EP1790153A2 - Procede et dispositif d'insertion d'informations dans des images fixes ou animees - Google Patents

Procede et dispositif d'insertion d'informations dans des images fixes ou animees

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Publication number
EP1790153A2
EP1790153A2 EP05805568A EP05805568A EP1790153A2 EP 1790153 A2 EP1790153 A2 EP 1790153A2 EP 05805568 A EP05805568 A EP 05805568A EP 05805568 A EP05805568 A EP 05805568A EP 1790153 A2 EP1790153 A2 EP 1790153A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sequence
image
pixels
functions
predetermined number
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05805568A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Stéphane MADRANGE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Adentis SAS
Original Assignee
Adentis SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adentis SAS filed Critical Adentis SAS
Publication of EP1790153A2 publication Critical patent/EP1790153A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N21/00—Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
    • H04N21/20—Servers specifically adapted for the distribution of content, e.g. VOD servers; Operations thereof
    • H04N21/23—Processing of content or additional data; Elementary server operations; Server middleware
    • H04N21/238—Interfacing the downstream path of the transmission network, e.g. adapting the transmission rate of a video stream to network bandwidth; Processing of multiplex streams
    • H04N21/2389—Multiplex stream processing, e.g. multiplex stream encrypting
    • H04N21/23892—Multiplex stream processing, e.g. multiplex stream encrypting involving embedding information at multiplex stream level, e.g. embedding a watermark at packet level

Definitions

  • the present invention relates to the insertion of information in still or moving images.
  • Content digitization techniques such as still or moving images make it possible to make copies of these contents in unlimited quantity and without degradation of quality.
  • the development of computer networks and personal computers leads to uncontrolled dissemination of these contents. It is becoming increasingly difficult to enforce the rights of the authors of these contents.
  • the first category brings together cryptographic techniques which consists in applying to digitized content an encryption that renders it unreadable without a decryption key.
  • the second category brings together the techniques of insertion of non-perceptible watermarks carrying information to identify a legal copy of a work or a code limiting the possibilities of duplication.
  • watermarks For a watermark insertion technique to be effective, watermarks must not be able to be removed from the content without substantially degrading the quality of the images. In particular, it should not be possible to delete watermarks by combining multiple copies of the same content. Furthermore, images, and in particular video sequences, are currently undergoing numerous treatments such as digital / analog and digital / digital conversions, compression / decompression treatments, scaling or cropping processes or adjusting brightness, contrast and colors. Watermarks must also withstand these treatments.
  • the technique employed must also allow to insert a sufficient amount of information, knowing that the more one increases this quantity, the more the watermark insertion will affect the quality of the images, and therefore the robustness of the watermark.
  • this method although generic, is not optimal in the case of images and requires the prior encoding of the message to be inserted in the image by means of an error correction coding, which helps reduce the bandwidth or the amount of useful information that can be inserted into the image.
  • the present invention aims to eliminate this disadvantage.
  • This objective is achieved by providing an information insertion method comprising a predetermined number of symbols, in a sequence of images of at least one image having a predetermined number of lines each gathering a predetermined number of pixels.
  • this method comprises the steps of:
  • this method further comprises a step of interleaving the symbols of the information to be inserted, prior to the phase shift of each function of the set of functions.
  • this method comprises, prior to the phase shift modulation of each function of the set of functions, generating steps of a pseudo-random sequence comprising a respective symbol for each symbol of the information to be used. insert, and stir symbols of the information to be inserted with the pseudo-random sequence.
  • the stirring step consists of combining, by an exclusive OR operation, symbols of the information to be inserted and the pseudo-random sequence.
  • the functions of the set of functions have respective main spectral lines spaced at a constant pitch corresponding to the line frequency of the image sequence.
  • the image sequence has a comb-shaped spectrum, the comb-shaped spectrum of the function set being shifted with respect to the spectrum of the image sequence of a frequency that is adjusted.
  • the combination of the pixels of the image sequence to the result of the superposition of the out-of-phase functions is performed by a modulation of the luminance of the pixels of the image sequence.
  • the combination of the pixels of the image sequence to the result of the superimposition of the out-of-phase functions is performed by a rotation of the color components of the pixels of the image sequence.
  • this method comprises in in addition to a step of preprocessing the image to avoid saturation phenomena of the pixels of the image sequence when the combination thereof to the result of the superimposition of the out-of-phase functions.
  • this method further comprises a step of encoding the symbols of the information to be inserted, to obtain a distinct symbol sequence for each color component of the pixels of the image sequence, the functions of the set of functions being out of phase by each of the sequences of symbols obtained, superimposed and then combined respectively with the color components of the pixels of the image sequence.
  • the coding applied to the symbols of the information to be inserted, to obtain a distinct symbol sequence for each color component is a convolution type coding.
  • the combination of the pixels of the image sequence to the result of the superposition of the out-of-phase functions is performed so as to be not very visible in the image sequence.
  • the combination of the pixels of the image sequence to the result of the superposition of the out-of-phase functions is performed so as to scramble the images of the image sequence.
