KR100736080B1 - 다 계층으로 구성된 멀티미디어 스트림의 저작권을 계층별로 관리하는 방법 및 장치 - Google Patents

다 계층으로 구성된 멀티미디어 스트림의 저작권을 계층별로 관리하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다계층으로 구성된 비디오 비트스트림의 저작권(rights)을 각 계층 별로 관리할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티미디어 데이터 암호화 방법은, 입력 비디오로부터 복수의 계층 데이터로 이루어지는 스케일러블 비트스트림을 생성하는 단계와, 상기 계층에 각각 대응되는 개수 만큼의 암호화 키들을 생성하는 단계와, 상기 암호화 키들 각각에 대응되는 계층 데이터를 해당 암호화 키로써 암호화함으로써 암호화된 스케일러블 비트스트림을 생성하는 단계로 이루어진다.
디지털 저작권 권리(DRM), 암호화 키, 해독 키, 스케일러블 비트스트림, 스케일러블 비디오 코딩

Description

다 계층으로 구성된 멀티미디어 스트림의 저작권을 계층 별로 관리하는 방법 및 장치{Method and apparatus for managing rights of multi-layered multimedia stream by layer}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 저작권 관리 시스템의 전체 구조를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케일러블 비디오 인코더의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케일러블 비트스트림의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3의 스케일러블 비트스트림의 각 계층 데이터의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 암호화된 비트스트림이 다양한 컨텐츠 복원 장치들에서 복원되는 과정을 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 스케일러블 비디오 디코더의 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 전체 동작 과정을 나타내는 흐름도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호 설명)
100 : 컨텐츠 생성 장치 110 : 라이센스 생성부
120 : 스케일러블 비디오 인코더 130 : 암호화부
150 : 암호화된 비트스트림 200 : 컨텐츠 복원 장치
210 : 컨텐츠 수신부 220 : 라이센스 해석부
230 : 해독부 240 : 스케일러블 비디오 디코더
300 : 라이센스 발급 서버
본 발명은 디지털 멀티미디어를 위한 저작권 관리(rights management) 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다계층으로 구성된 비디오 비트스트림의 저작권(rights)을 각 계층 별로 관리할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
인터넷을 포함한 정보통신 기술이 발달함에 따라 문자, 음성뿐만 아니라 화상통신이 증가하고 있다. 기존의 문자 위주의 통신 방식으로는 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기에는 부족하며, 이에 따라 문자, 영상, 음악 등 다양한 형태의 정보를 수용할 수 있는 멀티미디어 서비스가 증가하고 있다. 멀티미디어 데이터는 그 양이 방대하여 대용량의 저장매체를 필요로 하며 전송시에 넓은 대역폭을 필요로 한다. 예를 들면 640*480의 해상도를 갖는 24 bit 트루 컬러의 이미지는 한 프레임당 640*480*24 bit의 용량 다시 말해서 약 7.37Mbit의 데이터가 필요하다. 이를 초당 30 프레임으로 전송하는 경우에는 221Mbit/sec의 대역폭을 필요로 하며, 90분 동안 상영되는 영화를 저장하려면 약 1200G bit의 저장공간을 필요로 한다. 따라서 문자, 영상, 오디오를 포함한 멀티미디어 데이터를 전송하기 위해서는 압축코딩기법을 사용하는 것이 필수적이다.
상기 멀티미디어 데이터를 전송하기 위한 전송매체는 매체 별로 그 성능이 다르다. 현재 사용되는 전송매체는 초당 수십 메가 비트의 데이터를 전송할 수 있는 초고속통신망부터 초당 384 킬로 비트의 전송속도를 갖는 이동통신망 등과 같이 다양한 전송속도를 갖는다. 또한, 상기 멀티미디어 데이터를 수신하고 복원하는 단말 기기도, 대형 컴퓨터, 퍼스널 컴퓨터, DVD 재생기, PDA, 모바일 폰 등으로 다양하며, 이에 따라서 그 성능도 큰 차이가 있다.
이와 같은 가변적 환경에 따라 하나의 비디오 비트스트림으로부터 다양한 해상도, 프레임율, 화질 등을 조절된 비트스트림을 간단히 얻어낼 수 있도록 하기 위하여, 스케일러블 비디오 코딩(Scalable Video Coding) 기술이 개발되고 있다. 특히, MPEG(Motion Picture Expert Group)과 ITU(International Telecommunication Union) 간의 연합 그룹(joint group)인 JVT(Joint Video Team)에서는 H.264 코덱을 기반으로 한 스케일러블 비디오 코딩에 관한 표준화를 진행하고 있다.
한편, 최근 들어 멀티미디어를 위한 디지털 저작권 관리(DRM) 기술이 미디어 컨텐츠 소유자의 지적 재산을 보호하는 대중적인 방법이 되어 가고 있다. DRM은 음악 및 영화와 같은 저작권으로 보호된 멀티미디어 컨텐츠를 보호하는 데 중요한 역할을 하기 때문에, 시장에서 DRM 서비스에 대한 요구가 점점 증가하는 추세에 있다.
