rede. Nesta etapa, o vetorx , que representa um objeto de entrada, é

apresentado a todos os neurônios da rede e écalculada a distância entre x e todos osvetores de pesos dos respectivos neurônios darede. A unidade do mapa que apresenta a menordistância em relação ao vetor de entrada x édenominada neurônio vencedor ou Best MatchingUnit (BMU). Essa etapa é classificada como aetapa de competição (KOHONEN, 1990a,1990b), na qual se deseja encontrar o neurôniocom maior ativação para cada objeto de entrada.

Em seguida, o neurônio vencedor(correspondente ao BMU) é atualizado, sendomovido em direção ao padrão x apresentadona entrada. Os neurônios presentes navizinhança do neurônio vencedor são tambématualizados na direção do padrão de entrada,com taxa de deslocamento seguindo geralmenteuma distribuição gaussiana ao redor do neurôniovencedor. A função de ativação da vizinhança édada pela seguinte equação:

( ) ( )2,

, 2exp , 0,1, 2,2

i ji j

dh n n

nσ

= − =

K (4)

onde: d i , j é a distância entre os neurôniosi (vencedor) e j (vizinho); e é o

desvio padrão ajustado a cada tempo discreton . A taxa com que é atualizado a cada

instante é dada por:

( ) 01

exp , 0,1,2,nn nσ στ

= − =

K (5)

onde 0 é o valor de na inicializaçãodo algoritmo SOM e 1 é uma constante detempo. Dessa maneira, a vizinhança topológicadecresce com o passar do tempo (HAYKIN,1999). Essa etapa é conhecida como etapacooperativa, uma vez que o neurônio vencedorirá influenciar no ajuste da sua vizinhança.O processo de aprendizagem se conclui com aetapa adaptativa. Nessa etapa, os vetores depesos sinápticos w dos neurônios serãoajustados em direção ao vetor de entrada x .A atualização do neurônio vencedor e dosneurônios presentes na sua vizinhançatopológica se dá pela seguinte equação:

( ) ( ) ( ) ( )( ),1j j i j jw n w n h n x w n+ = + − (6)

onde w j n é o vetor de pesos do neurônioj no instante de tempo n e hi , j é a

taxa com que o vetor de pesos w j deve seaproximar do padrão de entrada xi .Os padrões de entrada podem ser apresentadosem lote (com atualização dos pesos sinápticossomente após a apresentação de todo o lote dedados) ou em forma sequencial (com atualizaçãodos pesos após a apresentação de cada padrão)(HAYKIN, 1999). As operações citadas acimasão realizadas até que se atinja um dado númerode iterações ou que um determinado critério deparada seja satisfeito (por exemplo, quando oerro de quantização médio ficar abaixo de um



dado limiar).

4.1 Matriz UOs mapas auto-organizáveis são uma projeçãode espaços de alta dimensão dos dados deentrada no espaço de dimensão reduzida daestrutura da rede de Kohonen, que normalmenteé uni ou bidimensional. O algoritmo deaprendizagem de um SOM é projetado parapreservar as relações de vizinhança do espaçode alta dimensão no espaço do mapa(KOHONEN, 1982).Os mapas de Kohonen bidimensionais planosapresentam como desvantagem o fato de osneurônios nas bordas do mapa terem ummapeamento diferente dos neurônios presentesno centro do mapa. Em muitas aplicações,importantes clusters aparecem nas bordas detais mapas. Para evitar esse tipo decomportamento, que implica em violaçãotopológica no mapa, são utilizados mapas comvizinhanças cilíndricas ou toroidais.Para se analisar as características emergentesdo mapa de Kohonen, foi proposto o uso damatriz U (ULTSCH; SIEMON, 1990). A matriz U éconstruída a partir da superfície gerada pelaplotagem das distâncias entre dois neurôniosvizinhos. Seja um neurônio n pertencente aomapa e NV n o conjunto de neurôniosimediatamente vizinhos a n no mapa, comwn o vetor de pesos referente ao neurônion . Então,

( ) ( )( )

n mm NV n

U n d w w∈

= −∑ (7)

onde d x , y é a distância usada no

algoritmo de construção do mapa auto-organizável. A representação gráfica da matriz Ugeralmente se dá por uma representação em 2Dcom curvas de nível ou em 3D com escala decores.As propriedades da matriz U são:• a posição da projeção dos dados de entrada

reflete a topologia do espaço de entrada;• os vetores de pesos de neurônios vizinhos

com alto valor na matriz U indicam vetoresdistantes no espaço de entrada;

• os vetores de pesos de neurônios vizinhoscom baixo valor na matriz U indicam vetorespróximos no espaço de entrada;

• os picos na representação 3D da matriz Urepresentam fronteiras entre os clusters;

• os vales na representação 3D da matriz Urepresentam clusters.

Dessa maneira, a matriz U representa ocomportamento emergente do mapa deKohonen, a partir dos objetos presentes noespaço de entrada.

4.2 Clusterização e o algoritmo k-meansA matriz U representa a distância entre os pesosdos neurônios, preservando a vizinhançatopológica dos padrões de entrada quegeralmente estão em um espaço de altadimensão. Muitas vezes é difícil determinar comprecisão onde se localizam as fronteiras dosclusters, conforme Figura 9. Em determinadasaplicações, a matriz U é suficiente para sedeterminar os clusters e suas fronteiras.Contudo, no problema abordado neste trabalho,além de determinar os clusters, é necessáriodeterminar o neurônio que melhor representacada cluster, para que este esteja presente nocodebook no processo de quantização vetorial.

Figura 9 Matriz U em 2D



Para solucionar esse problema, é utilizado oalgoritmo k-means de clusterização sobre amatriz U. O algoritmo k-means (FORGEY, 1965;MACQUEEN, 1967) permite criar k clusters apartir de um conjunto de objetos, tendo comoobjetivo encontrar protótipos para os clusters deforma que a distância dos objetos dentro dogrupo em relação a esses protótipos sejamínima. Assumindo que os objetos estejam naforma de vetores de atributos, a função a serminimizada é:

2

1 j i

k

j ii x s

J x µ= ∈

= −∑∑ (8)

onde há k clusters Si , i=1 ,2 , ... , k ,i é o protótipo ou centroide dos respectivos

clusters, x j é o j -ésimo objetopertencente ao i -ésimo cluster e ⌈. ⌉ éuma norma de distância adotada, sendogeralmente utilizada a norma euclidiana.Um dos mais populares algoritmos utilizadospara resolver de forma iterativa este problema éo algoritmo de Lloyd (LLOYD, 1982). Essealgoritmo inicia-se com o particionamento,aleatório ou utilizando alguma heurística, dosobjetos de entrada em k clusters.Posteriormente, é calculado o protótipo de cadaum dos clusters, dado inicialmente como o pontomédio. Uma vez calculado o protótipo, osclusters são redefinidos de forma a minimizar adistância dos objetos ao centroide. Após aredefinição, novos centroides são calculados eos clusters são novamente redefinidos. Oprocesso é repetido até que uma dada condiçãode convergência seja atingida. Além desse,outros métodos para implementar o algoritmo k-means são apresentados na literatura(KANUNGO et al., 2002).Após a convergência, são definidos os clusters eseus respectivos protótipos, os quais serãoutilizados como representantes dos clusters emaplicações do codebook obtido.

5 Análise de resultados

Neste trabalho, a rede de Kohonen foi utilizadaem conjunto com o algoritmo k-means para fazero agrupamento dos quadros de fala de acordocom suas características acústicas. Para tal,diferentes quadros pertencentes a uma base dedados de fala foram apresentados à rede emlote. Pelo fato de que quadros de fala adjacentesno tempo muitas vezes apresentam altacorrelação, tomou-se o cuidado de embaralhá-losa cada iteração antes da apresentação dosdados à rede. Com isso, procurou-se evitar apolarização do treinamento da rede decorrente

da apresentação de uma grande quantidade dedados similares em sequência. O treinamentoem lote utilizou como critério de parada umnúmero de iterações fixo e suficientementegrande, para garantir que o erro de quantizaçãoatingisse um regime permanente (convergência).Como resultado do treinamento, após aconvergência os neurônios da rede representamos diferentes grupos de quadros de falaapresentados à rede. Para determinar osquadros representantes de cada grupo, foiutilizado o algoritmo k-means, cuja saída é oconjunto de codevectors que irão compor ocodebook.Os ensaios foram divididos em duas partesfundamentais: a primeira delas consiste naanálise dos parâmetros da fala, em busca doconjunto capaz de gerar os melhores resultados;a segunda consiste na análise topológicareferente à inicialização e ao treinamento da redeneural empregada, buscando avaliar a influênciados diferentes arranjos na qualidade do sinal defala sintetizado a partir do sinal quantizado. Porfim, foi feita a comparação dos resultadosobtidos, por meio da técnica proposta, com osresultados de um algoritmo de codificaçãoperceptual popular, de forma a obter umareferência do potencial do método aqui proposto.Nessa etapa de análise, foi utilizada a mesmabase de dados de fala tanto para o treinamentodo codebook como para a validação do processode compressão. A base de dados utilizada écomposta por arquivos de fala representando100 frases. As frases foram projetadas de formaa apresentar riqueza e diversidade fonéticas. Osarquivos de fala são armazenados no formatowave (codificação PCM linear) com taxa deamostragem de 16 kHz e 16 bits por amostra. Nototal, as 100 frases da base de dados sãoconstituídas por aproximadamente 52.000quadros.

5.1 Seleção de parâmetros

O principal objetivo dessa análise é determinarum conjunto de parâmetros que agrupe osquadros do sinal de fala de forma coerente. Paratal, foi definida uma metodologia capaz de avaliarde maneira objetiva e quantitativa a qualidade dosinal de fala reconstruído a partir dos quadrospresentes no codebook. Essa metodologiaconsiste em gerar diferentes conjuntos devetores de atributos a partir dos quadros da basede dados de fala. Os vetores são agrupados emclusters utilizando uma rede de Kohonen emconjunto com o algoritmo k-means para formar ocodebook de fala. A partir do codebook, foramreconstruídas as mesmas 100 frases usadas notreinamento e a qualidade desses sinais foiavaliada. Portanto, o objetivo da metodologiaapresentada é avaliar o conjunto de parâmetros



que gerou o melhor codebook.Duas formas tradicionais para avaliação daqualidade de sinais de fala são: a avaliaçãosubjetiva (inspeção auditiva) e avaliação objetiva(medida objetiva gerada por um algoritmo). Aavaliação subjetiva consiste no uso de métodospadronizados (ITU-T 85, 1994; ITU-T P.830,1996a; ITU-T P.830, 1996b) para a geração denotas de avaliação de qualidade por avaliadoreshumanos, e é bastante dispendiosa em termosde tempo e requisitos de infraestrutura. Naavaliação objetiva, por sua vez, substituem-se osavaliadores humanos por um algoritmoimplementado em software (ITU-T P.861, 1998;ITU-T P.862, 2001), o qual utiliza modelospsicoacústicos que, com base em diversascaracterísticas do aparelho auditivo humano,geram notas que simulam os resultados detestes subjetivos. O algoritmo utilizado nestetrabalho é o Perceptual Evaluation of SpeechQuality (PESQ), padronizado na norma dereferência P.862 da ITU-T (ITU-T P.862, 2001).Os parâmetros de fala escolhidos para teste sãoparâmetros comumente utilizados em aplicaçõesenvolvendo processamento de sinais de fala,amplamente referenciados na literatura(ANDERSON, 1992; CAWLEY; NOAKES, 1993;HERNANDEZ-GOMEZ; LOPEZ-GONZALO,1993; KITAMURA; TAKEI, 1996). São eles:• período esquerdo: número de amostras entre

o início do quadro e a marca de pitch central;• período direito: número de amostras entre a

marca de pitch central e o final do quadro;• taxa de cruzamento de zeros: contagem do

número de vezes, por centésimo de segundo,em que ocorreu mudança de sinal entreamostras consecutivas do quadro;

• taxa de máximos e mínimos: contagem donúmero de inflexões da forma de onda aolongo do quadro, por centésimo de segundo;

• parâmetros mel-cepstrais: transformadacosseno (DCT) do módulo do espectro em dBdo sinal. O espectro é calculado através datransformada rápida de Fourier (FFT) com1.024 pontos. Antes do cálculo do módulo doespectro em dB, os coeficientes do espectrosão submetidos a uma filtragem por um

banco de filtros cujo resultado é a energiadistribuída em 24 bandas críticas na escalamel. A escala mel é uma transformação doeixo de frequência, linear para frequênciasbaixas e aproximadamente logarítmica parafrequências altas, cujo objetivo é simular aresposta em frequência do ouvido humano.Para o cálculo dos parâmetros mel-cepstraisconsiderados neste trabalho, foi utilizado oalgoritmo de Davis & Mermelstein (1980).

