KR20090104349A - Wartermark insertion/detection apparatus and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 워터마크 삽입/추출 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 영상 컨텐츠에 대한 제작자의 저작권을 보호하기 위해 영상 컨텐츠 내에 워터마크를 삽입/추출하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a watermark embedding / extraction apparatus and a method thereof. In particular, the present invention relates to an apparatus and method for inserting / extracting a watermark in video content to protect the copyright of the creator of the video content.
기술의 발달에 따라 각종 영상 정보의 형태는 아날로그에서 디지털 정보의 형태로 변화되어 인터넷 혹은 저장 매체를 통해 널리 사용되고 있다. With the development of technology, various types of video information are changed from analog to digital information and are widely used through the Internet or storage media.
디지털 영상 정보는 저장과 변환의 편리성, 대량 복제 유용성 및 유통성 등의 장점을 갖는데 반해, 영상 정보의 지적 재산권 보호를 위한 보안 장치가 미흡하여 인터넷 상 및 가상공간(저장 매체 등)을 통한 지적 재산권의 침해가 날로 심각해지고 있다. Digital image information has advantages such as convenience of storage and conversion, usefulness of mass copying and distribution, whereas lack of security device to protect intellectual property rights of image information, intellectual property rights over internet and virtual space (storage media, etc.) Infringement is getting serious day by day.
이러한, 지적 재산권 침해를 해결하기 위해 현재 다양한 보안장치가 개발되고 있다. Various security devices are currently being developed to solve such infringement of intellectual property rights.
영상 정보의 지적 재산권 침해를 해결하기 위한 대표적인 방법으로, 암호화 방법(DRM)이 있다. 이는 전송되는 데이터를 암호화하여 전송하고, 수신자가 비밀키 를 입력하여 암호화된 데이터를 복원하도록 함으로써 전송 중에 제3자가 불법으로 데이터를 수신하더라도 이를 원본 데이터로 복원할 수 없도록 하는 방법이다. 그러나 암호화 방법(DRM)은 합법적인 수신자들이 동영상 캡처 등의 방법을 이용하여 추출한 원본과 유사한 데이터를 제 3자에게 공개할 수 있기 때문에 데이터 자체에 대한 저작권 보호가 불가능하다는 문제점이 발생된다.As a representative method for solving the intellectual property infringement of the video information is the encryption method (DRM). This is a method of encrypting the transmitted data and transmitting the encrypted data so that the receiver can enter the secret key to restore the encrypted data, so that even if a third party illegally receives the data during transmission, it cannot be restored to the original data. However, the encryption method (DRM) has a problem that the copyright protection of the data itself is impossible because legitimate recipients can disclose data similar to the original extracted by a method such as video capture to a third party.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해, 디지털 데이터를 비가시적으로 구조화하여 원본 데이터에 삽입함으로써 데이터 자체에 대한 저작권 보호가 가능하도록 하는 워터마킹(Watermarking) 방법이 대두되고 있다.Accordingly, in order to solve such a problem, a watermarking method has emerged, in which digital data is invisibly structured and inserted into original data to enable copyright protection of the data itself.
워터마킹 방법은 최근에 그래픽, 통신, 오디오 등 여러 응용 분야에 적용되면서 그 중요성이 날로 증대되고 있다. Watermarking methods have recently been applied to various applications such as graphics, communication, and audio, and their importance is increasing day by day.
워터마킹 방법은 네트워크상에서 사용 가능한 상태로 유통될 수 있는 지적 재산권 보호 대상 성격을 지니는 자료에 대해 원본 데이터에 저작권자의 정보(사용자 정보)를 삽입하여 지적 재산을 보호하기 위한 기법으로, 추출 과정에서 원본 데이터를 필요로 하는 블라인드 워터마킹(Blind Watermarking)과 원본 데이터를 필요로 하지 않는 비블라인드 워터마킹(Non-Blind Watermarking)으로 구분된다.The watermarking method is a technique for protecting intellectual property by inserting copyright holder's information (user information) into the original data for materials having intellectual property protection characteristics that can be distributed on the network. It is divided into blind watermarking requiring data and non-blind watermarking requiring no original data.
워터마킹에서 이용되는 워터마크는 다음과 같은 조건들을 만족해야 한다. The watermark used in watermarking must satisfy the following conditions.
1. 견고성(Robustness)이 있어야 한다. 원본 이미지에 삽입된 워터마크 정보가 외부의 공격에 인해서 훼손되지 않고 추출 가능해야 한다. 1. Robustness. The watermark information inserted in the original image should be extracted without being damaged by an external attack.
2. 비가시성(invisibility)이 있어야 한다. 원본 데이터에 워터마크가 삽입된 컨텐츠에 대해서 사용자가 원본 데이터와의 차이를 느끼지 못해야 한다. 즉, 워 터마크를 삽입함으로써 사용자가 워터마크의 삽입을 인식하게 될 정도로 원본 데이터를 손상시켜서는 안 된다.2. There must be invisibility. For the content in which the watermark is inserted in the original data, the user should not feel the difference from the original data. That is, by inserting a watermark, the original data should not be damaged to the extent that the user recognizes the insertion of the watermark.
