KR100458492B1 - 디지털 오디오 컨텐츠 저작권 보호 및 복사 방지를 위한워터마크의 삽입/추출 방법 및 이를 이용한 장치 - Google Patents

디지털 오디오 컨텐츠 저작권 보호 및 복사 방지를 위한워터마크의 삽입/추출 방법 및 이를 이용한 장치 Download PDF

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Abstract

디지털 오디오 컨텐츠에 워터마크를 삽입함에 있어서 디지털 오디오 컨텐츠의 최소가청한계를 이용한 모델을 생성하여 의사난수 열을 마스킹하여 워터마크를 생성하고 이를 삽입한다. 디지털 오디오 컨텐츠에 삽입된 워터마크를 추출하기 위해서 디지털 오디오 컨텐츠에서 발생되는 주파수 특성에 따른 최소 가청 한계를 가지는 청각 심리 모델을 형성하여 의사난수 열로부터 워터마크를 생성한다. 워터마크의 생성단계 후에 서로 인접하는 디지털 오디오 컨텐츠들로부터 해당 디지털 오디오 컨텐츠에 대한 신호처리의 여부를 감지하여 워터마크의 길이를 조절하고, 이러한 워터마크와 디지털 오디오 컨텐츠간의 상관관계를 측정하여 워터마크의 삽입 여부를 검출할 수 있다.

Description

디지털 오디오 컨텐츠 저작권 보호 및 복사 방지를 위한 워터마크의 삽입/추출 방법 및 이를 이용한 장치{WATERMARK EMBEDDING AND EXTRACTING METHOD FOR PROTECTING DIGITAL AUDIO CONTENTS COPYRIGHT AND PREVENTING DUPLICATION AND APPARATUS USING THEREOF}
본 발명은 디지털 컨텐츠에 대한 워터마크 삽입과 추출방법에 관한 것으로, 특히 주기적 특성이 강하고 작은 변화에도 컨텐츠의 품질에 영향을 받기 쉬운 디지털 오디오 컨텐츠에 대한 워터마크의 삽입과 워터마크가 삽입된 디지털 오디오 컨텐츠에 대한 신호처리 공격이 가해져 원래의 컨텐츠가 왜곡된 상태인 경우에도 워터마크를 추출할 수 있도록 한 디지털 오디오 컨텐츠에 대한 워터마크 삽입/추출방법 및 이를 이용한 삽입/추출장치에 관한 것이다.
디지털 오디오 컨텐츠에 대한 워터마크의 삽입/추출에 대하여는 Laurence et al.의 Digital Watermarks for Audio Signals(Laurence Boney, A. H. Tewfik, and K. N. Hamdy, in Proc. 1996 IEEE Int. Conf. Multimedia Computing and Systems, Hiroshima, Japan, June 17-23, 1996, pp. 473-480)에서 심리음향 모델을 이용한 워터마크의 삽입에 대하여, Swanson et al.의 Robust data hiding for images(M. D. Swanson, B. Zu, and A. H. Tewfik, in Information Hiding: Second Int. Workshop (Lecture Notes in Computer Science), vol. 1525, D. Aucsmith, Ed. Berlin, Germany: Springer-Verlag, 1998, pp. 169-190)에서 심리시각 모델을 이용한 이미지 워터마킹 방법을 제안하였다.
Laurence et al 및 Swanson et al 에서 개시되고 있는 워터마크의 삽입방법은 이미 일반화된 기술로서, Laurence et al 에서 개시되는 기술은 오디오 컨텐츠를 매 프레임 분석해야 하기 때문에 MP3 인코더에 버금가는 많은 계산량과 메모리를 필요로 하여 현실적으로 상품화하기 어렵다.
또한, 워터마킹 관련 연구에서 가장 널리 사용되는 상관도를 이용한 워터마크 검출방법으로는 Cox et al. 의 A Secure Robust Watermark for Multimedia, (I. J. Cox, J. Kilian, T. Leighton, and T. Shamoon in R. J. Anderson, Ed., Information hiding: First International Workshop, in Lecture Notes in Computer Science, vol. 1174, Berlin, Germany: Springer-Verlag, 1996, pp. 183-206)와 Secure Spread Spectrum Watermarking for Images, Audio, and Video (I. J. Cox, J. Kilian, T. Leighton, and T. Shamoon in Proc. IEEE Int, Conf, Image Processing (ICIP'96), Lausanne, Switzerland, Sept. 16-19, 1996, pp. 243-246) 의 연구에서 이용한 방법과 같으나 오디오 컨텐츠가 갖고 있는 주기적 특성으로 인하여 단순한 상관도만으로는 컨텐츠가 공격을 받은 후에 워터마크 검출율이 현저히 저하되는 문제점이 드러난다.
또한, 디지털 오디오는 특성상 주변신호의 크기와 매우 밀접한 관계를 갖고 있다. 따라서, 오디오 자체의 신호 파형을 보면 서로 다른 주파수를 갖는 정현파(사인 곡선이나 코사인 곡선)의 합으로 구성되어 있다. 즉, 정현파는 주기함수이므로 주기적 특성을 지니고 있기 때문에 디지털 오디오의 품질에 손상을 주지 않는 강도로 워터마크를 삽입해야 하기 때문에 오디오의 주기적 특성에 상관정보가 묻혀 감지되지 않는 경우가 종종 발생한다.
국제공개특허 WO9803014 는 앞서 지적한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 디지털 컨텐츠 신호와 워터마크와의 상관함수를 구하기 전에 워터마크된 디지털 컨텐츠 신호와 워터마크 신호를 예측 필터로 필터링하여 워터마크 정보를 강화하는 개선안을 제안하였다. 상기 국제공개특허에서는 디지털 컨텐츠와 워터마크를 상관시켜서, 이 상관 결과를 평가하는 평가 단계를 포함하는 정보 신호에 삽입된 워터마크를 감지하는 방법을 개시한다. 이때 디지털 컨텐츠의 특성을 고려하여, 워터마크가 삽입된 디지털 컨텐츠와 워터마크를 예측 필터링 하고, 상관 단계를 필터링된 신호 및 필터링된 워터마크에 적용하도록 하는 워터마크 검출 방법을 개시하고 있다.
그러나, 상기 공개특허에서는 이미지를 대상으로 실행 예를 설명하고 있는데, 이미지의 경우에는 오디오에 비하여 주기성이 적고, 워터마크된 디지털 컨텐츠의 예측필터로 필터링을 하는 방법은 많은 계산시간을 요구하기 때문에 실시간 적용이 요구되는 시스템에는 적용하기에 불가능하다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해결하고자 하는 것으로 오디오 음질에 영향을 주지 않으면서 실시간으로 워터마크의 삽입과 추출이 가능한 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적으로서 모든 워터마킹 삽입/추출 동작이 실시간으로 처리가 가능하며 MP3 플레이어와 같은 휴대용 장치(portable device)에도 적용할 수 있는 디지털 워터마크의 삽입/추출방법 및 이를 이용한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 인간의 청각적 인지능력으로 구분이 불가능한 영역을 이용하여 워터마크를 설계하고 이를 삽입하는 디지털 워터마크의 삽입방법과 이를 이용한 장치를 제공하는 것이다.