Outros tipos de parâmetros serão avaliados emtrabalhos futuros, tais como coeficientes depredição linear (LPC), coeficientes LP-Cepstrais,coeficientes espectrais e coeficientes espectraismel/Bark.A Tabela 1 apresenta o resultado da aplicação doalgoritmo PESQ (medida PESQMOS, variandoentre 0, no pior caso, e 4.500 no melhor) para osdiferentes conjuntos de parâmetros testados. Omelhor arranjo topológico obtido na Seção 5.2 foiutilizado nas simulações. Não foi feita anormalização dos parâmetros mel-cepstrais, poisseus valores já são aproximadamenteproporcionais à variância dos parâmetros. Poroutro lado, os parâmetros de período foramnormalizados em função da variância do primeiroparâmetro mel-cepstral. Vê-se que o melhorconjunto obtido é composto por 13 parâmetros(os 12 primeiros parâmetros mel-cepstrais mais operíodo esquerdo do quadro).

5.2 Análise topológica e de inicialização

Em busca da maximização da qualidade do sinalde fala gerado a partir do codebook, foramanalisadas diversas configurações topológicas ede inicialização da rede de Kohonen. A rede foiimplementada com o auxílio do toolkit SOMmantido pelo grupo de Teuvo Kohonen naHelsinki University of Technology (SOM Toolbox).Um tutorial do toolkit SOM em português foidesenvolvido por Rittner & Brum (2005). Osvalores quantitativos referentes à avaliaçãoobjetiva que serão apresentados correspondem àmédia de 10 medidas objetivas para 10treinamentos distintos da rede utilizando as 100frases da base de testes.

Tabela 1 Valores da avaliação objetiva para diferentes conjuntos de parâmetros



(a)

(b)Figura 10 Matriz U para diferentes configurações do mapa: (a) Retangular; (b) Hexagonal

5.2.1 Vizinhança

Para avaliar a influência do arranjo dos neurôniosda rede, testamos e avaliamos diferentesconfigurações de vizinhança com o auxílio doPESQ. As Figuras 10(a) e 10(b) apresentam amatriz U para uma realização utilizando asvizinhanças retangular (PESQMOS = 2346,56) ehexagonal (PESQMOS = 2358,56),respectivamente. Nota-se que a Figura 10(b)apresenta uma diversidade maior, expressa poruma maior distância entre regiões (grupos) deneurônios. A vizinhança hexagonal tambémapresentou maior valor no PESQ. No que dizrespeito à vizinhança, também foi avaliada a

influência do arranjo nos extremos do mapa. ATabela 2 apresenta os valores da avaliaçãoobjetiva. Nota-se que os resultados obtidos forampróximos entre si, sendo que o arranjo toroidalapresentou o melhor resultado (PESQMOS =2358,56).

Tabela 2 Desempenho em função do arranjo davizinhança nos extremos

Arranjo PESQMOS

folha 2330,74

cilindro 2349,17

toroide 2358,56



5.2.2 Número de neurônios

Os testes preliminares utilizando o método dequantização vetorial mostraram que existe umcompromisso entre o número de neurônios darede e o número de clusters de saída geradopelo algoritmo k-means, razão pela qual éessencial avaliar a influência do número deneurônios para um número fixo de clusters. Paraisso, treinou-se a rede com uma única frase dabase, contendo 440 quadros, sendo fixado onúmero de clusters na saída do k-means em 440.O principal objetivo dessa análise é observar acapacidade da rede de gerar um codebookcontendo representantes distintos para cadavetor de entrada, ou seja, gerar um codebookformado por todos os vetores originais. Noprimeiro ensaio, foi utilizada uma rede de 21x21neurônios (número de neurônios igual ao númerode clusters) e no segundo ensaio, utilizou-se umarede de 50x50 neurônios (número de neurôniosbem maior do que o número de clusters). AsFiguras 11(a) e 11(b) apresentam a matriz U e asaída do k-means, respectivamente, para oprimeiro ensaio. As Figuras 11(c) e 11(d)apresentam a matriz U e a saída do k-means

para o segundo ensaio. É possível observar queno primeiro ensaio não há informação suficientena matriz U, devido ao fato de o k-means nãoconseguir formar os 440 clusters desejados. Jáno segundo ensaio, a matriz U apresenta umresultado conforme o esperado, em que se podeobservar uma nítida barreira (distância) entre osdiferentes grupos de neurônios. Nesse caso, o k-means conseguiu gerar um número de clustersbem maior. O resultado da avaliação objetiva foide 1.816 para o primeiro ensaio e 3.564 para osegundo. Através de inspeção auditiva, percebe-se claramente que o sinal de fala gerado com oprimeiro codebook apresenta sériasdegradações, enquanto o sinal gerado com osegundo quase não apresenta degradaçõesperceptíveis. Na sequência dos testes,analisamos a influência do número de neurôniosno treinamento com toda a base de dados(contendo cerca de 52.000 quadros). A Tabela 3mostra os resultados da avaliação objetivaobtidos para mapas com diferentes números deneurônios. É possível notar que, à medida que seaumenta o número de neurônios, ocorre umaumento do valor do resultado da avaliaçãoobjetiva.

(a) (b)

(c) (d)Figura 11 Clusterização utilizando uma frase (440 quadros): (a) Matriz U; (b) Clusterização para rede de

21x21 neurônios; (c) Matriz U; (d) Clusterização para rede de 50x50 neurônios



Tabela 3 Desempenho em função do número deneurônios na rede

Número de neurônios PESQMOS

25x25 - 625 2330,74

40x40 - 1600 2349,17

60x60 - 3600 2358,56

5.2.3 Inicialização dos pesos dos neurôniosForam testadas duas estratégias de inicializaçãodos neurônios: aleatória e linear. Apesar de ainicialização aleatória começar o treinamento darede com um erro de quantização topológicomaior, ambas convergem para um mesmo limiar,resultando aproximadamente na mesma medidaPESQMOS.

5.2.4 Ajuste dos neurôniosUma característica da rede determinante para aqualidade do resultado final é a região devizinhança em torno do neurônio vencedor dentroda qual há ajuste de pesos durante otreinamento. O objetivo dos ensaios descritos a

seguir é avaliar a influência do tamanho dessaregião. Três diferentes estratégias de vizinhançaforam testadas. A primeira utilizou umavizinhança denominada grande, capaz de ajustartodos os neurônios da rede. A segunda utilizouuma vizinhança pequena, com um raioabrangendo alguns poucos vizinhos. A terceirautilizou uma vizinhança decrescente, iniciando otreinamento com uma vizinhança capaz deajustar todos os neurônios da rede edecrescendo linearmente o seu tamanho aolongo do processo, de modo a finalizá-lo comuma região abrangendo apenas os neurôniosmais próximos. As Figuras 12(a), 12(b) e 12(c)apresentam os erros de quantização topológicospara as vizinhanças “grande” (PESQMOS =2241,70), “pequena” (PESQMOS = 2429,20) e“decrescente” (PESQMOS = 2472,20),respectivamente. Nota-se que o erroapresentado pela vizinhança “grande” é maior secomparado com os demais. A vizinhança“decrescente” apresentou menor erro dequantização e PESQMOS.

(a) (b)

(c)Figura 12 Estratégia de ajuste dos neurônios: (a) Vizinhança “grande”; (b) Vizinhança “pequena”; (c)

Vizinhança “decrescente”



5.2.5 Tamanho do codebook

Por fim, passamos à análise do tamanho docodebook de fala. O objetivo aqui é avaliar ainfluência do número de codevectors de saídaobtidos pelo algoritmo k-means. Teoricamente,quanto maior o tamanho do codebook, maior aquantidade de vetores para representação dabase inicial codificada e, portanto, maior aqualidade perceptual dos sinais reconstruídos. Acomprovação exaustiva desse fato através demedidas experimentais extrapola o escopo destetrabalho.Tabela 4 Desempenho do tamanho do codebook

Número de codevectors PESQMOS

20 2058,96

100 2226,89

500 2341,86

1000 2415,90

3000 2382,33

A Tabela 4 apresenta o resultado PESQMOSpara distintos tamanhos de codebook. Osresultados foram obtidos utilizando a base detreinamento com 100 frases (cerca de 52.000quadros) e uma rede de 60x60 neurônios. Nota-se pela tabela que os valores PESQMOSaumentam até o codebook com 1000codevectors, como era esperado. No entanto,para um codebook com 3.000 codevectors, ovalor PESQMOS é menor do que para ocodebook com 1.000 codevectors. Isso se deveprovavelmente ao fato de que, nesse caso, onúmero de neurônios na rede é insuficiente pararepresentar 3.000 clusters. Como mostradoanteriormente, existe um compromisso entre onúmero de neurônios e o número de clusters.

5.3 Comparação com o MPEG1-Layer 3

Com o intuito de avaliar o potencial da técnica dequantização vetorial aqui proposta, comparamosos valores de avaliação objetiva para a melhorconfiguração encontrada na seção anterior comos valores obtidos utilizando o codec MPEG1-Layer 3 (MP3). Foi utilizado um codebookcontendo 500 codevectors treinado a partir de100 frases, utilizando um mapa de 60x60neurônios, propiciando uma taxa de compressãode cerca de 100 vezes. Na compressão via MP3,foi utilizada uma taxa de bits constante (CBR) de8 kbit/s, propiciando uma taxa de compressão decerca de 30 vezes. A Tabela 5 apresenta oresultado da comparação objetiva.Vemos que a abordagem utilizando o método dequantização vetorial apresentou uma taxa decompressão mais de três vezes superior à doMP3 e o resultado da avaliação objetiva indicouum menor nível de degradação. Ao fazer ainspeção auditiva dos sinais decodificados,

percebe-se que as degradações impostas pelasduas técnicas são diferentes. A técnica dequantização aqui proposta introduz efeitos dedescontinuidade do sinal, ao passo que acodificação MP3 tipicamente torna o sinal"abafado", indicando perda de componentes dealta frequência.Tabela 5 Comparação do método de quantização

vetorial com MPEG1-Layer 3Tipo de compressão PESQMOS

Sem compressão 4500

Quantização vetorial (compr. 100 vezes) 2343

MPEG1-Layer 3 (compr. 30 vezes) 1904

Conclusão

Neste trabalho foi proposto um método decompressão de sinais de fala baseado emquantização vetorial. O método utiliza comounidades básicas do sinal de fala os quadrosobtidos através da segmentação do sinal emsuas marcas de pitch. Esses quadros sãoparametrizados e agrupados em diferentesclusters, de acordo com suas característicasacústicas.Para o agrupamento (clusterização) dos quadrosde fala, foi utilizada uma rede neural de Kohonenem conjunto com o algoritmo k-means. O usodeste último deve-se à necessidade de que onúmero de neurônios na rede seja superior aonúmero de clusters presentes no codebook defala.Os resultados experimentais mostraram que ométodo foi bem-sucedido, agrupando os quadrosdo sinal de fala de forma coerente. A extraçãodos parâmetros dos quadros é uma etapa defundamental importância para o corretoagrupamento produzido pela rede de Kohonen.Os parâmetros mel-cepstrais mostrarampreservar, mais do que qualquer outro parâmetroanalisado, as características acústicas da falarelevantes para o processo de clusterização. Aqualidade do sinal de fala reconstruído a partir docodebook é proporcional à relação entre aquantidade de codevectors existentes nocodebook e o número de quadros existentes nabase de fala original.O método de quantização vetorial aqui propostoapresentou resultados bastante promissores paraaplicações de compressão de fala. Comparaçõescom o codec MPEG1-Layer 3 utilizando oalgoritmo PESQ para avaliação objetiva daqualidade dos sinais de fala resultaram em notasmaiores para o algoritmo de quantização vetorialproposto.Nas próximas etapas deste trabalho, estáprevista a análise de outros parâmetros extraídosde sinais de fala, tais como coeficientes depredição linear (LPC), coeficientes LP-Cepstrais,



coeficientes espectrais, coeficientes mel/Barkespectrais, etc. Está previsto ainda o estudo demapas autoconstrutivos, de forma a melhorar oagrupamento dos neurônios na rede de Kohonene eliminar o uso do algoritmo k-means. Alémdisso, será estudada uma forma de inicializaçãodos pesos da rede utilizando quadros de falareais amostrados da base de treinamento.