기존의 영상 정보 송수신 시에 이용되는 워터마킹 기술들은 이미지 워터마킹 기술을 기본으로 하여 이루어져 왔다. 따라서 영상을 하나 하나의 이미지들로 구분하여, 각 프레임에 이미지 워터마크를 삽입하는 형태를 기본으로 하고 있다.Conventional watermarking techniques used for transmitting and receiving image information have been based on image watermarking techniques. Therefore, the image is divided into single images, and an image watermark is inserted into each frame.
대표적인 이미지 워터마크 삽입 방법에는 공간법(Spatial Method)과 주파수 영역법 (Frequency domain Method)이 있다. Representative image watermark embedding methods include a spatial method and a frequency domain method.
공간법은 공간적인 측면에서 원본 이미지의 화소 값에 미세한 변화를 줌으로써 워터마크를 삽입하는 방법이다. 이 방법의 문제점은 영상 워터마크에 적용되는 과정에 있어서, 영상 정보의 경우 다양한 기하학적 변형 공격이 들어올 수 있기 때문에, 이에 대비하여 기하학적 기준(Geometric Sync)을 맞춰야 한다는 것이다. 현재 이에 관한 여러 연구가 진행되고 있지만 실제로 구현하기에 많은 어려움이 있다. 또한 암호화된 특정 패턴을 삽입하기 때문에 이것이 원본 영상과의 차이가 심하여 사용자의 눈에 띌 수 있는 문제가 있다.The spatial method is a method of inserting a watermark by making a small change in the pixel value of the original image in terms of space. The problem with this method is that in the process of applying the image watermark, various geometric deformation attacks can be made in the case of the image information, and thus, geometrical sync needs to be met. Currently, various studies are in progress, but there are many difficulties in the actual implementation. In addition, since a specific pattern encrypted is inserted, this is very different from the original image, and thus there is a problem that is noticeable to the user.
주파수 영역법은 디지털 데이터를 주파수 성분의 아날로그 신호로 변환하고 같은 변환 방법으로 워터마크를 변환하여 삽입하는 방법이다. 이 방법의 문제점은 영상 정보에 특정 주파수 영역에 워터마크를 삽입해야 하는데, 지나치게 낮은 주파수에 삽입하는 경우에는 사용자의 눈에 워터마크가 인식되기 때문에 비가시성(invisibility)가 떨어지게 되고, 높은 주파수에 삽입하는 경우에는 코덱을 변환하는 등의 압축 과정에서 워터마크가 사라지게 되기 때문에 견고성(robustness)이 떨어지게 된다.The frequency domain method converts digital data into analog signals of frequency components and converts and inserts watermarks using the same conversion method. The problem with this method is that the watermark must be inserted in the specific frequency region of the image information. If the watermark is inserted at an excessively low frequency, the watermark is recognized by the user's eyes, and thus the invisibility is lowered. In this case, since the watermark disappears in the compression process such as converting the codec, the robustness is reduced.
한편, 종래에 공간법과 주파수 영역법을 응용하여 하나의 이미지 또는 프레임에 멀티 비트(Multi-bit)를 삽입하는 공간법과 주파수 영역법도 존재한다.On the other hand, there is a conventional spatial method and frequency domain method in which a multi-bit is inserted into one image or frame by applying the spatial method and the frequency domain method.
멀티 비트를 삽입하는 공간법은 다음의 도 1을 통해 설명한다The spatial method of inserting the multi-bits will be described with reference to FIG. 1 below.
도 1은 종래 기술에 따른 멀티 비트를 삽입하는 공간법을 이용하여 영상 이미지를 분할한 도면이다.1 is a diagram illustrating a segmentation of an image image by using a spatial method of inserting a multi-bit according to the prior art.
멀티 비트를 삽입하는 공간법은 도 1과 같이 기하학적 기준으로 한 프레임에 복수의 영역을 나누어 삽입하는 방법으로, 간단하게 하나의 프레임에 여러 비트의 정보를 삽입할 수 있으나 몇 가지 문제점을 갖게 된다. The spatial method of inserting a multi-bit is a method of dividing a plurality of areas into a frame based on a geometric reference as shown in FIG. 1, and it is possible to simply insert a plurality of bits of information into a frame, but there are some problems.
우선 기하학적 기준으로 영역을 나누려면 기하학적 동기(Geometric Sync)를 맞춰야 한다. 이는 캠코더 등을 이용한 촬영, 영상 회전, 잘라내기(Cropping), 이동(Translation) 등의 기하학적 공격에 취약하게 만들며, 이를 해결하기 위한 또 다른 추가 알고리즘을 필요하게 된다. 또한 인접한 영역에 서로 다른 비트 정보를 삽입한 경우, 경계선 주변에서 값의 차이가 심해지기 때문에 워터마크의 비가시성(invisibility)가 떨어지는 문제점이 있다. First, to divide the area by geometric reference, it is necessary to match the geometric sync. This makes it vulnerable to geometric attacks such as shooting with a camcorder, image rotation, cropping, and translation, and requires another additional algorithm to solve the problem. In addition, when different bit information is inserted into adjacent areas, there is a problem in that the invisibility of the watermark is inferior because the difference in value is increased around the boundary line.
