A l'époque où l'Internet est devenu la plateforme par défaut pour offrir de la valeur ajoutée, des nouveaux fournisseurs de services multimédia ont saisi cette opportunité en définissant les services Over-The-Top (OTT). Cependant, Internet n'étant pas un réseau de distribution fiable, il nécessaire de garantir de haut niveau de Qualité d'Expérience (QoE), ainsi que les revenues des Fournisseurs de Services d'Internet (ISP) et des OTTs.Le travail présenté dans ce document va au-delà de l'état de l'art, en proposant une solution qui prend en compte cet objectif. Les principaux apports qui y sont présentés peuvent être synthétisées en quatre contributions.En premier lieu, l'inclusion des paramètres liés aux modèles d'affaires dans l'analyse de la QoE a demandé un nouveau cadre pour calculer la QoE d'un service OTT. Ce cadre est basé sur le formalisme mathématique des Machines Étendues à États Finis (EFSM), ce qui profite de deux avantages des EFSMs~: les traces des machines suivent les décisions de l'utilisateur et les variables du contexte utilisés comme indicateurs de qualité, seront utilisées ultérieurement pour computer la QoE.La deuxième contribution consiste à mettre en œuvre deux algorithmes. Le premier fait le calcul d'une forme équivalent, ayant la forme d'un arbre qui représente les traces de la machine. Le deuxième utilise les traces et fait le calcul de la QoE pour les états terminaux de chaque trace. Les deux algorithmes peuvent être utilisés comme base d'un outil de monitorage capable de prévoir la valeur de la QoE d'un utilisateur. De plus, une mise en œuvre concrète des ces deux algorithmes comme une extension de l'Outil de Monitorage de Montimage (MMT) est aussi présentée.La troisième contribution présente la validation de l'approche avec un double objectif. D'une part, l'inclusion de paramètres du modèle d'affaires est validée et on détermine leur impact sur la QoE. D'autre part, le modèle de la QoE proposé est validé par la mise en œuvre d'une plateforme d'émulation d'un service OTT qui montre des vidéos perturbés. Cette implémentation est utilisée pour obtenir des valeurs estimées par utilisateurs réels qui sont utilisés pour dériver un modèle approprié de la QoE.La dernière contribution se base sur le cadre donné et fournit un analyse statique d'un service OTT. Cette procédure est réalisé par un troisième algorithme qui calcule la quantité des configurations contenues dans le modèle. En analysant à l'avance touts les scénarios possibles qu'un utilisateur peut rencontrer, le fournisseur des services OTT peut détecter des défauts dans le modèle et le service à une stade précoce du développement / At a time when the Internet has become the de facto platform for delivering value, the new multimedia providers took advantage of this opportunity to define Over-The-Top (OTT) services. Considering that Internet is not a reliable distribution network, it is necessary to ensure high levels of Quality of Experience (QoE) and revenues for Internet Service Providers (ISP) and OTTs. The work presented in this dissertation goes beyond the state of the art by providing a solution having this goal in mind. The main contributions presented here can be summarized in four main points.First, the inclusion of business-model related parameters in the QoE analysis required a new framework for calculating the QoE of an OTT service.This framework is based on the Extended Finite States Machine (EFSM) mathematical formalism, which takes advantage of two features of the EFSMs: (1) the traces of the machines that keep track of the user's decisions and; (2) the context variables used as quality indicators, correlated later with the QoE.The second contribution is the design and the implementation of two algorithms. The first computes the $l$-equivalent, a version in the form of a tree of the model that exposes the traces of the machine. The second uses the traces and computes the QoE at the final stages of each trace. Both algorithms can be used to design a monitoring tool that can predict a user’s QoE value. In addition, a concrete implementation is given as an extension of the Montimage Monitoring Tool (MMT).The third contribution presents the validation of the approach, having two objectives in mind. On the one hand, the inclusion of business-model related parameters was validated by determining the impact of such variables on the QoE. On the other hand, the proposed QoE model is validated by the implementation of an OTT emulation platform showing disrupted videos. This implementation is used to obtain QoE values evaluated from real users, values used to derive an appropriate QoE model.The last contribution uses the framework to perform a static analysis of an OTT service. This is done by a third algorithm that computes the amount of configurations contained in the model. By analyzing in advance all the possible scenarios a user can face -- and their respective QoE, the OTT provider can detect flaws in the model and the service from the early stages of development