Referências

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Abstract

We propose a speech compression technique based on vector quantization. A neural network withunsupervised learning is used to implement the vector quantizer. Some general issues concerning thevector quantization problem are presented, as well as some basic aspects related to speech signalprocessing. The idea of using a codebook to perform speech compression is introduced, and the use of a2-dimensional self-organizing Kohonen map to generate the codebook is proposed. Finally, simulationresults are presented, giving some insights on the best network initialization and training strategies, aswell as the best network topology for this problem.

Key words: Speech compression. Vector quantization. Neural networks with unsupervised learning. Signal processing.


Código descrambler-scrambler detector ecorretor de erros e seu uso em equipamentos

VecturaVictor Alfonso Valenzuela Diaz*, Isabela Vasconcelos de Carvalho Motta

Este artigo descreve um novo código corretor de erros baseado em uma estrutura descrambler-scrambler. Descreve também sua modelagem em termos de grafos-fatores. Esse código corresponde auma evolução do código descrambler-scrambler que foi anteriormente desenvolvido para osequipamentos Vectura1. São inicialmente descritos os conceitos básicos e a motivação do uso de códigoscorretores e detectores de forma geral e, em particular, na transmissão interna de equipamentos.Posteriormente, são descritos o tipo de código detector de erro e o novo código corretor de erros.Finalmente, é feita a análise do uso da técnica de grafos-fatores para modelar esse código. Durante aapresentação dos códigos detector e corretor, é analisada a eficiência destes utilizando uma abordagembaseada nas características das sequências pseudoaleatórias de máximo comprimento.

Palavras-chave: Código detector de erro. Código corretor de erros. Grafos-fatores. Scrambler.Descrambler.

Introdução

Os sistemas de transmissão digital, apesar deapresentarem maior imunidade a ruídos do queos sistemas analógicos, frequentementeprecisam conviver com taxas de erros detransmissão não nulas. Nesses sistemas detransmissão ruidosos, o uso de códigosdetectores e corretores de erro pode ser amelhor solução para obter taxas de erro baixas acustos adequados. O código detector de errosdescrambler-scrambler foi concebido inicialmentepara ser usado na transmissão interna de sinaisentre processadores da plataforma Trópico(VALENZUELA, 1987). Posteriormente, passou aser usado também em equipamentos daplataforma Vectura. Hoje, esses equipamentospossuem uma arquitetura com controledistribuído baseada em uma rede composta devários processadores e tratam mais de 45bilhões de minutos de chamadas por mês,exigindo requisitos de altíssima qualidade na suarede de processadores interna. Além de revisitaresse código, é também apresentada umametodologia de análise de probabilidade de falha,ou seja, de não detecção de erros.Posteriormente foi desenvolvido o código corretorde erros descrambler-scrambler, que é tambémapresentado neste artigo.1 Código detector de erro descrambler-

scramblerOs códigos detectores e corretores de erro aquitratados se aplicam a sinais digitais que, emgeral, possuem taxas de bits constantes. De fato,

pode-se abstrair a representação física (elétrica,por exemplo, e inclusive temporal) desses sinaise considerá-los simplesmente sequências de bits“1s” e “0s”. Uma característica importante docódigo é que não há exigência de que todas asmensagens originais possuam um mesmotamanho.O código detector descrambler-scrambler foidesenvolvido para ter uma implementaçãoextremamente simples (e confiável). Por essemotivo optou-se inicialmente por um códigodetector e não corretor de erros.

1.1 Sequências de comprimento máximo

O código detector de erro descrambler-scramblertem seu conceito básico relacionado com assequências de comprimento máximo (MaximumLength Sequences – MLS). MLS são sequênciasperiódicas que pertencem à classe desequências binárias pseudoaleatórias.As sequências MLS são geralmente geradas apartir de shift-registers com realimentaçõeslineares (PETERSON; WELDON, 1961).Considere um shift-register, ou registrador dedeslocamento, que possui uma entrada e d = 7saídas e as saídas 3 e 7 realimentadas atravésde “ou-exclusivo” na sua entrada.O operador “ou-exclusivo” de k entradas tem suasaída igual a 1, se o número de entradas em “1”for ímpar, e tem sua saída igual a zero, se essenúmero de entradas em “1” for par. Se asrealimentações (ou taps) do registrador foremescolhidas adequadamente, a sequência geradaserá uma sequência de comprimento máximo


1 Os equipamentos Vectura são desenvolvidos no escopo do Projeto CONVERTE – Apoio da FINEP com recursos do FUNTTEL.


Código descrambler-scrambler detector e corretor de erros e seu uso em equipamentos Vectura

(MLS). Isso significa que será uma sequênciaperiódica que se repete a cada 2d - 1 períodos debit, onde "d" é o número de posições doregistrador.Dessa forma, pode-se escrever:

S.∆0 = S.∆3 ⊕ S.∆7

Fazem parte dessa expressão o operador deatraso ∆, as funções produto (por exemplo em S.∆0) e a soma módulo 2 (“ou-exclusivo”). Nessamatemática, as variáveis (valores de S) podemassumir unicamente os valores 0 e 1(correspondentes ao Campo de Galois GF (2)).Os sistemas desenvolvidos dentro dessamatemática são lineares (ZUFFO, 1974).Pode ser mostrado (GOLOMB, 1967) que, paraque a sequência gerada pelo registrador sejauma MLS, as realimentações devemcorresponder a um polinômio primitivo em GF(2).As sequências MLS possuem váriaspropriedades interessantes. Entre elas, asseguintes são importantes neste trabalho:• O número de bits “1” em um período (de 2d -1

bits) é igual a um mais o número de bits “0”.Ou seja, temos 2d -1 bits “1” e “2d-1 -1” bits “0”.

• Dependendo do conteúdo inicial doregistrador, a sequência é iniciada em umponto diferente, mas sempre é gerada amesma sequência de período “2d-1” bits. Umaparticularidade é quando o registrador temconteúdo inicial com todos os bits iguais azero. Nesse caso, o registrador não sai desseestado e a sequência gerada é umasequência de zeros.

• Considere uma sequência MLS e outrasequência MLS igual (gerada por um shift-

register do mesmo tamanho e com asmesmas realimentações que a primeira), masdeslocada de i bits da primeira, com i sendonão múltiplo do período da sequência. A somaem “ou-exclusivo” das duas sequências éigual à mesma sequência MLS, mas com umatraso j, em que j é diferente de zero ediferente de i. A Figura 1 mostra essecomportamento. Considerou-se a primeirasequência com defasagem 0.

• Como pode ser visto na Figura 1, adefasagem da terceira MLS se distribui deforma esparsa. Em uma aproximaçãopseudoestatística pode ser considerado que adefasagem j da MLS, resultante da soma deMLSs com defasagens 0 e i, se distribui deforma aleatória e uniforme, entre 1 e 2d -1.

• Por extensão, a soma de 3 ou mais versõesda mesma MLS, defasadas entre si, é igual àmesma MLS com uma outra defasagem.

1.2 Scrambler-descrambler

Em função de suas propriedades depseudoaleatoriedade, as sequências MLSpossuem varias aplicações. Uma variaçãodessas sequências, em que a máquina de estadopassa a receber sinais de entrada externos, é odo embaralhador (scrambler) e desembaralhador(descrambler) de sinais. Como no caso dassequências MLS, esses circuitos utilizamtambém registradores com realimentaçõeslineares realizadas a partir de “ou-exclusivos”.Em algumas aplicações, é conveniente que ossinais transmitidos não possuam sequênciasgrandes de bits “1” ou bits “0”. Nesses casos,podem ser usadas configuração scrambler do

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120

Defasagem i da segunda seqüência MLS

Def

asag

em j

da te

rcie

ra s

eqüê

ncia

MLS

Figura 1 Defasagem da MLS resultante da soma de duas MLSs defasadas de i



lado da transmissão e descrambler no lado darecepção, conforme Figura 2.Tanto o descrambler como o scrambler utilizamshift-registers com realimentações lineares. Noentanto, nessa configuração, os dois circuitospossuem sinais de entrada: SA no caso doscrambler e ST no caso do descrambler.Pode ser verificado no exemplo da Figura 2 que:

ST = SA ⊕ ST. ∆3 ⊕ ST. ∆7

SB = ST ⊕ ST. ∆3 ⊕ ST. ∆7

SB = SA ⊕ ST. ∆3 ⊕ ST. ∆7 ⊕ ST. ∆3 ⊕ ST. ∆7

ou seja,

SB = SA

CLK

SA

SB

CLK

Scrambler

Descrambler

Figura 2 Configuração scrambler-descrambler

1.3 O código descrambler-scrambler

O código descrambler-scrambler (VALENZUELA,1987) é um código polinomial no qual o sinaloriginal (source sequence) é fornecido aocodificador em blocos. Esse código permite quecada bloco tenha um comprimento diferente,sendo necessário para isso que o decodificadorsaiba em que ponto inicia e em que pontotermina cada bloco. Para efeito de análise,considere-se um comprimento genérico de “b”bits.Nesse código, no codificador, que passa a ser odescrambler, é acrescentada uma palavra-padrão de “d” bits fixos imediatamente após os“b” bits. Esses "d" bits podem ser qualquer

palavra de "d" bits, mas sempre deve ser usada amesma palavra. O tamanho e conteúdo dessapalavra independem da quantidade “b” de bits dasequência original. Sem perda de generalidade,vamos considerar que essa palavra seja igual atodos os bits iguais a “1”. Após o acréscimodesses "d" bits, o sinal é aplicado ao codificador(descrambler), conforme Figura 3. No início decada mensagem, os shift-registers do codificadore do decodificador devem ser levados à mesmacondição inicial. Por convenção, definiu-se queessa condição é a palavra com todos os bitsiguais a “0”.No exemplo da Figura 3, as equaçõespolinomiais que representam esse circuito são:

ST = SA ⊕ SA. ∆3 ⊕ SA. ∆7

SB = ST ⊕ SB. ∆3 ⊕ SB. ∆7

SB = SA ⊕ SA. ∆3 ⊕ SA. ∆7 ⊕ SB. ∆3 ⊕ SB. ∆7

ou seja,

SB. (1 ⊕ ∆3 ⊕ ∆7) = SA. (1 ⊕ ∆3 ⊕ ∆7)

e, portanto,

SB = SAIsso significa que, assim como no casoscrambler-descrambler, a saída SB é igual àentrada SA, o que também vale para qualqueroutro polinômio P (∆), desde que usado tanto nocodificador como no decodificador. O sinal STtambém apresenta um embaralhamento, porémmenor do que no caso scrambler-descrambler.De fato, cada bit do sinal SA afeta o sinal ST,unicamente, cada vez que passa por uma dasrealimentações do registrador. Isso não éproblema, pois o objetivo do código não é obter oembaralhamento do sinal transmitido. No casoem que o scrambler é usado na transmissão, osinal ST é mais embaralhado, pois a informaçãodos bits do sinal SA, como faz parte darealimentação, fica em “loop eterno” noregistrador. Exatamente por causa dessapropriedade, nesse código o scrambler é usadono decodificador. No caso de ocorrência de umou mais erros de bit na transmissão, esses bitserrados entram no loop de realimentações doshift-register e se propagam até o final do bloco,ou seja, até os últimos "d" bits. Se é encontradauma palavra diferente da palavra original deverificação (que por convenção é “todos os bitsiguais a 1”), o erro é detectado. O fato de opolinômio usado ser primitivo, além de implicarem um efeito melhor de propagação do erro,diminui as probabilidades de não detecção,conforme indicado mais adiante.



