Dissertations / Theses on the topic 'Codage par descriptions multiples'

Cette thèse propose des techniques de compression vidéo robuste dans un contexte de codage multi-terminal. Nous proposons des schémas de codage par descriptions multiples basés sur des filtres temporels dyadiques et 3-bandes appliqués sur des séquences sous-échantillonnées. Nous commençons par présenter plusieurs méthodes pour construire des descriptions corrélées à partir de ces bancs de filtres. Puis, pour augmenter leur robustesse et leur stabilité au cours du temps, nous proposons d'introduire un codec Wyner-Ziv au sein de ces schémas redondants : les trames qui en principe ne sont pas transmises dans une description sont ici codées en Wyner-Ziv. Pour réduire la redondance, nous proposons d'appliquer un filtrage temporel compensé en mouvement sur les trames codées en Wyner-Ziv pour ne transmettre que les sous-bandes de basses fréquences. Ensuite, nous proposons un schéma de codage par descriptions multiples avec information adjacente basé sur une quantification scalaire à descriptions multiples (MDSQ). Dans un premier temps, les indices générés par la MDSQ sont codés séparément par un codeur de Slepian-Wolf et décodés séparément à l'aide d'une information adjacente qui sert également à la reconstruction des coefficients. Dans un deuxième temps, un décodage croisé est proposé pour décoder conjointement les indices et ainsi profiter de la redondance entre les descriptions. Enfin, nous proposons d'améliorer la robustesse en codage vidéo distribué tout en conservant de bonnes performances débit-distorsion en structurant la séquence d'origine en groupes d'images, chacun contenant une trame clé et une trame codée en Wyner-Ziv. Pour chaque trame, deux descriptions sont générées par un quantificateur scalaire à descriptions multiples. Cette technique permet d'obtenir deux descriptions équilibrées contenant chacune une information partielle sur chaque trame dans la vidéo d'origine. Au décodeur central, le décodage itératif de deux descriptions avec information adjacente est utilisé. Nous étudions alors l'influence du décodage croisé et du taux de redondance sur les performances.

La problématique principale de cette thèse est la compression de masses de données vidéo haute résolution. Nous proposons un schéma de compression vidéo par transformée en ondelettes compensée en mouvement. Plus précisément, dans le but de réduire le coût des vecteurs mouvement parfois trop éleve�� dans ce type de schéma, nous avons développé une approche de quantification avec pertes de ces vecteurs, permettant d'adapter leur précision tout en respectant le compromis débit / distorsion. Cette approche permet d'améliorer considérablement les performances du codeur, spécialement à bas débit. Pour modéliser l'influence de l'introduction de perte sur l'information de mouvement, nous avons établi un modèle théorique de distorsion de l'erreur de codage, et, enfin, nous avons réalisé une allocation de débit optimale basée modèle entre les vecteurs mouvement et les coefficients d'ondelettes. Cette méthode de quantification des vecteurs mouvement a par ailleurs été appliquée au codeur H. 264, la norme actuelle de compression vidéo pour la Haute Définition. Pour éviter certains artefacts dus à une mauvaise estimation du mouvement, nous avons ensuite amélioré le schéma lifting utilisé pour la transformée en ondelettes par une approche novatrice : les coefficients du schéma lifting sont adaptés à la norme des vecteurs mouvement. Enfin, nous avons travaillé sur le Codage par Descriptions Multiples, une approche de codage conjoint source / canal pour la compression robuste de vidéos utilisée dans la transmission sur des canaux de communication bruités. Nous avons développé un codeur vidéo robuste, par des approches de Codage par Descriptions Multiples dans le domaine transformé. Une allocation de débit est réalisée au codeur pour répartir le débit des coefficients d'ondelettes entre les différentes descriptions, en fonction des paramètres du canal. Plus particulièrement, pour reconstruire au mieux la vidéo en sortie du canal, nous avons réalisé des approches de décodage optimal, basées sur la connaissance des densités de probabilités des sous-bandes des différentes descriptions, sur un modèle de canal et sur des probabilités a posteriori. En parallèle, le codage de source vidéo distribué a également été exploré
The framework of the thesis is a wavelet-based video coder. Fully scalable, this video encoder is based on a lifted motion-compensated wavelet transform. The first challenge was to reduce the cost of the motion vectors, which can be prohibitive at low bit-rates, by quantizing with losses the vectors. This method has been applied to the H. 264 coder. The goal is to find the optimal bit-rates for the motion vectors and for the temporal wavelet coefficients in order to minimize the total distortion. A theoretical distortion model has thus been established, and an optimal bit-rate allocation has been realized. The influence of some badly estimated motion vectors on the motion-compensated wavelet transform has also been minimized. The steps of the lifting scheme have been closely adapted to the energy of the motion. To deal with the problems of efficient video transmission over noisy channels, Multiple Description Coding (MDC) has been explored. The framework is a balanced MDC scheme for scan-based wavelet transform video coding. A focus is done on the joint decoding of descriptions received at decoder and corrupted by noise. The challenge is to reconstruct a central signal with a distortion as small as possible using the knowledge of the probability density function of the descriptions, by two different algorithms. Distributed video coding has also been explored

L'utilisation croissante des réseaux à perte de paquets pour la transmission multimédia est placée sous le signe de la fiabilité des données sous contraintes de débit. L'objectif de cette thèse est de construire des représentations dites par "descriptions multiples", à faible redondance, pour compenser la perte d'information sur les canaux de transmission. Nous avons considéré des schémas basées sur des trames d'ondelettes, implantées en "lifting". Dans un premier temps, nous avons considéré la construction de deux descriptions selon l'axe temporel d'un codeur vidéo "t+2D". La redondance introduite par transformée a été ultérieurement réduite par un sous-échantillonnage supplémentaire appliqué aux sous-bandes de détail. Cela permet d'ajuster la redondance à la taille d'une sous-bande d'approximation en ondelettes classiques. Ceci rajoute en revanche un problème de reconstruction parfaite que nous avons étudié en détail. En outre, nous avons établi des critères de choix entre les plusieurs schémas possibles, basés sur la réduction du bruit de quantification. Ensuite, les méthodes ci-dessus ont été adaptées pour le signal bi-dimensionnel (images). Nous avons aussi proposé un post-traitement aux décodeurs, visant à améliorer la qualité de la reconstruction en situation de pertes. Enfin, nous avons abordé le sujet sous un nouvel angle, inspiré de la nouvelle théorie du "Compressed Sensing", en cherchant d'obtenir le débit optimal qui satisfait une contrainte de distorsion maximum autorisée et en exploitant le caractère creux du signal. Cette approche se distingue par le transfert de complexité à l'encodeur en gardant des décodeurs linéaires.

