De nombreux systèmes embarqués implémentent des applications de traitement du signal, notamment lors de communications. Certains de ces traitements sont effectués par des filtres linéaires, qu'il est donc nécessaire de mettre en oeuvre numériquement sur ces cibles. Les systèmes embarqués sont sujets à diverses contraintes qu'il faut optimiser tout en conservant des systèmes fiables en terme de performance et de précision. L'arithmétique virgule fixe est généralement préférée à l'arithmétique flottante pour des systèmes embarqués de traitement du signal, entre autres car elle est moins coûteuse, disponibles dans tous les systèmes, permet d'utiliser des largeurs arbitraires sur des cibles matérielles et est généralement suffisante en terme de précision pour les applications de traitement du signal. Le calcul en virgule fixe nécessite d'aligner les positions des virgules pour ainsi rendre cohérent des calculs à base de nombres entiers. Cela implique des quantifications et l'enjeu est donc de minimiser la répercussion de ces arrondis sur le résultat final, en proposant une garantie sur l'erreur sur la sortie. Une méthodologie a été proposée durant cette thèse qui, à partir d'un algorithme de filtre linéaire, utilise une méthode analytique pour implémenter cet algorithme en virgule fixe et générer du code. Cette méthodologie considère à la fois les implémentations logicielles, et les implémentations matérielles qui impliquent la résolution d'un problème d'optimisation. Un outil, nommé FiPoGen, a été développé pour mettre en oeuvre les méthodes proposées et fournir automatiquement un code virgule fixe implémentant un filtre donné avec garantie sur l'erreur sur la sortie. / Embedded systems implement signal processing systems, such as linear filters, for example for communication through networks. These devices are subject to various constraints, such as power consumption, time-To-Market, area consumption, and so on, that is necessary to optimize while guaranteeing reliability and accuracy of the implemented systems. Fixed-Point arithmetic is generally used instead of floating-Point arithmetic for signal processing embedded systems because it is less expensive, all devices support fixed-Point numbers (as they are implemented only using integers), allows arbitrary word-Lengths in hardware implementation and is enough accurate for signal processing programs. Fixed-Point computations need the operands of an operation to be aligned together with the same position of the binary point. This leads to quantification errors and the goal is to minimize these round-Off effects onto the final result, by proposing a guarantee on the output error. During this thesis, a methodology has been proposed which implements a given algorithm in fixed-Point using analytical approach, and generates some codes. This methodology consider both software and hardware targets. The hardware approach is realized solving a word-Length optimization problem. A tool, named FiPoGen, has been developed that realizes this methodology and automatically yields fixed-Point code corresponding to a given filter algorithm with a guarantee on the output error.

Dans cette thèse nous essayons d'améliorer l'évaluation de filtres numériques en nous concentrant sur la précision de calcul nécessaire.Ce travail est réalisé dans le contexte d'un générateur de code matériel/logiciel fiable pour des filtres numériques linéaires, en particulier filtres à Réponse Impulsionnelle Infinie (IIR). Avec ce travail, nous mettons en avant les problèmes liés à l'implémentation de filtres linéaires en arithmétique Virgule Fixe tout en prenant en compte la précision finie des calculs nécessaires à la transformation de filtres vers code. Ce point est important dans le cadre de filtres utilisés dans des systèmes embarqués critique comme les véhicules autonomes. Nous fournissons une nouvelle méthodologie pour l'analyse d'erreur lors de l'étude d'algorithmes de filtres linéaires du point de vue de l'arithmétique des ordinateurs. Au cœur de cette méthodologie se trouve le calcul fiable de la mesure Worst Case Peak Gain d'un filtre qui est la norme l1 de sa réponse impulsionnelle. L'analyse d'erreur proposée est basée sur la combinaison de techniques telles que l'analyse d'erreur en Virgule Flottante, l'arithmétique d'intervalles et les implémentations multi-précisions. Cette thèse expose également la problématique de compromis entre les coûts matériel (e.g. la surface) et la précision de calcul lors de l'implémentation de filtres numériques sur FPGA. Nous fournissons des briques de bases algorithmiques pour une solution automatique de ce problème. Finalement, nous intégrons nos approches dans un générateur de code pour les filtres au code open-source afin de permettre l'implémentation automatique et fiable de tout algorithme de filtre linéaire numérique. / In this thesis we develop approaches for improvement of the numerical behavior of digital filters with focus on the impact of accuracy of the computations. This work is done in the context of a reliable hardware/software code generator for Linear Time-Invariant (LTI) digital filters, in particular with Infinite Impulse Response (IIR). With this work we consider problems related to the implementation of LTI filters in Fixed-Point arithmetic while taking into account finite precision of the computations necessary for the transformation from filter to code. This point is important in the context of filters used in embedded critical systems such as autonomous vehicles. We provide a new methodology for the error analysis when linear filter algorithms are investigated from a computer arithmetic aspect. In the heart of this methodology lies the reliable evaluation of the Worst-Case Peak Gain measure of a filter, which is the l1 norm of its impulse response. The proposed error analysis is based on a combination of techniques such as rigorous Floating-Point error analysis, interval arithmetic and multiple precision implementations. This thesis also investigates the problematic of compromise between hardware cost (e.g. area) and the precision of computations during the implementation on FPGA. We provide basic brick algorithms for an automatic solution of this problem. Finally, we integrate our approaches into an open-source unifying framework to enable automatic and reliable implementation of any LTI digital filter algorithm.