Les technologies de relief tridimensionnel (3D) ont récemment reçu un nouvel attrait. Lesraisons potentielles sont que ces technologies peuvent fournir une expérience visuelle plusriche et plus immersive. En effet, un observateur peut extraire les disparités binoculairesprésentées entre les vues gauche et droite, pour retrouver plus efficacement la profondeur dela scène visuelle observée, et ainsi, trouver une nouvelle dimension dans le contenu.Cependant, tandis que la valeur de la profondeur est plutôt bien appréciée, un certain nombrede problèmes qui impactent la qualité de l’expérience dans les représentations 3D ont étéidentifiés. L’objective de cette thèse est d’étudier les principaux facteurs qui affectent laqualité de l’expérience en stéréoscopie dans le but de fournir des méthodes qui pourraientaméliorer l’utilisation des systèmes stéréoscopiques. Trois aspects majeurs de la qualité del’expérience sont adressés : (1) les sources et causes de la fatigue visuelle, (2) les distorsionsperceptives et (3) l’amélioration de la qualité de l’expérience en 3D au travers de l’adaptationdu contenu visuel. Pour étudier la fatigue visuelle, les mouvements de vergence étaientmesurés à la fois avec un écran 3D et avec un système à double écran qui permettaient laprésentation de stimuli avec les informations de disparité et de flou présentés en congruencecomme en incongruence. L’effet de la stéréoscopie sur les mouvements de vergence a étéétudié dans le but de tester si la mesure oculaire pouvait être utilisée comme indicateur defatigue visuelle. Le sujet suivant étudiait la consistance de la perception des formes 3Dstéréoscopiques en fonction de distances virtuelles induites par la disparité et par le signald’accommodation. Le rôle de la taille de la pupille et de la profondeur de champ enstéréoscopie étaient étudiés par la manipulation de la taille de la pupille avec deux conditionsd’illumination contrôlée. Finalement, l’amélioration de la perception de la forme 3D estquestionnée au travers de l’adaptation du contenu visuel en fonction de la mesure de seuilsperceptifs individuels pour des stimuli se déplaçant en profondeur. / Stereoscopic 3-Dimensional (S3D) technology has recently received growing attraction,potentially because it provides a more informative and more immersive visual experience.Indeed, the viewer may extract the binocular disparities displayed between the left and theright views, more efficiently retrieve the depth of the observed visual scene, and thus, givevisual content another dimension. However, while the additional value of depth is ratherappreciated, a number of problems have been raised that impact the Quality of Experience(QoE) in S3D representations. The objective of this thesis is to investigate the main factorsaffecting QoE in stereopsis in order to provide guidelines towards the improvement andfurther use of stereoscopic systems. Three main aspects of QoE in S3D are addressed: (1) thesources and causes of visual fatigue, (2) the perceptual distortions arising in S3D and, (3) theimprovement of S3D QoE through content adaptation. To study visual fatigue in S3D,vergence eye movements were measured both in S3D display and in dual-screen display thatenables the presentation of matched disparity and defocus stimuli. The effect of stereopsis onvergence movements was studied so as to test whether vergence tracking can be used asindicator of visual fatigue. The next topic investigated the consistency in stereoscopic 3Dshape perception as a function of vergence distance and accommodation distance. The role ofthe pupil size and the depth of focus in S3D were evaluated by manipulating the pupilaperture with two controlled lighting conditions. Finally, the improvement of 3D shapeperception is addressed through content adaptation according to individual perceptionthresholds measurement for motion-in-depth stimuli.

