Cette thèse s'inscrit dans le cadre du traitement du signal musical, en se focalisant plus particulièrement sur la transcription automatique de signaux audio en accords. En effet, depuis une dizaine d'années, de nombreux travaux visent à représenter les signaux musicaux de la façon la plus compacte et pertinente possible, par exemple dans un but d'indexation ou de recherche par similarité. La transcription en accords constitue une façon simple et robuste d'extraire l'information harmonique et rythmique des chansons et peut notamment être utilisée par les musiciens pour rejouer les morceaux. Nous proposons deux approches pour la reconnaissance automatique d'accords à partir de signaux audio, qui offrent la particularité de se baser uniquement sur des gabarits d'accords théoriques, c'est à dire sur la définition des accords. En particulier, nos systèmes ne nécessitent ni connaissance particulière sur l'harmonie du morceau, ni apprentissage. Notre première approche est déterministe, et repose sur l'utilisation conjointe de gabarits d'accords théoriques, de mesures d'ajustement et de post-traitement par filtrage. On extrait tout d'abord des vecteurs de chroma du signal musical, qui sont ensuite comparés aux gabarits d'accords grâce à plusieurs mesures d'ajustement. Le critère de reconnaissance ainsi formé est ensuite filtré, afin de prendre en compte l'aspect temporel de la tâche. L'accord finalement détecté sur chaque trame est celui minimisant le critère de reconnaissance. Cette méthode a notamment été présentée lors d'une évaluation internationale (MIREX 2009) et a obtenu des résultats très honorables. Notre seconde approche est probabiliste, et réutilise certains éléments présents dans notre méthode déterministe. En faisant un parallèle entre les mesures d'ajustement utilisées dans l'approche déterministe et des modèles de probabilité, on peut définir un cadre probabiliste pour la reconnaissance d'accords. Dans ce cadre, les probabilités de chaque accord dans le morceau sont évaluées grâce à un algorithme Espérance-Maximisation (EM). Il en résulte la détection, pour chaque chanson, d'un vocabulaire d'accords adapté, qui permet l'obtention d'une meilleure transcription en accords. Cette méthode est comparée à de nombreux systèmes de l'état de l'art, grâce à plusieurs corpus et plusieurs métriques, qui permettent une évaluation complète des différents aspects de la tâche.

.

Résumé : La synthèse de champs sonores est un domaine de recherche actif trouvant de nombreuses applications musicales, multimédias ou encore industrielles. Dans ce dernier cas, la re- construction précise du champ sonore est souhaitée, ce qui implique de répondre à un certains nombre de questionnements scientifiques. À l’aide de réseaux de microphones et de haut-parleurs, la captation, la synthèse et la reconstruction précise de champs sonores sont théoriquement possibles. Seulement, pour des applications pratiques, la disposition des haut-parleurs et l’influence acoustique du lieu de restitution sont des facteurs cruciaux à prendre en compte pour s’assurer de la bonne reconstruction du champ sonore. Dans ce contexte, cette thèse de doctorat propose des méthodes et des techniques pour la captation, la transformation et la reconstruction précise de champs sonores en trois dimen- sions en se basant sur la méthode ambisonique d’ordre élevé. Une configuration sphérique pour le réseau de microphones et de haut-parleurs est proposée. Elle suit un maillage de Lebedev à cinquante points qui permet la captation et la reconstruction du champ sonore jusqu’à l’ordre 5 avec le formalisme ambisonique. Les limitations de cette approche, tel le repliement spatial, sont étudiés en détails. De plus, une opération de transformation du champ sonore est présentée. Elle est établie dans le domaine des harmoniques sphériques et permet d’effectuer un filtrage directionnel avant le décodage pour privilégier certaines directions dans le champ sonore, suivant une fonction de directivité choisie. Pour la re- construction, une approche originale, également établie dans le domaine des harmoniques sphériques, permet de prendre en compte l’influence acoustique du lieu de restitution, ainsi que les défauts du système de restitution. Ce traitement permet alors d’adapter la synthèse de champs sonores au lieu de restitution, en conservant le formalisme théorique établi en champ libre. Finalement, une validation expérimentale des méthodes et des tech- niques développées au cours de la thèse est faite. Dans ce contexte, une suite logicielle de synthèse et traitement en temps-réel des champs sonore est développée. / Abstract : Sound field synthesis is an active research domain with various musical, multimedia or industrial applications. In the latter case, the accurate reconstruction of the sound field is targeted, which involves answering several scientific questions. Using arrays of microphones and loudspeakers, the capture, synthesis and accurate reconstruction of sound fields are theoretically possible. However, for practical applications, the arrangement of the loud- speakers and the acoustic influence of the restitution room are critical factors to consider in order to ensure the accurate reconstruction of the sound field. In this context, this thesis proposes methods and techniques for the capture, transforma- tions and accurate reconstruction of sound fields in three dimensions based on the Higher Order Ambisonics (HOA) method. A spherical configuration for the array of microphones and loudspeakers is proposed. It follows a fifty-node Lebedev grid that enables the capture and reconstruction of the sound field up to order 5 with HOA formalism. The limitations of this approach, such as the spatial aliasing, are studied in detail. A transformation op- eration of the sound field is also proposed. The formulation is established in the spherical harmonics domain and enables a directional filtering on the sound field prior to the decod- ing step. For the reconstruction of the sound field, an original approach, also established in the spherical harmonics domain, can take into account the acoustic influence of the restitution room and the defects of the playback system. This treatment then adapts the synthesis of sound fields to the restitution room, maintaining the theoretical formalism established in free field. Finally, an experimental validation of methods and techniques developed in the thesis is made. In this context, a digital signal processing toolkit is de- veloped. It process in real-time the microphones, ambisonics, and loudspeaker signals for the sound field capture, transformations, and decoding.