De nouveaux usages des systèmes de communications sans fils, tels que les réseaux de capteurs ou les voitures autonomes, ont émergé au cours des dernières années. Ces usages sont fondamentalement différents des applications haut-débit actuelles des réseaux cellulaires. La future technologie mobile, la 5G New Radio, introduit donc le concept de numérologie du signal afin de pouvoir satisfaire aux besoin hétérogènes des multiples applications supportées. En effet en supportant différentes numérologies de signaux, l'allocation temps/fréquence des signaux devient plus flexible et le signal transmis peut être adapté en conséquence. Cependant, supporte simultanément différentes numérologies génère de l'interférence et donc distord les signaux. Les filtrages spatiaux, comme la formation de faisceaux, est envisagée en 5G pour limiter l'interférence générée mais pour les communications au-dessus de 6 GHz. Il n'y a cependant pas de solutions proposées pour mes communications en-dessous de 6 GHz. Dans ce travail, des techniques d'atténuation des lobes secondaires sont étudiées pour faciliter le multiplexage des services pour les communications sous 6 GHz. L’interférence entre-utilisateurs est alors contrôlée mais la bande est également mieux utilisée. Une solution innovante, combinant bancs de filtres et orthogonalité complexe, est proposée. L'orthogonalité complexe est garanti grâce à un précodage OFDM qui remplace le précodage OQAM communément utilisé. De plus, le système développé, le Block-Filtered OFDM, utilise un récepteur 5G classique ce qui garantit la retro-compatibilité avec les techniques déjà déployée. Le modèle du BF-OFDM est entièrement décrit et adapté aux normes des réseaux mobiles. De plus, de multiples méthodes de conception des filtres prototypes sont proposées afin de mieux répondre aux besoins des systèmes. La forme d'onde étudiée est également comparée avec les autres solutions de l'état de l'art sur des scénarios d'étude classiques mais également adaptés aux nouveaux enjeux des technologies sans fils. / New use cases for wireless communications recently emerged ranging from massive sensor networks to connected cars. These applications highly differ from typical signals supported by already deployed mobile technologies, which are mainly high data rate pipes. The forthcoming generation of mobile technology, 5G New Radio, introduces the concept of signal numerology so as to properly serve the requirements of the diverse applications it will support. Indeed by considering different numerologies, the time/frequency signal allocation is made more flexible which allows to shape the transmitted signal according to its needs. However, multiplexing signals with different numerologies generates interference and therefore signal distortion. Spatial filtering, such as beamforming, is envisioned for 5G above 6-GHz communications to limit inter-user interference. However, this issue still holds for sub-6 GHz systems where spatial filtering is not considered in 5G.In this work, we consider side lobe rejection techniques to ease service multiplexing in sub-6 GHz bands. Not only it provides inter-user interference mitigation but it also improves the bandwidth use efficiency in bands where frequency is a scarce resource. A novel solution, mixing filter-bank for confined spectrum and complex orthogonality for a straightforward re-use of known-how 4G/5G techniques, is proposed. The complex orthogonality is restored thanks to an OFDM precoding substituting the commonly used Offset-QAM signaling which limits the orthogonality to the real field. Moreover, the proposed solution, named Block-Filtered Orthogonal Frequency Division Multiplexing (BFOFDM), relies on a simple 5G receiver scheme which makes it backward compatible with already deployed technologies.The BF-OFDM system model is fully described and adapted to cellular standards. Besides, different prototype filter designs methods are proposed to either improve the intrinsic interference attenuation or to better confined the spectrum of the transmitted signal. Last but not least, the proposed waveform will be compared with state-of-the-art solutions for both typical and 5G oriented evaluation scenarios such as multi-service coexistence.