상기에서의 워터마크의 삽입은 시공간(time-spatial space) 영역에서 삽입을 하고, 워터마크를 삽입하기 전에 본 발명에서 제안하는 디지털 오디오 심리음향 모델인 오디오 컨텐츠의 최소가청한계 곡선(Audio Absolute threshold curves of hearing)을 이용하여 마스킹하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 디지털 오디오의 본질적인 특성인 주기적인 특성을 배제하고 삽입된 디지털 워터마크를 검출할 수 있는 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디지털 오디오 컨텐츠에 워터마크를 삽입하는 방법은,
소정 길이의 의사난수 열을 상기 디지털 오디오 컨텐츠의 청각적 특성에 영향을 끼치지 않도록 최소 가청 한계 필터링을 하여 디지털 워터마크를 생성하는 단계; 및
디지털 워터마크를 디지털 오디오 컨텐츠에 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 디지털 오디오 컨텐츠로부터 워터마크를 추출하는 방법은 디지털 오디오 컨텐츠에서 발생되는 주파수 특성에 따른 최소 가청 한계를 가지는 청각 심리 모델을 형성하여 워터마크를 생성하는 단계;
서로 인접하는 디지털 오디오 컨텐츠들로부터 해당 디지털 오디오 컨텐츠에 대한 신호처리의 여부를 감지하여 워터마크의 길이를 조절하는 단계; 및
길이가 조절된 워터마크와 디지털 오디오 컨텐츠간의 상관관계를 측정하여 워터마크의 삽입을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 본 발명에 따른 워터마크의 검출방법에서의 워터마크의 검출단계는 첫째, 디지털 컨텐츠에 가해진 신호처리가 워터마크의 강도 및 지연에 얼마만큼 미치는가를 판단한다. 특히, 워터마크의 일부가 사라진 경우에는 이에 대한 대처가 반드시 이루어져야 성공적으로 워터마크를 추출할 수 있기 때문에 매우 중요하다.
둘째, 디지털 오디오 데이터에 삽입되어 있는 워터마크의 신호를 강화해야 한다. 워터마크가 디지털 컨텐츠의 음질이나 음색에 영향을 미치게 되면 아무리 성공적으로 워터마크를 식별할 수 있다고 하더라도 무의미하게 된다. 결국, 워터마크 신호는 미세하게 신호에 삽입될 수 밖에 없으므로 미세한 워터마크 신호를 강화해야만 한다.
셋째, 워터마크가 삽입된 디지털 컨텐츠와 워터마크와의 상호 상관함수에서 워터마크의 식별 신호만을 선별적으로 추출해야 한다. 워터마크 신호를 추출하는 과정에서 필연적으로 컨텐츠 신호와 워터마크 신호와의 상관성으로 인해 정확한 추출이 어렵게 된다. 따라서, 삽입된 워터마크와 워터마크 신호와의 상호상관함수에서 발생되는 신호에서 오디오의 주기적 특성을 제거하는 신호처리 기법을 이용한 워터마크 검출 방법을 이용한다.
본 발명에서는 디지털 오디오와 같이 주기성이 강한 신호에 삽입된 워터마크를 효과적으로 감지할 수 있는 방안으로 단순하고 손쉬운 처리 방법을 이용하여 고속으로 추출할 수 있는 방식을 제공한다. 이 추출 방식은 오디오 신호처리 (아날로그-디지털 변환, 샘플링율의 변환, 선형 스피드 변환, 손실압축, 반향 삽입 등) 등의 공격을 받은 후에도 오디오 컨텐츠의 질적 저하가 오디오의 상품적 가치를 유지하는 한 삽입된 정보의 추출이 가능하다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 디지털 오디오 컨텐츠 저작권 보호 및 복사 방지를 위한 워터마크의 삽입/추출 방법 및 이를 이용한 장치를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 디지털 워터마크의 삽입장치의 구성을 개념적으로 도시한 블록도.
도 2 는 도 1 에서의 워터마크 설계부의 개략적인 구성을 도시한 블록도
도 3 은 도 1 의 워터마크 삽입부(200)의 개략적인 구성을 도시한 블록도.
도 4 는 본 발명에 따른 디지털 워터마크의 검출장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 5 는 도 4 에서의 워터마크 설계부의 개략적인 구성을 도시한 블록도.
도 6 은 도 4 에서의 신호변환 감지부의 구성을 도시한 상세블록도.
도 7 은 도 4 에서의 워터마크 검출부의 구성을 도시한 상세블록도.
도 8 은 도 4 에서의 워터마크 검출부에서의 워터마크의 삽입 여부 및 정보 추출하는 워터마크 정보 인증부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 9 는 최소 가청 한계 곡선을 도시한 그래프.
도 10a 는 기존의 상관정보 산출 방법으로 구한 결과를, 도 10b 은 본 발명에서 제안한 워터마크감지 방식을 이용한 결과를 도시한 그래프.
도 11 은 손실 압축 후에 워터마크 감지한 결과를 도시한 그래프.
도 12 는 4 bit정보를 삽입한 경우에 추출한 결과를 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,300 워터마크 설계부 110 청각심리모델
120 인지한계 대역필터 130 주신호 모사필터
200 워터마크 삽입부 210 이득계산기
220 워터마크 강도조절기 230 워터마크 신호합산기
400 신호변화감지부 410, 510 워터마크 복원필터
420, 530 상관정보계산부 430, 520 조화평균 계산부
440 리샘플링부 500 워터마크 검출부
540 고주파 대역필터 600 검지정보 인증부
610 피크검색부 620 워터마크 판별부
먼저, 본 발명에 따른 디지털 오디오 컨텐츠에 대한 워터마크의 삽입/추출방법 및 이를 이용한 장치 중에서 디지털 오디오 컨텐츠에 대한 디지털 워터마크의 삽입방법 및 이를 이용한 장치에 대하여 도면을 참조하여 살펴본다.
도 1 은 본 발명에 따른 디지털 워터마크의 삽입장치의 구성을 개념적으로 도시한 블록도 이다. 도 1 에서의 100 은 디지털 컨텐츠의 특성을 고려하여 청각적인 품질에 최소한의 영향만을 끼치도록 하기 위한 디지털 워터마크를 설계하기 위한 워터마크 설계부이고, 200 은 워터마크 설계부에서 생성된 디지털 워터마크를 입력되는 디지털 컨텐츠에 삽입하기 위한 워터마크 삽입부이다.
