Ce travail de thèse concerne le suivi d'une caméra infrarouge sensible dans la gamme 1-5 p.m (COMIC), depuis la caractérisation en laboratoire de la mosaïque de détecteurs, jusqu'à son utilisation dans le cadre d'observations astronomiques, sur le système d'Optique Adaptative ADONIS au télescope de 3.60 m de l'Observatoire Européen Austral (ESO), au Chili. Ce manuscrit comporte trois parties qui suivent l'enchainement chronologique "naturel" de l'étude, dans des lieux de travail différents. La première partie concerne la mosaïque de détecteurs COMIC (IRCCD 128X128 HgCdTe), en commençant par sa caractérisation en laboratoire, pour finir par sa mise en opération sous télescope, au sein de la caméra COMIC. Elle s'est d'abord déroulée au sein du Laboratoire Infrarouge (LETI/DOPT/CEA-Grenoble), puis à l'ESO, au Chili. La deuxième partie traite des spécificités de l'observation infrarouge avec un instrument d'Optique Adaptative. Cette partie est le résultat de l'expérience acquise au cours d'un long séjour à l'ESO. Elle unit le point de vue technique de la première partie à celui de l'astronome utilisateur. Enfin, une illustration du potentiel de l'instrument (COMIC+ADONIS) est donnée en troisième partie dans le cadre d'un programme astronomique bien défini: l'étude de la matière circumstellaire dans des systèmes binaires pré-Séquence Principale. Cette dernière étude a été menée à l'Observatoire de Grenoble.

Après l'entrée dans l'ère du numérique, la consommation vidéo a évolué définissant de nouvelles tendances. Les contenus vidéo sont désormais accessibles sur de nombreuses plateformes (télévision, ordinateur, tablette, smartphone ... ) et par de nombreux moyens, comme les réseaux mobiles, les réseaux satellites, les réseaux terrestres, Internet ou le stockage Blu-ray par exemple. Parallèlement, l'expérience utilisateur s'améliore grâce à la définition de nouveaux formats comme l'Ultra Haute Définition (UHD), le « High Dynamic Range » (HDR) ou le « High Frame Rate » (HFR). Ces formats considèrent une augmentation respectivement de la résolution, de la dynamique des couleurs et de la fréquence d'image. Les nouvelles tendances de consommation et les améliorations des formats imposent de nouvelles contraintes auxquelles doivent répondre les codeurs vidéo actuels et futurs. Dans ce contexte, nous proposons une solution de codage vidéo permettant de répondre à des contraintes de codage multi-formats, multi-destinations, rapide et efficace en termes de compression. Cette solution s'appuie sur l'extension Scalable du standard de compression vidéo « High Efficiency Video Coding » (HEVC) définie en fin d'année 2014, aussi appelée SHVC. Elle permet de réaliser des codages scalables en produisant un unique bitstream à partir d'un codage sur plusieurs couches construites à partir d'une même vidéo à différentes échelles de résolutions, fréquences, niveaux de qualité, profondeurs des pixels ou espaces de couleur. Le codage SHVC améliore l'efficacité du codage HEVC grâce à une prédiction inter-couches qui consistent à employer les informations de codage issues des couches les plus basses. La solution proposée dans cette thèse s'appuie sur un codeur HEVC professionnel développé par la société Ateme qui intègre plusieurs niveaux de parallélisme (inter-images, intra-images, inter-blocs et inter-opérations) grâce à une architecture en pipeline. Deux instances parallèles de ce codeur sont synchronisées via un décalage inter-pipelines afin de réaliser une prédiction inter-couches. Des compromis entre complexité et efficacité de codage sont effectués au sein de cette prédiction au niveau des types d'image et des outils de prédiction. Dans un cadre de diffusion, par exemple, la prédiction inter-couches est effectuée sur les textures pour une image sur deux. A qualité constante, ceci permet d'économiser 18.5% du débit pour une perte de seulement 2% de la vitesse par rapport à un codage HEVC. L'architecture employée permet alors de réaliser tous les types de scalabilité supportés par l'extension SHVC. De plus, pour une scalabilité en résolution, nous proposons un filtre de sous-échantillonnage, effectué sur la couche de base, qui optimise le coût en débit global. Nous proposons des modes de qualité intégrant plusieurs niveaux de parallélisme et optimisations à bas niveau qui permettent de réaliser des codages en temps-réel sur des formats UHD. La solution proposée a été intégrée dans une chaîne de diffusion vidéo temps-réel et montrée lors de