La compression des signaux ECG trouve encore plus d’importance avec le développement de la télémédecine. En effet, la compression permet de réduire considérablement les coûts de la transmission des informations médicales à travers les canaux de télécommunication. Notre objectif dans ce travail de thèse est d’élaborer des nouvelles méthodes de compression des signaux ECG à base des polynômes orthogonaux. Pour commencer, nous avons étudié les caractéristiques des signaux ECG, ainsi que différentes opérations de traitements souvent appliquées à ce signal. Nous avons aussi décrit de façon exhaustive et comparative, les algorithmes existants de compression des signaux ECG, en insistant sur ceux à base des approximations et interpolations polynomiales. Nous avons abordé par la suite, les fondements théoriques des polynômes orthogonaux, en étudiant successivement leur nature mathématique, les nombreuses et intéressantes propriétés qu’ils disposent et aussi les caractéristiques de quelques uns de ces polynômes. La modélisation polynomiale du signal ECG consiste d’abord à segmenter ce signal en cycles cardiaques après détection des complexes QRS, ensuite, on devra décomposer dans des bases polynomiales, les fenêtres de signaux obtenues après la segmentation. Les coefficients produits par la décomposition sont utilisés pour synthétiser les segments de signaux dans la phase de reconstruction. La compression revient à utiliser un petit nombre de coefficients pour représenter un segment de signal constitué d’un grand nombre d’échantillons. Nos expérimentations ont établi que les polynômes de Laguerre et les polynômes d’Hermite ne conduisaient pas à une bonne reconstruction du signal ECG. Par contre, les polynômes de Legendre et les polynômes de Tchebychev ont donné des résultats intéressants. En conséquence, nous concevons notre premier algorithme de compression de l’ECG en utilisant les polynômes de Jacobi. Lorsqu’on optimise cet algorithme en supprimant les effets de bords, il dévient universel et n’est plus dédié à la compression des seuls signaux ECG. Bien qu’individuellement, ni les polynômes de Laguerre, ni les fonctions d’Hermite ne permettent une bonne modélisation des segments du signal ECG, nous avons imaginé l’association des deux systèmes de fonctions pour représenter un cycle cardiaque. Le segment de l’ECG correspondant à un cycle cardiaque est scindé en deux parties dans ce cas: la ligne isoélectrique qu’on décompose en séries de polynômes de Laguerre et les ondes P-QRS-T modélisées par les fonctions d’Hermite. On obtient un second algorithme de compression des signaux ECG robuste et performant. / Developing new ECG data compression methods has become more important with the implementation of telemedicine. In fact, compression schemes could considerably reduce the cost of medical data transmission through modern telecommunication networks. Our aim in this thesis is to elaborate compression algorithms for ECG data, using orthogonal polynomials. To start, we studied ECG physiological origin, analysed this signal patterns, including characteristic waves and some signal processing procedures generally applied ECG. We also made an exhaustive review of ECG data compression algorithms, putting special emphasis on methods based on polynomial approximations or polynomials interpolations. We next dealt with the theory of orthogonal polynomials. We tackled on the mathematical construction and studied various and interesting properties of orthogonal polynomials. The modelling of ECG signals with orthogonal polynomials includes two stages: Firstly, ECG signal should be divided into blocks after QRS detection. These blocks must match with cardiac cycles. The second stage is the decomposition of blocks into polynomial bases. Decomposition let to coefficients which will be used to synthesize reconstructed signal. Compression is the fact of using a small number of coefficients to represent a block made of large number of signal samples. We realised ECG signals decompositions into some orthogonal polynomials bases: Laguerre polynomials and Hermite polynomials did not bring out good signal reconstruction. Interesting results were recorded with Legendre polynomials and Tchebychev polynomials. Consequently, our first algorithm for ECG data compression was designed using Jacobi polynomials. This algorithm could be optimized by suppression of boundary effects, it then becomes universal and could be used to compress other types of signal such as audio and image signals. Although Laguerre polynomials and Hermite functions could not individually let to good signal reconstruction, we imagined an association of both systems of functions to realize ECG compression. For that matter, every block of ECG signal that matches with a cardiac cycle is split in two parts. The first part consisting of the baseline section of ECG is decomposed in a series of Laguerre polynomials. The second part made of P-QRS-T waves is modelled with Hermite functions. This second algorithm for ECG data compression is robust and very competitive.

