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Sparse array and sparse sensing attract increasing attention due to their capability to increase the DOFs. The DOA or the frequency of signals can be estimated with few antenna sensors or few collected sub-Nyquist samples. In this dissertation, we focus on one of the most recognized sparse structures, coprime configuration, to estimate the DOA or the frequency of signals.We first investigate the coprime sampling for frequency estimation and come across with a diagonal property loss phenomenon for which the estimation totally fails. To address this problem, we propose a random delay based mechanism to ensure the effectiveness of coprime sampling based methods. Then we also develop a multi-rate coprime sampling scheme to fully utilize the information brought by the coprime sampling.Apart from the frequency estimation, we also work on the DOA estimation with coprime array. We rearrange the coprime array structure to further increase the DOFs without introducing additional hardware cost. Then we introduce fourth order cumulants in active DOA estimation with coprime MIMO radar. The DOFs of MIMO radar can be enhanced by adopting the fourth order cumulants. Finally, we optimize the MIMO radar geometry using fourth order cumulants and the DOFs can be significantly increased., Les réseaux et les capteurs éparse attirent de plus en plus l'attention en raison de leur capacité à augmenter les DOFs. La DOA ou la fréquence des signaux peut être estimée avec peu de capteurs d'antenne ou quelques échantillons sub-Nyquist collectés. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur une structure bien reconnue, la configuration coprime, pour estimer la DOA ou la fréquence des signaux.Nous étudions d'abord l'échantillonnage coprime pour l'estimation de la fréquence et nous avons mis en évidence le phénomène de perte de propriété en diagonale à cause duquel l'estimation échoue totalement. Pour remédier à ce problème, nous proposons un mécanisme i ntroduisant un délai aléatoire pour garantir l'efficacité des méthodes basées sur l'échantillonnage coprimeEnsuite, nous développons également un schéma d'échantillonnage coprime à taux multiples afin d'utiliser pleinement les informations contenues dans les échantillons.En plus de l'estimation de la fréquence, nous travaillons également sur l'estimation de la DOA avec un réseau coprime. Nous réorganisons la structure des réseaux coprimes pour augmenter encore les DOFs sans introduire de coût matériel supplémentaire. Puis, nous introduisons des cumulants de quatrième ordre dans l'estimation de la DOA active avec le radar MIMO coprime. Finalement, nous optimisons la géométrie du radar MIMO en utilisant des cumulants de quatrième ordre et les DOFs peuvent être augmentés de manière significative.

Sparse array and sparse sensing attract increasing attention due to their capability to increase the DOFs. The DOA or the frequency of signals can be estimated with few antenna sensors or few collected sub-Nyquist samples. In this dissertation, we focus on one of the most recognized sparse structures, coprime configuration, to estimate the DOA or the frequency of signals.We first investigate the coprime sampling for frequency estimation and come across with a diagonal property loss phenomenon for which the estimation totally fails. To address this problem, we propose a random delay based mechanism to ensure the effectiveness of coprime sampling based methods. Then we also develop a multi-rate coprime sampling scheme to fully utilize the information brought by the coprime sampling.Apart from the frequency estimation, we also work on the DOA estimation with coprime array. We rearrange the coprime array structure to further increase the DOFs without introducing additional hardware cost. Then we introduce fourth order cumulants in active DOA estimation with coprime MIMO radar. The DOFs of MIMO radar can be enhanced by adopting the fourth order cumulants. Finally, we optimize the MIMO radar geometry using fourth order cumulants and the DOFs can be significantly increased.; Les réseaux et les capteurs éparse attirent de plus en plus l'attention en raison de leur capacité à augmenter les DOFs. La DOA ou la fréquence des signaux peut être estimée avec peu de capteurs d'antenne ou quelques échantillons sub-Nyquist collectés. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur une structure bien reconnue, la configuration coprime, pour estimer la DOA ou la fréquence des signaux.Nous étudions d'abord l'échantillonnage coprime pour l'estimation de la fréquence et nous avons mis en évidence le phénomène de perte de propriété en diagonale à cause duquel l'estimation échoue totalement. Pour remédier à ce problème, nous proposons un mécanisme i ntroduisant un délai aléatoire pour garantir l'efficacité des méthodes basées sur l'échantillonnage coprimeEnsuite, nous développons également un schéma d'échantillonnage coprime à taux multiples afin d'utiliser pleinement les informations contenues dans les échantillons.En plus de l'estimation de la fréquence, nous travaillons également sur l'estimation de la DOA avec un réseau coprime. Nous réorganisons la structure des réseaux coprimes pour augmenter encore les DOFs sans introduire de coût matériel supplémentaire. Puis, nous introduisons des cumulants de quatrième ordre dans l'estimation de la DOA active avec le radar MIMO coprime. Finalement, nous optimisons la géométrie du radar MIMO en utilisant des cumulants de quatrième ordre et les DOFs peuvent être augmentés de manière significative.

