SISTEMA DE MARCADO DE AGUA DIGITAL EN PARTICULAR DE UN SISTEMA DE MARCADO DE AGUADIGITAL PARA LA DETECCION Y LOCALIZACION DE ALTERACIONES EN IMAGENES DIGITALES.

Un sistema de marcado de agua digital con detección de manipulación de imágenes digitales para sistemas de vídeo.

Supervisión insertando información de integridad y al menos un mensaje, caracterizado porque el método de marcado de agua comprende los pasos de:

transformar la imagen digital en una imagen digital transformada, dividir ésta en una pluralidad de bloques; obtener una pluralidad de valores proyectados de mensaje para cada uno de los mensajes; insertar cada bit de cada mensaje al menos en uno de dichos valores proyectados de mensaje; obtener valores proyectados de integridad para dicha información de integridad; insertar cada parte de la información de integridad en dichos valores proyectados de integridad; actualizar cada coeficiente predeterminado usado para calcular los valores proyectados de mensaje con los valores proyectados insertados de mensaje; actualizar cada coeficiente predeterminado usado para calcular los valores proyectados de integridad con los valores proyectados insertados de integridad

Sistema de marcado de agua digital en particular de un sistema de marcado de agua digital para la detección y localización de alteraciones en imágenes digitales.

La presente invención se refiere a un sistema de marcado de agua digital en particular de un sistema de marcado de agua digital para la detección y localización de alteraciones en imágenes digitales, en el que las imágenes digitales son obtenidas en un sistema digital de vídeo supervisión.

En un sistema de vídeo supervisión un elemento fundamental es la cámara. Actualmente, las cámaras analógicas son sustituidas por cámaras de seguridad digitales. éstas, en muchos casos, están diseñadas para utilizar las redes de comunicaciones digitales existentes, lo que conlleva una reducción de los costes de instalación. Ese factor es el causante del rápido aumento del número de ese tipo de sistemas digitales.

Otros dispositivos comunes en los sistemas de vídeo supervisión digitales son los servidores de vídeo. Su función principal es digitalizar la señal de vídeo analógica. Otra característica habitual es que realizan las funciones de interfaz entre las cámaras analógicas y las redes de comunicaciones digitales. Esto permite pasar de forma gradual de un sistema vídeo supervisión analógico a uno digital.

Los servidores centrales son los otros dispositivos que componen, con los presentados anteriormente, el conjunto de elementos básicos de un sistema de vídeo supervisión digital. Su cometido esencial es la configuración del sistema y el control general de las cámaras digitales y los servidores de vídeo. Además, es muy común que se archiven en ellos las secuencias de vídeo obtenidas.

Estos nuevos sistemas digitales de vídeo supervisión aparecen fruto del enorme avance en las tecnologías de la información en las últimas décadas. Paralelamente a su aparición surgen numerosas aplicaciones para la edición de imágenes fijas y vídeo. Con ellas no es complicado conseguir alterar una imagen, de tal forma que no se pueda discernir entre una original y una falsa. Además, el número de potenciales manipuladores ha aumentado de manera enorme, ya que debido a Internet esas herramientas de edición están al alcance de un gran número de usuarios. Una consecuencia de lo anterior es que, desde el punto de vista de la autenticidad, la validez de las imágenes fijas y los vídeos digitales está cada vez más cuestionada.

El marcado de agua digital es una de las soluciones propuestas para resolver el problema mencionado anteriormente. Es un conjunto de técnicas empleadas para insertar información en un documento digital (imagen, vídeo, audio, etc.). La introducción de la información se realiza modificando el documento original (huésped) con la restricción principal de que la distorsión producida por el marcado se tolerable (en función de la aplicación). Una de sus ventajas esenciales es que los datos insertados están ligados al huésped, de ahí que no sea necesario ningún archivo adicional como ocurre en el caso de la criptografía.

Para la clasificación de una técnica concreta de marcado de agua digital se emplean varias características. Dos de las más importantes son la robustez y la necesidad o no del huésped para hacer posible la extracción de la información. Sobre esta última característica, se dice que una técnica es ciega si para la extracción de la información no necesita el huésped y no ciega en el caso contrario.

