In this master thesis, we present two different hardware implementations of the Oscillatory Dynamic Link Matcher (ODLM). The ODLM is an algorithm which uses the synchronization in a network of spiking neurons to realize different signal processing tasks. The main objective of this work is to identify the key design choices leading to the efficient implementation of an embedded version of the ODLM. The resulting systems have been tested with image segmentation and image matching tasks. The first system is bit-slice and time-driven. The state of the whole network is updated at regular time intervals. The system uses a bit-slice architecture with a large number of processing elements. Each processing element, or slice, implements one neuron of the network and takes the form of a column on the hardware. The columns are placed side by side and they are locally connected to their 2 neighbors. This local hardware connection scheme makes the system scalable, which means that columns can be easily added to increase the capacity of the system. Each column consists of a weight vector, a synapse model unit and a membrane model unit. The system can implement any network topology, making it very flexible. The function governing the time evolution of the neurons' membrane potential is approximated by a piece-wise linear function to reduce the amount of logical resources required. With this system, a fully-connected network of 648 neurons can be implemented on a Virtex-5 Xilinx XC5VSX5OT FPGA clocked at 100 MHz. The system is designed to process simultaneous spikes in parallel, reaching a maximum processing speed of 6 Mspikes/s. It can segment a 23×23 pixel image in 2 seconds and match two pre-segmented 90×30 pixel images in 550 ms. The second system is event-driven. A single processing element sequentially processes the spikes. This processing element is a 5-stage pipeline which can process an average of 1 synapse per 7 clock cycles. The synaptic weights are not stored in memory in this system, they are computed on-the-fly as spikes are processed. The topology of the network is also resolved during operation, and the system supports various regular topologies like 8-neighbor and fully-connected. The membrane potential time evolution function is computed with high precision using a look-up table. On the Virtex-5 FPGA, a network of 65 536 neurons can be implemented and a 406×158 pixel image can be segmented in 200 ms. The FPGA can be clocked at 100 MHz. Most of the design choices made for the second system are well adapted to the hardware implementation of the ODLM. In the original ODLM, the weight values do not change over time and usually depend on a single variable. It is therefore beneficial to compute the weights on the fly rather than saving them in a huge memory bank. The event-driven approach is a very efficient strategy. It reduces the amount of computations required to run the network and the amount of data moved in and out of memory. Finally, the precise computation of the neurons' membrane potential increases the convergence speed of the network.

L'intégration sensori motrice (ISM) est le processus par lequel les afférences sensitives sont intégrées par le système nerveux central et utilisées pour assister l'exécution des programmes moteurs. Plusieurs données suggèrent que celle-ci est anormale dans la maladie de Parkinson et serait impliquée dans la pathophysiologie de l'akinésie. En effet, la discrimination cutanée, l'acuité tactile spatiale, la kinesthésie ont été décrites déficientes dans cette maladie. Sa sensibilité aux traitements dopaminergiques est controversée. L'objectif de notre travail a été de tacher de mettre en évidence cette ISM anormale dans la maladie de Parkinson grâce à 2 techniques neurophysiologiques. Il s'agissait pour la 1e de la synchronisation liée à l'évènement des rythmes bêta (SLE bêta) qui permet d'étudier la désactivation corticale à la fin d'un mouvement actif mais aussi l'intégration corticale des afférences somesthésiques notamment lors des mouvements passifs et de la stimulation électrique des nerfs périphériques. La 2nde était l'étude de la modulation de l'excitabilité du cortex moteur primaire (évalué par la stimulation magnétique transcrânienne (TMS)) par des afférences somesthésiques générées par la stimulation électrique du nerf médian. Le but était de mettre en évidence des anomalies dans la modulation de l'excitabilité du cortex moteur primaire dans les intervalles inhibiteurs courts et longs (SAI et LAI) et/ou facilitateur (AIF). L'effet des traitements dopaminergiques a été évalué dans les deux cas par un enregistrement des patients après un sevrage thérapeutique. De nombreux protocoles de stimulation magnétique transcrânienne répétitive du cortex moteur que ce soit à basse ou haute fréquence, ont montré une efficacité sur l'akinésie. Il semblerait que les séances à fréquence plus rapides soient plus efficaces. Nous avons testé une nouvelle technique excitatrice à haute fréquence dite theta burst intermittente (ITBS) en regard du cortex moteur primaire chez des patients parkinsoniens et évalué l'effet sur l'akinésie. Nous avons par ailleurs étudié l'effet de cette stimulation sur l'ISM évaluée en conditionnant la TMS par une stimulation électrique du nerf médian. Notre 1e partie de l'étude a mis en évidence un effondrement de la SLE bêta dans la maladie de Parkinson après un mouvement actif, passif et une stimulation électrique du nerf médian. La levodopa a amélioré seulement la SLE bêta lors du mouvement actif. Nous avons pu ainsi confirmer l'atteinte de la SLE bêta active dans la maladie de Parkinson en lien avec un déficit de désactivation corticale en fin de mouvement mais aussi mettre en évidence une atteinte de la SLE bêta sensitive témoin d'un déficit du traitement cortical des afférences proprioceptives. La SLE bêta active a été améliorée par la levodopa alors que la SLE sensitive n'a pas été modifiée ce qui montre la dopa sensibilité de la désactivation corticale et le caractère non dopa sensible de l'ISM. Notre 2e partie n'a pas mis en évidence de différence significative dans la modulation de l'excitabilité du cortex moteur primaire par la stimulation électrique du nerf médian entre des patients parkinsoniens en début de maladie ni à un stade plus avancé par rapport à des témoins appariés par l'âge. En revanche la prise de levodopa a été associée à une aggravation de la LAI ce qui suggère aussi l'absence d'amélioration de l'ISM dans la maladie de Parkinson voire son aggravation par le traitement dopaminergique. Nous avons par contre montré que la modulation de l'excitabilité du cortex moteur primaire déclinait avec le vieillissement normal pour ce qui concerne les intervalles longs inhibiteurs (LAI) et facilitateurs (AIF) grâce à une comparaison d'une population de sujets contrôles jeunes et âgés sains. La session unique d'ITBS appliquée sur le cortex moteur primaire des patients parkinsoniens a permis d'améliorer transitoirement l'akinésie et la rigidité du membre supérieur controlatéral. Cette amélioration a été mise en évidence surtout chez les patients sous leur traitement habituel par levodopa mais aussi de manière moins nette chez les patients de novo ou ayant été sevré de leur traitement dopaminergique usuel. Nous avons par ailleurs observé une nette amélioration de l'AIF chez les patients sous levodopa uniquement ce qui suggère que l'ITBS du cortex moteur permettrait d'améliorer l'akinésie chez les patients parkinsoniens sous levodopa par une amélioration de l'ISM.