멀티 비트를 삽입하는 주파수 영역법은 여러 주파수의 영역에 각각 다른 비트의 정보를 삽입하는 방법, 압축 및 필터링 등으로 인해 특정 주파수 영역이 공격을 받을 경우 해당 영역의 정보가 완전히 사라져 버리는 문제점이 있다.The frequency domain method of inserting multiple bits has a problem in that information of a corresponding region disappears completely when a specific frequency region is attacked due to a method of inserting different bits of information into various frequency regions, compression, and filtering.
따라서, 견고성과 비가시성을 높여 워터마크를 삽입/추출함으로써, 저작권 보호의 효율성을 높일 수 있는 새로운 워터마킹 기술이 필요하다.Therefore, there is a need for a new watermarking technology that can enhance the efficiency of copyright protection by inserting / extracting watermarks with increased robustness and invisibility.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 영상 컨텐츠에 대한 제작자의 저작권을 보호하기 위해 영상 컨텐츠 내에 워터마크를 삽입/추출하기 위한 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for inserting / extracting a watermark in video content to protect the copyright of the creator of the video content.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따라서, 영상 정보에 워터마크를 삽입하는 워터마크 삽입 장치는,According to a feature of the present invention for solving the above problems, the watermark embedding apparatus for embedding a watermark in the image information,
수신 영상 프레임을 입력 순서대로 배열하고, 배열된 영상 프레임이 설정된 수만큼 포함되도록 제1 그룹을 생성하는 프레임 배열부; 상기 제1 그룹 내 각 영상 프레임 내에 포함된 픽셀의 강도값을 기초로 각 영상 프레임을 둘 이상의 영역으로 분할하는 프레임 영역 분할부; 및 상기 분할된 영역들 중 지정된 영역에 사용자 정보에 매칭되는 비트 정보를 삽입하는 비트 정보 삽입부를 포함한다.A frame arrangement unit for arranging the received image frames in an input order and generating a first group such that the arranged image frames are included in a set number; A frame region dividing unit which divides each image frame into two or more regions based on intensity values of pixels included in each image frame in the first group; And a bit information inserting unit inserting bit information matching the user information into a designated area among the divided areas.
여기서, 상기 비트 정보 삽입부는 상기 제1 그룹내의 기준 영상 프레임을 기초로 이전 혹은 이후 영상 프레임 내 상기 지정된 영역의 색상 성분을 변경하여 상기 비트 정보를 삽입한다.The bit information inserting unit inserts the bit information by changing a color component of the designated area in a previous or subsequent image frame based on the reference image frame in the first group.
여기서, 상기 비트 정보 삽입부는 상기 색상 성분을 설정된 수만큼 증가 혹은 감소하여 상기 비트 정보를 삽입한다.Here, the bit information inserter inserts the bit information by increasing or decreasing the color components by a predetermined number.
본 발명의 특징에 따라서, 워터마크가 삽입된 영상 정보를 수신하여 상기 워터마크를 추출하는 워터마크 추출 장치는,According to a feature of the invention, the watermark extraction apparatus for receiving the watermark embedded image information and extracting the watermark,
영상 프레임을 입력 순서대로 배열하고, 배열된 영상 프레임이 설정된 수만큼 포함되도록 제1 그룹을 생성하는 프레임 배열부; 상기 제1 그룹 내 각 영상 프레임 내에 포함된 픽셀의 강도값을 기초로 각 영상 프레임을 둘 이상의 영역으로 분할하는 프레임 영역 분할부; 및 상기 분할된 영역 중 지정된 영역으로부터 비트 정보를 추출하는 비트 정보 추출부를 포함한다.A frame arrangement unit for arranging image frames in an input order and generating a first group such that the arranged image frames are included in a set number; A frame region dividing unit which divides each image frame into two or more regions based on intensity values of pixels included in each image frame in the first group; And a bit information extraction unit for extracting bit information from a designated area among the divided areas.
여기서, 상기 비트 정보 추출부는,Here, the bit information extraction unit,
상기 제1 그룹 내 기준 영상 프레임을 기초로 이전 영상 프레임과 이후 영상 프레임의 지정된 영역에 대한 색상 성분을 비교하여 비트 정보를 추출한다.Bit information is extracted by comparing color components of a specified region of a previous image frame and a subsequent image frame based on the reference image frame in the first group.
여기서, 워터마크 추출 장치는 상기 제1 그룹 내 각 영상 프레임이 포함하는 RGB(Red, Green, Blue)성분을 YUV 상의 U 영역값으로 변환하는 변환부를 더 포함하며,The apparatus for extracting watermarks may further include a converting unit for converting RGB (Red, Green, Blue) components included in each image frame in the first group into U region values on YUV.
