KR100355268B1 - Digital Watermark Extraction Apparatus for Copyright Protection of Digital Audio/Video/Multimedia - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 오디오/비디오에 포함된 저작권 보호 정보인 디지털 워터마크를 시변 예측모델링을 이용하여 추출하는 방법에 관한 것으로서, 원본 오디오나 비디오 없이도 워터마크가 삽입된 오디오 및 비디오에서 워터마크를 추출하며 워터마크가 삽입된 오디오/비디오 신호에 대해 워터마크를 제거하기 위한 다양한 공격이 가해지더라고 워터마크의 정보가 제거되지 않고 추출이 가능하다.The present invention relates to a method of extracting digital watermark, which is copyright protection information included in digital audio / video, using time-varying prediction modeling, and extracts a watermark from audio and video having watermark embedded therein without the original audio or video. Even if various attacks are applied to remove the watermark on the watermark embedded audio / video signal, the watermark information can be extracted without being removed.
인터넷과 같은 컴퓨터망과 컴퓨터의 이용이 급격하게 증가함에 따라 디지털 멀티미디어 데이터의 이용 및 보급이 일반화되고 있다. 그러나, 이러한 멀티미디어 데이터들은 디지털이라는 속성으로 인하여 복제가 용이하고, 누구나 손쉽게 불법 복제를 통해 디지털 데이터를 얻을 수 있다. 이에 따라 불법적인 복제를 방지하고 멀티미디어 컨텐츠를 생산한 작가의 저작권 및 소유권을 보호하고자 하는 요구가 생겨나게 되었다.As the use of computer networks and computers such as the Internet is rapidly increasing, the use and dissemination of digital multimedia data is becoming common. However, such multimedia data can be easily copied due to the digital property, and anyone can easily obtain digital data through illegal copying. As a result, there is a demand to prevent illegal copying and to protect the copyright and ownership of the author who produced the multimedia contents.
본 발명은 이러한 데이터 보호기술 중의 하나인 워터마크가 삽입된 오디오/비디오 및 멀티미디어에서 워터마크를 시변 예측분석부와 시변 예측필터부를 이용하여 원본 오디오/비디오 및 멀티미디어 없이도 정확하게 추출할 수 있다. 이러한 워터마크 추출기술은 여러 가지 분야에 응용할 수 있다.The present invention can accurately extract a watermark without using the original audio / video and multimedia using a time varying predictive analyzer and a time varying predictive filter in a watermark-embedded audio / video and multimedia. This watermark extraction technique can be applied to various fields.
Description
본 발명은 디지털 오디오/비디오/멀티미디어에 삽입된 저작권 정보를 포함한 디지털 워터마크를 추출하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 시변 예측 모델링을 이용하여 원본 오디오/비디오/멀티미디어 없이도 디지털 워터마크에 포함된 저작권 정보를 정확하게 추출하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for extracting a digital watermark including copyright information embedded in digital audio / video / multimedia, and more specifically, to a digital watermark without using original audio / video / multimedia using time-varying prediction modeling. The present invention relates to a device for accurately extracting copyright information.
인터넷과 같은 컴퓨터망과 컴퓨터의 이용이 급격하게 증가함에 따라 디지털 멀티미디어 데이터의 이용 및 보급이 일반화되고 있다. 그러나, 이러한 멀티미디어 데이터들은 디지털이라는 속성으로 인하여 복제가 용이하고, 누구나 손쉽게 불법 복제를 통해 디지털 데이터를 얻을 수 있다. 이에 따라 불법적인 복제를 방지하고 멀티미디어 컨텐츠를 생산해내는 작가의 저작권 및 소유권을 보호하고자 하는 요구가 생겨나게 되었다.As the use of computer networks and computers such as the Internet is rapidly increasing, the use and dissemination of digital multimedia data is becoming common. However, such multimedia data can be easily copied due to the digital property, and anyone can easily obtain digital data through illegal copying. As a result, there has been a demand to prevent illegal copying and to protect copyrights and ownership of writers producing multimedia contents.
지금까지 가장 대표적으로 널리 사용되는 데이터 보호 방법으로는 데이터 암호화 방법이 있다. 이러한 데이터 암호화 방법은 암호를 알지 못하면 데이터로의 접근이 불가능하지만, 일단 암호가 해독된 후에는 아무런 제재 없이 불법적으로 복사 및 배포될 수 있다는 문제점이 있다.To date, the most widely used data protection method is the data encryption method. This data encryption method is impossible to access the data without knowing the password, but once decrypted, there is a problem that can be illegally copied and distributed without any sanction.