Nowadays, due to the rapid growth of Internet ofThings (IoT) towards technologies, the protection oftransmitted data becomes an important challenge.The devices of the IoT are very constrained resourcein terms of computing capabilities, energy andmemory capacities. Thus, the design of secure,efficient and lightweight crypto-systems becomesmore and more crucial. In this thesis, we have studiedthe problem of chaos based data security underreal-time and energy constraints. First, we havedesigned and implemented three pseudo-chaoticnumber generators (PCNGs). These PCNGs use aweak coupling matrix or a high diffusion binarycoupling matrix between chaotic maps and a chaoticmultiplexing technique. Then, we have realized threestream ciphers based on the proposed PCNGs.Security performance of the proposed stream cipherswere analysed and several cryptanalytic and statisticaltests were applied. Experimental results highlightrobustness as well as efficiency in terms ofcomputation time. The performance obtained incomputational complexity indicates their use inreal-time applications. Then, we integrated thesechaotic stream ciphers within the real-time operatingsystem Xenomai. Finally, we have measured theenergy and power consumption of the three proposedchaotic systems, and the average computingperformance. The obtained results show that theproposed stream ciphers can be used in practical IoTapplications., De nos jours, la croissance rapide des technologiesde l’Internet des Objets (IoT) rend la protection desdonnées transmises un enjeu important. Lesdispositifs de l’IoT sont intrinsèquement contraints à lamémoire, à la puissance de traitement et à l’énergiedisponible. Ceci implique que la conception detechniques cryptographiques sécurisées, efficaces etlégères est cruciale. Dans cette thèse, nous avonsétudié la problématique de la sécurité de l’informationbasée chaos sous contraintes temps réel et d’énergie.À ce sujet, nous avons conçu et implémenté dans unpremier temps, trois générateurs de nombrespseudo-chaotiques (PCNGs). Ces PCNGs utilisentune matrice de couplage faible ou une matrice decouplage binaire à forte diffusion entre des carteschaotiques, et une technique de multiplexagechaotique. Puis, nous avons réalisé trois systèmes dechiffrement/déchiffrement par flux basés sur lesPCNGs proposés. L’analyse cryptographique dessystèmes chaotiques réalisés a montré leurrobustesse contre des attaques connues. Laperformance obtenue en complexité de calcul metbien en évidence leur utilisation dans des applicationstemps réel. Dans un second temps, nous avonsintégré ces systèmes de chiffrement/déchiffrementchaotiques au sein du système d’exploitation tempsréel Xenomai. Enfin, nous avons mesuré laconsommation d’énergie et de puissance des troissystèmes chaotiques réalisés ainsi que le tempsmoyen de chiffrement/déchiffrement.

Sources localization is used in radar, sonar, andtelecommunication. Radar has numerous civilian andmilitary applications. Radar system has gone throughmany developments over the last few decades andreached the latest version known as MIMO radar. AMIMO radar is composed of multiple transmitting andreceiving antennas like a conventional phased arrayradar. However, its transmitting antennas transmit linearlyindependent signals so that they can be easilyidentified by the matched filters bank at its receivingend. The matched filtered signals are then processedto extract the ranges, DOAs, DODs, velocities, etc. ofthe targets. A bistatic MIMO radar system provideshigh resolution, spatial diversity, parameter identifiability,etc. which inspired us to use it in this work. Thereare many existing methods to deal with the far field regionof MIMO radar system. However, little work canbe found on the near field region of a bistatic MIMOradar which motivated the work in this thesis. Nearfield targets localization is also important because ofmany indoor applications. Most of the existing nearfield sources localization techniques use Fresnel approximationin which the real spherical wavefront is assumedquadric unlike planar in far field situation. Inthis work we have proposed a novel near field targetslocalization method using Fresnel approximation. TheFresnel approximation leads to a biased estimation ofthe location parameters because the true wavefront isspherical. Consequently, we have proposed two correctionmethods to reduce the effects of Fresnel approximationand other two methods which directly usethe exact signal model based on spherical wavefront., Dans cette thèse, nous considérons la dernière générationdu radar. Il s’agit d’un radar MIMO bistatiquequi est composé de plusieurs antennes d’émission etde réception. Pour ce système, les antennes émettricestransmettent des signaux linéairement indépendantsafin qu’ils puissent être identifiés à l’aide d’unbanc de filtres adaptés au niveau des antennes deréception. Les signaux filtrés sont alors traités pourextraire les paramètres des cibles, tels que les DOA,DOD, vitesse, etc. Un radar MIMO bistatique offre unegrande diversité spatiale et une excellente identifiabilitédes paramètres, etc., ce qui nous a incités à l’utiliserdans ce travail. La situation en champ lointaind’un radar MIMO bistatique est largement traitée dansla littérature. Mais, peu de travaux existe sur la situationen champ proche, c’est ce qui a motivé le travailde cette thèse. La localisation de cibles en champproche est importante en raison de nombreuses applicationsà l’intérieur des constructions. A ce sujet, laplupart des méthodes actuelles utilisent l’approximationde Fresnel dans laquelle le front d’onde sphériquedes signaux reçus est supposé quadrique plutôt queplanaire comme en champ lointain. Dans ce travail dethèse, nous avons proposé une nouvelle méthode delocalisation des cibles en champ proche qui utilise l’approximationde Fresnel. Celle-ci conduit à une estimationbiaisée des paramètres de localisation car en réalitéle front d’onde est sphérique. Nous avons proposéalors deux méthodes de correction pour réduire les effetsde l’approximation de Fresnel et deux autres méthodesqui utilisent directement le modèle exacte basésur le front d’onde sphérique.