Figura 3 Codificador e decodificador descrambler-scrambler

1.4 Análise no caso de presença de erro detransmissão

Para avaliar a eficiência desse código, éimportante calcular a probabilidade de nãodetecção dos erros. Pode ser facilmente provadoque, na ausência de erros, existe uma relaçãobiunívoca entre o conjunto de possíveismensagens em SA e o conjunto de possíveismensagens em ST. Isso significa que, tomandom como o número de bits na mensagemcodificada (m = b + d) para cada uma das 2m-d

possíveis mensagens em SA, existe uma esomente uma mensagem em ST, e vice-versa.Na presença de erros, o sinal recebido de SR édiferente de STE e tem-se, na entrada dodecodificador, uma sequência “ST com erros”denominada STE.Um erro não será detectado unicamente se amensagem com erro em STE corresponder auma das mensagens permitidas em ST e,portanto, for esperada em SR. Nesse caso, amensagem (após decodificação) corresponderáa uma mensagem permitida em SB, mas não auma mensagem correta. Então, se todos os tiposde erro têm a mesma probabilidade, aprobabilidade condicional de um erro não serdetectado, dado que houve erro, é (onde ostermos -1 no numerador e denominadorcorrespondem à exclusão da mensagem

correta):P (erro não detectado/erro existe) =

(2m-d- 1) /(2m

≅ 2-d - 2-m ≅ 2-d para m >> d.Portanto, nesse caso, a probabilidade de haverum erro não detectado diminui exponencialmentecom o aumento de "d" e é praticamenteindependente de m, desde que m>>d. Éinteressante estabelecer, para cada quantidadede bits errados por mensagem, a probabilidadedo erro não ser detectado.A Figura 4 mostra um modelo em que o processode ocorrência de erros é representado por umasequência de erro SE somada (em “ou-exclusivo”) com a sequência ST. Nos períodosde bit em que SE = 1, o bit correspondente de STé invertido, provocando o erro. Essa soma com osinal SE corresponde ao modelo do canal detransmissão. Note que está se abstraindo oatraso de transmissão e pressupondo que nolado da recepção há uma infraestrutura de timingque permite trabalhar em sincronismo com o ladode transmissão. O canal é considerado do tiposem memória, dado que a distribuição deprobabilidades atribuídas para o erro em cada bité considerada independente do histórico desímbolos transmitidos anterior e posteriormente.Denominando-se o sinal na saída do


SF

SS

Insere “d” bits fixos no fim de cada

bloco

Retira “d” bits fixos no fim de

cada bloco

Detecta e informa ocorrência de

erros

Descrambler (Codificador)

Scrambler (Decodificador)

ST

SA

SB

Informa mensagem com erro


decodificador de SB, no caso de ausência deerro, e SBE, no caso de presença de erro,obtêm-se as expressões:Na ausência de erro: SB = ST ⊕ SB. P (∆)Na presença de erro: SBE = STE ⊕ SBE. P (∆)em que P (∆) é o polinômio gerador. Somando asduas expressões tem-se:SB ⊕ SBE = (ST ⊕ STE) ⊕ (SB ⊕ SBE). P (∆)Denomina-se SB ⊕ SBE = SER. SER é, portanto,a sequência de erros observada na saída dodecodificador. Ou seja, SER é uma sequênciaque possui bits “1” nos intervalos de bit, onde SBapresenta erros, ou seja, onde é diferente de SA.Como STE = ST ⊕ SE, então SER = SE ⊕ SER.P (∆).

Descrambler (Codificador)

SA


SB

ST

SE Canal de

transmissão

ST

SR = STE

Figura 4 Representação de canal de transmissãoruidoso

Essa relação entre SER e SE é a mesmarelação existente entre SB e ST. Isso significaque, se a sequência SER for aplicada aodescrambler, sua sequência de saída deverá serSE, e se a sequência SE for aplicada aoscrambler, a sequência de saída deverá ser SER.Essa conclusão é muito interessante, mostrandoque, em uma relação efeito-causa (emcontraposição a causa-efeito), a partir do sinalSER, pode ser obtido o sinal SE (que provocou osinal SER).A sequência STE, na entrada do scrambler(decodificador) é igual à soma das duassequências ST e SE. Por se tratar de circuitos

lineares, pode ser analisado o comportamentoseparado do scrambler contendo as sequênciasST e SE como entradas de dois circuitos iguais,conforme Figura 5.Note que se trata de uma representação teórica,pois na prática não se conhece SE e sim,unicamente, sua soma com ST (sinal STE). Noentanto, isso nos permite fazer, em termos decomportamento da taxa de erros, uma análiseseparada para os sinais de erro. Emcorrespondência a cada mensagem enviada pelocodificador (bloco de m = b+d bits), pode-seconsiderar que há mensagens do mesmotamanho em SE e SER. Nos casos sem erro, asduas mensagens SE e SER têm todos os seusbits iguais a zero.Mensagens com erro não detectadocorrespondem a mensagens SE que não têmtodos os seus bits iguais a zero, mas queprovocam mensagens em SER com seus últimos"d" bits iguais a zero.

1.4.1 Erros simples não detectados

Todos os erros simples (ou seja, com um únicobit = 1 na mensagem em SE) são detectados poresse código. Isso pode ser provado considerandoa relação SER = SE ⊕ SER. P (∆) da seguinteforma: dado que o conteúdo inicial do registro é,por convenção, formado por todos os bits iguaisa “0”, enquanto a sequência SE não apresentaseu único bit “1”, seu conteúdo permanecerá comtodos os bits iguais a zero, porque nessasituação o scrambler se comporta como umgerador de sequência MLS em seu estado defuga “todos os bits iguais a zero”.No instante em que o único bit “1” da mensagemSE ocorre, o registrador passa ao estado em quesua primeira entrada é 1 e todas as outras 0.Desse ponto em diante, a sequência SE volta azero e o scrambler passa a se comportar comoum gerador de sequência MLS que nunca voltaao estado “tudo 0”. Isso significa que no instantede detecção, no fim da mensagem, o registroterá um conteúdo diferente da palavra-padrãoesperada.

1.4.2 Erros duplos

A análise de erro duplo pode ser realizadaconsiderando as propriedades de separaçãolinear (como a ilustrada na Figura 5). Asequência SE, que nesse caso possui dois bits“1” em sua mensagem, pode ser considerada asoma (em “ou-exclusivo”) de duas sequênciasSE1 e SE2, cada uma com um único bit “1”, epode ser usado um raciocínio semelhante ao daanálise de erro simples.A única situação em que a palavra de "d" bits nofim da mensagem transmitida pode sermascarada, implicando em um erro nãodetectado, é com conteúdos dos registros



relativos a SE1 e a SE2 iguais nos últimos "d"bits da mensagem, pois somente assim suasoma se anulará. Isso significa que assequências MLS ativadas pelos bits “1” em SE1 eSE2 devem estar em fase, o que somente podeocorrer se a distância entre esses bits “1” emSE1 e SE2 for um múltiplo do período p = 2d -1bits da MLS. Pode ser verificado que o númeroN2 de erros duplos que não podem serdetectados é (considerando I = Int [m/p]):Para m ≤ 2d -1 N2 = 0;Para m > 2d -1 N2 =

SE

SER

ST

SB

SBE

SE

SER

ST

SB

SBE

Figura 5 Separação linearSupondo-se, como exemplo, que as mensagensusadas em um dado sistema têm comprimentomáximo de b = 512 bytes, ou seja 4.096 bits, sefor usada uma palavra de verificação de d = 16bits tem-se:

m = b+d = 4.096+16 = 4.112 < 65.535 = 216 -1

Ou seja, não haverá mensagens com erro duplonão detectadas.No entanto, se o registrador tiver d = 7 bits,usando a expressão para m > 2d -1, obtêm-seque o número de mensagens com dois erros nãodetectados é 64.240 mensagens com dois errosnão detectadas. De acordo com a (função)Combinação {4.103;2} = 8.415.253 erros duplospossíveis, não será detectado um de cada8.415.253 / 64.240 = 130,997 erros duplos. Noteque esse valor se aproxima de um a cada 2d.Considerando que todos os possíveis errosduplos têm a mesma probabilidade, tem-se:Prob (erro duplo não detectado/ocorreu erroduplo) =

m.(m-1) ] ). 1 ( . 2 [ p m I + − =

I

que se aproxima de 2-d quando m cresce.

1.4.3 Erros de distância maior que dois

Para o caso de mais de dois erros em umamensagem, a quantidade de erros nãodetectados depende do polinômio primitivo usadonas realimentações dos shift-registers. Comoindicado anteriormente, a soma de duas versõesda mesma sequência MLS defasadas de i bits,sendo i não múltiplo do período da sequência, éigual a uma terceira versão da mesma MLS, quenão se encontra em fase com nenhuma das duasanteriores. O mesmo vale para a soma de maisde duas sequências MLS.Eventualmente, as fases podem ir se compondode forma que a soma de todas as MLS, menos aúltima, seja uma MLS que esteja exatamente emfase com essa última. Nesse caso, a soma finalserá uma sequência que terá todos os bits iguaisa zero a partir do início da última MLS.Exatamente, esse é o caso em que a ocorrênciade mais de dois erros na mensagem provoca anão identificação de erros realizada com basenos "d" últimos bits da mesma.Quando o número de erros na mensagem émaior ou igual a 3, torna-se difícil fazer umadeterminação analítica da quantidade de errosnão detectados. Em vez disso, para verificarcomo é esse comportamento, exercitaram-seexaustivamente (considerando todas assituações possíveis) alguns casos de códigodescrambler-scrambler.Para facilitar esses cálculos, utilizaram-se maisuma vez as propriedades lineares. Conforme arelação SE = SER ⊕ SER. P (∆), a partir do sinalSER (efeito) pode ser gerado o sinal SE (causa),que provocou o sinal SER.Com o objetivo de gerar todas as possíveismensagens de erro em SER não detectadas,para um decodificador com mensagens de m =22 bits relativos a b = 15 de sequência originalmais d = 7 de palavra-padrão (todos os bitsiguais a zero), foram geradas todas as possíveismensagens em SER que possuem 15 bits(exceto a mensagem todos os bits iguais a zero –pois ela corresponde ao caso sem erro) efinalizam com 7 zeros (e, portanto, não sãodetectadas). O fato de a mensagem SER tertodos os últimos 7 bits iguais a zero, significa queo decodificador interpretará ausência de erro,enquanto o erro de fato existe, pois pelo menosum dos 15 bits da sequência original é diferentede zero. São, portanto, os casos em que se teminteresse. Esses cálculos foram realizadosusando computador, tendo sido analisados oscasos de dois polinômios, 1 ⊕ ∆6 ⊕ ∆7 e 1 ⊕ ∆3 ⊕∆7, conforme Figura 6, que mostra aprobabilidade condicional para cada uma dasdistâncias de erro. A linha pontilhadacorresponde ao código com polinômio 1 ⊕ ∆3 ⊕∆7. É possível constatar que as distribuições de


=

−++

+−

2].).1[(

21

).(I

mpII

pIm

2]).1(.2[ pImI +−=


0,00000

0,00400

0,00800

0,01200

0,01600

0,02000

0 5 10 15 20

Número de bits

Prob

(não

det

ecta

/cas

o há

) er

ros)

Figura 6 Probabilidade condicional de não detecção em função do número de erros

probabilidades são levemente diferentes entreesses dois polinômios.Pode ser constatado que não há erros simples(distância 1) não detectados. Também não háerros duplos não detectados, pois m = 22 < 2d -1= 127. De um total de 4.194.303 erros possíveis,32.767 não são detectados.Para valores entre 6 e 18 erros por mensagens,essas probabilidades se aproximam bastante de2-7 @ 0,008. Como pode ser visto, o pior doscasos é aproximadamente o dobro desse valor.Os códigos descrambler-scrambler podem serclassificados como códigos lineares polinomiaisque se aplicam a mensagens originais, detamanho que pode ser fixo ou variável.Consequentemente, o tamanho das palavrascódigo, ou seja, das palavras resultantes dacodificação, pode ser fixo ou variável. Essescódigos apresentam distância mínima deHamming igual a 2 entre todas as palavras-código, significando que é possível detectartodos os erros simples. Se as mensagensoriginais são mantidas com tamanho menor que2d-1, a distância mínima é igual a 3, significandoque é possível detectar todos os erros duplos.Um diferencial significativo desse código é que,mesmo nos casos em que o erro é mascarado,partes da mensagem propriamente dita (trechode “b” bits) são substancialmente alteradas, poissão somadas a sequências MLS. Isso significaque verificações de consistência realizadas emcamadas mais altas do controle da comunicaçãopoderão, com uma probabilidade muito maior,detectar inconsistências e, portanto, invalidaressa mensagem. Esse recurso também éutilizado nos equipamentos Trópico e Vectura.

