Efficient Techniques for Management and Delivery of Video Data

The rapid advances in electronic imaging, storage, data compression telecommunications, and networking technology have resulted in a vast creation and use of digital videos in many important applications such as digital libraries, distance learning, public information systems, electronic commerce, movie on demand, etc. This brings about the need for management as well as delivery of video data. Organizing and managing video data, however, is much more complex than managing conventional text data due to their semantically rich and unstructured contents. Also, the enormous size of video files requires high communication bandwidth for data delivery. In this dissertation, I present the following techniques for video data management and delivery. Decomposing video into meaningful pieces (i.e., shots) is a very fundamental step to handling the complicated contents of video data. Content-based video parsing techniques are presented and analyzed. In order to reduce the computation cost substantially, a non-sequential approach to shot boundary detection is investigated. Efficient browsing and indexing of video data are essential for video data management. Non-linear browsing and cost-effective indexing schemes for video data based on their contents are described and evaluated. In order to satisfy various user requests, delivering long videos through the limited capacity of bandwidth is challenging work. To reduce the demand on this bandwidth, a hybrid of two effective approaches, periodic broadcast and scheduled multicast, is discussed and simulated. The current techniques related to the above works are discussed thoroughly to explain their advantages and disadvantages, and to make the new improved schemes. The substantial amount of experiments and simulations as well as the concepts are provided to compare the introduced techniques with the other existing ones. The results indicate that they outperform recent techniques by a significant margin. I conclude the dissertation with a discussing of future research directions

Conception d’un support de communication opportuniste pour les services pervasifs

