À l'ère de systèmes électroniques intégrés, les ingénieurs font face au défi de concevoir et de tester des systèmes hétérogènes contenant des parties analogiques, numériques, mécaniques et même du logiciel embarqué. Cela reste très difficile car il n'y a pas d'outil unifiant ces différents domaines de l’ingénierie. Ces systèmes, dits hétérogènes, ont leur comportement exprimées et spécifiés par plusieurs formalismes, chacun particulier à son domaine d'expertise (diagramme de machines à état pour les circuits de contrôle numérique, équations différentielles pour les modèles mécaniques, ou bien des réseaux de composants pour les circuits analogiques). Les outils de conception existants sont destinés à traiter des systèmes homogènes en utilisant un seul formalisme à la fois. Dans l'état actuel, l'industrie se bat avec des problèmes d'intégration à chaque étape de la conception, à savoir la spécification, la simulation, la validation et le déploiement. L'absence d'une approche qui comprend les spécifications des interfaces inter-domaines est souvent la cause des problèmes d'intégration de différentes parties d'un système hétérogène. Cette thèse propose une approche pour faire face à l'hétérogénéité en utilisant SysML comme outil fédérateur. Notre proposition repose sur la définition d'une sémantique explicite pour les diagrammes SysML ainsi que des éléments d'adaptation sémantiques capables d'enlever les ambiguïtés dans les interfaces multi-domaines. Pour démontrer l'efficacité de ce concept, un ensemble d'outils basés sur l'ingénierie dirigé par les modèles a été construit pour générer du code exécutable automatiquement à partir des spécifications. / In the era of highly integrated electronics systems, engineers face the challenge of designing and testing multi-faceted systems with single-domain tools. This is difficult and error-prone. These so called heterogeneous systems have their operation and specifications expressed by several formalisms, each one particular to specific domains or engineering fields (software, digital hardware, analog, etc.). Existing design tools are meant to deal with homogeneous designs using one formalism at a time. In the current state, industry is forced to battle with integration issues at every design step, i.e. specification, simulation, validation and deployment. Common divide-to-conquer approaches do not include cross-domain interface specification from the beginning of the project. This lack is often the cause of issues and rework while trying to connect parts of the system that were not designed with the same formalism. This thesis proposes an approach to deal with heterogeneity by embracing it from the beginning of the project using SysML as the unifying tool. Our proposal hinges on the assignment of well-defined semantics to SysML diagrams, together with semantic adaptation elements. To demonstrate the effectiveness of this concept, a toolchain is built and used to generate systems simulation executable code automatically from SysML specifications for different target languages using model driven engineering techniques.

À l'ère de systèmes électroniques intégrés, les ingénieurs font face au défi de concevoir et de tester des systèmes hétérogènes contenant des parties analogiques, numériques, mécaniques et même du logiciel embarqué. Cela reste très difficile car il n'y a pas d'outil unifiant ces différents domaines de l’ingénierie. Ces systèmes, dits hétérogènes, ont leur comportement exprimées et spécifiés par plusieurs formalismes, chacun particulier à son domaine d'expertise (diagramme de machines à état pour les circuits de contrôle numérique, équations différentielles pour les modèles mécaniques, ou bien des réseaux de composants pour les circuits analogiques). Les outils de conception existants sont destinés à traiter des systèmes homogènes en utilisant un seul formalisme à la fois. Dans l'état actuel, l'industrie se bat avec des problèmes d'intégration à chaque étape de la conception, à savoir la spécification, la simulation, la validation et le déploiement. L'absence d'une approche qui comprend les spécifications des interfaces inter-domaines est souvent la cause des problèmes d'intégration de différentes parties d'un système hétérogène. Cette thèse propose une approche pour faire face à l'hétérogénéité en utilisant SysML comme outil fédérateur. Notre proposition repose sur la définition d'une sémantique explicite pour les diagrammes SysML ainsi que des éléments d'adaptation sémantiques capables d'enlever les ambiguïtés dans les interfaces multi-domaines. Pour démontrer l'efficacité de ce concept, un ensemble d'outils basés sur l'ingénierie dirigé par les modèles a été construit pour générer du code exécutable automatiquement à partir des spécifications. / In the era of highly integrated electronics systems, engineers face the challenge of designing and testing multi-faceted systems with single-domain tools. This is difficult and error-prone. These so called heterogeneous systems have their operation and specifications expressed by several formalisms, each one particular to specific domains or engineering fields (software, digital hardware, analog, etc.). Existing design tools are meant to deal with homogeneous designs using one formalism at a time. In the current state, industry is forced to battle with integration issues at every design step, i.e. specification, simulation, validation and deployment. Common divide-to-conquer approaches do not include cross-domain interface specification from the beginning of the project. This lack is often the cause of issues and rework while trying to connect parts of the system that were not designed with the same formalism. This thesis proposes an approach to deal with heterogeneity by embracing it from the beginning of the project using SysML as the unifying tool. Our proposal hinges on the assignment of well-defined semantics to SysML diagrams, together with semantic adaptation elements. To demonstrate the effectiveness of this concept, a toolchain is built and used to generate systems simulation executable code automatically from SysML specifications for different target languages using model driven engineering techniques.

