Codage réseau pour des applications multimédias avancées

Network coding is a paradigm that allows an efficient use of the capacity of communication networks. It maximizes the throughput in a multi-hop multicast communication and reduces the delay. In this thesis, we focus our attention to the integration of the network coding framework to multimedia applications, and in particular to advanced systems that provide enhanced video services to the users. Our contributions concern several instances of advanced multimedia communications: an efficient framework for transmission of a live stream making joint use of network coding and multiple description coding; a novel transmission strategy for lossy wireless networks that guarantees a trade-off between loss resilience and short delay based on a rate-distortion optimized scheduling of the video frames, that we also extended to the case of interactive multi-view streaming; a distributed social caching system that, using network coding in conjunction with the knowledge of the users' preferences in terms of views, is able to select a replication scheme such that to provide a high video quality by accessing only other members of the social group without incurring the access cost associated with a connection to a central server and without exchanging large tables of metadata to keep track of the replicated parts; and, finally, a study on using blind source separation techniques to reduce the overhead incurred by network coding schemes based on error-detecting techniques such as parity coding and message digest generation. All our contributions are aimed at using network coding to enhance the quality of video transmission in terms of distortion and delay perceivedLe codage réseau est un paradigme qui permet une utilisation efficace du réseau. Il maximise le débit dans un réseau multi-saut en multicast et réduit le retard. Dans cette thèse, nous concentrons notre attention sur l’intégration du codage réseau aux applications multimédias, et en particulier aux systèmes avancès qui fournissent un service vidéo amélioré pour les utilisateurs. Nos contributions concernent plusieurs scénarios : un cadre de fonctions efficace pour la transmission de flux en directe qui utilise à la fois le codage réseau et le codage par description multiple, une nouvelle stratégie de transmission pour les réseaux sans fil avec perte qui garantit un compromis entre la résilience vis-à-vis des perte et la reduction du retard sur la base d’une optimisation débit-distorsion de l'ordonnancement des images vidéo, que nous avons également étendu au cas du streaming multi-vue interactive, un système replication sociale distribuée qui, en utilisant le réseau codage en relation et la connaissance des préférences des utilisateurs en termes de vue, est en mesure de sélectionner un schéma de réplication capable de fournir une vidéo de haute qualité en accédant seulement aux autres membres du groupe social, sans encourir le coût d’accès associé à une connexion à un serveur central et sans échanger des larges tables de métadonnées pour tenir trace des éléments répliqués, et, finalement, une étude sur l’utilisation de techniques de séparation aveugle de source -pour réduire l’overhead encouru par les schémas de codage réseau- basé sur des techniques de détection d’erreur telles que le codage de parité et la génération de message digest

Joint coding/decoding techniques and diversity techniques for video and HTML transmission over wireless point/multipoint: a survey

I. Introduction The concomitant developments of the Internet, which offers to its users always larger and more evolved contents (from HTML (HyperText Markup Language) files to multimedia applications), and of wireless systems and handhelds integrating them, have progressively convinced a fair share of people of the interest to always be connected. Still, constraints of heterogeneity, reliability, quality and delay over the transmission channels are generally imposed to fulfill the requirements of these new needs and their corresponding economical goals. This implies different theoretical and practical challenges for the digital communications community of the present time. This paper presents a survey of the different techniques existing in the domain of HTML and video stream transmission over erroneous or lossy channels. In particular, the existing techniques on joint source and channel coding and decoding for multimedia or HTML applications are surveyed, as well as the related problems of streaming and downloading files over an IP mobile link. Finally, various diversity techniques that can be considered for such links, from antenna diversity to coding diversity, are presented...L’engouement du grand public pour les applications multimédia sans fil ne cesse de croître depuis le développement d’Internet. Des contraintes d’hétérogénéité de canaux de transmission, de fiabilité, de qualité et de délai sont généralement exigées pour satisfaire les nouveaux besoins applicatifs entraînant ainsi des enjeux économiques importants. À l’heure actuelle, il reste encore un certain nombre de défis pratiques et théoriques lancés par les chercheurs de la communauté des communications numériques. C’est dans ce cadre que s’inscrit le panorama présenté ici. Cet article présente d’une part un état de l’art sur les principales techniques de codage et de décodage conjoint développées dans la littérature pour des applications multimédia de type téléchargement et diffusion de contenu sur lien mobile IP. Sont tout d’abord rappelées des notions fondamentales des communications numériques à savoir le codage de source, le codage de canal ainsi que les théorèmes de Shannon et leurs principales limitations. Les techniques de codage décodage conjoint présentées dans cet article concernent essentiellement celles développées pour des schémas de codage de source faisant intervenir des codes à longueur variable (CLV) notamment les codes d’Huffman, arithmétiques et les codes entropiques universels de type Lempel-Ziv (LZ). Faisant face au problème de la transmission de données (Hypertext Markup Language (HTML) et vidéo) sur un lien sans fil, cet article présente d’autre part un panorama de techniques de diversités plus ou moins complexes en vue d’introduire le nouveau système à multiples antennes d’émission et de réception

