Le tatouage numérique de la vidéo pour la protection des droits d’auteurs

1. Centre de Recherche sur l’information Scientifique et Technique Division Theorie et Ingenierie des Systemes Informatiques Le tatouage numérique de la vidéo pour la protection des droits d’auteurs Samira BOUCHAMA, bouchama@cerist.dz Mai 2010

2. Plan • Le tatouage video • Quelques applications • Classification des techniques de tatouage video • Contraintes • Mesure de la qualité de la vidéo • La norme VideoMpeg 4 Part 10 AVC (H264 / AVC) • Méthode de tatouage Video • (Insertion, extraction et resultats) • Conclusions et perspectives

3. Le tatouage video 1000110111010100101110110 Le tatouage pour la protection des droits d’auteurs Le tatouage Video consiste en l’insertion des données dans la video pour satisfaire des applications telle que la protection des droits d’auteurs.

4. Quelques applications Protection des droits d’auteurs  Traçabilité dans un système commercial Authentification du document  Gestion des nombres de copies  Indexation etc.

5. Classification des techniques de tatouage Video Techniques de tatouage video Prédiction Transformation & Quantification Codage entropique Insertion de la marque video Non compressée Apres compression Codeur Durant la compression Domaine Spatial Domaine des Transformées

6. Contraintes Pour assurer une continuité dans le marquage, la signature devrait, etre inserée dans toutes les images de la video et répondre a certaines contraintes telles que: • La preservation du débit (bitrate), • Imperceptibilité de la marque • Le taux d’insertion, • La securité des données inserées, • La robustesse contre les attaques , • La contrainte de l’execution en temps réel

7. Mesure de la qualité de la vidéo • Mesure objective PSNR = 25.40 dB PSNR = 25.50 dB Deux images avec presque le meme PSNR

8. Mesure de la qualité de la vidéo • Mesure subjective (4 fois l’hauteur de l’écran) Note Qualité 5 4 3 2 1 Excellente Bonne Assez Bonne Médiocre Mauvaise Appréciations possibles de la qualité de l’image

9. Mesure de la qualité de la vidéo • Mesure subjective Modèle basé sur la mesure de l’effet de bloc et du flou. Effet de bloc • Effet de bloc Flou Les résultats obtenus sont normalisés dans un intervalle de 0 à 100. Plus on s’éloigne de 0, plus la distorsion est visible. • Flou

10. La norme H264 / AVC La norme H264/AVC (finalisée en 2003) est le resultat de travail entre le groupe JVT formé en Decembre 2001 entre le VCEG et le MPEG. Il permet de cibler un large éventail d'applications qui nécessitent différents débits, comme la télévision, la vidéoconférence, streaming vidéo, le stockage sur le disque ou DVD, etc. ITU-T ISO/IEC VCEG JVT MPEG Mpeg 4 Part 10 AVC (H264 )

11. La norme H264 / AVC Sequence video Video Compressée Transformation et Quantification Codage Entropique Prédiction Macrobloc (16x16) Prédiction Intra Ex- Golomb CAVLC CABAC DCT entière Prédiction Inter

12. La norme H264 / AVC Sequence video Video Compressé Transformation et Quantification Codage Entropique Prédiction Macrobloc (16x16) Image I – Image P - ImageB GOP

13. La norme H264 / AVC Sequence video Video Compressé Transformation et Quantification Codage Entropique Prédiction Macrobloc (16x16) Encodeur Quant.-1 et Transf.-1 Décodage Entropique Prédiction Sequence video Décodeur

14. La norme Video Mpeg 4 Part 10 (H264 / AVC) + Signal d’entrée Macro-block Transformation & quantification - Estimation de mouvement Compensation de mouvement Codage Entropique Sequence NAL X P Intra prediction + (Quant. & Transf.) Inverse + Loop-filter Schema General du codeur H264/AVC

15. La norme Video Mpeg 4 Part 10 (H264 / AVC) La norme H.264/AVC utilise la transformée DCT entière pour tous les blocs de données résiduelles “Structure en arbre": le macrobloc est divisé en bloc de 8x8 , chacun de ces blocs peut être divisé en sousblocs de taille inférieure (8x4, 4x8 ou 4x4). Le parametre de quantification permet de selectionner 52 pas de quntification pour chaque macrobloc Estimation de mouvement. Le codage vidéo produit un nombre de valeurs qui doivent être codées pour former le flux compressé. Parmi ces valeurs : Les coefficients transformés quantifiés Des informations permettant la création de la prédiction Des informations sur la structure des données compressées et les outils de compression utilisée dans l’encodage. Des informations sur la séquence vidéo complète. Intra coding includes: - Modes Intra 4x4 - Modes Intra 16x16

