KR100312431B1 - 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크삽입/추출 장치 및 그 방법 - Google Patents

공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크삽입/추출 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 삽입/추출 장치 및 그 방법과 기록매체에 관한 것으로, 공간영역에서 영상을 임의의 형태로 분할하여 이를 기반으로 견고하고 비가시성이 높은 영상 워터마크를 삽입 및 추출하기 위한 영상 워터마크 삽입/추출 장치 및 그 방법과 기록매체를 제공하기 위하여, 사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하기 위한 워터마크 생성수단; 워터마크를 삽입할 입력 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하기 위한 영역분할수단; 영역분할수단에서 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하기 위한 내림차순 정렬수단; 내림차순 정렬수단에 의해 정렬된 각 영역에 대해, 워터마크가 삽입될 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하기 위한 위치선택수단; 및 위치선택수단에서 선택된 화소를 중심으로 하는 설정된 윈도우 크기내에서 삽입될 워터마크 비트에 따라 공간 영역에서 선택된 화소들의 값을 변경하여 워터마크를 삽입함으로써 워터마킹된 영상을 출력하는 워터마크 삽입수단을 포함하며, 디지털 영상 컨텐트의 저작권 보호 등에 이용됨.

Description

공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 삽입/추출 장치 및 그 방법{Apparatus and method for inserting &extracting images watermark based on image segmentation in spatial domain}
본 발명은 공간영역에서 영상을 임의의 형태로 분할하여 이를 기반으로 견고하고 비가시성이 높은 영상 워터마크를 삽입 및 추출할 수 있는 영상 워터마크 삽입/추출 장치 및 그 방법과, 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
일반적으로, 디지털 미디어의 보편화와 다양한 멀티미디어 데이터 전송 및 저장 장치, 그리고 저작 도구들의 발달로 인하여 네트웍을 통하여 멀티미디어 데이터를 쉽게 복사 및 변형을 할 수 있게 되었으며, 이로 인하여 새로운 서비스가 제공된 반면에, 디지털 미디어에 대한 저작권 문제가 크게 대두되었다.
저작권 보호를 위한 디지털 워터마킹(watermarking)은 디지털 미디어에 저작자의 서명이나 저작자 임을 입증할 수 있는 정보(즉, 워터마크 : watermark)를 삽입하여, 추후 디지털 미디어의 저작권에 관한 문제가 발생할 경우 미디어에 들어 있는 워터마크를 추출하여 저작권 문제를 해결하는 방법이다.
디지털 미디어의 저작권 보호를 위하여 현재까지 많은 워터마킹 기법이 개발되었으며, 이들은 공간상에서 영상 자체의 화소 값을 변경하는 방법, 주파수 영역에 계수를 바꾸는 방법, 인접한 화소 또는 인접한 주파수 영역의 계수를 상대적으로 비교하여 워터마크를 삽입하는 방법 등이 개발되었다.
그런데, 영상 자체에 워터마크를 삽입하는 경우에, 종래에는 삽입된 워터마크를 보이지 않게 하기 위해 잡음(noise) 신호와 유사하게 워터마크를 변형하여, 화소값 또는 화소 블록의 값을 변경하였다. 이와 같은 방법에는 화소의 하위 비트를 절사 또는 영상 평활화(smoothing) 등의 오퍼레이션을 통하여 쉽게 워터마크를 제거할 수 있는 문제점이 있었다.
한편, 변환 영역에서의 계수를 수정하는 기법들은 특정 위치의 계수를 선택하여 삽입할 워터마크에 따라 계수를 증가 또는 감소시키는 방법으로서, 이는 견고성을 크게 할 경우 심한 화질 열화를 초래하는 문제점이 있었다.
위와 같은 두가지 방법은 워터마크를 추출하기 위하여 원 영상이 필요하다.
인접한 블록 또는 화소들의 관계를 이용하여 워터마크를 삽입하는 경우에는 추출시 원 영상이 필요하지 않지만, 현재까지의 연구 결과는 변환 영역에서의 워터마크를 삽입하는 경우에 비하여 견고성이 떨어진다.
