Support infrastructures for multimedia services with guaranteed continuity and QoS

Advances in wireless networking and content delivery systems are enabling new challenging provisioning scenarios where a growing number of users access multimedia services, e.g., audio/video streaming, while moving among different points of attachment to the Internet, possibly with different connectivity technologies, e.g., Wi-Fi, Bluetooth, and cellular 3G. That calls for novel middlewares capable of dynamically personalizing service provisioning to the characteristics of client environments, in particular to discontinuities in wireless resource availability due to handoffs. This dissertation proposes a novel middleware solution, called MUM, that performs effective and context-aware handoff management to transparently avoid service interruptions during both horizontal and vertical handoffs. To achieve the goal, MUM exploits the full visibility of wireless connections available in client localities and their handoff implementations (handoff awareness), of service quality requirements and handoff-related quality degradations (QoS awareness), and of network topology and resources available in current/future localities (location awareness). The design and implementation of the all main MUM components along with extensive on the field trials of the realized middleware architecture confirmed the validity of the proposed full context-aware handoff management approach. In particular, the reported experimental results demonstrate that MUM can effectively maintain service continuity for a wide range of different multimedia services by exploiting handoff prediction mechanisms, adaptive buffering and pre-fetching techniques, and proactive re-addressing/re-binding.

Adaptive wireless multimedia communication systems

In recent years, due to the rapid convergence of multimedia services, Internet and wireless communications, there has been a growing trend of heterogeneity (in terms of channel bandwidths, mobility levels of terminals, end-user quality-of-service (QoS) requirements) for emerging integrated wired/wireless networks. Moreover, in nowadays systems, a multitude of users coexists within the same network, each of them with his own QoS requirement and bandwidth availability. In this framework, embedded source coding allowing partial decoding at various resolution is an appealing technique for multimedia transmissions. This dissertation includes my PhD research, mainly devoted to the study of embedded multimedia bitstreams in heterogenous networks, developed at the University of Bologna, advised by Prof. O. Andrisano and Prof. A. Conti, and at the University of California, San Diego (UCSD), where I spent eighteen months as a visiting scholar, advised by Prof. L. B. Milstein and Prof. P. C. Cosman. In order to improve the multimedia transmission quality over wireless channels, joint source and channel coding optimization is investigated in a 2D time-frequency resource block for an OFDM system. We show that knowing the order of diversity in time and/or frequency domain can assist image (video) coding in selecting optimal channel code rates (source and channel code rates). Then, adaptive modulation techniques, aimed at maximizing the spectral efficiency, are investigated as another possible solution for improving multimedia transmissions. For both slow and fast adaptive modulations, the effects of imperfect channel estimation errors are evaluated, showing that the fast technique, optimal in ideal systems, might be outperformed by the slow adaptive modulation, when a real test case is considered. Finally, the effects of co-channel interference and approximated bit error probability (BEP) are evaluated in adaptive modulation techniques, providing new decision regions concepts, and showing how the widely used BEP approximations lead to a substantial loss in the overall performance.

Reliable Broadcasting and Streaming of Multimedia Content

This thesis is focused on the study of techniques that allow to have reliable transmission of multimedia content in streaming and broadcasting applications, targeting in particular video content. The design of efficient error-control mechanisms, to enhance video transmission systems reliability, has been addressed considering cross-layer and multi-layer/multi-dimensional channel coding techniques to cope with bit errors as well as packet erasures. Mechanisms for unequal time interleaving have been designed as a viable solution to reduce the impact of errors and erasures by acting on the time diversity of the data flow, thus enhancing robustness against correlated channel impairments. In order to account for the nature of the factors which affect the physical layer channel in the evaluation of FEC schemes performances, an ad-hoc error-event modeling has been devised. In addition, the impact of error correction/protection techniques on the quality perceived by the consumers of video services applications and techniques for objective/subjective quality evaluation have been studied. The applicability and value of the proposed techniques have been tested by considering practical constraints and requirements of real system implementations.

Rich media content adaptation in e-learning systems

The wide use of e-technologies represents a great opportunity for underserved segments of the population, especially with the aim of reintegrating excluded individuals back into society through education. This is particularly true for people with different types of disabilities who may have difficulties while attending traditional on-site learning programs that are typically based on printed learning resources. The creation and provision of accessible e-learning contents may therefore become a key factor in enabling people with different access needs to enjoy quality learning experiences and services. Another e-learning challenge is represented by m-learning (which stands for mobile learning), which is emerging as a consequence of mobile terminals diffusion and provides the opportunity to browse didactical materials everywhere, outside places that are traditionally devoted to education. Both such situations share the need to access materials in limited conditions and collide with the growing use of rich media in didactical contents, which are designed to be enjoyed without any restriction. Nowadays, Web-based teaching makes great use of multimedia technologies, ranging from Flash animations to prerecorded video-lectures. Rich media in e-learning can offer significant potential in enhancing the learning environment, through helping to increase access to education, enhance the learning experience and support multiple learning styles. Moreover, they can often be used to improve the structure of Web-based courses. These highly variegated and structured contents may significantly improve the quality and the effectiveness of educational activities for learners. For example, rich media contents allow us to describe complex concepts and process flows. Audio and video elements may be utilized to add a “human touch” to distance-learning courses. Finally, real lectures may be recorded and distributed to integrate or enrich on line materials. A confirmation of the advantages of these approaches can be seen in the exponential growth of video-lecture availability on the net, due to the ease of recording and delivering activities which take place in a traditional classroom. Furthermore, the wide use of assistive technologies for learners with disabilities injects new life into e-learning systems. E-learning allows distance and flexible educational activities, thus helping disabled learners to access resources which would otherwise present significant barriers for them. For instance, students with visual impairments have difficulties in reading traditional visual materials, deaf learners have trouble in following traditional (spoken) lectures, people with motion disabilities have problems in attending on-site programs. As already mentioned, the use of wireless technologies and pervasive computing may really enhance the educational learner experience by offering mobile e-learning services that can be accessed by handheld devices. This new paradigm of educational content distribution maximizes the benefits for learners since it enables users to overcome constraints imposed by the surrounding environment. While certainly helpful for users without disabilities, we believe that the use of newmobile technologies may also become a fundamental tool for impaired learners, since it frees them from sitting in front of a PC. In this way, educational activities can be enjoyed by all the users, without hindrance, thus increasing the social inclusion of non-typical learners. While the provision of fully accessible and portable video-lectures may be extremely useful for students, it is widely recognized that structuring and managing rich media contents for mobile learning services are complex and expensive tasks. Indeed, major difficulties originate from the basic need to provide a textual equivalent for each media resource composing a rich media Learning Object (LO). Moreover, tests need to be carried out to establish whether a given LO is fully accessible to all kinds of learners. Unfortunately, both these tasks are truly time-consuming processes, depending on the type of contents the teacher is writing and on the authoring tool he/she is using. Due to these difficulties, online LOs are often distributed as partially accessible or totally inaccessible content. Bearing this in mind, this thesis aims to discuss the key issues of a system we have developed to deliver accessible, customized or nomadic learning experiences to learners with different access needs and skills. To reduce the risk of excluding users with particular access capabilities, our system exploits Learning Objects (LOs) which are dynamically adapted and transcoded based on the specific needs of non-typical users and on the barriers that they can encounter in the environment. The basic idea is to dynamically adapt contents, by selecting them from a set of media resources packaged in SCORM-compliant LOs and stored in a self-adapting format. The system schedules and orchestrates a set of transcoding processes based on specific learner needs, so as to produce a customized LO that can be fully enjoyed by any (impaired or mobile) student.