이러한 문제를 해결하기 위해 원 신호에 일종의 디지털 서명인 워터마크를 삽입하는 방법이 제안되었다. 디지털 워터마크란, 멀티미디어에 사람이 인지할 수 없는 저작자의 신호를 삽입하고, 추후에 멀티미디어에 삽입된 워터마크를 추출함으로써, 저작권 문제를 해결하는 저작권 보호기술의 일종이다. 워터마크(Watermark)는 사람이 볼 수 있는 로고 형태로 삽입될 수도 있으나, 워터마크의 삭제의 용이성과 멀티미디어 품질의 훼손 등으로 인하여 최근에는 사람이 볼 수 없는 형태로 워터마크를 삽입하는 방법이 많이 연구, 이용되고 있다.To solve this problem, a method of inserting a watermark, which is a kind of digital signature, into the original signal has been proposed. A digital watermark is a kind of copyright protection technology that solves a copyright problem by inserting a signal of an author unrecognizable in a multimedia and extracting a watermark embedded in the multimedia later. Watermark may be inserted in the form of a logo that can be seen by humans, but due to the ease of deletion of watermarks and the deterioration of the multimedia quality, there are many ways to insert a watermark in a form that cannot be seen in recent years. Research is used.
이와 같이 보이지 않은 워터마크를 삽입할 경우 몇 가지 요구 조건이 존재한다. 첫째, 삽입된 워터마크는 사람의 눈으로 판별할 수 없는 비인식성을 가져야 한다. 즉, 워터마크의 삽입으로 인해 발생하는 원 멀티미디어의 화질 저하가 발생하지 않아야 하며, 발생하더라도 거의 발생하지 않아야 한다. 둘째, 워터마크는 견고성을 가져야 한다. 즉, 삽입된 워터마크는 여러 가지 데이터 처리나, 워터마크를 삭제하려는 타인의 고의적인 공격을 받더라도 삭제되지 않는 견고성이 있어야 한다. 셋째, 워터마크는 비모호성을 가져야 한다. 비모호성이란, 삽입된 워터마크가 누구의 것인지 정확히 밝힐 수 있어야 하는 성질을 말한다. 즉, 삽입되지 않은 워터마크를 삽입되었다고 판별하거나, 삽입된 워터마크를 타인의 워터마크로 오인하는 등의 문제가 없어야만 한다.There are some requirements for embedding invisible watermarks. First, the inserted watermark must have a non-perceptibility that cannot be distinguished by the human eye. That is, the degradation of the quality of the original multimedia caused by the insertion of the watermark should not occur, and should almost never occur. Second, watermarks must be robust. In other words, the inserted watermark must have robustness that is not deleted even when subjected to various data processing or deliberate attacks by others who want to delete the watermark. Third, the watermark must be unambiguous. Inhomogeneity is the property of being able to identify exactly who the inserted watermark is. That is, there should be no problem such as determining that an uninserted watermark is inserted or misinterpreting the inserted watermark as a watermark of another person.
현재까지 발표된 대부분의 디지털 워터마크 추출방법들은 워터마크 추출 시 원본 데이터를 필요로 하는 바, 워터마크가 삽입된 오디오/비디오 및 원본 오디오/비디오의 차를 구하여 미리 알고있는 워터마크 신호와의 상관성을 구하여 워터마크에 포함된 저작권 정보를 검출하는 방법을 이용하였다.Most digital watermark extraction methods published to date require original data when extracting watermark. Correlation between watermark embedded audio / video and original audio / video is calculated and correlated with a known watermark signal. A method of detecting the copyright information included in the watermark was obtained.
이러한 종래의 워터마크 추출방법은 워터마크 추출 시 원본 데이터를 필요로 하기 때문에 포터블 디바이스에서의 오디오나 비디오의 재생 또는 디지털 방송, 통신 등과 같이 원본 데이터없이 워터마크 검출이 이루어져야 하는 실생활 이용에 많은 제약이 따르며, 워터마크 검출시 많은 시간이 소요되어 실시간 검출이 힘들다. 또한, 워터마크가 삽입된 오디오나 비디오에 임의의 공격이 가해질 경우 워터마크 추출이 불가능해지는 문제점을 가지고 있다.Since the conventional watermark extraction method requires original data when extracting the watermark, many limitations are imposed on the use of real life where watermark should be detected without original data such as audio or video playback or digital broadcasting or communication in a portable device. As a result, a lot of time is required for watermark detection, making it difficult to detect in real time. In addition, when a random attack is applied to the audio or video embedded with the watermark, watermark extraction is impossible.