상기 비트 정보 추출부는 상기 제1 그룹 내 기준 영상 프레임을 기초로 이전 영상 프레임과 이후 영상 프레임들의 상기 지정된 영역에 대한 U 영역 평균값을 비교하여 상기 비트 정보를 추출한다.The bit information extracting unit extracts the bit information by comparing a U region average value of the designated region of the previous image frame and the subsequent image frames based on the reference image frame in the first group.
본 발명의 특징에 따라서, 영상 정보에 워터마크를 삽입하는 장치의 워터마크 삽입 방법은,According to a feature of the invention, the watermark embedding method of the apparatus for embedding the watermark in the image information,
영상 프레임을 입력 순서대로 배열하여 상기 영상 프레임이 설정된 수만큼 포함되도록 제1 그룹을 생성하는 단계; 상기 제1 그룹 내 각 영상 프레임의 픽셀 강도값을 기초로 각 영상 프레임을 둘 이상의 영역으로 분할하는 단계; 및 상기 영상 프레임 각각의 분할된 영역 중 지정된 영역에 사용자 정보에 대한 비트 정보를 삽입하는 단계를 포함한다.Arranging image frames in an input order to generate a first group such that the image frames are included in a set number; Dividing each image frame into two or more regions based on pixel intensity values of each image frame in the first group; And inserting bit information about the user information into a designated area among the divided areas of each of the image frames.
여기서, 워터마크 삽입 방법은 사용자에 대한 인증을 수행하는 인증부로부터 상기 사용자 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는 워터마크 삽입 방법.Here, the watermark embedding method further comprises the step of receiving the user information from the authentication unit for performing authentication for the user.
본 발명의 특징에 따라서, 워터마크가 삽입된 영상 정보를 수신하여 상기 워터마크를 추출하는 장치의 워터마크 추출 방법은,According to a feature of the invention, the watermark extraction method of the apparatus for extracting the watermark by receiving the image information embedded with the watermark,
영상 프레임을 입력 순서대로 배열하여 상기 영상 프레임이 설정된 수만큼 포함되도록 제1 그룹을 생성하는 단계; 상기 제1 그룹 내 각 영상 프레임의 픽셀 강도값을 기초로 각 영상 프레임을 둘 이상의 영역으로 분할하는 단계; 및 상기 분할된 영역 중 지정된 영역으로부터 비트 정보를 추출하는 단계를 포함한다.Arranging image frames in an input order to generate a first group such that the image frames are included in a set number; Dividing each image frame into two or more regions based on pixel intensity values of each image frame in the first group; And extracting bit information from a designated area among the divided areas.
여기서, 상기 비트 정보를 추출하는 단계는,Here, the step of extracting the bit information,
상기 제1 그룹 내 기준 영상 프레임을 기초로 이전 영상 프레임과 이후 영상 프레임의 지정된 영역에 대한 색상 성분을 비교하여 상기 비트 정보를 추출한다.The bit information is extracted by comparing color components of a specified region of a previous image frame and a subsequent image frame based on the reference image frame in the first group.
본 발명에 따르면, 영상 컨텐츠의 원본 이미지 변경을 최소화하여 영상 컨텐츠에 대한 불법 복제, 배포등의 행위를 효율적으로 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. According to the present invention, it is possible to minimize the change of the original image of the video content can be expected to effectively prevent the acts such as illegal copying, distribution of the video content.
또한, 픽셀 강도값을 기초로 영역을 나누어 멀티 비트를 삽입함으로써, 정보 보호율을 상당히 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있으며, 압축, 필터링 등에 의한 정보 손실을 최소화할 수 있다. In addition, by inserting multiple bits by dividing the region based on the pixel intensity value, the effect of significantly increasing the information protection rate can be expected, and information loss due to compression and filtering can be minimized.
또한, 픽셀 강도값을 기초로 비트를 삽입하기 때문에, 종래의 멀티 비트 삽 입과는 달리 경계선 주변값의 차이를 없애 비가시성과 견고성을 상당히 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다. In addition, since the bit is inserted based on the pixel intensity value, unlike the conventional multi-bit insertion, it is possible to expect an effect of significantly increasing invisibility and robustness by eliminating the difference in the peripheral value of the boundary line.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise. In addition, the terms “… unit”, “… unit”, “module”, etc. described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. have.