Constraint handling rules. Compositional semantics and program transformation

This thesis intends to investigate two aspects of Constraint Handling Rules (CHR). It proposes a compositional semantics and a technique for program transformation. CHR is a concurrent committed-choice constraint logic programming language consisting of guarded rules, which transform multi-sets of atomic formulas (constraints) into simpler ones until exhaustion [Frü06] and it belongs to the declarative languages family. It was initially designed for writing constraint solvers but it has recently also proven to be a general purpose language, being as it is Turing equivalent [SSD05a]. Compositionality is the first CHR aspect to be considered. A trace based compositional semantics for CHR was previously defined in [DGM05]. The reference operational semantics for such a compositional model was the original operational semantics for CHR which, due to the propagation rule, admits trivial non-termination. In this thesis we extend the work of [DGM05] by introducing a more refined trace based compositional semantics which also includes the history. The use of history is a well-known technique in CHR which permits us to trace the application of propagation rules and consequently it permits trivial non-termination avoidance [Abd97, DSGdlBH04]. Naturally, the reference operational semantics, of our new compositional one, uses history to avoid trivial non-termination too. Program transformation is the second CHR aspect to be considered, with particular regard to the unfolding technique. Said technique is an appealing approach which allows us to optimize a given program and in more detail to improve run-time efficiency or spaceconsumption. Essentially it consists of a sequence of syntactic program manipulations which preserve a kind of semantic equivalence called qualified answer [Frü98], between the original program and the transformed ones. The unfolding technique is one of the basic operations which is used by most program transformation systems. It consists in the replacement of a procedure-call by its definition. In CHR every conjunction of constraints can be considered as a procedure-call, every CHR rule can be considered as a procedure and the body of said rule represents the definition of the call. While there is a large body of literature on transformation and unfolding of sequential programs, very few papers have addressed this issue for concurrent languages. We define an unfolding rule, show its correctness and discuss some conditions in which it can be used to delete an unfolded rule while preserving the meaning of the original program. Finally, confluence and termination maintenance between the original and transformed programs are shown. This thesis is organized in the following manner. Chapter 1 gives some general notion about CHR. Section 1.1 outlines the history of programming languages with particular attention to CHR and related languages. Then, Section 1.2 introduces CHR using examples. Section 1.3 gives some preliminaries which will be used during the thesis. Subsequentely, Section 1.4 introduces the syntax and the operational and declarative semantics for the first CHR language proposed. Finally, the methodologies to solve the problem of trivial non-termination related to propagation rules are discussed in Section 1.5. Chapter 2 introduces a compositional semantics for CHR where the propagation rules are considered. In particular, Section 2.1 contains the definition of the semantics. Hence, Section 2.2 presents the compositionality results. Afterwards Section 2.3 expounds upon the correctness results. Chapter 3 presents a particular program transformation known as unfolding. This transformation needs a particular syntax called annotated which is introduced in Section 3.1 and its related modified operational semantics !0t is presented in Section 3.2. Subsequently, Section 3.3 defines the unfolding rule and prove its correctness. Then, in Section 3.4 the problems related to the replacement of a rule by its unfolded version are discussed and this in turn gives a correctness condition which holds for a specific class of rules. Section 3.5 proves that confluence and termination are preserved by the program modifications introduced. Finally, Chapter 4 concludes by discussing related works and directions for future work.

Tecniche per il controllo dinamico del consumo di potenza per piattaforme system-on-chip