  • the invention also relates to a method of extracting information from a sequence of images of at least one image comprising a predetermined number of lines each gathering a predetermined number of pixels. According to the invention, the information has been inserted according to the insertion method defined above.
  • the invention also relates to a method of descrambling a sequence of images of at least one image comprising a predetermined number of lines each gathering a predetermined number of pixels.
  • the image sequence has been scrambled according to the insertion method defined above.
  • the invention further relates to an information insertion device comprising a predetermined number of symbols, in a sequence of images. at least one image having a predetermined number of lines each gathering a predetermined number of pixels.
  • this device comprises means for implementing the information insertion method defined above.
  • the invention also relates to a device for extracting information from a sequence of images of at least one image comprising a predetermined number of lines each gathering a predetermined number of pixels.
  • this device comprises means for implementing the information extraction method defined above.
  • the invention also relates to a device for descrambling a sequence of images of at least one image comprising a predetermined number of lines each gathering a predetermined number of pixels.
  • this device comprises means for implementing the image descrambling method defined above.
  • FIG. 1 represents the spectrum of a video sequence of images
  • FIG. 2 diagrammatically represents a device according to the invention for inserting information in a still image or in a sequence of images
  • FIG. 3 diagrammatically represents a device according to the invention for extracting information inserted in a still image or in a sequence of images, using the device represented in FIG. 2;
  • FIG. 4 diagrammatically represents a device according to the invention for rendering scrambled images using the device represented in FIG. 2;
  • FIG. 5 schematically shows a variant of the device shown in Figure 2
  • FIG. 6 schematically represents a device according to the invention for extracting information inserted in a still image or in a sequence of images, using the device represented in FIG. 5;
  • FIG. 7 schematically represents a device according to the invention for rendering scrambled images using the device represented in FIG. 5.
  • the present invention is based on the exploitation of the spectral shape of an image or sequence of digital images in baseband (unmodulated) as illustrated in FIG. 1.
  • the spectrum energy of a sequence of images is distributed in sets of lines spaced from the image frequency, each set of lines having a maximum of energy at a frequency nf H which is a multiple of the line frequency f H of the lines of the picture. Two consecutive maximum energy are therefore spaced from the line frequency f ⁇ (H for horizontal).
  • the present invention proposes to use the spectrum intervals between the energy peaks corresponding to multiples of the line frequency f H to insert information forming a mark. It is also possible to insert information between the lines spaced from the frequency of the images.
  • FIG. 1 represents a device according to the invention for inserting a mark in an image or a sequence of images.
  • This device comprises a module 1 for extracting the image parameters producing synchronization signals for locating the lines and the pixels in the image, and if it is a sequence of images, the images of the sequence.
  • the synchronization signals at the line and pixel frequency are applied to a function generator 3, these functions having the particularity of being orthogonal to each other, the orthogonality being defined here in the sense of the scalar product of the functions. In addition, they must form an orthogonal base in the vector space of the functions so as to form a comb spectrum interspersed in the image spectrum as illustrated in FIG. 1.
  • the number of functions is variable and related. the number of symbols constituting the message to be inserted in the image.
  • the orthogonal functions used are sinusoidal functions whose respective frequencies are spaced from the line frequency f H and offset in frequency by a certain step, for example equal to H / 2 relative to the maximum energy located at the frequencies nf H of the image.
  • wavelet functions such as Haar or Hadamard functions, or windowed sinusoids.
  • windowed sinusoids Such functions are of the form:
  • Re (c) is the real part of the complex number c
  • F (t) is a periodic windowing function such as a Hanning, Hamming, Blackmann, or raised cosine function or a truncated Gaussian function, or a wavelet function such as Haar.
  • the set of orthogonal functions produced by the generator 3 is for example generated in the form of a software table or an indexed memory. It is also possible to envisage orthogonal functions spaced apart not from the line frequency f H , but from the image frequency, which is generally a few tens of Hertz.
  • the message to be inserted in the image or the image sequence is processed by a module 4 which completes the message with mark start and end signals, and in the case of a sequence of images, which distributes the message in N successive images, by copying or cutting the message.
  • Each message portion to be inserted in each image may be processed by an interleaving module 7 which performs a permutation of the bits of the message portion.
  • Interleaving makes it possible to distribute the symbols of the message in a balanced way over the basic functions. Interlacing is done during a period equivalent to a number T lines. All T lines, the permutation law is changed.
  • the device shown in FIG. 2 may also comprise a module 2 for generating a pseudo-random sequence used as a brewing sequence from an initial value and the line synchronization signal received as input.
  • the generated brewing sequence is combined with the output message of module 4 or 7 by an Exclusive OR operation producing the elementary symbols of the message.
  • the processing of the message by a brewing sequence makes it possible to avoid the redundancies detectable by the eye or by electronic means.
  • the brewing takes place for a time equivalent to a number L b of lines. All L b lines the brewing sequence is changed.
  • the elementary symbols of the message at the output of the operation 5 are applied to a phase-shifter 6 also receiving as input the set of basic functions produced by the generator 3.