2 Correção de erros baseada no códigodescrambler-scrambler

O uso do código descrambler-scrambler comocorretor de erros é baseado na capacidade de assequências MLS poderem ser reconstituídas

exatamente tanto “para trás” quanto “para frente”,a partir de qualquer palavra de "d" bits seguidosda sequência (“d” sendo o grau do polinômiogerador). A análise do código como corretor se baseiatambém nas propriedades de linearidade dasmáquinas de estado implementadas por shift-registers realimentados e, principalmente, naseparação linear de sequências.A correção de erros usa como base o processode detecção. Além de identificar se a palavrarecebida é diferente da palavra-padrão (todos osbits iguais a 1), o decodificador também detectaqual é exatamente a palavra de erro.Suponha que se utilize um código com d = 7 eque uma mensagem recebida em SBE tenha emseus últimos “d” bits uma palavra de verificaçãoigual a 1011001.No caso de ausência de erros, essa sequênciadeveria ser 1111111. Ou seja, a palavra de erro é0100110, que possui bits “1” nas posições comerro.Faz-se inicialmente a análise para erro simples,conforme Figura 7, ou seja, considerando-se queo sinal SER teve um único bit “1” em suamensagem, que provocou um único bit errado nosinal STE. Consequentemente, no instante deocorrência desse pulso, e em uma análise deseparação linear, o shift-register ao carregaresse bit “1” passa para o estado 1000000 e apartir daí passa a gerar a sequência MLS relativaao sinal SER.Com base na palavra de erro de 7 bits extraídano fim da transmissão, é possível não somentereconstruir a sequência SER “para trás” comotambém identificar exatamente o ponto em que oerro ocorreu.Se fosse um código CRC, em que os primeiros“b” bits transportam a mensagem original semalteração, com base nessa palavra de erro, seriapossível identificar o instante de erro e corrigirexatamente o bit correspondente na mensagemrecebida.



No código descrambler-scrambler, como os bitsda mensagem original também são alteradospelo erro, não somente o bit correspondente aoinstante de erro deve ser corrigido, como todosos bits a partir dele. Ou seja, é preciso voltar aosinal SBE, “limpando” todo o trecho de bitserrados entre o fim da mensagem e o instante doerro, conforme Figura 7, que mostra o conceitode “espelho” próprio desse novo código corretor.A partir do instante de detecção do erro, os sinaisSER e SBE passam a ser tratados “em espelho”,ou seja, de trás para frente, e o sinal SBE é limpoaté o ponto de erro relativo ao estado 0000001no shift-register. Para isso, cada mensagem SBEprecisa ser armazenada na recepção até queesse tratamento seja realizado.Nesse ponto, lançou-se mão de mais umapropriedade interessante das sequências MLS.Se o shift-register com realimentações dadas porum polinômio gera uma sequência MLS, umshift-register com as realimentações dadas porum “polinômio simétrico” gera a sequência aocontrário, ou seja, de “trás para frente”, comodesejado. Esse recurso tem algumas aplicaçõespráticas (XIANG et al., 2003).Exemplificando, se o shift-register comrealimentações dadas pelo polinômio x0 + x3 + x7

gera uma sequência MLS, o shift-register com

realimentações x (7-0) + x (7-3) + x (7-7) = x0 + x4 +x7 gera a sequência espelho.Uma propriedade extremamente interessantedesse código corretor é que, assim como ocódigo detector, ele pode ser usado paramensagens de tamanho variável.Uma condição para o funcionamento dessecódigo corretor é a de que o tamanho máximodas mensagens transmitidas, incluindo a palavra-padrão de verificação de "d" bits inserida no fimda mensagem, seja menor do que 2d -1, ou seja,menor do que o período da sequência MLScorrespondente. De fato, se essa condição nãofosse atendida, poderia haver ambiguidade naidentificação do ponto em que ocorreu o erro.A decodificação que utiliza um “gerador de MLSespelho” apresenta as seguintes características: • A mensagem recebida em SBE deve ser

carregada inteira em um buffer ou memória.• Identifica a palavra de erro.• Carrega essa palavra de erro de forma

invertida no gerador de MLS espelho.• Gera a MLS espelho, correspondente ao sinal

SER espelho, a partir desse gerador, atéencontrar a palavra de "d" bits correspondentea um bit “1” mais “d-1” bits zero. Nesse pontoé interrompido o processo de correção.

SER

Período m

SE

SBE trecho de SBE que precisa ser li d

trecho d

SBEespelha ser li d100110

1

SER espelho

SBE espelho

SB espelho

“fim” da mensagem lh

“inicio” da mensagem lh

1000000

d

MLS

trecho de SBE que precisa ser limpo

0000001 0110010

MLS espelho (de limpeza)

trecho de SBE espelho a ser limpo 1001101

“fim” da mensagem espelho “início” da mensagem espelho

Espelho 0100110

Figura 7 Processo de limpeza em espelho



• Enquanto tal ponto não for encontrado, asequência SBE deverá ser somada em “ou-exclusivo”, bit a bit, de trás para frente, com asequência SER espelho.

A Figura 8 oferece um exemplo deimplementação do código corretor. SA = 011100 1111

ST = 010011 0100 Representa erro no 3o bit

SE = 001000 000

Canal de Transmissão

SR = STE = 011011 0100


SBE = 010011 1010

1010

1010

No início do espelhamento

SRE espelho = 1010 11100

SBE espelho = 0101 110010 SB espelho = 1111 001110

SB 011100 1111Corrige até aqui

Figura 8 Implementação de código corretor deerros

Considere uma mensagem com b = 6 bits e d = 4bits de palavra-padrão de verificação, totalizandom = 10 bits de mensagem e com o polinômioprimitivo correspondente igual a 1+x1+x4.Considere ainda, shift-register de codificação(descrambler) e de decodificação (scrambler),ambos com conteúdo inicial 0000. Considereuma mensagem original transmitida igual a011100, sendo acrescido 1111 nos quatroúltimos bits correspondentes à palavra-padrão deverificação. De acordo com o polinômio gerador,é gerada no descrambler a mensagem 010011

0100 no sinal ST. Suponha-se que o sinal SEapresente um erro, ou seja, um bit “1” no terceirointervalo de bit, significando que o terceiro bit deST é invertido, teremos, em função do polinômiogerador, que STE = 011011 0100. No scramblerdo decodificador é gerada em correspondência amensagem SBE = 010011 1010. A partir doterceiro bit dessa mensagem os bits sãosomados com a sequência SER. Até esse ponto,a sequência SER não é conhecida.Na recepção, um shift-register espelho gera amensagem SER espelho. Para isso, a palavra deerro resultante do “ou-exclusivo” dos últimos 4bits de SBE com a palavra-padrão 1111 écarregada no registro espelho, mas invertida,pois deve-se gerar a sequência para trás (1010).O shift-register espelho tem comorealimentações o polinômio simétrico 1+x3+x4 e,portanto, gera a MLS para trás, correspondendoao espelho de SER: 1010 111100. Quando opadrão 100 é detectado em SER espelhosignifica que foi encontrado o ponto de erro, quecorresponde ao oitavo bit (ou terceiro de frentepara trás). Até esse oitavo bit a sequência SERespelho é somada com a sequência SBEespelho, gerando a sequência SB espelho 1111001110. A partir do oitavo bit, a sequência SBespelho é mantida igual a SBE espelho.Finalmente SBE espelho é “desinvertida” e osbits 1111 de verificação são retirados, resultandona sequência original 011100.Erros múltiplos, com mais de um erro pormensagem podem, com probabilidade dada pelocódigo detector, ser detectados, mas não podemser corrigidos. De fato, numa análise deseparação linear semelhante à realizada para odetector de erros, cada um dos dois ou maispulsos de SE desencadeia em SER umasequência MLS iniciada na palavra de “d-1” bits“0” seguidos de um bit “1” no registrador dodecodificador (scrambler). A sequência resultanteda soma dessas MLS, conforme vistoanteriormente, é a própria MLS deslocada deoutro valor. Quando essa MLS atinge o final damensagem, o registrador apresentará umapalavra a partir da qual não se conseguereconstituir a SER espelho.No caso de erros múltiplos, há situações em queo erro pode ser detectado e outras em que o erronão é detectado.Nos casos em que o erro múltiplo não édetectado no código detector, o erro também nãoserá detectado no código corretor pois a palavrade verificação não é alterada. Cabe em seguidaanalisar a probabilidade de, havendo alteraçãona palavra de verificação, essa palavra sercorrigida erroneamente, ou seja, não detectada.Isso ocorre quando o decodificador faz oprocesso de limpeza pensando que estácorrigindo um erro simples, mas essa correçãoestá errada.O erro múltiplo será detectado como tal e,



portanto, não será corrigido, quando, a partir dapalavra de erro no registrador é gerada a SERespelho e não se encontra a palavra “1” seguidade “d-1” zeros até o fim da mensagem em SEBespelho.De acordo com a análise feita com base naFigura 1, a MLS resultante da soma de mais deum pulso de erro tem uma fase distribuída deforma pseudoaleatória. Isso significa que o pontode marcação de erro correspondente a palavrade um bit “1” seguida de “d-1” bits “0” pode seencontrar a uma distância (em períodos de bit)entre “1” e “2d -1” períodos. Quando essadistância é maior do que m, essa palavra não éencontrada e a condição de erro pode serdeduzida. Podemos concluir que a probabilidadede não detecção deve ser aproximadamente deb/2d.Suponha, por exemplo, que b = 1.024 e d = 16,ou seja, 2d = 65.536. Nesse caso a probabilidadede não detecção de erros múltiplos seria deaproximadamente 1.024 / 65.536 = 1 / 64.A probabilidade de não detecção pode serdiminuída aumentando o tamanho da palavra deverificação. No mesmo caso, por exemplo, parab = 1.024 e d = 32, a probabilidade de nãodetecção seria aproximadamente 1.024 /4.294.967.296 = 2,38 x 10-7.Outra opção ao processo de espelhamento paraimplementar esse código é usar uma tabela que,a partir da palavra de erro detectada, indique emque posição ocorreu o erro. A palavra extraída doregistrador de deslocamento (scrambler) podeser usada como endereço dessa tabela (porexemplo, uma memória ROM) que forneceráexatamente a posição da mensagem m na qual oerro deve ter ocorrido e a partir da qual a limpezada sequência SBE deve ser realizada. A partirdesse ponto, e agora de forma não espelhada, asequência SBE deve ser gerada com a MLS apartir da palavra com “d-1” zeros e “1”. Quandoo ponto indicado pela tabela está a uma distânciamaior do que o comprimento da mensagem m, acondição de erro pode ser identificada.Outro artifício para realizar mais rapidamente oprocesso de limpeza, que poderá ser usado tantono caso do espelhamento como no caso do usode tabela, é o de conversão do tratamento(máquinas de estado) de serial para paralelo,conforme Valenzuela (1994). Nesse caso, alimpeza pode ser feita, por exemplo, de byte embyte em vez de bit em bit.O código corretor de erros descrambler-scrambler é um código polinomial de distânciamínima de Hamming igual a 3 entre todas aspalavras-código, pois consegue detectar todos oserros simples. Assim como no caso do códigodetector, um diferencial significativo desse códigoé que, mesmo nos casos em que o erro émascarado e, portanto, não é corrigido ou é

corrigido erroneamente, partes da mensagempropriamente dita (trecho de “b” bits) sãosubstancialmente alteradas, pois são somadascom sequências MLS. Isso significa queverificações de consistência realizadas emcamadas mais altas do controle da comunicaçãopoderão, com uma probabilidade muito maior,detectar inconsistências e, portanto, invalidaressa mensagem.