Les applications de vidéosurveillance pour les transports publics s’appuient sur des systèmes de communication sans fil qui requièrent des débits élevés entre les véhicules et le sol et des critères de qualité de service élevés. Afin de répondre à ces contraintes, dans ce travail nous avons proposé de tenir compte à la fois des paramètres de transmission et de d’encodage vidéo en combinant les techniques de codage MDC (Multiple Description Coding) et de codage par zone d'intérêt (ROI, Region Of Interest) avec différentes schémas MIMO (Mulitple Input Multiple Output) sur la base de la couche PHY du standard Wifi IEEE802. 11n dans un environnement de type métro (tunnel). Dans un premier temps, nous avons montré qu'il est possible d'améliorer les performances d'un système MIMO en optimisant l'allocation des bits et des puissances indépendamment de l'information à transmettre. Nous proposons deux approches aboutissant à la répartition optimale des ressources qui permettent d'atteindre un ordre de diversité maximal et offrent de meilleures performances que le précodeur max-SNR dans le cas d’un canal corrélé ou non. Nous montrons ensuite que l’association d’un codage MDC avec des schémas MIMO constitue une stratégie intéressante afin d’adapter le contenu vidéo à la structure multi-antennes, en particulier lorsqu’aucune connaissance de l’état du canal n’est pas disponible en émission. En outre, il est possible d'améliorer les performances en utilisant un lien retour à faible débit grâce aux techniques OSM (Orthogonalized Spatial Multiplexing) et à l’OSM précodé. Enfin, dans le cas où la connaissance du canal à l’émission est parfaite, pour un lien retour offrant un débit suffisant, nous avons associé les techniques MIMO et un mécanisme de codage vidéo hiérarchique qui consiste en la séparation de la scène en régions d'intérêt. Le flux correspondant à la zone d’intérêt maximal est transmis sur le canal propre de plus grand gain. Ceci permet d'assurer une meilleure robustesse de transmission et garantit ainsi un niveau acceptable pour la QoS perçue par le centre de contrôle. La création des différentes régions d’intérêt s’appuie sur l’outil FMO (Flexible Macroblock Ordering) introduit dans le nouveau standard de compression H. 264/AVC. Ainsi, les différents schémas de transmission proposés permettent d’accroître la qualité de service d’un flux vidéo sans augmenter la puissance émise ni multiplier le nombre de points d’accès radio de l’infrastructure
Video monitoring applications in the Public Transport field rely on wireless telecommunication systems which require high data rate between vehicles and the ground and high Quality of Service (QoS). In order to satisfy these constraints we have proposed to take into account both transmission parameters and video coding by combining Multiple Description Coding (MDC) and Region Of Interest coding with different MIMO (Mulitple Input Multiple Output) schemes on the basis of the PHY layer of IEEE802. 11n Wifi standard in a metro environment (tunnel). First, we have shown that it is possible to increase the performance of a MIMO system by optimizing bits and power allocation independently of the type of information to be transmitted. Two approaches are proposed. They lead to an optimal repartition of resources, reach maximal diversity order and they outperform the max-SNR precoder performances. Secondly, the association of MDC with MIMO schemes is introduced to adapt the video content to the multi antenna structure particularly when the channel knowledge is not available at transmitter side. Furthermore, the performances can be enhanced using a low data rate return link and considering the Orthogonalized Spatial Multiplexing (OSM) and the precoded OSM. When perfect channel information is available at transmitter side thanks to a high data rate return link, MIMO schemes are associated with hierarchic video coding consisting in the separation of regions of interest in the scene. The stream associated to the area with the maximal interest is transmitted on the eigen channel with the higher gain. This strategy allows to guaranty better robustness and acceptable QoS of the video streams observed in the control-center. The creation of the different regions of interest is based on the Flexible Macroblock Ordering (FMO) technique introduced in the new compression standard H. 264/AVC. We have shown the interest of the different transmission schemes proposed in order to enhance the QoS of a video stream with no increase of the transmitted power and of the number of radio access points along the infrastructure

La problématique principale de cette thèse est la compression de masses de données vidéo haute résolution. Nous proposons un schéma de compression vidéo par transformée en ondelettes compensée en mouvement. Plus précisément, dans le but de réduire le coût des vecteurs mouvement parfois trop élevé dans ce type de schéma, nous avons développé une approche de quantification avec pertes de ces vecteurs, permettant d'adapter leur précision tout en respectant le compromis débit/ distorsion. Cette approche permet d'améliorer considérablement les performances du codeur, spécialement `a bas débit. Pour modéliser l'influence de l'introduction de perte sur l'information de mouvement, nous avons établi un modèle théorique de distorsion de l'erreur de codage, et, enfin, nous avons réalisé une allocation de débit optimale basée modèle entre les vecteurs mouvement et les coefficients d'ondelettes. Pour éviter certains artefacts dus à une mauvaise estimation du mouvement, nous avons ensuite amélioré le schéma lifting utilisé pour la transformée en ondelettes par une approche novatrice : les coefficients du schéma lifting sont adaptés à la norme des vecteurs mouvement. Notre méthode de quantification des vecteurs mouvement a par ailleurs été appliquée au codeur H.264, la norme actuelle de compression vidéo pour la Haute Définition. Enfin, nous avons travaillé sur le Codage par Descriptions Multiples, une approche de codage conjoint source / canal pour la compression robuste de vidéos utilisée dans la transmission sur des canaux de communication bruités. Nous avons développé un codeur vidéo robuste, par des approches de Codage par Descriptions Multiples dans le domaine transformé. Une allocation de débit est réalisée au codeur pour répartir le débit des coefficients d'ondelettes entre les différentes descriptions, en fonction des paramètres du canal. Plus particulièrement, pour reconstruire au mieux la vidéo en sortie du canal, nous avons réalisé des approches de décodage optimal, basées sur la connaissance des densités de probabilités des sous bandes des différentes descriptions, sur un modèle de canal et sur des probabilités à posteriori. En parallèle, le codage de source vidéo distribué a également été exploré.