  • the phase-shifter 6 uses each of the elementary symbols of the message, derived from the operation 5 to determine a phase at the origin of each of the basic functions. In the case of a base of sinusoidal functions, this amounts to applying on each of the functions a phase modulation of BPSK (Binary Phase-shift Keying) whose rate depends on the parameters L e , L b and a signal of synchronization related to the message.
  • BPSK Binary Phase-shift Keying
  • phase-shifted functions delivered by the phase-shifter 6 are superposed or summed by an adder 9, so as to obtain a resultant function which is then sampled and then mixed with the image by an image transformation module 10 applying to the pixels of the image. image a transformation dependent on a respective sample of the resulting function.
  • the transformation applied to the pixels of the image may be, for example, a modification of the luminance by adding the samples of the resulting function obtained by the phase shifter or a rotation of the color components of the image, or any other operation on the elementary components of the images. pixels.
  • the amplitude of the transformation will be chosen more or less low.
  • this pretreatment may consist of converting the values of the pixel components to be between 16 and 235, for example.
  • the parameters L e and L b preferably correspond to an integer number of symbols in the mark to be inserted in the image. However, in the opposite case, you can choose to complete each line of the image with a particular symbol or to repeat the last symbol of the mark until the end of the line.
  • FIG. 3 represents a device making it possible to extract a mark from an image or a sequence of images.
  • This device comprises a module 21 for extracting the image parameters producing, from the marked image, synchronization signals making it possible to locate the lines and pixels of the image, as well as the start and end marks of the image. message inserted, and if it is a sequence of images, synchronization signals to identify the images of the sequence.
  • the pixel and line synchronization signals are applied to a generator 22 of orthogonal functions which is similar to that used in the device shown in FIG.
  • the marked image is applied to a module 23 receiving the orthogonal functions and extracting pixel by pixel the symbols of the message by multiplying the orthogonal functions generated by the module 22 respectively to the pixels of the image.
  • the symbols of the message obtained are accumulated in a local accumulator 23 synchronized with the frequency of the mark produced by the extraction module 21 and receiving the parameters L e and L b defining the numbers of lines of the image on which the same law permutation and the same brewing sequence are applied.
  • the line, picture and mark synchronization signals are applied to a de-interleaving and de-interleaving module receiving as input the brewing sequence and the permutation law used by the device shown in FIG. 2.
  • the module performs an inverse processing at that performed by the modules 2, 5 and 7 of the device shown in Figure 2, so as to obtain the bits of the word inserted in the image, which are accumulated in an accumulator 26 finally delivering the word inserted in the image.
  • Figure 4 shows a device for decoding a scrambled image.
  • This device is identical to that shown in Figure 2, except that the module 4 is deleted, the module 1 is replaced by the module 21 of the device of Figure 3 which extracts, not an image synchronization signal, but a synchronization signal mark, for detecting mark start and end mark in the image, and the transformation module 10 of the image is replaced by a pixel extraction module 31 of the image which performs a transformation inverse to that applied by the module 10 to obtain the pixels of the original image.
  • the marking signal obtained at the output of the operator 5 is applied to an encoding module 41 to generate a distinct marking signal for each of the color components of the 'picture.
  • the marking signals obtained are applied to the input of a respective phase-shifter 42 producing functions out of phase for each basic function and for each color component of the image. These functions are then superimposed by a respective summator 44 for each color component and applied at the input of a transformation module 43 which combines the functions superimposed respectively on the color components of the pixels of the image.
  • the coding carried out by the module of 41 is preferably chosen to introduce more redundancy between the color components of the image, on the mark inserted in the image.
  • This coding is for example of convolutive type 1/3.
  • the coding carried out by the module 41 is preferably chosen to, on the contrary, eliminate the redundancies between the markings inserted respectively in the color components of the image.
  • FIG. 6 represents a device for extracting a mark inserted using the device represented in FIG. 5.
  • this device comprises a module for extracting the symbols of the message that delivers message symbols for each of the color components of the pixels of the image.
  • This extraction device then comprises a processing chain for each color component comprising a local accumulation module 52, a de-erasing and deinterleaving module and an accumulation module 54, these modules being identical to those of the device shown in FIG. FIG. 3.
  • This extraction device furthermore comprises a decoding module 55, performing a function inverse to that of the module 41, so as to restore the marking word from the accumulated marking words for each color component by the modules of FIG. If the coding applied by the coding module 41 is convolutional type 1/3, the decoder 55 may be for example of the Viterbi decoder type.
  • FIG. 7 represents a device for decoding a scrambled image by means of the insertion device represented in FIG. 5.
  • This device is similar to that represented in FIG. 4 and has the same modifications as those made on the device represented. in FIG. 2 to obtain that of FIG. 5.
  • the module 31 for extracting pixels from the image of the device of FIG. 4 is replaced by an extraction module 45 which extracts from the scrambled image, the superposed functions obtained by the summators 44 respectively for the color components.