3 Caracterização dos códigos descrambler-scrambler por meio de grafos-fatores

Os grafos-fatores correspondem a uma técnicaque pode ser usada para representar sistemascodificados por meio de modelagenscomportamental e probabilística.Para aplicar esse método aos códigosdescrambler-scrambler, é construído em primeirolugar o grafo-fator do codificador, posteriormenteo do decodificador, e finalmente os dois sãorelacionados pelo modelo estatístico do canal detransmissão. Na mensagem, ou “bloco” de m =b+d bits, os m bits da mensagem original sãoconsiderados “variáveis”. É utilizado também oconceito de bits de “controle” que representam asequações de paridade. No caso dos códigosdescrambler-scrambler, todos os bits damensagem transmitida são considerados bits decontrole e não somente os bits de verificação.Na construção de um grafo, em um dos ladossão colocados os nós de variáveis, habitualmenterepresentados por círculos e, no outro, sãocolocados os nós de controle, ou de paridade,habitualmente representados por quadrados. Onúmero de linhas que confluem em um dado nóchama-se grau do nó e o número total de linhasdo grafo é igual ao número de “1” da matriz deteste de paridade (ou matriz H – a ser definida)do código. Cada nó de variável está associado aum bit de mensagem e cada nó de paridade estáassociado a uma equação de paridade. No casodos códigos descrambler-scrambler, essasequações estão relacionadas com os polinômiosdas sequências MLS utilizadas.Para encontrar o modelo de grafo-fator do códigodescrambler-scrambler (MACKAY, 2003), utiliza-se uma matriz m x m, cujas linhas são basesvetoriais para o código em questão. Essa matrizé denominada matriz de teste de paridade.Através de operações elementares “ou-exclusivo”podemos descobrir a matriz de teste de paridadedo código descrambler-scrambler.Para ilustrar esse método foi usado um casoprático, considerando o código descrambler-scrambler com configuração de geração doseguinte polinômio (Figura 8):ST = SA ⊕ SA. ∆1 ⊕ SA. ∆4

Assim, podemos representar os estados doregistrador, conforme Tabela 1.



Tabela 1 Representação de estados do codificadorB1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10

P1 0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9

P2 0 0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8

P3 0 0 0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7

P4 0 0 0 0 B1 B2 B3 B4 B5 B6

ST B1 B1+B2 B2+B3 B3+B4 B1+B4+B5

B2+B5+B6

B3+B6+B7

B4+B7+B8

B5+B8+B9

B6+B9+B10

Observa-se que o estado inicial do registrador é0000. O conteúdo do registrador após aintrodução do i-ésimo bit da sequência deinformação no codificador caracteriza o estadoda mensagem ST, em um dado instante.Sabe-se que os bits de paridade inseridos nocódigo descrambler-scrambler são, porconvenção, todos iguais a 1. Fazendo ST7, ST8,ST9 e ST10 igual a 1, pode-se simplificar oresultado obtido.Assim, das expressões da última linha da Tabela1 pode-se escrever:ST1 = B1ST2 = B1+B2ST3 = B2+B3ST4 = B3+B4ST5 = B1+B4+B5ST6 = B2+B5+B6ST7 = B3+B6+B7ST8 = B4

ST9 = B5ST10 = B6Apesar de B7 ser igual a 1, em ST7 ele semantém na equação porque não se cancela.Dessa forma, tem-se a matriz HC de teste deparidade do codificador da Figura 9.A matriz encontrada é de “baixa densidade”, istoé, a matriz apresenta mais ocorrências de “0” doque de “1”, o que é interessante, pois implica umalgoritmo menos complexo.Observa-se que a análise para detecção de errodo código descrambler-scrambler não se resumeapenas aos 4 últimos bits da palavra e toda apalavra-código é modificada.Dessa forma, o grafo-fator associado ao códigodescrambler-scrambler deverá ser arepresentação de toda a palavra-código,conforme Figura 10, que representa o lado docodificador em que se tem 10 bits de variáveis e10 bits de controle.

Figura 9 Matriz de teste de paridade do codificador

Figura 10 Fator de grafo do codificador



Tabela 2 Representação de estados do codificador

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10

P1 0 R1 R1+R2 R1+R2+R3 R1+R2+R3+R4

R2+R3+R4+R5

R1+R3+R4+R5+R6

R2+R4+R5+R6+R7

R1+R3+R5+R6+R7+R8

R1+R2+R4+R6+R7+R8+R9

P2 0 0 R1 R1+R2 R1+R2+R3

R1+R2+R3+R4

R2+R3+R4+R5

R1+R3+R4+R5+R6

R2+R4+R5+R6+R7

R1+R3+R5+R6+R7+R8

P3 0 0 0 R1 R1+R2 R1+R2+R3

R1+R2+R3+R4

R2+R3+R4+R5

R1+R3+R4+R5+R6

R2+R4+R5+R6+R7

P4 0 0 0 0 R1 R1+R2 R1+R2+R3

R1+R2+R3+R4

R2+R3+R4+R5

R1+R3+R4+R5+R6

SB R1 R1+R2 R1+R2+R3 R1+R2+R3+R4

R2+R3+R4+R5

R1+R3+R4+R5+R6

R2+R4+R5+R6+R7

R1+R3+R5+R6+R7

+R8

R1+R2+R4+R6+R7+R8+

R9

R2+R3+R5+R7+R8+R9+R10

Os nós de variáveis estão conectados aos nósde teste de paridade de controle se o elemento(i,j) da matriz H for igual a 1. Esses nós decontrole são representados por quadrados ecorrespondem às operações “ou-exclusivo”, deacordo com o polinômio da sequência MLSusada no código.Da mesma forma que o codificador, odecodificador do código descrambler-scramblerpode ser representado como um grafo bipartido.Seguindo o mesmo procedimento e assumindoum registrador com a mesma configuração do

registrador do codificador, a Tabela 2 mostra asrelações envolvidas.A última linha representa as relações entre osbits de controle e os de variáveis (entrada dodecodificador). Tem-se, na Figura 11, a matrizHD de teste de paridade do decodificador.A Figura 12 ilustra o grafo-fator do decodificador.É bem mais complexo do que o do codificadordevido à maior quantidade de “1” na matriz HD.O método dos grafos-fatores pode ser usadopara analisar o comportamento estatístico doscódigos. Análises de probabilidade de nãodetecção ou não correção podem ser realizadas.

Figura 11 Matriz de teste de paridade do decodificador

Figura 12 Fator de grafo do decodificador



O meio de transmissão, por exemplo, o canal desinalização da Plataforma Trópico ou Vectura,pode ser caracterizado como um processoestocástico, ao qual são associados:• um alfabeto de entrada A = {a1, a2, a3,....,

an};• um alfabeto de saída B = {b1, b2, b3,...., bn};• uma distribuição de probabilidade P (A/B),

que relaciona os símbolos que saem do canalem função dos símbolos que entram.

Pode-se classificar o canal como do tipo semmemória, considerando que a distribuição deprobabilidades atribuídas para esse canal éindependente do histórico de símbolostransmitidos, ou seja, as probabilidadesatribuídas ao canal, p (bj/ai), i=1,2,..n e j=1,2,...n,são independentes dos símbolos anteriores eposteriores transmitidos. Um canal simples, cujomodelo é largamente empregado, é o canalbinário simétrico, descrito pelo diagrama abaixo.Considerando a probabilidade de um símbolo daentrada (0 ou 1) ser transmitido sem erro para asaída e “1-s” é a probabilidade de o símbolo sertransmitido com erro tem-se: p (0/0) =p (1/1) =s ep (0/1) =p (1/0) =1-s.Sendo um produto de fatores, essa probabilidadecondicional conjunta também poderá serrepresentada por um grafo-fator e cada nó deparidade representa a função probabilidadecondicional a priori p (bj/ai). Se os valores b

recebidos na saída do canal não são, de fato,variáveis, mas sim constantes, cada nó deparidade desse grafo apenas depende de umaúnica variável ai. Dessa forma, podemosrepresentar o canal de sinalização de acordocom a Figura 13, na qual cada relação de bit deentrada para bit de saída tem associada umaprobabilidade P (b/a).Agrupando o grafo-fator do codificador e dodecodificador em série com o fator de grafo docanal binário simétrico e sem memória, obtém-seo grafo-fator global do código descrambler-scrambler da Figura 14.Dessa forma, conforme proposto inicialmente, foiexemplificado como pode ser obtido o modeloglobal baseado em grafo do código descrambler-scrambler. Em um trabalho futuro, poderá seravaliada a viabilidade do uso desse modelo naanálise probabilística da eficiência do código emquestão.

Conclusão e trabalhos futuros

Foram apresentados neste artigo o códigodetector de erros descrambler-scrambler, suautilização na comunicação interna deequipamentos Vectura e sua evolução paracódigo corretor de erros. Foi apresentadotambém como esse código pode ser modeladousando análise de grafos-fatores.

P(bi/ai)

ai

Figura 13 Fator de grafo do canal

Codificador

Canal

Decodificador

Figura 14 Fator de grafo global do código descrambler-scrambler



A grande simplicidade de implementação e apossibilidade de ser usado em sistemas detransmissão que envolvem mensagens dediferentes comprimentos motivaram odesenvolvimento desse código nosequipamentos Trópico e Vectura, que incluemcentrais telefônicas, softswitches usados emredes NGN e pontos de transferência etratamento de sinalização "intrusivos". Apesar deserem projetados para não apresentar erros detransmissão, esses equipamentos podem sersubmetidos a condições bastante adversas emtermos de ruídos elétricos, que podem levar aprobabilidades não nulas de erros detransmissão. O uso comercial de equipamentoscom o recurso de detecção de erros tem semostrado eficiente nesses casos. Além disso, éapresentado um código corretor de erros que,baseado na mesma topologia descrambler-scrambler, também pode ser usado em sistemascom diferentes comprimentos de mensagens.São destacadas características que diferenciamesses códigos.Como próximo passo, essa modelagem poderáser usada para fazer uma melhor avaliação dodesempenho desse código. Também poderárealizar as implementações sugeridas de tabelade identificação do ponto de ocorrência do erroem função da palavra final de erro e deaceleração do processo de decodificação usandoparalelização de máquinas de estado, comosugerido em Valenzuela (1994).

Agradecimentos

A elaboração deste artigo foi feita dentro do

Projeto CONVERTE, realizado com apoio daFINEP e recursos do FUNTTEL. Os autoresregistram aqui seu reconhecimento a todosaqueles envolvidos na viabilização deste projetoe agradecem particularmente as revisõesrealizadas por Angelo Antônio Mantovani eEdson Porto Fassoni.

Referências

GOLOMB, S. W. Shift Register Sequences,Editora Holden-Day, 1967.

MACKAY, D. J. C. Information Theory,Inference, and Learning Algorithms -Cambridge University Press 2003.

PETERSON, W.; WELDON E. J. ErrorCorrecting Codes, MIT Press, 1961.

VALENZUELA, V. Error Detecting code for aDigital Transmission System Based on adescrambler-scrambler Configuration –Campinas, 1987, International Symposium onInformation and Coding Theory.

VALENZUELA, V. Serial to Parallel Conversionof State Machines using Multi-Jump Flip-Flops, Rio de Janeiro, 1994 InternationalTelecommunications Symposium.

XIANG, N. et al. Time-reversal maximum-lengthsequence pairs for simultaneous acoustical dualsource measurements. Acoustical Society ofAmerica Journal, Vol. 113, Issue 4, April 2003.

ZUFFO, J. A. Subsistemas Digitais e Circuitosde Pulso, Editora USP, 1974.

Abstract

This article describes a new error correcting code based on a descrambler-scrambler structure. Itdescribes also its modeling in terms of factor graphs. This code corresponds to an evolution of thedescrambler-scrambler error detecting code previously developed for the Vectura equipment. For thispurpose the basic concepts are initially described as well as the motivation of these codes, particularly inthe Vectura equipment internal processor network. Furthermore, the error detecting code utilized in suchnetwork and a new error correcting code are described. Finally, an analysis is made of the use of factorgraphs to model such code. With the presentation of the error detection and error correction codes, theirefficiency is analyzed using an approach based on the characteristics of the maximum length pseudorandom sequences.

