Thèses de doctorat

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Browsing Thèses de doctorat by Author "ARAAR Chaouki"

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    Compression d’images dans les réseaux de capteurs sans fil
    (2015) ARAAR Chaouki
    Les progrès technologiques incessants ont permis le développement de nouveaux types de capteurs, issue de la convergence de la micro-électronique et des technologies de communication sans fil. Les capteurs, nouveaux venus dans les thèmes de recherche en informatique peuvent être vus comme des systèmes autonomes miniaturisés, équipés d‟une unité de traitement et de stockage de données, d‟une unité de transmission sans fil et d‟une batterie. Ces nouveaux petits composants peu onéreux pouvant s‟organiser en réseau autonome pour récolter des données et les remonter à une station de base, avec comme contrainte fondamentale la limitation de leurs ressources de calcul, de stockage et surtout d‟énergie. Parmi les nombreuses applications potentielles des réseaux de capteurs sans fil, celles utilisant des capteurs d‟image sont appréciables pour tout ce qui concerne la détection et la localisation d‟objets par la vision (comptage de la faune dans les réserves naturelles, localisation des départs de feu en forêt, etc..). Mais elles sont particulièrement gourmandes en énergie puisque la quantité de données nécessaire pour représenter une image en comparaison d‟une valeur scalaire classique (une mesure de température par exemple) diffère de plusieurs ordres de grandeur. Il semble évident de prime abord que le coût énergétique de la transmission de l‟image peut être réduit significativement en compressant l‟image à la source. Or, La contrainte de la limitation des ressources des nœuds rend impossible ou inefficace en pratique l‟exécution des algorithmes de compression standards. Ferrigno et al., ont montré en effet que des algorithmes bien connus comme JPEG ou JPEG2000 ont un coût d‟énergie plus supérieur au gain qu‟ils amènent. Dans ce domaine, on remarque des efforts de plusieurs auteurs pour adapter les algorithmes de compression bien connus comme JPEG, JPEG2000 ou SPIHT aux contraintes particulières des réseaux de capteurs sans fil. Notre proposition, suit aussi cette voie en proposant d‟intégrer dans une chaîne de compression de type JPEG, une DCT rapide basée sur l‟algorithme de Loeffler, de la quantification scalaire, et du codage entropique basé sur le codeur Golomb couplé avec le codeur arithmétique QM. L‟approche DCT rapide utilisée permet de réduire le nombre d‟opérations pour calculer les coefficients de la DCT. Elle entraîne systématiquement une réduction de la complexité de calcul de la chaîne de compression, et par incidence une réduction de la consommation d‟énergie. Le choix du codeur Golomb couplé avec le codeur arithmétique présente un bon compromis vitesse d‟exécution/taux de compression. La validation de notre proposition a été faite par simulation en utilisant le simulateur de réseaux de capteurs sans fil Castalia
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    Compression d’images sous la contrainte de l’énergie appliquée aux réseaux de capteurs sans fil
    (2019) ARAAR Chaouki
    Les travaux présentés dans cette thèse s’inscrivent dans le cadre de développement de méthodes de compression d’images tenant compte de l’efficacité énergétique dans le contexte des réseaux de capteur sans fil. L’objectif principal est de réduire la consommation d’énergie des nœud-capteurs et donc, de maintenir une longue durée de vie du réseau. La contribution de cette thèse porte principalement sur la réduction de la complexité algorithmique du standard de compression d’images JPEG. Cet algorithme est très gourmand en temps et en énergie à cause de sa complexité élevée, et plus précisément, en raison de la complexité de son étape de transformation en cosinus discrète (DCT). Afin d’adapter cet algorithme aux contraintes particulières des réseaux de capteurs sans fil, nous avons proposé de réduire la complexité calculatoire de la DCT en combinant une méthode de DCT approximative avec une approche de sélection zonale des coefficients. Le but de la première est de réduire le coût de calcul de la DCT en n’employant que des opérations d’addition au lieu des opérations coûteuses de multiplication, tandis que la seconde vise à calculer uniquement les coefficients de basse fréquence les plus importants. Un algorithme pour le calcul rapide de la DCT proposée est développé. Seulement dix opérations d’addition sont requises pour le calcul de la transformation directe et inverse. La DCT proposée présente une complexité de calcul extrêmement faible tout en maintenant des performances de compression d’images compétitives par rapport aux méthodes de l’état de l’art. Des expériences de simulation de l’implémentation logicielle sont fournies en vue de prouver l’efficacité de notre proposition en termes de temps d’exécution, mémoire requise et consommation d’énergie en comparaison avec les méthodes de l’état de l’art. Les travaux expérimentaux ont été effectués en considérant le microcontrôleur Atmel ATmega128 embaqué sur le nœud-capteur Mica2 et MicaZ. Une architecture matérielle parallèle-pipelinée pour le calcul de la DCT proposée est également conçue. Cette architecture est implémentée sur un circuit FPGA Xilinx Virtex-6 XC6VSX475T-2ff1156 et évaluée pour l’utilisation des ressources matérielles, consommation d’énergie et performance temps réel. Toutes les mesures que nous avons étudiées ont montré des avantages évidents du design proposé par rapport aux concurrents de l’état de l’art.