La mesure de la visibilité météorologique est un élément important pour la sécurité des transports routiers et aériens. Nous proposons dans ce travail de recherche un indicateur de la visibilité météorologique adapté aux caméras fixes de vidéo surveillance du réseau routier. Il est fondé sur le module du gradient sélectionné dans des zones dont le comportement suit une loi de réflexion de Lambert vis à vis des conditions d'éclairage. La réponse de cet indicateur est issue d'une modélisation fondée sur une hypothèse de la distribution des profondeurs dans la scène. Celle-ci est calibrée avec des données provenant d'un visibilimètre ou bien avec une carte de profondeurs issue d'un modèle numérique de terrain. Les estimations sont ensuite comparées avec des données de référence obtenues par un visibilimètre et montrent une erreur moyenne similaire pour des images prises dans différentes conditions d'éclairage et de visibilité météorologique / The measurement of the meteorological visibility is an important element for the safety of road and air transport. We propose in this thesis a meteorological visibility indicator adapted to video surveillance cameras of the road network. This descriptor is based on the module of the gradient selected in areas that follow Lambert's reflection law. The response of this descriptor is derived from a model based on the statistical distribution of depth in the scene. Calibration is performed with data from a visibilimeter, or with a depth map from a digital terrainmodel. The results are then compared with reference data obtained from a visibilimeter and show a similar mean error for images taken in different illumination and meteorological visibility conditions

Ces travaux de thèse portent sur la détection de défauts non francs dans des structures filaires particulières : les lignes de transmission a multiconducteurs (MTL), aussi appelées torons de câbles. Couramment employées pour le diagnostic de réseaux filaires, les méthodes par réflectométrie ne sont, pour l'heure, pas suffisamment performantes pour détecter de tels défauts. Par ailleurs, elles n'ont, en général, été étudiées et développées que pour des lignes simples, ou les phénomènes de couplages électromagnétiques entre les conducteurs (diaphonie) ne sont pas présents. Ces derniers sont cependant porteurs d'information supplémentaire sur l'état du câble. Les utiliser permettrait d'accroître la sensibilité de détection aux défauts. L'objectif est de proposer une nouvelle méthode de réflectométrie, tirant profit des signaux de diaphonie pour détecter les défauts non francs. Une telle méthode présente également l'avantage d'être adaptée aux structures en toron. Après avoir étudié l'impact d'un défaut non franc sur les paramètres caractéristiques d'une MTL et sur les signaux de diaphonie, une méthode, la "Cluster Time Frequency Domain Reflectometry ", a pu être proposée. Il s'agit d'un procédé en trois étapes. Des mesures par réflectométrie temporelle sont tout d'abord réalisées à l'entrée de la ligne à diagnostiquer. Tous les signaux présents, y compris ceux de diaphonie, sont enregistrés. Un traitement temps-fréquence leur est ensuite appliqué afin d'amplifier la présence d'éventuels défauts. Enfin, un algorithme de clustering, spécifiquement développé pour le diagnostic filaire, est utilisé de manière a bénéficier de l'ensemble de l'information disponible / Research works presented in this thesis rely on detecting soft faults (incipient faults) in specic wiring structures : multiconductor transmission lines (MTL), also known as bundles of wires. Reflectometry methods, often used for the diagnosis of wiring networks, aren't for now efficient enough at detecting such defects. Besides, they have been designed for single lines only, where electromagnetic coupling between conductors (crosstalk) is not to be considered. However such phenomenon can provide more information about the state of the cable. Using this information could enable us to detect soft faults more easily. Our goal is to propose a new reflectometry method, which takes advantage of crosstalk signals in order to detect incipient faults. Such a tool has also the advantage of being well-adapted to bundles of cables. Thanks to the preliminary study of the impact of soft faults on the characteristic parameters of a MTL and on crosstalk signals, a method called "Cluster Time Frequency Domain Reflectometry ", has been proposed. It is a three step process. Firts temporal reflectometry measurements are made at the beginning of the line under test. All the available signals, even crosstalk ones, are recorded. A time-frequency process is then applied on them, in order to amplify the presence of defects. Finally, a clustering algorithm, that has been specically developed for wiring diagnosis, is used to benefit from the whole available information

