KR100346564B1 - Method and apparatus for information hiding using random sequence and hadamard matrix - Google Patents

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Abstract

다중의 정보를 랜덤 시퀀스(Random sequence)와 하다마드(Hadamard) 행렬을 이용하여 은폐하고, 은폐된 정보를 효율적으로 추출하기 위한 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 직교성을 갖는 하다마드 행렬과 랜덤 시퀀스를 곱하여 새로운 확산 코드를 생성하고, 새로운 확산 코드와 은폐시키고자 하는 정보 신호를 곱하여 대역을 확산시킨 후 대역 확산된 정보 신호에 일정의 영상 신호를 합하는 과정에 의해 삽입하여 정보 신호의 은폐 신호를 출력하고, 새로운 확산 코드와 동일한 형태의 확산 코드에 의해 출력된 은폐 신호에서 원래의 정보 신호를 추출한 후 추출된 정보 신호가 일정 값 이상인 경우에는 1로 설정하고 추출된 정보 신호가 일정 값 이하인 경우에는 0으로 설정하는 임계 처리를 수행하도록 이루어진다. 또한, 본 발명은 직교성을 갖는 하다마드 행렬, 하다마드 행렬과 랜덤 시퀀스에 의해 확산 코드를 생성하는 제1 곱셈기, 확산 코드에 의해 은폐하고자 하는 정보 신호의 대역을 확산시키는 제2 곱셈기, 일정의 영상 신호에 의해 대역 확산된 정보 신호를 은폐하기 위한 덧셈기, 하다마드 행렬과 랜덤 시퀀스와 동일한 형태의 하다마드 행렬 및 랜덤 시퀀스에 의한 확산 코드를 생성하는 제3 곱셈기, 제3 곱셈기의 확산 코드에 의해 은폐된 정보 신호에서 원래의 정보 신호를 추출하는 제4 곱셈기 및 추출된 원래의 정보 신호가 일정 값 이상인 경우에는 1로 설정하고 일정 값 이하인 경우에는 0으로 설정하는 임계 처리 수단을 포함하여 구성된다. 그러므로, 직교성을 갖는 하다마드 행렬과 랜덤 시퀀스를 이용하여 새로운 확산 코드를 생성하고, 그 새로운 확산 코드에 의해 다중의 정보를 은폐하므로, 랜덤 시퀀스에 의한 다중 정보 은폐시 랜덤 시퀀스의 상호 상관성에 의한 잡음 발생을 방지할 수 있어 은폐된 다중 정보의 정확한 추출을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 은폐된 정보 신호가 네트워크를 통해 전송될 경우의 영상 압축 알고리즘과 통신로 상에서 발생될 수 있는 가우시안 잡음에 대해서도 은폐된 정보의 정확한 추출을 수행할 수 있다.The present invention relates to a method and method for concealing multiple pieces of information using a random sequence and a Hadamard matrix, and a method and method for concealing multiple pieces of information using a random sequence and a Hadamard matrix for efficiently extracting hidden information. According to the present invention, a new spreading code is generated by multiplying an orthogonal Hadamard matrix and a random sequence, multiplying a new spreading code by an information signal to be concealed, and spreading a band, and then adding a predetermined video signal to a spread spectrum information signal. Insert the process to output the concealed signal of the information signal, and extract the original information signal from the concealed signal output by the spreading code of the same type as the new spreading code, and then set it to 1 if the extracted information signal is more than a predetermined value. If the extracted information signal is equal to or less than a predetermined value, the threshold processing is set to zero. The present invention also provides a Hadamard matrix having an orthogonality, a first multiplier for generating a spreading code by a Hadamard matrix and a random sequence, a second multiplier for spreading a band of an information signal to be concealed by the spreading code, and a constant image. An adder for concealing the information signal spread by the signal, a third multiplier for generating a Hadamard matrix having the same form as a Hadamard matrix and a random sequence, and a spreading code based on the random sequence, and concealed by a spreading code of the third multiplier And a fourth multiplier for extracting the original information signal from the extracted information signal, and a threshold processing means for setting the value to 1 when the extracted original information signal is greater than or equal to a predetermined value and to 0 when less than or equal to a predetermined value. Therefore, a new spreading code is generated using a Hadamard matrix and a random sequence having orthogonality, and the multiple spreading information is concealed by the new spreading code. It can prevent the occurrence of accurate extraction of multiple concealed information, as well as concealed information about the image compression algorithm and Gaussian noise that can be generated on the communication path when the concealed information signal is transmitted through the network. Accurate extraction of can be performed.

Description

랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR INFORMATION HIDING USING RANDOM SEQUENCE AND HADAMARD MATRIX}Multiple information concealment apparatus and method using random sequence and Hadamard matrix {METHOD AND APPARATUS FOR INFORMATION HIDING USING RANDOM SEQUENCE AND HADAMARD MATRIX}

본 발명은 다중의 정보를 은폐 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 랜덤 시퀀스(Random sequence)와 하다마드(Hadamard) 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for concealing multiple information, and more particularly, to an apparatus and method for concealing multiple information using a random sequence and a Hadamard matrix.