워터마크 설계부(100)는 의사난수 열(pseudo-random sequence) (pn(n))(2)을 입력받아 대상 디지털 컨텐츠(sj(n))(3)의 청각적인 품질에 최소한의 영향을 끼치지 않도록 워터마크 (w(n))(5)를 설계한다. 설계된 워터마크는 워터마크 삽입부(200)에 의하여 입력되는 디지털 컨텐츠(sj(n))의 에너지의 양에 맞게 조절되어 디지털 컨텐츠에 가산되어 워터마크된 디지털 컨텐츠(smj(n)) 를 제공한다.
도 2 는 도 1 에서의 워터마크 설계부(100)의 개략적인 구성을 도시한 블록도로서, 입력된 의사난수 열(pn(n))(2)로부터 디지털 컨텐츠(sj(n))와 융화될 수 있는 워터마크를 설계하는 구성을 도식화한 것이다. 워터마크 설계부(100)는 청각(시각)심리모델(110)과, 인지한계 대역필터(최소가청 한계필터)(120) 및 삽입 대상인 디지털 컨텐츠의 특성을 모사하기 위한 주신호 모사 필터(130)를 포함한다.
워터마크 설계부(100)로 입력되는 의사난수 열(pn(n))은 인지한계 대역필터(120)에 의하여 청각심리모델(110)로부터 제공되는 모델을 이용하여 필터링된 신호(x(n))로 변환된다. 필터링된 신호(x(n))는 디지털 컨텐츠의 특성과 유사한 성질의 워터마크를 만들기 위하여 디지털 컨텐츠의 일반적인 특성을 나타내는 합성 필터 계수(ai)를 이용하여 주신호 모사 필터(130)를 거쳐 제공되는 신호가 w(n) 이다. 이때, 인지한계 대역필터(120)는 오디오 신호에 대한 통계적 분석으로 산출한 곡선으로 음악을 들을 때 사람의 최소 가청 한계 곡선을 말한다.
통상적으로, 최소가청한계란 고요할 때의 청각이 감지할 수 있는 음의 최소 레벨로서, 고요할 때 청각이 감지할 수 있는 잡음의 한계를 의미한다. 도 9 에 도시된 그래프 중 A 는 이러한 고요할 때의 최소가청 한계를 도시한 것으로 음의 주파수(음의 고저)에 따라 다르게 나타난다. 즉, 음량이라고 하더라도 주파수의 위치에따라 들릴 수도 그렇지 않을 수도 있다.
그러나, 본 발명에서 의도하고자 하는 것은 상기와 같은 일반적인 개념으로서의 최소가청한계에 대한 것이 아니라 우리가 통상적으로 음악이 연주될 때에 나타나는 최소가청한계를 의미하는 것이다. 즉, 도 9 의 그래프 B 와 같이 서로 다른 장르의 음악에 대한 주파수 분포를 분석한 결과로서 최소한 음악이 연주될 때 청각이 감지할 수 있는 잡음의 한계를 의미하는 것이다.
이러한 기본적인 용어에 대한 가정 하에 상기의 과정을 수학식으로 전개하면 다음과 같다.
수학식 1 을 수학식 2 에 대입하면,
이 된다. 여기서, ai는 자기회귀모델(auto-regression(AR) model), 이동평균모델 (moving-average(MR) model), 자기회귀 이동평균 모델(auto-regressive moving-average(ARMA) model) 등의 모형을 이용하여 디지털 컨텐츠의 특성을 추출하여 얻을 수 있다.
또한, apm(k) 는 심리음향모델(110)로 사용되는 디지털 오디오의 최소 가청한계 필터 계수로서, 심리음향모델의 최소 가청 한계를 디지털 오디오에 범용적으로 사용하기 위하여 오디오신호에서 발생되는 주파수 특성을 분석하여 수정한 것이다. 도 9 에 도시된 그래프(B)는 총 20 여곡의 다양한 오디오의 주파수 형태를 분석하여 만든 것으로서, 오디오 최소 한계 곡선을 보여주고 있으며, 해당 그래프는 다음의 식 Y = P(1) x7+ P(2)x6+ ... + P(7)x + P(8) (P:계수) 으로 표현되며, P 는 주파수대에 따른 한계 음량을 나타내는 계수 값을 의미하는 것으로 다음의 [1.056801742606838e-026, -7.214332602361358e-022, 1.809126572761631e-017, -1.941502598267307e-013, 5.982813623951169e-010, 4.211560372433627e-006,-3.420594737587419e-002, 8.533065083348841e+001] 값을 갖는다. 상기의 계수 값들은 예시를 위한 것이며 오디오의 특성에 따라 가변될 수 있다.
청각심리모델(110)은 의사난수 열(pn(n))이 디지털 컨텐츠에 삽입될 때, 청각적으로 컨텐츠의 품질을 변형시켜 워터마크가 삽입되지 않은 신호와 식별되는 것을 막는 역할을 한다. 일반적으로, 사람의 귀는 스펙트럼 분석기(주파수를 분해하는 기기)와 같은 역할을 하는데, 3kHz ~ 5kHz 대역 주파수에서 발생하는 소리에는 매우 민감하게 반응하고, 10kHz 이상 대역의 주파수 소리는 거의 구분하지 못하는 특성을 갖는다.
청각심리모델(110)은 바로 이러한 귀의 주파수 분해특성을 이용하여 만들어진 모델로서 의사난수 열을 오디오에 삽입할 때, 삽입된 정보로 인해서 오디오 음질 저하를 최소화하기 위해서는 의사난수 열의 주파수를 심리음향모델로 분석된 오디오 최소 가청한계 곡선으로 마스킹한다. 마스킹은 사람의 귀에 민감한 부호의 신호는 약하게 조절하고 둔감한 주파수 대역은 원래 크기 또는 그 이상의 성분을 삽입하게 한다.
또한, 청각심리모델(110)은 디지털 컨텐츠와 삽입되는 워터마크 신호 w(n) 가 디지털 컨텐츠와 컨텐츠의 품질의 보존을 유지하면서 디지털 신호 처리에 강인한 특성을 갖도록 한다. 이러한 특성은 청각심리모델(110)을 이용하여 의사난수 열을 마스킹할 때 오디오의 주파수 특성에 따라 신호의 크기가 조절되기 때문에 비록 일부분의 주파수 성분이 제거되더라도 나머지 부분의 성분으로 워터마크를 충분히 검출할 수 있도록 도와준다.
더욱이, 청각심리모델(110)은 대부분의 손실압축(MP3, AAC, WMA)을 통한 파일변환시에 이용되고 있는 장치이기 때문에 워터마크 정보의 손실을 최소화하도록 한다. 보다 간략한 워터마크 과정을 필요로 할 때에는 청각심리모델(110)은 생략이 가능하다. 이 과정은 워터마크와 오디오 신호의 특징을 가급적 동일한 형태로 변조하기 위한 것이나 계산 가능용량의 한계가 있는 경우에는 생략이 가능하다.