디지털 영상 저작권 보호를 위한 워터마킹 기법은 관찰자에게 보이지 않아야 하며, 외부 공격에 견고하고, 또한 워터마크를 추출한 후 명확히 저작권자를 밝힐 수 있어야 한다. 따라서, 기존의 규칙적인 블록 기반 워터마크 사입 기법들의 화질 열화를 개선하기 위해서 영역 분할을 기반으로 워터마크를 삽입/추출하는 방안이 필수적으로 요구된다.
상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 안출된 본 발명은, 공간영역에서 영상을 임의의 형태로 분할하여 이를 기반으로 견고하고 비가시성이 높은 영상 워터마크를 삽입 및 추출하기 위한 영상 워터마크 삽입/추출 장치 및 그 방법과, 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 영상 워터마크 삽입 장치에 대한 일실시예 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 영상 워터마크 삽입 방법에 대한 일실시예 흐름도.
도 3 은 본 발명에 따른 영상 워터마크 추출 장치에 대한 일실시예 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 영상 워터마크 추출 방법에 대한 일실시예 흐름도.
도 5 는 본 발명에 이용되는 삽입될 워터마크 비트가 1인 경우 영역내에서 선택된 화소값의 변경 예시도.
도 6 은 본 발명에 이용되는 워터마크가 삽입될 영상의 분할, 정렬, 영역내에서 워터마크가 삽입될 화소 선택 예시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11,31,32 : 영역 분할부 12,33 : 내림차순 정렬부
13,34 : 위치 선택부 14,36 : 워터마크 생성기
15 : 워터마크 삽입기 35 : 워터마크 추출기
37 : 워터마크 비교기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 영상 워터마크(Watermark)를 삽입하는 장치에 있어서, 사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하기 위한 워터마크 생성수단; 상기 워터마크를 삽입할 입력 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하기 위한 영역분할수단; 상기 영역분할수단에서 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하기 위한 내림차순 정렬수단; 상기 내림차순 정렬수단에 의해 정렬된 각 영역에 대해, 상기 워터마크가 삽입될 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하기 위한 위치선택수단; 및 상기 위치선택수단에서 선택된 화소를 중심으로 하는 설정된 윈도우 크기내에서 삽입될 워터마크 비트에 따라 공간 영역에서 선택된 화소들의 값을 변경하여 상기 워터마크를 삽입함으로써 워터마킹된 영상을 출력하는 워터마크 삽입수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 영상 워터마크(Watermark)를 추출하는 장치에 있어서, 사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하기 위한 워터마크 생성수단; 상기 워터마크를 추출할 원 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하고, 분할된 정보를 이용하여 원 영상과 동일하게 워터마크를 추출할 영상(워터마킹된 영상이나 외부 공격을 받은 워터마킹된 영상)을 분할하기 위한 영역분할수단; 상기 영역분할수단에서 상기 워터마크를 추출하려는 영상의 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하기 위한 내림차순 정렬수단; 상기 내림차순 정렬수단에 의해 정렬된 각 영역에 대해, 상기 워터마크가 삽입된 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하기 위한 위치선택수단; 상기 위치선택수단에서 선택된 화소들에 삽입되어 있는 워터마크 정보를 추출하기 위한 워터마크 추출수단; 및 상기 워터마크 추출수단에서 크기순으로 정렬된 각 영역에서 추출된 워터마크 정보(비트열)와 상기 워터마크 생성수단에서 삽입시 사용된 워터마크 정보(비트열)를 비교하여 상기 워터마크의 삽입유무를 판정하기 위한 워터마크 비교수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 영상 워터마크 삽입 장치에서 영상 워터마크(Watermark)를 삽입하는 방법에 있어서, 사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하는 제 1 단계; 상기 워터마크를 삽입할 입력 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하는 제 2 단계; 상기 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하고, 정렬된 각 영역에 대해 상기 워터마크가 삽입될 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하는 제 3 단계; 및 상기 선택된 화소를 중심으로 하는 설정된 윈도우 크기내에서 삽입될 워터마크 비트에 따라 공간 영역에서 선택된 화소들의 값을 변경하여 상기 워터마크를 삽입하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 영상 