Sources localization is used in radar, sonar, andtelecommunication. Radar has numerous civilian andmilitary applications. Radar system has gone throughmany developments over the last few decades andreached the latest version known as MIMO radar. AMIMO radar is composed of multiple transmitting andreceiving antennas like a conventional phased arrayradar. However, its transmitting antennas transmit linearlyindependent signals so that they can be easilyidentified by the matched filters bank at its receivingend. The matched filtered signals are then processedto extract the ranges, DOAs, DODs, velocities, etc. ofthe targets. A bistatic MIMO radar system provideshigh resolution, spatial diversity, parameter identifiability,etc. which inspired us to use it in this work. Thereare many existing methods to deal with the far field regionof MIMO radar system. However, little work canbe found on the near field region of a bistatic MIMOradar which motivated the work in this thesis. Nearfield targets localization is also important because ofmany indoor applications. Most of the existing nearfield sources localization techniques use Fresnel approximationin which the real spherical wavefront is assumedquadric unlike planar in far field situation. Inthis work we have proposed a novel near field targetslocalization method using Fresnel approximation. TheFresnel approximation leads to a biased estimation ofthe location parameters because the true wavefront isspherical. Consequently, we have proposed two correctionmethods to reduce the effects of Fresnel approximationand other two methods which directly usethe exact signal model based on spherical wavefront.; Dans cette thèse, nous considérons la dernière générationdu radar. Il s’agit d’un radar MIMO bistatiquequi est composé de plusieurs antennes d’émission etde réception. Pour ce système, les antennes émettricestransmettent des signaux linéairement indépendantsafin qu’ils puissent être identifiés à l’aide d’unbanc de filtres adaptés au niveau des antennes deréception. Les signaux filtrés sont alors traités pourextraire les paramètres des cibles, tels que les DOA,DOD, vitesse, etc. Un radar MIMO bistatique offre unegrande diversité spatiale et une excellente identifiabilitédes paramètres, etc., ce qui nous a incités à l’utiliserdans ce travail. La situation en champ lointaind’un radar MIMO bistatique est largement traitée dansla littérature. Mais, peu de travaux existe sur la situationen champ proche, c’est ce qui a motivé le travailde cette thèse. La localisation de cibles en champproche est importante en raison de nombreuses applicationsà l’intérieur des constructions. A ce sujet, laplupart des méthodes actuelles utilisent l’approximationde Fresnel dans laquelle le front d’onde sphériquedes signaux reçus est supposé quadrique plutôt queplanaire comme en champ lointain. Dans ce travail dethèse, nous avons proposé une nouvelle méthode delocalisation des cibles en champ proche qui utilise l’approximationde Fresnel. Celle-ci conduit à une estimationbiaisée des paramètres de localisation car en réalitéle front d’onde est sphérique. Nous avons proposéalors deux méthodes de correction pour réduire les effetsde l’approximation de Fresnel et deux autres méthodesqui utilisent directement le modèle exacte basésur le front d’onde sphérique.