En la vídeo supervisión, una condición imprescindible es que no se necesiten las imágenes originales para poder extraer la información, para evitar doblar la capacidad de almacenamiento requerida. Como consecuencia se desprende que una técnica de marcado de agua para sistemas de vídeo supervisión debe ser preferiblemente ciega.

Una técnica de marcado de agua es robusta si la marca que tiene insertada resiste las alteraciones, pudiendo ser casuales o intencionadas. En el caso opuesto se encuentran las técnicas frágiles, que son aquéllas en las que la marca se corrompe tras la a la más mínima alteración. Para la detección de manipulaciones de contenidos digitales se usan las técnicas frágiles o semifrágiles, pues ellas permiten demostrar la autenticidad del contenido analizando la integridad de la marca.

Actualmente, una de las grandes familias de técnicas de marcado de agua digital es la de espectro ensanchado, otra es aquélla formada por las llamadas técnicas de marcado de agua digital con información lateral en el codificador. Una característica particular de las técnicas de marcado de agua digital de espectro ensanchado en esquemas ciegos es que sufren la interferencia del propio huésped. En contraposición, las técnicas con información lateral en el codificador no sufren dicha interferencia. Dado que, como se indicó anteriormente, la autenticación de las imágenes de un sistema de vídeo supervisión es preciso que sea ciega, los esquemas más avanzados usan técnicas con información lateral en el codificador.

Un ejemplo de técnica de marcado de agua digital con información lateral en el codificador y extracción ciega se puede encontrar en el artículo de B. Chen y G. W. Wornell: "Quantization Index Modulation: A Class of Provably Good Methods for Digital Watermarking and Information Embedding", publicado en IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 47, No. 4, Mayo 2001. En este documento se muestra la posibilidad de usar cuantificadores para insertar información en el huésped. Básicamente, la idea propuesta es tener un conjunto de cuantificadores de los cuales se selecciona uno dependiendo del mensaje que se quiera insertar. La obtención de ese conjunto de cuantificadores no es trivial. Los autores proponen un procedimiento práctico para obtenerlos de manera eficiente y estructurada. Partiendo de un cuantificador prototipo se desplazan los puntos de reconstrucción, con el efecto de la obtención de un cuantificador distinto; esta técnica se llama modulación Dither. Por otra parte, se muestra como es posible aumentar la robustez bajando la tasa de transmisión. Uno de los procesos expuestos consiste en proyectar los valores del huésped antes de insertar la marca, de este modo el ruido que sea ortogonal al vector sobre el que se proyecta no influirá en la comunicación. En este documento se presenta la técnica llamada compensación de distorsión DC (Distortion-Compensated); mediante ella se puede controlar la diferencia entre el documento marcado y el documento original. Como resultado, existe otro valor con el que se puede llegar a una solución válida entre la robustez de la marca de agua y la imperceptibilidad.

Otro enfoque de la proyección en el marcado de agua digital se puede encontrar en el artículo de Fernando Pérez-González, Félix Balado, y Juan R. Hernández: "Performance analysis of existing and new methods for data hiding with known-host information in additive channels", publicado en IEEE Transactions on Signal Processing, 51(4):960-980, Abril 2003. Special Issue on Signal Processing for Data Hiding in Digital Media & Secure Content Delivery. En este documento los autores dan una visión más amplia de la proyección de los valores del huésped, pues llegan a una solución de compromiso entre las técnicas de inserción con información lateral en el codificador y las técnicas de espectro ensanchado.

Otra implementación práctica de las técnicas basadas en cuantificadores está en el documento de Joachim J. Eggers, Robert Bauml, Tomas Tzschoppe y Bernd Girod: "Scalar Costa Scheme for Information Embedding", publicado en IEEE Transactions on Signal Processing, VOL. 51, NO. 4, Abril 2003. En este documento se muestra una técnica cercana a la modulación Dither, pero centrada exclusivamente sobre cuantificadores escalares.

Los artículos presentados anteriormente tienen como denominador común el enfoque teórico de los esquemas de marcado de agua que proponen. Un ejemplo de ello es modelar el canal ruidoso de comunicación como un canal con ruido blanco gausiano aditivo, mientras que en muchas ocasiones el canal está caracterizado por un ruido de cuantificación; como es el caso de la codificación de imágenes fijas en JPEG o vídeos en MPEG-1.