Les données audiovisuelles font partie de notre quotidien que ce soit pour des besoins professionnels ou tout simplement pour le loisir. Les quantités pléthoriques de ces données imposent un recours à la compression pour le stockage ou la diffusion, ce qui peut altérer la qualité audio-visuelle si les aspects perceptuels ne sont pas pris en compte. L’état de l’art sur la saillance et la qualité est très riche, ignorant souvent l’existence de la composante audio qui a un rôle important dans le parcours visuel et la qualité de l’expérience. Cette thèse a pour objectif de contribuer à combler le manque d’approches multimodales et ce, en suivant une démarche expérimentale dédiée. Les travaux associés se déclinent en deux parties : l’attention audiovisuelle et la qualité multimodale. Tout d'abord, afin de comprendre et d’analyser l’influence de l’audio sur les mouvements oculaires humains, nous avons mené une expérimentation oculométriques impliquant un panel d’observateurs, et exploitant une base de vidéos construite pour ce contexte. L'importance des visages a ainsi été confortée mais en particulier pour les visages parlants qui ont une saillance accrue. Sur la base de ces résultats, nous avons proposé un modèle de saillance audiovisuelle basé sur la détection des locuteurs dans la vidéo et exploitant les informations de bas niveau spatiales et temporelles. Par la suite, nous avons étudié l’influence de l’audio sur la qualité multimodale et multi-­supports. A cette fin, des campagnes d’évaluations psychovisuelles ont été menées dans l’optique de quantifier la qualité multimodale pour des applications de streaming vidéo où différents dispositifs de visualisation sont utilisés. / Audiovisual information are part of our daily life either for professional needs or simply for leisure purposes. The plethoric quantity of data requires the use of compression for both storage and transmission, which may alter the audiovisual quality if it does not account for perceptual aspects. The literature on saliency and quality is very rich, often ignoring the audio component playing an important role in the visual scanpath and the quality of experience. This thesis aims at contributing in overing the lack of multimodal approaches, by following a dedicated experimental procedures. The proposed work is twofold: visual attention modelling and multimodal quality evaluation. First, in order to better understand and analyze the influence of audio on humain ocular movements, we run several eyetracking experiments involving a panel of observers and exploiting a video dataset constructed for our context. The importance of faces has been confirmed, particularly for talking faces having an increased saliency. Following these results, we proposed an audiovisual saliency model based on locutors detection in video and relying on spatial and temporal low-­level features. Afterward, the influence of audio on multi-modal and multi-devices quality has been studied. To this end, psychovisual experiments have been conducted with the aim to quantify the multimodal quality in the context of video streaming applications where various display devices could be used.

En raison de la grande disponibilité des dispositifs de capture vidéo et des nouvelles pratiques liées aux réseaux sociaux, ainsi qu’à l’émergence des services en ligne, les images et les vidéos constituent aujourd’hui une partie importante de données transmises sur internet. Les applications de streaming vidéo représentent ainsi plus de 70% de la bande passante totale de l’internet. Des milliards d’images sont déjà stockées dans le cloud et des millions y sont téléchargés chaque jour. Les besoins toujours croissants en streaming et stockage nécessitent donc une amélioration constante des outils de compression d’image et de vidéo. Cette thèse vise à explorer des nouvelles approches pour améliorer les méthodes actuelles de prédiction inter-images. De telles méthodes tirent parti des redondances entre images similaires, et ont été développées à l’origine dans le contexte de la vidéo compression. Dans une première partie, de nouveaux outils de prédiction inter globaux et locaux sont associés pour améliorer l’efficacité des schémas de compression de bases de données d’image. En associant une compensation géométrique et photométrique globale avec une prédiction linéaire locale, des améliorations significatives peuvent être obtenues. Une seconde approche est ensuite proposée qui introduit un schéma de prédiction inter par régions. La méthode proposée est en mesure d’améliorer les performances de codage par rapport aux solutions existantes en estimant et en compensant les distorsions géométriques et photométriques à une échelle semi locale. Cette approche est ensuite adaptée et validée dans le cadre de la compression vidéo. Des améliorations en réduction de débit sont obtenues, en particulier pour les séquences présentant des mouvements complexes réels tels que des zooms et des rotations. La dernière partie de la thèse se concentre sur l’étude des méthodes d’apprentissage en profondeur dans le cadre de la prédiction inter. Ces dernières années, les réseaux de neurones profonds ont obtenu des résultats impressionnants pour un grand nombre de tâches de vision par ordinateur. Les méthodes basées sur l’apprentissage en profondeur proposées à l’origine pour de l’interpolation d’images sont étudiées ici dans le contexte de la compression vidéo. Des améliorations en terme de performances de codage sont obtenues par rapport aux méthodes d’estimation et de compensation de mouvements traditionnelles. Ces résultats mettent en évidence le fort potentiel de ces architectures profondes dans le domaine de la compression vidéo. / Due to the large availability of video cameras and new social media practices, as well as the emergence of cloud services, images and videos constitute today a significant amount of the total data that is transmitted over the internet. Video streaming applications account for more than 70% of the world internet bandwidth. Whereas billions of images are already stored in the cloud and millions are uploaded every day. The ever growing streaming and storage requirements of these media require the constant improvements of image and video coding tools. This thesis aims at exploring novel approaches for improving current inter-prediction methods. Such methods leverage redundancies between similar frames, and were originally developed in the context of video compression. In a first approach, novel global and local inter-prediction tools are associated to improve the efficiency of image sets compression schemes based on video codecs. By leveraging a global geometric and photometric compensation with a locally linear prediction, significant improvements can be obtained. A second approach is then proposed which introduces a region-based inter-prediction scheme. The proposed method is able to improve the coding performances compared to existing solutions by estimating and compensating geometric and photometric distortions on a semi-local level. This approach is then adapted and validated in the context of video compression. Bit-rate improvements are obtained, especially for sequences displaying complex real-world motions such as zooms and rotations. The last part of the thesis focuses on deep learning approaches for inter-prediction. Deep neural networks have shown striking results for a large number of computer vision tasks over the last years. Deep learning based methods proposed for frame interpolation applications are studied here in the context of video compression. Coding performance improvements over traditional motion estimation and compensation methods highlight the potential of these deep architectures.

