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.

Sensor psychrometric approaches to mitigating aflatoxins in maize dried on farms in Kenya

Kenia liegt in den Äquatorialtropen von Ostafrika und ist als ein weltweiter Hot-Spot für Aflatoxinbelastung insbesondere bei Mais bekannt. Diese toxischen und karzinogenen Verbindungen sind Stoffwechselprodukte von Pilzen und so insbesondere von der Wasseraktivität abhängig. Diese beeinflusst sowohl die Trocknung als auch die Lagerfähigkeit von Nahrungsmitteln und ist somit ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung von energieeffizienten und qualitätsorientierten Verarbeitungsprozessen. Die vorliegende Arbeit hat sich zum Ziel gesetzt, die Veränderung der Wasseraktivität während der konvektiven Trocknung von Mais zu untersuchen. Mittels einer Optimierungssoftware (MS Excel Solver) wurde basierend auf sensorerfassten thermo-hygrometrischen Daten der gravimetrische Feuchteverlust von Maiskolben bei 37°C, 43°C und 53°C vorausberechnet. Dieser Bereich stellt den Übergang zwischen Niedrig- und Hochtemperaturtrocknung dar. Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede im Verhalten der Körner und der Spindel. Die Trocknung im Bereich von 35°C bis 45°C kombiniert mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten (> 1,5 m / s) begünstigte die Trocknung der Körner gegenüber der Spindel und kann daher für eine energieeffiziente Trocknung von Kolben mit hohem Anfangsfeuchtegehalt empfohlen werden. Weitere Untersuchungen wurden zum Verhalten unterschiedlicher Schüttungen bei der bei Mais üblichen Satztrocknung durchgeführt. Entlieschter und gedroschener Mais führte zu einem vergrößerten Luftwiderstand in der Schüttung und sowohl zu einem höheren Energiebedarf als auch zu ungleichmäßigerer Trocknung, was nur durch einen erhöhten technischen Aufwand etwa durch Mischeinrichtungen oder Luftumkehr behoben werden könnte. Aufgrund des geringeren Aufwandes für die Belüftung und die Kontrolle kann für kleine landwirtschaftliche Praxisbetriebe in Kenia daher insbesondere die Trocknung ganzer Kolben in ungestörten Schüttungen empfohlen werden. Weiterhin wurde in der Arbeit die Entfeuchtung mittels eines Trockenmittels (Silikagel) kombiniert mit einer Heizquelle und abgegrenztem Luftvolumen untersucht und der konventionellen Trocknung gegenüber gestellt. Die Ergebnisse zeigten vergleichbare Entfeuchtungsraten während der ersten 5 Stunden der Trocknung. Der jeweilige Luftzustand bei Verwendung von Silikagel wurde insbesondere durch das eingeschlossene Luftvolumen und die Temperatur beeinflusst. Granulierte Trockenmittel sind bei der Maistrocknung unter hygienischen Gesichtspunkten vorteilhaft und können beispielsweise mit einfachen Öfen regeneriert werden, so dass Qualitätsbeeinträchtigungen wie bei Hochtemperatur- oder auch Freilufttrocknung vermieden werden können. Eine hochwertige Maistrocknungstechnik ist sehr kapitalintensiv. Aus der vorliegenden Arbeit kann aber abgeleitet werden, dass einfache Verbesserungen wie eine sensorgestützte Belüftung von Satztrocknern, der Einsatz von Trockenmitteln und eine angepasste Schüttungshöhe praktikable Lösungen für Kleinbauern in Kenia sein können. Hierzu besteht, ggf. auch zum Aspekt der Verwendung regenerativer Energien, weiterer Forschungsbedarf.

Effect of post-emergent herbicides application on carotenoid concentration in green corn.

