UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO

UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Assnatura Dgtal de Iagens Baseada e Espalhaento de Espectro Toás Goes da Slva Serpa Brandão (Lcencado) Dssertação para obtenção do Grau de Mestre e Engenhara Electrotécnca e de Coputadores Orentadora: Profª. Doutora Mara Paula dos Santos Queluz Rodrgues Presdente: Vogas: Prof. Doutor Máro Alexandre Teles de Fgueredo Profª. Doutora Mara Paula dos Santos Queluz Rodrgues Prof. Doutor Francsco Antóno Bucho Cercas Mao de 00

Resuo III Resuo A assnatura dgtal de produtos ultéda (agens, vídeo, so ou texto) co recurso a arcas-de-água, consste na nserção de nforação adconal de fora perceptível, sobre esses produtos. Esta tecnologa te sdo proposta coo fora de assegurar novas funconaldades relaconadas co a protecção da nforação dgtal, tas coo a gestão de dretos de autor, a autentcação de conteúdos e o controlo de cópas. Poderá tabé consttur u ecanso para nserção de nforação descrtva ou de referênca (e.g., eta-data) nu dado snal. Mutos algortos de arcas-de-água para agens fxas e vídeo recorre aos prncípos do espalhaento de espectro: u snal de banda estreta (arca) é transtdo nu canal de banda larga (age ou vídeo), sujeto a ruído e dstorção. Segundo esta abordage, é possível estabelecer ua analoga entre u sstea de assnatura de agens e u sstea de councações, o que sugere a utlzação de concetos e resultados da teora da councação dgtal. O prncpal assunto e análse nesta tese é a avalação do pacto que a utlzação de odulação ultnível, codfcação de canal e cobnação de snal, te no desepenho dos algortos de arcas-de-água baseados e espalhaento de espectro. Palavras-chave: Marcas-de-água; Espalhaento de espectro; Modulação ultnível; Codfcação de canal; Detecção ópta; Cobnação de snal.

IV Resuo

Abstract V Abstract Waterarkng has been proposed as a technology provdng securty systes wth new features, such as copyrght anageent, content-based authentcaton and playback/copy control. It ay also provde a echans for ebeddng descrptve or reference nforaton (e.g., eta-data) n a gven sgnal. The concept of dgtal waterarkng s to ebed a dgtal ark nto the nforaton (audo, age or vdeo) n a statstcal and perceptually undetectable way. Most waterarkng ethods use a so-called spread spectru approach: a narrowband sgnal (the waterark nforaton) has to be transtted va a wdeband channel that s subject to nose and dstorton (the ulteda host data, e.g., stll ages and vdeo). Under ths approach, dgtal waterarkng can be treated as a councaton proble, and concepts and technques fro councaton theory can be used. The applcaton of soe of those technques, naely ultlevel odulaton, channel codng and sgnal cobnng, to spread spectru based dgtal waterarkng, s the an subject under analyss n ths thess. Keywords: Waterarkng; Spread spectru; Multlevel odulaton, Channel codng; Optal detecton; Sgnal cobnng.

VI Abstract

Agradecentos VII Agradecentos Durante o período de desenvolvento desta tese, benefce da colaboração de dversas pessoas que e ajudara a ultrapassar dfculdades e obstáculos. Pretendo deste odo deonstrar a nha gratdão para co essas pessoas. E prero lugar, gostara de agradecer à nha orentadora centífca, a Professora Mara Paula Queluz, que contrbuu actvaente para a realzação deste trabalho, apoando-e ncondconalente, dando-e dversos conselhos útes e ostrando sepre grande dsponbldade para dscussões centífcas (utas das quas dera os seus frutos). Gostara tabé de agradecer ao Professor Antóno Rodrgues o tepo que dspensou para apoo à realzação deste trabalho, noeadaente para esclarecento de dúvdas e para resolução de probleas de logístca. U grande obrgado a todo o Grupo de Iage do IT-Lsboa pela ajuda prestada. Agradeço e partcular aos Engenheros João Ascenso, Luís Ducla, Paulo Nunes e Paulo Correa, que tantas vezes e ajudara a resolver probleas de orde dversa. O bo abente e o espírto de caaradage exstentes neste grupo possbltara tabé que o desenvolvento do trabalho tenha sdo realzado de ua fora bastante agradável. U grande agradecento para o pessoal da sala de bolseros do 0º pso do IT-Lsboa, e especal para a Engª. Gabrela Marques, o Eng. Paulo Marques e o Doutor Fernando Velez, pelas pequenas (as precosas) ajudas e pelo apoo oral que e dera. Para fnalzar, gostara de agradecer à Márca toda a sua pacênca e copreensão pelo tepo que sacrfcáos.

VIII Agradecentos

Índce IX Índce RESUMO III ABSTRACT III AGRADECIMENTOS III ÍNDICE III ÍNDICE DE FIGURAS III ÍNDICE DE TABELAS III CAPÍTULO INTRODUÇÃO 3 CAPÍTULO ASSINATURA DE IMAGENS COM MARCAS-DE-ÁGUA 3. INTRODUÇÃO... 3. BREVE HISTORIAL DAS MARCAS-DE-ÁGUA... 3.3 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO E CONCEITOS RELACIONADOS... 3.3. Esquea geral de u sstea de assnatura de agens...3.3. Classes de arcas-de-água...3.3.3 Qualdade vsual...3.3.4 Fabldade na extracção...3.3.5 Fabldade na detecção...3.3.6 Payload...3.3.7 Coplexdade...3.3.8 Foras de ataque e sua caracterzação...3.3.9 Segurança...3.4 ÁREAS DE APLICAÇÃO DAS MARCAS-DE-ÁGUA... 3.4. Prova do propretáro...3.4. Identfcação...3.4.3 Autentcação...3.4.4 Montorzação da dfusão/dstrbução...3

X Índce.4.5 Avalação da ntegrdade... 3.4.6 Ipressões dgtas (fngerprntng)... 3.4.7 Controlo de utlzação... 3.4.8 Transporte de nforação adconal... 3.4.9 Síntese de requstos... 3.5 AMBIGUIDADES NAS MARCAS-DE-ÁGUA...3 CAPÍTULO 3 ESPALHAMENTO DE ESPECTRO EM MARCAS-DE-ÁGUA 3 3. INTRODUÇÃO...3 3. ESPALHAMENTO DE ESPECTRO: PRINCÍPIOS BÁSICOS E APLICAÇÃO À ASSINATURA DE IMAGENS...3 3.3 INSERÇÃO DA MARCA-DE-ÁGUA...3 3.3. Esquea geral de nserção... 3 3.3. Modulador ultnível... 3 3.3.3 Mapeaento bdensonal... 3 3.3.4 Modelo perceptual... 3 3.4 EXTRACÇÃO DA MARCA-DE-ÁGUA...3 3.5 MARCAS-DE-ÁGUA NO DOMÍNIO ESPACIAL...3 3.5. Inserção e extracção da arca-de-água no doíno espacal... 3 3.5. Análse do desepenho... 3 3.5.3 Resultados... 3 3.6 MARCAS-DE-ÁGUA NO DOMÍNIO DA FREQUÊNCIA...3 3.6. Inserção e extracção da arca-de-água no doíno da frequênca... 3 3.6. Modelo perceptual para o doíno da frequênca... 3 3.6.3 Modelo estatístco dos coefcentes DCT... 3 3.6.4 Estrutura do desodulador... 3 3.6.5 Análse do desepenho... 3 3.6.6 Resultados... 3 3.7 COMPARAÇÃO ENTRE RESULTADOS REFERENTES AOS DOIS DOMÍNIOS...3 3.8 CONSIDERAÇÕES FINAIS...3 CAPÍTULO 4 CODIFICAÇÃO PARA CORRECÇÃO DE ERROS 3 4. INTRODUÇÃO...3

