Applications of perceptual sparse representation (Spikegram) for copyright protection of audio signals

Chaque année, le piratage mondial de la musique coûte plusieurs milliards de dollars en pertes économiques, pertes d’emplois et pertes de gains des travailleurs ainsi que la perte de millions de dollars en recettes fiscales. La plupart du piratage de la musique est dû à la croissance rapide et à la facilité des technologies actuelles pour la copie, le partage, la manipulation et la distribution de données musicales [Domingo, 2015], [Siwek, 2007]. Le tatouage des signaux sonores a été proposé pour protéger les droit des auteurs et pour permettre la localisation des instants où le signal sonore a été falsifié. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser la représentation parcimonieuse bio-inspirée par graphe de décharges (spikegramme), pour concevoir une nouvelle méthode permettant la localisation de la falsification dans les signaux sonores. Aussi, une nouvelle méthode de protection du droit d’auteur. Finalement, une nouvelle attaque perceptuelle, en utilisant le spikegramme, pour attaquer des systèmes de tatouage sonore. Nous proposons tout d’abord une technique de localisation des falsifications (‘tampering’) des signaux sonores. Pour cela nous combinons une méthode à spectre étendu modifié (‘modified spread spectrum’, MSS) avec une représentation parcimonieuse. Nous utilisons une technique de poursuite perceptive adaptée (perceptual marching pursuit, PMP [Hossein Najaf-Zadeh, 2008]) pour générer une représentation parcimonieuse (spikegramme) du signal sonore d’entrée qui est invariante au décalage temporel [E. C. Smith, 2006] et qui prend en compte les phénomènes de masquage tels qu’ils sont observés en audition. Un code d’authentification est inséré à l’intérieur des coefficients de la représentation en spikegramme. Puis ceux-ci sont combinés aux seuils de masquage. Le signal tatoué est resynthétisé à partir des coefficients modifiés, et le signal ainsi obtenu est transmis au décodeur. Au décodeur, pour identifier un segment falsifié du signal sonore, les codes d’authentification de tous les segments intacts sont analysés. Si les codes ne peuvent être détectés correctement, on sait qu’alors le segment aura été falsifié. Nous proposons de tatouer selon le principe à spectre étendu (appelé MSS) afin d’obtenir une grande capacité en nombre de bits de tatouage introduits. Dans les situations où il y a désynchronisation entre le codeur et le décodeur, notre méthode permet quand même de détecter des pièces falsifiées. Par rapport à l’état de l’art, notre approche a le taux d’erreur le plus bas pour ce qui est de détecter les pièces falsifiées. Nous avons utilisé le test de l’opinion moyenne (‘MOS’) pour mesurer la qualité des systèmes tatoués. Nous évaluons la méthode de tatouage semi-fragile par le taux d’erreur (nombre de bits erronés divisé par tous les bits soumis) suite à plusieurs attaques. Les résultats confirment la supériorité de notre approche pour la localisation des pièces falsifiées dans les signaux sonores tout en préservant la qualité des signaux. Ensuite nous proposons une nouvelle technique pour la protection des signaux sonores. Cette technique est basée sur la représentation par spikegrammes des signaux sonores et utilise deux dictionnaires (TDA pour Two-Dictionary Approach). Le spikegramme est utilisé pour coder le signal hôte en utilisant un dictionnaire de filtres gammatones. Pour le tatouage, nous utilisons deux dictionnaires différents qui sont sélectionnés en fonction du bit d’entrée à tatouer et du contenu du signal. Notre approche trouve les gammatones appropriés (appelés noyaux de tatouage) sur la base de la valeur du bit à tatouer, et incorpore les bits de tatouage dans la phase des gammatones du tatouage. De plus, il est montré que la TDA est libre d’erreur dans le cas d’aucune situation d’attaque. Il est démontré que la décorrélation des noyaux de tatouage permet la conception d’une méthode de tatouage sonore très robuste. Les expériences ont montré la meilleure robustesse pour la méthode proposée lorsque le signal tatoué est corrompu par une compression MP3 à 32 kbits par seconde avec une charge utile de 56.5 bps par rapport à plusieurs techniques récentes. De plus nous avons étudié la robustesse du tatouage lorsque les nouveaux codec USAC (Unified Audion and Speech Coding) à 24kbps sont utilisés. La charge utile est alors comprise entre 5 et 15 bps. Finalement, nous utilisons les spikegrammes pour proposer trois nouvelles méthodes d’attaques. Nous les comparons aux méthodes récentes d’attaques telles que 32 kbps MP3 et 24 kbps USAC. Ces attaques comprennent l’attaque par PMP, l’attaque par bruit inaudible et l’attaque de remplacement parcimonieuse. Dans le cas de l’attaque par PMP, le signal de tatouage est représenté et resynthétisé avec un spikegramme. Dans le cas de l’attaque par bruit inaudible, celui-ci est généré et ajouté aux coefficients du spikegramme. Dans le cas de l’attaque de remplacement parcimonieuse, dans chaque segment du signal, les caractéristiques spectro-temporelles du signal (les décharges temporelles ;‘time spikes’) se trouvent en utilisant le spikegramme et les spikes temporelles et similaires sont remplacés par une autre. Pour comparer l’efficacité des attaques proposées, nous les comparons au décodeur du tatouage à spectre étendu. Il est démontré que l’attaque par remplacement parcimonieux réduit la corrélation normalisée du décodeur de spectre étendu avec un plus grand facteur par rapport à la situation où le décodeur de spectre étendu est attaqué par la transformation MP3 (32 kbps) et 24 kbps USAC.