워터마크 추출 장치에서 영상 워터마크(Watermark)를 추출하는 방법에 있어서, 사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하는 제 1 단계; 상기 워터마크를 추출할 원 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하고, 분할된 정보를 이용하여 원 영상과 동일하게 워터마크를 추출할 영상(워터마킹된 영상이나 외부 공격을 받은 워터마킹된 영상)을 분할하는 제 2 단계; 상기 워터마크를 추출하려는 영상의 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하고, 정렬된 각 영역에 대해 상기 워터마크가 삽입된 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하는 제 3 단계; 상기 선택된 화소들에 삽입되어 있는 워터마크 정보를 추출하는 제 4 단계; 및 크기순으로 정렬된 각 영역에서 추출된 워터마크 정보(비트열)와 워터마크 삽입시 사용된 워터마크 정보(비트열)를 비교하여 상기 워터마크의 삽입유무를 판정하는 제 5 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프로세서를 구비한 영상 워터마크(Watermark)를 삽입하는 장치에, 사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하는 기능; 상기 워터마크를 삽입할 입력 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하는 기능; 상기 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하고, 정렬된 각 영역에 대해 상기 워터마크가 삽입된 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하는 기능; 및 상기 선택된 화소를 중심으로 하는 설정된 윈도우 크기내에서 삽입될 워터마크 비트에 따라 공간 영역에서 선택된 화소들의 값을 변경하여 상기 워터마크를 삽입하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
그리고, 본 발명은 프로세서를 구비한 영상 워터마크(Watermark)를 추출하는 장치에, 사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하는 기능; 상기 워터마크를 추출할 원 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하고, 분할된 정보를 이용하여 원 영상과 동일하게 워터마크를 추출할 영상(워터마킹된 영상이나 외부 공격을 받은 워터마킹된 영상)을 분할하는 기능; 상기 워터마크를 추출하려는 영상의 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하고, 정렬된 각 영역에 대해 상기 워터마크가 삽입될 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하는 기능; 상기 선택된 화소들에 삽입되어 있는 워터마크 정보를 추출하는 기능; 및 크기순으로 정렬된 각 영역에서 추출된 워터마크 정보(비트열)와 워터마크 삽입시 사용된 워터마크 정보(비트열)를 비교하여 상기 워터마크의 삽입유무를 판정하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명은 입력 영상을 동질성을 지니는 임의 형태의 영역으로 분할된 영역에서 워터마크 삽입으로 인한 화질 열화 문제를 해결하고, 견고한 워터마크를 삽입/추출하고자 한다.
이를 위해, 본 발명은 영역 분할 알고리즘을 통하여 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하고, 각 영역을 크기 순으로 정렬한 후, 가장 큰 영역에서부터 이진 워터마크 1 비트를 하나의 영역에 삽입한다. 이때, 선택된 영역에서 워터마크 비트의 삽입은 공간상에서 N개의 화소 위치를 선택하고, 삽입될 워터마크 비트값에 따라 선택된 위치의 화소를 중심으로 특정 크기의 윈도우를 설정하여, 이 윈도우내에 존재하는 화소들의 값을 변경함으로써, 워터마크 비트를 삽입한다.
한편, 본 발명은 워터마크 추출시에 각 영역의 평균과 선택된 화소를 중심으로 삽입시 설정된 윈도우보다 작게 설정된 윈도우를 대상으로, 이 윈도우에 포함되는 화소들의 평균을 구한 후, 영역의 평균과 비교를 통하여 삽입된 워터마크 비트를 결정한다.
이로써, 본 발명은 기존의 정규적인 블록 기반으로 워터마크를 삽입하는 방법의 화질 열화 문제를 줄일 수 있으며, 동질성을 지니는 임의 형태의 영역으로 분할된 영역에서 워터마크를 삽입함으로써 비가시성을 높일 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하여 견고하고 비가시성이높은 영상 워크마크을 삽입 및 추출하는 것이다.
본 발명에서는 기존 공간 영역에서의 워터마크 삽입시 영상의 화질 열화를 개선하기 위해서 영역 분할을 통하여 영상을 동질성을 지니는 임의 형태의 영역으로 분할한 후, 각 영역의 평균값과 표준 편차를 이용하여 영역내의 선택된 화소들을 중심으로 화소값을 변경함으로써, 화질 열화와 비가시성 문제를 해결할 수 있다.
이처럼, 기존 공간 영역에서의 워터마킹 기법의 화질 열화의 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명은 동질성을 지니는 분할 영역으로 영상을 나누어 각 분할 단위로 워터마크를 삽입한다.