Image and video protection have gained a lot of momentum over thelast decades. In this work, first we designed and realized in anefficient and secure way a pseudo-chaotic number generator(PCNG) implemented in sequential and parallel (with P-threads)versions. Based on these PCNGs, two central applications weredesigned, implemented and analyzed. The former application dealswith the realization of a random number generator (RNG) basedPCNG, and the obtained results are very promising. The latterapplication concerns the realization of a chaos-based stream cipher.The cryptographic analysis and the statistical study of the realizedchaotic systems show their robustness against known attacks. Thisresult is due to the proposed recursive architecture which has astrong non-linearity a technique of disturbance, and a chaoticmultiplexing. The computation performance indicate their use in realtime applications. Second, based on the previous chaotic system,we designed and implemented in effective manner a real time jointcrypto-compression system for embedded architecture. Anend-to-end selective encryption solution that protects privacy in theHEVC video content is realized. Then, a ROI encryption isperformed at the CABAC bin string level for the most sensitiveHEVC parameters including motion vectors and transformcoefficients. The format compliant encryption of Intra PredictionModes has been also investigated. It increases a little bit the bitrate. Subjective evaluation and objective rate-distortion-complexitytests showed that the proposed solution performs a protection ofprivacy in the HEVC video content with a small overhead in bit rateand coding complexity.; La protection des images et vidéos est une problématique cruciale.Dans ce travail nous avons d’abord, conçu et réalisé d’une façonefficace et sécurisée un générateur de nombre pseudo-chaotique(PCNG) mis en oeuvre en séquentielle et en parallèle par P-threads.Basé sur ces PCNGs, deux applications centrales ont été conçues,mises en oeuvre et analysées. La première traite la réalisation d’ungénérateur de nombre aléatoire et les résultats obtenus sont trèsprometteurs. La deuxième concerne la réalisation d’un système dechiffrement/déchiffrement par flux. L’analyse cryptographique dessystèmes chaotiques réalisés montrent leur robustesse contre desattaques connues. Ce résultat est dû à la structure récursiveproposée qui intègre une forte non-linéarité, une technique deperturbation et un multiplexage chaotique. La performance obtenueen complexité de calcul indique leurs utilisations dans desapplications temps réel. Ensuite, basé sur le système chaotiqueprécédent, nous avons conçu et mis en oeuvre efficacement unsystème de crypto-compression pour des applications temps réel etportable pour architectures embarquées. Une solution dechiffrement par flux sélectif des contenus vidéo HEVC est réalisée.Puis, un chiffrement d’une région d’intérêt est effectué au niveauCABAC pour les paramètres les plus sensibles incluant desvecteurs de mouvement et des coefficients transformés. Le formatle chiffrage conforme de Modes de Prédiction Intra a été aussivérifié. L’évaluation subjective et des tests de complexité d’altérationde taux objectifs ont montré que la solution proposée sécurise lecontenu vidéo avec un débit binaire et une complexité de codagelégèrement augmentés.

Image and video protection have gained a lot of momentum over thelast decades. In this work, first we designed and realized in anefficient and secure way a pseudo-chaotic number generator(PCNG) implemented in sequential and parallel (with P-threads)versions. Based on these PCNGs, two central applications weredesigned, implemented and analyzed. The former application dealswith the realization of a random number generator (RNG) basedPCNG, and the obtained results are very promising. The latterapplication concerns the realization of a chaos-based stream cipher.The cryptographic analysis and the statistical study of the realizedchaotic systems show their robustness against known attacks. Thisresult is due to the proposed recursive architecture which has astrong non-linearity a technique of disturbance, and a chaoticmultiplexing. The computation performance indicate their use in realtime applications. Second, based on the previous chaotic system,we designed and implemented in effective manner a real time jointcrypto-compression system for embedded architecture. Anend-to-end selective encryption solution that protects privacy in theHEVC video content is realized. Then, a ROI encryption isperformed at the CABAC bin string level for the most sensitiveHEVC parameters including motion vectors and transformcoefficients. The format compliant encryption of Intra PredictionModes has been also investigated. It increases a little bit the bitrate. Subjective evaluation and objective rate-distortion-complexitytests showed that the proposed solution performs a protection ofprivacy in the HEVC video content with a small overhead in bit rateand coding complexity., La protection des images et vidéos est une problématique cruciale.Dans ce travail nous avons d’abord, conçu et réalisé d’une façonefficace et sécurisée un générateur de nombre pseudo-chaotique(PCNG) mis en oeuvre en séquentielle et en parallèle par P-threads.Basé sur ces PCNGs, deux applications centrales ont été conçues,mises en oeuvre et analysées. La première traite la réalisation d’ungénérateur de nombre aléatoire et les résultats obtenus sont trèsprometteurs. La deuxième concerne la réalisation d’un système dechiffrement/déchiffrement par flux. L’analyse cryptographique dessystèmes chaotiques réalisés montrent leur robustesse contre desattaques connues. Ce résultat est dû à la structure récursiveproposée qui intègre une forte non-linéarité, une technique deperturbation et un multiplexage chaotique. La performance obtenueen complexité de calcul indique leurs utilisations dans desapplications temps réel. Ensuite, basé sur le système chaotiqueprécédent, nous avons conçu et mis en oeuvre efficacement unsystème de crypto-compression pour des applications temps réel etportable pour architectures embarquées. Une solution dechiffrement par flux sélectif des contenus vidéo HEVC est réalisée.Puis, un chiffrement d’une région d’intérêt est effectué au niveauCABAC pour les paramètres les plus sensibles incluant desvecteurs de mouvement et des coefficients transformés. Le formatle chiffrage conforme de Modes de Prédiction Intra a été aussivérifié. L’évaluation subjective et des tests de complexité d’altérationde taux objectifs ont montré que la solution proposée sécurise lecontenu vidéo avec un débit binaire et une complexité de codagelégèrement augmentés.