멀티미디어 암호화 알고리즘은, 이상적으로 높은 보안성, 낮은 복잡도, 낮은 압축 오버헤드, 에러 탄력성, 및 랜덤 플레이 능력의 특징을 갖는다. 보안성은 멀티미디어 암호화에 필수적인 요구 사항이다. 더 중요한 군사 및 금융 어플리케이션에 대한 기타 유형의 암호화와 비교해서, 멀티미디어 암호화는 예를 들어 암호화되는 비디오 데이터가 상대적으로 방대하다는 점, 및 군 사 또는 금융 어플리케이션을 위해 암호화된 정보와 비교할 때 일반적으로 암호화된 정보의 가치가 낮다는 점을 포함하여, 자신만의 특수한 쟁점을 갖는다.
임의의 암호화 또는 암호화 과정은 프로세싱 오버헤드를 추가하기 때문에, 낮은 복잡도는 쟁점이 된다. 멀티미디어 스트림이 상대적으로 방대한 양의 데이터를 가지고 있기 때문에, 많은 어플리케이션에서 바람직하거나 또는 필수적이며, 암호화 시스템의 복잡도가 매우 낮은 것이 많은 어플리케이션이 보통 제한된 자원을 갖는 사용자의 장치 상에서 멀티미디어 데이터의 거대한 양의 실시간 암호화를 요구하므로, 복호화 동안에 특히 더 그렇다.
암호화가 압축 알고리즘의 코딩 효율성을 직접 감소시키거나 또는 이미 압축된 파일에 바이트를 추가함으로써 불가피하게 압축 효율성에 영향을 주기 때문에, 암호화 오버헤드도 쟁점이 된다. 따라서, 압축 오버헤드는 멀티미디어 암호화 알고리즘을 위해 이상적으로 최소화된다.
현재, 이러한 멀티미디어 암호화의 특성을 고려한 많은 알고리즘들이 제시되고 있다. 그러나, 이러한 알고리즘들은 하나의 컨텐츠에 대한 다양한 권한(읽기, 복사, 재전송 등)에 대하여 적용되었다. 그런데, 상술한 바와 같이 상기 스케일러블 비트스트림은 복수의 계층 중 상위 계층으로 갈수록 보다 높은 품질의 영상을 제공할 수 있는 특성이 있다. 따라서, 하나의 스케일러블 비트스트림을 이루는 계층 별로 각각 암호화하고, 단말 기기가 갖는 라이센스 권한에 따라서 해당 계층만을 해독할 수 있는 권한을 부여할 필요가 있는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 복수의 계층으로 구성된 멀티미디어 스트림의 각 계층 별로 별도의 라이센스를 제공하여 멀티미디어 컨텐츠를 제어하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 복수의 계층으로 이루어지는 멀티미디어 데이터를 계층별로 암호화하는 방법에 있어서, (a) 입력 비디오로부터 복수의 계층 데이터로 이루어지는 스케일러블 비트스트림을 생성하는 단계; (b) 상기 계층에 각각 대응되는 개수 만큼의 암호화 키들을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 암호화 키들 각각에 대응되는 계층 데이터를 해당 암호화 키로써 암호화함으로써 암호화된 스케일러블 비트스트림을 생성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 복수의 계층으로 이루어지는 멀티미디어 데이터를 계층별로 복원하는 방법에 있어서, (a) 암호화된 스케일러블 비트스트림을 수신하는 단계; (b) 소정의 라이센스의 내 용을 해석하여 상기 라이센스에 포함되는 적어도 하나 이상의 계층에 대응되는 해독 키를 추출하는 단계; (c) 상기 암호화된 스케일러블 비트스트림 중, 상기 추출된 해독 키에 대응되는 계층의 데이터를 상기 추출된 해독 키로써 해독하는 단계; 및 (d) 상기 해독된 계층으로 이루어지는 해독된 비트스트림을 디코딩하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 복수의 계층으로 이루어지는 멀티미디어 데이터를 계층별로 암호화하는 장치에 있어서, 입력 비디오로부터 복수의 계층 데이터로 이루어지는 스케일러블 비트스트림을 생성하는 스케일러블 비디오 인코더; 상기 계층에 각각 대응되는 개수 만큼의 암호화 키들을 생성하는 라이센스 생성부; 및 상기 암호화 키들 각각에 대응되는 계층 데이터를 해당 암호화 키로써 암호화함으로써 암호화된 스케일러블 비트스트림을 생성하는 암호화부를 포함한다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 복수의 계층으로 이루어지는 멀티미디어 데이터를 계층별로 복원하는 장치에 있어서, 암호화된 스케일러블 비트스트림을 수신하는 컨텐츠 수신부; 소정의 라이센스의 내용을 해석하여 상기 라이센스에 포함되는 적어도 하나 이상의 계층에 대응되는 해독 키를 추출하는 라이센스 해석부; 상기 암호화된 스케일러블 비트스트림 중, 상기 추출된 해독 키에 대응되는 계층의 데이터를 상기 추출된 해독 키로써 해독하는 해독부; 및 상기 해독된 계층으로 이루어지는 해독된 비트스트림을 디코딩하는 스케일러블 비디오 디코더를 포함한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 저작권 관리 시스템의 전체 구조를 도시하는 도면이다. 상기 컨텐츠 생성 장치(100), 컨텐츠 복원 장치(200), 및 라이센스 발급 서버(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
컨텐츠 생성 장치(100)는 원 비디오(original video)를 입력 받아 스케일러블 비트스트림을 생성하고, 소정의 규칙(Rule)에 따른 암호화 키 세트(keyP)를 이용하여 상기 스케일러블 비트스트림을 구성하는 각 계층 데이터 별로 각각 암호화하여, 암호화된 비트스트림을 생성한다. 이를 위하여, 컨텐츠 생성 장치(100)는 라이센스 생성부(110), 스케일러블 비디오 인코더(120), 및 암호화부(130)를 포함한다.