워터마킹 기법은 영상을 공간 영역(spatial domain)에서 분할하고, 각 영역의 평균값을 고려하여 삽입할 워터마크 비트값에 따라 선택된 화소들의 값을 조정함으로써, 워터마크를 삽입한다.
본 발명의 영상 워터마크 삽입 장치는 영상 분할, 영역의 정렬, 사용자 키 값에 따라 워터마크 삽입을 위한 화소 선택, 영역의 평균과 표준 편차를 이용한 화소값 변경을 통한 공간 영역에서 워터마크 삽입기, 사용자 키 값에 의한 워터마크 생성기로 구성되며, 한편 워터마크 추출 장치는 원 영상 분할, 원 영상 분할정보를 이용한 워터마킹된 또는 외부 공격을 받은 워터마킹된 영상을 동일하게 분할, 각 영역을 크기의 내림차순으로 정렬, 사용자 키 값에 의한 워터마크 삽입을 위한 화소 선택, 공간 영역에서 영역의 평균과 표준 편차를 이용한 워터마크 추출기, 추출된 워터마크와 생성된 워터마크 비교기, 워터마크 생성기로 구성된다.
이제, 공간 영역에서 영상을 임의의 형태로 분할하여 이를 기반으로 워터마크를 삽입 및 추출하는 방안에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 영상 워터마크 삽입 장치에 대한 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 영상 워터마크 삽입 장치는, 사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하기 위한 워터마크 생성기(14)와, 워터마크를 삽입할 입력 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하기 위한 영역분할부(11)와, 영역분할부(11)에서 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하기 위한 내림차순 정렬부(12)와, 내림차순 정렬부(12)에 의해 정렬된 각 영역에 대해, 워터마크가 삽입될 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하기 위한 위치선택부(13)와, 위치선택부(13)에서 선택된 화소를 중심으로 하는 설정된 윈도우 크기내에서 삽입될 워터마크 비트에 따라 공간 영역에서 선택된 화소들의 값을 변경하여 워터마크를 삽입함으로써 워터마킹된 영상을 출력하는 워터마크 삽입부(15)를 포함한다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 영상 워터마크 삽입 장치에서의 영상 워터마크 삽입 과정에 대해 도 2를 통해 보다 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 영상 워터마크 삽입 방법은, 먼저 워터마크 생성기(14)에서 사용자 키 값을 사용해 난수 발생기를 이용하여 이진(0/1) 값을 갖는 워터마크를 생성한다(201). 이는 사용자 키 값을 난수 발생기의 초기 값으로 활용하여, 생성된 값(범위 : 0<값<1의 실수)을 두 가지 값(0,1)을 갖도록 등간격 양자화를 통하여 워터마크를 생성한다(예를 들면, (0~0.5)→0, (0.5~1)→1). 이때, 생성된 워터마크의 길이는 영역 분할부(11)에서 사용자의 입력값이나 병합/분할 알고리즘을 통한 영역 분할 과정(202) 분할된 영역의 수로 결정된다. 생성된 워터마크 비트는 공간상에서 각 분할된 영역에 1비트씩 삽입된다.
만약, 워터마크를 삽입할 입력 영상이 워터마크 삽입 장치(도 1 참조)로 입력되면(202), 입력 영상을 병합/분할 알고리즘을 통하여 동질한 성질을 지니는 영역으로 분할한다(203). 이때, 병합/분할 알고리즘을 통한 영역 분할에서는 입력 영상에 대하여 영상 분할시 극소/극대값을 갖는 화소 또는 에러 신호에 대한 영상 분할 영향을 줄이기 위하여 영상 평활화를 수행한 후, 영역 병합/분할 알고리즘을 통한 영역 분할을 수행하며, 이때 임계값은 입력 영상의 표준 편차의 반으로 설정하고, 최소 영역의 크기를 4×4로 설정한다.
이후, 분할된 입력 영상의 크기는 내림차순 정렬부(12)에서 각 영역에 포함된 화소 개수에 의하여 크기가 결정되며, 각 영역들은 크기의 내림차순으로 정렬된다(204).