Providing support for multimedia applications on low-power mobile devices remains a significant research challenge. This is primarily due to two reasons: • Portable mobile devices have modest sizes and weights, and therefore inadequate resources, low CPU processing power, reduced display capabilities, limited memory and battery lifetimes as compared to desktop and laptop systems. • On the other hand, multimedia applications tend to have distinctive QoS and processing requirementswhichmake themextremely resource-demanding. This innate conflict introduces key research challenges in the design of multimedia applications and device-level power optimization. Energy efficiency in this kind of platforms can be achieved only via a synergistic hardware and software approach. In fact, while System-on-Chips are more and more programmable thus providing functional flexibility, hardwareonly power reduction techniques cannot maintain consumption under acceptable bounds. It is well understood both in research and industry that system configuration andmanagement cannot be controlled efficiently only relying on low-level firmware and hardware drivers. In fact, at this level there is lack of information about user application activity and consequently about the impact of power management decision on QoS. Even though operating system support and integration is a requirement for effective performance and energy management, more effective and QoSsensitive power management is possible if power awareness and hardware configuration control strategies are tightly integratedwith domain-specificmiddleware services. The main objective of this PhD research has been the exploration and the integration of amiddleware-centric energymanagement with applications and operating-system. We choose to focus on the CPU-memory and the video subsystems, since they are the most power-hungry components of an embedded system. A second main objective has been the definition and implementation of software facilities (like toolkits, API, and run-time engines) in order to improve programmability and performance efficiency of such platforms. Enhancing energy efficiency and programmability ofmodernMulti-Processor System-on-Chips (MPSoCs) Consumer applications are characterized by tight time-to-market constraints and extreme cost sensitivity. The software that runs on modern embedded systems must be high performance, real time, and even more important low power. Although much progress has been made on these problems, much remains to be done. Multi-processor System-on-Chip (MPSoC) are increasingly popular platforms for high performance embedded applications. This leads to interesting challenges in software development since efficient software development is a major issue for MPSoc designers. An important step in deploying applications on multiprocessors is to allocate and schedule concurrent tasks to the processing and communication resources of the platform. The problem of allocating and scheduling precedenceconstrained tasks on processors in a distributed real-time system is NP-hard. There is a clear need for deployment technology that addresses thesemulti processing issues. This problem can be tackled by means of specific middleware which takes care of allocating and scheduling tasks on the different processing elements and which tries also to optimize the power consumption of the entire multiprocessor platform. This dissertation is an attempt to develop insight into efficient, flexible and optimalmethods for allocating and scheduling concurrent applications tomultiprocessor architectures. It is a well-known problem in literature: this kind of optimization problems are very complex even in much simplified variants, therefore most authors propose simplified models and heuristic approaches to solve it in reasonable time. Model simplification is often achieved by abstracting away platform implementation ”details”. As a result, optimization problems become more tractable, even reaching polynomial time complexity. Unfortunately, this approach creates an abstraction gap between the optimization model and the real HW-SW platform. The main issue with heuristic or, more in general, with incomplete search is that they introduce an optimality gap of unknown size. They provide very limited or no information on the distance between the best computed solution and the optimal one. The goal of this work is to address both abstraction and optimality gaps, formulating accurate models which accounts for a number of ”non-idealities” in real-life hardware platforms, developing novel mapping algorithms that deterministically find optimal solutions, and implementing software infrastructures required by developers to deploy applications for the targetMPSoC platforms. Energy Efficient LCDBacklightAutoregulation on Real-LifeMultimediaAp- plication Processor Despite the ever increasing advances in Liquid Crystal Display’s (LCD) technology, their power consumption is still one of the major limitations to the battery life of mobile appliances such as smart phones, portable media players, gaming and navigation devices. There is a clear trend towards the increase of LCD size to exploit the multimedia capabilities of portable devices that can receive and render high definition video and pictures. Multimedia applications running on these devices require LCD screen sizes of 2.2 to 3.5 inches andmore to display video sequences and pictures with the required quality. LCD power consumption is dependent on the backlight and pixel matrix driving circuits and is typically proportional to the panel area. As a result, the contribution is also likely to be considerable in future mobile appliances. To address this issue, companies are proposing low power technologies suitable for mobile applications supporting low power states and image control techniques. On the research side, several power saving schemes and algorithms can be found in literature. Some of them exploit software-only techniques to change the image content to reduce the power associated with the crystal polarization, some others are aimed at decreasing the backlight level while compensating the luminance reduction by compensating the user perceived quality degradation using pixel-by-pixel image processing algorithms. The major limitation of these techniques is that they rely on the CPU to perform pixel-based manipulations and their impact on CPU utilization and power consumption has not been assessed. This PhDdissertation shows an alternative approach that exploits in a smart and efficient way the hardware image processing unit almost integrated in every current multimedia application processors to implement a hardware assisted image compensation that allows dynamic scaling of the backlight with a negligible impact on QoS. The proposed approach overcomes CPU-intensive techniques by saving system power without requiring either a dedicated display technology or hardware modification. Thesis Overview The remainder of the thesis is organized as follows. The first part is focused on enhancing energy efficiency and programmability of modern Multi-Processor System-on-Chips (MPSoCs). Chapter 2 gives an overview about architectural trends in embedded systems, illustrating the principal features of new technologies and the key challenges still open. Chapter 3 presents a QoS-driven methodology for optimal allocation and frequency selection for MPSoCs. The methodology is based on functional simulation and full system power estimation. Chapter 4 targets allocation and scheduling of pipelined stream-oriented applications on top of distributed memory architectures with messaging support. We tackled the complexity of the problem by means of decomposition and no-good generation, and prove the increased computational efficiency of this approach with respect to traditional ones. Chapter 5 presents a cooperative framework to solve the allocation, scheduling and voltage/frequency selection problem to optimality for energyefficient MPSoCs, while in Chapter 6 applications with conditional task graph are taken into account. Finally Chapter 7 proposes a complete framework, called Cellflow, to help programmers in efficient software implementation on a real architecture, the Cell Broadband Engine processor. The second part is focused on energy efficient software techniques for LCD displays. Chapter 8 gives an overview about portable device display technologies, illustrating the principal features of LCD video systems and the key challenges still open. Chapter 9 shows several energy efficient software techniques present in literature, while Chapter 10 illustrates in details our method for saving significant power in an LCD panel. Finally, conclusions are drawn, reporting the main research contributions that have been discussed throughout this dissertation.