The vision of pervasive computing of building interactive smart spaces in the physical environment is gradually heading from the research domain to reality. Computing capacity is moving beyond personal computers to many day-to-day devices, and these devices become, thanks to multiple interfaces, capable of communicating directly with one another or of connecting to the Internet.In this thesis, we are interested in a kind of pervasive computing environment that forms what we call an Intermittently Connected Hybrid Network (ICHN). An ICHN is a network composed of two parts: a fixed and a mobile part. The fixed part is formed of some fixed infostations (potentially connected together with some fixed infrastructure, typically the Internet). The mobile part, on the other hand, is formed of smartphones carried by nomadic people. While the fixed part is mainly stable, the mobile part is considered challenging and form what is called an Opportunistic Network. Indeed, relying on short-range communication means coupled with the free movements of people and radio interferences lead to frequent disconnections. To perform a network-wide communication, the "store, carry and forward" approach is usually applied. With this approach, a message can be stored temporarily on a device, in order to be forwarded later when circumstances permit. Any device can opportunistically be used as an intermediate relay to facilitate the propagation of a message from one part of the network to another. In this context, the provisioning of pervasive services is particularly challenging, and requires revisiting important components of the provisioning process, such as performing pervasive service discovery and invocation with the presence of connectivity disruptions and absence of both end-to-end paths and access continuity due to user mobility. This thesis addresses the problems of providing network-wide service provisioning in ICHNs and proposes solutions for pervasive service discovery, invocation and access continuity. Concerning service discovery challenge, we propose TAO-DIS, a service discovery protocol that performs an automatic and fast service discovery mechanism. TAO-DIS takes into account the hybrid nature of an ICHN and that the majority of services are provided by infostations. It permits mobile users to discover all the services in the surrounding environment in order to identify and choose the most convenient ones. To allow users to interact with the discovered services, we introduce TAO-INV. TAO-INV is a service invocation protocol specifically designed for ICHNs. It relies on a set of heuristics and mechanisms that ensures performing efficient routing of messages (both service requests and responses) between fixed infostations and mobile clients while preserving both low values of overhead and round trip delays. Since some infostations in the network might be connected, we propose a soft handover mechanism that modifies the invocation process in order to reduce service delivery delays. This handover mechanism takes into consideration the opportunistic nature of the mobile part of the ICHN. We have performed various experiments to evaluate our solutions and compare them with other protocols designed for ad hoc and opportunistic networks. The obtained results tend to prove that our solutions outperform these protocols, namely thanks to the optimizations we have developed for ICHNs. In our opinion, building specialized protocols that benefit from techniques specifically designed for ICHNs is an approach that should be pursued, in complement with research works on general-purpose communication protocolsLa vision de l'informatique ubiquitaire permettant de construire des espaces intelligents interactifs dans l'environnement physique passe, peu à peu, du domaine de la recherche à la réalité. La capacité de calcul ne se limite plus à l'ordinateur personnel mais s'intègre dans de multiples appareils du quotidien, et ces appareils deviennent, grâce à plusieurs interfaces, capables de communiquer directement les uns avec les autres ou bien de se connecter à Internet.Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à un type d'environnement cible de l'informatique ubiquitaire qui forme ce que nous appelons un réseau hybride à connexions intermittentes (ICHN). Un ICHN est un réseau composé de deux parties : une partie fixe et une partie mobile. La partie fixe est constituée de plusieurs infostations fixes (potentiellement reliées entre elles avec une infrastructure fixe, typiquement l'Internet). La partie mobile, quant à elle, est constituée de smartphones portés par des personnes nomades. Tandis que la partie fixe est principalement stable, la partie mobile pose un certain nombre de défis propres aux réseaux opportunistes. En effet, l'utilisation de moyens de communication à courte portée couplée à des déplacements de personnes non contraints et à des interférences radio induit des déconnexions fréquentes. Le concept du "store, carry and forward" est alors habituellement appliqué pour permettre la communication sur l'ensemble du réseau. Avec cette approche, un message peut être stocké temporairement sur un appareil avant d'être transféré plus tard quand les circonstances sont plus favorables. Ainsi, n'importe quel appareil devient un relai de transmission opportuniste qui permet de faciliter la propagation d'un message dans le réseau. Dans ce contexte, la fourniture de services est particulièrement problématique, et exige de revisiter les composants principaux du processus de fourniture, tels que la découverte et l'invocation de service, en présence de ruptures de connectivité et en l'absence de chemins de bout en bout. Cette thèse aborde les problèmes de fourniture de service sur l'ensemble d'un ICHN et propose des solutions pour la découverte de services, l'invocation et la continuité d'accès. En ce qui concerne le défi de la découverte de services, nous proposons TAO-DIS, un protocole qui met en œuvre un mécanisme automatique et rapide de découverte de services. TAO-DIS tient compte de la nature hybride d'un ICHN et du fait que la majorité des services sont fournis par des infostations. Il permet aux utilisateurs mobiles de découvrir tous les services dans l'environnement afin d'identifier et de choisir les plus intéressants. Pour permettre aux utilisateurs d'interagir avec les services découverts, nous introduisons TAO-INV. TAO-INV est un protocole d'invocation de service spécialement conçu pour les ICHN. Il se fonde sur un ensemble d'heuristiques et de mécanismes qui assurent un acheminement efficace des messages (des requêtes et des réponses de services) entre les infostations fixes et les clients mobiles tout en conservant un surcoût et des temps de réponses réduits. Puisque certaines infostations dans le réseau peuvent être reliées entre elles, nous proposons un mécanisme de continuité d'accès (handover) qui modifie le processus d'invocation pour réduire les délais de délivrance. Dans sa définition, il est tenu compte de la nature opportuniste de la partie mobile de l'ICHN. Nous avons mené diverses expérimentations pour évaluer nos solutions et les comparer à d'autres protocoles conçus pour des réseaux ad hoc et des réseaux opportunistes. Les résultats obtenus tendent à montrer que nos solutions surpassent ces autres protocoles, notamment grâce aux optimisations que nous avons développées pour les ICHN. À notre avis, construire des protocoles spécialisés qui tirent parti des techniques spécifiquement conçues pour les ICHN est une approche à poursuivre en complément des recherches sur des protocoles de communication polyvalent

Actes des Cinquièmes journées nationales du Groupement De Recherche CNRS du Génie de la Programmation et du Logiciel

National audienceCe document contient les actes des Cinquièmes journées nationales du Groupement De Recherche CNRS du Gé}nie de la Programmation et du Logiciel (GDR GPL) s'étant déroulées à Nancy du 3 au 5 avril 2013. Les contributions présentées dans ce document ont été sélectionnées par les différents groupes de travail du GDR. Il s'agit de résumés, de nouvelles versions, de posters et de démonstrations qui correspondent à des travaux qui ont déjà été validés par les comités de programmes d'autres conférences et revues et dont les droits appartiennent exclusivement à leurs auteurs

BMP : un protocole de communication basé sur la distance entre les objets de l'Internet des objets