High speed laser-scanning cameras such as Ranger3 from SICK send 3D images with high resolution and dynamic range. Typically the bandwidth of the transmission link set the limit for the operational frequency of the system. This thesis show how a lossless image compression system in most cases can be used to reduce bandwidth requirements and allow for higher operational frequencies. A hardware encoder is implemented in pl on the ZC-706 development board featuring a ZYNQ Z7045 SoC. In addition, a software decoder is implemented in C++. The encoder is based on the felics and jpeg-ls lossless compression algorithms and the implementation operate at 214.3 MHz with a max throughput of 3.43 Gbit/s. The compression ratio is compared to that of competing implementations from Teledyne DALSA Inc. and Pleora Technologies on a set of typical 3D range data images. The proposed algorithm achieve a higher compression ratio while maintaining a small hardware footprint.

This thesis deals with possible and realized decompression and playing of video on platforms, using FPGA unit. For implementation of this player is used platform FITKit, which has integrated VGA connector and large enough RAM memory. It uses a hard drive as memory medium with FAT32 file system.

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L’objectif principale de cette thèse est de procéder à une identification paramétrique d’un modèle rhéologique de matériau métallique à chaud en utilisant des données expérimentales issues d’une presse industrielle. Dans le premier chapitre, le principe de l’identification paramétrique est exposé. Des essais de compressions uniaxiale faites sur machine d’essais spécialisés y servent alors comme cas d’étude. Les notions de choix de la fonction-coût, du plan d’expérience et du modèle y sont alors abordées ainsi qu’une analyse de sensibilité. Le chapitre suivant présente l’outillage utilisé pour faire les expériences sur presse. Enfin, une évaluation des échanges thermiques et des frottements que subis la pièce lors de l’essai est faite. Le troisième chapitre se concentre sur l’identification paramétrique proprement dite. Ainsi, des simulations par élément fini de la compression sont faites et comparées aux essais expérimentaux. Les résultats de l’identification sont discutés et comparés à ce que proposait initialement la base de données du logiciel FORGE® ainsi que les paramètres identifiés pour le même matériau au chapitre 1. Une simulation d’une pièce complexe avec ces différents jeux de paramètres est ensuite comparée avec le forgeage réel de cette pièce. Le quatrième chapitre reprend les acquis du troisième en faisant une identification paramétrique pour la rhéologie d’Inconel 625. Une tentative d’identification d’un modèle de microstructure pour l’Inconel à partir d’essais industriel termine ce manuscrit. / The main objective of this thesis is to identify the parameters of a hot metal rheology model by using experimental data from an industrial press. In the first chapter, the principle of parameter identification is exposed. Uniaxial compression testing done on specialized devices serves as a case study. The notions of cost function, experimental design and rheological model are examined. A sensitivity analysis is also performed. The next chapter present the experimental tools used on the industrial press. Finally, the friction and thermal exchange that will happen during the tests are evaluated. The third chapter is about the inverse analysis on industrial press. Finite elements modelling of the compression is made and compared with the experiments. The identification results are then compared with the FORGE® software database and the material parameters found in chapter 1. A complex part is then simulated with these different parameters and compared with a real forging of this part. The fourth chapter uses the same methods as in chapter 3 to perform an identification on the rheological parameters of an Inconel 625. A microstructural model for the Inconel is then identified with industrial testing as reference.