Índce XI 4. PRINCIPAIS CLASSES DE CODIFICAÇÃO DE CANAL... 3 4.. Taxonoa...3 4.. Códgos de bloco...3 4..3 Códgos convoluconas bnáros...3 4.3 APLICAÇÃO DE CODIFICAÇÃO DE CANAL A MARCAS-DE-ÁGUA... 3 4.3. Códgos de bloco bnáros...3 4.3. Códgos de bloco não bnáros...3 4.3.3 Códgos convoluconas bnáros...3 4.4 COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO... 3 4.5 RESULTADOS EM PRESENÇA DE COMPRESSÃO JPEG... 3 4.6 RESULTADOS EM PRESENÇA DE RUÍDO BRANCO GAUSSIANO E CORTES... 3 4.7 RESULTADOS NO DOMÍNIO DA FREQUÊNCIA... 3 4.8 CONSIDERAÇÕES FINAIS... 3 CAPÍTULO 5 TÉCNICAS DE COMBINAÇÃO DE SINAL 3 5. INTRODUÇÃO... 3 5. COMBINAÇÃO COM LÓGICA DE MAIORIA... 3 5.3 COMBINAÇÃO LINEAR... 3 5.3. Cobnação ópta...3 5.3. Cobnação quase ópta...3 5.3.3 Cobnação co pesos guas e constantes...3 5.3.4 Coparação das váras estratégas de cobnação lnear...3 5.3.5 Estador de áxa veroslhança (ML)...3 5.4 RESULTADOS... 3 5.4. Resultados co nserção no doíno espacal...3 5.4. Resultados co nserção no doíno da frequênca...3 5.5 CONSIDERAÇÕES FINAIS... 3 CAPÍTULO 6 CONCLUSÕES 3 BIBLIOGRAFIA 3 ANEXO A LIMITE DE SHANNON 3

XII Índce ANEXO B FREQUÊNCIAS ESPACIAIS EM CICLOS POR GRAU 3 ANEXO C ESTRUTURA DO DESMODULADOR 3 ANEXO D CLASSIFICAÇÃO DE TRAMAS NA NORMA MPEG- VÍDEO 3

Índce de fguras XIII Índce de fguras Fgura. Assnatura dgtal de ua age...3 Fgura. Extracção de ua arca-de-água dgtal...3 Fgura.3 Detecção de ua arca-de-água dgtal...3 Fgura 3. A tecnologa das arcas-de-água nua perspectva de councação dgtal....3 Fgura 3. Espalhaento do espectro de u snal...3 Fgura 3.3 Councação dgtal co odulação baseada e espalhaento de espectro....3 Fgura 3.4 Exeplo de odulação (a) e de desodulação (b) por espalhaento de espectro...3 Fgura 3.5 Assnatura de agens baseada e espalhaento de espectro...3 Fgura 3.6 Esquea geral de nserção da arca-de-água....3 Fgura 3.7 Exeplo lustratvo do apeaento bdensonal: a) Sequêncas a apear; b) Tabela de atrbuções; c) Sequêncas apeadas...3 Fgura 3.8 Esquea geral de extracção da arca-de-água....3 Fgura 3.9 Esquea geral do desodulador ultnível...3 Fgura 3.0 Esqueas de nserção e extracção de arcas-de-água no doíno espacal: a) Inserção; b) Extracção...3 Fgura 3. Esquea do desodulador ultnível para o doíno espacal...3 Fgura 3. Iagens utlzadas nas sulações....3 Fgura 3.3 Resultados teórcos P b vs. Nº de Pxels / Bt de nforação....3 Fgura 3.4 Resultados experentas P b vs. Nº de Pxels / Bt de nforação...3 Fgura 3.5 Resultados experentas P b e presença de copressão JPEG....3 Fgura 3.6 Ruído gaussano na age Lena: a) Iage arcada; b) Iage arcada corropda por ruído gaussano co σ r = 0; c) Módulo da dferença entre (a) e (b) ultplcada por 8....3 Fgura 3.7 Resultados experentas P b e presença de ruído branco gaussano....3 Fgura 3.8 Corte sobre a age Lena (arcada) co L Crop = 30...3 Fgura 3.9 Resultados experentas P b e presença de cortes...3 Fgura 3.0 Esqueas de nserção e extracção de arcas-de-água no doíno da frequênca: a) Inserção; b) Extracção...3

XIV Índce de fguras Fgura 3. Coefcentes DCT utlzados para nserção da arca.... 3 Fgura 3. Coefcentes DCT para os quas fo realzado o teste χ... 3 Fgura 3.3 Dstrbução estatístca de alguns coefcentes DCT age Lena.... 3 Fgura 3.4 Estrutura do desodulador para nserção no doíno da frequênca.... 3 Fgura 3.5 Resultados experentas para M=, co e se contablzação de B[], consderando que os coefcentes DCT segue ua dstrbução de Laplace (c[]=)... 3 Fgura 3.6 Resultados teórcos e experentas P b vs. Nº de pontos / Bt de nforação... 3 Fgura 3.7 Resultados experentas P b e presença de copressão JPEG.... 3 Fgura 3.8 PSNR resultante após nserção da arca age Lena.... 3 Fgura 3.9 Coparação de resultados nos dos doínos de nserção age Lena... 3 Fgura 3.30 PSNR resultante após nserção da arca age 0.... 3 Fgura 3.3 Coparação de resultados nos dos doínos age 0... 3 Fgura 3.3 PSNR resultante após nserção da arca e copressão JPEG.... 3 Fgura 3.33 Coparação de resultados nos dos doínos quando e presença de copressão.3 Fgura 4. Taxonoa das técncas de codfcação de canal usuas e telecouncações... 3 Fgura 4. Estrutura de palavra de u códgo de bloco lnear... 3 Fgura 4.3 Codfcador convoluconal sples... 3 Fgura 4.4 Árvore do códgo convoluconal referente à fgura 4.3... 3 Fgura 4.5 Esquea geral de nserção da arca-de-água (co codfcador)... 3 Fgura 4.6 Esquea geral de extracção da arca-de-água (co descodfcador).... 3 Fgura 4.7 Resultados teórcos de P b vs. Nº de pxels / Bt de nforação para dversos códgos BCH (Iage Lena)... 3 Fgura 4.8 Resultados teórcos e experentas de P b vs. Nº de pxels / Bt de nforação para o códgo BCH(7,64).... 3 Fgura 4.9 Resultados teórcos de P b vs. Nº de pxels / Bt de nforação para dversos códgos RS utlzando 6 níves de snalzação (Iage Lena)... 3 Fgura 4.0 Resultados teórcos de P b vs. Nº de pxels / Bt de nforação para dversos códgos RS utlzando 56 níves de snalzação (Lena)... 3 Fgura 4. Resultados experentas de P b vs. Nº de pxels / Bt de nforação para o códgo RS(4,8) utlzando 6 e 56 níves de snalzação... 3 Fgura 4. Resultados teórcos e experentas de P b vs. Nº de pxels / Bt de nforação para o códgo convoluconal co c r =½ co decsões dura e suave... 3