워터마크 설계부(100)로부터 생성된 워터마크 신호(w(n))(5) 는 워터마크 삽입부(200)에 입력되어 디지털 컨텐츠에 워터마크가 삽입된 신호가 최종적으로 출력된다. 이를 도 3 에 도식된 워터마크 삽입부(200)의 구성을 참조하여 살펴본다.워터마크 삽입부(200)는 디지털 컨텐츠 신호(sj(n))(3)의 에너지 양을 측정하여 삽입될 워터마크의 강도(g)(9)를 계산하기 위한 이득계산기(210), 이득계산기(210)에 의하여 얻어진 강도에 따라 삽입될 워터마크(w(n))(5)의 크기를 조절하는 워터마크 강도조절기(220) 및 강도가 조절된 워터마크(g·w(n))(10)와 디지털 컨텐츠 신호를 서로 합산하여 워터마크가 삽입된 디지털 오디오 컨텐츠(smj(n))(6)를 출력하는 워터마크 신호합산기(230)를 포함한다.
이득계산기(210)는 디지털 컨텐츠의 에너지 양을 음량의 크기 또는 주파수 분포 특성을 이용하여 측정한다. 음량의 크기는 음악소리 크기로 프레임별 최대값이 기준이 되며, 주파수 분포는 오디오가 표현하고 있는 주파수의 범위로 오디오를 구성하는 주파수가 전대역에 고르게 분포되어 있는지, 특정 부분에 국한되어 있는지에 다른 에너지 양을 측정한다.
이를 보다 구체적으로 기술하면, 워터마크의 삽입강도의 결정시에 고려될 사항은 오디오 음량의 크기로서, 오디오 음량의 크기에 비례하여 워터마크의 강도가 변해야만 음질의 손상을 줄일 수 있다. 이를 위하여 프레임 사이즈 만큼의 오디오 데이터를 가져와서 프레임 사이즈를 N 으로 나눈다. N 으로 나누는 이유는 프레임 사이즈가 너무 커서 오디오의 음량의 차가 너무 커서 워터마크의 강도가 커지게 되는 것을 방지하기 위해서다. 예를 들면, 1470 개의 프레임 사이즈는 147 개의 서브 프레임 사이즈로 나누어 각각의 서브 프레임 사이즈의 최대값을 기준으로 워터마크의 강도를 결정한다.
또한, 오디오는 장르별로 주파수의 분포 범위가 다르기 때문에 워터마크의 강도를 단순히 음량의 크기만을 이용하여 결정하면 어떤 음악에는 너무 미세하게, 어떤 음악에는 너무 강하게 삽입된다. 따라서, 음악의 장르를 고려하여 주파수의 분포 범위를 이용하여 워터마크의 강도를 결정한다.
상기와 같은 구성을 가지는 워터마크 삽입부(200)에서의 처리과정을 수식으로 전개하면 다음과 같다.
수식 1 내지 3 을 전개하면 다음과 같은 수식을 얻을 수 있다.
디지털 컨텐츠 전 영역에 워터마크가 삽입되면 최종적으로 워터마크가 삽입된 디지털 컨텐츠 smj가 얻어진다. 여기서, 디지털 컨텐츠를 N 개의 크기로 나누어J 개로 구성할 때, N 은 의사난수 열의 길이가 되고, J 는 디지털 컨텐츠의 길이를 N 으로 나눈 정수값이 된다. 본 출원에서는 오디오 신호를 크기가 N 인 프레임으로 나누어서 각 프레임에 워터마크를 삽입하게 된다. 워터마크는 의사난수 열을 이용하기 때문에 워터마크의 크기는 오디오의 프레임 크기인 N 이 되며, 따라서 J 는 프레임의 개수가 된다.
이하에서는 상기의 도 1 내지 도 3 에서 도시된 워터마크 삽입장치에 의하여 워터마크가 삽입된 디지털 오디오 컨텐츠에 대하여 본 발명에 따른 워터마크 추출방법 및 이를 이용한 장치에 대하여 도면을 참조하여 살펴본다.
도 4 는 본 발명에 따른 디지털 컨텐츠에 삽입된 워터마크 정보를 검출하기 위한 워터마크 검출장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 4 에서의 워터마크 검출장치는 이전의 워터마크 삽입장치에서 사용된 것과 유사한 구성을 가지는 워터마크 설계부(300), 디지털 컨텐츠의 변조 여부를 판단하기 위한 신호처리 감지부(400), 워터마크 설계부(300)에서의 워터마크와 디지털 컨텐츠에 삽입된 워터마크를 비교하여 워터마크를 검출하는 검출부(500) 및 검출결과에 따라 해당 정보의 인증작업을 수행하는 워터마크 정보 인증부(600)를 포함한다.
먼저, 입력되는 디지털 컨텐츠에 삽입된 워터마크를 검출하기 위하여 워터마크 설계부(300)에서는 발생된 의사난수 열을 이용하여 워터마크(w(n))(5)를 생성하여, 이를 신호처리감지부(400)로 전달한다. 디지털 컨텐츠의 경우에 워터마크가 삽입될 당시와 비교하여 동일한 형태로 전달되거나 또는 전달과정 등에서 여러 가지의 변형이 가해지는 경우도 있다. 즉, 디지털 컨텐츠에 가해진 신호처리가 워터마크 정보의 일부를 제거하는 경우에는 이를 식별하여 워터마크의 검출(감지)에 지장이 발생하지 않도록 하여야 한다. 이를 위해서는 워터마크에 대한 리샘플링 과정을 수행한다.
이를 위하여 신호처리감지부(400)는 서로 인접하는 컨텐츠 신호 smj(n) 와 smj+1(n)를 이용하여 디지털 컨텐츠에 가해진 신호처리가 워터마크 검출부(500)에 영향을 주는지 여부를 판별한다. 신호처리가 영향을 주는 경우에는, 예를 들어 디지털 컨텐츠의 진행속도를 임의로 변경한 경우나 일부의 신호를 제거한 경우에는 워터마크(w(n))(5)를 리샘플링해서 샘플링된 워터마크(wr(n))(6)를 워터마크 검출부(500)에 전달한다. 만약 디지털 컨텐츠의 변조가 없는 경우는 워터마크의 길이에는 변화가 없지만, 변화가 발생하면 워터마크의 길이인 n 이 <n> 로 리샘플링 된다. 여기서는 디지털 컨텐츠에 변조가 발생하지 않았다는 가정 하에 수식과 설명을 전개한다.
워터마크 검출부(500)는 워터마크가 삽입된 디지털 컨텐츠 신호(smj(n))에서 워터마크 감지(wr(n))를 위하여 워터마크 설계부(300)에서 설계된 워터마크(wr(n))를 입력 받아 이 두 신호간의 상관정보 양(c(n))을 산출하고, 산출된 상관정보는 워터마크 정보 인증부(600)를 통해서 워터마크의 삽입 여부 및 삽입된 정보를 추출한다. 상기의 구성에서는 워터마크 검출부(500)와 워터마크 정보 인증부(600)를 각각 구분하여 기술하였으나 워터마크 검출부(500) 하나로 구성될 수도 있다.