이제 도면을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 워터마크 삽입/추출 장치와 그 방법에 대하여 설명한다.Now, a watermark embedding / extraction apparatus and a method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 워터마킹 시스템을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a watermarking system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 워터마킹 시스템은 크게 워터마크 삽입 장치(100)와 워터마크 추출 장치(200)를 포함한다.As shown in FIG. 2, a watermarking system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
워터마크 삽입 장치(100)는 프레임 배열부(110), 프레임 영역 분할부(120), YUV 변환부(130) 및 비트 정보 삽입부(140)를 포함한다.The
프레임 배열부(110)는 상위단의 영상 처리부(생략) 혹은 영상 정보를 저장하는 저장부(생략) 등의 영상 정보를 제공하는 장치로부터 영상 정보를 수신하고, 수신된 영상 정보의 영상 프레임을 입력되는 순서대로 배열한다. 여기서, 영상 정보는 RGB(Red, Green, Blue; 이하, "RGB"라 함)(이하, "색상 성분"이라고도 함) 임을 가정한다.The
또한, 프레임 배열부(110)는 배열된 영상 프레임에 대하여 2n+1(여기서, n=1, 2, 3의 자연수임)개씩의 그룹으로 나눈다. In addition, the
프레임 영역 분할부(120)는 프레임 배열부(110)로부터 순차적으로 그룹단위의 영상 프레임을 수신하고, 수신된 그룹내의 각 영상 프레임에 대하여 프레임 영역을 분할한다. 이때, 프레임 영역 분할부(120)는 영상 프레임이 갖는 RGB를 이용하여 픽셀들의 강도값(I)에 대한 히스토그램(Histogram) 분포를 통해 영역을 분할한다. 예를 들어, 하나의 영상 프레임을 4개의 영역으로 분할하는 경우, 픽셀들의 강도값을 기준으로, 제1영역은 171이상, 제2영역은 141~170, 제3영역은 101~140, 제4영역은 100이하가 된다.The frame
여기서, 픽셀 강도값(Intensity)은 다음의 수학식 1과 같다.Herein, the pixel intensity value is represented by
이러한, 영상 프레임 영역을 픽셀의 강도를 기초로 분할하여 비트 정보를 삽입함으로써, 원본 이미지 변경을 최소화한 상태에서 많은 비트 정보를 워터마크 추출 장치(200)에 전달할 수 있는 큰 장점이 있다.By inserting the bit information by dividing the image frame area based on the intensity of the pixel, there is a great advantage that can transmit a lot of bit information to the
이러한, 프레임 영역 분할부(120)가 분할하는 프레임 영역에 대하여 하기의 도 3 및 도 4을 통해 후술한다.Such a frame region divided by the
YUV 변환부(130)는 프레임 영역 분할부(120)로부터 수신된 영상 프레임의 RGB를 YUV로 변환하여 비트 정보 삽입부(140)로 제공한다. 여기서, YUV 변환부(130)가 변환하는 YUV 중 Y는 밝기, UV는 색상을 나타낸다.The
이때, YUV 변환부(130)는 다음의 수학식 2를 이용하여 RGB를 YUV로 변환한다.At this time, the
U=-0.169R-0.332G+0.5BU = -0.169R-0.332G + 0.5B
V=0.5R-0.419G-0.0813BV = 0.5R-0.419G-0.0813B
비트 정보 삽입부(140)는 사용자 인증을 수행하는 인증부(생략) 등의 상위단으로부터 인증된 사용자의 사용자 정보를 수신하고, 수신된 사용자 정보에 매칭되는 비트 정보를 그룹화된 영상 프레임들의 U 영역에 삽입한다. 이때, U 영역에 삽입하는 이유는 오차와 빛에 둔감한 칼라 정보 영역이기 때문이다.The bit
예를 들어, n=2로 그룹화하여 각 그룹에 5개의 영상 프레임을 포함하는 경우(5개 영상 프레임 각각 제1 영역에 대해서만), 삽입하려는 비트 정보가 1일 때, 그룹의 중심 영상 프레임에 해당하는 3번째 영상 프레임을 중심으로 첫 번째 영상 프레임에서 2번째 영상 프레임들의 U 영역(U-domain) 평균값이 작아지도록 U 영역(U-domain)에 음수 값을 더한다. 그리고, 4번째 프레임부터 5번째 프레임들의 U 영역(U-domain)에 양수 값을 더하여 1번째 영상 프레임부터 5번째 영상 프레임까지 순차적으로 U 영역값이 커지게 한다. 이와 반대로 삽입하려는 비트 정보가 0일 때에, 그룹의 중심 프레임에 해당하는 3번째 프레임을 중심으로 1에서 2번째 영상 프레임들의 U 영역(U-domain) 평균값이 커지도록 U 영역(U-domain)에 양수 값을 더한다. 그리고 4번째 프레임부터 5번째 프레임들의 U 영역(U-domain) 에 음수 값을 더하여 1번째 영상 프레임부터 5번째 영상 프레임까지 순차적으로 U 영역값이 작아지게 한다.For example, when grouping n = 2 to include five image frames in each group (only for the first region of each of the five image frames), when the bit information to be inserted is 1, it corresponds to the center image frame of the group. The negative value is added to the U-domain so that the average value of the U-domain of the second image frame is smaller in the first image frame. A positive value is added to the U region (U-domain) of the fourth to fifth frames to sequentially increase the U region value from the first image frame to the fifth image frame. On the contrary, when the bit information to be inserted is 0, the U-domain is increased so that the average value of the U-domain of 1 to 2 image frames is increased around the third frame corresponding to the center frame of the group. Add a positive value. In addition, a negative value is added to the U region (U-domain) of the fourth to fifth frames to sequentially decrease the U region value from the first image frame to the fifth image frame.