Índce de fguras XV Fgura 4.3 Resultados experentas P b vs. Nº de Pxels / Bt de nforação...3 Fgura 4.4 Resultados experentas e presença de copressão JPEG...3 Fgura 4.6 Resultados experentas e presença de cortes....3 Fgura 4.7 Resultados teórcos e experentas (doíno da frequênca)....3 Fgura 4.8 Resultados experentas e presença de copressão JPEG (doíno da frequênca)....3 Fgura 5. Esquea de cobnação de snal....3 Fgura 5. Esquea de extracção da arca co saídas utlzadas na cobnação de snal...3 Fgura 5.3 Exeplo de aplcação de lógca de aora...3 Fgura 5.4 Dagraa de blocos do sstea de cobnação lnear de snal (para M=)...3 Fgura 5.5 a) Valores de G, G e G 3 para alguas cobnações de α,β; b) Evolução de G co α,β. E abos os casos, γ=...3 Fgura 5.6 a) Valores de G, G e G 3 para alguas cobnações de α,β; b) Evolução de G co α,β. E abos os casos, γ=.5...3 Fgura 5.7 a) Valores de G, G e G 3, para alguas cobnações de α,β; b) Evolução de G co α,β. E abos os casos, γ=...3 Fgura 5.8 Sequêncas de vídeo CCIR-60 co 300 traas cada: a) Stefan; b) Moble & Calendar; c) Table-Tenns....3 Fgura 5.9 Evolução de a e σ e 3 GOPs da sequênca Stefan MPEG- @ Mbt/s....3 Fgura 5.0 Evolução de a e σ e 3 GOPs da sequênca Stefan MPEG- @ 4 Mbt/s....3 Fgura 5. Evolução de a e σ e 3 GOPs da sequênca Stefan MPEG- @ 6 Mbt/s....3 Fgura 5. Evolução de c e 3 GOPs da sequênca Stefan MPEG- @ Mbt/s, utlzando o étodo...3 Fgura 5.3 Evolução de c e 3 GOPs da sequênca Stefan MPEG- @ 4 Mbt/s, utlzando o étodo...3 Fgura 5.4 Evolução de c e 3 GOPs da sequênca Stefan MPEG- @ 6 Mbt/s, utlzando o étodo...3 Fgura 5.5 Evolução de c e 3 GOPs da sequênca Stefan MPEG- @ Mbt/s, utlzando o étodo...3 Fgura 5.6 Evolução de c e 3 GOPs da sequênca Stefan MPEG- @ 4 Mbt/s, utlzando o étodo...3 Fgura 5.7 Evolução de c e 3 GOPs da sequênca Stefan MPEG- @ 6 Mbt/s, utlzando o étodo...3

XVI Índce de fguras Fgura 5.8 Evolução de c e 3 GOPs da sequênca Stefan MPEG- @ Mbt/s, utlzando conhecento a pror dos síbolos nserdos no cálculo de a e σ.... 3 Fgura 5.9 Evolução de c e 3 GOPs da sequênca Stefan MPEG- @ 4 Mbt/s, utlzando conhecento a pror dos síbolos nserdos no cálculo de a e σ.... 3 Fgura 5.0 Evolução de c e 3 GOPs da sequênca Stefan MPEG- @ 6 Mbt/s, utlzando conhecento a pror dos síbolos nserdos no cálculo de a e σ.... 3 Fgura A. Lte de Shannon age Lena: a) P b vs. Nº de pxels/bt de nforação; b) SNR vs. Nº de pxels/bt de nforação... 3 Fgura A. Lte de Shannon age Mandrll: a) P b vs. Nº de pxels/bt de nforação; b) SNR vs. Nº de pxels/bt de nforação... 3 Fgura A.3 Lte de Shannon age 0: a) P b vs. Nº de pxels/bt de nforação; b) SNR vs. Nº de pxels/bt de nforação... 3 Fgura B. Ângulo de observação.... 3 Fgura D. Estrutura de traas GOP 3, co passo de predcção.... 3 Fgura D. Estrutura de traas GOP 6, co passo de predcção 3.... 3

Índce de tabelas XVII Índce de tabelas Tabela. Síntese de requstos couns...3 Tabela 3. Parâetros utlzados no odelo perceptual do doíno da frequênca...3 Tabela 3. Resultados do teste ch-quadrado (χ )...3 Tabela 4. Códgos de bloco bnáros BCH analsados....3 Tabela 4. Códgos de bloco não-bnáros (RS) analsados...3 Tabela 5.3 Taxa de sucesso na extracção co copressão MPEG- @ Mbt/s β = 0...3 Tabela 5.4 Taxa de sucesso na extracção co copressão MPEG- @ Mbt/s β = 0.3...3 Tabela 5.5 Taxa de sucesso na extracção co copressão MPEG- @ 4Mbt/s β = 0...3 Tabela 5.6 Taxa de sucesso na extracção co copressão MPEG- @ 4Mbt/s β = 0.3...3 Tabela 5.7 Taxa de sucesso na extracção co copressão MPEG- @ 6Mbt/s β = 0...3 Tabela 5.8 Taxa de sucesso na extracção co copressão MPEG- @ 6Mbt/s β = 0.3...3 Tabela 5.9 Taxa de sucesso na extracção co copressão MPEG- @ Mbt/s β =.5...3 Tabela 5.0 Taxa de sucesso na extracção co copressão MPEG- @ 4 Mbt/s β =.5...3 Tabela 5. Taxa de sucesso na extracção co copressão MPEG- @ 6 Mbt/s β =.5...3 Tabela B. Frequêncas espacas (e cclos/bloco) correspondentes aos coefcentes DCT...3 Tabela B. Frequêncas espacas horzontas co N H = 70 (e cclos/grau)....3 Tabela B.3 Frequêncas espacas vertcas co N V = 576 (e cclos/grau)...3

Capítulo Introdução Actualente, as tecnologas dgtas encontra-se presentes e dversos aspectos do nosso quotdano. De facto, nas duas últas décadas, o desenvolvento da nforátca e das telecouncações dgtas deu-se de ua fora extreaente rápda. Mutos frutos desse desenvolvento fora (e contnua a ser) ntroduzdos na socedade, nfluencando o odo coo vveos, agos e nos relaconaos, e conduzndo a u novo conceto o da socedade da nforação. Coo expoente áxo deste desenvolvento, regste-se o aparecento e a rápda evolução da Internet, das councações óves e da televsão dgtal, e paralelo co novos suportes para gravação dgtal, possbltando a troca de enores quantdades de nforação, a ua escala nunca antes vsta. Esta nforação, para alé dos tradconas snal de voz ou dados alfanuércos, poderá tabé consstr e agens fxas, so e vídeo, desgnados no seu conjunto coo nforação ultéda. Ebora se reconheça núeras vantagens na representação da nforação e forato dgtal e no recurso aos eos de transssão dgtal, torna-se tabé as dfícl o desenvolvento Co destaque para os dscos óptcos, coo o CD (Copact Dsk) e o DVD (Dgtal Versatle Dsk).