라이센스 생성부(110)는 비디오 컨텐츠 전체에 대하여 적용할 규칙(rule) 및 각 계층 데이터 별로 적용할 암호화 키 세트(keyP)를 생성한다. 상기 규칙이란 어떤 컨텐츠에 대하여 적용되는 권한을 의미하며, 비디오 컨텐츠의 경우, 컨텐츠의 읽 기, 소정 시간 동안 읽기, 소정 회수 내 읽기, 및 재전송 등 다양한 동작(operation) 별로 부여되는 권한을 의미한다. 예를 들어, 1회 읽기의 권한이 부여된 암호화 키로는 해당 컨텐츠를 1회만 재생할 수 있으며, 2시간 동안 읽기의 권한이 부여된 암호화 키로는 해당 컨텐츠를 2시간 동안만 재생할 수 있을 것이다. 따라서 일반적으로 하나의 규칙에 대해서는 대응되는 하나의 암호화 키가 존재하지만, 본 발명에 따르면, 하나의 컨텐츠를 이루는 계층 별로 암호화 키가 별개로 존재하므로, 하나의 규칙에 대하여 계층 수 만큼의 암호화 키(암호화 키 세트)가 별개로 존재한다.
또한, 라이센스 생성부(110)는 상기 암호화 키에 대응되는 해독 키를 생성한다. 일반적으로 많이 사용되는 PKI(public-key infrastructure) 알고리즘은 공개 키 형태의 암호화 키 및 개인 키 형태의 해독 키를 쌍으로 생성하여, 상기 암호화 키로 데이터를 암호화한 후 상기 개인 키로 상기 암호화된 데이터를 해독할 수 있도록 하는 기법이다. 이러한 알고리즘을 비대칭 방식의 암호화라고 하며, 기본적으로 큰 두 개의 소수의 곱으로 이루어진 값으로부터 각각 소수를 역산해 내기가 어렵다는 원리에 기초한다. 따라서, 공개 키로 암호화된 데이터를 전달받은 제3 자가 상기 데이터로부터 혹여 공개 키를 알아낸다고 할지라도, 상기 공개 키를 가지고서는 상기 데이터를 해독할 가능성이 거의 없다. 즉, 비대칭 방식의 암호화에 있어서는 공개 키로 암호화된 데이터는 오직 그와 쌍을 이루는 비밀 키에 의해서만 해독될 수 있다.
그러나, 본원 발명에서의 키 생성 방식은 비대칭 방식에 한정되는 것은 아니 고, 대칭 방식의 암호화를 사용하여도 상관 없다. 다만, 대칭 키를 사용하는 경우는 암호화 키 및 해독 키가 동일하므로 혹여 제3 자가 암호화된 데이터로부터 암호화 키를 알아낸다면 알아낸 암호화 키를 이용하여 그대로 해독이 가능하다. 따라서, 상기 비대칭 방식의 암호화에 비하여 보안성이 다소 떨어질 수 있다.
한편, 스케일러블 비디오 인코더(120)는 입력 비디오(오리지널 비디오)를 입력 받아 스케일러블 비트스트림을 생성한다. 스케일러블 비디오 인코더(120)의 보다 상세한 구성은 도 2에 도시된다.
스케일러블 비디오 인코더(120)는 입력 비디오로부터 각 계층별 데이터를 생성하기 위하여, 소정 개수(N개)의 인코더들(121, 122, 123, 124)을 포함하며, 상기 계층별 데이터를 무손실 부호화하는 엔트로피 부호화부(125)를 더 포함한다.
우선, 기초 계층 인코더(121)에서 수행되는 동작을 살펴 보면 다음과 같다.
입력된 비디오 픽쳐는 공간적 및/또는 시간적으로 다운 샘플링된다. 상기 다운 샘플링된 비디오 픽쳐는 모션 추정 과정을 거친다. 상기 모션 추정 과정은 주변의 참조 픽쳐를 참조하여 현재 픽쳐에 대한 모션 벡터를 구하는 과정이다. 일반적으로 이러한 모션 추정을 위해서 블록 매칭(block matching) 알고리즘이 널리 사용되고 있다.
그 다음, 상기 구한 모션 벡터를 이용하여, 상기 참조 픽쳐를 모션 보상함으로써 상기 현재 픽쳐에 대한 예측 픽쳐를 생성한다. 그 후, 상기 현재 픽쳐와 상기 예측 픽쳐를 차분하여 잔차 신호(residual signal)를 구한다.