Landscapes

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Abstract

Pour insérer des informations comprenant un nombre prédéterminé de symboles, dans une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels, ce procédé consiste à : générer un ensemble de fonctions présentant un spectre en forme de peigne s 'intercalant dans le spectre de la séquence d'image, et comprenant une fonction respective pour chaque symbole des informations à insérer ; déphaser chaque fonction de l'ensemble de fonctions par une valeur représentative d'un symbole respectif des informations à insérer ; superposer les fonctions déphasées ; et combiner les pixels de la séquence d'images au résultat obtenu par la superposition des fonctions déphasées.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'INSERTION D'INFORMATIONS DANS DES IMAGES FIXES OU ANIMEES.
La présente invention concerne l'insertion d'informations dans des images fixes ou animées.
Elle s'applique notamment, mais non exclusivement à la création et l'insertion de filigranes dans une image ou séquence d'images, à l'insertion d'informations dans le but d'indexer les images d'une séquence, ou encore au brouillage d'images vidéo. Dans les applications d'insertion de filigranes et d'indexation d'images, l'insertion d'informations doit être effectuée de manière à être imperceptible. Par contre, dans les applications de brouillage d'images, cette insertion doit dégrader fortement la qualité des images.
Les techniques de numérisation de contenus tels que les images fixes ou animées permettent de réaliser des copies de ces contenus en quantité illimitée et sans dégradation de qualité. En parallèle, le développement des réseaux informatiques et des ordinateurs personnels entraîne une dissémination incontrôlée de ces contenus. Il devient donc de plus en plus difficile de faire respecter les droits des auteurs de ces contenus.
Il existe des techniques de protection permettant de contrôler cette dissémination d' œuvres protégées par le droit d'auteur qui peuvent être classées en deux catégories. La première catégorie rassemble les techniques cryptographiques qui consiste à appliquer au contenu numérisé un chiffrement qui le rend illisible sans une clé de déchiffrement. La seconde catégorie rassemble les techniques d'insertion de filigranes non perceptibles portant des informations permettant d'identifier une copie légale d'une œuvre ou un code limitant les possibilités de duplication.
Pour qu'une technique d'insertion de filigrane soit efficace, il ne faut pas que les filigranes puissent être retirés du contenu sans dégradation substantielle de la qualité des images. En particulier, il ne doit pas être possible de supprimer des filigranes en combinant plusieurs copies d'un même contenu. Par ailleurs, les images et en particulier les séquences vidéo subissent couramment de nombreux traitements tels que des conversions numériques/analogiques et analogiques/numériques, des traitements de compression/décompression, des traitements de modification d'échelle ou de recadrage ou encore d'ajustement de la luminosité, du contraste et des couleurs. Les filigranes doivent également résister à ces traitements.
La technique employée doit également permettre d'insérer une quantité d'informations suffisante, sachant que plus on augmente cette quantité, plus l'insertion de filigrane affectera la qualité des images, et donc la robustesse du filigrane.
II existe de nombreuses techniques d'insertion de filigrane dans des images fixes ou animées, plus ou moins robustes aux attaques et traitements d'image. Parmi ces techniques, le brevet . US 6 557 103 décrit un procédé de stéganographie faisant intervenir une modulation préalable du message à insérer dans des images par une séquence d'étalement de spectre. Par rapport aux autres techniques d'insertion de filigranes, ce procédé présente de bonnes performances en termes de robustesse et de bande passante pour l'information insérée dans l'image.
Toutefois, ce procédé, bien que générique, n'est pas optimal dans le cas d'images et nécessite d'encoder préalablement le message à insérer dans l'image à l'aide d'un codage avec correction d'erreur, ce qui contribue à réduire la bande passante ou la quantité d'informations utiles susceptibles d'être insérées dans l'image.
La présente invention a pour but de supprimer cet inconvénient. Cet objectif est atteint par la prévision d'un procédé d'insertion d'informations comprenant un nombre prédéterminé de symboles, dans une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels.
Selon l'invention, ce procédé comprend des étapes consistant à :
- générer un ensemble de fonctions présentant un spectre en forme de peigne s 'intercalant dans le spectre de la séquence d'image, et comprenant une fonction respective pour chaque symbole des informations à insérer,
- déphaser chaque fonction de l'ensemble de fonctions par une valeur représentative d'un symbole respectif des informations à insérer,
- superposer les fonctions déphasées, et - combiner les pixels de la séquence d'images au résultat obtenu par la superposition des fonctions déphasées.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ce procédé comprend en outre une étape d'entrelacement des symboles des informations à insérer, préalablement au déphasage de chaque fonction de l'ensemble de fonctions.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ce procédé comprend, préalablement au déphasage modulation de chaque fonction de l'ensemble de fonctions, des étapes de génération d'une séquence pseudo-aléatoire comprenant un symbole respectif pour chaque symbole des informations à insérer, et de brassage des symboles des information à insérer avec la séquence pseudo-aléatoire.