Dans le monde industriel comme dans le monde scientifique, le développement de capteurs a toujours répondu à la volonté d’observer l’inobservable. La caméra rapide fait partie de ceux-là puisqu’elle permet de dévoiler des dynamiques invisibles, de la formation de fissure au vol du moustique. Dans un environnement extrêmement concurrentiel, ces caméras sont principalement limitées par le nombre d’images acquises par seconde. Le but de cette thèse est d’augmenter la capacité de dévoiler la dynamique invisible en enrichissant l’acquisition initiale par des modèles dynamiques. La problématique consiste alors à élaborer des méthodes permettant de relier en temps réel un modèle et la perception d’un système réel. Les bénéfices de cette utilisation offrent ainsi la possibilité de faire de l’interpolation, de la prédiction et de l’identification. Cette thèse est composée de trois parties. La première est axée sur la philosophie du traitement vidéo et propose d’utiliser des modèles élémentaires et génériques. Un algorithme d’estimation de grands mouvements est proposé mais l’approche actuellement proposée n’est pas assez générique pour être exploitée dans un contexte industriel. La deuxième partie propose d’utiliser des méthodes d’assimilation de données séquentielle basées sur la famille des filtres de Kalman afin d’associer un modèle avec des observations par caméras rapides pour des systèmes mécaniques. La troisième partie est une application à l’analyse modale expérimentale non linéaire. Deux schémas d’assimilation temps réel multicapteurs sont présentés et leur mise en œuvre est illustrée pour de la reconstruction 3D et de la magnification. / The development of sensors has always followed the ambition of industrial and scientific people to observe the unobservable. High speed cameras are part of this adventure, revealing invisible dynamics such as cracks formation or subtle mosquito flight. Industrial high speed vision is a very competitive domain in which cameras stand out through their acquisition speed. This thesis aims to broaden their capacity by augmenting the initial acquisition with dynamic models. This work proposes to develop methods linking in real time a model with a real system. Aimed benefits are interpolation, prediction and identification. Three parts are developed. The first one is based on video processing and submits to use kinematic elementary and generic models. An algorithm of motion estimation for large movements is proposed but the generic nature does not allow a sufficient knowledge to be conclusive. The second part proposes using sequential data assimilation methods known as Kalman filters. A scheme to assimilate video data with a mechanical model is successfully implemented. An application of data assimilation in modal analysis is developed. Two multi sensors real time assimilation schemes for nonlinear modal identification are proposed. These schemes are integrated in two applications on 3D reconstruction and motion magnification.

L'interférence inter-symboles (ISI) représente un des obstacles majeurs à l'obtention de communications numériques fiables. Sauf pour le cas particulier des systèmes de signalisation à réponse partielle, le taux ISI doit être réduit le plus possible pour obtenir les communications numériques les plus fiables possibles. Pour les communications numériques à large bande , une des techniques les plus utilisées pour minimiser le taux ISI est l'égalisation. Les égalisateurs décisionnels à contre-réaction (DFE) sont parmi les structures les plus fréquemment utilisées, à cause de leur simplicité et de leur bonne performance. Cette thèse s'attaque au problème de la diminution de la propagation des erreurs dans un egalisateur décisionnel à contre réaction basé sur l'erreur quadratique moyenne (MMSE-DFE). Les DFE constituent une part importante des communications numériques modernes. De façon à réduire la propagation des erreurs dans les DFE, ce qui est de fait la limitation la plus importante de ceux-ci, un modèle basé sur l'erreur quadratique moyenne (MSE) est proposé. En s'appuyant sur ce nouveau modèle, les pondérations des filtres DFE, les éminceurs d'effacement (erasure slicer) et les éminceurs souples (soft slicer) peuvent être optimisés. Après une analyse théorique, on procède aux simulations numériques de ces modèles. Ces derniers sont relativement simples à implanter, ce qui contraste avec les modèles traditionnels basés sur les chaînes de Markov. Simultanément, on obtient une précision de prédiction qui se compare très avantageusement à celle obtenue avec les critères conventionnels basés sur l'erreur quadratique moyenne. On constate que l'éminceur souple optimal obtenu excède celui obtenu par l'optimisation conjointe DFE des pondérations et un éminceur à effacement. Les filtres de pondération DFE avec un éminceur optimal