La charge de traitement de la compression vidéo est généralement assurée au niveau de l’émetteur dans les standards conventionnels de codage vidéo (MPEG, H.263, H.264/AVC [1]). Ce choix est dû au fait que l’émetteur dispose d’une connaissance totale de la source lui permettant d’assurer facilement et efficacement la compression. En outre, les applications habituelles de la transmission vidéo assurent un flux d’une station centralisée, disposant d’une capacité calculatoire élevée, vers un certain nombre de récepteurs. La charge de compression est ainsi effectuée une seule fois par une station adaptée à ce fait. Avec l’accroissement de l’interactivité de la téléphonie mobile, les abonnés sont en mesure d’émettre des séquences vidéo autant que d’en recevoir. Le flux vidéo est alors généré par le téléphone mobile à capacité limitée vers une station de base à capacité élevée. La compression ne peut se faire selon le schéma conventionnel et la complexité de la compression doit être transférée au décodeur. Les résultats théoriques de Slepian-Wolf [2] et leur extension par les travaux de Wyner-Ziv [3] pour le cas de codage avec perte et en présence d’information latérale constituent les bases théoriques du codage de sources distribuées. Ces résultats théoriques ont donné naissance à un vaste champ d’applications comme le récent paradigme de codage vidéo distribué, établi il y a juste quelques années. Dans cette thèse de doctorat, on présente une étude des divers systèmes de codage vidéo distribué dans le domaine pixel et dans le domaine transformé. Le décodeur exploite la corrélation entre la séquence à transmettre par le codeur et l’information latérale dont il dispose. Cette corrélation se traduit par un canal virtuel dont l’entrée est la trame à transmettre et la sortie est l’information latérale. Un code turbo est utilisé pour générer des bits de parité envoyés progressivement sous la demande du décodeur, pour corriger les erreurs de l’information latérale qui constitue une version bruitée de la trame originale. Dans ce travail, on implémente différents algorithmes de codage vidéo distribué basés sur les turbocodes dans le but de s’approcher des performances de la compression vidéo conventionnelle. / Most of the video compression processing is usually performed at the transmitter in the conventional video coding standards (MPEG, H.263, H.264/AVC [1]). This choice is due to the fact that the transmitter has full knowledge of its source to ensure easy and efficient compression. In addition, the usual applications of video transmission ensure a flow from a centralized station, with a higher computational capacity, to a number of receivers. The compression task is thus performed only once by a computationally adapted station. However, with the emergence of wireless surveillance locally distributed cameras, the growth of cellular interactive video applications as well as many other applications involving several low cost video encoders at the expense of high complexity central decoder, the compression task can no longer be handled by the encoder and thus the compression complexity should be transferred to the decoder. Slepian and Wolf information theoretical result on lossless coding for correlated distributed sources [2] and its extension to the lossy source coding case with side information at the decoder, as introduced by Wyner and Ziv [3], constitute the theoretical basis of distributed source coding. These theoretical concepts have given birth to a wide field of applications as the recent distributed video coding paradigm, established a few years ago. In this doctoral thesis, we present a study of various distributed video coding schemes in the pixel and transform domains. The decoder exploits the correlation between the video sequence to be transmitted by the encoder and the side information. This correlation can be seen as a virtual channel whose input is the frame to be transmitted and the output is the side information. Turbo coding is used to generate the parity bits which are sent, gradually upon decoder requests, to correct the errors in the side information considered as a noisy version of the original frame. In this work, we implement various algorithms for distributed video coding based on turbo codes in order to approach the efficiency of conventional video encoders.