Middleware per la gestione di interfacce di comunicazione e di sorgenti di contesto in ambienti wireless eterogenei

The full exploitation of multi-hop multi-path connectivity opportunities offered by heterogeneous wireless interfaces could enable innovative Always Best Served (ABS) deployment scenarios where mobile clients dynamically self-organize to offer/exploit Internet connectivity at best. Only novel middleware solutions based on heterogeneous context information can seamlessly enable this scenario: middleware solutions should i) provide a translucent access to low-level components, to achieve both fully aware and simplified pre-configured interactions, ii) permit to fully exploit communication interface capabilities, i.e., not only getting but also providing connectivity in a peer-to-peer fashion, thus relieving final users and application developers from the burden of directly managing wireless interface heterogeneity, and iii) consider user mobility as crucial context information evaluating at provision time the suitability of available Internet points of access differently when the mobile client is still or in motion. The novelty of this research work resides in three primary points. First of all, it proposes a novel model and taxonomy providing a common vocabulary to easily describe and position solutions in the area of context-aware autonomic management of preferred network opportunities. Secondly, it presents PoSIM, a context-aware middleware for the synergic exploitation and control of heterogeneous positioning systems that facilitates the development and portability of location-based services. PoSIM is translucent, i.e., it can provide application developers with differentiated visibility of data characteristics and control possibilities of available positioning solutions, thus dynamically adapting to application-specific deployment requirements and enabling cross-layer management decisions. Finally, it provides the MMHC solution for the self-organization of multi-hop multi-path heterogeneous connectivity. MMHC considers a limited set of practical indicators on node mobility and wireless network characteristics for a coarsegrained estimation of expected reliability/quality of multi-hop paths available at runtime. In particular, MMHC manages the durability/throughput-aware formation and selection of different multi-hop paths simultaneously. Furthermore, MMHC provides a novel solution based on adaptive buffers, proactively managed based on handover prediction, to support continuous services, especially by pre-fetching multimedia contents to avoid streaming interruptions.

Il passato nell’epoca della sua (ri)producibilità digitale. Torino 1943 - 45. Metodologia della ricerca con tecnologie informatiche. Sistema storico-territoriale di informazione multimediale