En dépit du succès que les implantations optiques des applications de traitement d'images ont connu, le traitement optique de l'information suscite aujourd'hui moins d'intérêt que dans les années 80-90. Ceci est dû à l'encombrement des réalisations optiques, la qualité des images traitées et le coût des composants optiques. De plus, les réalisations optiques ont eu du mal à s’affranchir de l’avènement des circuits numériques. C’est dans ce cadre que s’inscrivent les travaux de cette thèse dont l’objectif est de proposer une implantation numérique des méthodes optiques de traitement d’images. Pour réaliser cette implantation nous avons choisi d’utiliser les FPGA et les GPU grâce aux bonnes performances de ces circuits en termes de rapidité. En outre, pour améliorer la productivité nous nous sommes focalisés à la réutilisation des blocs préconçus ou IP « Intellectual Properties ». Malgré que les IP commerciales existantes soient optimisées, ces dernières sont souvent payantes et dépendent de la famille de la carte utilisée. La première contribution est de proposer une implantation optimisée des IP pour le calcul de la transformée de Fourier FFT et de la DCT. En effet, le choix de ces deux transformations est justifié par l'utilisation massive de ces deux transformées (FFT et DCT), dans les algorithmes de reconnaissance de formes et de compression, respectivement. La deuxième contribution est de valider le fonctionnement des IP proposées par un banc de test et de mesure. Enfin, la troisième contribution est de concevoir sur FPGA et GPU des implantations numériques des applications de reconnaissance de formes et de compression. Un des résultats probant obtenu dans cette thèse consiste à avoir une rapidité de l’IP FFT proposée 3 fois meilleure que celle de l’IP FFT Xilinx et de pouvoir réaliser 4700 corrélations par seconde. / The main objective of this thesis is to realize a numerical implementation of optical methods of image and signal processing. To achieve this end, we opted to use FPGA (Field Programmable Gate Array) and GPU (Graphical Processing Unit) devices. This choice is justified by their high performance in terms of speed. In addition, to improve productivity, we focused on the reuse of predesigned blocks or "Intellectual Properties" IP. While existing commercial IP are optimized, they are often paid and highly dependent on the card. The first contribution is to provide an optimized IP for Fourier transform (FFT) and the cosine transform (DCT) computing. Indeed, the choice of these two transformations is justified by the widespread use of these two transforms (FFT and DCT), particularly in pattern recognition and compression algorithms. The second contribution is to validate the operation of the proposed IP using a bench test. The last contribution is to implement on FPGA and GPU applications for pattern recognition and compression. One of the convincing results obtained in this thesis is to propose an IP for FFT computing three times faster than Xilinx IP and thus to achieve 4700 correlations per second.