따라서, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은워터마크 추출시 원본 데이터를 필요로 하지 않고, 외부로부터 임의의 공격이 가해지더라도 워터마크에 포함된 저작권 정보를 정확하게 추출할 수 있는 디지털 오디오/비디오/멀티미디어의 디지털 워터마크 추출장치를 제공하기 위한 것이다.Therefore, an object of the present invention for solving the above problems of the prior art does not require the original data when extracting the watermark, it is possible to accurately extract the copyright information contained in the watermark even if an arbitrary attack is applied from the outside The present invention provides a digital watermark extraction apparatus for digital audio / video / multimedia.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 디지털 멀티미디어의 디지털 워터마크 추출장치의 전체 구성도,1 is an overall configuration diagram of an apparatus for extracting digital watermark of digital multimedia according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1에 도시된 오디오 워터마크 추출부의 내부 상세 블록도,FIG. 2 is a detailed block diagram of an audio watermark extractor shown in FIG. 1;
도 3은 도 1에 도시된 비디오 워터마크 추출부의 내부 상세 블록도,FIG. 3 is a detailed block diagram of the video watermark extracting unit shown in FIG. 1;
도 4는 도 3의 1차원/2차원 시변 예측분석부 내지 1차원/2차원 시변 예측필터부에서 비디오 데이터를 스캐닝하는 여러 가지 방법을 도시한 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating various methods of scanning video data by the 1D / 2D time varying prediction analysis unit to the 1D / 2D time varying prediction filter of FIG. 3.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※※ Explanation of code about main part of drawing ※
100 : 역다중화부100: demultiplexing unit
200 : 오디오 복호화부200: audio decoder
300 : 오디오 워터마크 추출부300: audio watermark extraction unit
301 : 1차원 시변 예측분석부 302 : 동기정보 검출부301: one-dimensional time-varying prediction analysis unit 302: synchronization information detection unit
303 : 1차원 시변 예측필터부 304 : 의사잡음 시퀀스 생성부303: 1-dimensional time-varying prediction filter unit 304: pseudo noise sequence generator
305 : 1차원 시변 예측필부 306 : 정합필터부305: 1-dimensional time-variable prediction part 306: Matching filter part
307 : 오류정정 복호화부307: error correction decoder
400 : 비디오 복호화부400: video decoder
500 : 비디오 워터마크 추출부500: video watermark extraction unit
501 : 주파수 변환부 502 : 1차원/2차원 시변 예측분석부501: frequency converter 502: one-dimensional and two-dimensional time-varying prediction analysis unit
503 : 동기정보 추출부 504 : 1차원/2차원 시변 예측필터부503: synchronization information extraction unit 504: one-dimensional and two-dimensional time-varying prediction filter unit
505 : 의사잡음 시퀀스 생성부 506 : 1차원/2차원 시변 예측필터부505: pseudo noise sequence generator 506: one-dimensional / two-dimensional time-varying prediction filter
507 : 정합 필터부 508 : 오류정정 복호화부,507: matching filter unit 508: error correction decoding unit,
510 : 지그재그 스캐닝방법 520 : 수평방향 스캐닝 방법510: Zig-zag scanning method 520: Horizontal scanning method
530 : 수직방향 스캐닝방법 540 : 2차원 스펙트럼 추정방법530: vertical scanning method 540: two-dimensional spectrum estimation method
600 : 오디오 출력 제어부600: audio output control unit
700 : 비디오 출력 제어부700: video output control unit
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 멀티미디어의 디지털 워터마크 추출장치는, 워터마크 삽입된 디지털 멀티미디어 신호를 입력받아 오디오 비트스트림 및 비디오 비트스트림으로 분리하는 역다중화부와,According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for extracting digital watermark of digital multimedia, comprising: a demultiplexer for receiving a watermark-embedded digital multimedia signal into an audio bitstream and a video bitstream;
상기 오디오 비트스트림으로부터 오디오 저작권 정보를 포함한 워터마크를 추출하는 오디오 워터마크 추출부,An audio watermark extraction unit for extracting a watermark including audio copyright information from the audio bitstream;
상기 비디오 비트스트림으로부터 비디오 저작권 정보를 포함한 워터마크를 추출하는 비디오 워터마크 추출부,A video watermark extractor for extracting a watermark including video copyright information from the video bitstream;
상기 오디오 저작권 정보를 이용하여 상기 오디오 비트스트림의 출력을 제어하는 오디오 출력 제어부, 및An audio output control unit which controls the output of the audio bitstream using the audio copyright information;
상기 비디오 저작권 정보를 이용하여 상기 비디오 비트스트림의 출력을 제어하는 비디오 출력 제어부를 포함한 것을 특징으로 한다.And a video output control unit which controls the output of the video bitstream using the video copyright information.