다음으로, 정렬된 각 영역에 대하여 1비트의 생성된 워터마크를 삽입한다(206). 이때, 각 영역에 대하여, 워터마크가 삽입될 화소 위치(변경될 화소 값의 위치)를 사용자 키에 의하여 랜덤하게 영역내에서 N개(N값은 사용자에 의하여 설정됨)를 선택한다(205). 이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
영역에 포함된 화소들을 스캔(scan) 라인순으로 벡터화한 후, 사용자 키 값에 따라서 난수 발생기를 이용하며, 워터마크 생성시(201) 사용한 난수 발생기를 계속 활용하여, 난수 생성 범위를 영역의 화소수로 등간격 양자화하여, 발생한 난수에 해당되는 위치에 있는 벡터내의 화소를 선택한다. 예를 들면, 생성된 난수가 0.4532이며, 한 영역에 포함된 화소의 개수가 100개라고 가정한다면, 화소들을 스캔라인순으로 벡터화한 후, 1을 100등분으로 양자화하여, 0.4532가 속하는 위치, 즉 벡터내에서 45번째 화소를 선택한다.
만약, 영역에 삽입될 워터마크 비트가 0이면, 공간 영역에서의 워터마크 삽입기(15)는 위에서 선택된 화소들을 중심으로 각 M×M 윈도우(M의 값은 사용자가 설정함)를 설정하고, 윈도우의 중심이 영역의 평균에서 표준 편차만큼 줄어들도록 화소값을 변경하며, 이 화소를 중심으로 윈도우내에 있는 인접한 화소의 값은 도 5와 같이 원 화소값들을 윈도우의 양쪽 경계점과 중심점을 잇는 선분값으로 변경함으로써 화소값을 감소시킨다.
한편, 삽입될 워터마크 비트가 1이면, 선택된 화소들을 중심으로 워터마크 비트 0일때와 같이 윈도우를 설정하고, 화소값들을 평균에서 표준편차만큼 증가시킴으로써 화소값을 변경한다.
도 5 는 본 발명에 이용되는 삽입될 워터마크 비트가 1인 경우 영역내에서 선택된 화소값의 변경 예시도로서, 도면에서 '51'은 영역의 평균, '52'는 원 화소의 값, '53'은 워터마크 삽입으로 인한 변경된 화소값, '54'는 선택된 화소의 변화량(표준편차), '55'는 윈도우의 경계선, '56'은 선택된 화소를 중심으로 설정된 윈도우, 그리고 '57'은 선택된 화소의 위치를 각각 나타낸다.
도 5에서는 삽입될 워터마크 비트가 1인 경우, 영역내에서 선택된 화소들의 값 변경예를 1차원으로 보여준다.
여기에서는 워터마크 삽입으로 인하여 윈도우내에 있는 원 화소들의 값(52)이 변경된다(53). 이로 인하여 원 화소값들을 변경함으로써 워터마크를 삽입할 수 있다. 그리고, 워터마크 삽입기(15)를 통하여 영상에 워터마크 정보가 삽입되며, 워터마크 삽입기(15)의 출력은 워터마킹된 영상 I'이다.
도 6 은 본 발명에 이용되는 워터마크가 삽입될 영상의 분할, 정렬, 영역내에서 워터마크가 삽입될 화소 선택 예시도로서, 도면에서 '61'은 입력 영상, '62'는 분할된 영역의 경계선, '63'은 영역내에서 워터마크가 삽입될 선택된 화소, 그리고 '64'는 영역의 크기순으로 정렬한 영역의 크기 순서를 각각 나타낸다.
도 6에서는 영역 분할 알고리즘에 의하여 입력 영상이 영역으로 나누어지고, 크기순에 의하여 정렬되며(영역내의 숫자는 크기순으로 정렬된 예), 영역 1에 워터마크를 삽입하기 위해 사용자 키 값에 따라 선택된 화소들의 위치를 표시한다(63).