Ce travail traite de la modélisation de systèmes complexes constitués de plusieurs composants impliquant des domaines techniques différents. Il se place dans le contexte de la modélisation hétérogène hiérarchique, selon l’approche à base de modèles de calcul. Chaque composant faisant appel à un domaine technique particulier, son comportement peut être modélisé selon un paradigme de modélisation approprié, avec une sémantique différente de celle des autres composants. La modélisation du système global, qui intègre les modèles hétérogènes de ces composants, nécessite donc une adaptation sémantique permettant l’échange entre les divers sous-modèles.Ce travail propose une approche de modélisation de l’adaptation sémantique où les sémantiques du temps et du contrôle sont explicitement spécifiées par le concepteur en définissant des relations sur les occurrences d’évènements d’une part et sur les étiquettes temporelles de ces occurrences d’autre part. Cette approche est intégrée dans la plateforme ModHel’X et testée sur un cas d’étude : un modèle de lève-vitre électrique. / This work takes place in the context of hierarchical heterogeneous modeling using the model of computation approach in order to model complex systems which includes several components from different technical fields.Each of these components is usually designed according to a modeling paradigm that suits the technical domain and is based on specific semantics. Therefore, the overall system, which integrates the heterogeneous models of the components, requires semantic adaptation to ensure proper communication between its various sub-models.In this context, the aim of this thesis is to propose a new approach of semantic adaptation modeling where the semantic adaptation of time and control is specified by defining relationships between the occurrences of events as well as the time tags of these occurrences. This approach was integrated into the ModHel’X platform and tested on the case study of a power window system.

Dans cette thèse, nous proposons un framework d’adaptation appelé "Personalized vIdeo Adaptation Framework" (PIAF) conçu à partir des standards MPEG. PIAF intègre les contraintes sémantiques et vise à maximiser la qualité perçue par l’utilisateur lors de la visualisation de la vidéo tout en respectant les droits de propriété intellectuelle. Les contributions de cette thèse peuvent être résumées comme suit. Dans un premier temps, nous avons utilisé et étendu les standards MPEG-7 et MPEG-21 afin de représenter les préférences des utilisateurs. Nous avons ensuite proposé un modèle formel du processus d’adaptation sémantique d’une vidéo et défini une fonction d’utilité régissant le mécanisme de prise de décision du MPDA. Cette fonction tient compte de différentes dimensions de qualité (qualité perceptuelle, sémantique, temps d’exécution nécessaire) afin d’évaluer quantitativement la qualité d’un plan d’adaptation. Le processus d’adaptation que nous proposons intègre les droits de propriété intellectuelle dans le processus de décision. Dans certains cas, le plan d’adaptation qui produirait la vidéo de meilleure qualité adaptée aux préférences de l’utilisateur peut être inapplicable car il ne respecte pas les contraintes du propriétaire. Trouver le meilleur plan d’adaptation devient alors un problème NP-complet. Nous avons proposé une solution pratique à ce problème sous la forme d’une heuristique capable de sélectionner un plan très proche de l’optimum en un temps de calcul raisonnable. Afin d’implémenter ce framework, nous avons également développé un outil d’annotation sémantique de contenu vidéo (SVCAT) qui produit des annotations sémantiques structurelles et de haut niveau selon un modèle objet basé sur du contenu vidéo. Nous avons validé nos travaux avec des évaluations qualitatives et quantitatives qui nous ont permis d’étudier la performance et l'efficacité du MPDA. Nous avons validé nos travaux avec des évaluations qualitatives et quantitatives qui nous ont permis d’étudier la performance et l'efficacité du MPDA. Les résultats obtenus démontrent que la fonction d’utilité proposée présente une forte corrélation avec les évaluations subjectives fournies par des utilisateurs concernant la qualité d’une vidéo adaptée, et constitue donc une base tout à fait pertinente pour le MPDA. / Universal Multimedia Experience (UME) is the notion that a user should receive informative adapted content anytime and anywhere. Personalization of videos, which adapts their content according to user preferences, is a vital aspect of achieving the UME vision. User preferences can be translated into several types of constraints that must be considered by the adaptation process, including semantic constraints directly related to the content of the video. The overall goal of this adaptation process is to provide users with adapted content that maximizes their Quality of Experience (QoE). This QoE depends at the same time on the level of the user's satisfaction in perceiving the adapted content, the amount of knowledge assimilated by them, and the adaptation execution time. In video adaptation frameworks, the Adaptation Decision Taking Engine (ADTE), is responsible for achieving this goal. The task of the ADTE is challenging as many adaptation operations can satisfy the same semantic constraint, and thus arising in several feasible adaptation plans. Indeed, for each entity to be adapted, the ADTE must decide on the adequate adaptation operator that satisfies the user's preferences while maximizing his/her quality of experience. The first challenge to achieve in this is to objectively measure the quality of the adapted video, while considering the multiple aspects of the QoE. The second challenge is to assess beforehand this quality in order to choose the most appropriate adaptation plan among all possible ones. The third challenge is to resolve conflicting or overlapping semantic constraints, in particular conflicts arising from constraints expressed by owner's intellectual property rights (IPR) about the modification of the content. In this thesis, we tackled the aforementioned challenges by proposing a Utility Function (UF), which integrates semantic concerns with user's perceptual considerations. This UF models the relationships among adaptation operations, user preferences, and the quality of the video content. We integrated this UF into an ADTE. This ADTE performs a multi-level piecewise reasoning to choose the adaptation plan that maximizes the user-perceived quality. Furthermore, we included IPR in the adaptation process. Thereby, we modeled content owner constraints, and proposed a heuristic to resolve conflicting user and owner constraints. More, we developed SVCAT, which produces structural and high-level semantic annotation according to an original object-based video content model. We modeled as well the user's preferences proposing extensions to MPEG-7 and MPEG-21. All the developed contributions were carried out as part of a coherent framework called PIAF. We validated this research with qualitative and quantitative evaluations, which assess the performance and the efficiency of the proposed adaptation decision-taking engine within PIAF.