Hay varias patentes centradas en el campo del marcado de agua para la autenticación de imágenes. La patente US20041 31 1 84 tiene como fin demostrar la validez de vídeos para ser usados como pruebas irrefutables ante la justicia. Utiliza técnicas de marcado de agua Dither-QIM, introduciendo dos tipos de información: uno es de identidad y el otro de control. La información de identidad se usa para...

1. Un sistema de marcado de agua digital con detección de manipulación de imágenes digitales para sistemas de vídeo supervisión insertando información de integridad y al menos un mensaje, caracterizado porque el método de marcado de agua comprende los pasos de:

transformar la imagen digital en una imagen digital transformada, dividir la imagen digital transformada en una pluralidad de bloques, teniendo cada bloque una pluralidad de coeficientes;

obtener una pluralidad de valores proyectados de mensaje para cada uno de los mensajes proyectando una pluralidad de coeficientes predeterminados sobre un vector dependiente de una clave secreta;

insertar cada bit de cada mensaje al menos en uno de dichos valores proyectados de mensaje;

obtener una pluralidad de valores proyectados de integridad para dicha información de integridad proyectando una pluralidad de coeficientes predeterminados sobre un vector dependiente de mensaje, siendo dicho vector dependiente de mensaje derivado a partir de al menos uno de dichos mensajes y la clave secreta;

insertar cada parte de la información de integridad al menos en uno de dichos valores proyectados de integridad;

actualizar cada coeficiente predeterminado usado para calcular los valores proyectados de mensaje con los valores proyectados insertados de mensaje, logrando que la proyección de los coeficientes predeterminados actualizados de mensaje sobre el vector dependiente de la clave secreta y los valores proyectados insertados de mensaje sean idénticos; y

actualizar cada coeficiente predeterminado usado para calcular los valores proyectados de integridad con los valores proyectados insertados de integridad, logrando que la proyección de los coeficientes predeterminados actualizados de integridad sobre dicho vector dependiente de mensaje y los valores proyectados insertados de integridad sean idénticos.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de insertar cada parte de la información de integridad se calcula sometiendo dichos valores proyectados de integridad a una cuantificación empleando un cuantificador de celosía con un tamaño de escalón predeterminado y moviendo los centroides del cuantificador de celosía con un vector de desplazamiento sincronizado con al menos uno de dichos mensajes y la clave secreta; y el paso de insertar cada bit de cada mensaje se calcula sometiendo dichos valores proyectados de mensaje a una cuantificación empleando un cuantificador de celosía con un tamaño de escalón predeterminado y moviendo los centroides del cuantificador de celosía con un vector de desplazamiento sincronizado con la clave secreta.

3. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque cada pluralidad de coeficientes predeterminados usada para insertar los mensajes es seleccionada pseudoaletoriamente con la clave secreta.

4. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque cada valor de dicho vector dependiente de mensaje teniendo una posición específica en dicho vector dependiente de mensaje y cada valor del vector dependiente de la clave secreta teniendo una posición específica en el vector dependiente de la clave secreta se ponderan por un factor, donde dicho factor se deriva de dicha posición específica de cada valor en el vector.

5. Sistema según la reivindicación 4, caracterizado porque dicha imagen digital se codifica con un estándar de imagen digital obteniendo una imagen digital codificada, donde dicho estándar de imagen digital es seleccionado del grupo constituido por el estándar JPEG y cualquiera de los estándares MPEG; cada coeficiente se codifica dividiéndolo por un valor de la tabla de cuantificación del estándar, donde dicho valor de la tabla de cuantificación es función de la posición del coeficiente en el bloque concreto al que pertenece; y el valor de cada factor que pondera a un valor concreto del vector dependiente es función del valor de la tabla de cuantificación que divide a un coeficiente concreto en la imagen codificada, donde dicho coeficiente concreto multiplica dicho valor concreto del vector dependiente al proyectar en los pasos de obtención de las pluralidades de valores proyectados.

6. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque uno de dichos mensajes es una referencia temporal.

7. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque uno de dichos mensajes es un identificador único de un dispositivo, donde dicho dispositivo capturó dicha imagen digital.