De préférence, l'étape de brassage consiste à combiner par une opération OU exclusif des symboles des informations à insérer et la séquence pseudo¬ aléatoire.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les fonctions de l'ensemble de fonctions présentent des raies spectrales principales respectives espacées d'un pas constant correspondant à la fréquence ligne de la séquence d'images.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la séquence d'images présente un spectre en forme de peigne, le spectre en forme de peigne de l'ensemble de fonctions étant décalé par rapport au spectre de la séquence d'image d'une fréquence qui est ajustée.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la combinaison des pixels de la séquence d'images au résultat de la superposition des fonctions déphasées est effectuée par une modulation de la luminance des pixels de la séquence d'images.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la combinaison des pixels de la séquence d'images au résultat de la superposition des fonctions déphasées est effectuée par une rotation des composantes couleur des pixels de la séquence d'images.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ce procédé comprend en outre une étape de prétraitement de l'image pour éviter des phénomènes de saturation des pixels de la séquence d'images lors de la combinaison de ceux-ci au résultat de la superposition des fonctions déphasées.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ce procédé comprend en outre une étape de codage des symboles des informations à insérer, pour obtenir une séquence de symboles distincte pour chaque composante couleur des pixels de la séquence d'images, les fonctions de l'ensemble de fonctions étant déphasées par chacune des séquences de symboles obtenues, superposées, puis combinées respectivement aux composantes couleur des pixels de la séquence d'images.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le codage appliqué aux symboles des informations à insérer, pour obtenir une séquence de symboles distincte pour chaque composante couleur est un codage de type convolutif.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la combinaison des pixels de la séquence d'images au résultat de la superposition des fonctions déphasées est effectuée de manière à être peu visible dans la séquence d'images.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la combinaison des pixels de la séquence d'images au résultat de la superposition des fonctions déphasées est effectuée de manière à embrouiller les images de la séquence d'images.
L'invention concerne également un procédé d'extraction d'informations d'une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels. Selon l'invention, les informations ont été insérées conformément au procédé d'insertion défini ci-avant.
L'invention concerne également un procédé de désembrouillage d'une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels. Selon l'invention, la séquence d'images a été embrouillée conformément au procédé d'insertion défini ci-avant.
L'invention concerne en outre un dispositif d'insertion d'informations comprenant un nombre prédéterminé de symboles, dans une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels. Selon l'invention, ce dispositif comprend des moyens pour mettre en œuvre le procédé d'insertion d'informations défini ci-avant.
L'invention concerne encore un dispositif d'extraction d'informations d'une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels. Selon l'invention, ce dispositif comprend des moyens pour mettre en œuvre le procédé d'extraction d'informations défini ci-avant.
L'invention concerne encore un dispositif de désembrouillage d'une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels. Selon l'invention, ce dispositif comprend des moyens pour mettre en œuvre le procédé de désembrouillage d'images défini ci-avant.
Un mode de réalisation préféré de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 représente le spectre d'une séquence vidéo d'images ;
La figure 2 représente schématiquement un dispositif selon l'invention d'insertion d'informations dans une image fixe ou dans une séquence d'images ;
La figure 3 représente schématiquement un dispositif selon l'invention d'extraction d'informations insérées dans une image fixe ou dans une séquence d'images, à l'aide du dispositif représenté sur la figure 2 ;
La figure 4 représente schématiquement un dispositif selon l'invention de restitution d'images brouillées à l'aide du dispositif représenté sur la figure 2 ;
La figure 5 représente schématiquement une variante du dispositif représenté sur la figure 2 ; La figure 6 représente schématiquement un dispositif selon l'invention d'extraction d'informations insérées dans une image fixe ou dans une séquence d'images, à l'aide du dispositif représenté sur la figure 5 ;
La figure 7 représente schématiquement un dispositif selon l'invention de restitution d'images brouillées à l'aide du dispositif représenté sur la figure 5.
La présente invention est basée sur l'exploitation de la forme spectrale d'une image ou séquence d'images numériques en bande de base (non modulée) telle qu'illustrée sur la figure 1. Sur cette figure, on peut constater que l'énergie du spectre d'une séquence d'images est répartie dans des ensembles de raies espacées de la fréquence image, chaque ensemble de raies présentant un maximum d'énergie à une fréquence n.fH multiple de la fréquence ligne fH des lignes de l'image. Deux maximum d'énergie consécutifs sont donc espacés de la fréquence ligne fπ (H pour horizontal).
La présente invention se propose d'utiliser les intervalles du spectre entre les pics d'énergie correspondant à des multiples de la fréquence ligne fH pour y insérer des informations formant une marque. On peut également envisager d'insérer des informations entre les raies espacées de la fréquence des images.
La figure 1 représente un dispositif selon l'invention pour insérer une marque dans une image ou une séquence d'images. Ce dispositif comprend un module 1 d'extraction des paramètres de l'image produisant des signaux de synchronisation permettant de repérer les lignes et les pixels dans l'image, et s'il s'agit d'une séquence d'images, les images de la séquence.