abstract: An analysis is presented of a network of distributed receivers encumbered by strong in-band interference. The structure of information present across such receivers and how they might collaborate to recover a signal of interest is studied. Unstructured (random coding) and structured (lattice coding) strategies are studied towards this purpose for a certain adaptable system model. Asymptotic performances of these strategies and algorithms to compute them are developed. A jointly-compressed lattice code with proper configuration performs best of all strategies investigated. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2019

L’évolution des technologies vidéo permet des expériences de plus en plus immersives. Cependant, les technologies 3D actuelles sont encore très limitées et offrent des situations de visualisation qui ne sont ni confortables ni naturelles. La prochaine génération de technologies vidéo immersives apparait donc comme un défi technique majeur, en particulier avec la prometteuse approche light-field (LF). Le light-field représente tous les rayons lumineux dans une scène. De nouveaux dispositifs d’acquisition apparaissent, tels que des ensembles de caméras ou des appareils photo plénoptiques (basés sur des micro-lentilles). Plusieurs sortes de systèmes d’affichage ciblent des applications immersives, comme les visiocasques ou les écrans light-field basés sur la projection, et des applications cibles prometteuses existent déjà (e.g. la vidéo 360°, la réalité virtuelle, etc.). Depuis plusieurs années, le light-field a stimulé l’intérêt de plusieurs entreprises et institutions, par exemple dans des groupes MPEG et JPEG. Les contenus light-feld ont des structures spécifiques et utilisent une quantité massive de données, ce qui représente un défi pour implémenter les futurs services. L'un des buts principaux de notre travail est d'abord de déterminer quelles technologies sont réalistes ou prometteuses. Cette étude est faite sous l'angle de la compression image et vidéo, car l'efficacité de la compression est un facteur clé pour mettre en place ces services light-field sur le marché. On propose ensuite des nouveaux schémas de codage pour augmenter les performances de compression et permettre une transmission efficace des contenus light-field sur les futurs réseaux. / Evolutions in video technologies tend to offer increasingly immersive experiences. However, currently available 3D technologies are still very limited and only provide uncomfortable and unnatural viewing situations to the users. The next generation of immersive video technologies appears therefore as a major technical challenge, particularly with the promising light-field (LF) approach. The light-field represents all the light rays (i.e. in all directions) in a scene. New devices for sampling/capturing the light-field of a scene are emerging fast such as camera arrays or plenoptic cameras based on lenticular arrays. Several kinds of display systems target immersive applications like Head Mounted Display and projection-based light-field display systems, and promising target applications already exist. For several years now this light-field representation has been drawing a lot of interest from many companies and institutions, for example in MPEG and JPEG groups. Light-field contents have specific structures, and use a massive amount of data, that represent a challenge to set up future services. One of the main goals of this work is first to assess which technologies and formats are realistic or promising. The study is done through the scope of image/video compression, as compression efficiency is a key factor for enabling these services on the consumer markets. Secondly, improvements and new coding schemes are proposed to increase compression performance in order to enable efficient light-field content transmission on future networks.

High-speed laser triangulation 3D cameras, such as the Ranger3 from SICK, transmit image data to a PC for processing. The camera’s operational speed is constrained by the capabilities of the transmission link. By compressing the data, the bandwidth requirements of the camera is reduced. This thesis presents the development of a lossless image compression format developed for this purpose. The proposed image compression format features a single-pass encoder that utilizes run-length and delta encoding. It is designed to be suitable for implementation on field-programmable gate arrays (FPGAs) within high-speed laser-scanning cameras. Furthermore, the format offers configurability through parameters, enabling optimization for diverse types of image data to achieve more efficient compression. The compression ratio of the image compression format was evaluated using a range oftypical images captured by a Ranger3 camera. The compression ratio was measured across different configurations of the format and subsequently compared with that of PNG. The compression ratio achieved by the proposed format is on par with that of the PNG format, despite having a much simpler encoding process.