- Introdução de ecansos efcazes para controlo do uso da nforação. Co efeto, se os acessos à nforação e a própra nforação são por vezes protegdos através de técncas crptográfcas, ua vez conceddo o acesso e desencrptada a nforação, esta fca vulnerável a núeras foras de anuseaento, utas vezes fora do âbto legal. Ebora este problea se tenha tabé colocado no undo analógco, é de resolução as delcada para a nforação e forato dgtal, faclente anpulável e possbltando a produção de cópas ndstntas do orgnal, co consequentes prejuízos para os detentores de dretos (e.g., autores, edtoras). Coo exeplo, refra-se o faoso caso Napster que, pertndo a lvre troca de úsca e forato MP3 entre cbernautas de todo o undo, se vu alvo de u processo judcal por não sere respetados os dretos de autor. Outros ssteas, seelhantes ao Napster, surgra entretanto e para os quas a troca de nforação não se lta ao so, extendendo-se tabé ao vídeo 3. Este panoraa, otvou o aparecento de váras ncatvas a nível nternaconal, co o ntuto de desenvolver novos ecansos de protecção e que salvaguarde os dretos de autores e dstrbudores legas. No conjunto das técncas possíves para protecção dos dretos de autor, tê erecdo partcular atenção as baseadas e arcas-de-água dgtas 4. O objectvo destas técncas é nserr de fora nvsível (.e., perceptualente e estatstcaente ndetectável) e eventualente robusta, nforação adconal arca-de-água sobre os dados ultéda que se pretende proteger. Esta nforação, apenas acessível a entdades autorzadas, poderá consstr na dentfcação do autor ou detentor do produto orgnal, e/ou pertr a verfcação da ntegrdade do produto e causa (.e., verfcar se o produto fo sujeto a anpulações legas). Por robusta entende-se a possbldade de a arca peranecer no produto, eso quando este é sujeto a anpulações que de algua fora o altere. Não exste, ne provavelente exstrão, técncas que seja robustas a todas as anpulações possíves. No entanto, é possível o desenvolvento de técncas que seja robustas a anpulações que não degrade deasado a qualdade do produto e causa, o que e prncípo será sufcente, já que u produto deasado degradado perde o seu valor coercal. MP3 (MPEG - Layer 3): Sstea de copressão usado para nforação áudo no forato dgtal. Devdo à sua elevada taxa de copressão, perte por exeplo 0 faxas uscas nu CD e transferêncas va Internet as rápdas, tornando-se por esses otvos u forato habtual para nforação áudo. Os elevados factores de copressão são obtdos à custa de ua redução pouco sgnfcatva da qualdade. 3 Actualente é possível obter na Internet u fle co qualdade razoável, se que este tenha chegado aos écrans de cnea. 4 Na lteratura Inglesa, dgtal waterarkng.

Introdução 3 A relevânca deste tea otvou, ao longo dos últos anos, u auento sgnfcatvo da nvestgação nesta área, e a consequente cração de dversas epresas que desenvolve aplcações coercas co recurso a técncas de arcas-de-água, de que são exeplos a norteaercana Dgark Corp., e as europeas Dgtal Copyrght Technologes e Alpha Tec. Ltd.. De realçar o consórco VWM Group 5, recenteente crado por epresas líderes na electrónca de consuo, be coo os projectos centífcos europeus TALISMAN 6 e MIRADOR 7 já concluídos e poneros na nvestgação nesta área e CERTIMARK, actualente e curso e cujo objectvo é a defnção de u conjunto de testes de referênca (bencharks) para a avalação do desepenho dos algortos de arca-de-água. De referr tabé, a especfcação de noras nternaconas relaconadas co a dentfcação e protecção dos dretos de autor sobre produtos e forato dgtal. Entre estas, destaque para a nora ISO (Internatonal Organzaton for Standardzaton) que rá defnr u dentfcador para conteúdos áudo-vsuas consttuído por oto caracteres ASCII (.e., 64 bts), desgnado por núero audovsual nternaconal noralzado (ISAN) 8. A especfcação fnal desta nora deverá estar concluída no corrente ano (00). A tecnologa das arcas-de-água é consderada a fora deal de assocar o códgo ISAN ao produto respectvo. A questão da protecção de dretos de autor te tabé erecdo partcular atenção no grupo MPEG-4, onde se prevê a defnção de ua nterface genérca para u conjunto de ferraentas de gestão de dretos de autor e onde será possível a aplcação de dversas técncas de protecção, entre as quas se nclue as arcas-de-água. Não é certo que todas as questões relaconadas co a protecção dos dretos de autor seja, ou venha algua vez a ser, totalente resolvdas co o recurso exclusvo à tecnologa das arcas-de-água. No entanto, esta poderá certaente dar u contrbuto portante na resolução deste tpo de probleas, quer coo eleento dssuasvo, quer contrbundo para a dentfcação de produtos ultéda que fora sujetos a cópa ou anpulações legas. De salentar que, para alé da protecção dos dretos de autor, as arcas-de-água pode anda ser utlzadas co outras fnaldades, já que os dados nserdos pode conter nforação dversa. 5 Este consórco, forado e Abrl de 00 sob a desgnação de Vdeo Waterarkng Group (VWM Group) resulta da fusão dos grupos Galaxy (Htach, NEC, Poneer e Sony) e Mllennu (Dgark, Macrovson e Phlps), tendo coo objectvo o desenvolvento de u sstea para protecção de vídeo dgtal, baseado na tecnologa das arcas-de-água. 6 O prncpal objectvo do projecto ACTS-TALISMAN (995-98) fo provdencar eos de protecção de dretos de autor sobre produtos ultéda. Entre estes eos, encontra-se as arcas-de-água. 7 O projecto ACTS-MIRADOR (998-99) pode ser consderado ua extensão do projecto TALISMAN, orentado para a aplcação de técncas de arcas-de-água a vídeo coprdo segundo a nora MPEG-4. 8 ISAN Internatonal Standard Audovsual Nuber.

