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Mais qu'est-ce que tatouer ?

La procédure de tatouage est synthétisée dans la figure 1, et celle de détection/extraction dans la figure 2. La détection/extraction s'opère sur un document qui a pu être modifié, dans un but de piratage, ou tout simplement pour faciliter son utilisation (compression).

Figure 1: Tatouage   Lors de l'insertion, le signal original (image fixe, vidéo, fichier audio) est transformé en un signal/vecteur équivalent, par le biais d'une bijection (identité si l'on souhaite rester dans le domaine d'origine, ou encore transformée de Fourier, en cosinus, ondelettes, ...). Le vecteur x ainsi obtenu va être mélangé au signal de tatouage w pour donner le vecteur tatoué y, qui, par la transformée inverse, donnera le document tatoué. Le signal de tatouage w est quant à lui obtenu à partir du message m que l'on souhaite cacher, et d'une clé k. Une fois tatoué, le document est diffusé.

Figure 2: Détection/extraction   Lorsque l'on récupère un document et que l'on souhaite savoir s'il a été tatoué ou non, ou quel message il contient, on applique la procédure de détection/extraction. On parle plutôt de détection lorsque l'on souhaite simplement savoir si le document est tatoué ou non ; la réponse est donc binaire, et obtenue par rapport à une clé k′ donnée : si la réponse est "oui ", alors c'est que le document a été tatoué avec cette clé k′ (et donc par extension par le propriétaire de celle-ci). Certains schémas permettent d'obtenir plus d'information, en donnant une réponse de plusieurs bits, soit le message caché m (par exemple un numéro ISBN) ; on parle alors plutôt d'extraction. La réponse est ici encore liée à la clé k′ utilisée.
 
Imperceptibilité ?   Nous nous intéressons ici aux schémas assurant l'insetion d'un signal de tatouage de manière imperceptible. Ceci signifie que, d'une part, le signal ne perturbera pas l'utilisation du document (ne se verra pas, ne s'entendra pas, ...), mais également qu'il ne sera pas trop aisément détectable par une analyse statistique du signal tatoué. L'imperceptibilité visuelle ou auditive est contrôlée à l'aide de modèles psycho visuels/acoustiques. Ainsi, on s'assure au moment de l'insertion-même du tatouage qu'il est bien imperceptible et, au besoin, on en atténue l'intensité par endroits si cela s'avère nécessaire.
 
Aveugle ou non aveugle ? 
On peut également remarquer que le processus de détection/extraction peut ou non nécessiter la présence du document original. On dira qu'un schéma est aveugle s'il ne requiert pas la présence du document original. Les procédés non aveugles donnent de meilleurs résultats, mais ne peuvent être utilisés que dans des contextes particuliers.
 
Symétrique, asymétrique ?   Enfin, notons que si les clé k et k′ sont toutes deux secrètes et identiques, on parlera de schéma symétrique, et que dans le cas contraire on parlera de schéma asymétrique. Le cas des schémas de tatouage asymétriques rappelle celui de la signature numérique : le propriétaire du document le taoutera avec une clé privée, et l'extraction pourra être effectuée par tous à l'aide d'une clé publique.
  Robuste, fragile ? 
Les processus de tatouage sont assez variés, et donnent par conséquent des résultats assez différents, adaptés à des contextes applicatifs propres. En effet, dans certaines circonstances comme la protection du droit d'auteur, ou l'authentification, on souhaitera que le tatouage soit robuste, c'est-à-dire qu'il perdure même si le document a subi des transformation, ou plus exactement on souhaitera dans ce cas que tant que le document conserve une valeur marchande, il contienne l'information de tatouage. Dans d'autres cas, on peut souhaiter que moindre transformation du document tatoué fasse "sauter "  la marque, et ce afin de détecter la perte d'intégrité du document ; on parlera alors de tatouage fragile. Enfin, on peut souhaiter une situation intermédiaire, dans laquelle la marque va perdurer pour certaines transformations, et non pour d'autres ; on parle alors de tatouage semi-fragile.
  Tatouage informé. 
Des études menées en théorie de l'information [5] montrent que l'on peut tirer tout le parti possible de la connaissance a priori de la réalisation du signal que l'on souhaite tatouer lors de la phase d'insertion ; à condition que cette connaissance soit disponible lors de l'extraction. Cela parait peut-être naturel, formulé en français, mais ce résultat est particulièrement important puisqu'il a donné lieu à une nouvelle génération de schémas de tatouage dits informés, plus efficaces que les leurs prédécesseurs. Ce type de schémas n'a de sens que dans le cadre d'un tatouage aveugle, bien entendu.

Des ouvrages généraux sur le tatouage sont [7,10,6,9,11,8,1,2,4,3].

References

[1] Techniques and Applications of Digital Watermarking and Content Protection. Artech House Publishers, 2003. ISBN 1580531113.

[2] Data Hiding Fundamentals And Applications. Elsevier, 2004. ISBN 0-12-047144-2.

[3] Multimedia Security: Steganography and Digital Watermarking Techniques for Protection of Intellectual Property. Idea Group Publishing, 2004. ISBN 1591401925.

[4] Watermarking Systems Engineering: Enabling Digital Assets Security and Other Applications. Marcel Dekker, 2004. ISBN 0824748069.

[5] M. Costa. Writing on dirty papers. IEEE Transactions on Information Theory, 29(3), 1983.

[6] I. Cox, M. Miller, and J. Bloom. Digital watermarking. Morgan Kaufmann Publishers, 2001. ISBN 1-55860-714-5.

[7] F. Davoine and S. Pateux, editors. Tatouage de documents audiovisuels numériques. Traité IC2 - Information, Commande, Communication. Hermès-Lavoisier, 2004. ISBN 2-7462-0816-4.

[8] J. Eggers and B. Girod. Informed Watermarking. Kluwer Academic Publishers, 2002. ISBN 1-4020-7071-3.

[9] N. Johnson, Z. Duric, and S. Jajodia. Information Hiding : Steganography and Watermarking - Attacks and Countermeasures. Kluwer Academic Publishers, 2001. ISBN 0792372042.

[10] S. Katzenbeisser and F. Petitcolas. Information hiding techniques for steganography and digital watermarking. Artech House Publishers, 1999. ISBN 1-58053-035-4.

[11] P. Wayner. Disappearing Cryptography - Information hiding: steganography and watermarking. Moragn Kaufmann Publishers, 2002. ISBN 1-55860-769-2.