Key words: Error detecting code. Error correcting error. Factor graphs. Descrambler-scrambler.


Análise dos efeitos biológicos e genômicos emamostras de sangue submetidas a níveis

controlados de radiação emitida por sistemas detelefonia celular

Antônio Marini de Almeida*, Cássia de Lourdes Campanho**, Raquel Mary Rodrigues**, VanessaCristina Franco**, Bruno Peres dos Santos**, Juliana K. R. Heinrich**

Este trabalho apresenta a investigação dos efeitos biológicos da radiação eletromagnética produzida porsistemas CDMA e AMPS de telefonia celular, em culturas de células expostas durante 72 horas a taxasde absorção específica (SAR) variando de 0,8 a 10 W/kg. Foram investigadas instabilidades genômicaspela técnica de citogenética convencional e FISH (hibridização in situ por fluorescência) em amostras desangue de 10 doadores. A instabilidade genômica é um dos primeiros eventos que ocorrem na iniciaçãode tumores e, por essa razão, foram analisadas: a frequência e o tipo de anomalias cromossômicas, afrequência de micronúcleos, a aneuploidia e o status dos genes TP53, HER-2/neu e C-MYC em linfócitossubmetidos a campos de RF em um sistema de exposição controlado e altamente monitorado. Nossosresultados demonstram um efeito dose-dependente para a ocorrência de anomalias no DNA e resultadospositivos relevantes foram encontrados apenas acima dos limites de SAR estabelecidos pelasregulamentações.

Palavras-chave: Radiação não ionizante. Efeitos biológicos. Campos eletromagnéticos.

Introdução

Estudos in vitro são importantes para delinearpossíveis danos causados pela radiação nãoionizante ou campos de radiofrequência (RF) esuas interações com os sistemas biológicos taiscomo células, tecidos e organismos. A principalvantagem desses estudos é a possibilidade decontrolar quase todas as variáveis e condiçõesdos testes para descartar interferências edelinear os alvos da investigação para seremexplorados por estudos in vivo e clínico-epidemiológicos. Instabilidade genômica (IG) tem sido encontradaprincipalmente em células tumorais e écaracterizada por acúmulo de múltiplas trocasque convertem o genoma de uma célula normalem um genoma instável (SMITH et al., 2003).Essa instabilidade é caracterizada por alteraçõesgenéticas, como rearranjos cromossômicos,aneuploidia, aumento da frequência demicronúcleos, instabilidade de microssatélite,mutações, amplificações gênicas, trocas natranscrição de genes, transformação e mortecelular na primeira e nas subsequentes geraçõesde células após o insulto inicial (HUANG;SNYDER; MORGAN, 2003). Investigações in vitro em diferentes sistemascelulares demonstraram associações tantopositivas quanto negativas para danos à célula,levando à IG após exposição à RF, embora

muitos desses resultados tenham sido atribuídosa efeitos térmicos. Esses grupos sugeriram que aRF não é mutagênica em si e que os efeitosadversos dessa exposição devem-se aoaquecimento causado pela exposição das célulasà alta frequência ou a campos de alta intensidade(IVASHUCK et al., 1997; BRUSICK et al., 1998;MOULDER et al., 1999; BLETTNER; BERG,2000).Por outro lado, a aneuploidia do cromossomo 17foi observada em vias dose-dependentes comalterações relacionadas à segregaçãocromossômica, sugerindo que a RF podeinterferir no ciclo celular e causar danoscromossômicos e IG em experimentos com atemperatura do ambiente controlada(MASHEVICH et al., 2003). Outros eventos foramobservados e associados com a exposição à RFdose-dependente como: efluxo de moléculastransmembrana, erros de transcrição,transformação celular, mudanças na atividadeenzimática, fosforilação da hsp27 (proteína heatshock 27) e aumento dos níveis de mRNA dogene FOS (GOSWANI et al., 1999; PRABHAT etal., 1999; FRENCH et al., 2001; LESZCYNSKI etal., 2002; DI CARLO et al., 2002).Há uma grande preocupação considerandoexposição à RF e tumorigênese e, como ainstabilidade genômica é um dos primeiroseventos ocorridos na formação do tumor, foiinvestigada a frequência de danos

* Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: [email protected]** Laboratórios Clínicos Especializados – Citogenética – CAISM – Universidade Estadual de Campinas – Unicamp


Análise dos efeitos biológicos e genômicos em amostras de sangue submetidas a níveis controlados deradiação emitida por sistemas de telefonia celular

cromossômicos, a formação de micronúcleos e aaneuploidia em linfócitos submetidos a camposde RF em um sistema de exposição controlado ealtamente monitorado.

1 Materiais e métodos para análise

1.1 AmostraA população do estudo consistiu em 10indivíduos saudáveis, homens e mulheres, nãofumantes, que não haviam sido submetidos aexames de raio-X nos últimos 12 meses. Oestudo foi aprovado pela Universidade e peloComitê de Ética Nacional (CONEP). Osparticipantes foram informados dos objetivos doestudo e foi solicitada a assinatura do termo deconsentimento livre e esclarecido. Amostras desangue venoso foram coletadas em tubosheparinizados codificados e divididas para seremutilizadas em diferentes técnicas como amostrasteste, sham-exposed e controle.

1.2 Análises citogenéticas

Citogenéticas: culturas de curta duração foramestabelecidas utilizando 0,5 ml de sangueperiférico em meio de cultura HAM F-10(Nutricell) suplementado com fitohemaglutinina(Invitrogen) e 10% de soro fetal bovino (Nutricell).As células foram coletadas após 72 horas deestímulo e colcemid (Invitrogen) foi adicionado àsculturas aproximadamente uma hora antes dafixação e processamento finais. As culturasforam submetidas ao choque hipotônico emsolução de KCl 0,075 M por 10 minutos a 37oC efixadas em metanol: ácido acético (3:1) em trêslavagens sucessivas. Para a análise citogenéticaconvencional, os linfócitos foram corados emcorante Giemsa-Wright a 5% por 6 minutos. Foram analisadas aberrações estruturais como:quebras e gaps cromossômicos e cromatídicos,fragmentos acêntricos e dicêntricos, doubleminutes e aumento de satélites. Cada anomaliafoi registrada como um evento diferente. Asfrequências médias foram obtidas para cada tipode exposição. Para cada doador, 200 células

foram analisadas. Para a análise FISH, foramutilizadas sondas gene específicas e para orespectivo centrômero do cromossomo deorigem, para os genes TP-53, HER-2/neu e C-MYC (Qbiogene), de acordo com as instruçõesdo fabricante, em forma de minipreparação.Células com mais de dois sinais de hibridizaçãoforam reportadas com amplificação. Para osensaios de aumento da frequência demicronúcleos, as culturas de linfócitos de curtaduração foram estabelecidas como descritasanteriormente para a análise citogenéticaconvencional. No entanto, adicionou-secitocalasina B (Sigma) após 44 horas do estímuloinicial. As células foram submetidas ao choquehipotônico e fixadas apenas em metanol, em trêslavagens sucessivas. As células foram coradasem Giemsa-Wright a 5% por 6 minutos. Paracada doador, 1.000 células foram analisadas eas frequências médicas para cada tipo deexposição foram obtidas.

1.3 Sistema de exposiçãoO setup de exposição foi especialmentedesenvolvido para este projeto. Uma TEM Cell(Transverse Electromagnetic Cell) foi utilizadapara irradiar amostras em uma incubadora a37oC (Figura 1A) por 72 horas, que é o tempopreconizado para obtenção de metáfases paraanálise citogenética. A temperatura foi corrigidapela insuflação de ar, quando necessária,especialmente em níveis altos de SAR. Todos osparâmetros de exposição foram controlados e ascondições para obtenção dos níveis desejáveisde SAR foram medidas e estabelecidasanteriormente, em experimentos conduzidos noequipamento robótico Dasy4 (Figura 1B). Asculturas foram submetidas a níveis de 0,8; 2,0;5,0 e 10,0 W/kg, nas tecnologias AMPS e CDMA.Amostras do tipo sham-exposed (nas mesmascondições de transporte e armazenamento, massem exposição à radiação) e amostras-controle(controle do paciente, sem as mesmas condiçõesde transporte e armazenamento e sem exposiçãoà radiação) foram incluídas.


A. B.Figura 1 Setup de exposição: (A) Diagrama do sistema de exposição

(B) Sistema robótico Dasy 4 utilizado para caracterização das calibrações do sistema


2 Resultados

Com relação aos resultados obtidos com atécnica FISH (hibridização in situ porfluorescência), foram obtidas frequênciasmáximas para cada caso, dadas pelaporcentagem de células alteradas, para um dosgenes, para cada uma das classes de amostra,conforme resumido na Tabela 1.Apesar de as frequências máximas obtidas eobservadas na Tabela 1 terem se apresentadosensivelmente maiores que os controles,observou-se que os resultados eram confirmadosem um número maior de casos apenas acima dolimite de 5 W/kg, tendo chegado à totalidade decasos alterados quando as células foramsubmetidas ao limite de 10 W/kg, conformeTabela 2.Os resultados obtidos com o teste da frequênciade micronúcleos revelou porcentagens de 4,07%,8,93%, 13,36% e 8,74% respectivamente para:

controles, 0,8 W/kg AMPS, 10 W/kg AMPS esham-exposed. As frequências de micronúcleosaumentaram em níveis de SAR de 10 W/kgenquanto os resultados observados com o nívelde SAR de 0,8 W/kg – realisticamente próximoao nível de exposição a que uma pessoa ésubmetida – foram muito similares à frequênciaobtida com as amostras do tipo sham-exposed,podendo demonstrar algum efeito técnico e nãoda radiação propriamente dita.Um efeito dose-dependente foi claramentenotado em todos os parâmetros investigados,uma vez que as anomalias tornavam-se maisfrequentes de forma proporcional aos valores deSAR a que foram submetidas as amostras.Entre as anomalias citogenéticas maisfrequentemente observadas, notaram-se quebrascromatídicas (envolvendo as cromátides doscromossomos) e outros eventos como deleçãode fragmentos e amplificação, assim comocromossomos em anel, conforme Figura 2.

Tabela 1 Frequências máximas das alterações

GeneCDMA AMPS

2 W/kg 5 W/kg 10 W/kg 2 W/kg 5 W/kg 10 W/kgControle

CMYC 0 1,97 % 2,32 % 3,97 % 4,82 % 4,97 % 1,33 %

HER2 4,13 % 2,54 % 2,86 % 3,81 % 2,57 % 18,87 % 2,00 %

TP53 6,61 % 5,40 % 6,98 % 9,52 % 3,93 % 14,24 % 2,33 %

Tabela 2 Número de casos alterados acima dos resultados dos controles

GeneCDMA AMPS

2 W/kg 5 W/kg 10 W/kg 2 W/kg 5 W/kg 10 W/kg

CMYC 0 de 6 4 de 7 7 de 7 4 de 7 4 de 7 7 de 7

HER2 0 de 6 1 de 7 5 de 7 1 de 7 2 de 7 5 de 7

TP53 0 de 6 2 de 7 5 de 7 1 de 7 4 de 7 7 de 7

A B EC D F G H

Figura 2 Anomalias cromossômicas: (A) Aumento de satélite, (B/C) Quebras cromossômicas, (D) Gapcromatídico, (E) Deleção, (F) Cromossomo em anel, (G) Fragmento acêntrico, (H) Amplificação