La représentation scalable de l'information s'impose aujourd'hui pour supporter l'hétérogénéité d'un réseau interconnecté tel que l'Internet. Le codage de source adopte, pour ce faire, une approche multi-résolution pouvant délivrer progressivement à un utilisateur le contenu de sa requête. Cependant, en supposant au cours de la transmission une gestion de bout en bout des priorités ainsi établies, ces schémas restent sommairement adaptés aux environnements de pertes de paquets et de qualité de service non garantie.
Les codages à description multiple offrent une alternative à la transmission hiérarchisée de l'information en brisant la scalabilité de la source aux abords du canal. Dans cette thèse, nous proposons une méthode originale de description multiple qui réalise une protection différenciée de chaque niveau hiérarchique de la source en fonction des propriétés dynamiques du canal de transmission.
La transformation Mojette (transformation de Radon discrète exacte) est une transformation unitaire qui permet de partager un volume de données en un ensemble plus ou moins redondant de projections équivalentes. L'évolution de ce type d'opérateur initialement utilisé dans un espace continu pour la reconstruction tomographique étend le concept de support d'image à celui de mémoire tampon géométrique pour données multimédias. Ce codage à description multiple, généralisé à N canaux, autorise la reconstruction de la mémoire initiale de manière déterministe par des sous-ensembles de projections dont le nombre caractérise le niveau de protection. Ce schéma est particulièrement adapté au mode de transport par paquets sans contrôle d'intégrité extensible du canal de transmission. La hiérarchie de la source est dans ce cas communiquée sous forme transparente pour le canal via des descriptions banalisées.
L'évaluation du codage est effectuée en comparant les débits engendrés avec ceux d'un code MDS (Maximum Distance Separable) qui fournissent une solution optimale dans le nombre de symboles nécessaires au décodage. La relaxation des propriétés MDS dans un code (1+ε)MDS avec la transformation Mojette demande une légère augmentation de débit au profit d'une complexité réduite.
L'application sur des schémas de compression d'images valide concrètement l'adaptation possible des sources actuelles à un canal de type best-effort. L'utilisation dans un environnement distribué (micro-paiement, stockage distribué de données multimédia) illustre en outre un partage sécurisé de l'information.
En perspectives de ce travail, nous avons abordé l'intégration de cette méthode dans un protocole de transmission scalable multimédia et étudié une version probabiliste du système.

Les nouvelles générations de réseaux sans fils tels que IEEE 802. 11n, IEEE 802. 16m, LTE advanced, etc sont basées sur des techniques de transmission multi-antennes et multi-utilisateurs. Dans les systèmes de communications point à point, l'utilisation de plusieurs antennes l'émission et à la réception permet non seulement d'augmenter le débit transmis, mais aussi de garantir une meilleure qualité du signal reçu. Dans cette thèse, on propose une nouvelle famille des codes spatio-temporels pour les canaux sélectifs et nous montrons comment les codes dérivés de l'algèbre de division cyclique peuvent être appliqués dans un système réel, et nous nous focalisons sur leur optimalité et les limites pratiques qui peuvent être rencontrées en industrie. Dans le contexte multi-utilisateurs, l'exploitation du gain de multiplexage multi-utilisateurs permet d'augmenter considérablement le débit global du réseau. Dans le cadre de cette thèse, deux systèmes multiutilisateurs ont été étudiés dans le cas où les canaux entre la source et la destination possèdent une mémoire en temps et en fréquence. Pour le canal sélectif à interférence, on montre que le gain de multiplexage maximal peut être atteint en utilisant un système à alignement d'interférence sous certaines conditions de propagation de canal. Pour le canal sélectif à diffusion, on prouve que le gain multiutilsateur de multiplexage peut être conservé en utilisant une connaissance partielle du canal et un nombre de bits réduits qu'on calcule
The next generation of wireless systems such as IEEE 802. 11n, IEEE 802. 16m, LTE advanced, etc features Multiple-Input Multiple-Output(MIMO) transmission and multiuser communications. In a point-to-point communication, the use of multiple transmitter and receiver antennas enables an increased data throughput through spatial multiplexing and an increased range by exploiting the spatial diversity. In this dissertation, we propose a new family of split NVD parallel codes to achieve the optimal diversity multiplexing tradeoff and we show how the codes designed from cyclic division algebra can be applied in a real world system, and we focus on their optimality and the practical limits that can be encountered in industry. In the multiuser context, exploiting the multiuser multiplexing gains in the network allows to increase considerably the overall throughput in the network. The multiuser context has been extensively studied in the literature for the case where channels between nodes are flat fading. For the selective fading interference channel, we show that the maximal multiplexing gain of can be achieved using an interference alignment scheme under certain channel spread requirements. For the selective fading MIMO broadcast channels, we show how the correlation between time frequency channels can be used in a selective MIMO broadcast channel to minimize the number of bits to be fed back to the transmitter side while conserving the maximal multiplexing gain

Multiples travaux de recherche on été munis ces dernières années pour construire des codes espace-temps optimaux pour les communications sans fil de point a point (monoutilisateur). Plusieurs familles de codes, dont la construction utilise des outils algébriques avances et qui atteignent le dmt ont été proposées dans la littérature. Ce compromis a été développe par zheng et tse pour capturer les avantages duels d'un canal a évanouissement pour les snr élèves: l'augmentation du débit (augmentation du gain de multiplexage) et l'augmentation de la fiabilité (augmentation du gain de diversité). Motivés par les résultats promettant obtenus dans le cas des canaux mono-utilisateur, notre but dans cette thèse est de proposer des nouvelles constructions de codes espace temps pour les canaux à accès multiple (i.e., multi-utilisateur) en se basant sur une profonde compréhension de ce dernier du point de vue de la théorie de l'information. Nous considérons dans une première partie le cas mono antenne pour lequel nous proposons une nouvelle construction de code qui offre un gain significative et dont les performances sont conservées dans le cas synchrone et asynchrone. Motive par le gain de performance important obtenu dans le cas momo antenne et arme par la compréhension des aspects théoriques du canal a accès multiple, nous avons propose un nouveau code dont les performances sont meilleures comparées aux codes existants. Ce code est ensuite utilise pour construire un nouveau code distribue pour le canal à accès multiple avec relais.