비트 정보 삽입부(140)는 U 영역에 비트 정보를 삽입한 후에, YUV로 변환된 영상 프레임을 RGB로 변환한다.The bit
한편, 워터마크 삽입 장치(100)는 별도의 통신부(생략) 등의 네트워크와 연결가능한 장치를 포함하여 네트워크를 통해 워터마크 추출 장치(200)로 영상 프레임을 전송할 수도 있다.The
이러한, 워터마크 삽입 장치를 이용하여 픽셀 강도값을 기초로 영역을 나누어 멀티 비트를 삽입함으로써, 정보 보호율을 상당히 높일 수 있고, 압축, 필터링 등에 의한 정보 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 종래의 멀티 비트 삽입과는 달리 경계선 주변값의 차이를 없애 비가시성과 견고성을 상당히 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다By using the watermark embedding apparatus and inserting multiple bits by dividing the area based on the pixel intensity value, the information protection rate can be significantly increased, and information loss due to compression, filtering, etc. can be minimized. In addition, unlike the conventional multi-bit insertion, it is possible to expect the effect of significantly increasing the invisibility and robustness by eliminating the difference of the peripheral edge value.
워터마크 추출 장치(200)는 프레임 배열부(210), 프레임 영역 분할부(220), YUV 변환부(230) 및 비트 정보 추출부(240)를 포함한다.The
워터마크 추출 장치(200)는 별도의 통신부(생략) 등의 네트워크와 연결가능한 장치를 포함하여 네트워크를 통해 워터마크 삽입 장치(100)로부터 영상 정보를 수신하거나, 영상 정보를 저장할 수 있는 저장 매체를 통해(오프라인 상을 통해) 영상 정보를 수신할 수 있다. The
프레임 배열부(210)는 워터마크 삽입 장치(100)로부터 생성된 영상 정보를 수신하고, 수신된 영상 정보의 영상 프레임을 입력되는 순서대로 순차적으로 배열한다. 여기서, 프레임 배열부(210)가 수신하는 영상 정보는 RGB 형태임을 가정한다.The
또한, 프레임 배열부(210)는 배열된 영상 프레임에 대하여 2n+1(여기서, n=1, 2, 3의 자연수임)개씩의 그룹으로 나눈다. 이때, 프레임 배열부(210)가 할당된 그룹내의 영상 프레임의 수는 워터마크 삽입 장치(100)가 그룹으로 할당하기 위해 사용된 수(n)와 동일하다.The
프레임 영역 분할부(220)는 프레임 배열부(210)로부터 순차적으로 그룹단위의 영상 프레임을 수신하고, 수신된 그룹 내의 각 영상 프레임이 갖는 RGB를 이용하여 픽셀들의 강도값(I)을 측정한다. 그리고, 측정된 픽셀들의 강도값(I)에 대한 히스토그램(Histogram) 분포를 통해 영상 프레임의 영역(본 발명의 실시 예에서는 4개의 영역으로 분할함)을 분할한다. 이때, 분할하는 영역의 개수는 워터마크 삽입 장치(100)가 분할한 영역의 수와 동일하다.The frame
YUV변환부(230)는 프레임 영역 분할부(220)로부터 수신된 영상 프레임의 RGB를 YUV로 변환하여 비트 정보 추출부(240)로 제공한다.The
비트 정보 추출부(240)는 그룹에 포함된 영상 프레임의 각 영역(예를 들어, 제1 영역)에 대한 YUV의 U 영역값을 이용하여 사용자 정보가 포함된 비트 정보를 추출한다. 예를 들어, 비트 정보 추출부(240)는 워터마크 삽입 장치(100)와 매칭되는 n=2로 그룹화하여 각 그룹에 5개의 영상 프레임을 포함하는 경우(5개 영상 프레임 각각 제1 영역에 대해서만), 그룹의 중심 프레임에 해당하는 3번째 영상 프레임을 중심으로 앞쪽에 해당하는 1에서 2번째 영상 프레임의 U 영역(U-domain) 평균값들과 4번째부터 5번째 영상 프레임들의 U 영역(U-domain) 평균값을 비교하여 1 및 2번째 영상 프레임의 U 영역 평균값이 4 및 5번째 영상 프레임의 U 영역 평균값 보다 크면 0, 작으면 1의 비트 정보를 추출한다.The
그리고, 비트 정보 추출부(240)는 추출된 비트 정보를 이용하여 사용자 정보를 생성하고, 생성된 사용자 정보와 영상 프레임을 디스플레이 장치(생략)를 통해 사용자에게 제공한다.The
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 워터마크 삽입 장치(100) 및 워터마크 추출 장치(200)는 각각 영상 정보를 송신하는 송신단(생략) 및 영상 정보를 수신하는 수신단(200)에 포함될 수도 있으며, 영상 정보 보호를 위한 다양한 장치에 포함될 수 있다.Meanwhile, the
이러한, 워터마크 삽입/추출 장치를 통해 영상 컨텐츠의 원본 이미지 변경을 최소화하면서 영상 컨텐츠에 대한 불법 복제, 배포등의 행위를 방지할 수 있는 큰 장점이 있다. Through such a watermark insertion / extraction device, there is a great advantage of minimizing the change of the original image of the video content while preventing illegal copying and distribution of the video content.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 워터마크 삽입 장치 및 워터마크 추출 장치 각각의 프레임 영역 분할부가 분할하는 프레임 영역을 도시한 도면이다.3 and 4 are diagrams illustrating a frame region divided by a frame region divider of each of a watermark embedding apparatus and a watermark extracting apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 영역 분할부(120, 220)는 영상 프레임이 갖는 RGB를 이용하여 픽셀들의 강도값(I)을 측정하고, 측정된 픽셀의 강도값에 대한 히스토그램(Histogram) 분포를 통해 영역을 분할한다. 예를 들어, 16x16의 크기를 가진 영상 프레임을 4개의 영역으로 분할하면, 각 영역은 64개의 픽셀을 포함하게 된다. 먼저 프레임내의 모든 픽셀들의 강도값을 계산한다. 계산된 픽셀 강도는 0~255의 범위내의 값을 가진다. 예를 든 한 프레임의 픽셀들이 고르게 분포된 픽셀 강도값을 가지고 있다고 가정하면, 즉 256개의 픽셀들이 0~255 강도 중 하나의 값만을 가지게 되었다고 가정하면, 255~192의 강도값을 가지는 64개의 픽셀들은 영역1에 속하게 된다. 마찬가지로 191~128 강도값을 가지는 64개의 픽셀들은 영역 2에, 127~64 강도의 픽셀들은 영역 3에, 나머지 63~0의 강도를 가지는 64개의 픽셀은 영역 4에 속하게 된다. 픽셀강도가 강할 수록 밝은 영역에 해당된다. 여기서, 픽셀 강도값(I)은 상기의 수학식 1과 같다.As shown in FIG. 3, the