Gestion de la qualité de service et planification optimale de réseaux de capteurs multimédia sans fil

RÉSUMÉ Un RCSF est constitué d'un certain nombre d'entités (capteurs) géographiquement dispersées, de taille réduite, avec une autonomie et une puissance de traitement réduites. Ces dispositifs sont utilisés pour réaliser, de manière indépendante, des tâches comme la surveillance, le contrôle de processus industriel, etc. Les avancées en microélectronique ont conduit à l'émergence des petites caméras (type CMOS) et microphones accessibles. Ces capteurs audio-visuels peuvent être intégrés dans un RCSF pour former des RCMSF. Dans certains types d'applications, comme la surveillance des frontières, un grand nombre de ce type de capteurs est susceptible d'être déployés, sur de vastes terrains. Un volume considérable de flux audio-visuel (en plus des données) doit être transmis au centre de contrôle (le collecteur, ou SINK) pour analyse et prise de décision. Il y a donc un besoin important en termes de bande passante, avec surtout une forte contrainte en termes de délai de transmission et d'autres paramètres de RCSF. Des solutions pour le routage d'information ont été développées pour des RCSF, mais ces protocoles n'ont pas pris en compte la génération à grande échelle des données multimédia, elles sont par conséquent inadaptées aux RCMSF. Les capteurs typiquement sont omnidirectionnels, c'est-à-dire qu'ils sont capables de capter des signaux qui proviennent de toutes les directions autour d'eux. Les capteurs multimédia, en particulier les capteurs de vidéo, sont de type directionnel. Pour ce type de capteurs, l'aire de captage est limitée à un secteur donné d'un plan tridimensionnel. Malheureusement, les modèles mathématiques développés pour le placement des RCMSF conventionnels ne peuvent pas être appliqués dans le cadre de la configuration et de la planification des réseaux de capteurs directionnels. De nouveaux modèles d'optimisation sont donc nécessaires pour la capture des principaux paramètres caractérisant les capteurs directionnels. Dans cette thèse, nous abordons donc les problèmes clés suivants: le routage des données hétérogènes (scalaires et multimédia) pour les nœuds d'un RCMSF afin d'assurer une meilleure QdS aux usagers; et le déploiement optimisé de capteurs directionnels d'un RCMSF dans un espace tridimensionnel dont le but est couvrir un ensemble de points d'intérêts définis dans tel espace. Notre thèse se compose de trois articles scientifiques, chacun traitant d'une problématique bien spécifique. Le premier article traite du problème du routage d'information pour les RCMSF basé sur la QdS. Nous proposons un nouveau protocole, AntSensNet, basé sur l'heuristique de la colonie de fourmis, qui utilise plusieurs métriques de QdS pour trouver de bonnes routes pour les données multimédia et l'information scalaire. Dans la pratique, le protocole établit d'abord une structure hiérarchique sur le réseau avant de choisir les chemins appropriés pour répondre aux diverses exigences de QdS des différents types de trafic qui circulent dans le réseau. Ceci permet de maximiser l'utilisation des ressources du réseau, tout en améliorant la performance de la transmission de l'information. En outre, AntSensNet est capable d'utiliser un mécanisme efficace d'ordonnancement de paquets et de multiples chemins afin d'obtenir la distorsion minimale au moment où une application fait la transmission de la vidéo dans le réseau. Dans le deuxième article nous continuons avec le sujet de la QdS dans le RCMSFs et, plus spécifiquement, nous abordons la problématique du contrôle d'admission pour ce type de réseau. Grâce au contrôle d'admission, il est possible de déterminer si un réseau est capable de supporter un nouveau flot de données. S'il n'y a pas de contrôle d'admission dans un RCMSF, le performance du réseau sera compromis car les ressources existantes dans le réseau ne seront pas assez pour tous les flots acceptés et cela entraînera beaucoup de