Une des spécificités des communications coopératives par relais sans fil est l’asynchronisme des transmissions. A cause de ces transmissions asynchrones, les méthodes de conception traditionnelles des codes espace-temps distribués sont à revoir si on veut conserver des codes à gains de diversité maximale. Pour éviter ce décalage de synchronisation certains auteurs ont proposé l'utilisation de bandes de garde entre les transmissions successives. Cette technique peut être applicable pour les codes de longueur courte, mais pour de longs mots de code, l'utilisation de bandes de garde réduit considérablement le taux de codage. En travaillant sur cette contrainte de délai pour les codes TAST, Damen et Hammons ont introduit une nouvelle classe de codes TAST qui sont robustes en terme de retards et donc adaptés aux réseaux coopératifs asynchrones. Ces codes préservent leur propriété de rang plein pour des retards arbitraires en réception sur les différentes lignes de la matrice de codage. Bien que les codes distribués TAST mis en place par Damen et Hammons peuvent atteindre le maximum de diversité pour un profil de délai arbitraire, leur longueur temporelle n’est pas optimisée et peut s’avérer prohibitive. Pour aller plus loin dans le travail de Damen et Hammons, notre travail principal de cette thèse a consisté à construire des codes distribués TAST qui pourraient absorber des retards arbitraires et offrir de meilleurs taux de codage avec une longueur minimale. Nos codes proposés sont simples à construire, tolérants en terme de retard, et possèdent une longueur minimale au regard de la taille de la constellation et du nombre d'antennes d’émission et de réception. Nous présentons différentes techniques pour la construction de codes TAST tolérants en retard. Les analyses mathématiques suivies par des simulations réalisées confirment que nos codes à longueur minimale dépassent les performances des codes existants dans la littérature sans pour autant sacrifier la complexité de décodage
One of the recent discussed problems of the cooperative communication is the asynchronization of the relaying nodes. Due to the asynchronous transmissions all traditionally designed structure of distributed space-time codes are destroyed at the reception and they loose their reliability (viz. Diversity and coding gain). To avoid this destructive effect some authors have proposed the use of guard bands between successive transmissions. This technique may be applicable for short length codes, but for lengthy codewords, the use of guard bands drastically reduces the code rate. Working on delay constraint of TAST codes, Damen and Hammons introduced a new class of TAST codes which are delay resistant and hence suitable for unsynchronized cooperative network. These codes preserve their rank under arbitrary delays at the reception of different rows of the codeword matrices. Although the distributed TAST codes introduced by Damen and Hammons can achieve maximum diversity under arbitrary delay profile but their delay time is not gnarly. Extending the work of Damen and Hammons, our principal work in this thesis is to build distributed TAST codes which could absorb arbitrary delays and offer better code rates. Our proposed codes are simple in construction, delay tolerant under arbitrary delays, better in rates, feasible in term of constellation size, number of receive/transmit antennas, and decoding complexity. We introduce different techniques for constructing delay tolerant TAST codes. Mathematical analyses followed by computer simulations confirm that our codes with minimum code lengths outperform the existing codes in the literature without sacrificing decoding complexity and other nice characteristics

Nombre de sciences utilisent la simulation comme outil de modélisation. Le but de notre travail est d’améliorer la prise en compte d’échelles multiples dans une simulation informatique. Il nous faut donc comprendre comment les sciences se construisent, et le rapport qu’entretiennent cette épistémologie et la simulation. Cette thèse commence donc par un chapitre résumant différentes tendances épistémologiques et s’efforce de les rattacher à la tâche qu’on s’est fixé. Le deuxième chapitre présente de manière plus spécifique ce qu’on peut vouloir dire par « échelles multiples » ou « niveau de description » dans différents travaux scientifiques, en insistant plus particulièrement sur ce qui sera notre application principale, l’hydrodynamique et les écosystèmes. Le chapitre 3 présente alors l’application qui a donné naissance au travail actuel, qui est un système destiné à améliorer l’intelligibilité dans un système de communications écrites entre gestionnaires d’une situation de crise, en utilisant la forme et la dynamique du discours pour aider à résumer sa sémantique. Vient ensuite un résumé de ce dont traite l’écologie, de l’importance des flux dans les modèles actuels d’écosystèmes, et des tendances les plus répandues actuellement dans la modélisation d’écoulement fluide. Ceci nous amène dans le chapitre 5 à la description d’une application qui s’efforce de gérer différentes échelles dans une simulation d’écoulement fluide, en gardant à l’esprit une intégration ultérieure dans une simulation d’écosystème plus générale. Nous utilisons comme base un modèle dit particulaire sur lequel nous appliquons deux méthodes pour détecter des structures ou des organisations au cours de la simulation. Une de celle-ci permet le remplacement des particules de bases qui se sont auto-organisées par une nouvelle entité qui représente la structure en question. La vie sociale subséquente de cette nouvelle entité de simulation peut ensuite mener à la création d’encore nouvelles échelles, et ce d’une manière itérative sans limité supérieure théorique. Nous terminons avec un article en anglais qui commence à expliciter comment ce travail mènera à une simulation d’écosystème plus générale
IMost sciences use simulation in their usual cycle of self-construction. The focus of our work is improving the handling of multiple scales in computer simulations. We have therefore to understand how different sciences build themselves, and how this epistemology relates to simulation. The present work therefore starts with a chapter summing up various epistemological tendencies and endeavors to link them to our present goal. The second chapter more specifically presents what is meant by multiple scales or level of description in different scientific work, with an emphasis on what is closer to our future main application, hydrodynamics in ecosystems model. Chapter 3 presents the early application that in fact prompted the present work, a system meant to improve intelligibility in a written communication system during emergency situations, by using the shape and the dynamics of the discourse itself to help summing up the semantics. Follows afterwards a summing up of what ecology delves into, the importance of fluxes in modern ecosystems model, and the main approaches of fluid flow modeling in current hydrodynamics. This leads to the relative novelty of our work, which is an application to handling different scales in a fluid flow simulation, with a view to integration in a more complex ecosystems simulation. We use a standard model called vortex based upon which we apply two different schemes to detect structures or organizations in the midst of the simulation. One of these leads to the replacement of the basic particles that self-organized to a new simulation entity that represents this organization or structure. The metaphorical social life of these entities can lead to the creation of still new scales of description, in a iterative theoretical upper open-ended way. We conclude with the integration of an article (in English) that emphasizes how this work will lead to a more developed ecosystems simulation, and what the ties are

