L'apparition de nouvelles technologies comme l'informatique en nuages (cloud computing) offre de nouvelles opportunités de traitement de l'information. Par exemple, il est désormais facile de stocker ses photos ou vidéos personnelles sur des serveurs distants. Il est également possible de partager ces contenus à travers ces mêmes serveurs, ou encore via les réseaux sociaux ou les plateformes de téléchargement. Cependant, ces données personnelles sont bien souvent accessibles par le fournisseur de service, essentiellement pour des raisons pratiques : par exemple adapter une vidéo pour qu'elle s'affiche au bon format quel que soit l'appareil utilisé pour la visionner, permettre le partage de ses contenus avec d’autres personnes, etc. Cela soulève cependant un problème de confidentialité de ces données personnelles, et de confiance dans le fournisseur du service. La cryptographie classique apporte des solutions à ce problème, mais soulève malheureusement celui de la maniabilité des données : il devient par exemple impossible d'adapter un contenu vidéo au bon format d'affichage puisque le fournisseur ne peut plus « voir » la vidéo. Une solution alternative réside toutefois dans le chiffrement homomorphe. Cet outil un peu magique de la cryptographie avancée apporte la même sécurité que les algorithmes de cryptographie classique, mais permet de plus de manipuler les données tout en conservant leur forme chiffrée. Il offre ainsi une nouvelle perspective pour les fournisseurs puisque ceux-ci peuvent continuer à traiter l'information sans être capable de la voir, et donc sans atteinte à la vie privée de leurs utilisateurs, se conformant ainsi au nouveau Règlement Général sur la Protection des Données (RGPD). Bien que le chiffrement homomorphe soit très souvent considéré comme insuffisamment mature, du fait de sa complexité algorithmique, cette thèse cherche à montrer son caractère prometteur, en s'intéressant à son usage pour le traitement d'images et de vidéos chiffrées à la source. Nous regardons ainsi les différents algorithmes qui constituent un encodeur d'image/vidéo (JPEG/H264 et HEVC) et les transformons en des circuits qui sont manipulables par des systèmes de chiffrement homomorphes. Nous proposons ainsi dans cette thèse le tout premier pipeline de compression d'images de type JPEG ("homomorphic-JPEG") sur des pixels qui sont chiffrés de bout-en-bout. Pour optimiser la gestion des données ainsi protégées, nous proposons également de nouveaux outils applicables à tous les schémas de chiffrement homomorphe sur les réseaux idéaux. Notre approche permet de maximiser le nombre de slots dans un chiffré et introduit de nouvelles fonctions pour manipuler ces différents slots de manière indépendante les uns des autres. Ces travaux de thèse ont abouti à la publication de deux articles dans des conférences internationales ainsi qu’à la soumission d'un article supplémentaire. / The emergence of new technologies like cloud computing brings new opportunities in information processing. For example it is easy today to send our personal pictures or videos to a remote server (Google Drive, OneDrive …). We can also share this content among the same servers or via social networks and streaming services. However, this personal data is often also available to the service provider, mainly for practical reasons e.g. to configure a video to have the right format regardless of the displayer (smartphone or computer), to share our data with other people, etc. This raises issues of privacy and trust into the service provider. Classical cryptography brings some answers to this kind of issues, yet leaving the problem of handling the encrypted data: e.g., it becomes impossible to reconfigure a video because the provider can no longer “see” it. An alternative solution is “homomorphic encryption”. It is a powerful tool of advanced cryptography which provides the same security as classical cryptography algorithms, but it still allows us to manipulate ciphertexts such their underlying plaintexts are modified. Consequently, it offers a new perspective to service providers since they can continue to process their clients’information without knowing what it contains. This allows them to provide privacy-preserving services and comply with the new General Data Protection Regulation (GDPR). Although it is considered that homomorphic encryption does not have enough maturity due to its large algorithmic complexity, in this thesis, we are trying to show its potential by using it in the context of image and video processing over the encrypted data. In this context, we look at the different algorithms in an image/video encoder (JPEG/H264 and HEVC) and transform them to circuits which can be manipulated by homomorphic encryption schemes. Our main contribution is to propose the first pipeline for an image compression of type JPEG (homomorphic-JPEG) running on end-to-end encrypted pixels. To optimize the management of the encrypted data, we also propose new tools applicable to existing homomorphic encryption schemes over the ring version of lattices. Our approach allows us to maximize the number of slots in some ciphertext and we introduce new functions allowing to handle these slots independently in the encrypted domain. This thesis work also lead to two publications to international conferences as well as the submission of an additional article.