8. Un sistema de marcado de agua digital con detección de manipulación en una imagen digital con marca de agua para sistemas de vídeo supervisión extrayendo datos de dicha imagen digital con marca de agua, donde dichos datos son información de integridad y al menos un mensaje, caracterizado porque el método de marcado de agua comprende los pasos de:

transformar la imagen digital en una imagen digital transformada, dividir la imagen transformada en una pluralidad de bloques, cada bloque teniendo una pluralidad de coeficientes;

obtener una pluralidad de valores proyectados para cada uno de dichos mensajes proyectando una pluralidad de coeficientes predeterminados sobre un vector dependiente de una clave secreta;

extraer una pluralidad de bits de cada mensaje de los valores proyectados de mensaje;

para cada mensaje determinar un mensaje reconstruido basado en los bits extraídos de cada mensaje;

obtener una pluralidad de valores proyectados de integridad para la información de integridad proyectando una pluralidad de coeficientes predeterminados sobre un vector dependiente de mensaje, el cual se deriva al menos de uno de los mensajes reconstruidos y de la clave secreta;

extraer una pluralidad de partes de la información de integridad de dicha pluralidad de valores proyectados de integridad; y

determinar si la imagen digital con marca de agua fue alterada o no analizando las partes extraídas de la información de integridad.

9. Sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque el paso de extraer una pluralidad de partes de la información de integridad se calcula sometiendo dichos valores proyectados de integridad a una cuantificación empleando un cuantificador de celosía con un tamaño predeterminado de escalón y moviendo sus centroides de cuantificador de celosía con un vector de desplazamiento sincronizado con al menos uno de dichos mensajes reconstruidos y la clave secreta; y en el paso de extraer una pluralidad de bits de cada mensaje de los valores proyectados se calcula sometiendo dicho valor proyectado de mensaje a una cuantificación empleando un cuantificador de celosía con un tamaño predeterminado de escalón moviendo sus centroides de cuantificador de celosía con un vector de desplazamiento sincronizado con la clave secreta.

10. Sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque cada pluralidad de coeficientes predeterminados usada para descodificar el mensaje reconstruido es seleccionado pseudoaletoriamente con la clave secreta.

11. Sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque cada valor de dicho vector dependiente de mensaje teniendo una posición específica en dicho vector dependiente de mensaje y cada valor del vector dependiente de la clave secreta teniendo una posición específica en el vector dependiente de la clave secreta se ponderan por un factor, donde dicho factor deriva de dicha posición específica de cada valor en el vector.

12. Sistema según la reivindicación 11, caracterizado porque dicha imagen digital se codifica con un estándar de imagen digital obteniendo una imagen digital codificada, donde dicho estándar de imagen digital es seleccionado del grupo constituido por el estándar JPEG y cualquiera de los estándares MPEG; cada coeficiente se codifica dividiéndolo por un valor de la tabla de cuantificación del estándar, donde dicho valor de la tabla de cuantificación es función de la posición del coeficiente en el bloque concreto al que pertenece; y el valor de cada factor que pondera a un valor concreto del vector dependiente es función del valor de la tabla de cuantificación que divide a un coeficiente concreto en la imagen codificada, donde dicho coeficiente concreto multiplica dicho valor concreto del vector dependiente al proyectar en los pasos de obtención de las pluralidades de valores proyectados.

13. Sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque uno de dichos mensajes es una referencia temporal que es usada para decidir si la imagen digital con marca de agua fue obtenida en un periodo válido de tiempo o sufrió una manipulación temporal.

14. Sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque uno de dichos mensajes es un identificador de un dispositivo, donde dicho dispositivo capturó dicha imagen; dicho identificador único es usado para verificar si la imagen digital fue alterada o no.

15. Una cámara digital de red, que está caracterizada porque comprende:

una lente para focalizar una imagen sobre un sensor de imagen;

un circuito de generación de imagen para generar una imagen digital a partir de una imagen capturada por dicho sensor de imagen;

un circuito de control para controlar las comunicaciones entre la cámara digital y la red a la que está conectada;

y dicho circuito de control está preparado para para llevar a cabo un método acorde con alguna de las reivindicaciones de 1 a 7.

16. Un sistema de computación incluyendo un procesador y una memoria, donde dicho sistema de computación está integrado en un sistema de vídeo supervisión, donde el sistema de computación está caracterizado en que está preparado para llevar a cabo un método acorde con alguna de las reivindicaciones de 8 a 14.