L'étude réalisée dans ce mémoire porte sur le codage correcteur d'erreurs utilisé pour compenser les différentes limitations d'un système de transmission optique sur fibre, notamment celles liées au processus quadratique de photo détection. Dans le cas simple utilisateur, ce processus modifie la statistique du signal détecté qui s'apparente à une fonction chi-2. En tenant compte de cette statistique, le décodage itératif des codes LDPC a été adapté pour optimiser les performances. Dans le cas d'un système incluant l'accès multiple par répartition de codes, principalement limité par l'interférence d'accès multiple, la photo détection engendre un bruit de battements, ou beat noise. L'étude de la statistique du signal détecté a permis d'établir un modèle théorique en mixture de chi-2. Les performances du décodage LDPC ont été optimisées en se basant sur ce modèle, permettant ainsi une application au cas d'une transmission multimédia
The work done in this study focuses on forward error correction used to compensate for performance degradations in fiber optical links, mainly corrupted by the quadratic photo detection process. When we consider a single user transmission, this process has an impact on the photo detected signal statistic, which can be represented as a chi-square function. Taking into account this statistic, the iterative decoding used for LDPC codes is modified in order to optimise the performance. In the case including Optical Code Division Multiple Access, mainly disrupted by Multiple Access Interference, photo detection induces beatings called beat noise. Studying the photo detected signal statistic leads us to establish a theoretical model based on a mixture of chi-square distribution. The error correction performance has been optimised by taking into account this model in the decoding process, which permits considering an application to multimedia transmissions

La téléphonie mobile se démocratise et de nouveaux types de réseaux voient le jour, notamment les réseaux ad hoc. Sans focaliser exclusivement sur ces réseaux particuliers, le nombre de communications vocales effectuées chaque minute est en constante augmentation mais les réseaux sont encore souvent victimes d'erreurs de transmission. L'objectif de cette thèse porte sur l'utilisation de méthodes de codage en vue d'une transmission de la voix robuste face aux pertes de paquets, sur un réseau mobile et sans fil perturbé permettant le multichemin. La méthode envisagée prévoit l'utilisation d'un codage en descriptions multiples (MDC) appliqué à un flux de données issu d'un codec de parole bas débit, plus particulièrement l'AMR-WB (Adaptive Multi Rate - Wide Band). Parmi les paramètres encodés par l'AMR-WB, les coefficients de la prédiction linéaire sont calculés une fois par trame, contrairement aux autres paramètres qui sont calculés quatre fois. La problématique majeure réside dans la création adéquate de descriptions pour les paramètres de prédiction linéaire. La méthode retenue applique une quantification vectorielle conjuguée à quatre descriptions. Pour diminuer la complexité durant la recherche, le processus est épaulé d'un préclassificateur qui effectue une recherche localisée dans le dictionnaire complet selon la position d'un vecteur d'entrée. L'application du modèle de MDC à des signaux de parole montre que l'utilisation de quatre descriptions permet de meilleurs résultats lorsque le réseau est sujet à des pertes de paquets. Une optimisation de la communication entre le routage et le processus de création de descriptions mène à l'utilisation d'une méthode adaptative du codage en descriptions. Les travaux de cette thèse visaient la retranscription d'un signal de parole de qualité, avec une optimisation adéquate des ressources de stockage, de la complexité et des calculs. La méthode adaptative de MDC rencontre ces attentes et s'avère très robuste dans un contexte de perte de paquets.

Dans les réseaux traditionnels, la transmission de flux de données s'effectuaient par routage des paquets de la source vers le ou les destinataires. Le codage réseau (NC) permet aux nœuds intermédiaires du réseau d'effectuer des combinaisons linéaires des paquets de données qui arrivent à leurs liens entrants. Les opérations de codage ont lieu dans un corps de Galois de taille finie q. Aux destinataires, le décodage se fait par une élimination de Gauss des paquets codés-réseau reçus. Cependant, dans les réseaux sans fils, le codage réseau doit souvent faire face à des erreurs de transmission causées par le bruit, les effacements, et les interférences. Ceci est particulièrement problématique pour les applications temps réel, telle la transmission de contenus multimédia, où les contraintes en termes de délais d'acheminement peuvent aboutir à la réception d'un nombre insuffisant de paquets, et par conséquent à des difficultés à décoder les paquets transmis. Dans le meilleurs des cas, certains paquets arrivent à être décodés. Dans le pire des cas, aucun paquet ne peut être décodé.Dans cette thèse, nous proposons des schémas de codage conjoint source-réseau dont l'objectif est de fournir une reconstruction approximative de la source, dans des situations où un décodage parfait est impossible. L'idée consiste à exploiter la redondance de la source au niveau du décodeur afin d'estimer les paquets émis, même quand certains de ces paquets sont perdus après avoir subi un codage réseau. La redondance peut être soit naturelle, c'est-à-dire déjà existante, ou introduite de manière artificielle.Concernant la redondance artificielle, le codage à descriptions multiples (MDC) est choisi comme moyen d'introduire de la redondance structurée entre les paquets non corrélés. En combinant le codage à descriptions multiples et le codage réseau, nous cherchons à obtenir une qualité de reconstruction qui s'améliore progressivement avec le nombre de paquets codés-réseau reçus.Nous considérons deux approches différentes pour générer les descriptions. La première approche consiste à générer les descriptions par une expansion sur trame appliquée à la source avant la quantification. La reconstruction de données se fait par la résolution d'un problème d' optimisation quadratique mixte. La seconde technique utilise une matrice de transformée dans un corps de Galois donné, afin de générer les descriptions, et le décodage se fait par une simple éliminationde Gauss. Ces schémas sont particulièrement intéressants dans un contexte de transmission de contenus multimédia, comme le streaming vidéo, où la qualité s'améliore avec le nombre de descriptions reçues.Une seconde application de tels schémas consiste en la diffusion de données vers des terminaux mobiles à travers des canaux de transmission dont les conditions sont variables. Dans ce contexte, nous étudions la qualité de décodage obtenue pour chacun des deux schémas de codage proposés, et nous comparons les résultats obtenus avec ceux fournis par un schéma de codage réseau classique.En ce qui concerne la redondance naturelle, un scénario typique est celui d'un réseau de capteurs, où des sources géographiquement distribuées prélèvent des mesures spatialement corrélées. Nous proposons un schéma dont l'objectif est d'exploiter cette redondance spatiale afin de fournir une estimation des échantillons de mesures transmises par la résolution d'un problème d'optimisation quadratique à variables entières. La qualité de reconstruction est comparée à celle obtenue à travers un décodage réseau classique
While network data transmission was traditionally accomplished via routing, network coding (NC) broke this rule by allowing network nodes to perform linear combinations of the upcoming data packets. Network operations are performed in a specific Galois field of fixed size q. Decoding only involves a Gaussian elimination with the received network-coded packets. However, in practical wireless environments, NC might be susceptible to transmission errors caused by noise, fading, or interference. This drawback is quite problematic for real-time applications, such as multimediacontent delivery, where timing constraints may lead to the reception of an insufficient number of packets and consequently to difficulties in decoding the transmitted sources. At best, some packets can be recovered, while in the worst case, the receiver is unable to recover any of the transmitted packets.In this thesis, we propose joint source-network coding and decoding schemes in the purpose of providing an approximate reconstruction of the source in situations where perfect decoding is not possible. The main motivation comes from the fact that source redundancy can be exploited at the decoder in order to estimate the transmitted packets, even when some of them are missing. The redundancy can be either natural, i.e, already existing, or artificial, i.e, externally introduced.Regarding artificial redundancy, we choose multiple description coding (MDC) as a way of introducing structured correlation among uncorrelated packets. By combining MDC and NC, we aim to ensure a reconstruction quality that improves gradually with the number of received network-coded packets. We consider two different approaches for generating descriptions. The first technique consists in generating multiple descriptions via a real-valued frame expansion applied at the source before quantization. Data recovery is then achieved via the solution of a mixed integerlinear problem. The second technique uses a correlating transform in some Galois field in order to generate descriptions, and decoding involves a simple Gaussian elimination. Such schemes are particularly interesting for multimedia contents delivery, such as video streaming, where quality increases with the number of received descriptions.Another application of such schemes would be multicasting or broadcasting data towards mobile terminals experiencing different channel conditions. The channel is modeled as a binary symmetric channel (BSC) and we study the effect on the decoding quality for both proposed schemes. Performance comparison with a traditional NC scheme is also provided.Concerning natural redundancy, a typical scenario would be a wireless sensor network, where geographically distributed sources capture spatially correlated measures. We propose a scheme that aims at exploiting this spatial redundancy, and provide an estimation of the transmitted measurement samples via the solution of an integer quadratic problem. The obtained reconstruction quality is compared with the one provided by a classical NC scheme