상기 잔차 신호는 DCT(Discrete Cosine Transform), 웨이블릿 변환(wavelet transform) 등의 공간적 변환되고, 계수들(coefficient)로 변환된다. 그리고, 상기 변환된 계수들은 소정의 양자화 스텝의 간격에 따라서 양자화된다. 상기 양자화 스텝의 크기를 조절함으로써 출력되는 계층 데이터의 압축률 및 화질을 조절할 수 있다. 상기 크기 및 화질은 상호 트레이드 오프(trade-off) 관계에 있다. 일반적으로 양자화 스텝의 크기가 클수록 압축률은 높아지고 화질은 낮아진다. 상기 양자화된 결과, 즉 양자화 계수들 및 상기 구한 모션 벡터가 기초 계층 인코더(121)에서의 출력이 된다.
제1 향상 계층 인코더(122)도 기본적인 동작 면에서는 기초 계층 인코더(121)와 동일하다. 다만, 제1 향상 계층 인코더(122)는 기초 계층 인코더(121)와는 달리 하위 계층의 정보를 이용하여 보다 압축 효율을 높일 수 있다는 점에서 차이가 있으며, 기초 계층 인코더(121)에서 사용되는 양자화 스텝에 비해서는 다소 작은 양자화 스텝이 사용된다.
제2 향상 계층 인코더(123) 및 제N-1 향상 계층 인코더(124) 도 마찬가지로 하위 계층(제1 향상 계층)의 정보를 이용하여 데이터의 압축 효율을 높일 수 있다.
엔트로피 부호화부(125)는 각 계층별 인코더에서 생성되는 계층별 데이터를 무손실 부호화하여 비트스트림을 생성한다. 이러한 무손실 부호화 방법으로는, 허프만 부호화(Huffman coding), 산술 부호화(arithmetic coding), 가변 길이 부호화(variable length coding), 기타 다양한 방법이 이용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케일러블 비트스트림(10)의 구성을 도시하는 도면이다. 스케일러블 비트스트림(10)은 복수의 계층으로 이루어진 데이터 구조를 갖는다. 전체의 N개의 계층이 존재한다고 하면, 스케일러블 비트스트림(10)은 하나의 기초 계층(base layer) 데이터와 N-1개의 향상 계층(enhancement layer) 데이터로 이루어진다. 상기 기초 계층은 계층 0(layer 0)로 표시되기도 한다. 일반적으로, 기초 계층 데이터는 다른 계층을 참조하지 않고, 독립적으로 생성(인코딩)되지만, 상기 향상 계층들은 일반적으로 다른 계층(통상, 가장 가까운 하위 계층)을 참조하여 그 중복을 제거한 후 생성된다.
도 3의 각 계층 데이터는 도 4와 같이, 모션 데이터 텍스쳐 데이터로 이루어질 수 있다. 모션 데이터는 모션 추정 과정에서 생성되는 모션 벡터를 적어도 포함하며, 기타 매크로블록 패턴, 참조 픽쳐의 번호 등이 더 포함될 수 있다. 상기 텍스쳐 데이터는 각 계층의 인코더에서 출력되는 양자화 계수를 무손실 부호화한 결과이다.
다시, 도 1을 참조하면, 암호화부(130)는 소정의 암호화 알고리즘에 따라, 라이센스 생성부(110)에서 생성되는 암호화 키 세트를 이용하여 상기 스케일러블 비트스트림을 암호화한다. 상기 암호화 알고리즘으로는 공개 키를 이용하여 암호화하는 종래의 알고리즘들 중 어떠한 것을 사용하더라도 상관없다.
라이센스 생성부(110)에서 생성되는 암호화 키 세트는 N개의 암호화 키(P0 내지 PN-1)로 이루어져 있다. 따라서, 암호화부(130)는 상기 N개의 암호화 키를 이용하여 도 2와 같은 스케일러블 비트스트림(10)의 각각의 계층 데이터를 암호화한다. 여기서, 암호화 키 Pk(k는 임의의 정수)는 계층 k에 해당되는 계층 데이터를 암 호화하는데 사용된다.
암호화부(130)에서 암호화된 비트스트림은 네트워크(80)를 통하여 각종 단말 기기(200)에 배포된다. 상기 네트워크(80)는 일반 공중이 쉽게 접근할 수 있는 인터넷인 것이 바람직하나, 이에 한하지는 않는다.
한편, 라이센스 발급 서버(300)는 라이센스 생성부(110)에서 생성된 규칙 및 암호화 키 세트를 포함하는 라이센스를 단말 기기의 신청에 따라서 발급하고 요금을 부과한다. 이와 같은 라이센스 발급 서버(300)는 상기 컨텐츠 생성 장치(100)와는 별도로 구비되는 것이 일반적이지만, 컨텐츠 생성 장치(100) 내의 라이센스 생성부(110)와 일체로 형성될 수도 있다.