최근 컴퓨터 네트워크 및 멀티미디어 관련 기술이 급속도로 발전함에 따라 디지털화된 음성 및 영상 매체에 대한 수요도 급격하게 증가하고 있다.Recently, with the rapid development of computer network and multimedia related technologies, the demand for digitized voice and video media is also rapidly increasing.

이와 같은 디지털 매체에 대한 서비스는 21세기 정보화 사회에서 점점 종합적인 멀티미디어 서비스로 발전함에 따라 인터넷과 같은 통신망을 이용한 디지털매체의 사용은 그 수요가 상상하지 못할 정도로 증가할 것으로 예상되고 있다.As such services for digital media have evolved into more comprehensive multimedia services in the information society of the 21st century, the use of digital media using communication networks such as the Internet is expected to increase beyond the demand.

이러한 인터넷과 같은 통신망을 이용한 디지털 매체에 의해 음성 또는 영상 정보 등을 전송하는 경우 정보의 중요성 때문에 이 정보가 외부에 노출되지 않도록 정보를 은폐시켜 전송하고, 전송된 정보의 수신자가 은폐된 정보를 정확하게 에러 없이 복원하여 전송되는 정보를 수신하기 위한 방법 즉, 디지털 정보 은폐(information hiding) 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.When transmitting voice or video information through a digital medium using a communication network such as the Internet, the information is concealed and transmitted so that the information is not exposed to the outside due to the importance of the information, and the receiver of the transmitted information accurately hides the information. Research into a method for receiving information transmitted by recovering without error, that is, digital information hiding technology, has been actively conducted.

현재 연구 중에 있는 여러 가지 디지털 정보 은폐 기술에서 고려되고 있는 특성은 크게 세 가지로 나눌 수 있다.The characteristics under consideration in the various digital information concealment technologies currently under study can be divided into three categories.

즉, 디지털 영상에 은폐된 후 추출될 수 있는 정보의 용량(capacity)과 은폐된 정보의 무 인지성(imperceptibility), 그리고 우연적으로나 혹은 그 밖의 다른 의도에 의해 은폐된 정보를 쉽게 제거할 수 없는 강건성(robustness) 등이 있다.That is, the capacity of information that can be extracted after being concealed in the digital image, the imperceptibility of the information that is concealed, and the robustness that cannot easily remove the information concealed by accident or by other intentions. (robustness).

그러나, 상술한 디지털 정보 은폐 기술에서 고려되는 무 인지성과 강건성 등의 특성들은 서로 상충되는 것으로서, 모든 특성을 동시에 만족하는 정보 은폐 기술의 실현은 매우 어렵기 때문에 사용 목적에 따라 적당한 타협점을 찾아야 한다.However, since the characteristics such as unrecognition and robustness considered in the above-described digital information concealment technology are in conflict with each other, it is very difficult to realize the information concealment technology that satisfies all the characteristics at the same time.

예를 들어, 디지털 정보 은폐 기술 중의 하나인 캡셔닝(captioning)은 정보를 은폐하기 위해 합해지는 커버 영상을 추출하기 위한 기술이므로, 은폐하고자 하는 정보의 양이 중요하고, 저작권 보호에서는 저작권 정보의 불법 제거에 대한 강건성을 보다 중요시한다. 그리고, 비화통신(secure communication)에서는 전송하고자 하는 정보가 외부에 누출되지 않도록 하기 위한 무 인지성을 가장 크게 고려하고 있다.For example, captioning, which is one of digital information concealment techniques, is a technique for extracting cover images that are combined to conceal information. Therefore, the amount of information to be concealed is important, and copyright protection is illegal in copyright protection. More robustness to removal is important. And, in secure communication, the most unconsciousness to prevent leakage of information to be transmitted to the outside is considered most.

그러나, 이상적인 정보 은폐 기술은 모든 용도에서 범용적으로 사용될 수 있어야 하며, 이러한 관점에서 정보 은폐 기술은 은폐하고자 하는 정보의 양이 많고, 불법 사용자가 은폐된 정보를 인지할 수 없을 뿐만 아니라 외부의 불법 제거에 대해 높은 강건성을 가져야 한다.However, the ideal information concealment technology should be able to be used universally for all purposes. In this respect, the information concealment technology has a large amount of information to be concealed, illegal users cannot recognize concealed information, It must have high robustness to removal.