problèmes comme la perte de paquets des flots. Nous proposons un nouveau schéma de contrôle d'admission de nouveaux flots multimédia pour un RCMSF. Le système proposé est en mesure de déterminer si un flot de données puisse être admis dans le réseau, compte tenu de l'état actuel des liaisons de communications et l'énergie des nœuds. La décision sur l'acceptation est prise de manière distribuée, sans utiliser une entité centrale. De plus, notre schéma se présente comme un plug-in, et est adaptable à d'éventuels protocoles de routage et MAC utilisés pour la transmission de données dans les RCMSF. Nos résultats de simulation montrent l'efficacité de notre approche pour répondre aux exigences de QdS des nouveaux flots de données. Finalement, notre troisième article traite du problème du déploiement optimal des capteurs multimédia dans un espace 3D. Tel que mentionné ci-dessus, la plupart des capteurs multimédia sont du type directionnel. De surcroît, ces capteurs sont plus coûteux et plus spécialisés que les capteurs scalaires. En conséquence, les déploiements aléatoires, qui sont typiques pour les capteurs scalaires, ne sont ni souhaitables ni adéquats pour les capteurs multimédia. A cet effet, nous proposons un modèle optimal de déploiement 3D de capteurs directionnels. Ce modèle vise à déterminer le nombre minimum de capteurs directionnels connectés, leur emplacement et leur configuration, qui sont nécessaires pour couvrir un ensemble de points de contrôle dans un espace 3D donné. La configuration de chaque capteur déployé est déterminée par trois paramètres : la plage de détection, le champ de vision (FoV) et l'orientation. Nous présentons une formulation « Integer Linear Programming » (ILP) pour trouver la solution exacte du problème et aussi, un algorithme glouton capable de trouver une solution approximative (mais efficace) du problème. Nous évaluons également différentes propriétés des solutions proposées par le biais de nombreuses simulations. Avec ces trois articles on a réussi à résoudre, d'une façon à la fois innovatrice et pratique, les problèmes de routage basé sur la QdS pour les RCMSF et le déploiement de capteurs directionnels, qui sont l'objectif principal de notre recherche.----------ABSTRACT A Wireless Sensor Network (WSN) consists of a set of embedded processing units, called sensors, communicating via wireless links, whose main function is the collection of parameters related to the surrounding environment, such as temperature, pressure or the presence/motion of objects. WSN are expected to have many applications in various fields, such as industrial processes, military surveillance, observation and monitoring of habitat, etc. The availability of inexpensive hardware such as CMOS cameras and microphones that are able to ubiquitously capture multimedia content from the environment has fostered the development of Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs), i.e., networks of wirelessly interconnected devices that allow retrieving video and audio streams, still images, and scalar sensor data. In addition to the ability to retrieve multimedia data, WMSNs will be able to store, process in real time, correlate and fuse multimedia data originated from heterogeneous sources, and perform actions on the environment based on the content gathered. Many applications require the sensor network paradigm to be rethought in view of the need for mechanisms to deliver multimedia content with a certain level of quality of service (QoS). Due to high bandwidth, processing and stringent Qos requirements existing solutions are not feasible for WMSNs. Since the need to minimize the energy consumption has driven most of the research in sensor networks so far, there is a need to create mechanisms to efficiently deliver application-level QoS, and to map these requirements to network-layer metrics such as latency or delay. Additionally, in WSNs, an omnidirectional sensing model is often assumed where each sensor can equally detect its