16. Méthode de tatouage Video video Codage Watermark (Logo) Watermark pre-traitement (ex. binarization, cryptage, compression) Insertion 00000100101110110110010010111111101… Flux Video (Stockage/transmission) Video Quality 0000010010111011011001001011111110… video decodée Extraction Decodage Recons. T -1. & Q -1 Entr. Decod. P. T. & Q Entr. Cod.

17. Méthode de tatouage Video Insertion de la marque: • Générer l'histogramme des coefficients significatifs DCT 4x4 quantifiés (coefficients de luminance). 0 Un bloc de coefficients DCT 4x4 quantifiés 14 2 1 -4 2 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 Image de type I Transformation et Quantification Codage Entropique Prediction

18. Méthode de tatouage Video Insertion de la marque: • Générer l'histogramme des coefficients significatifs DCT 4x4 quantifiés (coefficients de luminance).

19. Méthode de tatouage Video Insertion de la marque: - Trouver une paire de maxima et minima (p, z) dans le coté positif des coefficients significatifs et changer les valeurs dans l’intervalle [p, z-1] en les incrémentant de 1.

20. Méthode de tatouage Video Les niveaux p = 1 et p '= -1 ne sont pas choisis parce qu'ils augmentent le débit dans les images intra et inter. Insertion de la marque: - Trouver une paire de maxima et minima (p,z) dans le coté positif des coefficients significatifs et changer les valeurs dans l’intervalle [p, z-1] en les incrémentant de 1. 14 3 1 0 -5 3 1 0 0 1 0 0 p=2 1 0 0 0

21. Méthode de tatouage Video Extraction de la marque: Si le bit du Watermark est égal à "1", réduire (p+1) par 1 sinon le coefficient n'est pas modifié. 14 14 3 3 1 1 0 0 Marque= 0100101110… -5 -5 3 2 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0

22. Quarter common Intermediate format 176 x 144 p Differentes resolutions de la vidéo

23. Méthode de tatouage Video : Résultats Sequences de test: Capacité d’insertion 605 bits 256 bits (a) Foreman (b) Claire 578 bits 654 bits (c) Hall (d) Carphone

24. Méthode de tatouage Video : Résultats Extraction de la marque et Restauration de la video: Marque= 0100101110… 14 14 3 2 1 1 0 0 -5 -4 2 2 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0

25. Méthode de tatouage Video : Résultats PSNR des sequences Video tatouée (sans Restauration )

26. Méthode de tatouage Video : Résultats

27. Séquence vidéo : « Claire » Images non tatouées Images tatouées

28. Séquence vidéo : « Foreman» Images non tatouées Images tatouées

29. Conclusion La méthode de tatouage basée sur le décalage de L'histogramme peut être appliquée au standard vidéo H264/AVC. En effet, malgré les grandes différences entre les mesures objectives (PSNR) des vidéos marquées et non marquées, sur le plan subjectif la différence est presque négligeable, sauf si le taux d’insertion est relativement trop élevé.

30. Perspectives Utilisation de cette methode pour les images de types P et B ainsi que sur les composantes de chrominance dans le but d’augmenter le taux d’insertion et assurer une continuité dans le marquage.

31. References • Iain E. G. Richardson,H.264 and Mpeg-4 video compression: video coding for next-generation multimedia, The Robert Gordon University, Aberdeen, UK, Wiley, 2003. • Fallahpour, M. , Megias, D. , Ghanbari, M. , ‘ High capacity, reversible data hiding in medical images’, 2009 IEEE Int. Conf. on Image Processing (ICIP 2009), Cairo, Nov 7-10.2009 (and to appear in IET Image Processing, 2010). • Tan K.T. and Ghanbari, M. ‘Blockiness detection for MPEG2-coded video’, IEEE Signal Processing Letters, 7:8, (August 2000), pp. 213-215. • Gunawan, I.P. and Ghanbari, M. ‘Reduced-Reference Video Quality Assessment using Discriminative Local Harmonic Strength with Motion, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, IEEE-CSVT, 18:1,  (January 2008), pp. 71-73.

32. MERCI