Traçage de contenu vidéo : une méthode robuste à l’enregistrement en salle de cinéma

Sine qua non component of multimedia content distribution on the Internet, video fingerprinting techniques allow the identification of content based on digital signatures(fingerprints) computed from the content itself. The signatures have to be invariant to content transformations like filtering, compression, geometric modifications, and spatial-temporal sub-sampling/cropping. In practice, all these transformations are non-linearly combined by the live camcorder recording use case.The state-of-the-art limitations for video fingerprinting can be identified at three levels: (1) the uniqueness of the fingerprint is solely dealt with by heuristic procedures; (2) the fingerprinting matching is not constructed on a mathematical ground, thus resulting in lack of robustness to live camcorder recording distortions; (3) very few, if any, full scalable mono-modal methods exist.The main contribution of the present thesis is to specify, design, implement and validate a new video fingerprinting method, TrackART, able to overcome these limitations. In order to ensure a unique and mathematical representation of the video content, the fingerprint is represented by a set of wavelet coefficients. In order to grant the fingerprints robustness to the mundane or malicious distortions which appear practical use-cases, the fingerprint matching is based on a repeated Rho test on correlation. In order to make the method efficient in the case of large scale databases, a localization algorithm based on a bag of visual words representation (Sivic and Zisserman, 2003) is employed. An additional synchronization mechanism able to address the time-variants distortions induced by live camcorder recording was also designed.The TrackART method was validated in industrial partnership with professional players in cinematography special effects (Mikros Image) and with the French Cinematography Authority (CST - Commision Supérieure Technique de l'Image et du Son). The reference video database consists of 14 hours of video content. The query dataset consists in 25 hours of replica content obtained by applying nine types of distortions on a third of the reference video content. The performances of the TrackART method have been objectively assessed in the context of live camcorder recording: the probability of false alarm lower than 16 10-6, the probability of missed detection lower than 0.041, precision and recall equal to 0.93. These results represent an advancement compared to the state of the art which does not exhibit any video fingerprinting method robust to live camcorder recording and validate a first proof of concept for the developed statistical methodology.Composantes sine qua non des contenus multimédias distribués et/ou partagés via un réseau, les techniques de fingerprinting permettent d'identifier tout contenu numérique à l'aide d'une signature (empreinte) de taille réduite, calculée à partir des données d'origine. Cette signature doit être invariante aux transformations du contenu. Pour des vidéos, cela renvoie aussi bien à du filtrage, de la compression, des opérations géométriques (rotation, sélection de sous-région… ) qu'à du sous-échantillonnage spatio-temporel. Dans la pratique, c'est l'enregistrement par caméscope directement dans une salle de projection qui combine de façon non linéaire toutes les transformations pré-citées.Par rapport à l'état de l'art, sous contrainte de robustesse à l'enregistrement en salle de cinéma, trois verrous scientifiques restent à lever : (1) unicité des signatures, (2) appariement mathématique des signatures, (3) scalabilité de la recherche au regard de la dimension de la base de données.La principale contribution de cette thèse est de spécifier, concevoir, implanter et valider TrackART, une nouvelle méthode de traçage des contenus vidéo relevant ces trois défis dans un contexte de traçage de contenus cinématographiques.L'unicité de la signature est obtenue par sélection d'un sous-ensemble de coefficients d'ondelettes, selon un critère statistique de leurs propriétés. La robustesse des signatures aux distorsions lors de l'appariement est garantie par l'introduction d'un test statistique Rho de corrélation. Enfin, la méthode développée est scalable : l'algorithme de localisation met en œuvre une représentation auto-adaptative par sac de mots visuels. TrackART comporte également un mécanisme de synchronisation supplémentaire, capable de corriger automatiquement le jitter introduit par les attaques de désynchronisation variables en temps.La méthode TrackART a été validée dans le cadre d'un partenariat industriel, avec les principaux professionnels de l'industrie cinématographique et avec le concours de la Commission Technique Supérieure de l'Image et du Son. La base de données de référence est constituée de 14 heures de contenu vidéo. La base de données requête correspond à 25 heures de contenu vidéo attaqué, obtenues en appliquant neuf types de distorsion sur le tiers des vidéo de la base de référence.Les performances de la méthode TrackART ont été mesurées objectivement dans un contexte d'enregistrement en salle : la probabilité de fausse alarme est inférieure à 16*10^-6, la probabilité de perte inférieure à 0,041, la précision et le rappel sont égal à 93%. Ces valeurs représentent une avancée par rapport à l'état de l'art qui n'exhibe aucune méthode de traçage robuste à l'enregistrement en salle et valident une première preuve de concept de la méthodologie statistique développée