La quatrième révolution technologique est en marche et stimule des avancées majeures dans les domaines de l’intelligence artificielle et de l’Internet des objets. Cette thèse s’intéresse aux communications entre les objets intelligents. Une revue de la littérature scientifique sur le sujet permet de constater que les protocoles créés pour ces communications s’appuient sur les méthodes de fonctionnement établies à l’époque de la communication entre postes informatiques fixes. Cette thèse propose un nouveau protocole de communication abandonnant ces idées pour plutôt s’appuyer sur la notion de position des objets. Le protocole se nomme BMP, pour Bounded Message Protocol. Les caractéristiques principales du protocole sont que tous les messages sont envoyés en mode diffusion et que la propagation s’arrête lorsqu’une distance du point d’émission est atteinte. Les messages de ce protocole présentent aussi une durée de vie au bout de laquelle chaque message doit être détruit. Ce protocole est conçu pour être léger avec un en-tête minimal à son fonctionnement. Deux implémentations sont réalisées. Une première est en C++ et est utilisée sur des microcontrôleurs de type Arduino. L’expérience réalisée avec cette implémentation permet de valider le bon fonctionnement des mécanismes de contrôle de BMP. Une deuxième implémentation est en Java et est utilisée sur des tablettes et téléphones Android. L’implémentation est utilisée pour un scénario imitant la vie réelle dans un appartement intelligent et confirme que BMP fonctionne dans ce type d’environnement. Parallèlement à BMP, cette thèse présente IPADL (pour Indoor Positioning for Activities of Daily Living), une méthode de positionnement d’objets devant permettre l’usage de BMP à l’intérieur des bâtiments. IPADL utilise des arbres de décision pour convertir un vecteur de puissances de signal issues d’antennes RFID en une position approximative. La méthode est améliorée par l’addition de mesures statistiques sur les puissances

Système de gestion de flux pour l'Internet des objets intelligents

The Internet of Things (IoT) is currently characterized by an ever-growing number of networked Things, i.e., devices which have their own identity together with advanced computation and networking capabilities: smartphones, smart watches, smart home appliances, etc. In addition, these Things are being equipped with more and more sensors and actuators that enable them to sense and act on their environment, enabling the physical world to be linked with the virtual world. Specifically, the IoT raises many challenges related to its very large scale and high dynamicity, as well as the great heterogeneity of the data and systems involved (e.g., powerful versus resource-constrained devices, mobile versus fixed devices, continuously-powered versus battery-powered devices, etc.). These challenges require new systems and techniques for developing applications that are able to (i) collect data from the numerous data sources of the IoT and (ii) interact both with the environment using the actuators, and with the users using dedicated GUIs. To this end, we defend the following thesis: given the huge volume of data continuously being produced by sensors (measurements and events), we must consider (i) data streams as the reference data model for the IoT and (ii) continuous processing as the reference computation model for processing these data streams. Moreover, knowing that privacy preservation and energy consumption are increasingly critical concerns, we claim that all the Things should be autonomous and work together in restricted areas as close as possible to the users rather than systematically shifting the computation logic into powerful servers or into the cloud. For this purpose, our main contribution can be summarized as designing and developing a distributed data stream management system for the IoT. In this context, we revisit two fundamental aspects of software engineering and distributed systems: service-oriented architecture and task deployment. We address the problems of (i) accessing data streams through services and (ii) deploying continuous processing tasks automatically, according to the characteristics of both tasks and devices. This research work lead to the development of a middleware layer called Dioptase, designed to run on the Things and abstract them as generic devices that can be dynamically assigned communication, storage and computation tasks according to their available resources. In order to validate the feasability and the relevance of our work, we implemented a prototype of Dioptase and evaluated its performance. In addition, we show that Dioptase is a realistic solution which can work in cooperation with legacy sensor and actuator networks currently deployed in the environment.L'Internet des objets (ou IdO) se traduit à l'heure actuelle par l'accroissement du nombre d'objets connectés, c'est-à-dire d'appareils possédant une identité propre et des capacités de calcul et de communication de plus en plus sophistiquées : téléphones, montres, appareils ménagers, etc. Ces objets embarquent un nombre grandissant de capteurs et d'actionneurs leur permettant de mesurer l'environnement et d'agir sur celui-ci, faisant ainsi le lien entre le monde physique et le monde virtuel. Spécifiquement, l'Internet des objets pose plusieurs problèmes, notamment du fait de sa très grande échelle, de sa nature dynamique et de l'hétérogénéité des données et des systèmes qui le composent (appareils puissants/peu puissants, fixes/mobiles, batteries/alimentations continues, etc.). Ces caractéristiques nécessitent des outils et des méthodes idoines pour la réalisation d'applications capables (i) d'extraire des informations utiles depuis les nombreuses sources de données disponibles et (ii) d'interagir aussi bien avec l'environnement, au moyen des actionneurs, qu'avec les utilisateurs, au moyen d'interfaces dédiées. Dans cette optique, nous défendons la thèse suivante : en raison de la nature continue des données (mesures physiques, évènements, etc.) et leur volume, il est important de considérer (i) les flux comme modèle de données de référence de l'Internet des objets et (ii) le traitement continu comme modèle de calcul privilégié pour transformer ces flux. En outre, étant donné les préoccupations croissantes relatives à la consommation énergétique et au respect de la vie privée, il est préférable de laisser les objets agir au plus près des utilisateurs, si possible de manière autonome, au lieu de déléguer systématiquement l'ensemble des tâches à de grandes entités extérieures telles que le cloud. À cette fin, notre principale contribution porte sur la réalisation d'un système distribué de gestion de flux de données pour l'Internet des objets. Nous réexaminons notamment deux aspects clés du génie logiciel et des systèmes distribués : les architectures de services et le déploiement. Ainsi, nous apportons des solutions (i) pour l'accès aux flux de données sous la forme de services et (ii) pour le déploiement automatique des traitements continus en fonction des caractéristiques des appareils. Ces travaux sont concrétisés sous la forme d'un intergiciel, Dioptase, spécifiquement conçu pour être exécuté directement sur les objets et les transformer en fournisseurs génériques de services de calcul et de stockage.Pour valider nos travaux et montrer la faisabilité de notre approche, nous introduisons un prototype de Dioptase dont nous évaluons les performances en pratique. De plus, nous montrons que Dioptase est une solution viable, capable de s'interfacer avec les systèmes antérieurs de capteurs et d'actionneurs déjà déployés dans l'environnement