environment in each direction. Instead, multimedia sensors, specially video sensor, are directional sensors. A directional sensor is characterized by its sensing region which can be viewed as a sector in a three-dimensional plane. Therefore, it can only choose one active sector (or direction) at any time instant. Unfortunately, the many methods developed for deploying traditional WSNs cannot directly be used for optimizing and configuring directional WMSNs due to the different parameters involved. Therefore, new optimization models which capture the primary parameters characterizing directional sensors are necessary. The issues aforementioned are crucial challenges for the development of WMSNs. In this thesis, we are interested in the following aspects: routing of heterogeneous data (scalar and multimedia) from the nodes of a WMSN to the sink in order to provide better QoS experience to users; and an optimized deployment of directional sensors of a WMSN in a three-dimensional surface with the objective to cover all the control points as defined in such a space. Our thesis runs through three scientific papers, each addressing a specific problem. In our first paper, we address the problem of data routing based on different QoS metrics in a WMSN. We propose a new protocol AntSensNet, based on the traditional ant-based algorithm. The AntSensNet protocol builds a hierarchical structure on the network before choosing suitable paths to meet various QoS requirements from different kinds of traffic, thus maximizing network utilization, while improving its performance. In addition, AntSensNet is able to use a efficient multipath video packet scheduling in order to get minimum video distortion transmission. In the second paper, we address the problem of connection admission control for WMSNs. With admission control, it is possible to determine whether a network is capable of supporting a new data stream. Without admission control in a WMSN, the network performance will be compromised because the existing resources within the network cannot be enough for all the flows accepted and this will cause many problems such as packet loss and congestion. Taking multiple parameters into account, we propose a novel connection admission control scheme for the multimedia traffic circulating in the network. The proposed scheme is able to determine if a new flow can be admitted in the network considering the current link states and the energy of the nodes. The decision about accepting is taken in a distributed way, without trusting in a central entity to take this decision. In addition, our scheme works like a plug-in, being easily adaptable to any routing and MAC protocols. Our simulation results show the effectiveness of our approach to satisfy QoS requirements of flows and achieve fair bandwidth utilization and low jitter. Finally, in the third paper, we address the problem of optimal deployment of directional sensors in a 3D space. We have already mentioned that conventional methods to deploy omnidirectional sensors are not suitable to deploy directional sensors. To remedy this deficiency, we propose a mathematical model which aims at to determine the minimum number of connected directional multimedia sensor nodes and their configuration, needed to cover a set of control points in a given 3D space. The configuration of each deployed sensor is determined by three parameters: sensing range, field of view and orientation. We present the exact ILP formulation for the problem and an approximate (but computationally efficient) greedy algorithm solution. We also evaluate different properties of the proposed solutions through extensive simulations. Overall, the proposed solutions in this thesis are both innovative and practical. With these three papers, we have been successfully resolved the problems of a QoS-based routing protocol for WMSN and an optimal deployment of directional sensors in a 3D space, which are the components of the main objective of this thesis