4 - Introdução Coo se tornará evdente ao longo deste texto, a utlzação da tecnologa das arcas-de-água sobre u produto ultéda pode ser consderada coo u processo de councação, no qual se pretende envar ua ensage a arca-de-água através de u canal rudoso o produto a proteger. Nesta edda, concetos e resultados da teora da councação dgtal, pode ser naturalente extenddos aos ssteas de arca-de-água, co o ntuto de elhorar o desepenho destes ssteas. Avalar o pacto que a utlzação de dversas foras de odulação, codfcação de canal e cobnação de snal, pode ter no desepenho dos algortos de arca-de-água baseados e espalhaento de espectro, consttuu o prncpal objectvo desta tese. Ebora esta nova tecnologa possa ser utlzada e város tpos de produtos ultéda, o estudo aqu apresentado restrngu-se a agens fxas e vídeo. O trabalho desenvolvdo conduzu a ua estruturação deste relatóro e ses capítulos. Após o capítulo de ntrodução (capítulo ) apresenta-se, no capítulo, os prncípos de funconaento da tecnologa das arcas-de-água, be coo alguns concetos e ternologa utlzados nesta área. De fora a ser feto o enquadraento hstórco das arcas-de-água, é descrta a sua evolução desde as suas preras utlzações e papel, no século XIII, até à sua aplcação ao doíno dgtal, na época actual. Descreve-se tabé as dferentes áreas de aplcação (para alé da protecção dos dretos de autor) que pode benefcar co a utlzação desta nova tecnologa e sntetza-se os requstos que estas aplcações põe aos algortos de arcação. No capítulo 3, apresenta-se u estudo relatvo à aplcação de odulação ultnível, baseada e espalhaento de espectro, à assnatura dgtal 9 de agens fxas. Após ua breve ntrodução ao espalhaento de espectro, apresenta-se foras de aplcar esta odulação na assnatura de agens e descreve-se os esqueas geras para nserção e extracção da arca-de-água utlzados ao longo desta tese. Prossegue-se co u estudo analítco e experental do desepenho da odulação ultnível, segundo duas abordagens dstntas: nserção / extracção da arca no espaço da age (ou doíno espacal) e nserção / extracção no doíno da frequênca. A proposta de u esquea de odulação / desodulação ultnível para a nserção / extracção da arca-de-água no doíno da frequênca, consttu a prncpal contrbução deste capítulo. No capítulo 4 avala-se o desepenho de alguns códgos de correcção de erro, usuas e ssteas de telecouncações, quando assocados às técncas de assnatura de agens 9 O tero assnatura dgtal é utas vezes utlzado para desgnar o processo de autentcação do essor de ua ensage ou do conteúdo da esa, co recurso a técncas crptográfcas. Ao longo deste texto, esse tero será utlzado para referr a nserção de nforação adconal arca-de-água sobre agens ou vídeo, ndependenteente da fnaldade dessa nforação.

Introdução 5 analsadas no capítulo 3. O texto deste capítulo nca-se co ua breve taxonoa dos códgos correctores de erro as utlzados e ssteas de telecouncações. Prossegue-se co o estudo analítco e experental da elhora do desepenho na extracção da arca-de-água, resultante da utlzação das váras técncas de correcção de erro estudadas. Por f, coparase os resultados obtdos co os dferentes códgos, extendendo-se essa coparação aos dos doínos de nserção da arca espacal e frequênca. A avalação das váras soluções para correcção de erros tendo por base o espalhaento de espectro [6], nclundo a assocação de códgos correctores não bnáros co a odulação ultnível [7], consttue as prncpas contrbuções deste capítulo. A tecnologa das arcas-de-água e vídeo pode ser analsada coo u sstea ult-canal, se e cada traa for nserda a esa arca e se cada traa puder ser consderada coo u canal ndependente. Nesta stuação, a detecção da arca-de-água pode ser elhorada consderando sultaneaente u grupo de traas consecutvas, aplcando técncas de cobnação de snal, aplaente utlzadas no doíno das councações rádo co dversdade. No capítulo 5, efectua-se u estudo analítco e avala-se experentalente o desepenho de duas alternatvas de cobnação de snal lógca de aora e cobnação lnear quando usadas e conjunto co o sstea de arca-de-água analsado nos capítulos anterores [4,5,6]. No caso da estratéga lógca de aora, deterna-se qual o ponto, no sstea de recepção, e que deverá ter lugar a cobnação. Para a cobnação lnear, a análse teórca é efectuada no sentdo de obter os pesos que axza a relação snal-ruído do snal cobnado pesos óptos e de avalar o efeto da utlzação de pesos não óptos, de que é exeplo a utlzação de pesos constantes e untáros. O estudo analítco é copleentado co ua avalação experental dos dos étodos, utlzando três sequêncas de vídeo CCIR-60, codfcadas e MPEG- a, 4 e 6 Mbt/s. Para fnalzar, no capítulo 6 apresenta-se as prncpas conclusões sobre o trabalho desenvolvdo e sugere-se alguns tópcos de pesqusa para trabalho futuro.

7 Capítulo Assnatura de agens co arcas-de-água. Introdução Ao longo dos últos anos verfcou-se u auento sgnfcatvo da nvestgação na área das arcas-de-água, exstndo actualente dversas aplcações coercas. Ebora o objectvo ncal e propulsor desta nova tecnologa tenha sdo assegurar a protecção dos dretos de autor e eo dgtal, não é certo que todos os probleas relaconados co o controlo do uso da nforação seja, ou venha algua vez a ser, totalente resolvdos co o recurso às arcas-de-água. No entanto, as arcas-de-água pode ser utlzadas co outras fnaldades para alé da protecção dos dretos de autor, já que pode conter nforação dversa. Esta possbldade, juntaente co a constatação das ltações das arcas-de-água coo fora únca de assegurar a protecção da nforação, otvou a nvestgação de novas áreas de aplcação e conduzu a novos e portantes desenvolventos na assnatura dgtal de agens. Neste capítulo, que se encontra estruturado e ses secções, faz-se ua ntrodução à assnatura dgtal de agens co recurso às técncas de arca-de-água, descrevendo-se a ternologa e os prncípos utlzados nesta área. Após a secção ntrodutóra apresenta-se, na secção., ua breve resenha hstórca das arcas-de-água, desde as suas preras utlzações e papel, até à sua utlzação as recente, na nforação ultéda. Na secção.3 descreve-se o prncípo de

8 Assnatura de agens utlzando arcas-de-água funconaento desta tecnologa e alguns concetos relaconados. Na secção.4, apresenta-se áreas de aplcação que pode benefcar da utlzação das arcas-de-água e sntetzando-se os requstos exgdos pelas aplcações descrtas. Terna-se, na secção.5, co ua breve referênca ao problea da abgudade crada pela exstênca de últplas arcas nu eso produto e às foras possíves de nzar o seu efeto.. Breve hstoral das arcas-de-água As preras utlzações das arcas-de-água reonta aos fnas do séc. XIII, e sultâneo co o aparecento da anufacturação do papel. O prero regsto de u papel arcado co esta técnca data de 9 e te a sua orge na localdade de Fabrano, e Itála [7]. No fnal do séc. XIII exsta, e Fabrano, cerca de 40 ofcnas de fabrco de papel. Cada ofcna produza papel co característcas específcas (forato, qualdade e preço), as anda deasado rugoso para poder ser utlzado na escrta. Este papel era depos tratado por artesãos, que o pola e dvda e folhas. Para copletar o crcuto, o produto fnal era venddo aos retalhstas, que por sua vez o venda ao públco. A concorrênca e cada ua das etapas do percurso do papel, desde o seu estado e bruto até à venda ao públco era grande e, por passar por tantas ãos, tornava-se dfícl saber ao certo a sua provenênca. As arcas-de-água surgra coo u eo de garantr a orge e autentcdade do papel. Depressa aparecera tentatvas de tação, falsfcação e eso anulação das arcas-de-água. No entanto, anda hoje o papel arcado co esta técnca é usado e docuentos de grande portânca, coo blhetes de dentdade, notas ou papel tbrado 0. As arcas-de-água contnua a ser usadas na ndústra do papel co o objectvo de datar, autentcar ou deternar a sua orge, fornecendo desta fora ua segurança que evtou, durante os últos 700 anos, a fácl falsfcação e duplcação de docuentos. Deste odo, pode-se afrar que as arcas-deágua consttue anda nos das de hoje, ua fora uto sples, as efectva, para protecção contra cópas de docuentos pressos. A crescente utlzação de nforação e forato dgtal e a fácl produção de cópas desta nforação, ndstntas da orgnal, está a provocar ua stuação seelhante à ocorrda co o papel nos séculos XIII / XIV. Co base na dea orgnada e Fabrano surgra, e 993, as preras propostas para nserção de arcas-de-água e conteúdos dgtas [43]. Desde então, o nteresse por este assunto te crescdo de fora assnalável, sendo objecto de ntensa nvestgação, tanto por entdades acadécas, coo por epresas coercas. 0 De referr que estes docuentos são usados frequenteente e trbunal.