plusieurs salons, conférences et meetinqs ATSC 3.0. / After entering the digital era, video consumption evolved and defined new trends. Video contents can now be accessed with many platforms (television, computer, tablet, smartphones ... ) and from many medias such as mobile network or satellite network or terrestrial network or Internet or local storage on Blu-ray disc for instance. In the meantime, users experience improves thanks to new video format such as Ultra High Definition (UHD) or High Dynamic Range (HOR) or High Frame Rate (HFR). These formats respectively enhance quality through resolution, dynamic range and frequency. New consumption trends and new video formats define new constraints that have to be resolved by currents and futures video encoders. In this context, we propose a video coding solution able to answer constraints such as multi-formats coding, multi­destinations coding, coding speed and coding efficiency in terms of video compression. This solution relies on the scalable extension of the standard « High Efficiency Video Coding » (HEVC) defined in 2014 also called SHVC. This extension enables scalable video coding by producing a single bitstream on several layers built from a common video at different scales of resolution, frequency, quality, bit depth per pixel or even colour gamut. SHVC coding enhance HEVC coding thanks to an inter-layer prediction that use coding information from lower layers. In this PhD thesis, the proposed solution is based on a professional video encoder, developed by Ateme company, able to perform parallelism on several levels (inter-frames, intra-frames, inter-blocks, inter-operations) thanks to a pipelined architecture. Two instances of this encoder run in parallel and are synchronised at pipeline level to enable inter-layer predictions. Some trade-off between complexity and coding efficiency are proposed on inter-layer prediction at slice and prediction tools levels. For instance, in a broadcast configuration, inter-layer prediction is processed on reconstructed pictures only for half the frames of the bitstream. In a constant quality configuration, it enables to save 18.5% of the coding bitrate for only 2% loss in terms of coding speed compared to equivalent HEVC coding. The proposed architecture is also able to perform all kinds of scalability supported in the SHVC extension. Moreover, in spatial scalability, we propose a down-sampling filter processed on the base layer that optimized global coding bitrate. We propose several quality modes with parallelism on several levels and low-level optimization that enable real-time video coding on UHD sequences. The proposed solution was integrated in a video broadcast chain and showed in several professional shows, conferences and at ATSC 3.0 meetings.

La télévision haute définition (TVHD) est le nouveau système de diffusion sensé apporter une plus grande immersion de l'observateur dans l'action et une qualité d'usage supérieure à celle de la télévision standard (TVSD). Afin de remplir ces exigences, les diffuseurs ont besoin de techniques de mesure de qualité adaptées. Le premier objectif de cette thèse est de nous éclairer sur l'impact de la transition de la TVSD vers la TVHD sur la qualité visuelle. Le second est de proposer des métriques objectives de qualité adaptées à la TVHD. Nous avons tout d'abord étudié plusieurs aspects de la qualité visuelle dans ce contexte. Cela nous a notamment permis de sélectionner une méthodologie d'évaluation subjective de la qualité pour constituer une base de séquences dégradées par un codage H.264. Puis, nous avons proposé une méthodologie d'évaluation de l'impact d'un système dégradant sur la qualité visuelle. Elle est utilisée dans les trois critères objectifs de qualité présentés par la suite. Elle fournit au premier une analyse du contenu permettant de modéliser la qualité visuelle d'une séquence. Le second critère cumule des fonctions de gêne locales en une note de qualité globale grâce à des modèles validés par la méthodologie. Le dernier exploite la notion de tubes spatio-temporels introduits par la méthodologie. Des caractéristiques y sont mesurées pour les séquences de référence et dégradée. Le cumul des différences entre ces caractéristiques fournit une note de qualité finale. Alors que le second critère n'offre pas de résultats convaincants, les deux autres permettent une prédiction des notes subjectives plus performante que celle de deux critères connus de la littérature.