상기 라이센스는 그 신청 및 요금 부과에 따라서, 서로 다른 규칙을 포함할 수도 있으며, 암호화 키 세트에 대응되는 해독 키 세트 중 일부 키만을 제공할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 라이센스는 다음의 표 1과 같다. 표 1의 라이센스는 규칙(Rule)으로는 "1회만 재생"으로 되어 있으며, 상기 라이센스를 사용할 수 있는 특정 디바이스인지를 식별하기 위한 Device ID를 포함할 수 있으며, 소유자(Owner), 제목(Title), 재생 길이(Length) 등의 컨텐츠의 정보를 포함할 수도 있다. 특히, 상기 라이센스에는 암호화된 비트스트림 중 해당 계층 데이터를 해독하는 데 사용되는 적어도 하나 이상의 해독 키가 포함된다. 표 1에서는 3개의 해독 키(Q0, Q1, Q2)가 포함되는데, 이는 기초 계층, 제1 향상 계층, 및 제2 향상 계층의 데이터를 각각 해독할 수 있는 해독 키이다.
Rule 1 time play
Device Info Device ID
Key info Q0
Q1
Q2
Contents Info Owner, Title, Length, etc
컨텐츠 복원 장치(200)는 컨텐츠 생성 장치(100)와 네트워크(80)로 연결되고, 라이센스 발급 서버(300)와는 네트워크(90)로 연결되는 단말 기기이다. 컨텐츠 복원 장치(200)는 디지털 TV, 컴퓨터, PDA, 모바일 폰, PMP(Portable Multimedia Player) 등 네트워크 연결이 가능하고 비디오를 재생할 수 있는 임의의 장치를 의미한다. 상기 네트워크(90)는 상기 네트워크(80)와 동일한 종류의 네트워크일 수도 있지만, 모든 대중에게 개방되어도 좋은 네트워크(80)와는 달리 상기 라이센스를 전달하는 과정에 있어서 보다 높은 보안이 요구되므로, 그 만큼 보안을 보장할 수 있는 네트워크인 것이 바람직하다.
상기 컨텐츠 복원 장치(200)는 컨텐츠 수신부(210), 라이센스 해석부(220), 해독부(230), 및 스케일러블 비디오 디코더(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
컨텐츠 수신부(210)는 네트워크(80)를 통하여 암호화된 비트스트림을 수신하고, 이를 소정의 저장부에 저장하는 역할을 한다. 컨텐츠 수신부(210)는 상기 네트워크(80)의 종류에 따른 수신용 모뎀을 구비하는데, 상기 모뎀은 IEEE 802.3 이더넷 카드, IEEE 802.11 계열의 수신 카드, IEEE 802.15.3 계열의 수신 카드 등으로 구현될 수 있다. 상기 저장부는 RAM, 플래시 메모리, 하드 디스크, 기타 다양한 저장 매체로 구현될 수 있다.
라이센스 해석부(220)는 라이센스 발급 서버(300)로부터 제공되는 표 1의 예와 같은 라이센스의 내용을 해석(parsing)하고, 상기 해석 결과 추출되는 규칙(Rule) 및 해독 키 세트(KeyQ)를 해독부(230)에 제공한다.
해독부(230)는 상기 암호화된 비트스트림의 계층들 중에서 상기 해독 키 세트에 존재하는 키에 대응되는 계층만을 해독하고, 상기 해독된 비트스트림을 스케일러블 비디오 디코더(240)에 제공한다. 상기 해독 키는 비대칭 키 방식이 이용되는 경우에는 컨텐츠 생성 장치(100)에서 생성된 암호화 키와 쌍을 이루는 비밀키가 될 것이고, 대칭 키 방식이 이용되는 경우에는 컨텐츠 생성 장치(100)에서 생성된 암호화 키와 동일한 키가 될 것이다.
상기 해독된 비트스트림은 상기 해독 키 세트에 따라서 상기 암호화된 비트스트림 전체일 수도 있고, 그 일부일 수도 있다. 또한, 해독부(230)는 상기 규칙(Rule)를 주기적으로 점검하여 해당 규칙이 만료(expire)되는지를 판단하고, 만약 만료되었다면 스케일러블 비디오 디코더(240)에 대한 상기 비트스트림의 제공을 중단한다.
도 5는 컨텐츠 생성 장치(100)에 의하여 각 계층별 암호화 키(P0 내지 PN -1)로 암호화된 비트스트림(150)이 다양한 컨텐츠 복원 장치들(200a, 200b, 200c)에서 어떻게 복원되는가를 보여주는 도면이다. 계층별로 암호화된 비트스트림(150)을 수신한 컨텐츠 복원 장치(200a)는 라이센스에 포함된 해독 키가 Q0이므로 기초 계층(계층 0)의 비디오 데이터 만을 해독할 수 있다. 컨텐츠 복원 장치(200a)가 모바일 폰과 같이 일반적으로 프로세싱 능력(processing power), 리소스(resources), 디스플레이 능력 등이 부족한 기기인 경우에는 기초 계층만을 해독할 수 있는 라이센스만으로도 충분한 경우가 있다.
컨텐츠 복원 장치(200b)는 라이센스에 포함된 해독 키가 Q0 및 Q1이므로 이를 이용하여 기초 계층(계층 0) 및 제1 향상 계층(계층 1)의 비디오 데이터를 해독할 수 있다. 컨텐츠 복원 장치(200b)는 해독된 기초 계층 데이터 및 제1 향상 계층 데이터를 조합하여 제1 향상 계층 레벨의 품질을 갖는 비디오를 복원할 수가 있다.