Le travail présenté dans ce mémoire est basé sur l’étude et le développement d’une chaine analogique de traitement du signal destinée à la détection de particules issues d’un réacteur nucléaire. Le détecteur de radiations relatif à cette chaine, étant placé au cœur du réacteur (hautes températures et radiations), deux scénarii d’intégration de la chaine analogique en environnement sévère ont été étudiés. Tandis que le premier scénario consiste à placer le préamplificateur et l’amplificateur de mise en forme loin du détecteur, le deuxième est basé sur l’intégration de ces blocs analogiques en environnement contraint. Bien que le premier scénario ait démontré de bonnes performances en termes de linéarité et sensibilité, l’amélioration de la résolution digitale fournie par le système nous a mené à investiguer le placement de la chaine tout près du détecteur. Plusieurs études, basées sur l’évaluation de la fiabilité de la structure vis-à-vis des contraintes de l’environnement sévère ont été donc élaborées. De plus une solution innovante permettant une meilleure caractérisation de la particule incidente a été présentée et détaillée. / The work presented in this thesis is based on the study and development of an analog processing chain dedicated to the detection of particles delivred from a nuclear reactor. The radiation detector related to this chain, being placed at the heart of the reactor (high temperatures and radiation flux), two scenraii related to the integration of the analog chain in harsh environment were studied. While the first scenario consists on placing the preamplifier and the shaping amplifier away from the detector, the second is based on the integration of these analog blocks in harsh environment. Although the first scenario has proven good performances in terms of linearity and sensitivity, the improvement of the digital resolution provided by the system leaded us to investigate the placement of the chain close to the detector. Several studies based on the evaluation of the structure reliability under harsh environment constraints were thus elaborated. In addition, an innovative solution providing better characterization of the incident particle was presented and detailed.

Les prochaines plaques combustibles faiblement enrichies des réacteurs HPRR devront résister à de hautes radiations et dévoileront probablement un gonflement. Ce dernier modifie la structure et influence la distance inter-plaque nominale. La mesure de cette distance à l'ordre micrométrique constitue l'objectif du projet PERSEUS via le développement d'un dispositif ultrasonore non-destructif. Réduit à 1 mm pour s'insérer dans l'interstice inter-plaque de 1.8 mm du Réacteur à Haut Flux (RHF), le dispositif comprend deux transducteurs ultrasonores reliés à un système électronique. Il permet les mesures de temps de vol et de vitesse ultrasonore. La faisabilité de mesure précédemment prouvée, des optimisations de la chaîne de mesure et du traitement du signal ont été intégrées, induisant une nouvelle génération de dispositif. Un banc motorisé a été développé et a permis des mesures de reproductibilité précises à 500 nm. La reproductibilité de résistance aux radiations, expérimentée à l'Institut Arc-Nucléart, a démontré la stabilité des dispositifs sous 3500 kGray. De plus, une expérience de mesure de distance inter-plaque sur l'élément combustible du RHF a permis les mesures de position verticale, de distance inter-plaque et de température avec 1 µm de précision d'épaisseur du canal d'eau. Une étude de faisabilité de focalisation des ondes est prévue pour analyser les plaques en profondeur. / The future HPRR LEU fuel plates will have to withstand aggressive irradiations leading to a swelling phenomenon. This latter induces structure modifications and impacts the initial inter-plate distance. This distance is investigated, under the access and microscopic resolution constraints, within the PERSEUS Project aiming the development of a non-destructive ultrasonic device. With a thickness of 1 mm to be inserted into the 1.8 mm water channel width of the High flux Reactor (RHF), the device relies upon two ultrasonic transducers connected to an electronic system. It allows time of flight and ultrasonic velocity estimations. The feasibility being already proved, optimizations on components of the measurement chain and signal processing have led to a new device. A developed motorized bench has allowed reproducibility measurements with a 500 nm resolution. Then, a reproducibility devices' radiation resistance experiment, carried out in the Arc-nucleart Institute, demonstrated their parameters stability under 3500 kGray. Experiments were also realized on the RHF fuel element where vertical position, distance and temperature were evaluated, with a 1 µm precision on channel gap thickness. Future works will explore waves ability to be focused in the depth of the plates.

