Modulo de reducción de dimensiones espectrales en un sistema de reconocimiento de patrones acústicos de motosierras y disparos por medio de una implementación en FPGA.

Abstract

Como parte de una iniciativa de protección ambiental se persigue implementar una red inalámbrica de sensores con capacidad de detectar sonidos de disparos y motosierras y alertar en tiempo real a las autoridades correspondientes la presencia de actividades ilegales. Dicha red de sensores está compuesta por un conjunto de nodos sensoriales, que son sistemas empotrados diseñados a la medida con cuatro componentes principales: una unidad de recolección de energía del entorno, una unidad de comunicación encargada de transmitir y recibir paquetes de datos hacia y desde nodos vecinos, una unidad computacional que controla todo el nodo y finalmente sensores que vigilan el entorno. Los requisitos de bajo consumo energético en el nodo, impuestos por las limitaciones de consecución de energía en el bosque, obligan a que parte del procesamiento sea delegado a circuitos integrados de aplicación específica, cuyo diseño y tecnología se orientan precisamente al bajo consumo. En este trabajo se describe el desarrollo del hardware para una sección de reducción de dimensiones basada en discriminantes de Fisher, que es parte de la cadena de procesamiento para el reconocimiento de patrones acústicos. Se propone un sistema que consta de dos fases de operación: una de entrenamiento y otra de ejecución. Para llevar a cabo el entrenamiento se utilizan en conjunto herramientas de software y hardware. Un generador escrito en C++ permite generar automáticamente el código VHDL del hardware optimizado para la reducción energética. Durante la etapa de ejecución, se utilizan multiplicadores CSD (canonical sign-digit) de bajo consumo energético, que permiten reducir el área y la complejidad del diseño. Los recursos utilizados por la implementación propuesta indican un ahorro en área y energía en comparación con otros multiplicadores.