이러한 워터마크가 삽입된 디지털 컨텐츠로 부터의 검출과정을 도 5 내지 7을 참조하여 보다 구체적으로 살펴본다.
도 5 는 워터마크의 검출을 위한 워터마크 설계부를 도시한 것으로 그 구성은 도 2 에 도시된 구성과 유사하다. 다만, 검출장치에 포함되는 워터마크 설계부(300)에서는 디지털 컨텐츠에 삽입되는 워터마크의 강도를 조절할 필요가 없으므로, 청각심리모델(310)과 인지대역 한계필터(320)로 구성된다. 상기의 워터마크 설계부(300)의 동작은 도 2 에 도시된 구성과 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 6 은 도 4 에서의 신호변환 감지부(400)의 구성을 도시한 상세블록도이다. 도 6 에서의 신호변환 감지부(400)는 워터마크가 디지털 컨텐츠에 삽입될 때 디지털 컨텐츠의 특성으로 변조하였으므로 이를 다시 역으로 변환시키기 위한 워터마크 복원필터(410), 워터마크가 삽입된 디지털 컨텐츠의 자기상관정보를 측정하기 위한 상관정보 계산부(420), 디지털 컨텐츠에는 워터마크가 동일하게 포함된다는 점을 고려하여 조화 평균을 이용하여 상관정보를 강화시키기 위한 조화 평균계산부(430) 및 리샘플링부(440)로 구성된다.
신호변환 감지부(400)에서는 디지털 컨텐츠의 변화여부를 감지하기 위하여 인접하는 두개의 디지털 컨텐츠 신호인 smj(n)(3) 과 smj+1(n)(4)를 입력신호로 수신한다. 상기의 두 신호가 입력되면, 워터마크 복원필터(410)는 워터마크가 디지털 컨텐츠에 삽입될 때 디지털 컨텐츠의 특성으로 변조하였으므로 이를 다시 역으로 변환시키는 과정, 즉 디지털 컨텐츠에 삽입된 워터마크의 신호를 원래 삽입하기 전의 상태로 환원하는 과정을 수행한다. 그러나, 검출과정에서는 정교한 워터마크를 설계하거나 복원하지 않아도 추출결과에 큰 영향을 미치지 않기 때문에 이 과정은 생략 가능하다.
복원과정이 완료되면, 디지털 컨텐츠의 신호가 어떻게 변화되었는가를 판단하기 위하여 워터마크를 이용하지 않고 워터마크된 디지털 컨텐츠의 자기상관정보를 측정하여 판별한다. 상관정보 계산부(420)는 디지털 컨텐츠 신호 smj(n) 과 smj+1(n) 간의 상관정보를 추출한다. 계산후에는 조화 평균계산기(430)에서는 디지털 컨텐츠에 워터마크가 동일하게 포함되어 있으므로 조화 평균(ensemble average)을 이용하여 상관정보를 강화시키도록 한다.
마지막으로, 리샘플링부(440)에서는 워터마크 설계부(300)에서 입력되는 워터마크(w(n))와 디지털 컨텐츠에 포함된 워터마크간의 상관관계를 고려하여 디지털 컨텐츠의 변조가 없는 경우는 워터마크의 길이에는 변화가 없지만, 변화가 발생하면 워터마크의 길이인 n 이 로 리샘플링된 워터마크(wr(n))을 출력한다.
상기에서와 같은 과정에 의하여 이루어지는 워터마크간의 상관성에 의해서 발생된 불필요한 정보를 제거하기 위한 과정을 수식으로 표현 하면 다음과 같다.
워터마크된 인접하는 디지털 컨텐츠 신호 smj(n)(3) 과 smj+1(n)(4)를 워터마크 복원필터(410)의 일종인 역 자기회귀 필터를 통과시키면, 다음과 같이 복원된 디지털 컨텐츠 신호 x(n)(9)과 y(n)(10)을 얻을 수 있다.
여기에서 smj(n) = w(n) + sj(n) 이므로, 이를 수학식 8 에 대입하면, 다음의 식이 얻어진다.
여기서, sj(n) 이 랜덤하고 sj⊥ si,if i ≠ j 라면, 다음과 같이 워터마크 정보와 오차 항으로 표현된다.
상기에서와 같이 얻어지는 두 신호(x(n)과 y(n))는 상관정보 계산부(420)로 입력되어 상관 정보 양(c3(n))(11)이 계산된다. 상관정보의 계산 후에는 이를 이용하여 조화평균 계산부(430)에서 조화 평균을 구한다. 조화평균은 오디오신호를 N 개의 크기로 나누고 이들 각각을 프레임이라고 하는데, 이러한 각각의 프레임을 더하여 평균한 평균프레임을 조화평균이라 하며 다음과 같은 식으로 표현된다.
만약, 디지털 컨텐츠에 가해진 신호처리가 강도에만 미친다면, 여기서 산출된 신호 c(n) 에는 초기에 삽입시에 사용된 워터마크의 길이마다 최대값 (혹은 최소값)의 피크를 구할 수 있다. 예를 들면, 노이즈의 추가 또는 필터링을 통한 워터마크 정보를 약하게 하는 공격과 같이 디지털 컨텐츠의 길이에는 변화가 없고, 단순한 노이즈나 신호처리 공격시에는 워터마크 신호가 삽입될 때 이용한 워터마크 길이(N)의 주기로 피크가 나타난다.
그러나, 어떤 신호처리가 오디오의 길이를 증감시켰다면, <n> 의 길이마다 피크가 나타난다. 따라서, 이 정보를 이용하여 워터마크(w(n))를 리샘플링하여 얻은 워터마크신호(wr(n))을 구한다. 리샘플링은 기존에 알려진 방식을 이용하면 되고, 고속처리를 원할 경우에는 단순하게 스플라인 보간법(spline extrapolation)을 이용하면 된다.
예를 들면, 디지털 컨텐츠의 중간 중간에 다른 샘플 신호를 삽입해서 워터마크를 찾지 못하게 하는 디지털 컨텐츠의 길이에 변화를 주는 공격(대표적인 경우가pitch shift)이 있을 수 있다. 이러한 경우에는 프레임의 길이가 변하게 된다. 예를 들어, 컨텐츠의 길이를 10% 증가시키게 되면 워터마크를 삽입할 때 이용한 프레임 크기를 n 이라고 하면, 공격을 받은 후의 프레임 크기는 N*1.1 이 되기 때문에 워터마크를 검출하는 과정에서 워터마크의 유무를 확인하는 상관도 피크값의 발생도 n*1.1 마다 나타나게 된다.