La recherche dans le domaine des communications sur fibres optiques avance à un rythme rapide afin de satisfaire des demandes croissantes de communications à débits élevés. Les principaux moteurs de ces avancements sont la multitude de degrés de liberté offerts par la fibre permettant ainsi la transmission de plus de données: l'amplitude, la phase et l'état de polarisation du champ optique, ainsi que le temps et la longueur d'onde sont déjà utilisés dans les systèmes de transmission optique déployés. Pourtant, ces systèmes s'approchent de leur limite fondamentale de capacité et un degré supplémentaire: "la dimension spatiale" est étudié pour réaliser un saut qualitatif majeur en termes de capacité de transmission. Cependant, l'insertion de plusieurs flux de données dans le même canal de propagation induit également des pertes différentielles et de la diaphonie entre les flux, ce qui peut fortement réduire la qualité du système de transmission. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les systèmes de transmission optique de type MIMO basés sur un multiplexage en polarisation ou en modes de propagation. Dans les deux cas, nous évaluons la dégradation de la performance provoquée par une interférence inter-canaux non-unitaire et des disparités de gain entre les canaux engendrées par des imperfections dans les composants optiques utilisés (fibres, amplificateurs, multiplexeurs...), et proposons pour les combattre, de nouvelles techniques de codage pour les systèmes MIMO nommées "codes Spatio-Temporels" (ST), préalablement conçues pour les systèmes radios multi-antennaires
Research in the field of optical fiber communications is advancing at a rapid pace in order to meet the growing needs for higher data rates. The main driving forces behind these advancements are the availability of multiple degrees of freedom in the optical fiber allowing for multiplexing more data: amplitude, phase and polarization state of the optical field, along with time and wavelength are already used in the deployed optical transmission systems. Yet, these systems are approaching their theoretical capacity limits and an extra dimension "space" is investigated to achieve the next capacity leap. However, packing several data channels in the same medium brings with it differential impairments and crosstalk that can seriously deteriorate the performance of the system. In this thesis, we focus on recent optical MIMO schemes based on polarization division multiplexing (PDM) and space division multiplexing (SDM). In both, we assess the performance penalties induced by non-unitary crosstalk and loss disparities among the channels arising from imperfections in the used optical components (fibers, amplifiers, multiplexers...), and suggest novel MIMO coding techniques known as Space-Time (ST) codes, initially designed for wireless multi-antenna channels, to mitigate them

Dans cette thèse nous proposons un nouveau système ultra large bande (UWB) pour les applications WPAN (wireless personal area network) à très haut débit, visant à améliorer la solution multibande orthogonal frequency-division multiplexing (MB-OFDM), supportée par l’Alliance WiMedia. Dans un premier temps, une étude analytique est menée sur l’apport de la composante de précodage (LP-OFDM) au système UWB. La fonction de précodage est ensuite optimisée et différents algorithmes d’allocation dynamique visant à maximiser la portée ou le débit du système, ou à minimiser le taux d’erreur binaire (TEB) moyen du système, sont proposés. Dans un second temps, une étude système complémentaire à l’étude analytique est réalisée pour le système LP-OFDM global. Une composante MIMO est ajoutée au système pour augmenter sa robustesse ainsi que son débit qui peut atteindre dans ce cas 1 gigabit/s. Les résultats de simulation montrent que ce système est nettement plus performant que le système MB-OFDM. ﷡
In this thesis, we propose a new ultra-wideband (UWB) system for high data rate wireless personal area network (WPAN) applications, based on the well-known multiband orthogonal frequency-division multiplexing (MB-OFDM) solution supported by the WiMedia Alliance. In a first step, we analytically investigate the use of a linear precoded OFDM (LP-OFDM) waveform for UWB systems. The precoding function is then analytically optimized and different resource allocation algorithms maximizing the system range and throughput, and minimizing the system mean BER, are proposed. In a second step, a global UWB system approach is carried out, complementarily to the analytical study. Furthermore, a MIMO component is added to the LP-OFDM system in order to improve the system robustness as well as to provide a data rate of 1 Gb/s. System simulation results show that the joint use of MIMO and LP-OFDM schemes in UWB leads to a significant system improvement compared to the MB-OFDM system. ﷡