.3 Prncípos de funconaento e concetos relaconados 9 Chave - K' - Chave - K - Inforação ACM Marca-de-água - w - AIM Iage arcada - I w - Iage orgnal - I - Análse Perceptual Fgura. Assnatura dgtal de ua age. Chave - K - Iage arcada - I w - Iage orgnal - I - AEM Marca-de-água extraída - w' - Fgura. Extracção de ua arca-de-água dgtal..3 Prncípos de funconaento e concetos relaconados A nvestgação centífca e técncas de arcas-de-água, otvou o desenvolvento de concetos específcos para esta área e a extensão a esta área de concetos já exstentes, que serão sntetzados nesta secção..3. Esquea geral de u sstea de assnatura de agens Nu esquea geral de assnatura dgtal de agens (fguras.,. e.3) dstngue-se três algortos [7]:

0 Assnatura de agens utlzando arcas-de-água Chave - K - Lar Iage arcada - I w - Marca-de-água - w - ADM Coparação - w exste na age 0 - w não exste na age Iage orgnal - I - ou Marca-de-água extraída - w' - Marca-de-água a detectar - w - Lar Coparação - w exste na age 0 - w não exste na age Fgura.3 Detecção de ua arca-de-água dgtal. Algorto de cração da arca (ACM) produz ua sequênca bnára w (arca-de-água), co base na nforação a nserr na age e, caso se pretenda proteger a nforação contda na arca-de-água, co base nua chave secreta K. Eventualente, a arca-deágua poderá tabé ser dependente de alguas característcas da age a arcar I; Algorto de nserção da arca (AIM) nsere, sobre a age orgnal I, a sequênca bnára w crada pelo ACM, obtendo-se a age arcada I w. Para evtar a vsbldade da arca-de-água, este algorto deverá ter e consderação as característcas do sstea vsual huano. As posções de age onde é realzada a nserção de u deternado bt da arca são usualente deternadas por ua chave secreta K; Algorto de extracção/detecção da arca (AEM/ADM) extra (AEM) a arca-de-água da age arcada e, eventualente anpulada I w ou avala (ADM) se ua deternada arca-de-água está presente nessa age. Abos os processos requere o conhecento da chave K utlzada na nserção, sendo tabé necessáro o conhecento da arca se se pretender efectuar a detecção. Dependendo do algorto de extracção/detecção pode ou não ser requerda a age orgnal. No processo de detecção são possíves duas abordagens dstntas: extracção da arca e coparação co a arca w a detectar; correlação entre a arca w e a age assnada I w seguda de ua coparação do resultado co u valor de lar.

.3 Prncípos de funconaento e concetos relaconados.3. Classes de arcas-de-água As técncas de arca-de-água pode ser classfcadas segundo dferentes crtéros, noeadaente: o doíno e que é feta a nserção e extracção/detecção da arca; a robustez da arca face a anpulações da age; o tpo de aplcações a que se destna (o que condcona o étodo de extracção/detecção). Quanto ao doíno e que é feta a nserção, consdera-se usualente: Doíno espacal se a arca for nserda drectaente no espaço da age, por alteração de valores das coponentes da cor; Doíno da frequênca se a arca for nserda através da alteração de coefcentes espectras resultantes de transforações e frequênca. Entre as transforações as utlzadas encontra-se a transforada DCT (Transforada de Coseno Dscreta), a transforada Wavelet, ou a transforada DFT (Transforada de Fourer Dscreta). Utlzando coo crtéro a robustez, as arcas-de-água pode ser classfcadas coo: Robustas se persstre na age após esta ser sujeta a anpulações (ntenconas ou não) que não reduza o valor coercal da age; Fráges se fore destruídas qualquer que seja a alteração da age arcada. Destnase noralente a aplcações cujo objectvo é a avalação da ntegrdade estrta (.e., ao nível do pxel) da age; Se-fráges se persstre na age apenas quando esta é sujeta a odfcações autorzadas (e.g., copressão). Destna-se noralente à avalação da ntegrdade do conteúdo seântco da age, pertndo detectar anpulações ndesejáves, tas coo nserção, reoção ou odfcação de objectos vsuas. Relatvaente à fora coo é realzada a extracção ou detecção da arca-de-água, pode-se agrupar as váras técncas e quatro classes [0,5,6]:

Assnatura de agens utlzando arcas-de-água Extracção / detecção prvada [9,33] se for necessára a presença do orgnal para realzar a extracção (sstea não-cego ). A extracção pode ser descrta coo w =f e (I w, I, K); a detecção é vsta coo ua função f d (I w, I, w, K), sendo o seu resultado ua decsão bnára,.e., w presente ou w não presente. As arcas-de-água prvadas são as as robustas ua vez que utlza o orgnal na extracção; Detecção se-prvada [3,40] se não for requerda a presença do orgnal para realzar a extracção da arca-de-água (sstea cego ). A detecção é feta e função de I w, w e K; Extracção / detecção se-públca [3,3,37] se a chave necessára para a extracção depender da própra age,.e., K = f k (I). À seelhança do caso anteror, o sstea é tabé cego. A extracção será ua função de I w e K=f k (I), e a detecção ua função de I w, w e K=f k (I); Extracção públca [3,40] se a extracção for realzada apenas co base na age recebda I w e na chave secreta K (extracção cega). Esta é a classe de técncas de arcas-deágua co aor núero de aplcações..3.3 Qualdade vsual Nos ssteas de arca-de-água são usualente referdos dos tpos de qualdade vsual: a qualdade vsual resultante após nserção da arca-de-água QVM e a qualdade vsual resultante após anpulações da age arcada que provoque a destrução da arca-deágua QVD. A qualdade da age após nserção da arca-de-água deve ser tão boa quanto a da age orgnal,.e., a arca deve ser perceptível. Para que este requsto seja alcançado, o étodo de nserção deve ter e consderação as característcas do sstea vsual huano. Por outro lado, na aora das aplcações pretende-se que a degradação que é necessára causar à age, de fora a destrur a arca, seja o as elevada possível, conduzndo a ua qualdade vsual QVD deasado baxa e, consequenteente, a u valor coercal nulo. As arcas-de-água fráges usadas na autentcação e avalação da ntegrdade, aplcações onde é desejável a destrução da arca qualquer que seja a anpulação, consttue ua excepção a esta regra. Na lteratura Inglesa, non-blnd waterark. Na lteratura Inglesa, blnd ou oblvous waterark.