이제, 삽입된 워터마크의 추출 및 확인 방안에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 3 은 본 발명에 따른 영상 워터마크 추출 장치에 대한 일실시예 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 영상 워터마크 추출 장치는, 사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하기 위한 워터마크 생성기(36)와, 워터마크를 추출할 원 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하고, 분할된 정보를 이용하여 원 영상과 동일하게 워터마크를 추출할 영상(워터마킹된 영상이나 외부 공격을 받은 워터마킹된 영상)을 분할하기 위한 영역분할부(31,32)와, 영역분할부(31,32)에서 워터마크를 추출하려는 영상의 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하기 위한 내림차순 정렬부(33)와, 내림차순 정렬부(33)에 의해 정렬된 각 영역에 대해, 워터마크가 삽입된 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하기 위한 위치선택부(34)와, 위치선택부(34)에서 선택된 화소들에 삽입되어 있는 워터마크 정보를 추출하기 위한 워터마크 추출기(35)와, 워터마크 추출기(35)에서 크기순으로 정렬된 각 영역에서 추출된 워터마크 정보(비트열)와 워터마크 생성기(36)에서 삽입시 사용된 워터마크 정보(비트열)를 비교하여 워터마크의 삽입유무를 판정하기 위한 워터마크 비교기(37)를 포함한다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 영상 워터마크 추출 장치에서의 영상 워터마크 추출 과정에 대해 도 4를 통해 보다 상세히 설명한다.
워터마크를 추출하기 위해서 필요한 입력은 원 영상 I, 워터마킹된 영상 또는 외부 공격을 받은 워터마킹된 영상 I', 삽입시 사용된 사용자 키 값이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 영상 워터마크 추출 방법은, 먼저, 영역 분할부(31)에서 원 영상을 입력으로 받아 워터마크 삽입시 사용된 병합 및 분할 알고리즘을 통하여 동일하게 영상을 영역으로 분할한 후(402), 영역 분할부(32)가 분할된 정보를 이용하여 이와 동일하게 삽입된 워터마크를 추출하려는 영상, 즉 워터마킹된 영상 또는 외부 공격을 받은 워터마킹된 영상 I'을 분할한다(403).
이후, 내림차순 정렬부(33)에서 워터마크를 추출하려는 영상의 분할된 영역을 크기순으로 정렬하며(403), 위치 선택부(34)가 삽입시와 동일하게 영역내에서 워터마크를 추출할 화소의 위치를 선택한다(404).
다음으로, 공간 영역에서 워터마크 추출기(35)가 선택된 화소들에 삽입되어 있는 워터마크 정보(영역당 1비트)를 추출한다(406). 이때, 워터마크 비트를 추출하기 위해서 먼저 선택된 화소들을 중심으로 삽입시 사용된 M×M 윈도우보다 작은 윈도우를 설정하고, 이 윈도우내에 들어 있는 화소들의 평균을 구한다. 그리고, N개의 위치에서 각 윈도우를 설정하고 이에 포함된 화소들의 평균을 구한 후, 영역의 평균과 비교를 통하여 워터마크 비트를 결정한다. 만약, 윈도우내의 화소들의 평균이 영역의 평균보다 표준 편차의 반 이상 클 경우, 삽입된 워터마크 비트는 1이며, 그 반대인 경우, 즉 윈도우내의 화소들의 평균이 영역의 평균보다 표준편차의 반 이상보다 작을 경우는 삽입된 워터마크 비트가 0이다.
마지막으로, 크기순으로 정렬된 각 영역에서 추출된 워터마크 비트열과, 사용자 키 값에 의하여 삽입시 사용된 워터마크 생성기(36)의 비트열(401)과 비교를 통하여 생성된 워터마크 비교기와 추출된 워터마크 비교기(37)에서 워터마크가 삽입되어 있는지 유무를 판단한다(407). 이때, 워터마크 삽입 유무의 판단은 일치하는 비트열의 확률을 계산하여 특정 임계값(사용자 설정) 이상일 경우, 워터마크가 삽입된 것으로 본다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 디지털 영상 컨텐트의 저작권 보호를 위한 워터마크를 공간 영역에서 견고하고 비가시적으로 삽입할 수 있으며, 저작권 문제 발생시 추출 기법을 통해 삽입된 워터마크 정보를 추출하여 저작권 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 영상 워터마크(Watermark)를 삽입하는 장치에 있어서,
    사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하기 위한 워터마크 생성수단;
    상기 워터마크를 삽입할 입력 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하기 위한 영역분할수단;