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 영역 분할부(120, 220)는 하나의 영상 프레임을 픽셀의 강도를 기초로 4개의 영역으로 분할한다.In addition, as shown in FIG. 4, the
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 워터마크 삽입 장치 및 워터마크 추출 장치는 하나의 영상 프레임을 4개의 영역으로 분할하였지만, N(N은 자연수)개의 영역으 로 나누어 비트 정보를 삽입할 수 도 있다. 다만, 5개 이상의 영역으로 분할하는 경우에는 인접 영역간의 간섭 문제 등을 고려하여야 한다. Meanwhile, the watermark embedding apparatus and the watermark extracting apparatus according to an embodiment of the present invention divide one image frame into four regions, but may divide bit into N (N is a natural number) regions and insert bit information. . However, when dividing into five or more areas, the interference problem between adjacent areas should be considered.
또한, 하나의 영상 프레임을 N(N은 자연수)의 영역으로 분할하는 경우, 워터마크 삽입 장치 및 워터마크 추출 장치는 분할된 영역의 수가 동일하도록 설정한다. 이를 위해, 워터마크 삽입 장치(100)의 비트 정보 삽입부(140)는 분할된 영역의 수를 영상 프레임 내에 포함시킬 수도 있다.In addition, when dividing one image frame into regions of N (N is a natural number), the watermark embedding apparatus and the watermark extracting apparatus set the same number of divided regions. To this end, the bit
다음은 도 5및 도 6을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 워터마크 삽입/추출 장치의 워터마크 삽입 방법과 워터마크 추출 방법에 대하여 설명한다.Next, a watermark embedding method and a watermark extracting method of a watermark embedding / extraction apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 워터마크 삽입 장치의 워터마크 삽입 방법을 도시한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a watermark embedding method of a watermark embedding apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 워터마크 삽입 장치(100)의 워터마크 삽입 방법은 상기 도 1에 도시한 프레임 배열부(110)가 상위단의 영상 처리부(생략) 혹은 영상 정보를 저장하는 저장부(생략) 등의 영상 정보를 제공하는 장치로부터 영상 정보를 수신하여 이루어진다.As shown in FIG. 5, in the watermark embedding method of the
프레임 배열부(110)는 수신된 영상 정보의 영상 프레임을 입력되는 순서대로 배열하고(S100), 배열된 영상 프레임에 대하여 5(여기서, n=2로 가정함)개씩의 그룹으로 나누어 프레임 영역 분할부(120)로 제공한다(S102). The
프레임 영역 분할부(120)는 그룹 내의 각 영상 프레임이 갖는 RGB를 이용하여 픽셀들의 강도값(I)을 측정하고(S104), 측정된 픽셀 강도값(I)에 대한 히스토그램(Histogram) 분포를 통해 영역을 분할한다(S106). 사용자의 정보가 들어가는 각 영역에는 프레임의 총 픽셀들이 균등하게 나누어 할당되도록 한다. 즉 한 프레임이 N개의 영역으로 나누어 질 경우에는, 영역1에는 상위 (1/N)%의 픽셀 강도값을 가지는 픽셀들을 할당한다. 영역2에는 그 다음 순위의 픽셀 강도값들을 가지는 픽셀들을 마지막 영역 N에는 최하위 (1/N)% 강도값을 가지는 나머지 픽셀들을 할당한다. 부연하면, 픽셀 강도값에 따라 픽셀 분포도를 계산하고, 나누고자 하는 각 영역에 균둥한 갯수의 픽셀들을 할당한다. The frame
그리고, 그룹내 각 영상 프레임의 영역에 대한 정보를 비트 정보 삽입부(140)로 제공한다.The bit
YUV 변환부(130)는 프레임 영역 분할부(120)로부터 수신된 영상 프레임의 RGB를 YUV로 변환하여 비트 정보 삽입부(140)로 제공한다(S108).The
비트 정보 삽입부(140)는 사용자 인증을 수행하는 인증부(생략) 등의 상위단으로부터 인증된 사용자의 사용자 정보를 수신하고, 수신된 사용자 정보에 매칭되는 비트 정보를 그룹화된 영상 프레임들의 할당된 영역(예를 들어, 제1 영역)의 U 영역값을 변경하여 삽입한다(S110).The bit
그리고 비트 정보 삽입부(140)는 그룹화된 영상 프레임들의 동일한 영역에 대해 U 영역값을 변경하여 비트 정보를 삽입한 후에, 통신부(생략) 등의 네트워크와 연결가능한 장치를 통해 워터마크 추출 장치(200)로 영상 프레임을 전송한다(S112).The bit