Les besoins essentiels de produire « plus », « mieux » et « moins cher » s’inscrivent aujourd’hui dans une crise financière qui conduit les entreprises industrielles à faire face à des enjeux économiques liés aux impératifs de gains de productivité, mais aussi à des enjeux sociaux liés aux impératifs de sécurité des hommes et des matériels, aux exigences de protection de l'environnement et de réduction des nuisances. Ces enjeux se déclinent au niveau des équipements par le concept de maintien en condition opérationnelle (MCO). La maintenance en est l’élément principal, et l’un des principaux leviers d’action sur la performance globale des systèmes de production lorsqu’elle est couplée à un processus de pronostic. On parle alors de stratégies de maintenance prévisionnelles. Ces nouvelles formes de maintenance posent de nombreux défis scientifiques et industriels, dont certains sont étudiés dans les présents travaux : Quel est le « meilleur » instant pour réaliser une intervention de maintenance préventive donnée ? Comment regrouper deux actions de maintenance préventive ? Qu’est-ce qu’une opportunité pour la maintenance ? Les réponses à ces questions mobilisent des outils mathématiques variés, allant de l’algorithme de Bruss en analyse stochastique aux relations d’équivalence en algèbre. Enfin, une application industrielle sur la plateforme TELMA est présentée. / The needs to produce “more”, “better” and “cheaper” are today in line with a financial crisis which makes companies struggle with economical issues (related to the obligation to make profits), social issues (related to safety of men and machines) and environmental ones (related to the reduction of nuisance and pollution). At the equipment level, the system maintaining in operational conditions (SMOC) has to deal with these issues. Maintenance is the key process of the SMOC, and one of the most significant processes to lever up the global performances of the system when associated to a prognosis process. This defines predictive maintenance strategies. Those new forms of maintenance make numerous scientific as well as industrial issues rise, and some are tackled in the present document: When to perform a particular predictive maintenance action? How to group together several preventive maintenance actions? What is opportunity for maintenance? Answers to these questions make use of different mathematical tools, such as Bruss algorithm (in stochastic analysis) or equivalence relations (in algebra). Finally, an industrial application on TELMA platform is presented.

EMU as the only functioning single currency area has been criticised as a non-optimal currency area since the Treaty on European Union was signed. Despite this, it has been seen as, probably, the most complete economic project that has ever been conducted by any group of governments. Through Dynamic Factor model and Panel VAR method, we are focusing on the issues of business cycle synchronisation, effectiveness of ECB monetary policy and the euro fiscal dividend, thus to advances the current studies on EMU through assessing whether it can be a sustainable system. For example, whether economic fluctuations can be effectively managed by implementing a single ECB monetary policy and financial market can be relied upon as a monitoring and enforcing device to discipline fiscal behaviour of Eurozone countries. Overall, we concluded that EMU could be more sustainable if it was just formed by its core members, leaving the periphery outside the single currency area. However, since the EU has recently conducted many rescue measures to save the Eurozone, we are unlikely to see those troubled countries to quit EMU, at least, at the present time. The sustainability of the current EMU can be improved if more intra-trade can be promoted to enhance business cycle convergence; hence, it will be more likely to have a union-wide appropriate monetary policy. This will also reduce the requirement of depending upon using fiscal measures to compensate the loss of monetary sovereignty. Moreover, fiscal activities can also be better monitored/enforced since the financial market has begun to adequately adjust the long-term interest rates on Eurozone government bonds according to the development in those countries fiscal stance.

