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.

Algorithme de reconstruction itératif pour tomographie optique diffuse avec mesures dans le domaine temporel

L'imagerie par tomographie optique diffuse requiert de modéliser la propagation de la lumière dans un tissu biologique pour une configuration optique et géométrique donnée. On appelle cela le problème direct. Une nouvelle approche basée sur la méthode des différences finies pour modéliser numériquement via l'équation de la diffusion (ED) la propagation de la lumière dans le domaine temporel dans un milieu inhomogène 3D avec frontières irrégulières est développée pour le cas de l'imagerie intrinsèque, c'est-à-dire l'imagerie des paramètres optiques d'absorption et de diffusion d'un tissu. Les éléments finis, lourds en calculs, car utilisant des maillages non structurés, sont généralement préférés, car les différences finies ne permettent pas de prendre en compte simplement des frontières irrégulières. L'utilisation de la méthode de blocking-off ainsi que d'un filtre de Sobel en 3D peuvent en principe permettre de surmonter ces difficultés et d'obtenir des équations rapides à résoudre numériquement avec les différences finies. Un algorithme est développé dans le présent ouvrage pour implanter cette approche et l'appliquer dans divers cas puis de la valider en comparant les résultats obtenus à ceux de simulations Monte-Carlo qui servent de référence. L'objectif ultime du projet est de pouvoir imager en trois dimensions un petit animal, c'est pourquoi le modèle de propagation est au coeur de l'algorithme de reconstruction d'images. L'obtention d'images requière la résolution d'un problème inverse de grandes dimensions et l'algorithme est basé sur une fonction objective que l'on minimise de façon itérative à l'aide d'une méthode basée sur le gradient. La fonction objective mesure l'écart entre les mesures expérimentales faites sur le sujet et les prédictions de celles-ci obtenues du modèle de propagation. Une des difficultés dans ce type d'algorithme est l'obtention du gradient. Ceci est fait à l'aide de variables auxiliaire (ou adjointes). Le but est de développer et de combiner des méthodes qui permettent à l'algorithme de converger le plus rapidement possible pour obtenir les propriétés optiques les plus fidèles possible à la réalité capable d'exploiter la dépendance temporelle des mesures résolues en temps, qui fournissent plus d'informations tout autre type de mesure en TOD. Des résultats illustrant la reconstruction d'un milieu complexe comme une souris sont présentés pour démontrer le potentiel de notre approche.

Sensibilité des simulations de neige du modèle SNOWPACK à la paramétrisation de la végétation dans la Réserve Faunique Chic-Chocs

Au Canada, les avalanches constituent le géorisque le plus dangereux en période hivernale. On enregistre annuellement d’importants coûts économiques et sociaux associés aux impacts de ce phénomène naturel. Par exemple, la fermeture de routes en cas de risque d’avalanche est estimée à 5 millions de dollars (Jamieson et Stethem, 2002). La prévision des avalanches est, de nos jours, la meilleure méthode afin d’éviter ces coûts. Au Canada, cela s’effectue de façon ponctuelle à l’aide de méthodes manuelles tel que le test de compression (CAA, 2014). Les modèles de simulation du couvert neigeux permettent d’étendre les prévisions à l’ensemble d’une région et ainsi, atteindre certains lieux difficilement accessibles pour l’homme. On tente actuellement d’adapter le modèle SNOWPACK aux conditions canadiennes et plusieurs études ont eu pour but d’améliorer les simulations produites par celui-ci. Cette étude vise donc également l’amélioration des simulations par l’intégration des paramètres de végétation. L’objectif de l’étude est de paramétrer, pour la première fois, le module de végétation de SNOWPACK avec les données récoltées dans la réserve faunique des Chic-Chocs. Nous pourrons ainsi évaluer l’impact de la végétation sur la modélisation du couvert nival. Nous avons donc, lors de sorties de terrain, recueillis les données de neige et de végétation au niveau de quatre sites d’étude. Nous avons par la suite réalisé les simulations avec SNOWPACK et comparer les résultats des simulations avec et sans végétation aux données de terrain. L’étude nous révèle que le modèle diminue la quantité de neige au sol ainsi que la densité du manteau neigeux en présence de végétation. De plus nous avons pu constater que l’inclusion du module de végétation permet d’obtenir des données qui se rapprochent davantage de ce qui a été observé sur le terrain.