La communication ultra large bande (UWB) a attiré une énorme quantité de recherches ces dernières années, surtout après la présentation du masque spectral de US Federal Communications Commission (FCC). Les impulsions ultra-courtes permettent de très hauts débits de faible puissance tout en éliminant les interférences avec les systèmes existants à bande étroite. La faible puissance, cependant, limite la portée de propagation des radios UWB à quelques mètres pour la transmission sans fil à l’intérieur d’une pièce. En outre, des signaux UWB reçu sont étendus dans le temps en raison de la propagation par trajet multiple qui résulte en beaucoup d’interférence inter-symbole (ISI) à haut débit. Le monocycle Gaussien, l’impulsion la plus commune dans UWB, a une mauvaise couverture sous le masque de la FCC. Dans cette thèse, nous démontrons des transmet- teurs qui sont capables de générer des impulsions UWB avec une efficacité de puissance élevée. Une impulsion efficace résulte dans un rapport de signal à bruit (SNR) supérieur au récepteur en utilisant plus de la puissance disponible sous le masque spectral de la FCC. On produit les impulsions dans le domaine optique et utilise la fibre optique pour les transporter sur plusieurs kilomètres pour la distribution dans un réseau optique pas- sif. La fibre optique est très fiable pour le transport des signaux radio avec une faible consommation de puissance. On utilise les éléments simples comme un modulateur Mach-Zehnder ou un résonateur en anneau pour générer des impulsions, ce qui permet l’intégration dans le silicium. Compatible avec la technologie CMOS, la photonique sur silicium a un potentiel énorme pour abaisser le coût et l’encombrement des systèmes optiques. La photodétection convertit les impulsions optiques en impulsions électriques avant la transmission sur l’antenne du côté de l’utilisateur. La réponse fréquentielle de l’antenne déforme la forme d’onde de l’impulsion UWB. Nous proposons une technique d’optimisation non-linéaire qui prend en compte la distorsion d’antenne pour trouver des impulsions qui maximisent la puissance transmise, en respectant le masque spectral de la FCC. Nous travaillons avec trois antennes et concevons une impulsion unique pour chacune d’entre elle. L’amélioration de l’énergie des impulsions UWB améliore directement la SNR au récepteur. Les résultats de simulation montrent que les impulsions optimisées améliorent considérablement le taux d’erreur (BER) par rapport au monocycle Gaussien sous propagation par trajet multiple. Notre autre contribution est l’évaluation d’un filtre adapté pour recevoir efficacement des impulsions UWB. Le filtre adapté est synthétisé et fabriqué en technologie microstrip, en collaboration avec l’Université McGill comme un dispositif de bande interdite électromagnétique. La réponse fréquentielle du filtre adapté montre une ex- cellente concordance avec le spectre ciblé de l’impulsion UWB. Les mesures de BER confirment la performance supérieure du filtre adapté par rapport à un récepteur à conversion directe. Le canal UWB est très riche en trajet multiple conduisant à l’ISI à haut débit. Notre dernière contribution est l’étude de performance des récepteurs en simulant un système avec des conditions de canaux réalistes. Les résultats de la simulation montrent que la performance d’un tel système se dégrade de façon significative pour les hauts débits. Afin de compenser la forte ISI dans les taux de transfert de données en Gb/s, nous étudions l’algorithme de Viterbi (VA) avec un nombre limité d’états et un égaliseur DFE (decision feedback equalizer). Nous examinons le nombre d’états requis dans le VA, et le nombre de coefficients du filtre dans le DFE pour une transmission fiable de UWB en Gb/s dans les canaux en ligne de vue. L’évaluation par simulation de BER confirme que l’égalisation améliore considérablement les performances par rapport à la détection de symbole. La DFE a une meilleure performance par rapport à la VA en utilisant une complexité comparable. La DFE peut couvrir une plus grande mémoire de canal avec un niveau de complexité relativement réduit. / Ultra-wideband (UWB) communication has attracted an enormous amount of research in recent years, especially after the introduction of the US Federal Communications Commission (FCC) spectral mask. Ultra-short pulses allow for very high bit-rates while low power eliminates interference with existing narrowband systems. Low power, however, limits the propagation range of UWB radios to a few meters for indoors wireless transmission. Furthermore, received UWB signals are spread in time because of multipath propagation which