컨텐츠 복원 장치(200c)는 모든 계층 데이터에 대한 해독 키(Q0 내지 QN -1)를 라이센스로부터 얻어서, 이들을 이용하여 암호화된 비트스트림(150) 전체를 해독할 수가 있다. 각 계층별로 해독된 데이터 전체를 조합하면 제N-1 향상 계층 레벨, 즉 최대 품질을 갖는 비디오를 복원할 수가 있다. 컨텐츠 복원 장치(200c)가 디지털 TV, 컴퓨터 등과 같이 일반적으로 프로세싱 능력, 리소스, 디스플레이 능력이 충분한 기기인 경우에는 모든 계층을 해독할 수 있는 라이센스가 필요할 수 있다.
해독부(230)에 의하여 해독된 전부 또는 일부의 비트스트림은 스케일러블 비디오 디코더(240)에 제공되고, 스케일러블 비디오 디코더(240)에 의하여 복원된 비디오로 출력된다.
스케일러블 비디오 디코더(240)의 보다 자세한 구성은 도 6에 도시된다.
엔트로피 복호화부(241)는 해독된 비트스트림에 대하여 무손실 복호화를 수행하여, 각 계층별 데이터를 추출하고 이를 해당 디코더(242 내지 245)에 제공한다. 상기 계층별 데이터는 도 4와 같이 모션 데이터 및 텍스쳐 데이터를 포함한다.
우선, 기초 계층 디코더(242)에서 수행되는 동작을 살펴 보면 다음과 같다.
먼저, 상기 텍스쳐 데이터는 역 양자화 과정을 통하여 역 양자화된다. 이러한 역 양자화 과정은 인코더 단에서의 양자화 과정의 역에 해당되는 과정이다. 즉, 인덱스 형태의 양자화 계수(양자화 레벨)로부터 실제 의미를 갖는 계수들(coefficient)이 복원되는 과정이다.
상기 복원된 계수들은 역 DCT 변환, 역 웨이블릿 변환 등의 역 변환 과정을 거친다. 상기 역 변환 결과 현재 픽쳐에 대한 잔차 신호가 복원된다.
한편, 상기 모션 데이터에 포함되는 모션 벡터를 이용하여 기 복원된 참조 픽쳐를 모션 보상함으로써 예측 픽쳐가 생성된다. 마지막으로, 상기 예측 픽쳐와 상기 잔차 신호를 가산하면 기초 계층 레벨의 픽쳐가 복원된다. 이러한 픽쳐들이 모여서 하나의 비디오를 형성하게 된다.
제1 향상 계층 디코더(243)도 기본적인 동작 면에서는 기초 계층 디코더(242)와 동일하다. 다만, 제1 향상 계층 인코더(243)는 기초 계층 인코더(242)와는 달리 하위 계층의 정보를 이용하여 제1 향상 계층 레벨에서의 비디오를 복원된다는 점에서 차이가 있다. 제2 향상 계층 인코더(244)도 마찬가지로 하위 계층(제1 향상 계층)의 정보를 이용하여 제2 향상 계층 레벨에서의 비디오를 복원할 수 있다.
표 1의 예에서와 같이 컨텐츠 복원 장치(200)가 Q0, Q1, 및 Q2 세 개의 해독 키를 갖는다면, 스케일러블 비디오 디코더(240)로 입력되는 해독된 비트스트림은 기초 계층, 제1 향상 계층, 및 제2 향상 계층으로 이루어지게 된다. 따라서, 이 경우에는 제2 향상 계층 디코더(244)에서 출력이 최종 비디오 출력이 될 것이다.
본 명세서에 개시된 실시예들과 연관하여 설명된 여러 예시적인 논리 블록들은 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 범용 프로세서, DSP(digital signal processor), ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 또는 다른 프로그램가능 논리 장치, 이산 게이트 또는 트랜지스터 논리 장치, 이산 하드웨어 성분들, 또는 그것들의 임의의 결합으로 구현되거나 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있지만, 선택적으로는, 그 프로세서는 임의의 종래 프로세서, 제어기, 마이크로 제어기, 또는 상태 머신일 수 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 장치들의 결합, 예컨대, DSP와 마이크로프로세서의 결합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 관련한 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로 구현될 수 있다.
도 7은 본 발명의 전체 동작 과정을 나타내는 흐름도이다. 먼저, 컨텐츠 생성 장치(100)에서 수행되는 동작 과정(S400)을 살펴 본다.
먼저, 스케일러블 비디오 인코더(120)는 입력 비디오로부터 복수의 계층 데이터로 이루어지는 스케일러블 비트스트림을 생성한다(S410). 상기 복수의 계층은 기초 계층과, 적어도 하나 이상의 향상 계층으로 이루어질 수 있으며, 하나의 계층의 데이터는 모션 데이터와 텍스쳐 데이터로 구성될 수 있다.
상기 S410 단계는 상기 입력 비디오를 최하위 해상도 및/또는 프레임률로 다운 샘플링한 후 인코딩하여 기초 계층 데이터를 생성하는 단계와, 상기 입력 비디오를 상기 최하위 보다 높은 해상도 및/또는 프레임률로 다운 샘플링하고, 상기 기초 계층 데이터와의 중복을 제거한 후 인코딩하여 향상 계층 데이터를 생성하는 단계로 세분화될 수 있다.