La participation au budget, la motivation et la performance managériale des contremaîtres de moyennes entreprises de fabrication

Cette étude examine les liens entre la participation au budget et la performance managériale avec la motivation comme variable intervenante. La motivation est décomposée en plusieurs facteurs dont les gratifications intrinsèques et extrinsèques. L'effet des variables de la complexité de l'environnement technologique et de la gestion par exceptions (GPE) est aussi examiné. L'étude est menée auprès de contremaîtres affectés à la production d'entreprises manufacturières de taille moyenne. Les contremaîtres montrent une nette préférence aux gratifications intrinsèques, suggérant leur insatisfaction face au système de récompenses en place. Cette insatisfaction semble s'exprimer dans le lien négatif entre la motivation et la participation. De plus, l'engagement personnel des contremaîtres face aux objectifs de l'organisation semble les rendre plus critiques dans l'évaluation de leur performance managériale. Le phénomène est accentué chez les contremaîtres des entreprises avec un niveau de GPE faible puisqu'ils ne perçoivent pas le système de contrôle de gestion comme un outil de répression. Il est aussi accentué, mais dans une moindre mesure, chez les contremaîtres des entreprises hautement technologiques. Cependant, l'effet de la participation au budget pour ces derniers semble favoriser la performance managériale. La plus grande sensibilité des gestionnaires aux valences intrinsèques et leur réticence à attribuer aux autres l'insuccès face à l'atteinte des objectifs pourraient être une des caractéristiques des moyennes entreprises. Les résultats de cette étude suggèrent aussi que, pour une entreprise de taille moyenne, un style de gestion non perçu comme répressif améliore la participation, la motivation et la performance des gestionnaires. Enfin, la participation semble avoir un effet positif sur la performance managériale dans un environnement technologique plus complexe seulement.

Un micro-bolomètre supraconducteur: de la conception à l'utilisation au laboratoire

Pour augmenter sa compréhension du monde qui l’entoure, le physicien moderne ne cesse de travailler au développement d’outils théoriques ou expérimentaux pour l’aider à répondre à ses questions fondamentales. Une partie de ces chercheurs tente de répondre à une question bien définie, mais simultanément très vague : qu’est-ce que le bruit électro- nique? Guidés par cette idée, certains étudient des dispositifs comme la jonction tunnel ou la jonction Josephson, alors que d’autres travaillent à l’amélioration des méthodes de détection du bruit. Le présent mémoire de maîtrise traite donc de la conception d’un outil de détection bien particulier, le micro-bolomètre supraconducteur de niobium-titane-niobium. La théorie derrière le fonctionnement d’un tel dispositif est expliquée à l’aide d’une comparaison entre un bolomètre conventionnel et un bolomètre supraconducteur. Des concepts comme la sensibilité d’un détecteur, la conductance thermique et la méthode d’utilisation sont présentés. Les étapes du procédé de fabrication sont ensuite explicitées dans les moindres détails. Finalement, les propriétés électroniques d’un tel micro-bolomètre sont analysées à l’aide de la courbe caractéristique courant-tension, de la courbe de transition supraconductrice en température et de dfférentes mesures en réflectométrie. La puissance équivalente de bruit (NEP) mesurée est de l’ordre de 10[indice supérieur −17] W/√Hz et le temps caractéristique de détection est de 1.43 μs. Le dispositif présenté dans ce mémoire a un avantage important par rapport aux bolomètres supraconducteurs généralement utilisés : il ne nécessite pas de courant de polarisation continu pour le mettre en fonctionnement. Ceci peut résulter en divers avantages technologiques.

Caractérisation des sols granulaires au moyen de la vitesse des ondes de cisaillement

Les réponses des sols aux diverses sollicitations qu'ils subissent à l'état naturel sur site sont multiples et dépendent de nombreux facteurs tel que leur nature, le domaine de sollicitation, la présence d'eau et plusieurs autres facteurs (état de contrainte, présence de cavités, etc.). La connaissance du domaine des petites et moyennes déformations pour le dimensionnement de nombreux ouvrages sur des dépôts de sols argileux ou sableux est d'une grande importance. La détermination des propriétés mécaniques des sols dans le domaine des petites déformations est néanmoins importante dans plusieurs applications en géotechnique. Le besoin de déterminer le module de cisaillement des sols à faibles déformations a conduit au développement de différents outils d'investigation.Les outils non intrusifs basés sur la propagation des ondes de surface permettent de s'affranchir des problèmes de remaniement du sol et la détermination des paramètres fondamentaux (G[indice inférieur max]) du sol dans leur vrai état des contraintes. L'étude menée dans ce travail se résume essentiellement en deux volets. Une présentation détaillée, des différentes méthodes et techniques qui déterminent la vitesse d'onde de cisaillement V[indice inférieur s] lors de la caractérisation des sols, est faite en premier stade. On se focalise à décrire le dispositif des bilames piézo-électriques (utilités, avantages et limitations). En second volet, on se consacre sur la caractérisation des sols granulaires au moyen de V[indice inférieur s]. Des simulations numériques illustrées par des essais aux laboratoires sur un modèle simplifié de la cellule oedométrique équipée du dispositif des anneaux piézo-électriques, ont été dirigés. En considérant trois sols pulvérulents de différentes propriétés granulométriques, on a pu voir les difficultés d'interprétation des résultats suivant les méthodes directes dans le domaine temporel. Alors que, des résultats traités dans le domaine fréquentiel se sont avérés plus réalistes.