또한, 본 발명에 따른 디지털 오디오의 디지털 워터마크 추출장치는, 워터마크가 삽입된 오디오 비트스트림에서 동기정보를 추출하는 동기정보 추출부와,In addition, the digital watermark extraction apparatus of digital audio according to the present invention, the synchronization information extracting unit for extracting the synchronization information from the audio bitstream embedded with the watermark;
상기 동기정보를 이용하여 상기 오디오 비트스트림의 스펙트럼을 분석하여필터값을 추출하는 시변 예측분석부,A time-varying prediction analyzer for extracting filter values by analyzing the spectrum of the audio bitstream using the synchronization information;
상기 필터값을 이용하여 상기 오디오 비트스트림의 스펙트럼을 필터링하여 워터마크 신호성분을 추출하는 제 1 시변 예측필터부,A first time-varying prediction filter unit extracting a watermark signal component by filtering the spectrum of the audio bitstream using the filter value;
상기 동기정보를 이용하여 의사잡음 시퀀스를 발생하는 의사잡음 시퀀스 생성부,A pseudo noise sequence generator for generating a pseudo noise sequence using the synchronization information;
상기 필터값을 이용하여 상기 의사잡음 시퀀스를 필터링하는 제 2 시변 예측필터부, 및A second time-varying prediction filter unit for filtering the pseudo noise sequence using the filter value, and
상기 제 1 시변 예측필터부와 제 2 시변 예측필터부를 입력받아 상기 워터마크에 포함된 저작권 정보를 추출하는 정합필터부를 포함한 것을 특징으로 한다.And a matched filter unit configured to receive the first time-varying prediction filter unit and the second time-varying prediction filter unit to extract copyright information included in the watermark.
또한, 본 발명에 따른 디지털 비디오의 디지털 워터마크 추출장치는, 워터마크가 삽입된 비디오 비트스트림에서 동기정보를 추출하는 동기정보 추출부와,In addition, the digital watermark extraction apparatus of the digital video according to the present invention, the synchronization information extraction unit for extracting the synchronization information from the video bitstream embedded with the watermark;
상기 동기정보를 이용하여 상기 비디오 비트스트림의 스펙트럼을 분석하여 필터값을 추출하는 시변 예측분석부,A time-varying prediction analyzer for extracting filter values by analyzing the spectrum of the video bitstream using the synchronization information;
상기 필터값을 이용하여 상기 비디오 비트스트림의 스펙트럼을 필터링하여 워터마크 신호성분을 추출하는 제 1 시변 예측필터부,A first time-varying prediction filter unit extracting a watermark signal component by filtering the spectrum of the video bitstream using the filter value;
상기 동기정보를 이용하여 의사잡음 시퀀스를 발생하는 의사잡음 시퀀스 생성부,A pseudo noise sequence generator for generating a pseudo noise sequence using the synchronization information;
상기 필터값을 이용하여 상기 의사잡음 시퀀스를 필터링하는 제 2 시변 예측필터부, 및A second time-varying prediction filter unit for filtering the pseudo noise sequence using the filter value, and
상기 제 1 시변 예측필터부와 제 2 시변 예측필터부를 입력받아 상기 워터마크에 포함된 저작권 정보를 추출하는 정합필터부를 포함한 것을 특징으로 한다.And a matched filter unit configured to receive the first time-varying prediction filter unit and the second time-varying prediction filter unit to extract copyright information included in the watermark.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 디지털 오디오/비디오/멀티미디어의 디지털 워터마크 추출장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus for extracting digital watermark of digital audio / video / multimedia according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 멀티미디어의 디지털 워터마크 추출장치를 도시한 구성도이다.1 is a block diagram showing an apparatus for extracting digital watermark of digital multimedia according to the present invention.
도면에서 100은 역다중화부, 200은 오디오 복호화부, 300은 오디오 워터마크 추출부, 400은 비디오 복호화부, 500은 비디오 워터마크 추출부, 600은 오디오 출력 제어부, 700은 비디오 출력 제어부이다.In the drawing, 100 is a demultiplexer, 200 is an audio decoder, 300 is an audio watermark extractor, 400 is a video decoder, 500 is a video watermark extractor, 600 is an audio output controller, and 700 is a video output controller.
도 1을 참조하면, 디지털 멀티미디어의 디지털 워터마크 추출장치는, 압축된 오디오/비디오 신호를 입력받아 오디오 및 비디오 비트 스트림으로 분리하는 역다중화부(100)와, 압축된 오디오 비트 스트림을 복호화하는 오디오 복호화부(200)와, 복호화된 오디오 비트 스트림에서 오디오 저작권 정보를 추출하는 오디오 워터마크 추출부(300)와, 압축된 비디오 비트 스트림을 복호화하는 비디오 복호화부(400)와, 복호화된 비디오 비트 스트림에서 비디오 저작권 정보를 추출하는 비디오 워터마크 추출부(500)와, 오디오 워터마크 추출부(300)로부터 오디오 저작권 정보를 받아서 오디오 출력을 제어하는 오디오 출력 제어부(600)와, 비디오 워터마크 추출부(500)로부터 비디오 저작권 정보를 받아서 비디오 출력을 제어하는 비디오 출력제어부(700)로 구성된다.Referring to FIG. 1, an apparatus for extracting digital watermark of digital multimedia may include a demultiplexer 100 which receives a compressed audio / video signal and separates the compressed audio / video signal into an audio and video bit stream, and decodes the compressed audio bit stream. A decoder 200, an audio watermark extractor 300 for extracting audio copyright information from the decoded audio bit stream, a video decoder 400 for decoding the compressed video bit stream, and a decoded video bit stream. A video watermark extractor 500 for extracting video copyright information from the audio output unit, an audio output control unit 600 for receiving audio copyright information from the audio watermark extractor 300, and controlling audio output; And a video output controller 700 for receiving video copyright information from the 500 and controlling the video output.