results in high intersymbol interference at high data rates. Gaussian monocycle, the most commonly employed UWB pulse, has poor coverage under the FCC mask. In this thesis we demonstrate transmitters capable of generating UWB pulses with high power efficiency at Gb/s bit-rates. An efficient pulse results in higher signal-to-noise ratio (SNR) at the receiver by utilizing most of the available power under the FCC spectral mask. We generate the pulses in the optical domain and use optical fiber to transport the pulses over several kilometers for distribution in a passive optical network. Optical fiber is very reliable for transporting radio signals with low power consumption. We use simple elements such as a Mach Zehnder modulator or a ring resonator for pulse shaping, allowing for integration in silicon. Being compatible with CMOS technology, silicon photonics has huge potential for lowering the cost and bulkiness of optical systems. Photodetection converts the pulses to the electrical domain before antenna transmission at the user side. The frequency response of UWB antennas distorts the UWB waveforms. We pro- pose a nonlinear optimization technique which takes into account antenna distortion to find pulses that maximize the transmitted power, while respecting the FCC spectral mask. We consider three antennas and design a unique pulse for each. The energy improvement in UWB pulses directly improves the receiver SNR. Simulation results show that optimized pulses have a significant bit error rate (BER) performance improvement compared to the Gaussian monocycle under multipath propagation. Our other contribution is evaluating a matched filter to receive efficiently designed UWB pulses. The matched filter is synthesized and fabricated in microstrip technology in collaboration with McGill University as an electromagnetic bandgap device. The frequency response of the matched filter shows close agreement with the target UWB pulse spectrum. BER measurements confirm superior performance of the matched filter compared to a direct conversion receiver. The UWB channel is very rich in multipath leading to ISI at high bit rates. Our last contribution is investigating the performance of receivers by simulating a system employing realistic channel conditions. Simulation results show that the performance of such system degrades significantly for high data rates. To compensate the severe ISI at gigabit rates, we investigate the Viterbi algorithm (VA) with a limited number of states and the decision feedback equalizer (DFE). We examine the required number of states in the VA, and the number of taps in the DFE for reliable Gb/s UWB trans- mission for line-of-sight channels. Non-line-of-sight channels were also investigated at lower speeds. BER simulations confirm that equalization considerably improves the performance compared to symbol detection. The DFE results in better performance compared to the VA when using comparable complexity as the DFE can cover greater channel memory with a relatively low complexity level.

Le sujet de la reconstruction 3D par stéréo multivue a été tant étudié, tellement de méthodes ont été développées qu'il n'est pas toujours facile de s'y retrouver. Qu'est-ce qui fait qu'un algorithme est plus efficace qu'un autre? Pour répondre à cette question, il faut être en mesure de reconnaître les caractéristiques fondamentalement intéressantes d'un algorithme. Dans le but d'acquérir ce savoir, nous allons décortiquer les différentes étapes de la reconstruction d'un objet, en partant par la base de la stéréo: l'appariement. Trouver des positions dans différentes images qui correspondent au même point de la surface comprend plusieurs défis: la visibilité (quel point est vu dans quelle image?), l'ambiguïté (quel ensemble de pixels correspond à un point de la surface?), la variation d'apparence angulaire (la couleur d'un point de la surface peut changer selon le point de vue) et la discrétisation de l'apparence (une image est un échantillonnage de l'apparence d'une partie de la surface). Apparier implique de pouvoir évaluer que la variation de couleur angulaire d'un point est cohérente avec le modèle de réflectance de l'objet. Pour évaluer la photo-cohérence, un critère de comparaison, des contraintes sur la surface et une façon d'emmagasiner les données sont nécessaires. Compte tenu des problèmes d'appariement, la photo-cohérence n'est pas suffisante pour trouver la surface. Pour trouver les meilleurs appariements, les algorithmes de reconstruction intègrent donc les façons d'évaluer la photo-cohérence aux autres hypothèses sur la surface (ex: lisse, cohérente aux silhouettes).