Prévoir la Réussite des Étudiants en Techniques d’inhalothérapie et d’anesthésie

Abstract: Respiratory therapists must be able to care for their patients safely, efficiently and competently. They manage critically ill patients on life support systems. As a member of the anesthesia team they are responsible for the vulnerable patient undergoing surgery. Within all areas of the hospital they are called upon to make decisions and judgements concerning patient treatment. The environment that is found in the modern clinical setting is often stressful and demanding. The respiratory and anesthesia technology program has the responsibility of preparing competent practioners who graduate not only with a broad knowledge base but with the affective competencies that are required to meet these challenges. Faculty and clinical instructors in the program of Respiratory and Anesthesia Technology have been troubled by rising attrition rates and weak performance of students. It is apparent that this is not a problem unique to Vanier College. The rationale for this study was multi-fold; to establish a definition of student success, to determine whether pre-admission academic abilities can predict success in the program and whether scores on a professional behavioural aptitudes tool can predict success in the clinical year of the program. Predictors were sought that could be used either in the pre-program admission policies or during the course of study in order to ensure success throughout the program and beyond. A qualitative analysis involving clinical instructors and faculty (n=5) was carried out to explore what success signified for a student in the respiratory and anesthesia program. While this process revealed that a student who obtained a grade above 77.5% was considered “successful”, the concept surrounding success was a much more complex issue. Affective as well as cognitive and psychomotor abilities complete the model of the successful student. Appropriate behaviour and certain character traits in a respiratory therapy student are considered to be significant elements leading to success. Assessment of students in their clinical year of the respiratory & anesthesia technology program currently include little measurement of abilities in the affective domain, and the resulting grade becomes primarily a measure of academic and procedural skills. A quantitative study of preadmission records and final program grades was obtained from a single cohort of respiratory and anesthesia technology students who began the program in 2005 and graduated in 2008 (n=16). Data was collected and a descriptive analysis (analysis of variance, Pearson correlation) was used to determine the relationship between preadmission grades and success. The lack of association between the high school grades and grades in the program ran contrary to some of the findings in the literature and it can be cautiously inferred that preadmission grades do not predict success in the program. To ascertain the predictive significance of evaluating professional behavioural skills and success in clinical internship, a behaviour assessment tool was used by clinical instructors and faculty to score each student during a rotation in their third year of the program which was clinical internship. The results of this analysis showed that a moderately strong association could be made between a high score on the behavior assessment tool and final clinical grades. Therefore this tool may be effective in predicting success in the clinical year of the program. Refining the admissions process to meet the challenge and responsibility of turning out graduates who are capable of meeting the needs of the profession is difficult but essential. The capacity to predict which students possess the affective competencies necessary to cope and succeed in their clinical year is conceivably more important than their academic abilities. Although these preliminary findings contribute, to some degree, to the literature that exists concerning methods of predicting success in a respiratory and anesthesia technology program, much data is still unknown. Further quantitative and qualitative research is required using a broader population base to substantiate the findings of this small study.