La compression vidéo HEVC standardisée en 2013 offre des gains de compression dépassant les 50% par rapport au standard de compression précédent MPEG4-AVC/H.264. Ces gains de compression se paient par une augmentation très importante de la complexité de codage. Si on ajoute à cela l’augmentation de complexité générée par l’accroissement de résolution et de fréquence image du signal vidéo d’entrée pour passer de la Haute Définition (HD) à l’Ultra Haute Définition (UHD), on comprend vite l’intérêt des techniques de réduction de complexité pour le développement de codeurs économiquement viables. En premier lieu, un effort particulier a été réalisé pour réduire la complexité des images Intra. Nous proposons une méthode d'inférence des modes de codage à partir d'un pré-codage d'une version réduite en HD de la vidéo UHD. Ensuite, nous proposons une méthode de partitionnement rapide basée sur la pré-analyse du contenu. La première méthode offre une réduction de complexité d'un facteur 3 et la deuxième, d'un facteur 6, contre une perte de compression proche de 5%. En second lieu, nous avons traité le codage des images Inter. En mettant en œuvre une solution d'inférence des modes de codage UHD à partir d'un pré-codage au format HD, la complexité de codage est réduite d’un facteur 3 en considérant les 2 flux produits et d’un facteur 9.2 sur le seul flux UHD, pour une perte en compression proche de 3%. Appliqué à une configuration de codage proche d'un système réellement déployé, l'apport de notre algorithme reste intéressant puisqu'il réduit la complexité de codage du flux UHD d’un facteur proche de 2 pour une perte de compression limitée à 4%. Les stratégies de réduction de complexité mises en œuvre au cours de cette thèse pour le codage Intra et Inter offrent des perspectives intéressantes pour le développement de codeurs HEVC UHD plus économes en ressources de calculs. Elles sont particulièrement adaptées au domaine de la WebTV/OTT qui prend une part croissante dans la diffusion de la vidéo et pour lequel le signal vidéo est codé à des résolutions multiples pour adresser des réseaux et des terminaux de capacités variées. / The High Efficiency Video Coding (HEVC) standard was released in 2013 which reduced network bandwidth by a factor of 2 compared to the prior standard H.264/AVC. These gains are achieved by a very significant increase in the encoding complexity. Especially with the industrial demand to shift in format from High Definition (HD) to Ultra High Definition (UHD), one can understand the relevance of complexity reduction techniques to develop cost-effective encoders. In our first contribution, we attempted new strategies to reduce the encoding complexity of Intra-pictures. We proposed a method with inference rules on the coding modes from the modes obtained with pre-encoding of the UHD video down-sampled in HD. We, then, proposed a fast partitioning method based on a pre-analysis of the content. The first method reduced the complexity by a factor of 3x and the second one, by a factor of 6, with a loss of compression efficiency of 5%. As a second contribution, we adressed the Inter-pictures. By implementing inference rules in the UHD encoder, from a HD pre-encoding pass, the encoding complexity is reduced by a factor of 3x when both HD and UHD encodings are considered, and by 9.2x on just the UHD encoding, with a loss of compression efficiency of 3%. Combined with an encoding configuration imitating a real system, our approach reduces the complexity by a factor of close to 2x with 4% of loss. These strategies built during this thesis offer encouraging prospects for implementation of low complexity HEVC UHD encoders. They are fully adapted to the WebTV/OTT segment that is playing a growing part in the video delivery, in which the video signal is encoded with different resolution to reach heterogeneous devices and network capacities.