A large portion of network resources is consumed by video traffic, and this increasing demand causes challenges in the area of video coding. As the expectations for high-quality video grow the required bitrate rises in accordance, which motivates research on lowering bitrates. This research investigated the question: How can genre-based video transcoding (using x265) be improved for animated Video On Demand-content, to maintain the subjective quality of the current profile at a lower bitrate? A transcoding profile for animated content was created with an improved motion estimation technique and an experimental change of AQ mode. A double-blind AB test was conducted where the users were exposed to 10 video pairs transcoded with the old and the new transcoding profile and chose their preference. 570 people participated. Results show that for most instances people barely saw any difference between the profiles, but a small difference in perceived quality for 2D and 3D content. Consequently, it appears that there is a potential for reducing the bitrate for animated content but further exploration is required to draw statistically significant conclusions. / En stor del av nätverksresurserna används till videotrafik, och denna ökande efterfrågan medför utmaningar inom området videkodning. När förväntningarna på högkvalitativ video ökar stiger den krävda bithastigheten i enlighet, vilket motiverar forskning kring låga bithastigheter. Denna forskning undersökte följande fråga: Hur kan genrebaserad videotranskodering (med hjälp av x265) förbättras för animerat Video On Demand-innehåll, för att bibehålla den subjektiva kvaliteten hos den nuvarande profilen med en lägre bithastighet? En transkoderingsprofil för animerat innehåll skapades med en förbättrad motion estimation-teknik och en experimentell förändring av AQ-läge. En dubbelblint AB-test genomfördes där användarna exponerades för 10 videopar transkoderade med den gamla och den nya profilen, och valde sin preferens. 570 personer deltog. Resultaten visade att för de flesta instanserna såg deltagarna knappt någon skillnad mellan profilerna, men en viss skillnad i upplevd kvalitet för 2D- och 3D-material. Följaktligen verkar det som om det finns potential att minska bithastigheten för animerat innehåll, men att detta måste undersökas ytterligare för att dra statistiskt signifikanta slutsatser.

Malgré des avantages certains en terme d'adaptabilité et en gain de surface, la reconfiguration dynamique sur FPGA a du mal à être utilisée dans l'industrie. Le manque de moyens et de méthodes d'évaluation d'une telle architecture en est la cause majeure. Pire, aucun outil officiel ne permet aux développeurs de déterminer facilement un ordonnancement de la reconfiguration adapté pour une architecture donnée. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte et propose une méthodologie de modélisation SystemC d'architectures reconfigurables dynamiquement. Cet outil d'aide à la conception permet de faire gagner un temps considérable lors de la phase de conception en fournissant une première estimation des performances et des ressources nécessaires au développement de l'architecture. Il permet également le développement et la validation de scénarios d'ordonnancement de la reconfiguration, tout en respectant les contraintes temps réel liées à l'application. Afin de valider notre modèle sur une application réelle, des IP de transcodage vidéo ont été développées et seront détaillées. Cette application consiste en la réalisation d'un transcodeur H.264/MPEG-2, rendu auto-adaptable grâce à l'utilisation de la reconfiguration dynamique. Ces travaux ont été menés dans le cadre du projet ARDMAHN financé par l'Agence Nationale de la Recherche portant la référence ANR-09-SEGI-001 / Despite clear benefits in terms of fexibility and surface efficiency, dynamic reconfiguration of FPGAs is still finding it hard to break through into massive industrial project. One of the main reasons is the lack of means and methods for evaluation of reconfigurable architectures. Worse, main FPGA vendors do not provide official tools allowing developers to easily determine an optimal scheduling reconfiguration for a specific architecture. Within this framework, the proposed research work described in this thesis proposes a methodology for modeling dynamically reconfigurable architectures based on SystemC. The proposed methodology allows designers to save significant time during the design phases of an application specific reconfigurable architecture by providing an initial estimate of performance and resources needed for its development. It also allows development and validation of scheduling reconfiguration scenarios, while respecting real-time constraints associated with the given application. To validate our methodology on a real application, video transcoding IP have been developed and tested. This application consists in the realization of a H.264/MPEG-2 transcoder made self-adaptable through the use of dynamic reconfiguration. This work was conducted as a part of the ARDMAHN project sponsored by the National Research Agency (Agence Nationale de Recheche) with the reference number ANR-09-SEGI-001