Se il lavoro dello storico è capire il passato come è stato compreso dalla gente che lo ha vissuto, allora forse non è azzardato pensare che sia anche necessario comunicare i risultati delle ricerche con strumenti propri che appartengono a un'epoca e che influenzano la mentalità di chi in quell'epoca vive. Emergenti tecnologie, specialmente nell’area della multimedialità come la realtà virtuale, permettono agli storici di comunicare l’esperienza del passato in più sensi. In che modo la storia collabora con le tecnologie informatiche soffermandosi sulla possibilità di fare ricostruzioni storiche virtuali, con relativi esempi e recensioni? Quello che maggiormente preoccupa gli storici è se una ricostruzione di un fatto passato vissuto attraverso la sua ricreazione in pixels sia un metodo di conoscenza della storia che possa essere considerato valido. Ovvero l'emozione che la navigazione in una realtà 3D può suscitare, è un mezzo in grado di trasmettere conoscenza? O forse l'idea che abbiamo del passato e del suo studio viene sottilmente cambiato nel momento in cui lo si divulga attraverso la grafica 3D? Da tempo però la disciplina ha cominciato a fare i conti con questa situazione, costretta soprattutto dall'invasività di questo tipo di media, dalla spettacolarizzazione del passato e da una divulgazione del passato parziale e antiscientifica. In un mondo post letterario bisogna cominciare a pensare che la cultura visuale nella quale siamo immersi sta cambiando il nostro rapporto con il passato: non per questo le conoscenze maturate fino ad oggi sono false, ma è necessario riconoscere che esiste più di una verità storica, a volte scritta a volte visuale. Il computer è diventato una piattaforma onnipresente per la rappresentazione e diffusione dell’informazione. I metodi di interazione e rappresentazione stanno evolvendo di continuo. Ed è su questi due binari che è si muove l’offerta delle tecnologie informatiche al servizio della storia. Lo scopo di questa tesi è proprio quello di esplorare, attraverso l’utilizzo e la sperimentazione di diversi strumenti e tecnologie informatiche, come si può raccontare efficacemente il passato attraverso oggetti tridimensionali e gli ambienti virtuali, e come, nel loro essere elementi caratterizzanti di comunicazione, in che modo possono collaborare, in questo caso particolare, con la disciplina storica. La presente ricerca ricostruisce alcune linee di storia delle principali fabbriche attive a Torino durante la seconda guerra mondiale, ricordando stretta relazione che esiste tra strutture ed individui e in questa città in particolare tra fabbrica e movimento operaio, è inevitabile addentrarsi nelle vicende del movimento operaio torinese che nel periodo della lotta di Liberazione in città fu un soggetto politico e sociale di primo rilievo. Nella città, intesa come entità biologica coinvolta nella guerra, la fabbrica (o le fabbriche) diventa il nucleo concettuale attraverso il quale leggere la città: sono le fabbriche gli obiettivi principali dei bombardamenti ed è nelle fabbriche che si combatte una guerra di liberazione tra classe operaia e autorità, di fabbrica e cittadine. La fabbrica diventa il luogo di "usurpazione del potere" di cui parla Weber, il palcoscenico in cui si tengono i diversi episodi della guerra: scioperi, deportazioni, occupazioni .... Il modello della città qui rappresentata non è una semplice visualizzazione ma un sistema informativo dove la realtà modellata è rappresentata da oggetti, che fanno da teatro allo svolgimento di avvenimenti con una precisa collocazione cronologica, al cui interno è possibile effettuare operazioni di selezione di render statici (immagini), di filmati precalcolati (animazioni) e di scenari navigabili interattivamente oltre ad attività di ricerca di fonti bibliografiche e commenti di studiosi segnatamente legati all'evento in oggetto. Obiettivo di questo lavoro è far interagire, attraverso diversi progetti, le discipline storiche e l’informatica, nelle diverse opportunità tecnologiche che questa presenta. Le possibilità di ricostruzione offerte dal 3D vengono così messe a servizio della ricerca, offrendo una visione integrale in grado di avvicinarci alla realtà dell’epoca presa in considerazione e convogliando in un’unica piattaforma espositiva tutti i risultati. Divulgazione Progetto Mappa Informativa Multimediale Torino 1945 Sul piano pratico il progetto prevede una interfaccia navigabile (tecnologia Flash) che rappresenti la pianta della città dell’epoca, attraverso la quale sia possibile avere una visione dei luoghi e dei tempi in cui la Liberazione prese forma, sia a livello concettuale, sia a livello pratico. Questo intreccio di coordinate nello spazio e nel tempo non solo migliora la comprensione dei fenomeni, ma crea un maggiore interesse sull’argomento attraverso l’utilizzo di strumenti divulgativi di grande efficacia (e appeal) senza perdere di vista la necessità di valicare le tesi storiche proponendosi come piattaforma didattica. Un tale contesto richiede uno studio approfondito degli eventi storici al fine di ricostruire con chiarezza una mappa della città che sia precisa sia topograficamente sia a livello di navigazione multimediale. La preparazione della cartina deve seguire gli standard del momento, perciò le soluzioni informatiche utilizzate sono quelle fornite da Adobe Illustrator per la realizzazione della topografia, e da Macromedia Flash per la creazione di un’interfaccia di navigazione. La base dei dati descrittivi è ovviamente consultabile essendo contenuta nel supporto media e totalmente annotata nella bibliografia. È il continuo evolvere delle tecnologie d'informazione e la massiccia diffusione dell’uso dei computer che ci porta a un cambiamento sostanziale nello studio e nell’apprendimento storico; le strutture accademiche e gli operatori economici hanno fatto propria la richiesta che giunge dall'utenza (insegnanti, studenti, operatori dei Beni Culturali) di una maggiore diffusione della conoscenza storica attraverso la sua rappresentazione informatizzata. Sul fronte didattico la ricostruzione di una realtà storica attraverso strumenti informatici consente anche ai non-storici di toccare con mano quelle che sono le problematiche della ricerca quali fonti mancanti, buchi della cronologia e valutazione della veridicità dei fatti attraverso prove. Le tecnologie informatiche permettono una visione completa, unitaria ed esauriente del passato, convogliando tutte le informazioni su un'unica piattaforma, permettendo anche a chi non è specializzato di comprendere immediatamente di cosa si parla. Il miglior libro di storia, per sua natura, non può farlo in quanto divide e organizza le notizie in modo diverso. In questo modo agli studenti viene data l'opportunità di apprendere tramite una rappresentazione diversa rispetto a quelle a cui sono abituati. La premessa centrale del progetto è che i risultati nell'apprendimento degli studenti possono essere migliorati se un concetto o un contenuto viene comunicato attraverso più canali di espressione, nel nostro caso attraverso un testo, immagini e un oggetto multimediale. Didattica La Conceria Fiorio è uno dei luoghi-simbolo della Resistenza torinese. Il progetto è una ricostruzione in realtà virtuale della Conceria Fiorio di Torino. La ricostruzione serve a arricchire la cultura storica sia a chi la produce, attraverso una ricerca accurata delle fonti, sia a chi può poi usufruirne, soprattutto i giovani, che, attratti dall’aspetto ludico della ricostruzione, apprendono con più facilità. La costruzione di un manufatto in 3D fornisce agli studenti le basi per riconoscere ed esprimere la giusta relazione fra il modello e l’oggetto storico. Le fasi di lavoro attraverso cui si è giunti alla ricostruzione in 3D della Conceria: . una ricerca storica approfondita, basata sulle fonti, che possono essere documenti degli archivi o scavi archeologici, fonti iconografiche, cartografiche, ecc.; . La modellazione degli edifici sulla base delle ricerche storiche, per fornire la struttura geometrica poligonale che permetta la navigazione tridimensionale; . La realizzazione, attraverso gli strumenti della computer graphic della navigazione in 3D. Unreal Technology è il nome dato al motore grafico utilizzato in numerosi videogiochi commerciali. Una delle caratteristiche fondamentali di tale prodotto è quella di avere uno strumento chiamato Unreal editor con cui è possibile costruire mondi virtuali, e che è quello utilizzato per questo progetto. UnrealEd (Ued) è il software per creare livelli per Unreal e i giochi basati sul motore di Unreal. E’ stata utilizzata la versione gratuita dell’editor. Il risultato finale del progetto è un ambiente virtuale navigabile raffigurante una ricostruzione accurata della Conceria Fiorio ai tempi della Resistenza. L’utente può visitare l’edificio e visualizzare informazioni specifiche su alcuni punti di interesse. La navigazione viene effettuata in prima persona, un processo di “spettacolarizzazione” degli ambienti visitati attraverso un arredamento consono permette all'utente una maggiore immersività rendendo l’ambiente più credibile e immediatamente codificabile. L’architettura Unreal Technology ha permesso di ottenere un buon risultato in un tempo brevissimo, senza che fossero necessari interventi di programmazione. Questo motore è, quindi, particolarmente adatto alla realizzazione rapida di prototipi di una discreta qualità, La presenza di un certo numero di bug lo rende, però, in parte inaffidabile. Utilizzare un editor da videogame per questa ricostruzione auspica la possibilità di un suo impiego nella didattica, quello che le simulazioni in 3D permettono nel caso specifico è di permettere agli studenti di sperimentare il lavoro della ricostruzione storica, con tutti i problemi che lo storico deve affrontare nel ricreare il passato. Questo lavoro vuole essere per gli storici una esperienza nella direzione della creazione di un repertorio espressivo più ampio, che includa gli ambienti tridimensionali. Il rischio di impiegare del tempo per imparare come funziona questa tecnologia per generare spazi virtuali rende scettici quanti si impegnano nell'insegnamento, ma le esperienze di progetti sviluppati, soprattutto all’estero, servono a capire che sono un buon investimento. Il fatto che una software house, che crea un videogame di grande successo di pubblico, includa nel suo prodotto, una serie di strumenti che consentano all'utente la creazione di mondi propri in cui giocare, è sintomatico che l'alfabetizzazione informatica degli utenti medi sta crescendo sempre più rapidamente e che l'utilizzo di un editor come Unreal Engine sarà in futuro una attività alla portata di un pubblico sempre più vasto. Questo ci mette nelle condizioni di progettare moduli di insegnamento più immersivi, in cui l'esperienza della ricerca e della ricostruzione del passato si intreccino con lo studio più tradizionale degli avvenimenti di una certa epoca. I mondi virtuali interattivi vengono spesso definiti come la forma culturale chiave del XXI secolo, come il cinema lo è stato per il XX. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di suggerire che vi sono grosse opportunità per gli storici impiegando gli oggetti e le ambientazioni in 3D, e che essi devono coglierle. Si consideri il fatto che l’estetica abbia un effetto sull’epistemologia. O almeno sulla forma che i risultati delle ricerche storiche assumono nel momento in cui devono essere diffuse. Un’analisi storica fatta in maniera superficiale o con presupposti errati può comunque essere diffusa e avere credito in numerosi ambienti se diffusa con mezzi accattivanti e moderni. Ecco perchè non conviene seppellire un buon lavoro in qualche biblioteca, in attesa che qualcuno lo scopra. Ecco perchè gli storici non devono ignorare il 3D. La nostra capacità, come studiosi e studenti, di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio che il 3D porta con sè, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Una ricostruzione storica può essere molto utile dal punto di vista educativo non sono da chi la visita ma, anche da chi la realizza. La fase di ricerca necessaria per la ricostruzione non può fare altro che aumentare il background culturale dello sviluppatore. Conclusioni La cosa più importante è stata la possibilità di fare esperienze nell’uso di mezzi di comunicazione di questo genere per raccontare e far conoscere il passato. Rovesciando il paradigma conoscitivo che avevo appreso negli studi umanistici, ho cercato di desumere quelle che potremo chiamare “leggi universali” dai dati oggettivi emersi da questi esperimenti. Da punto di vista epistemologico l’informatica, con la sua capacità di gestire masse impressionanti di dati, dà agli studiosi la possibilità di formulare delle ipotesi e poi accertarle o smentirle tramite ricostruzioni e simulazioni. Il mio lavoro è andato in questa direzione, cercando conoscere e usare strumenti attuali che nel futuro avranno sempre maggiore presenza nella comunicazione (anche scientifica) e che sono i mezzi di comunicazione d’eccellenza per determinate fasce d’età (adolescenti). Volendo spingere all’estremo i termini possiamo dire che la sfida che oggi la cultura visuale pone ai metodi tradizionali del fare storia è la stessa che Erodoto e Tucidide contrapposero ai narratori di miti e leggende. Prima di Erodoto esisteva il mito, che era un mezzo perfettamente adeguato per raccontare e dare significato al passato di una tribù o di una città. In un mondo post letterario la nostra conoscenza del passato sta sottilmente mutando nel momento in cui lo vediamo rappresentato da pixel o quando le informazioni scaturiscono non da sole, ma grazie all’interattività con il mezzo. La nostra capacità come studiosi e studenti di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio sottinteso al 3D, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Le esperienze raccolte nelle pagine precedenti ci portano a pensare che in un futuro non troppo lontano uno strumento come il computer sarà l’unico mezzo attraverso cui trasmettere conoscenze, e dal punto di vista didattico la sua interattività consente coinvolgimento negli studenti come nessun altro mezzo di comunicazione moderno.