Computer vision is concerned with the recovery of useful scene or camera information from a set of images. One classical problem is the estimation of the 3D scene structure depicted in multiple photographs. Such estimation fundamentally requires determining how the cameras are related in space. For a dynamic event recorded by multiple video cameras, finding the temporal relationship between cameras has a similar importance. Estimating such synchrony is key to a further analysis of the dynamic scene components. Existing approaches to synchronisation involve using visual cues common to both videos, and consider a discrete uniform range of synchronisation hypotheses. These prior methods exploit known constraints which hold in the presence of synchrony, from which both a temporal relationship, and an unchanging spatial relationship between the cameras can be recovered. This thesis presents methods that synchronise a pair of independently moving cameras. The spatial configuration of cameras is assumed to be known, and a cost function is developed to measure the quality of synchrony even for accuracies within a fraction of a frame. A Histogram method is developed which changes the approach from a consideration of multiple synchronisation hypotheses, to searching for seemingly synchronous frame pairs independently. Such a strategy has increased efficiency in the case of unknown frame rates. Further savings can be achieved by reducing the sampling rate of the search, by only testing for synchrony across a small subset of frames. Two robust algorithms are devised, using Bayesian inference to adaptively seek the sampling rate that minimises total execution time. These algorithms have a general underlying premise, and should be applicable to a wider class of robust estimation problems. A method is also devised to robustly synchronise two moving cameras when their spatial relationship is unknown. It is assumed that the motion of each camera has been estimated independently, so that these motion estimates are unregistered. The algorithm recovers both a synchronisation estimate, and a 3D transformation that spatially registers the two cameras. / Thesis (Ph.D.) - University of Adelaide, School of Computer Science, 2008

L'étude des Oscillations latérales des passerelles souples dues à l'excitation piétonne suscite actuellement beaucoup d'intérêt dans la communauté scientifique. Les modèles de la littérature tentent de reproduire ce phénomène en mettant l'accent sur la synchronisation entre les piétons et la passerelle. Cependant, la majorité ne s'inscrit pas dans un cadre mathématique et/ou physique rigoureux et néglige l'étude du comportement des piétons. Nous présentons et élaborons ici un modèle continu foule-structure pour les oscillations latérales de la passerelle et le comportement de la foule avec une prise en compte rigoureuse de la synchronisation. Un développement analytique du modèle permet de déterminer certaines caractéristiques du phénomène, et un travail numérique poussé favorise son implémentation en limitant les erreurs numériques. L'application du modèle à des passerelles réelles permet de comprendre et de reproduire correctement leur comportement dans différentes situations.

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Cette thèse traite du problème de la synchronisation de porteuse pour la transmission de données entre un satellite géostationnaire et un terminal utilisateur. L'étude menée ici se rapporte plus précisément à des systèmes multimédia large bande exploitant les bandes Ku/Ka. Les systèmes actuellement envisagés se fondent par ailleurs sur des modulations de phase et les normes les plus récentes privilégient des ordres de modulations élevés afin d'augmenter l'efficacité spectrale des systèmes. A faible rapport signal à bruit, les techniques de synchronisation classiques ne sont pas suffisamment performantes pour garantir la qualité de service requise. Les algorithmes proposés dans cette étude se fondent sur le décodage souple d'un code de parité simple pour la synchronisation de phase porteuse. Nous étudions d'abord comment extraire une information de décodage à partir des symboles reçus, et comment l'exploiter lors de la synchronisation de phase. Deux algorithmes de synchronisation issus du maximum de vraisemblance sont déduits de cette approche, le premier fondé sur une boucle de phase et adapté aux transmissions continues, le second sur un estimateur direct et adapté à des transmissions par paquets courts. Les résultats de simulations présentés dans cette thèse sont fondés sur un modèle de transmission inspiré de la norme DVB-S2. Nous montrons que dans un contexte tel que celui de transmissions multimédia par satellite, les algorithmes proposés constituent une alternative intéressante à l'utilisation de symboles pilotes pour l'initialisation d'algorithmes itératifs plus performants.

Cette thèse s'articule autour du problème de la synchronisation d'une ligne d'automates. Elle propose une solution économe en nombre d'états en utilisant le schéma de Minsky: temps de synchronisation 3n et nombre d'états 7. Elle s'attache aussi à décrire le comportement de certains automates particuliers découverts lors de la quête automatisée de solutions minimales.

Thèse de doctorat--Électronique et communications--Paris--ENST, 2006. / Bibliogr. p. 165-175. Résumés en français et en anglais.