도 1에서 압축된 오디오 및 비디오가 입력될 경우에는 역다중화부(100)와 오디오 복호화부(200), 및 비디오 복호화부(400)를 각각 거쳐서 오디오 워터마크 추출부(300)와 비디오 워터마크 추출부(500)로 각각 입력되지만, 압축되지 않은 오디오 및 비디오가 입력될 경우에는 오디오 워터마크 추출부(300)와 비디오 워터마크 추출부(500)로 바로 입력된다.When the audio and video compressed in FIG. 1 are input, the audio watermark extractor 300 and the video watermark extract are passed through the demultiplexer 100, the audio decoder 200, and the video decoder 400, respectively. When the audio and video are input to the unit 500 but are not compressed, the audio watermark extractor 300 and the video watermark extractor 500 are directly input.
또한, 도 1에서 오디오 워터마크 추출부(300) 및 비디오 워터마크 추출부(500)에서 추출된 오디오 및 비디오 저작권 정보에 복제 조절정보 등의 출력 제어신호가 포함되어 있을 경우 오디오 출력 제어부(600) 및 비디오 출력 제어부(700)에서는 출력 제어신호 정보를 이용하여 오디오 및 비디오 출력을 제어한다.In addition, when the audio and video copyright information extracted by the audio watermark extractor 300 and the video watermark extractor 500 includes an output control signal such as copy control information in FIG. 1, the audio output controller 600. And the video output controller 700 controls the audio and video output using the output control signal information.
도 2는 도 1에 도시된 오디오 워터마크 추출부(300)의 내부 상세 구성도이다. 도면에서 301은 1차원 시변 예측분석부, 302는 동기정보 추출부, 303은 1차원 시변 예측필터부, 304는 의사잡음 시퀀스 생성부, 305는 1차원 시변 예측필터부, 306은 정합필터부, 307은 오류정정 복호화부이다.FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the audio watermark extractor 300 shown in FIG. 1. In the figure, 301 is a one-dimensional time-varying prediction analysis unit, 302 is a synchronization information extracting unit, 303 is a one-dimensional time-varying prediction filter unit, 304 is a pseudo noise sequence generating unit, 305 is a one-dimensional time-varying prediction filter unit, 306 is a matched filter unit, 307 is an error correction decoding unit.
도 2를 참조하면, 워터마크가 삽입된 오디오 신호는 동기정보 추출부(302)에 입력되어 동기정보가 추출된다. 이는 워터마크가 삽입된 오디오 신호에 공격이 가해질 경우 애초에 워터마크가 삽입된 위치와 동기가 맞지 않아 워터마크 검출이 불가능해질 수 있으므로 동기정보 추출부(302)에서 동기정보를 추출하고 이 동기정보를 이용하여 동기를 맞춘다.Referring to FIG. 2, an audio signal having a watermark embedded therein is input to the synchronization information extracting unit 302 to extract synchronization information. This is because when the attack is applied to the audio signal in which the watermark is inserted, the synchronization of the watermark is not synchronized with the position where the watermark is initially inserted. Therefore, the watermark may not be detected. Therefore, the synchronization information extracting unit 302 extracts the synchronization information and extracts the synchronization information. To keep them motivated.
1차원 시변 예측분석부(301)는 동기정보 추출부(301)의 동기정보를 이용하여 AR(Autoregressive) 모델링 또는 ARMA(Autoregressive Moving Average) 모델링을 하여 입력된 오디오 신호의 스펙트럼을 분석하여 이에 해당하는 필터값을 1차원 시변 예측필터부(303)에 전달한다. 상기 AR(Autoregressive) 모델링 또는 ARMA(Autoregressive Moving Average) 모델링은 신호를 예측하는 방법의 일종이며 AR 또는 ARMA를 이용하여 구한 필터로 예측된 스펙트럼은 오디오 신호의 스펙트럼에 해당하게 된다.The one-dimensional time-varying prediction analysis unit 301 analyzes the spectrum of the input audio signal by performing AR (Autoregressive) modeling or ARMA (Autoregressive Moving Average) modeling using the synchronization information of the synchronization information extracting unit 301. The filter value is transmitted to the one-dimensional time-varying prediction filter unit 303. The AR (Autoregressive) modeling or the Autoregressive Moving Average (ARMA) modeling is a kind of method for predicting a signal, and the spectrum predicted by the filter obtained using the AR or the ARMA corresponds to the spectrum of the audio signal.
