Implémentation en temps réel d'une technique de tatouage d'image à base de la transformée en ondelettes sur circuit FPGA avec l'outil Xilinx system generator

Mpamy, Berenger Constant Papa Métady (2025). Implémentation en temps réel d'une technique de tatouage d'image à base de la transformée en ondelettes sur circuit FPGA avec l'outil Xilinx system generator. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 121 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : L’implémentation en temps réel d'une technique de tatouage numérique d'images basée sur la transformée en ondelettes discrète de Haar et son déploiement sur circuit FPGA, en utilisant l’outil de programmation haut niveau AMD/Xilinx System Generator, sont présentés dans ce mémoire. Le tatouage numérique joue un rôle crucial dans la protection des images numériques en garantissant leur intégrité et en permettant de suivre leur utilisation. L'objectif de cette recherche était de développer un tel système qui soit à la fois robuste et suffisamment sécurisé, capable de résister à diverses manipulations, sans altérer la qualité visuelle d'une image. Le système proposé est basé sur un tatouage non-aveugle et invisible, nécessitant l'image originale et une clé secrète pour en extraire le tatouage. Afin d’accroitre la sécurité du système, il a été intégré un algorithme cryptographique, basé sur des systèmes chaotiques, qui rend le tatouage invulnérable aux attaques par force brute. Ce choix permet de renforcer la confidentialité du tatouage tout en maintenant sa robustesse face à des tentatives de falsification. L’implémentation du système sur circuit FPGA permet d’accélérer les calculs et d’avoir des performances effectives en temps réel. Les résultats expérimentaux ont montré que le tatouage numérique présente une très bonne imperceptibilité, mesurée par des indices tels que le PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) et la SSIM (Structural Similarity Index Mesure), tout en étant résistant aux attaques courantes, notamment les manipulations géométriques et les compressions d’images. De plus, la cosimulation réalisée avec la carte de développement Nexys-4 a permis de valider la faisabilité de l'implémentation matérielle, confirmant ainsi l’efficacité du système proposé. Les principales contributions de cette recherche comprennent l’amélioration de la sécurité du tatouage, l’intégration d’un algorithme chaotique pour renforcer la cryptographie, l’optimisation du tatouage pour une invisibilité et une robustesse accrue face aux attaques, ainsi que l’implémentation matérielle sur circuit FPGA, permettant de faire ces traitements en temps réel. -- Mot(s) clé(s) en français : Transformée en ondelettes discrète de Haar, Tatouage numérique, Cryptage chaotique, Circuit FPGA, Xilinx System Generator, Cosimulation. --
The real-time implementation of a digital image watermarking technique based on the Haar discrete wavelet transform and its deployment on FPGA circuit, using the high-level programming tool AMD/Xilinx System Generator, are presented in this thesis. Digital watermarking plays a crucial role in protecting digital images, guaranteeing their integrity and enabling their use to be tracked. The aim of this research was to develop such a system that is both robust and sufficiently secure, capable of withstanding various manipulations without altering the visual quality of an image. The proposed system is based on a non-blind and invisible watermark, requiring the original image and a secret key to extract the watermark. To reinforce the system's security, a cryptographic algorithm, based on chaotic systems, has been integrated, making the watermark invulnerable to brute-force attacks. This choice reinforces the watermark's confidentiality while maintaining its robustness against forgery attempts. Implementing the system on an FPGA circuit accelerates calculations and delivers effective performance in real time. Experimental results have shown that the digital watermarking system has very good imperceptibility, measured by indices such as PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) and SSIM (Structural Similarity Index Measure), while being resistant to common attacks, including geometric manipulation and image compression. In addition, co-simulation with the Nexys-4 development board validated the feasibility of the hardware implementation, confirming the effectiveness of the proposed system. The main contributions of this research include improving watermarking security, integrating chaotic algorithm to strengthen cryptography, optimising watermarking for invisibility and increased robustness against attacks, and implementing hardware on FPGA circuits, enabling this processing to be carried out in real time. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Digital watermarking, Haar discrete wavelet transform, Chaotic encryption method, FPGA circuit, Xilinx System Generator, Cosimulation.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Bahoura, Mohammed
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en ingénierie en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences appliquées (M. Sc. A.).
Mots-clés :	Tatouage d'images numériques; Ondelettes; Réseaux logiques programmables par l'utilisateur; Programmation (Informatique); Ondelettes de Haar; Transformée en ondelettes discrète de Haar; DWT; Xilinx System Generator.
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Date de dépôt :	08 mai 2025 15:52
Dernière modification :	14 mai 2025 21:50
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3304