    상기 영역분할수단에서 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하기 위한 내림차순 정렬수단;
    상기 내림차순 정렬수단에 의해 정렬된 각 영역에 대해, 상기 워터마크가 삽입될 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하기 위한 위치선택수단; 및
    상기 위치선택수단에서 선택된 화소를 중심으로 하는 설정된 윈도우 크기내에서 삽입될 워터마크 비트에 따라 공간 영역에서 선택된 화소들의 값을 변경하여 상기 워터마크를 삽입함으로써 워터마킹된 영상을 출력하는 워터마크 삽입수단
    을 포함하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 삽입 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 워터마크 생성수단은,
    사용자 키값을 난수 발생기의 초기값으로 활용하여 생성된 값(바람직하게는 영보다 크고 1보다 작은 실수임)을 이진값(0,1)을 갖도록 등간격 양자화를 통하여 상기 워터마크를 생성하는 것을 특징으로 하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 삽입 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 영역분할수단은,
    입력 영상을 영역 병합/분할 알고리즘을 통하여 동일한 특성을 갖는 영역으로 분할하되, 영역분할시 극소/극대값을 갖는 화소나 에러신호에 대한 영상분할 영향을 줄이기 위하여 영상 평활화를 수행한 후, 상기 영역 병합/분할 알고리즘을 통해 영역 분할을 수행하며, 이때 임계값을 입력 영상의 표준편차의 반으로 설정하고, 최소영역의 크기를 4×4로 설정하는 것을 특징으로 하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 삽입 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 워터마크 삽입수단은,
    삽입될 워터마크 비트값에 따라 선택된 위치의 화소를 중심으로 소정 크기의윈도우를 설정하고, 이 윈도우내에 존재하는 화소들의 값을 변경하여 워터마크 비트를 삽입하는 것을 특징으로 하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 삽입 장치.
  5. 영상 워터마크(Watermark)를 추출하는 장치에 있어서,
    사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하기 위한 워터마크 생성수단;
    상기 워터마크를 추출할 원 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하고, 분할된 정보를 이용하여 원 영상과 동일하게 워터마크를 추출할 영상(워터마킹된 영상이나 외부 공격을 받은 워터마킹된 영상)을 분할하기 위한 영역분할수단;
    상기 영역분할수단에서 상기 워터마크를 추출하려는 영상의 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하기 위한 내림차순 정렬수단;
    상기 내림차순 정렬수단에 의해 정렬된 각 영역에 대해, 상기 워터마크가 삽입된 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하기 위한 위치선택수단;
    상기 위치선택수단에서 선택된 화소들에 삽입되어 있는 워터마크 정보를 추출하기 위한 워터마크 추출수단; 및
    상기 워터마크 추출수단에서 크기순으로 정렬된 각 영역에서 추출된 워터마크 정보(비트열)와 상기 워터마크 생성수단에서 삽입시 사용된 워터마크 정보(비트열)를 비교하여 상기 워터마크의 삽입유무를 판정하기 위한 워터마크 비교수단
    을 포함하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 추출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 워터마크 추출수단은,
    각 영역의 평균과 상기 위치선택수단에서 선택된 화소를 중심으로 삽입시 설정된 윈도우보다 작게 설정된 윈도우를 대상으로 이 윈도우에 포함되는 화소들의 평균을 비교하여, 영역의 표준편차의 반 이상/이하에 따라 워터마크 비트를 추출하는 것을 특징으로 하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 추출 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 워터마크 비교수단은,
    상기 워터마크의 삽입 유무의 판단시, 일치하는 비트열의 확률을 계산하여 소정의 임계값 이상일 경우 상기 워터마크가 삽입된 것으로 판정하는 것을 특징하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 추출 장치.