Depuis le succès croissant des systèmes mobiles au cours des années 1990, les nouvelles technologies sans fil ont été développées afin de répondre à la demande croissante de services multimédias de haute qualité avec des taux d'erreur les plus faibles possibles. Un moyen intéressant pour améliorer les performances et obtenir de meilleurs taux de transmission consiste à combiner l'utilisation de plusieurs diversités avec un accès de multiplexage dans le cadre des systèmes MIMO. L'utilisation de techniques de sur-échantillonnage, d'étalement et de multiplexage, et de diversités supplémentaires conduit à des signaux multidimensionnels, au niveau de la réception, qui satisfont des modèles tensoriels. Cette thèse propose une nouvelle approche tensorielle basée sur un codage spatio-temporel tensoriel (TST) pour les systèmes de communication sans fil MIMO. Les signaux reçus par plusieurs antennes forment un tenseur d'ordre quatre qui satisfait un nouveau modèle tensoriel, modèle PARATUCK-(2,4) (PT-(2,4)). Une analyse de performance est réalisée pour le système TST ainsi que pour un système spatio-temporel-fréquentiel (STF) récemment proposé dans la littérature, avec l'obtention du gain maximum de diversité dans le cas d'un canal à évanouissement plat. Un système de transmission basé sur le codage TST est proposé pour les systèmes MIMO avec plusieurs utilisateurs. Une nouvelle décomposition tensorielle est introduite, appelée PT-(N1,N). Cette thèse établit les conditions d'unicité du modèle PT-(N1,N). À partir de ces résultats, différents récepteurs semi-aveugles sont proposés pour une estimation conjointe des symboles transmis et du canal, pour les systèmes TST et STF
Since the growing success of mobile systems in the 1990s, new wireless technologies have been developed in order to support a growing demand for high-quality multimedia services with low error rates. An interesting way to improve the error performance and to achieve better transmission rates is to combine the use of various diversities and multiplexing access techniques in the MIMO system context. The incorporation of oversampling, spreading and multiplexing operations and additional diversities on wireless systems lead to multidimensional received signals which naturally satisfy tensor models. This thesis proposes a new tensorial approach based on a tensor space-time (TST) coding for MIMO wireless communication systems. The signals received by multiple antennas form a fourth-order tensor that satisfies a new tensor model, referred to as PARATUCK-(2,4) (PT-(2,4)) model. A performance analysis is carried out for the proposed TST system and a recent space-time-frequency (STF) system, which allows to derive expressions for the maximum diversity gain over a at fading channel. An uplink processing based on the TST coding with allocation resources is proposed. A new tensor decomposition is introduced, the so-called PT-(N1,N), which generalizes the standard PT-2 and our PT-(2,4) model. This thesis establishes uniqueness conditions for the PARATUCK-(N1,N) model. From these results, joint symbol and channel estimation is ensured for the TST and STF systems. Semi-blind receivers are proposed based on the well-known Alternating Least Squares algorithm and the Levenberg-Marquardt method, and also a new receiver based on the Kronecker Least Squares (KLS) for both systems

Dans les systèmes radio mobiles, la diversité représente une technique efficace pour lutter contre l’évanouissement dû aux multi-trajets. La pleine diversité spatiale est atteinte dans les systèmes multiple-input multiple-output (MIMO). Mais, souvent l’intégration d’antennes multiples au niveau de l’émetteur ou du récepteur est coûteuse. Comme alternative, dans les réseaux sans fil multi-hop, la diversité coopérative garantit des gains de diversité spatiale en exploitant les techniques MIMO traditionnelles sans avoir besoin d’antennes multiples. En outre, la diversité coopérative fournit au réseau : un débit important, une énergie réduite et une couverture d’accès améliorée.Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de concevoir des schémas de codage pour le canal à relais afin de réaliser une meilleure performance en termes de gain de diversité et de gain de codage. D’abord, nous étudions un système de turbo-codage distribué à L-relais en mode soft-decode-and-forward. Ensuite, nous proposons un système de turbocodage coopératif distribué à L-relais en utilisant la concaténation en parallèle des codes convolutifs. Enfin, afin d’améliorer la fiabilité de détection au niveau du noeud relais, nous proposons la technique de sélection d’antenne/relayage-soft. Pour une modulation BPSK, nous dérivons des expressions de la borne supérieure de la probabilité d’erreurbinaire où les différents sous-canaux sont supposés à évanouissement de Rayleigh, indépendants et pleinement entrelacés avec une information instantanée d’état de canal idéal. Une validation des résultats théoriques est également menée par la simulation
Diversity provides an efficient method for combating multipath fading in mobile radio systems. One of the most common forms of spatial diversity is multiple-input multipleoutput (MIMO), where full diversity is obtained. However, embedding multiple antennas at the transmitter or the receiver can sometimes be expensive. As an alternative to collocated antennas, cooperative diversity in wireless multi-hop networks confirms their ability to achieve spatial diversity gains by exploiting the spatial diversity of the traditional MIMO techniques, without each node necessarily having multiple antennas. In addition, cooperative diversity has been shown to provide the network with importantthroughput, reduced energy requirements and improved access coverage.In light of this, the objective of this thesis is to devise coding schemes suitable for relay channels that aim at showing the best compromise between performance of diversity and coding gains. Firstly, we investigate a distributed turbo coding scheme dedicated to L-relay channels operating in the soft-decode-and-forward mode. Then, we present a proposed distributed turbo coded cooperative (DTCC) scheme, called parallel concatenated convolutional-based distributed coded cooperation. Finally, we investigate antenna/soft-relaying selection for DTCC networks in order to improve their end-to-end performance. Assuming BPSK transmission for fully interleaved channels with ideal channel state information, we define the explicit upper bounds for error probability inRayleigh fading channels with independent fading. Both theoretical limits and simulation results are presented to demonstrate the performances