1차원 시변 예측필터부(303)는 1차원 시변 예측분석부(301)에서 받은 필터값을 이용하여 입력된 오디오 신호가 가지는 스펙트럼 성분을 필터링한다. 1차원 시변 예측필터부(303)를 통과한 워터마크가 삽입된 오디오 신호는 오디오 신호가 가지는 고유의 스펙트럼이 제거되고 워터마크 신호 성분이 남게 된다.The 1D time varying prediction filter unit 303 filters the spectral components of the input audio signal using the filter value received from the 1D time varying prediction analysis unit 301. The inherent spectrum of the audio signal is removed from the audio signal having the watermark inserted through the one-dimensional time-varying prediction filter unit 303, and the watermark signal component remains.
워터마킹된 오디오 신호는 원래의 오디오 성분과 워터마크 신호 성분으로 구성되어 있다. 따라서 AR 또는 ARMA 필터값을 이용하여 오디오 신호의 스펙트럼을 예측할 수 있으므로 이를 워터마킹된 오디오 신호에서 제거해 주면 워터마크 신호 성분만 남게 된다.The watermarked audio signal consists of the original audio component and the watermark signal component. Therefore, since the spectrum of the audio signal can be predicted using the AR or ARMA filter value, removing it from the watermarked audio signal leaves only the watermark signal component.
의사잡음 시퀀스 생성부(304)에서 발생된 의사잡음 시퀀스는 1차원 시변 예측분석부(301)에서 얻어진 필터값을 이용하여 1차원 시변 예측필터부(305)에서 필터링된 다음 정합필터부(306)로 입력된다. 이렇게 의사잡음 시퀀스를 필터링하면 1차원 시변 예측필터부(303)의 출력과 필터링된 의사잡음 시퀀스가 최대의 상관성을 가지게 되어 정합필터부(306)에서 저작권 정보를 정확하게 추출할 수 있다. 정합필터부(306)를 통해 얻어진 저작권 정보는 오류정정 복호화부(307)를 통해 만약에 발생할 수 있는 비트 에러를 정정한다.The pseudo-noise sequence generated by the pseudo-noise sequence generator 304 is filtered by the one-dimensional time-varying prediction filter unit 305 using the filter value obtained by the one-dimensional time-varying prediction analyzer 301 and then matched by the matching filter unit 306. Is entered. When filtering the pseudo noise sequence, the output of the 1D time-varying prediction filter unit 303 and the filtered pseudo noise sequence have maximum correlation, so that the matched filter unit 306 can accurately extract copyright information. The copyright information obtained through the matched filter unit 306 corrects a bit error that may occur if it occurs through the error correction decoder 307.
정합필터부(306)는 입력되는 두 신호가 서로 얼만큼의 상관성을 가지는지를 판별하는 과정으로 상관성이 있으면 큰 값이 출력되고 반대로 상관성이 없으면 아주 작은 값이 출력된다. 1차원 시변 예측필터부(303)를 통과한 신호는 오디오 성분이 제거되고 워터마크 성분만 남은 신호이며, 이 신호가 1차원 시변 예측필터부(305)를 통과한 의사잡음 신호와 같은 성분의 신호라면 정합필터부에서는 최대의 상관성을 얻을 수 있게 된다.The matched filter unit 306 determines how much correlation the two input signals have to each other. If there is a correlation, a large value is output, and if there is no correlation, a very small value is output. The signal passing through the one-dimensional time-varying prediction filter unit 303 is a signal from which an audio component has been removed and only the watermark component remains, and this signal is a signal having a component such as a pseudo noise signal passing through the one-dimensional time-varying prediction filter unit 305. In this case, the matching filter unit can obtain the maximum correlation.
도 3은 도 1에 도시된 비디오 워터마크 추출부(500)의 내부 상세 구성도이다. 도면에서 501은 주파수 변환부, 502는 1차원/2차원 시변 예측분석부, 503은 동기정보 추출부, 504는 1차원/2차원 시변 예측필터부, 505는 의사잡음 시퀀스 생성부, 506은 1차원/2차원 시변 예측필터부, 507은 정합필터부, 508은 오류정정 복호화부이다.FIG. 3 is a detailed block diagram of the video watermark extractor 500 shown in FIG. 1. In the drawing, 501 is a frequency converter, 502 is a 1D / 2D time varying prediction analysis unit, 503 is a synchronization information extracting unit, 504 is a 1D / 2D time varying prediction filter unit, 505 is a pseudo noise sequence generator, and 506 is 1 The dimensional / two-dimensional time-varying prediction filter unit, 507 is a matching filter unit, and 508 is an error correction decoding unit.
