Institut francophonie de Laboratoire d’ Informatique, de Robotique l’Informatique et de Microélectronique de Montpellier MEMOIRE DE FIN D’ETUDES PROTECTION DE SEQUENCE D’IMAGES COMPRIMEES ET PORTABLES : APPLICATION A LA VIDEO SURVEILLANCE Réalisé par VU Duc Minh Encadré par William PUECH & Marc CHAUMONT LIRMM, Montpellier , France Mémoire de fin d’étude – Vu Duc Minh – Promo 11 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table des matières Termes. 3 Table des figures. Compression sans perte. Compression avec perte.
Approche de chiffrage sélectif de l’image. Chiffrage sélectif par plan de bits. Chiffrage sélectif avec compression JPEG. Chiffrage sélectif avec compression JPEG2000.
Estimation de la distribution de coefficient. Quelques distributions fondamentales. Distribution de chaque coefficient AC. Preuves mathématiques de la distribution de coefficients AC.
Algorithme pour trouver la paramètre de forme de la loi gaussienne généralisée34 4. Chiffrage sélectif de l’image avec compression JPEG. Analyse des coefficients. Tester la distribution selon la loi normale.
Tester la distribution selon la loi laplacienne .53 Mémoire de fin d’étude – Vu Duc Minh – Promo 11 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Termes VLC : codage avec longueur variable TCD : transformation cosinus discrète EOB : fin du bloc DPCM : modulation de code d'impulsion différentielle pdf : fonction de densité de probabilité Mémoire de fin d’étude – Vu Duc Minh – Promo 11 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table des figures Figure 1.1 : Le schéma de compression sans perte JPEG .2 : Le schéma de prédiction fondée sur les 3 voisinages .3 : Schéma de JPEG en mode séquentiel .4 : Tableau de quantification défaut.5 : Préparation des coefficients TCD pour le codage par entropie .6 : Catégories (CAT) de codage séquentiel .7 : Coefficients TCD quantifiés d'un bloc .1 : Schéma de cryptage sélectif dans la compression .2 : Image obtenue sans déchiffrage.5% et 25% données cryptés.4 : Chiffrage de 5 plan de bits et 7 plan de bits.5 : Zigzag séquence de JPEG.6 : Image encryptée avec algorithme de Tang .7 : Image décryptée avec la taux de compression de 60% et 20% .8 : Chiffrage sélectif des coefficients AC.9 : Cryptage sélectif en utilisant des coefficients AC .10 : Cryptage des régions locales.11 : Chiffrage sélectif de JBIG en mode progressif.12 : Chiffrage sélectif les coefficients après la quantification d’un bloc TCD.13 : Créer le vecteur binaire claire depuis des coeffients TCD .14 : Chiffrage le vecteur Huffman avec AES en mode CFB.15 : Chiffrage sélectif de JPEG2000 avec l'algorithme de Norcen.16 : Image reçue par chiffrage sélectif 10% des données.2 : Une distribution de coefficients AC .3 : Distribution gaussienne généralisée .1 : Etapes de compression JPEG.2 : Chiffrage coefficients AC avec AES en mode CFB.3 : Lena avec chiffrage sélectif .4 : Bamboo avec chiffrage sélectif .5 : Autres résultats – 128 bits.6 : Chiffrage sélectif des visages .7 : Chiffrage sélectif des visages à partit d’une webcam.8 : Distribution de tous les coefficients avant le chiffrage .9 : Distribution de tous les coefficients après le chiffrage……………….10 : Estimation de la distribution de tous les coefficients en utilisant la loi gaussienne généralisée ………………………………………………………………………………….49 Mémoire de fin d’étude – Vu Duc Minh – Promo 11 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Résumé Le chiffrage joue un rôle important dans la sécurité pour protéger l'information. Mais il exige beaucoup de temps, des ressources de calcul donc il n'est pas approprié, par exemple, à l'application temps réel, aux dispositifs portables. Et pour un certain type d'information numérique, par exemple image, vidéo , nous ne pouvons pas comprendre le contenu qui est complètement chiffrée sans le déchiffrer et nous ne pouvons pas faire une présélection d'information que nous voulons. Une solution à ce problème est le chiffrage sélectif.