Le trafic vidéo a subi une augmentation fulgurante sur Internet ces dernières années. Pour pallier à cette importante demande de contenu vidéo, la technologie du streaming adaptatif sur HTTP est utilisée. Elle est devenue par ailleurs très populaire car elle a été adoptée par les différents acteurs du domaine de la vidéo streaming. C’est une technologie moins couteuse qui permet aux fournisseurs de contenu, la réutilisation des serveurs web et des caches déjà déployés. En plus, elle est exempt de tout blocage car elle traverse facilement les pare-feux et les translations d’adresses sur Internet. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode de vidéo streaming adaptatif appelé “Backward-Shifted Coding (BSC)”. Il se veut être une solution complémentaire au standard DASH, le streaming adaptatif et dynamique utilisant le protocole HTTP. Nous allons d’abord décrire ce qu’est la technologie BSC qui se base sur le codec (encodeur décodeur) à multi couches SVC, un algorithme de compression extensible ou évolutif. Nous détaillons aussi l’implémentation de BSC dans un environnement DASH. Ensuite,nous réalisons une évaluation analytique de BSC en utilisant des résultats standards de la théorie des files d’attente. Les résultats de cette analyse mathématique montrent que le protocole BSC permet de réduire considérablement le risque d’interruption de la vidéo pendant la lecture, ce dernier étant très pénalisant pour les utilisateurs. Ces résultats vont nous permettre de concevoir des algorithmes d’adaptation de qualité à la bande passante en vue d’améliorer l’expérience utilisateur. Ces algorithmes permettent d’améliorer la qualité de la vidéo même étant dans un environnement où le débit utilisateur est très instable.La dernière étape de la thèse consiste à la conception de stratégies de caching pour optimiser la transmission de contenu vidéo utilisant le codec SVC. En effet, dans le réseau, des serveurs de cache sont déployés dans le but de rapprocher le contenu vidéo auprès des utilisateurs pour réduire les délais de transmission et améliorer la qualité de la vidéo. Nous utilisons la programmation linéaire pour obtenir la solution optimale de caching afin de le comparer avec nos algorithmes proposés. Nous montrons que ces algorithmes augmentent la performance du système tout en permettant de décharger les liens de transmission du réseau cœur. / Due to the growth of video traffic over the Internet in recent years, HTTP AdaptiveStreaming (HAS) solution becomes the most popular streaming technology because ithas been succesfully adopted by the different actors in Internet video ecosystem. Itallows the service providers to use traditional stateless web servers and mobile edgecaches for streaming videos. Further, it allows users to access media content frombehind Firewalls and NATs.In this thesis we focus on the design of a novel video streaming delivery solutioncalled Backward-Shifted Coding (BSC), a complementary solution to Dynamic AdaptiveStreaming over HTTP (DASH), the standard version of HAS. We first describe theBackward-Shifted Coding scheme architecture based on the multi-layer Scalable VideoCoding (SVC). We also discuss the implementation of BSC protocol in DASH environment.Then, we perform the analytical evaluation of the Backward-Sihifted Codingusing results from queueing theory. The analytical results show that BSC considerablydecreases the video playback interruption which is the worst event that users can experienceduring the video session. Therefore, we design bitrate adaptation algorithms inorder to enhance the Quality of Experience (QoE) of the users in DASH/BSC system.The results of the proposed adaptation algorithms show that the flexibility of BSC allowsus to improve both the video quality and the variations of the quality during thestreaming session.Finally, we propose new caching policies to be used with video contents encodedusing SVC. Indeed, in DASH/BSC system, cache servers are deployed to make contentsclosed to the users in order to reduce network latency and improve user-perceived experience.We use Linear Programming to obtain optimal static cache composition tocompare with the results of our proposed algorithms. We show that these algorithmsincrease the system overall hit ratio and offload the backhaul links by decreasing thefetched content from the origin web servers.