Schémas de tatouage d'images, schémas de tatouage conjoint à la compression, et schémas de dissimulation de données

In this manuscript we address data-hiding in images and videos. Specifically we address robust watermarking for images, robust watermarking jointly with compression, and finally non robust data-hiding.The first part of the manuscript deals with high-rate robust watermarking. After having briefly recalled the concept of informed watermarking, we study the two major watermarking families : trellis-based watermarking and quantized-based watermarking. We propose, firstly to reduce the computational complexity of the trellis-based watermarking, with a rotation based embedding, and secondly to introduce a trellis-based quantization in a watermarking system based on quantization.The second part of the manuscript addresses the problem of watermarking jointly with a JPEG2000 compression step or an H.264 compression step. The quantization step and the watermarking step are achieved simultaneously, so that these two steps do not fight against each other. Watermarking in JPEG2000 is achieved by using the trellis quantization from the part 2 of the standard. Watermarking in H.264 is performed on the fly, after the quantization stage, choosing the best prediction through the process of rate-distortion optimization. We also propose to integrate a Tardos code to build an application for traitors tracing.The last part of the manuscript describes the different mechanisms of color hiding in a grayscale image. We propose two approaches based on hiding a color palette in its index image. The first approach relies on the optimization of an energetic function to get a decomposition of the color image allowing an easy embedding. The second approach consists in quickly obtaining a color palette of larger size and then in embedding it in a reversible way.Dans ce manuscrit nous abordons l’insertion de données dans les images et les vidéos. Plus particulièrement nous traitons du tatouage robuste dans les images, du tatouage robuste conjointement à la compression et enfin de l’insertion de données (non robuste).La première partie du manuscrit traite du tatouage robuste à haute capacité. Après avoir brièvement rappelé le concept de tatouage informé, nous étudions les deux principales familles de tatouage : le tatouage basé treillis et le tatouage basé quantification. Nous proposons d’une part de réduire la complexité calculatoire du tatouage basé treillis par une approche d’insertion par rotation, ainsi que d’autre part d’introduire une approche par quantification basée treillis au seind’un système de tatouage basé quantification.La deuxième partie du manuscrit aborde la problématique de tatouage conjointement à la phase de compression par JPEG2000 ou par H.264. L’idée consiste à faire en même temps l’étape de quantification et l’étape de tatouage, de sorte que ces deux étapes ne « luttent pas » l’une contre l’autre. Le tatouage au sein de JPEG2000 est effectué en détournant l’utilisation de la quantification basée treillis de la partie 2 du standard. Le tatouage au sein de H.264 est effectué à la volée, après la phase de quantification, en choisissant la meilleure prédiction via le processus d’optimisation débit-distorsion. Nous proposons également d’intégrer un code de Tardos pour construire une application de traçage de traîtres.La dernière partie du manuscrit décrit les différents mécanismes de dissimulation d’une information couleur au sein d’une image en niveaux de gris. Nous proposons deux approches reposant sur la dissimulation d’une palette couleur dans son image d’index. La première approche consiste à modéliser le problème puis à l’optimiser afin d’avoir une bonne décomposition de l’image couleur ainsi qu’une insertion aisée. La seconde approche consiste à obtenir, de manière rapide et sûre, une palette de plus grande dimension puis à l’insérer de manière réversible