Les objectifs de ce travail de thèse ont été: d’une part de détecter automatique-ment les images gelées dans des vidéos télédiffusées; et d’autre part de mesurer sans référencela qualité des vidéos télédiffusées (IP et DVB-T). Ces travaux ont été effectués dans le cadred’un projet de recherche mené conjointement par le LaBRI et la société Audemat WorldCastSystems.Pour la détection d’images gelées, trois méthodes ont été proposées: MV (basée vecteurde mouvement), DC (basée sur les coefficients DC de la DCT) et SURF (basée sur les pointscaractéristiques SURF). Les deux premières méthodes ne nécessitent qu’un décodage partieldu flux vidéo.Le second objectif était de mesurer sans référence la qualité des vidéos télédiffusées (IP etDVB-T). Une métrique a été développée pour mesurer la qualité perçue lorsque le flux vidéoa été altéré par des pertes de transmission. Cette métrique "Weighted Macro-Block ErrorRate" (WMBER) est fondée sur la mesure de la saillance visuelle et la détection des macro-blocs endommagés. Le rôle de la saillance visuelle est de pondérer l’importance des erreursdétectées. Certaines améliorations ont été apportées à la construction des cartes de saillancespatio-temporelle. En particulier, la fusion des cartes de saillance spatiale et temporelle aété améliorée par rapport à l’état de l’art. Par ailleurs, plusieurs études ont montré que lasémantique d’une scène visuelle avait une influence sur le comportement du système visuelhumain. Il apparaît que ce sont surtout les visages humains qui attirent le regard. C’est laraison pour laquelle nous avons ajouté une dimension sémantique aux cartes de saillancespatio-temporelle. Cette dimension sémantique est essentiellement basée sur le détecteurde visage de Viola Jones. Pour prédire la qualité perçue par les utilisateurs, nous avonsutilisé une méthode par apprentissage supervisé. Cette méthode offre ainsi la possibilité deprédire la métrique subjective "Mean Opinion Score" (MOS) à partir de mesures objectivestelles que le WMBER, PSNR ou SSIM. Une expérience psycho-visuelle a été menée avec 50sujets pour évaluer ces travaux. Cette base de données vidéo Haute-Définition est en coursde transfert à l’action COST Qualinet. Ces travaux ont également été évalués sur une autrebase de données vidéo (en définition standard) provenant de l’IRCCyN / The goal of this Ph.D thesis is to design a no-reference video quality assessment method for lossy net-works. This Ph.D thesis is conducted in collaboration with the Audemat Worldcast Systemscompany.Our first no-reference video quality assessment indicator is the frozen frame detection.Frozen frame detection was a research topic which was well studied in the past decades.However, the challenge is to embed a frozen frame detection method in the GoldenEagleAudemat equipment. This equipment has low computation resources that not allow real-time HD video decoding. Two methods are proposed: one based on the compressed videostream motion vectors (MV-method) and another one based on the DC coefficients from thedct transform (DC-method). Both methods only require the partial decoding of the com-pressed video stream which allows for real-time analysis on the GoldenEagle equipment.The evaluation shows that results are better than the frame difference base-line method.Nevertheless, the MV and the DC methods are only suitable with for MPEG2 and H.264video streams. So a third method based on SURF points is proposed.As a second step on the way to a no-reference video quality assessment metric, we areinterested in the visual perception of transmission impairments. We propose a full-referencemetric based on saliency maps. This metric, Weighted Mean Squared Error (WMSE), is theMSE metric weighted by the saliency map. The saliency map role is to distinguish betweennoticeable and unnoticeable transmission impairments. Therefore this spatio-temporal saliencymaps is computed on the impaired frame. Thus the pixel difference in the MSE computationis emphasized or diminished with regard to the pixel saliency. According to the state of theart, several improvements are brought to the saliency map computation process. Especially,new spatio-temporal saliency map fusion strategies are designed.After our successful attempt to assess the video quality with saliency maps, we develop ano-reference quality metric. This metric, Weighted Macro-Block Error Rate (WMBER), relies on the saliency map and the macro-block error detection. The macro-block error detectionprovides the impaired macro-blocks location in the frame. However, the impaired macro-blocks are concealed with more or less success during the decoding process. So the saliencymap provides the user perceived impairment strength for each macro-block.Several psycho-visual studies have shown that semantics play an important role in visualscene perception. These studies conclude that faces and text are the most attractive. Toimprove the spatio-temporal saliency model a semantic dimension is added. This semanticsaliency is based on the Viola & Jones face detector.To predict the Mean Opinion Score (MOS) from objective metric values like WMBER,WMSE, PSNR or SSIM, we propose to use a supervised learning approach. This approach iscalled Similarity Weighted Average (SWA). Several improvements are brought to the originalSWA.For the metrics evaluation a psycho-visual experiment with 50 subjects has been carriedout. To measure the saliency map models accuracy, a psycho-visual experiment with aneye-tracker has also been carried out. These two experiments habe been conducted in col-laboration with the Ben Gurion University, Israel. WMBER and WMSE performances arecompared with reference metrics like SSIM and PSNR. The proposed metrics are also testedon a database provided by IRCCyN research laboratory.