도 7 은 도 4 에서의 워터마크 검출부(500)의 세부 구성을 도시한 블록도로서, 워터마크된 디지털 컨텐츠와 워터마크와의 상관정보에서 워터마크와의 일치 상관정보 양만을 식별하여 추출하는 구성을 도식한 것이다. 도 7 에서의 워터마크 검출부(500)는 도 6 에서의 신호변환 감지부(400)에서 사용된 워터마크 복원필터(410)와 같이 동일한 기능을 수행하는 워터마크 복원필터(410), 복원된 디지털 컨텐츠 중에서의 워터마크 신호의 강도를 강화하기 위한 조화평균 계산부(520), 신호변화 감지부(400)로 부터의 워터마크와 워터마크가 삽입된 디지털 컨텐츠간의 상관정보를 계산하기 위한 상관정보 계산기(540) 및 계산된 상관정보에서 워터마크간에 발생된 신호정보만을 검출하기 위한 고주파 대역통과필터(540)을 포함한다.
상기의 구성에서 워터마크 복원필터(410)와 조화평균 계산부(410)는 이전에 기술한 신호변환 감지부(400)에서 사용된 것과 동일한 기능을 수행하는 것이므로 이들 각각에 대한 설명은 생략된다.
먼저, 워터마크를 오디오 신호의 특성에 맞게 변조하여 삽입한 경우에는 디지털 컨텐츠에 대하여는 워터마크 복원 필터과정을 거친다. 수식으로 표현하면 다음과 같다.
여기서, smj(n)은 워터마크된 디지털 컨텐츠 신호를, bj는 복원필터 계수이다. 워터마크된 신호를 강하게 하기 위하여 조화평균 계산기(520)에서는 디지털 컨텐츠의 주기성을 제거하는 동시에 반복적으로 삽입된 워터마크를 더하여 준다. 이러한 계산을 통해서 워터마크 신호를 주 신호, 디지털 컨텐츠 신호를 노이즈로 간주한다. 이때, 디지털 컨텐츠 신호 sj(n) 이 랜덤하고 sj⊥ si,if i ≠ j 이라면, 조화 평균을 통하여 워터마크 을 추출할 수 있다.
따라서, xD(n) ≒ w(n) 이 된다.
상관 정보 계산기(530)는 앞서 도 6 에서의 상관정보 계산기(420)와 동일하다. 이때, 워터마크와의 상관정보가 디지털 오디오의 주기적 특성에 묻혀 거의 식별이 되지 않는다. 본 발명에서는 디지털 오디오의 주기적인 특성에 묻혀있는 워터마크의 상관정보를 추출하는 방법을 제공한다. 상관 정보에 워터마크 정보는 오디오 신호의 주기적인 특성이 저주파인 반면에 상당한 고주파 특성을 띄고 있다는 사실을 이용하여 상관정보를 해닝 윈도우(hanning window)로 고주파 대역 필터링으로 워터마크 정보만을 추출한다. 이를 수식으로 표현하면,
과 같고, 산출된 상관정보 c(n) 을 고주파 대역 필터 hw(n) 으로 필터링 하여 디지털 오디오의 주기적 성질을 제거하고 워터마크 상관정보를 추출한다. 이렇게 추출된 상관정보 cD(n)은 워터마크 정보와 일치하는 시점에서 상관량이 그렇지 않은 경우보다 훨씬 큰 값을 보인다.
도 8 은 도 4 에서의 워터마크 검출부(500)로부터 얻은 cD(n) 으로부터 워터마크의 삽입 여부 및 정보 추출하는 워터마크 정보 인증부(600)의 구성을 도시한 것이다. 도 8 에서의 워터마크 정보 인증부(600)은 검출된 워터마크에서의 피크를 검색하는 피크 검색부(610)와 검색된 피크에 따라 워터마크의 삽입여부를 판별하는 워터마크 판별 부(620)로 구성된다.
상기와 같은 구성을 가지는 워터마크 정보 인증부(600)에서의 피크 검색부(610)는 워터마크가 삽입된 디지털 컨텐츠인 경우에 워터마크와 일치되는 시점에서 나타나는 특이해를 검출한다. 즉, 소정 크기 이상의 값, 임계값을 이상의 값을 가지는 피크치가 있는가의 여부를 검출한다. 이때 특이해가 나타나는 시점은 삽입과정에서 정의된 일정한 간격으로 발생하기 때문에 예측이 가능하다.
워터마크 판별부(620)는 검출된 특이해가 상관정보의 다른 값보다 월등히 큰 값을 나타낼 때, 워터마크가 삽입된 디지털 컨텐츠로, 그렇지 않은 경우에는 워터마크가 없는 디지털 컨텐츠로 판별한다. 또한, 삽입과정에서 워터마크 정보로 '10010011'을 삽입하였다면, 비트정보가 '1'인 경우에는 양의 피크를 '0'인 경우에는 음의 피크를 나타내게 되므로 쉽게 워터마크 정보 '10010011'를 추출할 수 있다. 상기와 같은 과정을 다음의 실시예들을 통하여 디지털 오디오 컨텐츠들에 대한 검출능력에 대하여 살펴본다.
실시예 1
주기성이 강한 디지털 오디오 데이터의 워터마크 감지 능력 비교
디지털 오디오의 경우는 이미지, 비디오와 같은 화상 신호보다 높은 주기성을 갖고 있기 때문에 기존에 제안된 워터마크 감지 장치로는 워터마크의 유무를 판별하기 어렵다. 이는 워터마크가 삽입된 디지털 오디오와 워터마크와의 상관정보를 구할 때, 워터마크와의 상관정보가 디지털 오디오 자체가 갖고 있는 강한 주기성에 의해서 묻혀버리기 때문이다.
도 10a 는 기존의 상관정보 산출 방법으로 구한 결과이고, 도 10b 는 본 발명에서 제안한 워터마크감지 방식을 이용한 결과이다. 도 10a 에서의 기존의 상관계수 산출 방식을 이용할 경우, 오디오의 주기적인 특성으로 인해서, 워터마크의 삽입여부를 결정할 수 없는 반면에, 본 발명에서 제안한 워터마크 감지 방식으로 추출할 경우, 도 10b 에 도시된 것처럼, 워터마크가 일치되는 시점에서 높은 상관계수 값을 나타내므로 극명하게 감지가 가능하다.
실시예 2
손실 압축에 대한 워터마크 강인성 평가
디지털 오디오는 컨텐츠 중에서 가장 많은 용량을 필요로 한다. 특히,인터넷을 이용한 실시간 전송을 위해서 ISO/IEC 13818-7 (AAC), ISO/IEC 14496-3 (MPEG-4 AAC), ISO/IEC 11172-3 (MP3), Window Media Audio, Twin-VQ, 등 다수의 압축 알고리즘을 이용하고 있다. 이와 같은 손실 압축에 워터마크가 강인하지 못하면 저작권 주장이나 보호에 워터마크를 활용할 수 없게 되므로 손실압축 이후에도 워터마크를 감지할 수 있어야 한다. 본 발명에서 제안한 워터마크 삽입 및 감지 방식을 이용할 경우, 현재 알려져 있는 손실 압축 알고리즘에 매우 강인하며, 압축 이후에도 워터마크의 유무를 상관계수를 통해서 뚜렷하게 나타난다. 도 11 은 손실 압축 후에 워터마크 감지한 결과이다.