3 Análise e discussão dos resultados

Uma preocupação geral para as pessoas quesão submetidas a campos de radiofrequência,especialmente com o aumento drástico donúmero de usuários da tecnologia celular, é a“conexão” entre radiação e câncer. Ainstabilidade genômica é largamente encontradaem células tumorais e existe uma evidência fortede que altos níveis de SAR, muito acima doslimites preconizados pelas legislações vigentes,possam ter um efeito genotóxico e induzir danoao DNA em algum nível. É interessante notar que a aneuploidia e asanomalias cromossômicas têm sidoconsideradas dois dos eventos mais notóriosrelacionados aos processos de tumorigênese –iniciação tumoral, uma vez que precede atransformação maligna em muitos tumores. Aaneuploidia no câncer e outras anomalias afetama dosagem gênica e um grande número deproteínas, incluindo aquelas envolvidas noaparato do fuso mitótico, necessário para osprocessos de divisão celular, fazendo com queessas anomalias tornem-se perpetuáveis (BIALY,2001). Mesmo detectando anomalias genômicasem células de sangue submetidas a níveisdiferentes de SAR, ainda resta identificar seessas células são capazes de escapar para umavia apoptótica, de morte celular programada,para exterminar os clones desbalanceados epreservar a integridade tecidual. Foramobservados muito mais eventos relacionados atranslocações e cromossomos marcadores doque a fragmentos dicêntricos, acêntricos ecromossomos em anel, estes últimosconsiderados menos estáveis e com rápidodesaparecimento in vivo (JOHNSON et al., 1998;LALIC et al., 2001).Em resposta ao efeito genotóxico da radiação,várias moléculas químicas, metabólitos celularesreativos e checkpoints de controle do ciclo celularpodem ser ativados, permitindo que uma célulase autorrepare ou evite a transmissão decromossomos anormais. O equilíbrio entre oseventos de ciclo celular, reparo de danos e inícioda morte celular programada são eventos quepodem determinar se o dano à célula ou ao DNAé compatível com a sobrevivência da célula ouse requer eliminação por via apoptótica. Defeitosnesses processos podem levar àhipersensibilidade ao estresse celular esusceptibilidade ao dano ao DNA, defeitosgenômicos e resistência à apoptose,características marcantes das células tumorais. Quando indivíduos expostos à radiação em umambiente de trabalho foram avaliados, foidemonstrado que outros fatores podempotencializar os efeitos clastogênicos da radiaçãocomo a deprivação de luz, resultando em umdistúrbio na secreção de melatonina (CASSONEet al., 1993). Essas observações podem explicar

o fato de que nossas amostras do tipo sham-exposed demonstraram médias maiores deanomalias quando comparadas às amostras-controle. É necessário considerar também quefatores epigenéticos e ambientais podem atuarfortemente como potencializadores dos efeitosno DNA. Nossos achados apoiam os resultadosde outros grupos, uma vez que foi possíveldemonstrar um efeito dose-dependente,particularmente com níveis de SAR acima de5 W/kg (TICE et al., 2002).O sistema de exposição utilizado nesses ensaiosfoi cuidadosamente proposto para atender àsnecessidades descritas no Projeto EMFInternacional da Organização Mundial da Saúde.Parâmetros como temperatura, potência e acaracterização da TEM Cell foram estudados emtestes de dosimetria, para que resultadosconfiáveis pudessem ser atingidos em condiçõesisotermais.Nossos resultados demonstram a importância daanálise genômica, especialmente através detécnicas de citogenética convencional emolecular e sugerem a utilização da análisecitogenética contínua, especialmente para osprofissionais submetidos à irradiaçãoocupacional (LALIC et al., 2001).

Conclusão

O efeito genotóxico da radiação no DNA dascélulas do sangue somente pôde ser verificadoquando estas foram submetidas a limites muitosuperiores aos preconizados nas legislações eliteratura técnica. A análise citogenética de rotinapode ser uma ferramenta importante para oacompanhamento da saúde do trabalhadorenvolvido em operações com altas doses de RF.

Referências

BRUSICK, D. et al. Genotoxicity ofradiofrequency radiation. Environmental andMolecular Mutagenesis, 1998; 32: 1-16.

HUANG, L.; SNYDER, A.R.; MORGAN, W. F.Radiation-induced genomic instability and itsimplications for radiation carcinogenesis.Oncogene, 2003; 22: 5848-5854.

IVASCHUK, O. L. et al. Exposure of nerve growthfactor-treated PC12 rat pheochromacytoma cellsto a modulated radiofrequency field at 836.55MHz: effects on c-jun and c-fos expression.Bioelectromagnetics, 1997; 18:223-229.

MOULDER, J. E. et al. Cell phones and cancer:what is the evidence for a connection?.Radiation Research, 1999; 151: 513-531.

SMITH, L. E. et al. Radiation-induced genomicinstability: radiation quality and dose response.Health Phys 2003. 85(1):23-9.



AbstractIn this work we have investigated the biological effects in cultured cells exposed to electromagneticradiation produced by mobile systems with CDMA and AMPS technologies during 72 hours with a SARranging from 0.8 to 10 W/kg. Using conventional and molecular cytogenetics (FISH – Fluorescent in situhybridization) techniques we investigated the genomic instability in cultured blood samples from 10donors. The samples were exposed to RF fields in a controlled and monitored system. Genomic instabilityis frequently related to tumorigenesis and in that way we analyzed: the frequency and type ofchromosomal abnormalities, micronuclei frequency, aneuploidy and gene status of the TP53, HER-2/neuand C-MYC genes. Our results have shown a dose-dependent effect on those DNA abnormalities andrelevant positive results were found only above the regulatory SAR limits.

Key words: Non ionizing radiation. Biological effects. Electromagnectics fields.


Propriedade intelectual do CPqD

Nesta seção, são apresentados os resumos dos pedidos de patentes depositados pelo

CPqD no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI), no segundo semestre de

2008, e de uma patente concedida pelo INPI.



1 Resumos dos pedidos de patentes depositados no segundo semestre de 2008

(54) MÉTODO E SISTEMA DE GESTÃO INTEGRADA DE FRAUDES E EVENTOS.Dados do pedido:

(21) PI 0802704-8(22) 18/08/2008(57) "MÉTODO E SISTEMA DE GESTÃO INTEGRADA DE FRAUDES E EVENTOS, queintegra informações provenientes de dois tipos de sistemas: Sistemas de Gerenciamentode Eventos de Segurança de Tecnologia da Informação (Segurança de TI) e Sistemas deGerenciamento de Prevenção e Detecção de Fraude (Fraudes), permitindo a investigação,monitoramento e correlação de transações bancárias dos clientes, realizadas através dosdiversos canais eletrônicos de comunicação de uma instituição bancária, com os váriosincidentes de sergurança provientes dos seus diversos ativos de TI (Internet Banking,aito-atendimento, cartões de débito e crédito, dentre outros), em tempo real e de formaon-line, oferecendo uma abordagem ampla e flexível no combate a fraudes e notratamento de incidentes de segurança da informação. Através desta abordagem integrada, a invenção permite o aprimoramento contínuoda assertividade (diminuição da taxa de falso-positivo – alarmes falsos) por meio daaplicação de métodos antifraudes, enriquecendo-os e alimentando-os com informaçõesrelevantes sobre eventos de segurança suspeitos provenientes de atividades maliciosascomprovadas através do monitoramento dos acessos aos equipamentos de TI, levandoem consideração regras de negócio, perfil comportamental dos clientes, modelos etécnicas científicas". (72) João Eduardo Ferreira Neto / André Blazko / Helen Mary Murphy Peres Teixeira /Claudia Sciortino de Reina.



(54) MÉTODO E SISTEMA PARA EMULAÇÃO DE RESTRIÇÕES NA REPRODUÇÃO DEPROGRAMAS, APLICATIVOS OU SERVIÇOS DE TELEVISÃO DIGITAL INTERATIVA.Dados do pedido:

(21) INPI/SP 018080071368(22) 18/11/2008(57) "MÉTODO E SISTEMA PARA EMULAÇÃO DE RESTRIÇÕES NA REPRODUÇÃO DEPROGRAMAS, APLICATIVOS OU SERVIÇOS DE TELEVISÃO DIGITAL INTERATIVA quepermitem a emulação de restrições e degradações que ocorrem no processo detransmissão e recepção de dados em sistemas reais de televisão digital interativa e noprocesso de reprodução dos programas de TVDI nos receptores reais. Desse modo,permite executar testes, avaliar os resultados e, se for o caso, detectar e corrigir falhas eincompatibilidades em relação ao resultado esperado no receptor do telespectador, antesmesmo da transmissão do programa de TVDI". (72) Takashi Tome / Nilsa Toyoko Azana.



(54) ESTAÇÃO TERMINAL E TOPOLOGIA DE REDE WIMAX ADHOC-MESH.Dados do pedido:

(21) INPI/SP 018080079631(22) 29/12/2008 (57) "ESTAÇÃO TERMINAL E TOPOLOGIA DE REDE WIMAX ADHOC-MESH, que integramuma rede WiMAX a outras redes, tais como adhoc-mesh ou WiFi, proporcionando umainfra-estrutura flexível e abrangente de telecomunicações sem fio de alto desempenho,com alto grau de capilaridade e auto-configurável, capaz de prover serviços de dados, voze vídeo/multimídia". (72) Fabrício Lira Figueiredo / Álvaro Augusto Machado de Medeiros / Paulo HenriqueMarques Santos / Mônica Domingues de Arruda Cachoni / Rosane Conti / Edson JoséBonon / Marcelo de Campos Franco Leal.



(54) MÉTODO E SISTEMA PARA GERAÇÃO EM TEMPO REAL DE MAPAS TEMÁTICOS AD-HOC VIA WEB.Dados do pedido:

(21) INPI/SP 018080079820(22) 30/12/2008(57) "MÉTODO E SISTEMA PARA GERAÇÃO EM TEMPO REAL DE MAPAS TEMÁTICOS AD-HOC VIA WEB, que gerencia a criação, armazenamento e manutenção de mapastemáticos ad-hoc via web, em tempo real, dispondo de mecanismos de integração comservidores de mapas, integração com repositórios de dados geográficos e não geográficos,geração de temas sobre expressões algébricas, combinação de elementos e filtros,consultas a metadados, computação de estatísticas, computação de particionamento dedados, simbolização de temas e controle de acesso, dentre outros. Possui uma arquitetura baseada em serviços, com uso de representações intermediáriase emprego de padrões de interoperabilidade, permitindo a integração com váriosservidores de mapas e repositórios de dados, tornando o sistema independente dessastecnologias. A arquitetura asssim concebida, em conjunto com as funcionalidades emecanismos disponibilizados, provêem uma solução de baixo custo, capaz de criar mapastemáticos na web em tempo de execução, fornecendo ao usuário, capacidades pararealização de análises temáticas sobre informações geográficas e não geográficas deforma flexível, aplicando-se a todos as áreas que utilizam sistemas de informaçõesgeográficas ou dados geográficos visualizáveis em clientes de mapas". (72) Sandro Danilo Gatti / Lin Tzy Li / Fernando Lindner Ramos / Tiago César Moronte



2 Resumo do pedido de patente concedido em 2008 pelo INPI

(54) CIRCUITO PARA EXCITAÇÃO SELETIVA DOS SENSORES INDUTIVOS PARA LEITURA EGRAVAÇÃO DE CARTÕES DE DÉBITO.Dados da concessão:

(21) PI 9302569-6(22) 30/07/1993(45) 02/01/2008(51) G11B 5/02 (2007.10), G11B 5/127 (2007.10)(57) "Trata-se de uma disposição de circuito de cabeça leitora na qual fica assegurada aequivalência entre a freqüência do sinal excitador e a ressonância do tanque formado pelosensor indutivo em paralelo com um capacitador. A invenção utiliza um oscilador (38)controlado por tensão VC0 para geração dos pulsos de sincronismo (54) do gerador (33) decorrente excitadora, sendo a tensão controladora obtida a partir da comparação entre afase da corrente de excitação e a fase da tensão sobre o tanque formado pelo sensor (11)e capacitador (17) ligados em paralelo. O circuito ainda prevê a limitação da amplitude dosinal excitador através do controle dos pulsos excitadores de corrente aplicados ao sensorindutivo". (72) Antenor Capeli Júnior / Manuel Augusto Miranda dos Santos Pato / Felipe RicardoClayton / Narcizo Sabbatini Júnior.



3 Códigos do INPI para Identificação de Dados Bibliográficos (INID) contidos nos documentosde patentes

(11) Número da patente(21) Número do pedido(22) Data do depósito(30) Dados da prioridade unionista (data de depósito, país, número)(45) Data da concessão da patente(51) Classificação internacional(54) Título(57) Resumo(72) Nome do inventor(81) Países designados


49-1 digital Cadernos CPqD · 2018. 8. 9. · CEP 13086-902 – Campinas, SP – Brasil DDG:...

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