souple peuvent être considérés comme un sytème MMSE DFE vrai. La seconde contribution de ce travail de thèse consiste en une nouvelle forme de codage qui interagit avec la propagation des erreurs dans un DFE pour les modulations d'ordre supérieur. Les bits redondantes dans le diagramme d'éparpillement de la nouvelle modulation obtenue augmentent de façon dramatique l'immunité à la propagation des erreurs pour les symboles ayant le même niveau moyen d'énergie. De plus, la méthode proposée n'introduit pas de délais de décodage additionnels et la robustesse à la propagation des erreurs est néanmoins maintenue, même lorsque les pondérations de contre-réaction sont grandes par rapport à celles d'un DFE conventionnel. Globalement, cette thèse explore plusieurs moyens pour combattre la propagation des erreurs dans les DFE. Cette propagation est difficile à analyser surtout à cause de la non-linéarité de l'éminceur dans la boucle de contre réaction. Notre étude démontre que l'introduction de la propagation des erreurs dans le modèle du DFE-MSE conduit à une meilleure optimisation du DFE. L'approximation statistique du bruit et de l'ISI avant l'éminceur s'avère très appropriée pour la simulation numérique. Des connaissances additionnelles sur l'utilisation des DFE dans les canaux large bande ont également été obtenues. Un élément fondamental de nos travaux est la démonstration de l'exigence cyclique en transmission pour les égalisateurs à porteuse unique dans le domaine de la fréquence (SC-FDE). Bien que le traitement du signal en milieu fréquentiel soit largement accepté comme technique pour réduire les efforts de calcul requis, l'analyse théorique et la sirnulation révèlent qu'il y a également un autre avantage au traitement dans le domaine des fréquences. En effet, on montre que lorsque la réponse impulsionnelle du canal est plus longue que le préfixe cyclique du SC-FDE, un traitement dans le domaine fréquentiel amène une meilleure fidélité du signal qu'un traitement dans le temps. On a également regardé l'effet de la limitation de la largeur de bande pour un SC-FDE. Les résultats obtenus montrent qu'il existe une diversité de fréquences aux deux extrémités des secteurs des FFT. Ceci peut amener des idées directrices pour la réalisation physique des SC-FDE, particulièrement pour tenir compte du fait que les caractéristiques des secteurs de FFT requièrent des algorithmes différents pour un canal soumis à l'évanouissement.

La multiplication des besoins des utilisateurs dans le domaine des télécommunications a conduit à une surexploitation du spectre de fréquence. Ceci a engendré la raréfaction des bandes de fréquence conduisant à une nécessité de gestion rationnelle des fréquences. Des contraintes ont été rajoutées aux systèmes d’émission / réception et en particulier sur les filtres pour éviter la saturation des services. Dans cette thèse, les travaux s’orientent surtout vers la conception de résonateurs, de filtres planaires et volumiques (3D) accordables dans le domaine des fréquences millimétriques (>= 30 GHz) en utilisant une nouvelle technique d’accordabilité basée sur des principes microfluidiques. Il s’agit d’une nouvelle approche d’agilité qui consiste à faire circuler de la matière (liquides conducteur, diélectrique ou magnétique) dans un substrat diélectrique par le biais de micro canaux. Le substrat diélectrique utilisé, est une résine SU-8 qui offre une souplesse dans la réalisation des micros canaux et des structures volumiques grâce à son bon facteur de forme (≈ 50%). La circulation de liquides dans le substrat, permet de modifier localement les propriétés électromagnétiques du milieu, ce qui conduit à une modification de la fréquence de résonance du dispositif. / The proliferation of user needs in the field of telecommunications, has led to overexploitation of the frequency spectrum. This led to the scarcity of frequency bands leading to a need for efficient management of frequencies. Constraints were added to the transmitting / receiving systems and in particular on the filters to prevent the saturation of the services. In this thesis, work is mainly oriented towards the design of resonators, planar and volumetric (3D) tunable filters in the field of millimeter wave frequencies (> = 30 GHz) using a new tunable technique which is microfluidic. This is a new approach to agility which consists of circulating the material (conductive, dielectric or magnetic liquids) in a dielectric substrate through micro channels. The dielectric substrate used is a resin SU-8 which provides flexibility in the implementation of microchannels and volumetric structures thanks to its good form factor (≈ 50%). The circulation of fluid in the substrate allows to locally modifying the electromagnetic properties of the medium. This leads to a change in the resonant frequency of the device.

