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Tatouage robuste : Video

Une vidéo étant constituée d'une séquence d'images, certes avec une bande son, on peut adapter des techniques de tatouage d'images fixes. Parmi ceux cités plus haut, certains sont très facilement transposables à la vidéo, ou inversement initialement proposés pour de la vidéo et transposables aux images fixes. Néanmoins, le contexte vidéo a ses particularités et il peut être avantageux de les prendre en compte.

La première est évidemment la composante temporelle. Elle influe sur la quantité d'information que l'on peut cacher (25 à 30 images par secondes donnent plus de "place " pour cacher le filigrane), sur la robustesse du filigrane (on peut cumuler les informations lors de la détection, en opérant sur une séquence plus longue si vécessaire ; mais en revanche, l'attaquant peut calculer la moyenne de plusieurs images de la vidéo contenant le même filigrane dans le but d'estimer celui-ci, les images cumulées apparaissant alors comme du bruit), et sur les contraintes algorithmiques (il y a beaucoup d'images dans un film, et il faut donc que l'algorithme de tatouage soit rapide, voire temps-réel ; cette contrainte dépend bien entendu du contexte : cinéma, télévision). Par ailleurs, il est moins facile de manipuler une vidéo qu'une image fixe, et donc moins facile de l'attaquer : elle est volumineuse, et nécessite une plus grosses puissance de calcul. Cependant, la capacité de stockage des disques dure augmente rapidement, ainsi que la puissance de calculs des ordinateurs personnels, ce qui rend ces manipulations de plus en plus accessible (ou du moins, leur coût financier diminue). Pour éviter l'attaque par moyennage, il faut changer le message caché le plus souvent possible, mais pas trop, afin de conserver la robustesse : il y a là un compromis à réaliser. Il faut également que la détection puisse s'opérer le plus facilement possible, sans avoir à resynchroniser le signal à la main pour les différents messages à extraire.

Le contexte du tatouage robuste concerne principalement la protection des droits d'auteur, et peut se décliner dans le contexte télévisuel (par exemple pour contrôler automatiquement que les programmes ou reportages diffusés sur les chaînes de télévision le sont dans les règles), dans la cadre des DVD (pour contrôler le nombre et la nature des copies autorisées ; on peut par exemple vouloir autoriser une copie de l'original, mais pas de copie de copie). Combiné à des outils cryptographiques, le tatouage permet aussi d'autoriser ou non la lecture d'un film sur un support matériel donné (décodeur, lecteur DVD, ...) ; mais dans ce cas, il faut que la clé de détection se trouve du côté du lecteur, et donc du côté de l'utilisateur, et il est évident que si celui-ci est malhonnête il va essayer de la retrouver (par exemple à l'aide de procédés de reverse engineering) ; il est donc particulièrement intéressant dans ce contexte de disposer de schémas de tatouage asymétriques, pour lesquels la clé de détection n'a pas besoin d'être tenue secrète.

1  Techniques dérivées du tatouage d'images fixes

Le principe est d'appliquer un algorithme de tatouage d'images fixes à chacune des images composant la vidéo, et ce de manière indépendante. Parmi les techniques citées plus haut pour les images fixes, et qui peuvent s'adapter à la vidéo de cette manière, on retrouve [10,28,21,13,2,1,6], dont les plus récentes sont aussi les plus robustes, notamment face aux distorsions asynchrones de l'image. On peut noter que la méthode présentée dans [10] présente l'avantage de pouvoir opérer sur flux compressé (MPEG-2) ou non. Ceci peut éviter des manipulations de décompression-tatouage-recompression si le flux est déjà compressé, ce qui permet non seulement de gagner du temps, mais aussi d'éviter des dégradations de la séquence vidéo. Cependant l'application de cette méthode telle qu'elle est proposée provoque l'apparition d'artefacts gênants ; mais cet inconvénient peut être contré par l'utilisation d'un procédé de compensation de dérive, c'est-à-dire en modifiant la marque sur une image prédite afin qu'elle annule la contribution de la marque de l'image de référence précédente. Citons enfin une technique dédiée au tatouage de flux compressé, [18,3], qui consiste en l'adaptation de l'algorithme [26] présenté dans la fiche .