실시예 3
비트 정보의 삽입 및 정보 복원 방법 예
워터마크의 유무만을 판단해서는 저작권 보호 및 경로추적이 어렵다. 따라서, 워터마크 삽입 및 추출 장치는 워터마크를 통해서 일정량의 정보를 디지털 컨텐츠에 포함시켜야 한다.
여기서는, 4bit 정보의 유무를 삽입 및 추출하는 예를 통해서 정보삽입 방법을 보여준다. 만약, '1010' 정보를 삽입하고자 한다면, 상기 설명한 워터마크 삽입과정에서 우리는 비트정보가 '1'인 경우에는 양의 상관을 갖도록 워터마크를 삽입하고, '0'인 경우에는 음의 상관을 갖도록 워터마크를 삽입한다. 이렇게 반복적으로 워터마크를 삽입하면 더 긴 정보를 손쉽게 얻어낼 수 있다. 또한, 긴 정보를 삽입할 경우에 정보의 순서를 파악할 필요가 있다. 항상 동일한 순서로 정보가 검출되지 않기 때문에 k 번째 신호는 다른 키 값을 이용하여 생성된 워터마크를 삽입함으로써 쉽게 순서가 얽히는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 워터마크를 '1234'라는 키 값으로 생성하여 삽입할 때, 첫번째 비트정보 '1'은 '1235'라는 키 값으로 생성하여 삽입하면 이 신호만은 별도로 생성된 워터마크로 식별한다. 또는 워터마크의 강도 크기를 조정하여 정보의 시작점을 찾게 할 수도 있다. 도 12 는 4bit정보를 삽입한 경우에 추출한 결과를 나타낸다. 도면에서 오른쪽 첫번째 피크가 시작점임을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 디지털 오디오 컨텐츠에 대한 디지털 워터마크의 삽입시에 워터마크의 생성을 위하여 디지털 오디오 컨텐츠의 청각적 특성에 영향을 끼치지 않도록 청각심리모델을 형성하여 최소 가청 한계 필터링을 함으로써 청각적으로 컨텐츠의 품질을 변형시켜 워터마크가 삽입되지 않은 신호와 식별되는 것을 막는 역할을 한다. 또한, 청각심리모델은 바로 이러한 사람의 오디오에 대한 주파수 분해특성을 이용하여 만들어지기 때문에 워터마크를 디지털 오디오 컨텐츠에 삽입할 때, 삽입된 정보로 인해서 오디오 음질 저하를 최소화할 수 있다.
또한, 청각심리모델은 디지털 컨텐츠와 삽입되는 워터마크 신호가 디지털 컨텐츠와 컨텐츠의 품질의 보존을 유지하면서 디지털 신호 처리에 강인한 특성을 갖도록 한다. 이러한 특성은 청각심리모델을 이용하여 의사난수 열을 마스킹할 때 오디오의 주파수 특성에 따라 신호의 크기가 조절되기 때문에 비록 일부분의 주파수 성분이 제거되더라도 나머지 부분의 성분으로 워터마크를 충분히 검출할 수 있도록 도와준다.
또한, 본 발명에 따라 삽입된 워터마크의 검출시에는 워터마크의 일부가 사라진 경우에는 이를 성공적으로 워터마크를 추출할 수 있으며, 처리과정 중에서 워터마크 신호를 강화하는 처리를 하여 디지털 오디오 컨텐츠에 포함된 워터마크의 검출을 보다 용이하게 하였다.
상기에서와 같이 본 발명에서는 디지털 오디오와 같이 주기성이 강한 신호에 삽입된 워터마크를 효과적 그리고 고속으로 추출할 수 있는 방식을 제공한다. 이 추출 방식은 오디오 신호처리 (아날로그-디지털 변환, 샘플링율의 변환, 선형 스피드 변환, 손실압축, 반향 삽입 등) 등의 공격을 받은 후에도 오디오 컨텐츠의 질적 저하가 오디오의 상품적 가치를 유지하는 한 삽입된 정보의 추출이 가능하다.
본 발명은 상기의 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 이는 예시를 위하여 사용된 것이며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 청구범위에서 정의된 것처럼 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 다양한 수정을 할 수 있다.

Claims (30)

  1. 디지털 오디오 컨텐츠에 워터마크를 삽입하는 방법에 있어서,
    상기 디지털 오디오 컨텐츠의 청각적 특성에 영향을 끼치지 않도록 인간의 오디오에 대한 주파수 분해특성을 이용하여 만들어지는 청각심리모델에 의하여 소정 길이의 의사난수 열에 대하여 최소 가청 한계 필터링을 하여 디지털 워터마크를 생성하는 단계; 및
    상기 디지털 워터마크를 상기 디지털 오디오 컨텐츠에 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 최소가청한계는 상기 디지털 오디오 컨텐츠가 재생될 때의 청각이 감지할 수 있는 음의 최소 레벨로서, 청각이 감지할 수 있는 잡음의 한계를 의미하는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 워터마크를 생성하는 단계는
    상기 디지털 오디오 컨텐츠에서 발생되는 주파수 특성에 따른 최소 가청 한계를 가지는 청각 심리 모델을 형성하는 단계;
    상기 청각 심리 모델에 의하여 상기 의사난수 열을 필터링하는 단계; 및
    상기 필터링된 의사난수 열을 상기 디지털 오디오 컨텐츠의 일반적인 특성을 나타내는 합성 필터 계수를 이용하여 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 청각 심리 모델에 의한 상기 의사난수 열의 필터링은 상기 디지털 오디오 컨텐츠의 일반적인 주파수 특성에 따라 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 오디오 컨텐츠에 상기 디지털 워터마크를 삽입하는 단계는
    상기 디지털 오디오 컨텐츠의 에너지 양을 측정하는 단계;
    상기 측정된 에너지 양에 따라 상기 디지털 워터마크의 강도를 조절하는 단계; 및
    상기 강도가 조절된 디지털 워터마크와 상기 디지털 오디오 컨텐츠를 서로 합산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 에너지 양의 측정은 상기 디지털 오디오 컨텐츠의 음량의 크기를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 에너지 양의 측정은 상기 디지털 오디오 컨텐츠의 주파수 분포 특성을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입방법.