L'émergence et la croissance rapide des services multimédia dans les réseaux IP ont créé de nouveaux défis pour les fournisseurs de services réseau, qui, au-delà de la Qualité de Service (QoS) issue des paramètres techniques de leur réseau, doivent aussi garantir la meilleure qualité de perception utilisateur (Quality of Experience, QoE) dans des réseaux variés avec différentes technologies d'accès. Habituellement, différentes méthodes et techniques sont utilisées pour prédire le niveau de satisfaction de l'utilisateur, en analysant l'effet combiné de multiples facteurs. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la commande du réseau en intégrant à la fois des aspects qualitatifs (perception du niveau de satisfaction de l'usager) et quantitatifs (mesure de paramètres réseau) dans l'objectif de développer des mécanismes capables, à la fois, de s'adapter à la variabilité des mesures collectées et d'améliorer la qualité de perception. Pour ce faire, nous avons étudié le cas de deux services multimédia populaires, qui sont : le streaming vidéo, et la voix sur IP (VoIP). Nous investiguons la QoE utilisateur de ces services selon trois aspects : (1) les méthodologies d'évaluation subjective de la QoE, dans le cadre d'un service vidéo, (2) les techniques d'adaptation de flux vidéo pour garantir un certain niveau de QoE, et (3) les méthodes d'allocation de ressource, tenant compte de la QoE tout en économisant l'énergie, dans le cadre d'un service de VoIP (LTE-A). Nous présentons d'abord deux méthodes pour récolter des jeux de données relatifs à la QoE. Nous utilisons ensuite ces jeux de données (issus des campagnes d'évaluation subjective que nous avons menées) pour comprendre l'influence de différents paramètres (réseau, terminal, profil utilisateur) sur la perception d'un utilisateur d'un service vidéo. Nous proposons ensuite un algorithme de streaming vidéo adaptatif, implémenté dans un client HTTP, et dont le but est d'assurer un certain niveau de QoE et le comparons à l'état de l'art. Notre algorithme tient compte de trois paramètres de QoS (bande passante, taille de mémoires tampons de réception et taux de pertes de paquets) et sélectionne dynamiquement la qualité vidéo appropriée en fonction des conditions du réseau et des propriétés du terminal de l'utilisateur. Enfin, nous proposons QEPEM (QoE Power Efficient Method), un algorithme d'ordonnancement basé sur la QoE, dans le cadre d'un réseau sans fil LTE, en nous intéressant à une allocation dynamique des ressources radio en tenant compte de la consommation énergétique / The emerging and fast growth of multimedia services have created new challenges for network service providers in order to guarantee the best user's Quality of Experience (QoE) in diverse networks with distinctive access technologies. Usually, various methods and techniques are used to predict the user satisfaction level by studying the combined impact of numerous factors. In this thesis, we consider two important multimedia services to evaluate the user perception, which are: video streaming service, and VoIP. This study investigates user's QoE that follows three directions: (1) methodologies for subjective QoE assessment of video services, (2) regulating user's QoE using video a rate adaptive algorithm, and (3) QoE-based power efficient resource allocation methods for Long Term Evaluation-Advanced (LTE-A) for VoIP. Initially, we describe two subjective methods to collect the dataset for assessing the user's QoE. The subjectively collected dataset is used to investigate the influence of different parameters (e.g. QoS, video types, user profile, etc.) on user satisfaction while using the video services. Later, we propose a client-based HTTP rate adaptive video streaming algorithm over TCP protocol to regulate the user's QoE. The proposed method considers three Quality of Service (QoS) parameters that govern the user perception, which are: Bandwidth, Buffer, and dropped Frame rate (BBF). The BBF method dynamically selects the suitable video quality according to network conditions and user's device properties. Lastly, we propose a QoE driven downlink scheduling method, i.e. QoE Power Escient Method (QEPEM) for LTE-A. It esciently allocates the radio resources, and optimizes the use of User Equipment (UE) power utilizing the Discontinuous Reception (DRX) method in LTE-A