도 3을 참조하면, 워터마크가 삽입된 비디오 신호는 주파수 변환부(501)를 거쳐 2차원 주파수 영역의 데이터로 변환된다.Referring to FIG. 3, a video signal having a watermark embedded therein is converted into data in a two-dimensional frequency domain through a frequency converter 501.
이 주파수 변환부(501)는 워터마크 추출과정이 시간영역에서 수행될 경우에는 생략 가능하다. 워터마크가 삽입된 비디오 신호는 동기정보 추출부(503)에 입력되어 동기정보가 추출된다. 이는 워터마크가 삽입된 비디오 신호에 공격이 가해질 경우 애초에 워터마크가 삽입된 위치와 동기가 맞지 않아 워터마크 검출이 불가능해질 수 있으므로 동기정보 추출부(503)에서 추출된 동기정보를 이용하여 동기를 맞춘다.The frequency converter 501 may be omitted when the watermark extraction process is performed in the time domain. The video signal having the watermark embedded therein is input to the synchronization information extracting unit 503 to extract the synchronization information. When an attack is applied to a video signal containing a watermark, watermark detection may not be possible because it is not synchronized with the position where the watermark is inserted in the first place. Therefore, synchronization is extracted using the synchronization information extracted by the synchronization information extraction unit 503. Fit.
1차원/2차원 시변 예측분석부(502)는 동기정보 추출부(503)의 동기정보를 이용하여 1차원 또는 2차원의 AR(Autoregressive) 모델링 또는 ARMA(Autoregressive Moving Average) 모델링을 통해 입력된 비디오 신호의 스펙트럼을 분석하여, 이에 해당하는 필터값을 1차원/2차원 시변 예측필터부(504)에 전달한다. 상기 AR(Autoregressive) 모델링 또는 ARMA(Autoregressive Moving Average) 모델링은 신호를 예측하는 방법의 일종이며 AR 또는 ARMA를 이용하여 구한 필터로 예측된 스펙트럼은 오디오 신호의 스펙트럼에 해당하게 된다.The 1D / 2D time varying prediction analysis unit 502 inputs video through 1D or 2D AR (Autoregressive) modeling or ARMA (Autoregressive Moving Average) modeling using the synchronization information of the synchronization information extractor 503. The spectrum of the signal is analyzed and the corresponding filter value is transmitted to the 1D / 2D time varying prediction filter unit 504. The AR (Autoregressive) modeling or the Autoregressive Moving Average (ARMA) modeling is a kind of method for predicting a signal, and the spectrum predicted by the filter obtained using the AR or the ARMA corresponds to the spectrum of the audio signal.
1차원/2차원 시변 예측필터부(504)는 1차원/2차원 시변 예측분석부(502)에서 받은 1차원 또는 2차원의 필터값을 이용하여 입력된 비디오 신호가 가지는 스펙트럼 성분을 필터링한다. 1차원/2차원 시변 예측필터부(504)를 통과한 워터마크가 삽입된 비디오 신호는 비디오 신호가 가지는 고유의 스펙트럼이 제거되고 워터마크 신호성분이 남게 된다.The 1D / 2D time varying prediction filter unit 504 filters the spectral components of the input video signal using a 1D or 2D filter value received from the 1D / 2D time varying prediction analysis unit 502. The watermark-embedded video signal passing through the 1D / 2D time-varying prediction filter unit 504 removes an inherent spectrum of the video signal and leaves a watermark signal component.
의사잡음 시퀀스 생성부(505)에서 발생된 의사잡음 시퀀스는 1차원/2차원 시변 예측분석부(502)에서 얻어진 필터값을 이용하여 1차원/2차원 시변 예측필터부(506)에서 필터링된 다음 정합필터부(507)로 넘겨진다. 이렇게 의사잡음 시퀀스를 필터링하면 1차원/2차원 시변 예측필터부(504)의 출력과 필터링된 의사잡음 시퀀스가 최대의 상관성을 가지게 되어 정합필터부(507)에서 저작권 정보를정확하게 추출할 수 있다. 정합필터부(507)를 통해 얻어진 저작권 정보는 오류정정 복호화부(508)를 통해 만약에 발생할 수 있는 비트 에러를 정정한다.The pseudonoise sequence generated by the pseudonoise sequence generation unit 505 is filtered by the 1D / 2D time varying prediction filter unit 506 using the filter value obtained by the 1D / 2D time varying prediction analysis unit 502. The filter is passed to the matching filter unit 507. When filtering the pseudo noise sequence, the output of the 1D / 2D time-varying prediction filter unit 504 has a maximum correlation with the filtered pseudo noise sequence, and the matching filter unit 507 can accurately extract copyright information. The copyright information obtained through the matched filter unit 507 corrects a bit error that may occur if it occurs through the error correction decoder 508.