The security of image and video data is important formany applications which require in real-time a highsecurity level. In the first part of this work, fourchaos-based cryptosystems, flexible, efficient, andmore robust against cryptanalysis, are designed andrealized. The first two cryptosystems are based on thesubstitution-permutation network. The substitution isachieved by a proposed modified Finite Skew TentMap (FSTM) to overcome various problems: fixedpoint, key space restriction, and limitation of mappingbetween plaintext and ciphertext. The thirdcryptosystem is a new and efficient structure. It isbased on a binary diffusion layer of pixels, followed bya bit-permutation layer. The permutation is achievedby an efficient proposed formulation of the 2-D catmap. The fourth cryptosystem is faster than theothers, having a very high security level. Theconfusion and the diffusion are performed in a singlescan. Its design is based on a partial cryptanalysisthat we performed on the Zhang algorithm. In thesecond part, two fast and secure selectivechaos-based crypto-compressions are designed andrealized to secure the High Efficiency Video Coding(HEVC) and its scalable version. In the firstcrypto-compression, a new algorithm is proposed todefine the encryptable bits in the bit stream of theHEVC and the SHVC systems. The proposed solutionencrypts a set of sensitive SHVC parameters at theentropy encoder (CABAC), while preserving all SHVCfunctionalities. Based on the tile concept, the secondproposed crypto-compression provides protection ofthe ROI defined in the standard HEVC.; La sécurité des données images et vidéos estimportante pour beaucoup d’applications qui exigentdu temps réel et un haut niveau de sécurité. Dans lapremière partie de ce travail, quatre cryptosystèmesbasés chaos flexibles, efficaces et très robustes contrela cryptanalyse sont conçus et réalisés. Les deuxpremiers s’appuient sur le réseau SPN. La substitutionest réalisée par une carte Skew tent (FSTM) modifiéepour surmonter différents problèmes : point fixe,restriction de la taille de la clé et limitation de lacartographie entre les textes d’origines et chiffrés. Letroisième cryptosystème est de structure nouvelle etégalement efficace. Il est basé sur une couche dediffusion binaire de pixels, suivi par une couche depermutation des bits. La permutation est réalisée parune nouvelle formulation efficace de la carte 2-D Cat.Le quatrième cryptosystème, est plus rapide que lesautres avec un niveau de sécurité très élevé. Saconception s’appuie sur une cryptanalyse partielle,que nous avons réalisée, de l’algorithme de Zhang.Dans la deuxième partie, deux crypto-compressionbasés chaos sélectifs et rapides sont utilisés poursécuriser le flux HEVC et SHVC. Dans le premiercrypto-compression, un nouvel algorithme pour définirles bits chiffrables dans le flux binaire du HEVC et duSHVC est proposé. La solution proposée chiffre unensemble de paramètres SHVC sensibles au niveaudu codeur entropique (CABAC), tout en préservantl’ensemble des fonctionnalités SHVC. Basé sur leconcept de tuile, le deuxième crypto-compressionproposé permet une protection de la vidéo au niveaud’une Région d’Intérêt (ROI) définie dans le standardHEVC.

The security of image and video data is important formany applications which require in real-time a highsecurity level. In the first part of this work, fourchaos-based cryptosystems, flexible, efficient, andmore robust against cryptanalysis, are designed andrealized. The first two cryptosystems are based on thesubstitution-permutation network. The substitution isachieved by a proposed modified Finite Skew TentMap (FSTM) to overcome various problems: fixedpoint, key space restriction, and limitation of mappingbetween plaintext and ciphertext. The thirdcryptosystem is a new and efficient structure. It isbased on a binary diffusion layer of pixels, followed bya bit-permutation layer. The permutation is achievedby an efficient proposed formulation of the 2-D catmap. The fourth cryptosystem is faster than theothers, having a very high security level. Theconfusion and the diffusion are performed in a singlescan. Its design is based on a partial cryptanalysisthat we performed on the Zhang algorithm. In thesecond part, two fast and secure selectivechaos-based crypto-compressions are designed andrealized to secure the High Efficiency Video Coding(HEVC) and its scalable version. In the firstcrypto-compression, a new algorithm is proposed todefine the encryptable bits in the bit stream of theHEVC and the SHVC systems. The proposed solutionencrypts a set of sensitive SHVC parameters at theentropy encoder (CABAC), while preserving all SHVCfunctionalities. Based on the tile concept, the secondproposed crypto-compression provides protection ofthe ROI defined in the standard HEVC., La sécurité des données images et vidéos estimportante pour beaucoup d’applications qui exigentdu temps réel et un haut niveau de sécurité. Dans lapremière partie de ce travail, quatre cryptosystèmesbasés chaos flexibles, efficaces et très robustes contrela cryptanalyse sont conçus et réalisés. Les deuxpremiers s’appuient sur le réseau SPN. La substitutionest réalisée par une carte Skew tent (FSTM) modifiéepour surmonter différents problèmes : point fixe,restriction de la taille de la clé et limitation de lacartographie entre les textes d’origines et chiffrés. Letroisième cryptosystème est de structure nouvelle etégalement efficace. Il est basé sur une couche dediffusion binaire de pixels, suivi par une couche depermutation des bits. La permutation est réalisée parune nouvelle formulation efficace de la carte 2-D Cat.Le quatrième cryptosystème, est plus rapide que lesautres avec un niveau de sécurité très élevé. Saconception s’appuie sur une cryptanalyse partielle,que nous avons réalisée, de l’algorithme de Zhang.Dans la deuxième partie, deux crypto-compressionbasés chaos sélectifs et rapides sont utilisés poursécuriser le flux HEVC et SHVC. Dans le premiercrypto-compression, un nouvel algorithme pour définirles bits chiffrables dans le flux binaire du HEVC et duSHVC est proposé. La solution proposée chiffre unensemble de paramètres SHVC sensibles au niveaudu codeur entropique (CABAC), tout en préservantl’ensemble des fonctionnalités SHVC. Basé sur leconcept de tuile, le deuxième crypto-compressionproposé permet une protection de la vidéo au niveaud’une Région d’Intérêt (ROI) définie dans le standardHEVC.