Les signaux de synchronisation à la fréquence ligne et pixel sont appliqués à un générateur 3 de fonctions, ces fonctions présentant la particularité d'être orthogonales entre elles, l'orthogonalité se définissant ici au sens du produit scalaire des fonctions. De plus, elles doivent former une base orthogonale dans l'espace vectoriel des fonctions de manière à former un spectre en peigne s 'intercalant dans le spectre d'image tel qu'illustré sur la figure 1. Le nombre de fonctions est variable et lié au nombre de symboles constituant le message à insérer dans l'image. Dans l'exemple de la figure 1, les fonctions orthogonales utilisées sont des fonctions sinusoïdales dont les fréquences respectives sont espacées de la fréquence ligne fH et décalées en fréquence d'un certain pas par exemple égal fH/2 par rapport aux maximum d'énergie situés aux fréquences n.fH de l'image. De telles fonctions orthogonales sont de la forme : sin(kωt), dans laquelle k est un nombre entier variant entre 1 et K paramétrable, ω = 2π(fH+fd), et fd est une fréquence de décalage de la fonction sinusoïdale égale à une fraction de la fréquence ligne f^. On prévoit avantageusement d'ajuster finement la position fréquentielle de chaque fonction orthogonale formant le peigne dans l'intervalle [n.fH, (n+l).fH], c'est-à-dire la fréquence de décalage fd, ceci afin d'optimiser la robustesse et la visibilité de la marque dans l'image. Des tests montrent aisément qu'une condition optimum est obtenue avec fd = 0,9 fH.
On peut également appliquer un décalage en fréquence f0 égal à un nombre entier fois la fréquence ligne fΗ de manière à ajuster la position fréquentielle de l'ensemble du peigne formé par l'ensemble des fonctions orthogonales par rapport au spectre de l'image. Il est ainsi parfois préférable de décaler le peigne des fonctions orthogonales vers les fréquences élevées où le message inséré dans l'image sera moins perturbé par les signaux d'image.
Ces réglages permettent d'obtenir une condition de quasi-orthogonalité par rapport au spectre de l'image. Néanmoins, cette condition n'est pas toujours requise. En effet, si l'on souhaite brouiller l'image, ce décalage fin peut être employé à supprimer l'orthogonalité entre le peigne et le spectre de l'image.
On peut envisager d'utiliser d'autres fonctions telles que des fonctions d'ondelettes comme les fonctions de Haar ou de Hadamard, ou encore des sinusoïdes fenêtrées. De telles fonctions sont de la forme :
Re[exρ(jkωHt)] x F(t)
où Re(c) est la partie réelle du nombre complexe c, et F(t) est une fonction de fenêtrage périodique telle qu'une fonction de Hanning, de Hamming, de Blackmann, ou en cosinus surélevé ou encore une fonction Gaussienne tronquée, ou une fonction d'ondelettes telle que Haar.
L'ensemble de fonctions orthogonales produites par le générateur 3 est par exemple généré sous la forme d'un tableau logiciel ou d'une mémoire indexée. On peut également envisager des fonctions orthogonales espacées non pas de la fréquence ligne fH, mais de la fréquence image qui est en général de quelques dizaines de Hertz.
Par ailleurs, le message à insérer dans l'image ou la séquence d'images est traité par un module 4 qui complète le message par des signaux de début et de fin de marque, et dans le cas d'une séquence d'images, qui effectue une répartition du message dans N images successives, par recopie ou découpe du message.
Chaque partie de message à insérer dans chaque image peut être traitée par un module 7 d'entrelacement qui effectue une permutation des bits de la partie de message. L'entrelacement permet de répartir de manière équilibrée les symboles du message sur les fonctions de base. L'entrelacement s'effectue pendant une durée équivalente à un certain nombre Le de lignes. Toutes les Le lignes, la loi de permutation est modifiée.
Le dispositif représenté sur la figure 2 peut également comprendre un module 2 de génération d'une séquence pseudo aléatoire utilisée comme séquence de brassage à partir d'une valeur initiale et du signal de synchronisation ligne, reçu en entrée.
La séquence de brassage générée est combinée au message en sortie du module 4 ou 7 par une opération 5 de type OU Exclusif produisant les symboles élémentaires du message.
Le traitement du message par une séquence de brassage permet d'éviter les redondances décelables à l'œil ou par des moyens électroniques. Le brassage s'effectue pendant un temps équivalent à un certain nombre Lb de lignes. Toutes les Lb lignes la séquence de brassage est modifiée.
Les symboles élémentaires du message en sortie de l'opération 5 sont appliqués à un déphaseur 6 recevant également en entrée l'ensemble de fonctions de base produites par le générateur 3. Le déphaseur 6 utilise chacun des symboles élémentaires du message, issus de l'opération 5 pour déterminer une phase à l'origine de chacune des fonctions de base. Dans le cas d'une base de fonctions sinusoïdales, cela revient à appliquer sur chacune des fonctions une modulation de phase de type BPSK (Binary Phase-shift Keying) dont le rythme dépend des paramètres Le, Lb et d'un signal de synchronisation lié au message. On peut aisément étendre ce principe à des modulations de type QPSK (Quadrature Phase-shift Keying), ou QAM (Quadrature Amplitude Modulation), voire même des modulations non linéaires du type GMSK (Gaussian mimmum-shift keying), par exemple.