Proceedings of the Third Edition of the Annual Conference on Wireless On-demand Network Systems and Services (WONS 2006)

Ce fichier regroupe en un seul documents l'ensemble des articles accéptés pour la conférences WONS2006/http://citi.insa-lyon.fr/wons2006/index.htmlThis year, 56 papers were submitted. From the Open Call submissions we accepted 16 papers as full papers (up to 12 pages) and 8 papers as short papers (up to 6 pages). All the accepted papers will be presented orally in the Workshop sessions. More precisely, the selected papers have been organized in 7 session: Channel access and scheduling, Energy-aware Protocols, QoS in Mobile Ad-Hoc networks, Multihop Performance Issues, Wireless Internet, Applications and finally Security Issues. The papers (and authors) come from all parts of the world, confirming the international stature of this Workshop. The majority of the contributions are from Europe (France, Germany, Greece, Italy, Netherlands, Norway, Switzerland, UK). However, a significant number is from Australia, Brazil, Canada, Iran, Korea and USA. The proceedings also include two invited papers. We take this opportunity to thank all the authors who submitted their papers to WONS 2006. You helped make this event again a success

Optimisation énergétique de processus de traitement du signal et ses applications au décodage vidéo

Consumer electronics offer today more and more features (video, audio, GPS, Internet) and connectivity means (multi-radio systems with WiFi, Bluetooth, UMTS, HSPA, LTE-advanced ... ). The power demand of these devices is growing for the digital part especially for the processing chip. To support this ever increasing computing demand, processor architectures have evolved with multicore processors, graphics processors (GPU) and ether dedicated hardware accelerators. However, the evolution of battery technology is itself slower. Therefore, the autonomy of embedded systems is now under a great pressure. Among the new functionalities supported by mobile devices, video services take a prominent place. lndeed, recent analyzes show that they will represent 70% of mobile Internet traffic by 2016. Accompanying this growth, new technologies are emerging for new services and applications. Among them HEVC (High Efficiency Video Coding) can double the data compression while maintaining a subjective quality equivalent to its predecessor, the H.264 standard. ln a digital circuit, the total power consumption is made of static power and dynamic power. Most of modern hardware architectures implement means to control the power consumption of the system. Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) mainly reduces the dynamic power of the circuit. This technique aims to adapt the power of the processor (and therefore its consumption) to the actual load needed by the application. To control the static power, Dynamic Power Management (DPM or sleep modes) aims to stop the voltage supplies associated with specific areas of the chip. ln this thesis, we first present a model of the energy consumed by the circuit integrating DPM and DVFS modes. This model is generalized to multi-core integrated circuits and to a rapid prototyping tool. Thus, the optimal operating point of a circuit, i.e. the operating frequency and the number of active cores, is identified. Secondly, the HEVC application is integrated to a multicore architecture coupled with a sophisticated DVFS mechanism. We show that this application can be implemented efficiently on general purpose processors (GPP) while minimizing the power consumption. Finally, and to get further energy gain, we propose a modified HEVC decoder that is capable to tune its energy gains together with a decoding quality trade-off.Aujourd'hui, les appareils électroniques offrent de plus en plus de fonctionnalités (vidéo, audio, GPS, internet) et des connectivités variées (multi-systèmes de radio avec WiFi, Bluetooth, UMTS, HSPA, LTE-advanced ... ). La demande en puissance de ces appareils est donc grandissante pour la partie numérique et notamment le processeur de calcul. Pour répondre à ce besoin sans cesse croissant de nouvelles fonctionnalités et donc de puissance de calcul, les architectures des processeurs ont beaucoup évolué : processeurs multi-coeurs, processeurs graphiques (GPU) et autres accélérateurs matériels dédiés. Cependant, alors que de nouvelles architectures matérielles peinent à répondre aux exigences de performance, l'évolution de la technologie des batteries est quant à elle encore plus lente. En conséquence, l'autonomie des systèmes embarqués est aujourd'hui sous pression. Parmi les nouveaux services supportés par les terminaux mobiles, la vidéo prend une place prépondérante. En effet, des analyses récentes de tendance montrent qu'elle représentera 70 % du trafic internet mobile dès 2016. Accompagnant cette croissance, de nouvelles technologies émergent permettant de nouveaux services et applications. Parmi elles, HEVC (High Efficiency Video Coding) permet de doubler la compression de données tout en garantissant une qualité subjective équivalente à son prédécesseur, la norme H.264. Dans un circuit numérique, la consommation provient de deux éléments: la puissance statique et la puissance dynamique. La plupart des architectures matérielles récentes mettent en oeuvre des procédés permettant de contrôler la puissance du système. Le changement dynamique du couple tension/fréquence appelé Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) agit principalement sur la puissance dynamique du circuit. Cette technique permet d'adapter la puissance du processeur (et donc sa consommation) à la charge réelle nécessaire pour une application. Pour contrôler la puissance statique, le Dynamic Power Management (DPM, ou modes de veille) consistant à arrêter les alimentations associées à des zones spécifiques de la puce. Dans cette thèse, nous présentons d'abord une modélisation de l'énergie consommée par le circuit intégrant les modes DVFS et DPM. Cette modélisation est généralisée au circuit multi-coeurs et intégrée à un outil de prototypage rapide. Ainsi le point de fonctionnement optimal d'un circuit, la fréquence de fonctionnement et le nombre de coeurs actifs, est identifié. Dans un second temps, l'application HEVC est intégrée à une architecture multi-coeurs avec une adaptation dynamique de la fréquence de développement. Nous montrons que cette application peut être implémentée efficacement sur des processeurs généralistes (GPP) tout en minimisant la puissance consommée. Enfin, et pour aller plus loin dans les gains en énergie, nous proposons une modification du décodeur HEVC qui permet à un décodeur de baisser encore plus sa consommation en fonction du budget énergétique disponible localement