  8. 영상 워터마크 삽입 장치에서 영상 워터마크(Watermark)를 삽입하는 방법에 있어서,
    사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하는 제 1 단계;
    상기 워터마크를 삽입할 입력 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하는 제 2 단계;
    상기 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하고, 정렬된 각 영역에 대해 상기 워터마크가 삽입될 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하는 제 3 단계; 및
    상기 선택된 화소를 중심으로 하는 설정된 윈도우 크기내에서 삽입될 워터마크 비트에 따라 공간 영역에서 선택된 화소들의 값을 변경하여 상기 워터마크를 삽입하는 제 4 단계
    를 포함하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 삽입 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는,
    사용자 키값을 난수 발생기의 초기값으로 활용하여 생성된 값(바람직하게는영보다 크고 1보다 작은 실수임)을 이진값(0,1)을 갖도록 등간격 양자화를 통하여 상기 워터마크를 생성하는 것을 특징으로 하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 삽입 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    입력 영상을 영역 병합/분할 알고리즘을 통하여 동일한 특성을 갖는 영역으로 분할하되, 영역분할시 극소/극대값을 갖는 화소나 에러신호에 대한 영상분할 영향을 줄이기 위하여 영상 평활화를 수행한 후, 상기 영역 병합/분할 알고리즘을 통해 영역 분할을 수행하며, 이때 임계값을 입력 영상의 표준편차의 반으로 설정하고, 최소영역의 크기를 4×4로 설정하는 것을 특징으로 하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 삽입 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    삽입될 워터마크 비트값에 따라 선택된 위치의 화소를 중심으로 소정 크기의 윈도우를 설정하고, 이 윈도우내에 존재하는 화소들의 값을 변경하여 워터마크 비트를 삽입하는 것을 특징으로 하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상워터마크 삽입 방법.
  12. 영상 워터마크 추출 장치에서 영상 워터마크(Watermark)를 추출하는 방법에 있어서,
    사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하는 제 1 단계;
    상기 워터마크를 추출할 원 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하고, 분할된 정보를 이용하여 원 영상과 동일하게 워터마크를 추출할 영상(워터마킹된 영상이나 외부 공격을 받은 워터마킹된 영상)을 분할하는 제 2 단계;
    상기 워터마크를 추출하려는 영상의 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하고, 정렬된 각 영역에 대해 상기 워터마크가 삽입된 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하는 제 3 단계;
    상기 선택된 화소들에 삽입되어 있는 워터마크 정보를 추출하는 제 4 단계; 및
    크기순으로 정렬된 각 영역에서 추출된 워터마크 정보(비트열)와 워터마크 삽입시 사용된 워터마크 정보(비트열)를 비교하여 상기 워터마크의 삽입유무를 판정하는 제 5 단계
    를 포함하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 추출방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    각 영역의 평균과 상기 위치선택수단에서 선택된 화소를 중심으로 삽입시 설정된 윈도우보다 작게 설정된 윈도우를 대상으로 이 윈도우에 포함되는 화소들의 평균을 비교하여, 영역의 표준편차의 반 이상/이하에 따라 워터마크 비트를 추출하는 것을 특징으로 하는 공간 영역에서 영상 분할을 기반으로 하는 영상 워터마크 추출 방법.
  14. 프로세서를 구비한 영상 워터마크(Watermark)를 삽입하는 장치에,
    사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하는 기능;
    상기 워터마크를 삽입할 입력 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하는 기능;
    상기 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하고, 정렬된 각 영역에 대해 상기 워터마크가 삽입된 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하는 기능; 및
    상기 선택된 화소를 중심으로 하는 설정된 윈도우 크기내에서 삽입될 워터마크 비트에 따라 공간 영역에서 선택된 화소들의 값을 변경하여 상기 워터마크를 삽입하는 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  15. 프로세서를 구비한 영상 워터마크(Watermark)를 추출하는 장치에,
    사용자 키값에 따라, 난수 발생기를 이용하여 이진값을 갖는 워터마크를 생성하는 기능;
    상기 워터마크를 추출할 원 영상을 동일한 특성을 지니는 영역으로 분할하고, 분할된 정보를 이용하여 원 영상과 동일하게 워터마크를 추출할 영상(워터마킹된 영상이나 외부 공격을 받은 워터마킹된 영상)을 분할하는 기능;
    상기 워터마크를 추출하려는 영상의 분할된 영역을 크기순(영역에 포함된 화소의 개수)에 따라 내림차순으로 정렬하고, 정렬된 각 영역에 대해 상기 워터마크가 삽입될 화소위치(변경될 화소값의 위치)를 사용자 키에 따라 랜덤하게 영역내에서 선택하는 기능;
    상기 선택된 화소들에 삽입되어 있는 워터마크 정보를 추출하는 기능; 및
    크기순으로 정렬된 각 영역에서 추출된 워터마크 정보(비트열)와 워터마크 삽입시 사용된 워터마크 정보(비트열)를 비교하여 상기 워터마크의 삽입유무를 판정하는 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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