Dans cette thèse, la performance du système CDMA à chevauchement optique (OVCDMA) au niveau de la couche de contrôle d'accès au support (MAC) et l'allocation des ressources au niveau de la couche physique (PRY) sont étudiées. Notre but est d'apporter des améliorations pour des applications à débits multiples en répondant aux exigences de délai minimum tout en garantissant la qualité de service (QoS). Nous proposons de combiner les couches PRY et MAC par une nouvelle approche d'optimisation de performance qui consolide l'efficacité potentielle des réseaux optiques. Pour atteindre notre objectif, nous réalisons plusieurs étapes d'analyse. Tout d 'abord, nous suggérons le protocole S-ALOHA/OV-CDMA optique pour sa simplicité de contrôler les transmissions optiques au niveau de la couche liaison. Le débit du réseau, la latence de transmission et la stabilité du protocole sont ensuite évalués. L'évaluation prend en considération les caractéristiques physiques du système OY-CDMA, représentées par la probabilité de paquets bien reçus. Le système classique à traitement variable du gain (YPG) du CDMA, ciblé pour les applications à débits multiples, et le protocole MAC ±round-robin¿ récepteur/émetteur (R31), initialement proposé pour les réseaux par paquets en CDMA optique sont également pris en compte. L'objectif est d ' évaluer comparativement la performance du S-ALOHA/OY-CDMA en termes de l'immunité contre l'interférence d'accès lTIultiple (MAI) et les variations des charges du trafic. Les résultats montrent que les performances peuvent varier en ce qui concerne le choix du taux de transmission et la puissance de transmission optique au niveau de la couche PRY. Ainsi, nous proposons un schéma de répartition optimale des ressources pour allouer des taux de transmission à chevauchement optique et de puissance optique de transmission dans le système OY-CDMA comme des ressources devant être optimalement et équitablement réparties entre les utilisateurs qui sont regroupés dans des classes de différentes qualités de service. La condition d'optimalité est basée sur la maximisation de la capacité par utilisateur de la couche PHY. De ce fait, un choix optimal des ressources physiques est maintenant possible, mais il n'est pas équitable entre les classes. Par conséquent, pour améliorer la performance de la couche liaison tout en éliminant le problème d'absence d'équité, nous proposons comme une approche unifiée un schéma équitable et optimal pour l'allocation des ressources fondé sur la qualité de service pour des multiplexages temporels des réseaux par paquets en CDMA à chevauchement optique. Enfin, nous combinons cette dernière approche avec le protocole MAC dans un problème d'optimisation d'allocation équitable des ressources à contrainte de délai afin de mieux améliorer le débit du réseau et le délai au niveau de la couche liaison avec allocation équitable et optimale des ressources au niveau de la couche PHY.

Ce mémoire présente les concepts théoriques et pratiques qui permettront à un groupe de véhicules sans-pilote hétérogène d'estimer la position et l'orientation relative des véhicules voisins en temps réel. Le système de localisation relative leur permettra donc de se coordonner localement afin d'effectuer des missions d'équipe telles que le transport d'une charge et le vol en formation. La localisation relative est effectuée avec une matrice de capteurs ultrasoniques et un algorithme de différence de temps d'arrivée des signaux. Le système présenté peut être monté à bord de véhicules sans-pilote et ne requiert pas d'architecture externe.