Considering the influence of herbicides in the metabolism of the carotenoids in corn, the objective of the present study was to evaluate the effect of herbicides and genotype on carotenoids concentration. The green corn hybrids BRS 1030 and P30F53 were subjected to a post-emergent herbicides application at 20 and 30 days after emergence. Carotenoids were extracted from corn grains and analyzed to quantify ?- and ?-carotene, lutein, zeaxanthin, ?-cryptoxanthin, total carotenoids (TC), and total of vitamin A carotenoids precursors (proVA). The application of foramsulfuron + iodosulfuron-methyl-sodium (40 + 2.6 g ha-1), nicosulfuron (20 g ha-1), mesotrione (120 g ha-1) and tembotrione (80 g ha-1 and 100 g ha-1) promoted higher concentration of carotenoids in fresh green corn. Lutein, zeaxanthin, ?-cryptoxanthin, ?-carotene, ?-carotene, proVA carotenoids, and TC concentration increased after foramsulfuron + iodosulfuron-methyl-sodium in late application (V5 to V6), nicosulfuron in both applications, mesotrione applied post-initial (V3 to V4), tembotrione (100 g ha-1) in both applications and tembotrione (80 g ha-1) in late post-application, at least for one hybrid. The content of carotenoids in the green corn kernels differed between ?BRS 1030? and ?P30F53?. Our results suggest a possibility of significant increase of carotenoids in green corn kernels through the handling of corn production with post-emergent herbicides.

Use of organic compost containing waste from small ruminants in corn production.

Composting is a useful way of transforming livestock waste into organic fertilizer, which is proven to increase soil nutrient levels, and thus crop yield. Remains from production and slaughter of small ruminants can become a source of important elements for plant growth, such as N, after microorganism-driven decomposition.The aim of this investigation was to evaluate the effects of this compost on soil fertility and on the nutritional status and yield of the corn crop. The experiment was conducted in a Haplic Luvisol in a randomized block design with six treatments and five application rates of the organic compound in Mg ha-1: 3 (half the standard rate), 6 (standard rate), 9 (one and a half times the standard rate), 12 (twice the standard rate), and 24 (four times the standard rate) and an additional treatment with mineral fertilizers (110, 50 e 30 kg ha-1 of N, P2O5 and K2O, respectively), with four blocks. Evaluations were performed for two harvests of rainfed crops, measuring soil fertility, nutritional status, and grain yield. The compost increased P, K, Na and Zn values in the 0.00-0.20 m layer in relation of mineral fertilization in 616, 21, 114 and 90 % with rate 24 Mg ha-1 in second crop. Leaf N, Mg, and S contents, relative chlorophyll content, and the productivity of corn kernels increased in 27, 32, 36, 20 e 85 %, respectively, of low rate (3 Mg ha-1) to high rate (24 Mg ha-1) with of application of the compost. Corn yield was higher with application of organic compost in rate of 24 Mg ha-1 than mineral fertilizer combination in second crop.

Fusarium head blight: characterization of secondary Fusarium species, evaluation of their pathogenetic role and ability to produce mycotoxins

Fusarium head blight (FHB) is a worldwide cereal disease caused by a complex of Fusarium species resulting in high yield losses, reduction in quality and mycotoxin contamination of grain. A shift in Fusarium head blight community has been observed worldwide. The present work aimed to analyze the evolution of Italian FHB community focusing the attention on species considered “secondary” in the past years such as members of Fusarium tricinctum species complex (FTSC) and F. proliferatum. The first goal of the study was to analyze the fungal community associated with Italian durum wheat in two different years. F. poae, F. avenaceum and F. proliferatum were the main species detected on Italian durum kernels. A variable mycotoxins contamination was observed in the analyzed samples. Considering, the increased incidence of F. avenaceum and other members of FTSC in Italian FHB, the second aim was to investigate genetic diversity among the FTSC and estimate the mycotoxin risk related to these species. Phylogenetic analyses revealed that F. avenaceum (FTSC 4) was the most common species in Italy, followed by an unnamed Fusarium sp., F. tricinctum and F. acuminatum. In addition to these four phylospecies, five other F. tricinctum clade species were sampled. These included strains of four newly discovered species (Fusarium spp. FTSC 11, 13, 14, 15) and F. iranicum (FTSC 6). Most isolates tested for mycotoxin production on rice cultures were able to produce quantitative levels of enniatins and moniliformin. In addition, a preliminary study was conducted to evaluate the ability of a selected F. proliferatum isolate to produce fumonisins on wheat in open field and under natural climatic conditions. The three analogues (FB1, FB2 and FB3) were quantified by HPLC-FLD analysis on kernels, chaff and rachis. Fumonisins were detected in all the three investigated fractions without significant differences.