상기의 1차원/2차원 시변 예측분석부(502), 1차원/2차원 시변 예측필터부(504), 및 1차원/2차원 시변 예측필터부(506)에서는 시변 예측분석 및 필터링을 1차원 또는 2차원 영역에서 수행할 수 있다.The one-dimensional and two-dimensional time-varying prediction analysis unit 502, the one-dimensional and two-dimensional time varying prediction filter unit 504, and the one-dimensional and two-dimensional time varying prediction filter unit 506 perform one-dimensional time-varying prediction analysis and filtering. Or in a two-dimensional region.
1차원 영역에서 시변 예측분석 및 필터링을 할 경우에는 2차원인 비디오 데이터를 1차원으로 만들어야 한다. 도 4는 2차원 비디오 데이터를 1차원 데이터로 만드는 여러 가지 스캐닝 방법들이 도시되어 있다.In case of time-varying predictive analysis and filtering in one-dimensional domain, two-dimensional video data should be made in one dimension. 4 illustrates various scanning methods for making two-dimensional video data into one-dimensional data.
즉, 1차원 영역에서 시변 예측분석 및 필터링을 할 경우에는, 2차원 비디오를 지그재그 스캐닝방법(510)과, 수평방향 스캐닝방법(520), 또는 수직방향 스캐닝방법(530)을 이용히여 1차원으로 만들고, 1차원 AR 모델링 또는 ARMA 모델링을 통해 예측계수인 필터값을 얻은 뒤 1차원 시변 예측필터링을 하여 비디오 신호의 스펙트럼을 필터링하여 워터마크 신호성분만 남도록 한다.That is, when time-varying prediction analysis and filtering are performed in the 1-dimensional region, the 2D video is zigzag-scanned in one dimension by using a zigzag scanning method 510, a horizontal scanning method 520, or a vertical scanning method 530. After obtaining the filter value which is a predictive coefficient through 1D AR modeling or ARMA modeling, 1D time varying prediction filtering is performed to filter the spectrum of the video signal so that only watermark signal components remain.
한편, 2차원 영역에서의 시변 예측분석 및 필터링 시에는 2차원 스펙트럼 추정방법(540)인 2차원 AR 모델링 또는 ARMA 모델링을 통하여 예측계수인 필터값을 얻은 후, 2차원 시변 예측필터링을 하여 비디오 신호의 스펙트럼을 필터링하여 워터마크 신호성분만 남도록 한다.On the other hand, in time-variable prediction analysis and filtering in the two-dimensional region, the filter value which is a prediction coefficient is obtained through two-dimensional AR modeling or ARMA modeling, which is a two-dimensional spectrum estimation method 540, and then the video signal is subjected to two-dimensional time-varying prediction filtering. Filter the spectrum of so that only the watermark signal components remain.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the invention has been described above based on the preferred embodiments thereof, these embodiments are intended to illustrate rather than limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, modifications, or adjustments to the above embodiments can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the protection scope of the present invention will be limited only by the appended claims, and should be construed as including all such changes, modifications or adjustments.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 디지털 오디오/비디오 및 멀티미디어의 저작권 보호 및 복제방지에 핵심기술로 이용될 수 있으며, 워터마크가 삽입된 오디오 및 비디오 신호에서 원본 데이터가 없이 워터마크를 추출할 수 있기 때문에 실생활 이용이 용이하다. 또한, 워터마크가 삽입된 오디오 및 비디오 신호에 임의의 공격이 가해질 경우에도 워터마크를 효율적으로 추출할 수 있고, 디지털 오디오 및 비디오의 조작이나 변형 여부를 확인할 수 있는 인증(Authentification)에도 사용될 수 있다. 또한, 디지털 데이터를 포터블 디바이스나 기타 오디오 및 비디오 장비를 통해 재생할 때 허용 가능한 복제 횟수를 워터마크로 조절함으로써, 사용제한(Usage Control)에도 활용될 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can be used as a core technology for copyright protection and copy protection of digital audio / video and multimedia, and watermark can be extracted from original audio and video signals without watermark data without watermark. It is easy to use in real life. In addition, even if any attack is applied to the audio and video signal embedded in the watermark, the watermark can be efficiently extracted, and can also be used for authentication that can confirm whether the digital audio and video are manipulated or modified. . In addition, when the digital data is reproduced through a portable device or other audio and video equipment, the allowable number of copies can be adjusted by using a watermark, which can be used for usage control.
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