Le présent ouvrage vise à étudier différents aspects reliés à la commande non-linéaire des bioprocédés et à leur caractérisation, visant leur éventuelle optimisation. Une particularité des bioprocédés est leur tendance à se comporter de manière variable dans le temps : étant constitués d'organismes vivants, ces derniers possèdent par définition une capacité d'adaptation à leur environnement, ce qui crée le phénomène. Côté opérationnel, il existe en plus une limitation face à l'instrumentation disponible. En effet, les équipements rattachés aux bioréacteurs doivent pouvoir tolérer le processus de stérilisation, qui implique l'atteinte de températures élevées (~120°C), et un certain niveau de pression. Enfin, une dernière limitation opérationnelle s'appliquant aux bioprocédés est le faible nombre de variables manipulées, fonction du mode d'opération. Suite à ces constats, plusieurs avenues peuvent être explorées afin de pallier à la situation. De manière générale, l'utilisation du débit de purge (bleed) est proposée comme variable de contrôle en mode perfusion. Une analyse en régime stationnaire est d'abord présentée, suivie du développement d'une stratégie de contrôle non-linéaire adaptative, basée sur les fondements du backstepping, et multivariable (2x2). Cette dernière est ensuite implantée en simulation, afin d'en évaluer la robustesse, la performance, et la sensibilité au bruit de mesure. L'algorithme est par la suite bonifié pour permettre le passage entre les modes perfusion et continu en toute transparence, afin de permettre de réguler les concentrations en biomasse et en substrat sans devoir se soucier si les consignes correspondent à un mode d'opération en particulier. Une méthodologie est par la suite proposée pour régler les paramètres du contrôleur, basée sur la linéarisation du modèle dynamique et le placement de pôles. Des simulations basées sur un modèle tiré de données expérimentales permettent d'en évaluer les performances, la robustesse et la sensibilité au bruit. Les transitions entre les modes d'opération sont ensuite investiguées, afin de vérifier qu'elles ne comportent aucun risque pour le système. Le dernier sujet de cet ouvrage se constitue d'analyses de marquage au carbone 13. Celles-ci permettent le suivi du passage des atomes de carbone à travers le métabolisme, et ainsi valider la présence ou l'absence de certaines voies métaboliques. Ainsi, avec un modèle métabolique plus représentatif de la réalité, des relations plus fiables pourront être tirées entre les flux métaboliques obtenus et la production visée, soit la production d'adénovirus à partir de cellules HEK-293 SF.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Ces travaux présentent un système interactif de modélisation 3D multirésolution permettant la compression en temps réel de la surface à reconstruire. Les principaux avantages de ce système par rapport à ceux présentés dans le passé sont de pouvoir localement reconstruire la surface à différents niveaux de résolution et de compresser la surface durant l'acquisition des données brutes. Cette utilisation judicieuse de la mémoire rend désormais possible la modélisation d'objets de plus grande taille ou à une résolution plus élevée. Le document est divisé en trois parties. Tout d'abord, nous ferons un retour sur la représentation de surface qui est à la base du système proposé : le champ vectoriel. Nous montrerons tous les avantages d'une telle représentation dans le contexte de la modélisation interactive. Par après, nous aborderons le développement de la représentation multirésolution s'inspirant du champ vectoriel et permettant la compression en temps réel. Nous verrons comment il est possible de faire cohabiter différents niveaux de résolution à l'intérieur d'une même structure de données tout en conservant une représentation cohérente de la surface. Ensuite, nous expliquerons tous les algorithmes nécessaires à la compression en temps réel. La dernière partie de ces travaux aborde la mise au point d'un module de visualisation permettant d'afficher l'état de la surface multirésolution durant l'acquisition des données brutes. L'approche utilisée repose sur une technique de lancer de rayons et offre une grande qualité de rendu tout en conservant l'interactivité du système.