Au lieu de chiffrer toutes les données, nous chiffrons seulement une partie des données. En exploitant des structures de fichiers que nous voulons chiffrer, nous pouvons trouver sur quelles parties de données on peut faire le chiffrage sélectif. Dans mon stage, j’étudie les algorithmes de chiffrage sélectif appliquées à l'image et mets en application un algorithme proposé par mon superviseur de stage et cette implémentation sera employée pour le projet TSAR (www. Mots clés : chiffrage sélectif, compression JPEG Mémoire de fin d’étude – Vu Duc Minh – Promo 11 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Abstract Encryption plays an important role in the security to protect the information.
But it demands a lot of time to process so it is not suitable for the real-time application; for the device portable. And for some type of digital information, for example, image, video and sound, we can’t understand the content of information which was full encrypted without decrypt it, so it is not good for demonstration and we can’t do a pre-selection of information we want. One way to solve it is selective encryption. That is we encrypt only a portion of the data.
By exploiting the structure of the file which we want to do selective encryption, we can find which parts we can do encryption. In my stage, I review the method of selective encryption applied to image and implement an algorithm which will be used as demo application for the project TSAR (www. Keywords: selective encryption, JPEG compression. Mémoire de fin d’étude – Vu Duc Minh – Promo 11 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Remerciements Je voudrais tout d’abord remercier Monsieur William PUECH et Monsieur Marc CHAUMONT qui m’ont accueilli dans l’équipe de recherche, ICAR (Image & Interaction), du Laboratoire d‘Informatique, d’ Electronique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM) Je tiens à remercier tout particulièrement William PUECH et Marc CHAUMONT pour m’avoir encadré pendant six mois.
Je les remercie pour leur contact chaleureux, leurs conseils et encouragements pendant mon travail. Mes remerciements les plus sincères vont également à tous les professeurs et au personnel de l’Institut francophonie pour l’Informatique dans lequel j’ai pu apprendre les meilleurs cours pour leur soutien durant mes études à l’IFI. Je tiens à remercier Hamed Ahmadi Nejad pour son code source libre de JPEG et George Anescu pour son source code libre de cryptage AES. Leurs codes sources facilitent ma programmation.
Je veux exprimer mes remerciements aux collègues de l’équipe ICAR (Image et Interaction) pour leur assistance pendant mon stage. Je remercie également les services administratifs à l’accomplissement des formalités nécessaires. En fin, je remerci à ma famille et à mes amis pour leur soutien et leur encouragement permanents. Mémoire de fin d’étude – Vu Duc Minh – Promo 11 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Introduction Les réseaux constituent une méthode de communication essentielle de nos jours; plusieurs sortes d’informations se transfèrent (email, document, sons …) et le problème de sécurité apparait.
On peut écouter, capturer, modifier et retransmettre ces informations. Le chiffrage joue donc un rôle important dans la solution d’empêcher l’utilisation sans autorisation. Cependant, il faut mettre beaucoup de temps pour le chiffrage et le déchiffrage de tous les données donc ce n’est pas approprié, par exemple, pour l’application en temps réel. De plus, quelques fois, selon la demande de la sécurité ou selon la structure de données, on ne doit pas toujours chiffrer toutes les données pour assurer la sécurité mais seulement une partie de ces données.
