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Introduction au tatouage robuste

Les algorithmes de tatouage permettant d'insérer un filigrane robuste sont les plus nombreux. Ceci est principalement dû au fait que pendant très longtemps les recherches se sont focalisées sur le contexte de la protection des droits d'auteur, qui requiérait la robustesse. Toute la question est alors de savoir à quoi l'on souhaite que le tatouage résiste : autrement dit, quelles transformations vont conserver au document tatoué une valeur marchande ? Car l'idée est bien ici que le document est considéré comme protégé si l'on est capables de retrouver le filigrane qu'il contient (et qui atteste de l'identité de son propriétaire).

On peut proposer de nombreuses classifications pour ces manipulations, prenant en compte leur nature intrinsèque ou encore l'intention qu'elles révèlent ; en effet, un utilisateur peut appliquer un algorithme de compression pour des raisons tout à fait honnêtes (gain de place), comme il peut le faire pour des raisons malhonnêtes (afin d'altérer le filigrane). Nous faisons le choix ici de nous appuyer sur la nature de ces transformations, plutôt que sur l'intention de l'utilisateur. Voici donc une liste (non exhaustive) de manipulations.
 
Compression.   Une compression sans perte n'altérera bien entendu pas le filigrane, mais il est plus probable que la compression soit réalisée afin de gagner de l'espace de stockage et, dans ce cas, il y aura perte d'information. Une technique de compression avec perte efficace cherche à simplifier le codage du document, en supprimant l'information peu significative ; comme le filigrane est impercetpible, il est naturellement consiféré comme peu significatif, et sera donc naturellement altéré lors de la compression. Si l'on souhaite insérer un filigrane robuste à la compression, il faut donc tirer parti des imperfections de ces techniques pour concevoir des algorithmes de tatouage adaptés.
  Rehaussement (resp. lissage) (images fixes et vidéo). 
Ceci correspond à l'augmentation (resp. la diminution) des composantes hautes fréquences.
  Transformation géométriques (images fixes et vidéo). 
Modification des dimensions de l'image, rotation, extraction de portions de l'image. Ce genre de transformation a pour effet de désynchrnoiser le signal de tatouage, ce qui rend impossible la détection de sa présence.
  Conversions analogique-numérique.   Impression suivie d'un scan, film réalisé à l'aide d'un camescope dans une salle de cinéma, musique ré-enregistrée ... Ce processus entraîne en général une désynchronisation du signal de tatouage, ainsi que de petites distorsions.
  Transformations valumétriques (images fixes et vidéo).   Étalement d'histogramme, égalisation d'histogramme, transformation Gamma.
  Débruitage.   L'objectif de cette manipulation est d'approcher au mieux la forme d'onde du filigrane, pour pouvoir l'enlever [2,3].
  Gigue (ou Jittering).   Ce phéomène est connu en télécommunications lorsque le délai de transmission du signal varie. Il en résulte une duplication, ou une suppression, de morceaux de signaux. Ceci peut se traduire ici dans le domaine temporel ou dans le domaine spatial (par exemple ajout ou suppression de lignes/colonnes dans une image). Le document ne semble par vraiment altéré, d'un point de vue perceptif, mais le signal de tatouage est désynchronisé.
  Attaque par mosaïques.   Son principe est simple : le signal tatoué est découpé en plusieurs morceaux, qui sont ensuite juxtaposés. Dans le cas d'une image fixe, par exemple, on peut donc aisément la regarder sans s'apercevoir de la manipulation, mais le tatouage est totalement désynchronisé si sa détection est automatisée. Si la détection peut se faire manuellement, on peut recoller les morceaux avant de l'effectuer.
  Stirmark.   Le logiciel Stirmark et ses variantes proposent un banc de tests permettant d'apprécier la robustesse du filigrane. Voir le paragraphe " évaluation "  de la fiche "Dissimulation d'information et sécurité ".
On distinguera donc par la suite les distorsions synchrones (i.e. qui ne modifient pas la position spatiale ou temporelle du signal : compression, lissage, ajout de bruit, ...) des distorsions asynchrones (i.e. qui modifient la position spatiale ou temporelle du signal, et introduisent donc une désynchronisation : transformations géométriques, gigue, ...).
Par ailleurs, il est illusoire de présenter toutes les techniques publiées sur le sujet, dans leurs moindres détails. Nous avons choisi ici de mentionner les plus importantes, et d'expliquer leur approche. Les détails peuvent être obtenus à la lecture des articles cités en références. L'idée générale sur laquelle reposent toutes ces techniques est que l'on va introduire une certaine structure dans le document, qui est fortement liée à la clé utilisée. La présence de cette structure (détectable uniquement à l'aide de la bonne clé) sera la garantie de la présence du filigrane. Notons que sauf mentions contraires, les techniques présentées sont comprises comme symétriques et aveugles.

References

[2] M. Kutter, S. Voloshynovskiy, and A. Herrigel. Watermark copy attack. In Proc. SPIE, Security and Watermarking of Multimedia Contents II, volume 3971. SPIE, 2000.

[3] S. Voloshynovskiy, S. Pereira, A. Herrigel, N. Baumgärtner, and T. Pun. Generalized watermark attack based on watermark estimation and perceptual remodulation. In Proc. SPIE, Security and Watermarking of Multimedia Contents II, volume 3971, pages 358-370. SPIE, 2000.