Pour l’apprentissage automatisé de données régulières comme des images ou des signaux sonores, les réseaux convolutifs profonds s’imposent comme le modèle de deep learning le plus performant. En revanche, lorsque les jeux de données sont irréguliers (par example : réseaux de capteurs, de citations, IRMs), ces réseaux ne peuvent pas être utilisés. Dans cette thèse, nous développons une théorie algébrique permettant de définir des convolutions sur des domaines irréguliers, à l’aide d’actions de groupe (ou, plus généralement, de groupoïde) agissant sur les sommets d’un graphe, et possédant des propriétés liées aux arrêtes. A l’aide de ces convolutions, nous proposons des extensions des réseaux convolutifs à des structures de graphes. Nos recherches nous conduisent à proposer une formulation générique de la propagation entre deux couches de neurones que nous appelons la contraction neurale. De cette formule, nous dérivons plusieurs nouveaux modèles de réseaux de neurones, applicables sur des domaines irréguliers, et qui font preuve de résultats au même niveau que l’état de l’art voire meilleurs pour certains. / Convolutional neural networks have proven to be the deep learning model that performs best on regularly structured datasets like images or sounds. However, they cannot be applied on datasets with an irregular structure (e.g. sensor networks, citation networks, MRIs). In this thesis, we develop an algebraic theory of convolutions on irregular domains. We construct a family of convolutions that are based on group actions (or, more generally, groupoid actions) that acts on the vertex domain and that have properties that depend on the edges. With the help of these convolutions, we propose extensions of convolutional neural netowrks to graph domains. Our researches lead us to propose a generic formulation of the propagation between layers, that we call the neural contraction. From this formulation, we derive many novel neural network models that can be applied on irregular domains. Through benchmarks and experiments, we show that they attain state-of-the-art performances, and beat them in some cases.

Dans cette thèse, le canal Gaussien à interférence à deux utilisateurs avec voie de retour dégradée par un bruit additif (GIC-NOF) est étudié sous deux perspectives : les réseaux centralisés et décentralisés. Du point de vue des réseaux centralisés, les limites fondamentales du GIC-NOF sont caractérisées par la région de capacité. L’une des principales contributions de cette thèse est une approximation à un nombre constant de bits près de la région de capacité du GIC-NOF. Ce résultat est obtenu grâce à l’analyse d’un modèle de canal plus simple, le canal linéaire déterministe à interférence à deux utilisateurs avec voie de retour dégradée par un bruit additif (LDIC-NOF). L’analyse pour obtenir la région de capacité du LDIC-NOF fournit les idées principales pour l’analyse du GIC-NOF. Du point de vue des réseaux décentralisés, les limites fondamentales du GIC-NOF sont caractérisées par la région d’η-équilibre de Nash (η-EN). Une autre contribution de cette thèse est une approximation de la région η-EN du GIC-NOF, avec η > 1. Comme dans le cas centralisé, le cas décentralisé LDIC-NOF (D-LDIC-NOF) est étudié en premier et les observations sont appliquées dans le cas décentralisé GIC-NOF (D-GIC-NOF). La contribution finale de cette thèse répond à la question suivante : “À quelles conditions la voie de retour permet d’agrandir la région de capacité, la région η-EN du GIC-NOF ou du D-GIC-NOF ? ”. La réponse obtenue est de la forme : L’implémentation de la voie de retour de la sortie du canal dans l’émetteur-récepteur i agrandit la région de capacité ou la région η-EN si le rapport signal sur bruit de la voie de retour est supérieure à SNRi* , avec i ∈ {1, 2}. La valeur approximative de SNRi* est une fonction de tous les autres paramètres du GIC-NOF ou du D-GIC-NOF. / In this thesis, the two-user Gaussian interference channel with noisy channel-output feedback (GIC-NOF) is studied from two perspectives: centralized and decentralized networks. From the perspective of centralized networks, the fundamental limits of the two-user GICNOF are characterized by the capacity region. One of the main contributions of this thesis is an approximation to within a constant number of bits of the capacity region of the two-user GIC-NOF. This result is obtained through the analysis of a simpler channel model, i.e., a two-user linear deterministic interference channel with noisy channel-output feedback (LDIC-NOF). The analysis to obtain the capacity region of the two-user LDIC-NOF provides the main insights required to analyze the two-user GIC-NOF. From the perspective of decentralized networks, the fundamental limits of the two-user decentralized GIC-NOF (D-GIC-NOF) are characterized by the η-Nash equilibrium (η-NE) region. Another contribution of this thesis is an approximation of the η-NE region of the two-user GIC-NOF, with η> 1. As in the centralized case, the two-user decentralized LDIC-NOF (D-LDIC-NOF) is studied first and the lessons learnt are applied in the two-user D-GIC-NOF. The final contribution of this thesis consists in a closed-form answer to the question: “When does channel-output feedback enlarge the capacity or η-NE regions of the two-user GIC-NOF or two-user D-GIC-NOF?”. This answer is of the form: Implementing channel-output feedback in transmitter-receiver i enlarges the capacity or η-NE regions if the feedback SNR is beyond SNRi* , with i ∈ {1, 2}. The approximate value of SNRi* is shown to be a function of all the other parameters of the two-user GIC-NOF or two-user D-GIC-NOF.