Road traffic is at the heart of concerns for society due to issues of spatial development, mobility, the fight for better road safety or, more recently, environmentally friendly considerations. Observation and knowledge of travel patterns can partly help to answer these concerns. The development of a way to measure individual journeys can be achieved using vehicle tracking. To be able to anonymously track vehicles, magnetic sensors are chosen rather than the main traffic sensors. After a preliminary study of the physical properties of both the inductive loop and magnetometer, three steps in the monitoring process (detection, pre-processing and re-identification) are developed. Firstly, a state machine is provided to improve vehicle detection using a magnetometer. Then, two new pre-processing steps are available. The first concerns the use of a novel method of blind deconvolution for the "inductive loop" sensor. The second concerns the selection of characterizing variables by principal component analysis.Subsequently, the SVM method is adapted for the re-identification of vehicles. A unanimous voting process on either fuzzy logic, a Bayesian approach or similarity measurement is offered and compared in relation to the use of a decision threshold. A new independent predictor of traffic modelling is available to evaluate this reidentification. Finally, all the suggestions are evaluated during different experiments with the goal of obtaining individual travel time measurements or estimates of the origin – destination matrix.; La circulation routière est au coeur des préoccupations de la société au travers des problématiques d’aménagement du territoire, de mobilité, de lutte contre l’insécurité routière, ou plus récemment de lutte contre la pollution. La connaissance des déplacements des véhicules permet de répondre en partie à ces préoccupations. Le développement de la mesure des déplacements individuels des véhicules peut être réalisé par le suivi des véhicules. Pour réaliser le suivi anonyme des véhicules, le choix des capteurs magnétiques est appréhendé au regard des principaux capteurs de trafic. Après une étude sur les propriétés physiques de la boucle inductive et du magnétomètre, les trois étapes (détection, rétraitement et réidentification) du processus de suivi sont développées. Tout d’abord, un automate d’état est proposé pour améliorer la détection de véhicules par magnétomètre. Ensuite, des prétraitements sont proposés. Le premier concerne la proposition d’une méthode de déconvolution aveugle pour le capteur « boucle inductive ». Le deuxième se situe sur la sélection des variables saillantes par analyse en composantes principales.Par la suite, la méthode SVM est adaptée à la réidentification de véhicules. Un processus de vote à l’unanimité des méthodes logique floue, approche bayésienne et mesures de similarités est proposé et comparé par rapport à l’utilisation d’un seuil de décision. Un nouvel indicateur indépendant de la modélisation du trafic est proposé pour évaluer la réidentification. Enfin, l’ensemble des propositions est évalué lors de différentes expérimentations avec pour objectif de mesurer les temps de parcours individuels ou d’estimer les matrices origine – destination.