Les fonctions déphasées délivrées par le déphaseur 6 sont superposées ou additionnées par un sommateur 9, de manière à obtenir une fonction résultante qui est ensuite échantillonnée, puis mélangée à l'image par un module 10 de transformation de l'image appliquant aux pixels de l'image une transformation dépendant d'un échantillon respectif de la fonction résultante.
La transformation appliquée aux pixels de l'image peut être par exemple une modification de la luminance par ajout des échantillons de la fonction résultante obtenue par le déphaseur ou une rotation des composantes couleur de l'image, ou toute autre opération sur les composantes élémentaires des pixels. Selon l'application de l'invention à l'insertion de filigranes ou au brouillage d'images, l'amplitude de la transformation sera choisie plus ou moins faible.
Dans le cas de l'insertion de filigranes, on peut prévoir d'appliquer un prétraitement 8 à l'image avant sa transformation, afin de réduire la dynamique de variation des valeurs des pixels, pour éviter une saturation au moment de l'insertion de la marque par le module 10 de transformation. Ainsi, si chaque composante couleur des pixels est codée de 0 à 255 (sur 8 bits), ce prétraitement peut consister à convertir les valeurs des composantes des pixels pour qu'elles soient comprises entre 16 et 235, par exemple.
Les paramètres Le et Lb correspondent de préférence à un nombre entier de symboles dans la marque à insérer dans l'image. Toutefois, dans le cas contraire, on peut choisir de compléter chaque ligne de l'image par un symbole particulier ou de répéter le dernier symbole de la marque jusqu'à la fin de la ligne.
La figure 3 représente un dispositif permettant d'extraire une marque d'une image ou une séquence d'images. Ce dispositif comprend un module 21 d'extraction des paramètres de l'image produisant à partir de l'image marquée des signaux de synchronisation permettant de repérer les lignes et les pixels de l'image, ainsi que les marques de début et de fin du message inséré, et s'il s'agit d'une séquence d'images, des signaux de synchronisation permettant de repérer les images de la séquence.
Les signaux de synchronisation pixel et ligne sont appliqués à un générateur 22 de fonctions orthogonales qui est analogue à celui utilisé dans le dispositif représenté sur la figure 2.
L'image marquée est appliquée à un module 23 recevant les fonctions orthogonales et extrayant pixel par pixel les symboles du message en multipliant les fonctions orthogonales générées par le module 22 respectivement aux pixels de l'image. Les symboles du message obtenus sont accumulés dans un accumulateur local 23 synchronisé sur la fréquence de la marque produite par le module d'extraction 21 et recevant les paramètres Le et Lb définissant les nombres de lignes de l'image sur lesquelles la même loi de permutation et la même séquence de brassage sont appliquées.
Les signaux de synchronisation ligne, image et marque sont appliqués à un module 25 de débrassage et de désentrelacement recevant en entrée la séquence de brassage et la loi de permutation utilisées par le dispositif représenté sur la figure 2. Le module 25 effectue un traitement inverse à celui effectué par les modules 2, 5 et 7 du dispositif représenté sur la figure 2, de manière à obtenir les bits du mot inséré dans l'image, qui sont accumulés dans un accumulateur 26 délivrant finalement le mot inséré dans l'image.
La figure 4 représente un dispositif permettant de décoder une image embrouillée. Ce dispositif est identique à celui représenté sur la figure 2, mis à part que le module 4 est supprimé, le module 1 est remplacé par le module 21 du dispositif de la figure 3 qui extrait, non pas un signal de synchronisation image, mais un signal de synchronisation marque, pour détecter dans l'image des repères de début et de fin de marque, et le module de transformation 10 de l'image est remplacé par un module 31 d'extraction des pixels de l'image qui effectue une transformation inverse à celle appliquée par le module 10 pour obtenir les pixels de l'image d'origine.
Dans la variante du dispositif d'insertion représenté sur la figure 5, on peut effectuer appliquer le signal de marquage obtenu en sortie de l'opérateur 5 à un module de codage 41 pour générer un signal de marquage distinct pour chacune des composantes couleur de l'image. Les signaux de marquage obtenus sont appliqués à l'entrée d'un déphaseur 42 respectif produisant des fonctions déphasées pour chaque fonction de base et pour chacune des composantes couleur de l'image. Ces fonctions sont ensuite superposées par un sommateur respectif 44 pour chaque composante couleur et appliquées en entrée d'un module de transformation 43 qui combine les fonctions superposées respectivement aux composantes couleur des pixels de l'image.
Dans l'application à l'insertion de filigranes, le codage réalisé par le module de 41 est de préférence choisi pour introduire davantage de redondance entre les composantes couleur de l'image, sur la marque insérée dans l'image. Ce codage est ainsi par exemple de type convolutif 1/3. Dans l'application au brouillage des images, le codage réalisé par le module 41 est de préférence choisi pour au contraire supprimer les redondances entre les marquages insérés respectivement dans les composantes couleur de l'image.