Per un museo virtuale dell'informatica. Un supporto automatico per creare "visite museali"

The subject of the present research is related to the field of computer technology applied to support intellectual activities such as text translation, screenwriting and content organization of popular and education courses, especially concerning museum visits. The research has started with the deep analysis of the cognitive process which characterizes a screenwriter while working. This choice has been made because a screenplay is not only an aid to the realization of a show but, more in general, it can be considered as the planning of an education, popular and formative intellectual activity. After this analysis, the research has focused on the specific area of the planning, description and introduction of topics related to the history of science, and in particular, of computer science. To focus on this area it has been fundamental to analyse subjects concerning the didactics of museum visits organization. The aim was to find out the guide lines that a teacher should follow when planning the visit of a museum (virtual museum of the history of computer science). The consequent designing and realisation of an automatic support system for the description and the production of a formative, education and popular multimedia product (for the history of computer science), has been possible thanks to the results achieved through this research. The system obtained is provided by the following features: ·management of multimedia slides (such as texts, video, audio or images) which can be classified on the bases of the topic and of the profile of the user; ·automatic creation of a sequence of multimedia slides which introduce the topic; ·management of the interaction with the user to check and give validity to the product. The most innovative aspect of the present research is represented by the fact that the product is realised on the bases of the profile of the user.

Creazione e sviluppo di corpora multimediali. Nuove metodologie di ricerca nella traduzione audiovisiva