Cette thèse s'inscrit dans le domaine du Smart Grid. Les SGs améliorent la sécurité des réseaux électriques et permettent une utilisation adaptée de l'énergie disponible de manière limitée. Ils augmentent également l'efficacité énergétique globale en réduisant la consommation. L'utilisation de cette technologie est la solution la plus appropriée car elle permet une gestion plus efficace de l'énergie. Dans ce contexte, des compagnies comme Hydro-Québec déploient des réseaux de capteurs pour contrôler les principaux équipements. Pour réduire les coûts de déploiement et la complexité du câblage, un réseau de capteurs semble être une solution optimale. Cependant, son déploiement nécessite une connaissance approfondie de l'environnement. Les postes à haute tension sont des points stratégiques du réseau électrique et génèrent un bruit impulsif qui dégrade les performances des communications sans fil. Les travaux dans cette thèse sont centrés sur le développement de protocoles de communication performants dans ces milieux fortement perturbés. Nous avons proposé une première approche basée sur la concaténation du code à métrique de rang et le code convolutif avec la modulation OFDM. C'est une technique très efficace pour réduire l'effet du bruit impulsif tout en ayant un niveau de complexité assez faible. Une autre solution basée sur un système multi-antennaire est développée. Nous avons aussi proposé un système MIMO coopératif codé en boucle fermée basée sur le code à métrique de rang et le précodeur max-dmin. La deuxième technique est également une solution optimale pour améliorer la fiabilité du système et réduire la consommation énergétique dans les réseaux de capteurs
This thesis is mainly in the Smart Grid domain. SGs improve the safety of electrical networks and allow a more adapted use of electricity storage, available in a limited way. SGs also increase overall energy efficiency by reducing peak consumption. The use of this technology is the most appropriate solution because it allows more efficient energy management. In this context, manufacturers such as Hydro-Quebec deploy sensor networks in the nerve centers to control major equipment. To reduce deployment costs and cabling complexity, the option of a wireless sensor network seems the most obvious solution. However, deploying a sensor network requires in-depth knowledge of the environment. High voltages substations are strategic points in the power grid and generate impulse noise that can degrade the performance of wireless communications. The works in this thesis are focused on the development of high performance communication protocols for the profoundly disturbed environments. For this purpose, we have proposed an approach based on the concatenation of rank metric and convolutional coding with orthogonal frequency division multiplexing. This technique is very efficient in reducing the bursty nature of impulsive noise while having a quite low level of complexity. Another solution based on a multi-antenna system is also designed. We have proposed a cooperative closed-loop coded MIMO system based on rank metric code and max-dmin precoder. The second technique is also an optimal solution for both improving the reliability of the system and energy saving in wireless sensor networks

De nouveaux usages des systèmes de communications sans fils, tels que les réseaux de capteurs ou les voitures autonomes, ont émergé au cours des dernières années. Ces usages sont fondamentalement différents des applications haut-débit actuelles des réseaux cellulaires. La future technologie mobile, la 5G New Radio, introduit donc le concept de numérologie du signal afin de pouvoir satisfaire aux besoin hétérogènes des multiples applications supportées. En effet en supportant différentes numérologies de signaux, l'allocation temps/fréquence des signaux devient plus flexible et le signal transmis peut être adapté en conséquence. Cependant, supporte simultanément différentes numérologies génère de l'interférence et donc distord les signaux. Les filtrages spatiaux, comme la formation de faisceaux, est envisagée en 5G pour limiter l'interférence générée mais pour les communications au-dessus de 6 GHz. Il n'y a cependant pas de solutions proposées pour mes communications en-dessous de 6 GHz. Dans ce travail, des techniques d'atténuation des lobes secondaires sont étudiées pour faciliter le multiplexage des services pour les communications sous 6 GHz. L’interférence entre-utilisateurs est alors contrôlée mais la bande est également mieux utilisée. Une solution innovante, combinant bancs de filtres et orthogonalité complexe, est proposée. L'orthogonalité complexe est garanti grâce à un précodage OFDM qui remplace le précodage OQAM communément utilisé. De plus, le système développé, le Block-Filtered OFDM, utilise un récepteur 5G classique ce qui garantit la retro-compatibilité avec les techniques déjà déployée. Le modèle du BF-OFDM est entièrement décrit et adapté aux normes des réseaux mobiles. De plus, de multiples méthodes de conception des filtres prototypes sont proposées afin de mieux répondre aux besoins des systèmes. La forme d'onde étudiée est également comparée avec les autres solutions de l'état de l'art sur des scénarios d'étude classiques mais également adaptés aux nouveaux enjeux des technologies sans fils
New use cases for wireless communications recently emerged ranging from massive sensor networks to connected cars. These applications highly differ from typical signals supported by already deployed mobile technologies, which are mainly high data rate pipes. The forthcoming generation of mobile technology, 5G New Radio, introduces the concept of signal numerology so as to properly serve the requirements of the diverse applications it will support. Indeed by considering different numerologies, the time/frequency signal allocation is made more flexible which allows to shape the transmitted signal according to its needs. However, multiplexing signals with different numerologies generates interference and therefore signal distortion. Spatial filtering, such as beamforming, is envisioned for 5G above 6-GHz communications to limit inter-user interference. However, this issue still holds for sub-6 GHz systems where spatial filtering is not considered in 5G.In this work, we consider side lobe rejection techniques to ease service multiplexing in sub-6 GHz bands. Not only it provides inter-user interference mitigation but it also improves the bandwidth use efficiency in bands where frequency is a scarce resource. A novel solution, mixing filter-bank for confined spectrum and complex orthogonality for a straightforward re-use of known-how 4G/5G techniques, is proposed. The complex orthogonality is restored thanks to an OFDM precoding substituting the commonly used Offset-QAM signaling which limits the orthogonality to the real field. Moreover, the proposed solution, named Block-Filtered Orthogonal Frequency Division Multiplexing (BFOFDM), relies on a simple 5G receiver scheme which makes it backward compatible with already deployed technologies.The BF-OFDM system model is fully described and adapted to cellular standards. Besides, different prototype filter designs methods are proposed to either improve the intrinsic interference attenuation or to better confined the spectrum of the transmitted signal. Last but not least, the proposed waveform will be compared with state-of-the-art solutions for both typical and 5G oriented evaluation scenarios such as multi-service coexistence