Técnicas utilizadas para proteger videos.

2.2.1 Watermarking.

Esta es una de las vías en la que actualmente se está trabajando de forma exhaustiva para conseguir algoritmos con los cuales se pretende proteger los derechos intelectuales de las creaciones en formato digital sobre secuencias de video en formato MPEG-2, que es el formato utilizado para VCD y DVD.

Aquí su función básica es la de ofrecer las herramientas necesarias para incrustar información en un determinado documento de forma tal que las marcas no sean visibles para los usuarios y, a la par, sea extremadamente complicado eliminarlas o introducir distorsiones en las mismas que puedan llevar a errores en la extracción. De la misma forma debe también facilitar las herramientas necesarias que permitan extraer las marcas. Para esto se van a utilizar dos algoritmos, que aunque son avanzados, aun no se logra conseguir un sistema completo para una total aplicación de estos. Estos algoritmos son: 1 - Spread Spectrum [SS], en español “Espectro Extendido”.

2 - Quantization Index Modulation [QIM], “Modulación del Índice de Cuantización”. Las técnicas basadas en Spread Spectrum se utilizan habitualmente en aplicaciones para incrustar pequeñas cantidades de bits debido a su robusteza frente a distintos ataques intencionados o no.(Tomàs, 2006)

Los métodos basados en Quantization Index Modulation están ganando popularidad debido a la gran capacidad de inserción de bits que poseen y la baja probabilidad de error

en la descodificación frente a determinados ataques. Como contrapartida pueden fallar en entornos con alta distorsión.

En los dos algoritmos se debe asignar la amplitud de la marca teniendo en cuenta el comportamiento del sistema visual humano respecto las modificaciones sobre la imagen para que la marca sea imperceptible.

Ambos algoritmos trabajan sobre la inserción de marcas en la banda de frecuencias medias ya que a bajas frecuencias provocan efectos visibles y los coeficientes de la DCT a alta frecuencia son los que se eliminan en la compresión.

- Algoritmos SS:

En los algoritmos de SS la marca de agua se incrusta en los coeficientes de la DCT extraídos de la secuencia MPEG-2. La marca se incrusta en el dominio DCT de la imagen original como:

Donde y corresponden a los coeficientes de la DCT de la imagen marcada y de la imagen original respectivamente, es la secuencia pseudoaleatoria de la marca, es la máscara de percepción y la constante que controla la potencia total de la marca.

- Algoritmos Quantization Index Modulation.

El procedimiento básico en los modelos QIM binarios es cuantificar la señal utilizando uno de los dos posibles cuantificadores en función del valor del bit. Dithered Modulation (DC) se puede considerar una implementación de QIM donde las celdas de cuantificadores y los puntos de reconstrucción son versiones desplazadas del mismo cuantificador.

Figura # 9: Secuencia de marcado con Modulación del Índice de Cuantización. (Tomàs, 2006)

La secuencia más general utilizada para insertar una marca en este tipo de archivo esta compuesta por siete pasos esenciales para desencapsular el bitstream de la secuencia MPEG-2, incrustar la marca y reconstruir el archivo:

1 - Demultiplexación para separar la parte de vídeo (que es la que se marcará) de la parte de audio (que no se modifica).

2 - Extracción de las cabeceras del bitstream de vídeo hasta llegar a la codificación de las matrices DCT.

3 - Invertir esta codificación para obtener las matrices cuantificadas.

4 - Se aplica la cuantificación adecuada y se obtienen los coeficientes DCT.

5 - Se modifican estos coeficientes según los parámetros del algoritmo escogido [SS o QIM]. Cabe destacar que la modificación debe ser suficientemente importante como para soportar la cuantificación que se aplicará para volver a construir el bitstream, ya que si la

amplitud de la marca no es lo suficiente grande la marca desaparecerá al reescribir el bitstream.

6 - Se incrusta la marca.

7 - Se procede a la reconstrucción del bitstream realizando el proceso inverso.

Figura # 10: Secuencia general en bloques para marcar un archivo MPEG-2. (Tomàs, 2006)

2.2.2 DVD.

La protección de los DVD es un campo en el cual se ha trabajado arduamente desde que estos salieron al mercado. Al principio fueron comercializados con códigos y sistemas de protección que no tenían una probada eficacia y fueron altamente atacados.

Las “marcas de aguas múltiples” es una técnica sobre la cual se trabaja para frenar un poco los ataques y hacer mas seguro este formato. En esencia, esta técnica se basa en poner una marca que en el disco de video DVD que indique la posibilidad de realizar una sola copia del mismo, una vez que esta copia se ha realizado es necesario alterar la marca para prohibir copias posteriores. Para lograr esto se inserta una segunda marca de manera tal que ambas sean igualmente detectables y no interfieran entre sí.(Orúe, 2002)

El hecho de que puedan coexistir múltiples marcas de agua sin interferencia entre ellas, facilita también el seguimiento de un archivo multimedia desde su punto de confección

hasta sus distribuidores y compradores, pudiendo cada usuario autorizado insertar y detectar su propia marca.

Un parámetro de especial interés a tener en cuenta aquí es la tasa de bits de la marca, es decir, la cantidad de información que ésta contiene. Este parámetro brindará información acerca de cuántas marcas de agua distintas podrán insertarse en un archivo dado. En general, el diseño de estos sistemas, que permiten la inserción de múltiples marcas, debe ser extremadamente cuidadoso para evitar los riesgos de un ataque por confabulación. Para la protección de DVDs también se utilizan sistemas encriptadores y varios de ellos pueden coexistir dentro del mismo archivo, brindando una poderosa protección, a veces con un mínimo de tres barreras de seguridad. Estos seis son los sistemas más comunes:

1.- CPS (macrovision): Los discos DVD son artillados con bandas de color, distorsiones de imágenes, etc, introducidas en un canal que no se emplea en la reproducción y que sólo afecta en la copia al video dando una nula calidad de imagen.

2.- CGMS (Copy Generation Management System): Especifica si el contenido se puede copiar, el protocolo debe ser reconocido por el aparato reproductor y en esencia evita las copias de copias.

3.- CSS (Content Scrambling System): El CSS se encarga de cifrar los datos del disco en 400 claves que interactúan con el aparato legitimizado y permitiendo el uso del disco DVD sólo para unas zonas determinadas (códigos regionales). El sistema impide que los DVDs americanos traspasen las fronteras al hacer imposible su lectura en un DVD europeo o asiático.

4.- CPPM (Content Protection for Prerecorded Media): Utiliza el mismo sistema CSS pero para codificar el audio. Ambos pueden aparecer en el mismo DVD.

5.- CPRM (Content Protection of Recordable Media): Desde 1999 los lectores reconocen un identificador que posee el disco DVD, sin esa ID no se puede leer el contenido. Al copiar el disco esa información es errónea o desaparece inhabilitando la reproducción de la copia.

6.- DCPS (Digital Copy Protection System): La nueva tendencia para la protección de los discos es limitar el número de copias y autentificar la originalidad por el intercambio de claves entre el reproductor y el DVD.(Belén, 2001)