Apprendimento non supervisionato di rappresentazioni e legami di similarità tra eventi menzionati nella letteratura biomedica

L'estrazione automatica degli eventi biomedici dalla letteratura scientifica ha catturato un forte interesse nel corso degli ultimi anni, dimostrandosi in grado di riconoscere interazioni complesse e semanticamente ricche espresse all'interno del testo. Purtroppo però, esistono davvero pochi lavori focalizzati sull'apprendimento di embedding o di metriche di similarità per i grafi evento. Questa lacuna lascia le relazioni biologiche scollegate, impedendo l'applicazione di tecniche di machine learning che potrebbero dare un importante contributo al progresso scientifico. Approfittando dei vantaggi delle recenti soluzioni di deep graph kernel e dei language model preaddestrati, proponiamo Deep Divergence Event Graph Kernels (DDEGK), un metodo non supervisionato e induttivo in grado di mappare gli eventi all'interno di uno spazio vettoriale, preservando le loro similarità semantiche e strutturali. Diversamente da molti altri sistemi, DDEGK lavora a livello di grafo e non richiede nè etichette e feature specifiche per un determinato task, nè corrispondenze note tra i nodi. A questo scopo, la nostra soluzione mette a confronto gli eventi con un piccolo gruppo di eventi prototipo, addestra delle reti di cross-graph attention per andare a individuare i legami di similarità tra le coppie di nodi (rafforzando l'interpretabilità), e impiega dei modelli basati su transformer per la codifica degli attributi continui. Sono stati fatti ampi esperimenti su dieci dataset biomedici. Mostriamo che le nostre rappresentazioni possono essere utilizzate in modo efficace in task quali la classificazione di grafi, clustering e visualizzazione e che, allo stesso tempo, sono in grado di semplificare il task di semantic textual similarity. Risultati empirici dimostrano che DDEGK supera significativamente gli altri modelli che attualmente detengono lo stato dell'arte.

Neurogeometry of stereo vision

This work aims to develop a neurogeometric model of stereo vision, based on cortical architectures involved in the problem of 3D perception and neural mechanisms generated by retinal disparities. First, we provide a sub-Riemannian geometry for stereo vision, inspired by the work on the stereo problem by Zucker (2006), and using sub-Riemannian tools introduced by Citti-Sarti (2006) for monocular vision. We present a mathematical interpretation of the neural mechanisms underlying the behavior of binocular cells, that integrate monocular inputs. The natural compatibility between stereo geometry and neurophysiological models shows that these binocular cells are sensitive to position and orientation. Therefore, we model their action in the space R3xS2 equipped with a sub-Riemannian metric. Integral curves of the sub-Riemannian structure model neural connectivity and can be related to the 3D analog of the psychophysical association fields for the 3D process of regular contour formation. Then, we identify 3D perceptual units in the visual scene: they emerge as a consequence of the random cortico-cortical connection of binocular cells. Considering an opportune stochastic version of the integral curves, we generate a family of kernels. These kernels represent the probability of interaction between binocular cells, and they are implemented as facilitation patterns to define the evolution in time of neural population activity at a point. This activity is usually modeled through a mean field equation: steady stable solutions lead to consider the associated eigenvalue problem. We show that three-dimensional perceptual units naturally arise from the discrete version of the eigenvalue problem associated to the integro-differential equation of the population activity.