라이센스 생성부(110)는 상기 계층에 각각 대응되는 개수 만큼의 암호화 키들을 생성한다(S420). 상기 암호화 방식이 비대칭 키 기반인 경우, 상기 암호화 키들은 공개 키일 수 있다. 이 때, 상기 암호화 키들과 쌍으로 생성되는 비밀 키들이 생성되어야 할 것이다.
암호화부(130)는 상기 암호화 키들 각각에 대응되는 계층 데이터를 해당 암호화 키로써 암호화함으로써 암호화된 스케일러블 비트스트림을 생성한다(S430). 상기 과정(S400)은, 라이센스 생성부(110)가 상기 멀티미디어 데이터 전체에 적용되는 규칙을 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 그 후, 상기 암호화된 스케일러블 비트스트림은 공중이 접근 가능한 네트워크를 통하여 배포될 수 있다(S440).
한편, 라이센스 발급 서버(300)는 상기 규칙 및 상기 비밀 키들을 포함하는 라이센스를 생성하며(S500), 컨텐츠 복원 장치의 요청 및 요금 결재에 따라서 이를 제공한다. 상기 라이센스는 상기 규칙을 정의하는 필드와, 디바이스 정보를 기록하는 필드와, 상기 비밀 키들 각각이 기록되는 키 정보를 필드를 포함한다.
이하에서는, 컨텐츠 복원 장치(200)에서 수행되는 동작 과정(S600)을 살펴 본다.
컨텐츠 수신부(210)는 암호화된 스케일러블 비트스트림을 수신하여 저장한다(S610). 상기 수신은 공중이 접근 가능한 네트워크를 통하여 이루어질 수 있다.
라이센스 해석부(220)는 상기 라이센스 발급 서버(300)로부터 발급된 소정의 라이센스의 내용을 해석하여(S620), 상기 라이센스에 포함되는 적어도 하나 이상의 계층에 대응되는 해독 키를 추출한다(S630). 상기 해독 키는 공개 키 기반의 암호화 알고리즘이 사용되는 경우, 비밀 키에 해당된다.
해독부(230)는 상기 암호화된 스케일러블 비트스트림 중, 상기 추출된 해독 키에 대응되는 계층의 데이터를 상기 추출된 해독 키로써 해독한다(S640).
스케일러블 비디오 디코더(240)는 상기 해독된 계층으로 이루어지는 해독된 비트스트림을 디코딩한다(S650). 상기 S650 단계는 상기 해독된 비트스트림 중 기초 계층의 데이터로부터 기초 계층 레벨의 비디오를 복원하는 단계와, 상기 해독된 비트스트림 중 향상 계층의 데이터 및 상기 기초 계층 레벨의 비디오를 이용하여 향상 계층 레벨의 비디오를 복원하는 단계로 세분화될 수 있다.
이상의 동작 과정(S600)은 상기 라이센스의 내용을 해석하여 상기 라이센스에 포함되는 규칙을 추출하는 단계와, 상기 규칙에 따라서 상기 해독하는 과정을 제어하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
이상 본 발명의 명세서에서는 복수의 계층으로 이루어진 비디오 스트림을 기준으로 하여 설명하였지만, 복수의 계층으로 형성되고, 각 계층간의 중복이 제거된 스트림이라면 오디오 스트림, 데이터 스트림, 기타 다양한 멀티미디어 스트림에 적용될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기 본 발명에 따르면, 스케일러블 비트스트림의 특성에 적합한 암호화 기법을 적용함으로써, 멀티미디어 컨텐츠의 보다 다양한 활용이 가능하게 될 것이다.

Claims (17)

  1. 복수의 계층으로 이루어지는 멀티미디어 데이터를 계층별로 암호화하는 방법에 있어서,
    (a) 입력 비디오로부터 복수의 계층 데이터로 이루어지는 스케일러블 비트스트림을 생성하는 단계;
    (b) 상기 계층에 각각 대응되는 개수 만큼의 암호화 키들을 생성하는 단계;
    (c) 상기 암호화 키들과 쌍을 이루는 비밀 키들 및 규칙을 포함하는 라이센스를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 암호화 키들 각각에 대응되는 계층 데이터를 해당 암호화 키로써 암호화하여 암호화된 스케일러블 비트스트림을 생성하는 단계를 포함하는데,
    상기 라이센스는 상기 규칙을 정의하는 필드와, 디바이스 정보를 기록하는 필드와, 상기 비밀 키들 각각이 기록되는 키 정보를 필드를 포함하는, 멀티미디어 데이터 암호화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멀티미디어 데이터 전체에 적용되는 규칙을 생성하는 단계를 더 포함하는 멀티미디어 데이터 암호화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 암호화 키들은 공개 키이며 상기 암호화 키들과 쌍으로 생성되는 비밀 키들을 생성하는 단계를 더 포함하는, 멀티미디어 데이터 암호화 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 계층은
    기초 계층과, 적어도 하나 이상의 향상 계층을 포함하는, 멀티미디어 데이터 암호화 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 계층 데이터는
    모션 데이터와 텍스쳐 데이터로 구성되는, 멀티미디어 데이터 암호화 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    상기 입력 비디오를 최하위 해상도 및/또는 프레임률로 다운 샘플링한 후 인코딩하여 기초 계층 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 입력 비디오를 상기 최하위 보다 높은 해상도 및/또는 프레임률로 다운 샘플링하고, 상기 기초 계층 데이터와의 중복을 제거한 후 인코딩하여 향상 계층 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 멀티미디어 데이터 암호화 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 규칙 및 상기 비밀 키들을 포함하는 라이센스를 생성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 라이센스는 상기 규칙을 정의하는 필드와, 디바이스 정보를 기록하는 필드와, 상기 비밀 키들 각각이 기록되는 키 정보를 필드를 포함하는, 멀티미디어 데이터 암호화 방법.