Ces dernières années, les terminaux mobiles sont devenus plus performants en termes de puissance de calcul, de mémoire, de taille et de la qualité de l'écran. Ces améliorations ont fortement stimulé la demande de services multimédias notamment la vidéo streaming. Par ailleurs les clients sont de plus en plus exigeants quant à la qualité rendue sur ce type de service. En plus une mauvaise expérience de la vidéo streaming a un grand impact sur la perception qu’ont les clients de l’opérateur. Optimiser la qualité d’expérience (QdE) des clients sur les services de la vidéo streaming est donc un enjeu concurrentiel majeur. Dans cette thèse, nous nous intéressons à modéliser et optimiser la QdE des services streaming en tenant compte des usages et de la mobilité des clients. En particulier, nous nous intéresserons à deux stratégies de délivrance des contenus sur le réseau mobile : la stratégie ‘’Fast Caching’’ et la stratégie ‘’On-Off’’. Nous développons des modèles analytiques qui nous permettent de calculer des indicateurs majeurs de la QdE pour le service streaming qui sont : i) la famine, qui pousse les opérateurs à envoyer plus de contenu et ii) la perte due à abandonner la lecture d’une vidéo, qui pousse ces derniers à envoyer du contenu vidéo d’une manière strictement raisonnable. Un équilibre optimal est à trouver. Nous proposons aussi des stratégies de gestion de la QdE en maintenant un bon niveau de QdE sur la totalité du réseau et en optimiser les indicateurs de la QdE du service streaming. / In recent years, mobile devices have become more powerful in terms of computing power, memory, size and screen quality. These improvements have greatly stimulated demand for multimedia services including video streaming. Moreover, customers are increasingly demanding in terms of the quality rendered on this type of service. In addition, a bad experience of video streaming has a great impact on the perception that customers have of the operator. Optimizing the quality of experience (QoE) of customers on the services of video streaming is thus a major competitive challenge. In this thesis, we are interested in modeling and optimizing the QoE of the streaming services taking into account the usages and the mobility of the clients. In particular, we are interested in two strategies for delivering content on the mobile network: the Fast Caching strategy and the On-Off strategy. We develop analytical models that allow us to calculate major indicators of the QoE for the streaming service that are: i) starvation, which drives operators to send more video content to customers and ii) the loss due to abandoning the video playback, which pushes them to send video content in a strictly reasonable manner. An optimal balance is to be found. We also propose QoE oriented strategies by maintaining a good level of QoE over the entire network and optimizing the QoE indicators of streaming services.

Les travaux développés dans cette thèse ont pour cadre général la mise en œuvre d’approches adaptatives permettant de faire évoluer la gestion du réseau en migrant d’une vue "centrée réseau" où l’on se contentait uniquement des paramètres issus du réseau lui-même, vers une vue "centrée utilisateur". Plus particulièrement, ces travaux se sont focalisés sur un des composants principaux de l’ensemble de la chaîne de traitement et de transport, celui de la sélection de la meilleure interface réseau embarquée dans le terminal mobile, l’objectif étant de répondre au mieux aux contraintes imposées par l’environnement. Ces travaux reposent sur une approche décisionnelle dynamique tenant compte de changements dans les paramètres réseaux et des besoins et préférences des utilisateurs au regard des services qui leur sont proposés. En effet, dans l’environnement actuel, se caractérisant par une multiplicité de technologies, d’applications et d’utilisateurs, les terminaux mobiles sont équipés de plusieurs interfaces réseaux. Ces derniers donnent ainsi la possibilité aux utilisateurs de pouvoir basculer dynamiquement d’une interface à une autre dans l’objectif d’assurer une connexion satisfaisant le mieux possible leurs besoins en termes de services en tout lieu, à tout moment et de la meilleure manière possible (ABC, Always Best Connected). Les approches mises en œuvre dans le cadre de la thèse ont permis d’associer simultanément chaque flux d’application à l’interface la plus appropriée de manière à optimiser les performances globales du système. Ainsi, ces travaux ont mené à la proposition d’approches hybrides ayant pour cadre de départ la technique TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) et en y intégrant des modèles issus de la théorie des fonctions de croyance. Pour l’association flux/interface, une proposition basée sur des algorithmes bio-inspirés a été faite dans le cadre de ces travaux. Les résultats obtenus, à la fois par simulation et sur un cas d’usage réel en lien avec le domaine de la