Dans les filtres plantés de roseaux à écoulement vertical, la percolation des eaux usées à travers le milieu filtrant entraine la rétention physique des matières en suspension à la surface des filtres, et leur accumulation conduit à la formation d’une couche de boue principalement sur le premier étage des filtres. Longtemps considérée comme un facteur de risque de colmatage, cette couche de surface est aussi un compartiment majeur de la performance du système. Dans l’objectif de mieux connaitre la nature et l’évolution des dépôts qui la constituent, des échantillons issus de 14 stations en fonctionnement ont été prélevés pour analyser notamment la nature de leur matière organique particulaire et son évolution. Les résultats ont montré que les dépôts de stations de plus de trois ans de fonctionnement tendent vers un état similaire, caractérisé par la présence de composés organiques stables et complexes et par une plus faible réactivité de la matière organique particulaire. Les dépôts provenant de stations de moins d’un an de fonctionnement présentent une signature particulière, caractérisée par une matière organique réactive et peu mature. En complément de cette évolution en surface du filtre, la matière organique particulaire des eaux usées entrantes peut également subir des modifications au sein du process d’un filtre planté de roseaux. La présence d’un lit bactérien comme traitement additionnel participe à l’hydrolyse et à la transformation de la matière organique particulaire par des processus de minéralisation et d’humification. L’ajout de chlorure ferrique favorise l’agrégation de la matière. Enfin, des polluants organiques et métalliques d’intérêt ont fait l’objet d’une première quantification dans ces dépôts afin d’estimer leur rétention pour mieux appréhender les risques potentiels en cas de dysfonctionnement ou d’épandage. L’étude du comportement à la lixiviation en fonction du pH a permis de mettre en évidence que la libération de certains éléments traces est liée à celle de la matière organique. / The percolation of unsettled wastewater in French Vertical Flow Constructed Wetlands (VFCWs) causes the formation of a sludge layer at the surface of the first stage filter due to the retention of sludge deposits. Although the growth of this layer over the years of operation is a potential source of clogging risks, it also largely contributes in the performance of the system, depending on its properties. In order to better understand these phenomena, surface sludge deposits samples taken from 14 VFCW sewage treatment plants were collected and analyzed. Results showed that the structure and composition of the sludge deposits from treatment plants with more than three years of operation time were remarkably similar, characterized by the presence of stable and complex organic compounds and a low reactivity and biodegradability of the particulate organic matter. Deposits from treatment plants with less than one year of operation time were composed of more reactive and less mature organic matter. The particulate organic matter of the inflow wastewater was also shown to undergo modifications within the treatment chain of the vertical flow constructed wetland. The implementation of a biological trickling filter as an additional treatment prior to the filter stages was found to induce the transformation of soluble and particulate organic matter through mineralization and hydrolysis, and to contribute to humification probably by the detachment of biofilm fragments. The injection of ferric chloride used to precipitate phosphates was found to promote aggregation within the sludge deposits. Finally, the role of the sludge layer in the retention of a selection of organic and metallic pollutants in VFCW systems has been evaluated by analyzing sludge deposits samples. Detergents were found at higher concentrations than PCPP. The potential release of the sorbed contaminants was studied using leaching tests as a function of pH. Results showed that the release of some trace metals (mostly copper) was governed by the leaching behavior of organic matter.