  8. 복수의 계층으로 이루어지는 멀티미디어 데이터를 계층별로 복원하는 방법에 있어서,
    (a) 암호화된 스케일러블 비트스트림을 수신하는 단계;
    (b) 소정의 라이센스의 내용을 해석하여 상기 라이센스에 포함되는 적어도 하나 이상의 계층에 대응되는 해독 키를 추출하는 단계;
    (c) 상기 암호화된 스케일러블 비트스트림 중, 상기 추출된 해독 키에 대응되는 계층의 데이터를 상기 추출된 해독 키로써 해독하는 단계; 및
    (d) 상기 해독된 계층으로 이루어지는 해독된 비트스트림을 디코딩하는 단계를 포함하는데
    상기 라이센스는 상기 규칙을 정의하는 필드와, 디바이스 정보를 기록하는 필드와, 상기 해독 키들 각각이 기록되는 키 정보를 필드를 포함하는, 멀티미디어 데이터 복원 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 (a) 단계의 수신은
    공중이 접근 가능한 네트워크를 통하여 이루어지는, 멀티미디어 데이터 복원 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 해독 키는 공개 키 기반의 암호화 알고리즘에서의 비밀 키에 해당하는, 멀티미디어 데이터 복원 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 복수의 계층은
    기초 계층과, 적어도 하나 이상의 향상 계층을 포함하는, 멀티미디어 데이터 복원 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 라이센스는
    라이센스 발급 서버로부터 소정의 네트워크를 통하여 수신되는, 멀티미디어 데이터 복원 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 라이센스는
    상기 규칙을 정의하는 필드와, 디바이스 정보를 기록하는 필드와, 상기 해독 키들 각각이 기록되는 키 정보를 필드를 포함하는, 멀티미디어 데이터 복원 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 라이센스의 내용을 해석하여 상기 라이센스에 포함되는 규칙을 추출하는 단계; 및
    상기 규칙에 따라서 상기 해독하는 과정을 제어하는 단계를 더 포함하는 멀티미디어 데이터 복원 방법.
  15. 제8항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    상기 해독된 비트스트림 중 기초 계층의 데이터로부터 기초 계층 레벨의 비디오를 복원하는 단계;
    상기 해독된 비트스트림 중 향상 계층의 데이터 및 상기 기초 계층 레벨의 비디오를 이용하여 향상 계층 레벨의 비디오를 복원하는 단계를 포함하는, 멀티미 디어 데이터 복원 방법.
  16. 복수의 계층으로 이루어지는 멀티미디어 데이터를 계층별로 암호화하는 장치에 있어서,
    입력 비디오로부터 복수의 계층 데이터로 이루어지는 스케일러블 비트스트림을 생성하는 스케일러블 비디오 인코더;
    상기 계층에 각각 대응되는 개수 만큼의 암호화 키들을 생성하고, 상기 암호화 키들과 쌍을 이루는 비밀 키들 및 규칙을 포함하는 라이센스를 생성하는 라이센스 생성부; 및
    상기 암호화 키들 각각에 대응되는 계층 데이터를 해당 암호화 키로써 암호화함으로써 암호화된 스케일러블 비트스트림을 생성하는 암호화부를 포함하는데,
    상기 라이센스는 상기 규칙을 정의하는 필드와, 디바이스 정보를 기록하는 필드와, 상기 비밀 키들 각각이 기록되는 키 정보를 필드를 포함하는, 멀티미디어 데이터 암호화 장치.
  17. 복수의 계층으로 이루어지는 멀티미디어 데이터를 계층별로 복원하는 장치에 있어서,
    암호화된 스케일러블 비트스트림을 수신하는 컨텐츠 수신부;
    소정의 라이센스의 내용을 해석하여 상기 라이센스에 포함되는 적어도 하나 이상의 계층에 대응되는 해독 키를 추출하는 라이센스 해석부;
    상기 암호화된 스케일러블 비트스트림 중, 상기 추출된 해독 키에 대응되는 계층의 데이터를 상기 추출된 해독 키로써 해독하는 해독부; 및
    상기 해독된 계층으로 이루어지는 해독된 비트스트림을 디코딩하는 스케일러블 비디오 디코더를 포함하는데,
    상기 라이센스는 상기 규칙을 정의하는 필드와, 디바이스 정보를 기록하는 필드와, 상기 해독 키들 각각이 기록되는 키 정보를 필드를 포함하는, 멀티미디어 데이터 복원 장치.
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