santé connectée, ont montré l’efficacité des approches proposées / The work developed in this dissertation has as a general framework the implementation of adaptive user-centric approaches for network interface selection (NIS) and flow/interface association (FIA) in Heterogeneous Wireless Networks (HWNs). The NIS mechanism relies on a dynamic decision approach that considers the change in networks’ parameters and users’ needs and preferences for their current applications. In a heterogeneous environment, the mobile terminals that are equipped with multiple network interfaces provide the possibility for mobile end-users to switch among available network interfaces and select the one that best fulfills their needs anywhere at any time which is known as Always Best Connected (ABC). The approaches proposed in this thesis allowed to associate simultaneously each application flow to its suitable interface in a way that best maximizes the global system performance. This work has led to the proposal of hybrid approaches originating from TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) and integrating models from the belief functions theory for the NIS. Concerning the FIA, a proposal based on bio-inspired algorithms was made as part of this work. Experimental results based on synthetic datasets and an experimental test bed for health monitoring showed the effectiveness of the proposed approaches

Ce travail de thèse présente une stratégie de transmission exploitant la diversité spatiale pour la transmission d'images sur canal sans fil. On propose ainsi une approche originale mettant en correspondance la hiérarchie de la source avec celle des sous-canauxSISO issus de la décomposition d'un canal MIMO. On évalue les performances des précodeurs usuels dans le cadre de cette stratégie via une couche physique réaliste, respectant la norme IEEE802.11n, et associé à un canal de transmission basé sur un modèle de propagation à tracé de rayons 3D. On montre ainsi que les précodeurs usuels sont mal adaptés pour la transmission d'un contenu hiérarchisé. On propose alors un algorithme de précodage allouant successivement la puissance sur les sous-canaux SISO afin de maximiser la qualité des images reçues. Le précodeur proposé permet d'atteindre un TEB cible compte tenu ducodage canal, de la modulation et du SNR des sous-canaux SISO. A partir de cet algorithme de précodage, on propose une solution d'adaptation de lien permettant de régler dynamiquement les paramètres de la chaîne en fonction des variations sur le canal de transmission. Cette solution détermine la configuration de codage/transmission maximisant la qualité de l'image en réception. Enfin, on présente une étude sur la prise en compte de contraintes psychovisuelles dans l'appréciation de la qualité des images reçues. On propose ainsi l'intégration d'une métrique à référence réduite basée sur des contraintes psychovisuelles permettant d'assister le décodeur vers la configuration de décodage offrant la meilleure qualité d'expérience. Des tests subjectifs confirment l'intérêt de l'approche proposée. / This thesis presents a transmission strategy for exploiting the spatial diversity for image transmission over wireless channel. We propose an original approach based on the matching between the source hierarchy and the SISO sub-channels hierarchy, resulting from the MIMO channel decomposition. We evaluate common precoder performance in the context of this strategy via a realistic physical layer respecting the IEEE802.11n standard and associated with a transmission channel based on a 3D-ray tracer propagation model. It is shown that common precoders are not adapted for the transmission of a hierarchical content. Then, we propose a precoding algorithm which successively allocates power over SISO subchannels in order to maximize the received images quality. The proposed precoder achieves a target BER according to the channel coding, the modulation and the SISO subchannels SNR. From this precoding algorithm, we propose a link adaptation scheme to dynamically adjust the system parameters depending on the variations of the transmission channel. This solution determines the optimal coding/transmission configuration maximizing the image quality in reception. Finally, we present a study for take into account some psychovisual constraints in the assessment of the received images quality. We propose the insertion of a reduced reference metric based on psychovisual constraints, to assist the decoder in order to determine the decoding configuration providing the highest quality of experience. Subjective tests confirm the interest of the proposed approach.