Cette thèse présente Multichronia, un cadre conceptuel de simulation interactive fournissant une représentation visuelle du cheminement d'un utilisateur dans l'exploration des simulations d'un système complexe. En complément aux méthodes formelles d'analyse, Multichronia vise à aider ses utilisateurs à comprendre un système sous étude en fournissant quatre boucles interactives. La boucle d'exploration de l'espace des paramètres permet à un utilisateur de modifier des paramètres de simulation afin de tester des hypothèses. La boucle d'exploration de l'espace des simulations lui permet de manipuler les données correspondant à des instances de simulation. Notamment, elle rend disponible des opérations de sélection et d'alignement via une interface graphique. La boucle d'exploration de l'espace des données lui permet de transformer les flots de données. Finalement, la boucle d'exploration de l'espace visuel lui permet d'afficher des données et de manipuler leur aspect visuel. Afin de représenter le cheminement d'un utilisateur dans son exploration de l'espace des paramètres, une interface graphique a été développée. Il s'agit de Varbre multichro-nique, une vue formelle donnant une représentation informative de l'état de l'analyse d'un problème ainsi que la possibilité d'exécuter une foule d'opérations interactives. D'autre part, le cadre conceptuel Multichronia forme un pipeline de données générique allant d'un simulateur jusqu'à un logiciel d'analyse. Un modèle conceptuel peut être extrait de ce pipeline de même que le flux de données correspondant. Dans cette thèse, il a été spécialisé avec la technologie XML. Cette dernière permet entre autres de définir une méthodologie de conception du modèle de données associé à un simulateur. La mise en oeuvre de Multichronia a permis de vérifier la validité des concepts proposés. L'architecture logicielle adoptée est un cadre d'application, de sorte que de nouveaux simulateurs puissent être facilement exploités. Deux applications concrètes ont été implantées, soit la simulation tactique et stratégique de l'attaque de convois militaires. Des modifications mineures aux simulateurs ont été nécessaires afin qu'ils rencontrent certains critères établis dans cette thèse. Somme toute, ces applications ont montré que Multichronia peut être déployé pour des applications quelconques.

Une analyse comparative de diverses règles de combinaison dans un contexte simple est présentée dans ce mémoire. Nous y retrouverons une identification de l'impact de la fusion de l'information par diverses règles de combinaisons appliquées sur des rapports d'un senseur passif Electronic Support Measures (ESM). Nos objectifs principaux seront donc : d'utiliser la théorie de Dezert-Smarandache (DSmT) pour les ESM, et d'implanter la DSmT pour les ESM. Il faut donc identifier l'impact de la fusion de l'information sous le STANAG 4162 faisant référence au STANAG 1241 lequel énonce cinq catégories d'allégeance pour l'identification. Notre environnement de travail, la théorie de Dezert-Smarandache du possible, paradoxal et du raisonnement neutrosophique est assez récente et a été très peu implémentée ou utilisée avant les travaux couverts par ce mémoire. Elle a été implémentée ici pour un contexte d'environnement ESM.

Le mémoire investiguera une stratégie de commande non linéaire dont l'objectif est de maximiser la puissance active Pékc de sortie d'une machine synchrone à aimant permanent à flux transverse (MSAPFT) monophasée, utilisant un redresseur actif à commutation forcée dans une application éolienne. Dans une MSAPFT, la reactance statorique Xs en p.u. est élevée et la saturation dans le noyau magnétique du stator engendre des comportements non linéaires que la stratégie de commande doit considérer. L'emphase sera portée sur le développement d'une relation entre le couple moyen T et le courant statorique is, déterminée à l'aide d'un outil de modélisation de MSAPFT, basé sur des simulations par éléments finis. C'est à partir de cette relation couple-courant qu'une loi de commande ic(T) est déduite, maximisant ainsi le couple moyen T et donc la puissance active de sortie Pélecét la machine. Des gains de puissance de l'ordre de 10% peuvent être observés lorsque l'on applique cette loi de commande ic(T) dont la valeur d'angle de phase y/opl est optimale comparativement à une loi de commande qui impose un angle de phase y/ égale à zéro. Enfin, des simulations du système de commande, incluant le modèle de MSAPFT conçu ainsi qu'un redresseur actif à MOSFET, permettent de valider ces résultats. Des essais expérimentaux de la commande en courant d'un prototype d'alternateur de MSAPFT viennent aussi appuyer l'argumentation.