A partir de ces besoins, une nouvelle direction de chiffrage – cryptage sélectif – est apparue. C'est-à-dire on fait un chiffrage d’une partie sélectionnée de données au lieu de faire un chiffrage de toutes les données. En exploitant la structure de données particulières et leur méthode de compression (image, document …), on peut diminuer le temps de calcul ainsi que des ressources nécessaires. Son avantage permet de se déployer sur les dispositifs comme téléphone portable ou peut être appliqué à des applications temps réel, … Dans le carde du projet TSAR (Transfert Sécurisé d'image d'Art haute Résolution), www.fr/tsar/ , l’équipe ICAR – Image & Interaction, www.fr/icar/, du LIRMM (Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier) est un des cinq partenaires qui contribuent aux études de chiffrage sélectif à ce projet.
Sous la direction de M. Willam Puech, responsable de l’équipe ICAR, et M. Marc Chaumont, je fais les études sur la compression JPEG et en suite, le chiffrage sélectif et particulièrement, l’algorithme dans ce domaine proposé par William PUECH et al [RBP06]. Pour la partie d’expérimentation et sous la demande de mon responsable de stage et le projet TSAR, j’implémente des applications : une application de chiffrage sélectif appliquée aux images JPEG, une version appliquée à la détection de visage dans l’image et une application à la vidéo surveillance.
Puis, je fais une étude sur la distribution de chaque coefficient AC dans une image. Le coefficient AC est reçu par une transformation discrète appelé TCD, et la compression JPEG réalise la compression avec perte par traitement ces coefficients. L’étude de la distribution de chaque coefficient permet d’améliorer l’algorithme de compression, par exemple, par améliorer le tableau de quantification. A partir de cette étude, en basant des outils mathématiques et le logiciel Matlab, je réalise des expérimentations sur la distribution de tous les coefficients.
Le but de cette expérimentation est de tester si l’on peut utiliser une loi pour modéliser la distribution de tous les coefficients après le chiffrage. Mémoire de fin d’étude – Vu Duc Minh – Promo 11 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Le rapport se divise en 5 parties principales : - La première partie introduit la compression JPEG. L’image transférée sur le réseau subit souvent une compression, particulièrement la compression JPEG donc qu’une étude complète de cette norme de compression nous permet de bien comprendre la structure et la procédé de la compression JPEG , depuis on peut bien comprendre les algorithmes de chiffrage sélectif appliqués à ce type d’image. - La deuxième partie fait une étude du chiffrage sélectif.
Dans cette partie, j’étudie les algorithmes de chiffrage sélectif appliquant aux images JPEG et JPEG2000 en me basant des articles existants dans ce domaine. - La troisième partie parle de la distribution de chaque coefficient AC de la compression JPEG. Dans cette partie, nous faisons attention particulièrement aux articles qui nous donne des développements mathématiques sur la distribution de chaque coefficient AC car ils nous donnent une vue plus exacte que celle des observations basées sur des cas particuliers. - La quatrième partie présente des applications implémentées en utilisant l’algorithme de William PUECH et al [RPB06] et des observations de la distribution de tous les coefficients en basant des méthodes de vérification statistique.
Cette partie est ma contribution principale à mon stage, ce sont des logiciels pour le projet TSAR. Je propose une méthode pour le chiffrage sélectif des visages appliquant à l’image dans le domaine spatial. - La dernière partie est une conclusion de mon travail de stage. Nous revenons principalement sur les méthodes de chiffrage sélectif et leur domaine de traitement et mes contributions principales dans ce stage.
Mémoire de fin d’étude – Vu Duc Minh – Promo 11 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Compression JPEG La norme JPEG indique deux classes de codage et de décodage, à savoir la compression avec perte et la compression sans perte. La compression sans perte est basée sur une méthode prédictive utilisant des valeurs de pixels voisines, et la transformation TCD est utilisé pour le mode avec perte. La norme de compression JPEG qui est la plus utilisée est la norme de compression avec perte.
Et les études de cette norme de compression nous permettent de comprendre les algorithmes de chiffrage sélectif qui seront présentées dans la partie suivante. Il y a quelques sources principales que j’ai utilisées pour étudier cette compression, particulièrement, le livre de Mohammed Ghanbari [M03], “Standard Codecs : Image Compression to Advanced Video Coding”.