2  Algorithmes spatio-temporels

Si l'on considère que l'on a affaire à un signal à trois dimensions, on peut appliquer diverses transformées prenant en compte cette troisième dimension qu'est le temps. On peut par exemple utiliser une décomposition en ondelettes temporelle, comme proposé dans [22]. Ce schéma ne permet de cacher qu'un seul bit, mais offre l'avantage de générer un filigrane qui dépend à la fois de l'ayant droit de la vidéo, et du contenu-même de celle-ci. Les avantages de cette technique sont la grande robustesse aux modifications temporelles (suppression ou insertion d'images, moyenne d'images, interpolation temporelle, ...). Ses inconvénients sont tout d'abord sa faible capacité (on ne peut extraire qu'un bit d'information), mais aussi la nécessité de disposer de la séquence originale lors de l'opération de détection. Une autre solution proposée repose sur l'utilisation de la transformée de Fourir 3D [5]. Elle permet de sélectionner les fréquences spatio-temporelles adéquates afin d'assurer l'invisibilité du filigrane, et assure également une robustesse face aux décalages (cycliques) spatiaux et temporels. Un motif de synchronisation est également ajouté, afin d'assurer une robustesse face aux changements d'échelle spatiale ou au rééchantillonage temporel.

3  Méthodes purement temporelles

Ces méthodes cachent le filigrane dans le domaine temporel, en modifiant uniquement les très basse fréquences spatiales (moyenne d'image). En conséquence, le filigrane sera robuste aux déformations géométriques de l'image, mais sera sensible aux modification temporelles (remontage ou interpolation par exemple). La valeur de la marque sera constante sur une image donnée, mais variera d'une image à l'autre. Ceci peut évidemment avoir pour conséquence l'apparition d'artefacts, de clignotements. Pour éviter ces désagréments, d'une part on pondère la marque par un masque visuel spatial et/ou temporel, et d'autre part on n'utilise que les basses fréquences spatiales afin de ralentir la variation de la luminance moyenne. La détection consiste en une mesure de corrélation entre la suite des moyennes d'images et le filigrane que l'on s'attend à trouver. On peut citer les techniques de [8,27] qui reprennent ce principe général en l'améliorant, et [19] qui propose une méthode alternative ne reposant pas sur la luminance moyenne, mais sur des pixels isolés.

4  Tatouage de flux compressés

Nous avons déjà vu plus haut des techniques permettant de travailler au choix sur les flux compressés ou non. Mais il existe également des méthodes ne s'appliquant qu'aux flux compressés. [24,25] propose de s'appuyer sur les vecteurs de mouvement des images prédites dans le format compressé MPEG. Mais le filigrane est sensible aux estimateurs de mouvement utilisés, et risque de disparaître lors d'un transcodage. Dans le contexte de la protection de copie des DVDs, [16] s'appuie sur la structure de GOP utilisée, en attribuant par exemple à une image P la valeur 0 et à une image B la valeur 1. Il faut cependant tenir compte des contraintes imposées par la norme MPEG : la taille du message caché est limité par la taille du GOP (entre 10 et 20 images apr GOP), et si l'on code un message sur plusieurs GOP il faut faire attention à assurer la synchronisation temporelle lors de la détection ; afin d'assurer l'indétectabilité statistique du filigrane, les statistiques usuelles du GOP doivent être respectées ; il se peut qu'un codeur, adaptant naturellement la structure du GOP à la nature de la séquence vidéo, donne lieu à la détection d'un faux positif. Ces contraintes sont prises en compte dans la technique proposée par [16]. L'avantage de cette technique est que si l'encodage (le tatouage) est coûteux (ne attaque, étant équivalente à un réencodage complet, serait trop lourde à mener, et risquerait de provoquer la création d'artefacts), la détection ne l'est pas (une réalisation matérielle grand publique est possible).

5  et plus récemment ...

Comme pour les autres media, les publications sont de plus en plus nombreuses, et la notion de tatouage informé a pris beaucoup d'importance ces derniers temps. Parmi les plus récentes, on peut citer [15,23,12,17,14,4,20,9,11] ainsi que l'étude sécuritaire de [7].

References

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