  8. 디지털 오디오 컨텐츠로부터 제1항 내지 제7항중 적어도 하나의 워터마크 삽입방법에 의하여 삽입된 워터마크를 추출하는 방법에 있어서,
    상기 디지털 오디오 컨텐츠에서 발생되는 주파수 특성에 따른 최소 가청 한계를 가지는 청각 심리 모델을 형성하여 의사난수 열로부터 워터마크를 생성하는 단계; 및
    상기 워터마크와 상기 디지털 오디오 컨텐츠간의 상관관계를 측정하여 워터마크의 삽입을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 워터마크의 생성단계 후에 서로 인접하는 디지털 오디오 컨텐츠들로부터 해당 디지털 오디오 컨텐츠에 대한 신호처리의 여부를 감지하여 상기 워터마크의 길이를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 워터마크의 생성단계는
    상기 디지털 오디오 컨텐츠에서 발생되는 주파수 특성에 따른 최소 가청 한계를 가지는 청각 심리 모델을 형성하는 단계;
    상기 청각 심리 모델에 의하여 상기 의사난수 열을 필터링하여 상기 워터마크를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크 추출방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 워터마크의 길이를 조절하는 단계는
    상기 인접하는 디지털 오디오 컨텐츠들에 대하여 워터마크의 삽입시에 이루어졌던 신호처리에 대하여 다시 원래의 형태로 복원하는 단계;
    상기 복원된 인접하는 디지털 오디오 컨텐츠들간의 상관정보를 추출하는 단계;
    상기 상관정보에 따라 상기 워터마크를 리샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 추출 단계 후에 상기 상관정보를 강화하기 위한 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 복원단계는 역 자기회귀 필터에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 상관정보를 강화하는 단계는 조화평균의 계산을 수행하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 워터마크의 삽입을 검출하는 단계는
    상기 인접하는 디지털 오디오 컨텐츠들에 대하여 워터마크의 삽입시에 이루어졌던 신호처리에 대하여 다시 원래의 형태로 복원하는 단계;
    상기 복원된 디지털 오디오 컨텐츠 중에서의 상기 디지털 워터마크의 성분을 강화하기 위한 단계;
    상기 길이가 조절된 워터마크와 상기 디지털 오디오 컨텐츠에서의 디지털 워터마크가 강화된 두 신호간의 상관정보를 계산하기 위한 단계; 및
    상기 계산된 추출된 상관정보를 필터링하여 상기 디지털 오디오 컨텐츠의 주기적인 성질을 제거하고 워터마크 상관정보를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 워터마크 검출단계 후에 상기 추출된 워터마크 상관정보로부터 워터마크의 삽입여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출방법.
  17. 디지털 오디오 컨텐츠에 워터마크를 삽입하는 장치에 있어서,
    상기 디지털 오디오 컨텐츠의 청각적 특성에 영향을 끼치지 않도록 인간의 오디오에 대한 주파수 분해특성을 이용하여 만들어지는 청각심리모델에 의하여 소정 길이의 의사난수 열에 대하여 최소 가청 한계 필터링을 하여 디지털 워터마크를 생성하는 수단; 및
    상기 디지털 워터마크를 상기 디지털 오디오 컨텐츠에 삽입하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 디지털 워터마크를 생성수단은
    상기 디지털 오디오 컨텐츠에서 발생되는 주파수 특성을 분석하여 최소 가청 한계 계수를 가지는 청각 심리 모델;
    상기 청각 심리 모델에 의하여 상기 의사난수 열을 필터링하기 위한 수단; 및
    상기 필터링된 의사난수 열을 상기 디지털 오디오 컨텐츠의 일반적인 특성을 나타내는 합성 필터 계수를 이용하여 필터링하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 청각 심리 모델에 의한 상기 의사난수 열의 필터링은 상기 디지털 오디오 컨텐츠의 일반적인 주파수 특성에 따라 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입장치.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 디지털 워터마크 삽입수단은
    상기 디지털 오디오 컨텐츠의 에너지 양을 측정하는 수단;
    상기 측정된 에너지 양에 따라 상기 디지털 워터마크의 강도를 조절하는 수단; 및
    상기 강도가 조절된 디지털 워터마크와 상기 디지털 오디오 컨텐츠를 서로 합산하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 에너지 양의 측정수단은 상기 디지털 오디오 컨텐츠의 음량의 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입장치.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 에너지 양의 측정수단은 상기 디지털 오디오 컨텐츠의 주파수 분포 특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 워터마크 삽입장치.
  23. 디지털 오디오 컨텐츠로부터 제17항 내지 제22항중 적어도 어느 하나의 워터마크 삽입장치에 의하여 삽입된 워터마크를 추출하는 장치에 있어서,
    상기 디지털 오디오 컨텐츠에서 발생되는 주파수 특성을 분석하여 최소 가청 한계를 가지는 청각 심리 모델을 형성하여 워터마크를 생성하는 수단; 및
    상기 워터마크와 상기 디지털 오디오 컨텐츠간의 상관관계를 측정하여 워터마크의 삽입을 검출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 서로 인접하는 디지털 오디오 컨텐츠들로부터 해당 디지털 오디오 컨텐츠에 대한 신호처리의 여부를 감지하여 상기 워터마크의 길이를 조절하는 수단을 더 포함하며, 상기 길이가 조절된 워터마크가 상기 검출수단으로 입력되는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 워터마크의 길이 조절수단은
    상기 인접하는 디지털 오디오 컨텐츠들에 대하여 워터마크의 삽입시에 이루어졌던 신호처리에 대하여 다시 원래의 형태로 복원하는 수단;
    상기 복원된 인접하는 디지털 오디오 컨텐츠들간의 상관정보를 추출하는 수단;
    상기 상관정보에 따라 상기 워터마크를 리샘플링하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 추출 수단에 의하여 얻어진 상기 상관정보를 강화하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출장치.
  27. 제 24 항에 있어서, 상기 복원수단은 역 자기회귀 필터인 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출장치.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 상관정보의 강화수단은 조화평균의 계산을 수행하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출장치.
  29. 제 25 항에 있어서, 상기 워터마크의 삽입 검출수단은
    상기 인접하는 디지털 오디오 컨텐츠들에 대하여 워터마크의 삽입시에 이루어졌던 신호처리에 대하여 다시 원래의 형태로 복원시키기 위한 수단;
    상기 복원된 디지털 오디오 컨텐츠 중에서의 상기 디지털 워터마크의 성분을 강화하기 위한 수단;
    상기 길이가 조절된 워터마크와 상기 디지털 오디오 컨텐츠에서의 디지털 워터마크가 강화된 두 신호간의 상관정보를 계산하기 위한 수단; 및
    상기 계산된 추출된 상관정보를 필터링하여 상기 디지털 오디오 컨텐츠의 주기적인 성질을 제거하고 워터마크 상관정보를 추출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 추출된 워터마크 상관정보로부터 워터마크의 삽입여부를 판단하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마크의 추출장치.
KR10-2001-0032162A 2000-06-08 2001-06-08 디지털 오디오 컨텐츠 저작권 보호 및 복사 방지를 위한워터마크의 삽입/추출 방법 및 이를 이용한 장치 KR100458492B1 (ko)

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