Les filtres non-linéaires de rang sont souvent utilisés dans le but de rehausser la qualité d'une image numérique. Leur application permet de faciliter l'interprétation visuelle et la compréhension du contenu des images que ce soit pour un opérateur humain ou pour un traitement automatique ultérieur. Dans le pipeline d'une chaîne habituelle de traitement des images, ces filtres sont appliqués généralement dans la phase de pré-traitement, juste après l'acquisition et avant le traitement et l'analyse d'image proprement dit.<p>Les filtres de rang sont considérés comme un important goulot d'étranglement dans la chaîne de traitement, à cause du tri des pixels dans chaque voisinage, à effectuer pour tout pixel de l'image. Les temps de calcul augmentent de façon significative avec la taille de l'image à traiter, la taille du voisinage considéré et lorsque le rang approche la médiane.<p>Cette thèse propose deux solutions à l'accélération du temps de traitement des filtres de rang.<p>La première solution vise l'exploitation des différents niveaux de parallélisme des ordinateurs personnels d'aujourd'hui, notamment le parallélisme de données et le parallélisme inter-processeurs. Une telle approche présente un facteur d'accélération de l'ordre de 10 par rapport à une approche classique qui fait abstraction du matériel grâce aux compilateurs des langages évolués. Si le débit résultant des pixels traités, de l'ordre d'une dizaine de millions de pixels par seconde, permet de travailler en temps réel avec des applications vidéo, peu de temps reste pour d'autres traitements dans la chaîne.<p>La deuxième solution proposée est basée sur le concept de calcul reconfigurable et réalisée à l'aide des circuits FPGA (Field Programmable Gate Array). Le système décrit combine les algorithmes de type bit-série et la haute densité des circuits FPGA actuels. Il en résulte un système de traitement hautement parallèle, impliquant des centaines d'unités de traitement par circuit FPGA et permet d'arriver à un facteur d'accélération supplémentaire de l'ordre de 10 par rapport à la première solution présentée. Un tel système, inséré entre une source d'image numérique et un système hôte, effectue le calcul des filtres de rang avec un débit de l'ordre de centaine de millions de pixels par seconde. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Résumé: Les systèmes de substitution sensorielle convertissent des stimuli d’une modalité sensorielle en des stimuli d’une autre modalité. Ils peuvent fournir les moyens pour les personnes handicapées de percevoir des stimuli d’une modalité défectueuse par une autre modalité. Le but de ce projet de recherche était d’étudier des systèmes de substitution de l’audition vers la vision. Ce type de substitution n’est pas bien étudié probablement en raison de la complexité du système auditif et des difficultés résultant de la désadaptation entre les sons audibles qui peuvent changer avec des fréquences allant jusqu’à 20000 Hz et des stimuli visuels qui changent très lentement avec le temps afin d’être perçus. Deux problèmes spécifiques des systèmes de substitution de l’audition vers la vision ont été ciblés par cette étude: la recherche de correspondances audiovisuelles et l’extraction de caractéristiques auditives. Une expérience audiovisuelle a été réalisée en ligne pour trouver les associations entre les caractéristiques auditives (la fréquence fondamentale et le timbre) et visuelles (la forme, la couleur, et la position verticale). Une forte corrélation entre le timbre des sons utilisés et des formes visuelles a été observée. Les sujets ont fortement associé des timbres “doux” avec des formes arrondies bleues, vertes ou gris clair, des timbres “durs” avec des formes angulaires pointues rouges, jaunes ou gris foncé et des timbres comportant simultanément des éléments de douceur et de dureté avec un mélange des deux formes visuelles arrondies et angulaires. La fréquence fondamentale n’a pas été associée à la position verticale, ni le niveau de gris ou la couleur. Étant donné la correspondance entre le timbre et une forme visuelle, dans l’étape sui- vante, un modèle hiérarchique flexible et polyvalent bio-inspiré pour analyser le timbre et extraire des caractéristiques importantes du timbre a été développé. Inspiré par les découvertes dans les domaines des neurosciences, neurosciences computationnelles et de la psychoacoustique, non seulement le modèle extrait-il des caractéristiques spectrales et temporelles d’un signal, mais il analyse également les modulations d’amplitude sur différentes échelles de temps. Il utilise un banc de filtres cochléaires pour résoudre les composantes spectrales d’un son, l’inhibition latérale pour améliorer la résolution spectrale, et un autre banc de filtres de modulation pour extraire l’enveloppe temporelle et la rugosité du son à partir des modulations d’amplitude. Afin de démontrer son potentiel pour la représentation du timbre, le modèle a été évalué avec succès pour trois applications : 1) la comparaison avec les valeurs subjectives de la rugosité 2) la classification d’instruments de musique 3) la sélection de caractéristiques pour les sons qui ont été regroupés en fonction de la forme visuelle qui leur avait été attribuée dans l’expérience audiovisuelle. La correspondance entre