La figure 6 représente un dispositif d'extraction d'une marque insérée à l'aide du dispositif représenté sur la figure 5. Par rapport au dispositif représenté sur la figure 3, ce dispositif comprend un module d'extraction des symboles du message qui délivre des symboles de message pour chacune des composantes couleur des pixels de l'image. Ce dispositif d'extraction comprend ensuite une chaîne de traitement pour chaque composante couleur comportant un module d'accumulation locale 52, un module de débrassage et de désentrelacement et un module d'accumulation 54, ces modules étant identiques à ceux du dispositif représenté sur la figure 3. Ce dispositif d'extraction comprend en outre un module de décodage 55, réalisant une fonction inverse à celle du module 41, de manière à restituer le mot de marquage à partir des mots de marquage accumulés pour chaque composante couleur par les modules d'accumulation 54. Si le codage appliqué par le module de codage 41 est de type convolutif 1/3, le décodeur 55 peut être par exemple du type décodeur de Viterbi.
La figure 7 représente un dispositif permettant de décoder une image embrouillée à l'aide du dispositif d'insertion représenté sur la figure 5. Ce dispositif est analogue à celui représenté sur la figure 4 et présente les mêmes modifications que celles réalisées sur le dispositif représenté sur la figure 2 pour obtenir celui de la figure 5. En outre, le module 31 d'extraction des pixels de l'image du dispositif de la figure 4 est remplacé par un module d'extraction 45 qui extrait de l'image embrouillée, les fonctions superposées obtenues par les sommateurs 44 respectivement pour les composantes couleur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'insertion d'informations comprenant un nombre prédéterminé de symboles, dans une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes consistant à :
- générer un ensemble de fonctions présentant un spectre en forme de peigne s'intercalant dans le spectre de la séquence d'image, et comprenant une fonction respective pour chaque symbole des informations à insérer,
- déphaser chaque fonction de l'ensemble de fonctions par une valeur représentative d'un symbole respectif des informations à insérer,
- superposer les fonctions déphasées, et
- combiner les pixels de la séquence d'images au résultat obtenu par la superposition des fonctions déphasées.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que préalablement au déphasage de chaque fonction de l'ensemble de fonctions, il comprend en outre une étape d'entrelacement des symboles des informations à insérer.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que préalablement au déphasage modulation de chaque fonction de l'ensemble de fonctions, il comprend en outre des étapes de génération d'une séquence pseudo-aléatoire comprenant un symbole respectif pour chaque symbole des informations à insérer, et de brassage des symboles des information à insérer avec la séquence pseudo-aléatoire.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de brassage consiste à combiner par une opération OU exclusif des symboles des informations à insérer et la séquence pseudo¬ aléatoire.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fonctions de l'ensemble de fonctions présentent des raies spectrales principales respectives espacées d'un pas constant correspondant à la fréquence ligne de la séquence d'images.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la séquence d'images présente un spectre en forme de peigne, le spectre en forme de peigne de l'ensemble de fonctions étant décalé par rapport au spectre de la séquence d'image d'une fréquence (fd) qui est ajustée.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la combinaison des pixels de la séquence d'images au résultat de la superposition des fonctions déphasées est effectuée par une modulation de la luminance des pixels de la séquence d'images.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la combinaison des pixels de la séquence d'images au résultat de la superposition des fonctions déphasées est effectuée par une rotation des composantes couleur des pixels de la séquence d'images.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de prétraitement de l'image pour éviter des phénomènes de saturation des pixels de la séquence d'images lors de la combinaison de ceux-ci au résultat de la superposition des fonctions déphasées.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de codage des symboles des informations à insérer, pour obtenir une séquence de symboles distincte pour chaque composante couleur des pixels de la séquence d'images, les fonctions de l'ensemble de fonctions étant déphasées par chacune des séquences de symboles obtenues, superposées, puis combinées respectivement aux composantes couleur des pixels de la séquence d'images.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le codage appliqué aux symboles des informations à insérer, pour obtenir une séquence de symboles distincte pour chaque composante couleur est un codage de type convolutif.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la combinaison des pixels de la séquence d'images au résultat de la superposition des fonctions déphasées est effectuée de manière à être peu visible dans la séquence d'images.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la combinaison des pixels de la séquence d'images au résultat de la superposition des fonctions déphasées est effectuée de manière à embrouiller les images de la séquence d'images.
14. Procédé d'extraction d'informations d'une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels, caractérisé en ce que les informations ont été insérées conformément au procédé d'insertion selon l'une des revendications 1 à 12.
15. Procédé de désembrouillage d'une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels, caractérisé en ce que la séquence d'images a été embrouillée conformément au procédé d'insertion selon l'une des revendications 1 à 11 et 13.
16. Dispositif d'insertion d'informations comprenant un nombre prédéterminé de symboles, dans une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mettre en œuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 13.
17. Dispositif d'extraction d'informations d'une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mettre en œuvre le procédé selon la revendication 14.
18. Dispositif de désembrouillage d'une séquence d'images d'au moins une image comportant un nombre prédéterminé de lignes rassemblant chacune un nombre prédéterminé de pixels, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mettre en œuvre le procédé selon la revendication 15.
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