La mise à disposition des œuvres et des informations sur les réseaux : régulation juridique et régulation technique

Technological developments lead to an exponential increase of the spread of works and information on the networks. Regulatory models from the analogical era based on physical medium scarcity and exclusivity are questioned by digital technology paradigms of copying, remixing and sharing. Copyright has been developed and adaptated at the same time than reproduction and dissemination technologies innovation, as an artificial corrective granting a limited monopoly of exploitation. But copyright can also lead to commons. We analyse how law and technology were conceptualised independently. Technical standards production process and the extension of exclusive rights are creating tensions between cultural industries and the public. This conception led to an intrication between regulation by law and technical protection measures, for the benefit of regulation by technology. Following research on lex informatica, we thus introduce a model based on the mutual influence between regulation by law and regulation by technology, toward legal categorisation redesign and an improved technical rights expression. The development of applications, ontologies and legal metadata allow to automate information and works exchanges management. Integrating regulation by law and regulation by technology, this model was built on the systematic analysis of various licensing models emerging on the networks, between access control and the constitution of Commons.Les développements techniques entraînent une croissance exponentielle de la circulation des œuvres et informations sur les réseaux. Les modèles de régulation de l'ère analogique élaborés sur la rareté du support sont remis en question par le numérique, fondé sur les paradigmes de la copie, de la réappropriation et du partage. Le droit d'auteur a été développé et adapté au rythme des innovations techniques de reproduction et de diffusion des œuvres, comme un correctif artificiel accordant une exclusivité temporaire d'exploitation. Il peut aussi conduire aux biens communs. Nous analysons comment droit et technique ont d'abord été pensés de manière indépendante. Les processus d'élaboration des normes et standards techniques et l'extension des droits exclusifs entraînent des tensions entre les industries culturelles et le public. Cette conception conduit à un enchevêtrement de lois et mesures techniques de protection au profit de la régulation technique. Nous proposons donc, dans la lignée de la lex informatica, un modèle fondé sur l'influence réciproque entre les disciplines, vers la reconception des catégories juridiques du droit d'auteur et vers une meilleure expression technique des droits. Le développement d'applications, d'ontologies et de métadonnées juridiques permet une automatisation de la régulation des échanges d'œuvres et d'informations. Mettant en œuvre une intégration plus équilibrée du droit et de la technique, ce modèle est notamment fondé sur l'analyse de licences et modèles contractuels qui se développent sur Internet, entre contrôle d'accès et biens communs

Villages et quartiers à risque d’abandon

The issue of villages and neighborhoods at risk of abandonment is a common topic in many Mediterranean regions and is considered as a strategic point of the new European policies. The progressive abandonment of inland areas, with phenomena of emigration and fragmentation of cultural heritage, is a common trend in countries characterized by economic underdevelopment. This leads to the decay of architectural artifacts and buildings and problems with land management. Some aspects of this issue are also found in several urban areas. The goal of this research work is collecting international debates, discussions, opinions and comparisons concerning the analysis, study, surveys, diagnoses and graphical rendering of architectural heritage and landscape as well as demo-ethno-anthropological witnesses, typological-constructive stratifications, materials and technologies of traditional and vernacular constructions of historic buildings