.3 Prncípos de funconaento e concetos relaconados 3.3.4 Fabldade na extracção E aplcações que requere a extracção da arca-de-água, são tpcaente utlzados dos ndcadores do desepenho do sstea: Probabldade de erro da arca (P e ) probabldade de ser extraída ua arca-de-água dferente da que fo prevaente nserda; Probabldade de erro de bt (P b ) probabldade de erro de bt na arca-de-água extraída. Ebora dealente abas as probabldades deva ser nulas, na prátca não o são devdo essencalente a dos factores: erros que ocorre e ssteas de arcas-de-água cegos, provocados pela nterferênca da age sobre a arca; erros resultantes da anpulação (ntenconal ou não) da age arcada, anpulação essa que provoca a degradação da arca nserda..3.5 Fabldade na detecção Coo referdo atrás, a detecção de ua dada arca-de-água consste e deternar se essa arca se encontra ou não presente no produto arcado. Esta decsão pode ser vsta coo u teste de hpóteses: H 0 : A age I w não conté a arca w, nserda co a chave K; H : A age I w conté a arca w, nserda co a chave K. Sendo a decsão D ltada ao conjunto {H 0, H }, defne-se as seguntes probabldades coo ndcadores do desepenho do sstea: Probabldade de detecção (P d ) probabldade da decsão ser feta a favor da hpótese H, quando de facto fo nserda a arca w, co chave K,.e., P d = P( D=H H ); Probabldade de falso alare (P F ) probabldade de ser feta ua decsão e favor de H quando na realdade não fo nserda a arca w, co chave K,.e., P F = P( D=H H 0 ). Nua sstea deal ter-se-a P d = e P F =0. Na prátca, estes valores deas não são atngdos, pelas razões apontadas anterorente.

4 Assnatura de agens utlzando arcas-de-água.3.6 Payload No contexto das arcas-de-água, desgna-se por payload o coprento (e bts) da arca-deágua, se ser contablzada eventual nforação redundante ntroduzda pela utlzação de códgos correctores de erro ou de qualquer outra fora de codfcação. O valor do payload vara consoante o tpo de aplcação a que se destna as arcas-de-água, podendo ser apenas u bt (aplcações e que apenas é feta detecção por correlação), 8 bts (controlo de cópas e DVD), 64 bts (códgo ISAN) ou u núero elevado de bts, e.g., 56 bts ou as (councação secreta)..3.7 Coplexdade Por coplexdade entende-se o núero de operações artétcas necessáras para executar u deternado algorto e a natureza destas operações: operações nteras, co vírgula fxa ou vírgula flutuante. E deternadas aplcações, é necessára a nserção, extracção e detecção da arca-de-água e tepo real, pelo que a coplexdade do algorto assue u papel extreaente portante. De referr, no entanto, que aor coplexdade ne sepre sgnfca aor tepo de processaento do algorto, pos este pode ser reduzdo co a utlzação de técncas de ppelnng ou paralelzação. No entanto, a utlzação deste tpo de técncas plca a utlzação de as recursos (e.g., processadores, eóras) o que pode conduzr a u auento de custos..3.8 Foras de ataque e sua caracterzação No contexto das arcas-de-água, desgna-se por ataque a anpulação de ua age arcada, odfcando de algua fora o seu conteúdo. U ataque que vse a destrução da arca-de-água é desgnado por ataque ntenconal, enquanto que u ataque resultante da utlzação de técncas couns de processaento de age, se a fnaldade de destrur a arca-de-água (e.g., copressão), é desgnado por ataque não-ntenconal. Tendo e conta as suas característcas fundaentas, os ataques pode ser classfcados e cnco categoras dstntas (A a A5) [0,5]: A Manpulações na age ou vídeo, frequentes na sua dstrbução: Copressão segundo as noras JPEG e MPEG; Conversões dgtal/analógco e analógco/dgtal; Ipressão e dgtalzação (e age fxa);

.3 Prncípos de funconaento e concetos relaconados 5 Conversões de foratos e vídeo (alteração da resolução espacal ou da frequênca de age, passage de forato progressvo a entrelaçado e vce-versa); Marcação últpla do eso produto; Erros devdo a perdas de pacotes e transssões va Internet. A Ataques resultantes do processaento de age, usualente não-ntenconas: Fltrage passa-baxo e de edana; Adção de ruído; Melhoraento dos contornos; Correcção do factor gaa e odfcação do hstograa (equalzação). A3 Ataques devdo a transforações geoétrcas sples, ntenconas ou não: Translação; Mudança de escala (zoo); Cortes (croppng). A4 Ataques co transforações geoétrcas as coplexas, usualente ntenconas: Rotação; Transforações geoétrcas generalzadas; Transforações geoétrcas locas, aleatóras. A5 Ataques estatístcos, ntenconas: Métodos estatístcos que perte estar e reover a arca-de-água; Geração de ua nova age realzando a éda sobre váras cópas da esa age, as co arcas-de-água dferentes..3.9 Segurança Ua técnca de arca-de-água só é verdaderaente segura se o conhecento do algorto de nserção não pertr, a ua entdade não autorzada, detectar a presença da arca e consegur proceder à sua extracção. Para que sso possa ser alcançado, é necessáro fazer depender de ua chave secreta a nserção e extracção da arca-de-água. Adconalente, o conteúdo da arcade-água poderá ser protegdo através de técncas crptográfcas. Para que a segurança não seja faclente quebrada, é convenente que o unverso das chaves seja grande, desencorajando-se ass a busca exaustva das chaves por parte de entdades fraudulentas.

6 Assnatura de agens utlzando arcas-de-água.4 Áreas de aplcação das arcas-de-água O ano de 993 pode ser consderado coo o níco da nvestgação na área de assnatura dgtal de agens, ebora alguas publcações anterores a essa data [4,4] tvesse já ntroduzdo a dea de nserr nforação e agens, de fora a assegurar os dretos de autor. Desde então, os algortos de arca-de-água ganhara especal relevo, tanto por parte da coundade acadéca, coo de entdades prvadas, sendo este nteresse crescente acopanhado por ua rápda e enore evolução no desepenho das técncas desenvolvdas. No que respeta à nforação vsual, a grande otvação para o desenvolvento de algortos fo, nua fase ncal, a protecção dos dretos de autor sobre agens fxas, coo consequênca do grande núero e varedade de agens co acesso lvre, obtdas através da Internet. No entanto, novas áreas de aplcação tê sdo sugerdas e publcações recentes e que se descreve sntetcaente nesta secção..4. Prova do propretáro Neste tpo de aplcação, a arca-de-água é utlzada co o ntuto de dentfcar o detentor de dretos do produto assnado. Pretende-se, co esta aplcação, substtur o processo tradconal de protecção/gestão de dretos de autores efectuado pelas Socedades de Autores. Exste dos odelos de gestão de dretos de autor: Gestão centralzada se cada propretáro (autor ou detentor dos dretos) regstar o seu trabalho nua socedade de protecção de dretos de autor. Essa socedade fca então ncubda de zelar pelos nteresses do propretáro, fornecendo as provas de propredade sepre que surja questões relaconados co os dretos de autor; Gestão dstrbuída se a gestão dos dretos de autor for assegurada pelo própro detentor de dretos. É neste contexto que as arcas-de-água poderão contrbur de fora sgnfcatva para a protecção dos dretos. Este odelo de gestão, as lberal, poderá adequar-se a cenáros para os quas não seja ndcado (ou seja possível) regstar o produto nua socedade de autores. A utlzação de arcas-de-água para protecção de dretos de autor, nu sstea de gestão dstrbuída, te coo requsto prncpal ua elevada robustez das arcas-de-água a ataques que vse a sua reoção e que não dnua o valor coercal do produto. Ua vez que nenhua técnca de arca-de-água proposta até hoje satsfaz nteraente este requsto, o