The construction and use of multimedia corpora has been advocated for a while in the literature as one of the expected future application fields of Corpus Linguistics. This research project represents a pioneering experience aimed at applying a data-driven methodology to the study of the field of AVT, similarly to what has been done in the last few decades in the macro-field of Translation Studies. This research was based on the experience of Forlixt 1, the Forlì Corpus of Screen Translation, developed at the University of Bologna’s Department of Interdisciplinary Studies in Translation, Languages and Culture. As a matter of fact, in order to quantify strategies of linguistic transfer of an AV product, we need to take into consideration not only the linguistic aspect of such a product but all the meaning-making resources deployed in the filmic text. Provided that one major benefit of Forlixt 1 is the combination of audiovisual and textual data, this corpus allows the user to access primary data for scientific investigation, and thus no longer rely on pre-processed material such as traditional annotated transcriptions. Based on this rationale, the first chapter of the thesis sets out to illustrate the state of the art of research in the disciplinary fields involved. The primary objective was to underline the main repercussions on multimedia texts resulting from the interaction of a double support, audio and video, and, accordingly, on procedures, means, and methods adopted in their translation. By drawing on previous research in semiotics and film studies, the relevant codes at work in visual and acoustic channels were outlined. Subsequently, we concentrated on the analysis of the verbal component and on the peculiar characteristics of filmic orality as opposed to spontaneous dialogic production. In the second part, an overview of the main AVT modalities was presented (dubbing, voice-over, interlinguistic and intra-linguistic subtitling, audio-description, etc.) in order to define the different technologies, processes and professional qualifications that this umbrella term presently includes. The second chapter focuses diachronically on various theories’ contribution to the application of Corpus Linguistics’ methods and tools to the field of Translation Studies (i.e. Descriptive Translation Studies, Polysystem Theory). In particular, we discussed how the use of corpora can favourably help reduce the gap existing between qualitative and quantitative approaches. Subsequently, we reviewed the tools traditionally employed by Corpus Linguistics in regard to the construction of traditional “written language” corpora, to assess whether and how they can be adapted to meet the needs of multimedia corpora. In particular, we reviewed existing speech and spoken corpora, as well as multimedia corpora specifically designed to investigate Translation. The third chapter reviews Forlixt 1's main developing steps, from a technical (IT design principles, data query functions) and methodological point of view, by laying down extensive scientific foundations for the annotation methods adopted, which presently encompass categories of pragmatic, sociolinguistic, linguacultural and semiotic nature. Finally, we described the main query tools (free search, guided search, advanced search and combined search) and the main intended uses of the database in a pedagogical perspective. The fourth chapter lists specific compilation criteria retained, as well as statistics of the two sub-corpora, by presenting data broken down by language pair (French-Italian and German-Italian) and genre (cinema’s comedies, television’s soapoperas and crime series). Next, we concentrated on the discussion of the results obtained from the analysis of summary tables reporting the frequency of categories applied to the French-Italian sub-corpus. The detailed observation of the distribution of categories identified in the original and dubbed corpus allowed us to empirically confirm some of the theories put forward in the literature and notably concerning the nature of the filmic text, the dubbing process and Italian dubbed language’s features. This was possible by looking into some of the most problematic aspects, like the rendering of socio-linguistic variation. The corpus equally allowed us to consider so far neglected aspects, such as pragmatic, prosodic, kinetic, facial, and semiotic elements, and their combination. At the end of this first exploration, some specific observations concerning possible macrotranslation trends were made for each type of sub-genre considered (cinematic and TV genre). On the grounds of this first quantitative investigation, the fifth chapter intended to further examine data, by applying ad hoc models of analysis. Given the virtually infinite number of combinations of categories adopted, and of the latter with searchable textual units, three possible qualitative and quantitative methods were designed, each of which was to concentrate on a particular translation dimension of the filmic text. The first one was the cultural dimension, which specifically focused on the rendering of selected cultural references and on the investigation of recurrent translation choices and strategies justified on the basis of the occurrence of specific clusters of categories. The second analysis was conducted on the linguistic dimension by exploring the occurrence of phrasal verbs in the Italian dubbed corpus and by ascertaining the influence on the adoption of related translation strategies of possible semiotic traits, such as gestures and facial expressions. Finally, the main aim of the third study was to verify whether, under which circumstances, and through which modality, graphic and iconic elements were translated into Italian from an original corpus of both German and French films. After having reviewed the main translation techniques at work, an exhaustive account of possible causes for their non-translation was equally provided. By way of conclusion, the discussion of results obtained from the distribution of annotation categories on the French-Italian corpus, as well as the application of specific models of analysis allowed us to underline possible advantages and drawbacks related to the adoption of a corpus-based approach to AVT studies. Even though possible updating and improvement were proposed in order to help solve some of the problems identified, it is argued that the added value of Forlixt 1 lies ultimately in having created a valuable instrument, allowing to carry out empirically-sound contrastive studies that may be usefully replicated on different language pairs and several types of multimedia texts. Furthermore, multimedia corpora can also play a crucial role in L2 and translation teaching, two disciplines in which their use still lacks systematic investigation.

Tecniche di ottimizzazione del software per sistemi su singolo chip per applicazioni di Nomadic Computing