Road traffic is at the heart of concerns for society due to issues of spatial development, mobility, the fight for better road safety or, more recently, environmentally friendly considerations. Observation and knowledge of travel patterns can partly help to answer these concerns. The development of a way to measure individual journeys can be achieved using vehicle tracking. To be able to anonymously track vehicles, magnetic sensors are chosen rather than the main traffic sensors. After a preliminary study of the physical properties of both the inductive loop and magnetometer, three steps in the monitoring process (detection, pre-processing and re-identification) are developed. Firstly, a state machine is provided to improve vehicle detection using a magnetometer. Then, two new pre-processing steps are available. The first concerns the use of a novel method of blind deconvolution for the "inductive loop" sensor. The second concerns the selection of characterizing variables by principal component analysis.Subsequently, the SVM method is adapted for the re-identification of vehicles. A unanimous voting process on either fuzzy logic, a Bayesian approach or similarity measurement is offered and compared in relation to the use of a decision threshold. A new independent predictor of traffic modelling is available to evaluate this reidentification. Finally, all the suggestions are evaluated during different experiments with the goal of obtaining individual travel time measurements or estimates of the origin – destination matrix., La circulation routière est au coeur des préoccupations de la société au travers des problématiques d’aménagement du territoire, de mobilité, de lutte contre l’insécurité routière, ou plus récemment de lutte contre la pollution. La connaissance des déplacements des véhicules permet de répondre en partie à ces préoccupations. Le développement de la mesure des déplacements individuels des véhicules peut être réalisé par le suivi des véhicules. Pour réaliser le suivi anonyme des véhicules, le choix des capteurs magnétiques est appréhendé au regard des principaux capteurs de trafic. Après une étude sur les propriétés physiques de la boucle inductive et du magnétomètre, les trois étapes (détection, rétraitement et réidentification) du processus de suivi sont développées. Tout d’abord, un automate d’état est proposé pour améliorer la détection de véhicules par magnétomètre. Ensuite, des prétraitements sont proposés. Le premier concerne la proposition d’une méthode de déconvolution aveugle pour le capteur « boucle inductive ». Le deuxième se situe sur la sélection des variables saillantes par analyse en composantes principales.Par la suite, la méthode SVM est adaptée à la réidentification de véhicules. Un processus de vote à l’unanimité des méthodes logique floue, approche bayésienne et mesures de similarités est proposé et comparé par rapport à l’utilisation d’un seuil de décision. Un nouvel indicateur indépendant de la modélisation du trafic est proposé pour évaluer la réidentification. Enfin, l’ensemble des propositions est évalué lors de différentes expérimentations avec pour objectif de mesurer les temps de parcours individuels ou d’estimer les matrices origine – destination.

Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'une co-tutelle de thèse entre l'Université de Nantes et l'Université Libanaise.; IP multicast is supported in the next generation of satellite systems implementing DVB-S (Digital Video Broadcasting via Satellite). In this type of communication, security, switching and scalability are the main challenges. In this context, we propose a new multicast security system based on: an enhanced ULE encapsulation standard, method which can operate with the switching approaches ‘label or self-switching’ to ensure efficient filtering and multicast forwarding, a highly flexible security mechanism, and a scalable key management scheme with two LKH (Logical Key Hierarchy) layers. The usage of chaos is proposed for the new keys generation and data encryption. The analysis of the proposed system shows that it can handle a large number of members in a secure and efficient manner with minimal bandwidth consumption.Security in the 4th generation of mobile networks EPS is considered very robust. However, weaknesses inherited from UMTS and others identified in the specialized literature remain without effective treatment. These vulnerabilities affect precisely the authentication and key agreement protocol, EPS-AKA. Several protocols have been proposed to resolve these problems but without a significant success. In this context, we propose a new protocol called FP-AKA which provides a strong protection against the different attacks with minimal cost. The comparison of FP-AKA with the best existing protocols in the literature (SE-AKA, EC-AKA,..) shows the superiority of FP-AKA in several parameters (security, cost, delay,..).; IP Multicast est supporté dans la nouvelle génération des systèmes satellitaires implémentant DVB-S (Digital Video Broadcasting via satellite). Dans ce type de communication, la sécurité, la commutation, et l’évolutivité sont les principaux défis. A ce propos, nous proposons un nouveau système de sécurité multicast basé sur : une méthode d’encapsulation améliorée du standard ULE qui peut opérer avec les approches de commutation ‘label ou self-switching’ afin d’assurer : un transfert efficace d’IP multicast, un mécanisme de sécurité très performant, et un système évolutif de gestion de clés à deux couches LKH (Logical Key Hierarchy). L’utilisation du chaos est proposée pour la génération de nouvelles clés et le chiffrement des données. L’analyse du système proposé montre qu’il peut gérer un très grand nombre des membres d’une manière sécurisée et efficace avec une consommation minimale de bande passante. La sécurité dans les réseaux mobiles de 4ème génération EPS est considérée comme très robuste. Mais, des failles héritées de l’UMTS et d’autres identifiées dans la littérature spécialisée restent sans traitement efficace. Ces vulnérabilités affectent précisément le protocole d’authentification et d’établissement des clés, l’EPS-AKA. Plusieurs protocoles ont été proposés pour résoudre ces problèmes mais sans réussite significative. Dans cette optique, nous proposons un nouveau protocole appelé FP-AKA qui assure une forte protection contre les différentes attaques avec un coût minimal. La comparaison de FP-AKA avec les meilleurs protocoles existants dans la littérature (SE-AKA, EC-AKA,..) montre la supériorité de FP-AKA au niveau de plusieurs paramètres (sécurité, coût, délai,..).