Road-based routing in vehicular ad hoc networks

Vehicular ad hoc networks (VANETs) can provide scalable and cost-effective solutions for applications such as traffic safety, dynamic route planning, and context-aware advertisement using short-range wireless communication. To function properly, these applications require efficient routing protocols. However, existing mobile ad hoc network routing and forwarding approaches have limited performance in VANETs. This dissertation shows that routing protocols which account for VANET-specific characteristics in their designs, such as high density and constrained mobility, can provide good performance for a large spectrum of applications. This work proposes a novel class of routing protocols as well as three forwarding optimizations for VANETs. The Road-Based using Vehicular Traffic (RBVT) routing is a novel class of routing protocols for VANETs. RBVT protocols leverage real-time vehicular traffic information to create stable road-based paths consisting of successions of road intersections that have, with high probability, network connectivity among them. Evaluations of RBVT protocols working in conjunction with geographical forwarding show delivery rate increases as much as 40% and delay decreases as much as 85% when compared with existing protocols. Three optimizations are proposed to increase forwarding performance. First, one- hop geographical forwarding is improved using a distributed receiver-based election of next hops, which leads to as much as 3 times higher delivery rates in highly congested networks. Second, theoretical analysis and simulation results demonstrate that the delay in highly congested networks can be reduced by half by switching from traditional FIFO with Taildrop queuing to LIFO with Frontdrop queuing. Third, nodes can determine suitable times to transmit data across RBVT paths or proactively replace routes before they break using analytical models that accurately predict the expected road-based path durations in VANETs

Learning by correlation for computer vision applications: from Kernel methods to deep learning

Learning to spot analogies and differences within/across visual categories is an arguably powerful approach in machine learning and pattern recognition which is directly inspired by human cognition. In this thesis, we investigate a variety of approaches which are primarily driven by correlation and tackle several computer vision applications

Aeronautical Engineering: A continuing bibliography, supplement 116

This bibliography lists 550 reports, articles, and other documents introduced into the NASA scientific and technical information system in November 1979

Proceedings of the NASA Conference on Space Telerobotics, volume 4

Papers presented at the NASA Conference on Space Telerobotics are compiled. The theme of the conference was man-machine collaboration in space. The conference provided a forum for researchers and engineers to exchange ideas on the research and development required for the application of telerobotic technology to the space systems planned for the 1990's and beyond. Volume 4 contains papers related to the following subject areas: manipulator control; telemanipulation; flight experiments (systems and simulators); sensor-based planning; robot kinematics, dynamics, and control; robot task planning and assembly; and research activities at the NASA Langley Research Center