Élaboration de stratégies pour l’enseignement de la pensée critique dans les cours de philosophie au collégial

Les enseignantes et les enseignants du collégial accordent beaucoup de valeur au développement intellectuel de leurs élèves. La pensée critique représente l'idéal d'une pensée accomplie et son développement est un des buts de la formation générale au cégepl. Les professeurs de philosophie savent d'expérience que leur discipline se déploie souvent selon un mode conceptuel abstrait, étrange pour plusieurs élèves, novices dans la vie intellectuelle. En philosophie, la pensée critique est reconnue pour sa capacité à développer une réflexion rationnelle en profondeur et à structurer les concepts nécessaires à l'élaboration d'une pensée autonome. Les enseignantes et les enseignants de philosophie du collégial savent bien que les élèves qui pratiquent ou qui développent la pensée critique peuvent acquérir une formation philosophique de base, intéressante et pertinente. Mais, qu'arrive-t-il à ceux et celles qui ne la possèdent pas ? Notre position est qu'avec une perspective pédagogique, l'ensemble des élèves peut parvenir à développer des habiletés de pensée critique qui leur permettent d'accéder à une réflexion de haut niveau. Afin de poser le problème de recherche, nous avons débuté par l'examen de plusieurs difficultés liées à l'enseignement de la pensée critique. Ce qui frappe d'abord, c'est l'ampleur d'un problème conceptuel; la pensée critique est un terme générique attrayant, mais inconsistant et qui se révèle ambigu à l'usage. Ensuite, il faut reconnaître la présence d'un problème pédagogique : pour enseigner la pensée critique, les professeurs de philosophie ont besoin de ressources et d'une pratique pédagogique propre à la discipline. Après l'examen de quelques manuels utilisés dans les cours de philosophie au collégial, nous avons noté que leur orientation n'est pas dirigée vers le développement de la pensée critique. On peut alors se demander ce que peuvent faire les professeurs pour développer la pensée critique des élèves lorsque celle-ci s'avère insuffisante. Un relevé sommaire de la documentation nous a permis de découvrir que l'enseignement de la pensée critique pouvait être fondé sur plusieurs modèles théoriques. Nous en avons examiné quatre qui vont soutenir le choix du cadre de référence de notre recherche : 1) une sensibilité à la métacognition, 2) un enseignement par infusion, 3) une enculturation à la pensée critique, et 4) une épistémologie développementale. Nous mentionnons ensuite les problèmes concernant l'évaluation de la pensée critique : pour certains auteurs, les instruments d'évaluation ne sont pas assez sensibles pour rendre compte de changements graduels et subtils à l'intérieur d'une session. Malgré cette difficulté, on trouve tout de même dans les écrits plusieurs stratégies d'enseignement qui pourraient avoir des effets sur le développement de la pensée critique des élèves. Un bref inventaire de ces stratégies nous conduit à choisir l'approche de Bean (2001) comme cadre de référence et comme modèle pour l'enseignement de la pensée critique. Dans son ouvrage, Engaging ideas: The professor's guide to integrating writing, critical thinking, and active learning in the classroom, Bean (2001) intègre l'enseignement de la pensée critique à l'appropriation d'un contenu disciplinaire. L'auteur distingue quatre phases de développement de la pensée critique, inspirées de Kolb : l'expérience concrète, l'observation réflexive, l'abstraction conceptuelle et l'expérimentation active. Il présente pour chacune des phases des activités d'écriture qui pourraient être transférables ou applicables au niveau collégial. Ce choix nous amène à formuler notre objectif de recherche : produire un répertoire de stratégies pédagogiques pour l'enseignement de la pensée critique dans les cours de philosophie au collégial sur le modèle proposé par Bean (2001). Ainsi, l'approche de la recherche développement nous sert bien à atteindre cet objectif. Selon cette approche, nous avons conçu un répertoire de stratégies pédagogiques à l'intention des professeurs de philosophie, en nous inspirant des activités d'écriture proposées par Bean (2001). Ce répertoire a ensuite été soumis à quatre professeurs de philosophie pour validation. Ces experts avaient la tâche d'évaluer le matériel pédagogique et de soumettre des avis pour l'améliorer. La version validée du répertoire constitue le document que nous soumettons pour supporter les professeurs qui ont à coeur de développer la pensée critique dans les cours de philosophie au collégial. Cette recherche devrait contribuer à mieux comprendre la problématique du développement de la pensée critique, à envisager des perspectives pour l'enseigner et à saisir les enjeux pour son enseignement dans les cours de philosophie. Ces avenues devraient intéresser particulièrement la communauté collégiale.