IP multicast is supported in the next generation of satellite systems implementing DVB-S (Digital Video Broadcasting via Satellite). In this type of communication, security, switching and scalability are the main challenges. In this context, we propose a new multicast security system based on: an enhanced ULE encapsulation standard, method which can operate with the switching approaches ‘label or self-switching’ to ensure efficient filtering and multicast forwarding, a highly flexible security mechanism, and a scalable key management scheme with two LKH (Logical Key Hierarchy) layers. The usage of chaos is proposed for the new keys generation and data encryption. The analysis of the proposed system shows that it can handle a large number of members in a secure and efficient manner with minimal bandwidth consumption.Security in the 4th generation of mobile networks EPS is considered very robust. However, weaknesses inherited from UMTS and others identified in the specialized literature remain without effective treatment. These vulnerabilities affect precisely the authentication and key agreement protocol, EPS-AKA. Several protocols have been proposed to resolve these problems but without a significant success. In this context, we propose a new protocol called FP-AKA which provides a strong protection against the different attacks with minimal cost. The comparison of FP-AKA with the best existing protocols in the literature (SE-AKA, EC-AKA,..) shows the superiority of FP-AKA in several parameters (security, cost, delay,..)., IP Multicast est supporté dans la nouvelle génération des systèmes satellitaires implémentant DVB-S (Digital Video Broadcasting via satellite). Dans ce type de communication, la sécurité, la commutation, et l’évolutivité sont les principaux défis. A ce propos, nous proposons un nouveau système de sécurité multicast basé sur : une méthode d’encapsulation améliorée du standard ULE qui peut opérer avec les approches de commutation ‘label ou self-switching’ afin d’assurer : un transfert efficace d’IP multicast, un mécanisme de sécurité très performant, et un système évolutif de gestion de clés à deux couches LKH (Logical Key Hierarchy). L’utilisation du chaos est proposée pour la génération de nouvelles clés et le chiffrement des données. L’analyse du système proposé montre qu’il peut gérer un très grand nombre des membres d’une manière sécurisée et efficace avec une consommation minimale de bande passante. La sécurité dans les réseaux mobiles de 4ème génération EPS est considérée comme très robuste. Mais, des failles héritées de l’UMTS et d’autres identifiées dans la littérature spécialisée restent sans traitement efficace. Ces vulnérabilités affectent précisément le protocole d’authentification et d’établissement des clés, l’EPS-AKA. Plusieurs protocoles ont été proposés pour résoudre ces problèmes mais sans réussite significative. Dans cette optique, nous proposons un nouveau protocole appelé FP-AKA qui assure une forte protection contre les différentes attaques avec un coût minimal. La comparaison de FP-AKA avec les meilleurs protocoles existants dans la littérature (SE-AKA, EC-AKA,..) montre la supériorité de FP-AKA au niveau de plusieurs paramètres (sécurité, coût, délai,..).

In this thesis, we study the problem of chaos based information security and its services namely: the confidentiality, the data integrity and the sourceauthentication. Firstly, the generation of efficient chaotic sequences problem is treated. Thus, we propose three efficient generators, each one including a perturbation technique to overcome the inconveniences of the finite precision. The first generator uses a coupling of non linear Boolean functions. The second generator is based on a flexible and effective layer of global diffusion. The third generator uses the parallel coupling of two non linear recursive filters. Then, the question of the design and the implementation of a strong and fast chaos based crypto-systems is studied and analyzed. Concerning this issue, we propose, two dynamic chaos based crypto-systems of structure SPN, very efficient compared with the AESalgorithm. The second crypto-system contains with regard to the first one, a layer of effective diffusion, but does not require operations of decimal towards binary and binary towards decimal conversions. The quantification of the performances is achieved, at every layer and globally, using adequate tools. Both cryptosystems are suitable for software and hardware implementations. Finally, a new efficient chaos based hash function, with or without key is proposed. It allows effectively the services of the data integrity and the source authentication., Dans cette thèse, nous étudions la problématique de la sécurité de l’information basée sur les séquences chaotiques, et ses services à savoir : la confidentialité, l’intégrité des données et l’authentification de la source. D’abord, le problème de la génération des séquenceschaotiques performantes est traité. A ce sujet, nous proposons trois générateurs performants, incluant chacun une technique de perturbation afin de palier aux inconvénients de la précision finie. Le premier générateur utilise un couplage de fonctions booléennes non linéaires. Le deuxième s’appuie sur une couche de diffusion globale, flexible et efficace. Le troisième générateur utilise le couplage en parallèle de deux filtres récursifs.Ensuite la question, de la conception et de la réalisation des crypto-systèmes basés chaos robustes et rapides, est étudiée et analysée. A ce propos, nous proposons deux crypto-systèmes basés chaos dynamiques, de structure SPN, très performants comparés à l’algorithmeAES. Le deuxième crypto-système, contient par rapport au premier, une couche de diffusion efficace, mais ne nécessite pas d’opérations de conversion décimal vers binaire et binaire vers décimal. La quantification des performances est réalisée, aux niveaux de chaque couche et globalement, grâce au développement et à l’application d’une panoplie d’outils adéquats. Les deux crypto-systèmes sont réalisables en logiciel et en matériel. Enfin, une nouvelle fonction de hachage basée chaos performante, avec ou sans clé est proposée. Elle permet d’achever efficacement le service d’authentification de la source et l’intégrité des données.