I moderni sistemi embedded sono equipaggiati con risorse hardware che consentono l’esecuzione di applicazioni molto complesse come il decoding audio e video. La progettazione di simili sistemi deve soddisfare due esigenze opposte. Da un lato è necessario fornire un elevato potenziale computazionale, dall’altro bisogna rispettare dei vincoli stringenti riguardo il consumo di energia. Uno dei trend più diffusi per rispondere a queste esigenze opposte è quello di integrare su uno stesso chip un numero elevato di processori caratterizzati da un design semplificato e da bassi consumi. Tuttavia, per sfruttare effettivamente il potenziale computazionale offerto da una batteria di processoriè necessario rivisitare pesantemente le metodologie di sviluppo delle applicazioni. Con l’avvento dei sistemi multi-processore su singolo chip (MPSoC) il parallel programming si è diffuso largamente anche in ambito embedded. Tuttavia, i progressi nel campo della programmazione parallela non hanno mantenuto il passo con la capacità di integrare hardware parallelo su un singolo chip. Oltre all’introduzione di multipli processori, la necessità di ridurre i consumi degli MPSoC comporta altre soluzioni architetturali che hanno l’effetto diretto di complicare lo sviluppo delle applicazioni. Il design del sottosistema di memoria, in particolare, è un problema critico. Integrare sul chip dei banchi di memoria consente dei tempi d’accesso molto brevi e dei consumi molto contenuti. Sfortunatamente, la quantità di memoria on-chip che può essere integrata in un MPSoC è molto limitata. Per questo motivo è necessario aggiungere dei banchi di memoria off-chip, che hanno una capacità molto maggiore, come maggiori sono i consumi e i tempi d’accesso. La maggior parte degli MPSoC attualmente in commercio destina una parte del budget di area all’implementazione di memorie cache e/o scratchpad. Le scratchpad (SPM) sono spesso preferite alle cache nei sistemi MPSoC embedded, per motivi di maggiore predicibilità, minore occupazione d’area e – soprattutto – minori consumi. Per contro, mentre l’uso delle cache è completamente trasparente al programmatore, le SPM devono essere esplicitamente gestite dall’applicazione. Esporre l’organizzazione della gerarchia di memoria ll’applicazione consente di sfruttarne in maniera efficiente i vantaggi (ridotti tempi d’accesso e consumi). Per contro, per ottenere questi benefici è necessario scrivere le applicazioni in maniera tale che i dati vengano partizionati e allocati sulle varie memorie in maniera opportuna. L’onere di questo compito complesso ricade ovviamente sul programmatore. Questo scenario descrive bene l’esigenza di modelli di programmazione e strumenti di supporto che semplifichino lo sviluppo di applicazioni parallele. In questa tesi viene presentato un framework per lo sviluppo di software per MPSoC embedded basato su OpenMP. OpenMP è uno standard di fatto per la programmazione di multiprocessori con memoria shared, caratterizzato da un semplice approccio alla parallelizzazione tramite annotazioni (direttive per il compilatore). La sua interfaccia di programmazione consente di esprimere in maniera naturale e molto efficiente il parallelismo a livello di loop, molto diffuso tra le applicazioni embedded di tipo signal processing e multimedia. OpenMP costituisce un ottimo punto di partenza per la definizione di un modello di programmazione per MPSoC, soprattutto per la sua semplicità d’uso. D’altra parte, per sfruttare in maniera efficiente il potenziale computazionale di un MPSoC è necessario rivisitare profondamente l’implementazione del supporto OpenMP sia nel compilatore che nell’ambiente di supporto a runtime. Tutti i costrutti per gestire il parallelismo, la suddivisione del lavoro e la sincronizzazione inter-processore comportano un costo in termini di overhead che deve essere minimizzato per non comprometterre i vantaggi della parallelizzazione. Questo può essere ottenuto soltanto tramite una accurata analisi delle caratteristiche hardware e l’individuazione dei potenziali colli di bottiglia nell’architettura. Una implementazione del task management, della sincronizzazione a barriera e della condivisione dei dati che sfrutti efficientemente le risorse hardware consente di ottenere elevate performance e scalabilità. La condivisione dei dati, nel modello OpenMP, merita particolare attenzione. In un modello a memoria condivisa le strutture dati (array, matrici) accedute dal programma sono fisicamente allocate su una unica risorsa di memoria raggiungibile da tutti i processori. Al crescere del numero di processori in un sistema, l’accesso concorrente ad una singola risorsa di memoria costituisce un evidente collo di bottiglia. Per alleviare la pressione sulle memorie e sul sistema di connessione vengono da noi studiate e proposte delle tecniche di partizionamento delle strutture dati. Queste tecniche richiedono che una singola entità di tipo array venga trattata nel programma come l’insieme di tanti sotto-array, ciascuno dei quali può essere fisicamente allocato su una risorsa di memoria differente. Dal punto di vista del programma, indirizzare un array partizionato richiede che ad ogni accesso vengano eseguite delle istruzioni per ri-calcolare l’indirizzo fisico di destinazione. Questo è chiaramente un compito lungo, complesso e soggetto ad errori. Per questo motivo, le nostre tecniche di partizionamento sono state integrate nella l’interfaccia di programmazione di OpenMP, che è stata significativamente estesa. Specificamente, delle nuove direttive e clausole consentono al programmatore di annotare i dati di tipo array che si vuole partizionare e allocare in maniera distribuita sulla gerarchia di memoria. Sono stati inoltre sviluppati degli strumenti di supporto che consentono di raccogliere informazioni di profiling sul pattern di accesso agli array. Queste informazioni vengono sfruttate dal nostro compilatore per allocare le partizioni sulle varie risorse di memoria rispettando una relazione di affinità tra il task e i dati. Più precisamente, i passi di allocazione nel nostro compilatore assegnano una determinata partizione alla memoria scratchpad locale al processore che ospita il task che effettua il numero maggiore di accessi alla stessa.

On-line adaptive visual tracking

Visual tracking is the problem of estimating some variables related to a target given a video sequence depicting the target. Visual tracking is key to the automation of many tasks, such as visual surveillance, robot or vehicle autonomous navigation, automatic video indexing in multimedia databases. Despite many years of research, long term tracking in real world scenarios for generic targets is still unaccomplished. The main contribution of this thesis is the definition of effective algorithms that can foster a general solution to visual tracking by letting the tracker adapt to mutating working conditions. In particular, we propose to adapt two crucial components of visual trackers: the transition model and the appearance model. The less general but widespread case of tracking from a static camera is also considered and a novel change detection algorithm robust to sudden illumination changes is proposed. Based on this, a principled adaptive framework to model the interaction between Bayesian change detection and recursive Bayesian trackers is introduced. Finally, the problem of automatic tracker initialization is considered. In particular, a novel solution for categorization of 3D data is presented. The novel category recognition algorithm is based on a novel 3D descriptors that is shown to achieve state of the art performances in several applications of surface matching.

Variability-tolerant High-reliability Multicore Platforms

Next generation electronic devices have to guarantee high performance while being less power-consuming and highly reliable for several application domains ranging from the entertainment to the business. In this context, multicore platforms have proven the most efficient design choice but new challenges have to be faced. The ever-increasing miniaturization of the components produces unexpected variations on technological parameters and wear-out characterized by soft and hard errors. Even though hardware techniques, which lend themselves to be applied at design time, have been studied with the objective to mitigate these effects, they are not sufficient; thus software adaptive techniques are necessary. In this thesis we focus on multicore task allocation strategies to minimize the energy consumption while meeting performance constraints. We firstly devise a technique based on an Integer Linear Problem formulation which provides the optimal solution but cannot be applied on-line since the algorithm it needs is time-demanding; then we propose a sub-optimal technique based on two steps which can be applied on-line. We demonstrate the effectiveness of the latter solution through an exhaustive comparison against the optimal solution, state-of-the-art policies, and variability-agnostic task allocations by running multimedia applications on the virtual prototype of a next generation industrial multicore platform. We also face the problem of the performance and lifetime degradation. We firstly focus on embedded multicore platforms and propose an idleness distribution policy that increases core expected lifetimes by duty cycling their activity; then, we investigate the use of micro thermoelectrical coolers in general-purpose multicore processors to control the temperature of the cores at runtime with the objective of meeting lifetime constraints without performance loss.