.4 Áreas de aplcação das arcas-de-água 7 recurso a estas técncas não poderá consttur ua prova sufcente nua decsão judcal. Esta ltação conduzu a ua reforulação no uso das arcas-de-água para prova do propretáro: As arcas-de-água (robustas) pode contrbur para a prova de propredade quando cobnadas co outros eleentos, consttundo u portante auxílo na resolução de questões judcas; As arcas-de-água pode fornecer eleentos adconas durante u processo de nvestgação, noeadaente contrbundo para a dentfcação de agens que fora sujetas a anpulações e quas os tpos de anpulações a que fora sujetas (avalação da ntegrdade)..4. Identfcação A dentfcação unversal e unívoca de u produto ultéda co recurso a arcas-de-água possbltará a gestão autoátca da coercalzação dos produtos e dos dretos de autor correspondentes. Para tal, é fundaental a defnção de dentfcadores noralzados para age fxa e vídeo. Váras noras ISO fora (ou estão actualente a ser) defndas co vsta à dentfcação de produtos ultéda. Entre os dentfcadores a sere noralzados, destacase o núero audovsual nternaconal noralzado ISAN cujo conteúdo consste nua sequênca de 8 caracteres ASCII (.e., 64 bts) e que possbltará a ndexação de produtos áudovsuas a ua base de dados unversal onde estará contda nforação relatva a esse produto (descrção do produto; defnção das entdades co dreto legal para o coercalzar; descrção das entdades detentoras dos dretos de autor, etc.)..4.3 Autentcação As arcas-de-água para autentcação destna-se a garantr, ao consudor, a provenênca e genundade do produto. Para tal, é necessáro que os receptores, através da arca-de-água extraída, dentfque unvocaente a orge do ateral. Exste duas sub-classes dentro deste tpo de aplcações: Autentcação tolerante a certo tpo de anpulações de age, nerentes à dstrbução e dfusão da age (e.g., copressão). Neste caso, a solução para autentcação passa pela nserção de ua arca-de-água se-frágl, dentfcando a orge do produto;

8 Assnatura de agens utlzando arcas-de-água Autentcação ntolerante a qualquer fora de anpulação do produto. Este tpo de aplcação sugere a utlzação de arcas-de-água fráges..4.4 Montorzação da dfusão/dstrbução Este grupo de aplcações surge fundaentalente no contexto de dstrbução e larga escala de produtos televsvos. Exste essencalente duas classes de aplcações de arcas-de-água neste capo, que vsa: Medr o pacto do produto no públco consudor (eddas de audênca); Detectar a utlzação legal dos produtos televsvos. Abos os casos requere técncas de arcas-de-água co característcas seelhantes, sendo a extracção ou detecção das arcas-de-água realzada e equpaento receptor da dfusão. No prero caso, após a extracção da arca-de-água é envada ua ensage para ua central responsável pelo trataento dos dados extraídos, através de u canal de retorno. Tornase deste odo possível dentfcar a estação dfusora, o prograa, o tepo de vsualzação do prograa e a localzação geográfca dos consudores, dados que poderão ser utlzados para realzar estatístcas referentes às audêncas, de ua fora autoátca e efcente. O objectvo da segunda classe de aplcações é garantr, aos detentores de dretos sobre o ateral dfunddo, de que não há abuso relatvaente aos contratos estabelecdos co as dfusoras. Estas volações aos contratos são geralente de dos tpos: O ateral televsvo é exbdo as vezes, ou e as canas do que o estpulado pelo contrato. Este tpo de abuso pode surgr quando o ateral televsvo consste, por exeplo, e reportagens de agêncas notcosas, ateral desportvo ou fles; O ateral televsvo é exbdo enos vezes que o acordado no contrato, o que pode suceder quando o produto televsvo consste e publcdade. Actualente, a detecção das stuações descrtas exge a ontorzação exaustva de todas as essões realzadas por parte das essoras co as quas exste contrato, o que é utas vezes pratcável. A utlzação de arcas-de-água poderá garantr esta ontorzação. À seelhança do descrto para edções de audêncas, as entdades detentoras dos dretos poderão colocar

.4 Áreas de aplcação das arcas-de-água 9 receptores (localzados nas áreas de nteresse) que detecte as arcas-de-água nos produtos negocados e enve para ua central todos os dados referentes à essão do produto e causa, podendo as rregulardades sere detectadas de fora autoátca..4.5 Avalação da ntegrdade Actualente exste no ercado e a baxo custo, ferraentas poderosas de edção e processaento de age ( Photoshop, Pantshop, Corel Draw ), que possblta alterar o conteúdo de ua cena co facldade, ovendo, apagando, ou acrescentando objectos vsuas, co resultados dêntcos aos dos profssonas do eo fotográfco tradconal. Neste contexto, tê sdo nvestgados algortos de assnatura de agens que perta avalar a ntegrdade do conteúdo da age e que pode ser dvddos e três classes: Inserção de ua arca-de-água frágl, se se pretender garantr ntegrdade estrta,.e., ao nível do pxel da age. Neste caso, a nforação nserda resulta tpcaente da aplcação de ua função de hash 3 à age a proteger; Utlzação de ua arca-de-água se-frágl, caso se adta alterações nerentes à dstrbução ou dfusão de agens ou vídeo (e.g., copressão); Inserção de ua arca-de-água robusta que contenha u apontador, endereço, ou chave de ndexação para o local onde se encontra nforação relatva ao conteúdo da age. Esta nforação deverá ser gerda por ua entdade certfcadora e deverá possbltar a valdação do conteúdo da age..4.6 Ipressões dgtas (fngerprntng) No processo de venda de ua cópa de ua age ou de u vídeo, poderá ser útl nserr, na cópa transacconada, a dentfcação do clente. Deste odo, sepre que for detectada ua cópa legal, torna-se possível dentfcar qual o clente que a orgnou e obter provas para u possível processo judcal. Ua arca-de-água que contenha a dentfcação do receptor é desgnada por pressão dgtal (fngerprnt). 3 Ua função de hash efectua a projecção de pontos de u doíno para outro, de enores densões. Ua função de hash uto sples é ua soa de referênca (checksu) a soa lógca dos valores de ua sequênca bnára. Alterando u únco bt da sequênca de entrada obté-se ua sequênca de saída dstnta. Efectuar o nverso,.e., obter a sequênca de entrada a partr da de saída, é vrtualente possível.