La thèse aborde le droit européen de la télévision sous deux aspects : les régimes administratifs d’accès des émissions télévisées aux réseaux câblés et les droits intellectuels. En ce qui concerne l’accès des émissions aux réseaux câblés, la thèse met en avant le besoin de sauvegarder un service public de l’audiovisuel. Celui-ci est défini comme un ensemble des règles qui visent à la fois le paysage audiovisuel propre à chaque Etat membre (par exemple pluralisme) et le contenu des émissions proprement dit (émissions informatives, éducatives, épanouissement culturel etc.). Le droit communautaire primaire et dérivé, tel qu’interprété par la Cour de justice, fournit les moyens de conciliation entre, d’une part les intérêts généraux et, d’autre part, les exigences découlant de la libre prestation de services et de la libre concurrence. En ce qui concerne l’application des droits intellectuels, la thèse aborde la problématique liée à l’épuisement ou la subsistance de ceux-ci. Dans le cas de la câblodistribution, la Cour a affirmé la subsistance du droit. Cette position est corroboré par la nouvelle directive européenne sur le droit d’auteur et les droits voisins dans la société de l’information. La thèse appuie la position de subsistance en considérant qu’elle constitue une condition essentielle pour la juste récompense des auteurs. Enfin, la thèse aborde les questions plus spécifiques qui naissent à propos de la convergence technologique et juridique. Tout d’abord, il est avancé que le service public de l’audiovisuel n’est pas uniquement lié à des contraintes techniques, mais essentiellement à des objectifs qualitatifs (contenu des émissions). Ainsi, la thèse plaide en faveur de la pérpetuité du service public de l’audiovisuel dans l’ère du numérique. Par ailleurs, des questions plus spécifiques (comme l’accès à la boucle locale, l’interconnexion des réseaux et la numérisation des infrastructures) ont été examinées.

La thèse aborde le droit européen de la télévision sous deux aspects :les régimes administratifs d’accès des émissions télévisées aux réseaux câblés et les droits intellectuels. <p><p>En ce qui concerne l’accès des émissions aux réseaux câblés, la thèse met en avant le besoin de sauvegarder un service public de l’audiovisuel. Celui-ci est défini comme un ensemble des règles qui visent à la fois le paysage audiovisuel propre à chaque Etat membre (par exemple pluralisme) et le contenu des émissions proprement dit (émissions informatives, éducatives, épanouissement culturel etc.). Le droit communautaire primaire et dérivé, tel qu’interprété par la Cour de justice, fournit les moyens de conciliation entre, d’une part les intérêts généraux et, d’autre part, les exigences découlant de la libre prestation de services et de la libre concurrence. <p><p>En ce qui concerne l’application des droits intellectuels, la thèse aborde la problématique liée à l’épuisement ou la subsistance de ceux-ci. Dans le cas de la câblodistribution, la Cour a affirmé la subsistance du droit. Cette position est corroboré par la nouvelle directive européenne sur le droit d’auteur et les droits voisins dans la société de l’information. La thèse appuie la position de subsistance en considérant qu’elle constitue une condition essentielle pour la juste récompense des auteurs. <p><p>Enfin, la thèse aborde les questions plus spécifiques qui naissent à propos de la convergence technologique et juridique. Tout d’abord, il est avancé que le service public de l’audiovisuel n’est pas uniquement lié à des contraintes techniques, mais essentiellement à des objectifs qualitatifs (contenu des émissions). Ainsi, la thèse plaide en faveur de la pérpetuité du service public de l’audiovisuel dans l’ère du numérique. Par ailleurs, des questions plus spécifiques (comme l’accès à la boucle locale, l’interconnexion des réseaux et la numérisation des infrastructures) ont été examinées. <p><p> / Doctorat en droit / info:eu-repo/semantics/nonPublished