이러한, 워터마크 삽입 방법을 통해 픽셀 강도값을 기초로 멀티 비트를 삽입할 수 있는 장점이 있으며, 이를 통해 정보 보호율을 상당히 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 압축, 필터링 등에 의한 정보 손실을 최소화할 수 있으며, 종래의 멀티 비트 삽입과는 달리 경계선 주변값의 차이를 없애 비가시성과 견고성을 상당히 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다Such a watermark embedding method has an advantage of inserting multi-bits on the basis of the pixel intensity value, thereby significantly increasing the information protection rate. In addition, it is possible to minimize information loss due to compression and filtering, and unlike the conventional multi-bit insertion, it is possible to expect the effect of significantly increasing the invisibility and robustness by eliminating the difference in the peripheral edge value.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 워터마크 추출 장치의 워터마크 추출 방법을 도시한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a watermark extraction method of a watermark extraction apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 워터마크 추출 장치(200)의 워터마크 추출 방법은 프레임 배열부가 워터마크 삽입 장치(100)로부터 생성된 영상 정보를 수신하여 이루어진다.As shown in FIG. 6, in the watermark extraction method of the
프레임 배열부(210)는 워터마크 삽입 장치(100)로부터 수신된 영상 정보의 영상 프레임을 입력되는 순서대로 배열하고(S200), 배열된 영상 프레임에 대하여 5(여기서, n=2로 가정함)개씩의 그룹으로 나누어 프레임 영역 분할부(220)로 제공한다(S202). The
프레임 영역 분할부(220)는 프레임 배열부(210)로부터 그룹단위의 영상 프레임을 수신하고, 수신된 그룹내의 각 영상 프레임에 대하여 프레임 영역을 분할한다(S204).The frame
YUV변환부(230)는 프레임 영역 분할부(220)로부터 수신된 영상 프레임의 RGB를 YUV로 변환하여 비트 정보 추출부(240)로 제공한다(S206).The
비트 정보 추출부(240)는 그룹에 포함된 영상 프레임의 각 영역(예를 들어, 제1 영역)에 대한 YUV 변환된 정보 중 U 영역값을 비교하여 사용자 정보가 포함된 비트 정보를 추출한다(S208). The
그리고, 비트 정보 추출부(240)는 추출된 비트 정보를 이용하여 사용자 정보를 생성하고(S210), 생성된 사용자 정보와 영상 프레임을 디스플레이 장치(생략)를 통해 사용자에게 제공한다(S212).The bit
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. The embodiments of the present invention described above are not only implemented through the apparatus and the method, but may also be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded. Implementation may be easily implemented by those skilled in the art from the description of the above-described embodiments.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
도 1은 종래 기술에 따른 멀티 비트를 삽입하는 공간법을 이용하여 영상 이미지를 분할한 도면이다.1 is a diagram illustrating a segmentation of an image image by using a spatial method of inserting a multi-bit according to the prior art.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 워터마킹 시스템을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a watermarking system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 워터마크 삽입 장치 및 워터마크 추출 장치 각각의 프레임 영역 분할부가 분할하는 프레임 영역을 도시한 도면이다.3 and 4 are diagrams illustrating a frame region divided by a frame region divider of each of a watermark embedding apparatus and a watermark extracting apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 워터마크 삽입 장치의 워터마크 삽입 방법을 도시한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a watermark embedding method of a watermark embedding apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 워터마크 추출 장치의 워터마크 추출 방법을 도시한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a watermark extraction method of a watermark extraction apparatus according to an embodiment of the present invention.
Claims (15)
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Publications (1)
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