||Résumé: Les inhalothérapeutes doivent être capables de prodiguer des soins à leurs patients d’une manière sécuritaire, efficace et compétente. Ils/elles peuvent être appelé(e)s à gérer les soins aux personnes gravement malades branchées à un respirateur artificiel. En tant que membres de l’équipe d’anesthésie, ils/elles sont responsables des patients qui subissent une chirurgie. Ils/elles sont sollicité(e)s par tous les secteurs de l’hôpital pour décider ou juger des traitements à apporter aux malades. L’environnement dans lequel ils/elles travaillent est souvent stressant et exigeant. Le programme de Techniques d’inhalothérapie et d’anesthésie vise à former des inhalothérapeutes compétent(e)s qui possèdent non seulement les connaissances propres à la discipline mais également les aptitudes affectives nécessaires pour faire face à ces défis. Les enseignant(e)s et instructeur(e)s cliniques en Techniques d’inhalothérapie et d’anesthésie sont préoccupé(e)s par le taux d’abandon croissant et la faible performance des étudiant(e)s dans le programme. Il semble que ce problème ne soit pas unique au Collège Vanier. Le but de cette recherche est multiple : définir ce qu’est «réussir» pour les étudiant(e)s de ce programme; déterminer si les aptitudes scolaires acquises avant l’admission au programme peuvent aider à prévoir le succès des étudiant(e)s dans le programme; et si les résultats obtenus à un test mesurant les aptitudes comportementales professionnelles permettent de prévoir le succès des étudiant(e)s dans le stage clinique du programme. On a essayé d’identifier des facteurs qui pourraient être utilisés dans les politiques d’admission au programme ou celles régissant le cheminement dans le programme qui permettraient d’assurer le succès au cours du programme et par la suite. Une analyse qualitative a été conduite auprès des instructeur(e)s cliniques et des enseignant(e)s (n=5) afin d’étudier la notion de « réussite » des étudiant(e)s dans le programme. Bien qu’un(e) étudiant(e) ayant obtenu une note supérieure à 77.5% soit considéré(e) comme ayant « réussi », la notion de « réussite » est beaucoup plus complexe. Des aptitudes affectives, autant que cognitives et psychomotrices complètent le modèle d’un(e) étudiant(e) ayant réussi. Un comportement approprié et certains traits de caractère sont considérés comme des facteurs importants pour la réussite d’un(e) étudiant(e) en techniques d’inhalothérapie et d’anesthésie. L’évaluation qui se fait actuellement des étudiant(e)s dans le stage clinique du programme ne porte que peu sur les aptitudes affectives, et le résultat obtenu témoigne essentiellement des aptitudes scolaires et procédurales. Une analyse quantitative des dossiers des étudiant(e)s avant leur admission au programme et leurs notes finales a été conduite auprès d’une cohorte d’étudiant(e)s ayant commencé le programme en 2005 et gradué en 2008 (n=16). Des données ont été recueillies et une analyse descriptive (analyse de la variance, corrélation de Pearson) ont été faites afin de déterminer l’existence d’un lien entre les notes obtenues au secondaire et celles obtenues dans le programme. L’absence de corrélation entre les deux catégories de notes va à l’encontre de certaines recherches publiées et on peut déduire avec réserve que les notes obtenues avant l’admission au programme ne permettent pas de prévoir la réussite dans le programme. Afin de vérifier la portée de l’évaluation du comportement professionnel et de la réussite en milieu clinique quant à la prévision de réussite dans le programme, une méthode d’évaluation du comportement a été appliquée par les instructeurs(e) cliniques et les enseignant(e)s pour évaluer chaque étudiant(e) au cours d’une rotation dans leur troisième année de stage clinique. Les résultats de cette analyse ont démontré qu’une corrélation moyennement forte pouvait être faite entre une bonne note à l’évaluation comportementale et les notes finales du stage clinique. Perfectionner le processus d’admission au programme afin d’assumer la responsabilité de former des diplômé(e)s capables de répondre aux besoins de la profession est difficile mais essentiel. Avoir les moyens de prévoir quels/quelles étudiant(e)s ont les compétences affectives nécessaires pour faire face à la réussite de leur année de stage clinique est peut être plus important que d’avoir les aptitudes scolaires. Bien que ces observations préliminaires contribuent, à un certain degré, à la littérature existante sur les méthodes de prévoir la réussite dans le programme d’inhalothérapie et d’anesthésie, plusieurs données restent inconnues. Une recherche quantitative et qualitative plus élaborée, conduite sur un échantillon plus large de la population, est nécessaire afin de corroborer les résultats de cette étude limitée.