le timbre et la forme visuelle qui a été révélée par cette étude et le modèle proposé pour l’analyse de timbre peuvent être utilisés pour développer des systèmes de substitution de l’audition vers la vision intuitifs codant le timbre en formes visuelles. / Abstract: Sensory substitution systems encode a stimulus modality into another stimulus modality. They can provide the means for handicapped people to perceive stimuli of an impaired modality through another modality. The purpose of this study was to investigate auditory to visual substitution systems. This type of sensory substitution is not well-studied probably because of the complexities of the auditory system and the difficulties arising from the mismatch between audible sounds that can change with frequencies up to 20000 Hz and visual stimuli that should change very slowly with time to be perceived. Two specific problems of auditory to visual substitution systems were targeted in this research: the investigation of audiovisual correspondences and the extraction of auditory features. An audiovisual experiment was conducted online to find the associations between the auditory (pitch and timbre) and visual (shape, color, height) features. One hundred and nineteen subjects took part in the experiments. A strong association between timbre of envelope normalized sounds and visual shapes was observed. Subjects strongly associated soft timbres with blue, green or light gray rounded shapes, harsh timbres with red, yellow or dark gray sharp angular shapes and timbres having elements of softness and harshness together with a mixture of the previous two shapes. Fundamental frequency was not associated with height, grayscale or color. Given the correspondence between timbre and shapes, in the next step, a flexible and multipurpose bio-inspired hierarchical model for analyzing timbre and extracting the important timbral features was developed. Inspired by findings in the fields of neuroscience, computational neuroscience, and psychoacoustics, not only does the model extract spectral and temporal characteristics of a signal, but it also analyzes amplitude modulations on different timescales. It uses a cochlear filter bank to resolve the spectral components of a sound, lateral inhibition to enhance spectral resolution, and a modulation filter bank to extract the global temporal envelope and roughness of the sound from amplitude modulations. To demonstrate its potential for timbre representation, the model was successfully evaluated in three applications: 1) comparison with subjective values of roughness, 2) musical instrument classification, and 3) feature selection for labeled timbres. The correspondence between timbre and shapes revealed by this study and the proposed model for timbre analysis can be used to develop intuitive auditory to visual substitution systems that encode timbre into visual shapes.

L'IEEE 802.11 (Wi-Fi) est le standard de WLAN (Wireless Local Area Network). En conséquence, le marché des produits dotés de la technologie réseau Wi-Fi est en plein essor et a provoqué une véritable révolution dans le monde de l'informatique. Cependant, la communication utilisant le Wi-Fi ne présente pas, pour autant, que des avantages. La grande différence entre le débit théorique et le débit effectif dépend de nombreux paramètres. Il est, par exemple, difficile de faire du streaming vidéo haute définition en utilisant un réseau IEEE 802.11g, alors que le débit théorique le permet parfaitement. La technologie WLAN souffre d'autres contraintes, comme la nature vulnérable du médium sans fil (interférences électromagnétiques, multi-trajet...), l'accès indéterministe au médium, la limitation de la bande passante...Les applications utilisant les réseaux Ad Hoc deviennent de plus en plus complexes et offrent de nouveaux services qui exigent des performances réseau de plus en plus élevées. De ce fait, la Qualié de Service (QdS) dans les réseaux Ad Hoc est un sujet de recherche ouvert. La bande passante est un indicateur très important pour la garantie de la QdS. Dans notre travail de thèse, nous avons étudié l'un des aspects de la QdS qui est la Bande Passante Disponible (BPD) dans les réseaux Ad Hoc basés sur la norme IEEE 802.11. Particulièrement, nous nous sommes intéressés aux différentes techniques d'estimation de la BPD et avons évalué les performances de ces techniques du point de vue temps de réponse et précision des estimations. Ces techniques peuvent être utilisées dans d'autres types de réseaux sans fil ou filaire. Nos contributions sont, essentiellement , le développement de deux nouvelles techniques d'estimation de la bande passante SLOT (SLOps-Topp) et TOPP-NET (TOPP-Non invasive Estimation Technique). Ces deux techniques sont le résultat d'améliorations successives des techniques d'estimation qui existent dans la littérature (TOPP : Trains of Packet Pairs, SLoPS : Self-Loading Periodic Streams et NIMBE : Non Invasive Manet Bandwith Estimation) en mettant l'accent sur la précision et le délai de sondage des techniques d'estimation. Notre troisième contribution est une nouvelle méthode de filtrage adaptatif des estimations nommée ZONE-FILTER ( Filtrage par Zone). Cette méthode combine les filtres EWMA et la mèthode statistique SPC (Statistical Process Control).