현재까지 발표된 디지털 매체에 대한 대표적인 정보 은폐 기술은 과거 군사 목적으로 사용해 왔던 대역 확산(spread spectrum) 기법으로 주파수 도약(frequency hopping) 방법과 직접 시퀀스(direction sequence; 이하 DS라 칭함) 방법이 있는데, 이는 은폐하고자 하는 원래의 정보를 잡음 성격을 갖는 확산 코드에 의해 정보의 에너지를 확산시킴으로서 불법 사용자로 하여금 은폐된 정보의 추출을 어렵게 한다. 여기서, 잡음 성격의 확산 코드로는 일반적으로 랜덤 시퀀스(random sequence)를 이용한다.Representative information concealment techniques for digital media published to date include spread spectrum techniques which have been used for military purposes in the past, such as frequency hopping and direct sequence (DS). This makes it difficult for an illegal user to extract concealed information by spreading the energy of the information by a spreading code having a noise characteristic of the original information to be concealed. In this case, a random sequence is generally used as a spreading code having a noise characteristic.

상술한 대역 확산 기법에 의한 정보 은폐 기술을 상세히 설명하면 다음과 같다.The information concealment technique by the spread spectrum technique described above is as follows.

먼저, 대역 확산 기법의 주파수 도약 확산 방법은 스펙트럼을 확산시켜야 할 신호의 반송파 주파수를 정보 신호의 전송측과 수신측에서 알고 있는 범위내의 일정 패턴에 따라 시간적으로 전환함에 의해 시간 평균으로 협대역 신호를 광대역 신호로 변환한다. 즉, 데이터 시퀀스로 변조된 반송파의 주파수를 주파수 합성기에 의하여 불규칙적으로 바꿈으로서 주파수 대역을 확산시킨다.First, the frequency hopping spreading method of the spread spectrum technique converts a carrier frequency of a signal to be spread spectrum by temporally converting a narrowband signal into a time average by temporally converting the carrier frequency of the information signal according to a predetermined pattern within a range known to the transmitting and receiving sides of the information signal. Convert to a wideband signal. That is, the frequency band is spread by irregularly changing the frequency of the carrier modulated with the data sequence by the frequency synthesizer.

이때, 송신측에서의 변조 작업을 주파수 도약이라고 하고, 수신측에서 송신측과 정반대의 방법으로 반송파 주파수를 도약 환원함으로써 주파수 대역을 환원시킨다.At this time, the modulation operation on the transmitting side is called frequency hopping, and the frequency band is reduced by hopping and reducing the carrier frequency in a manner opposite to that of the transmitting side on the receiving side.

또한, 대역 확산 기법의 DS 방법은 원래의 정보보다 매우 큰 광대역 특성을 갖는 +1과 -1로 구성되고 확산 코드 예를 들어 랜덤 시퀀스를 정보 신호에 직접 곱해서 대역 확산시킨 은폐 정보를 얻는다. 대역 확산을 통해 은폐된 정보에서 원래의 정보는 대역 확산을 위해 사용된 동일한 확산 신호를 곱함에 의해 추출할 수 있다.In addition, the DS method of the spread spectrum scheme is composed of +1 and -1 having a much wider bandwidth characteristic than the original information, and obtains the spreading information by spreading the spreading code, for example, by multiplying the information signal directly with a random sequence. From the information concealed through spreading, the original information can be extracted by multiplying the same spreading signal used for spreading.

상술한 DS 방법에 의한 정보 은폐를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The information concealment by the above-described DS method will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 종래의 랜덤 시퀀스를 이용한 정보 은폐 장치를 나타낸 개략적 구성 블록도 이다.1 is a schematic block diagram showing a conventional information concealment apparatus using a random sequence.

도 1에 도시된 바와 같이, 정보 신호(100)와 아무런 상관성이 없는 잡음 형태의 제1 랜덤 시퀀스(102), 랜덤 시퀀스(102)와 정보 신호(100)를 곱하기 위한 제1 곱셈기(104), 정보 신호를 은폐하기 위한 일정의 디지털 영상 신호 즉, 커버 영상(106), 제1 곱셈기(104)에서 출력되는 신호와 커버 영상(106)을 합한 스테고 영상(stago image)을 출력하는 덧셈기(108), 제1 랜덤 시퀀스(102)와 동일한 형태의 제2 랜덤 시퀀스(110)를 스테고 영상에 곱하여 원래의 정보 신호(112)를 추출하기 위한 제2 곱셈기(114)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the first random sequence 102 in the form of noise having no correlation with the information signal 100, the first multiplier 104 for multiplying the random sequence 102 and the information signal 100, The adder 108 outputs a predetermined digital image signal for concealing the information signal, that is, a stago image obtained by adding the cover image 106 and the signal output from the first multiplier 104 and the cover image 106. And a second multiplier 114 for extracting the original information signal 112 by multiplying the second random sequence 110 having the same form as the first random sequence 102 by the stego image.

이와 같이 구성되는 정보 은폐 장치는 정보 신호(100)와 제1 랜덤 시퀀스(102)를 제1 곱셈기(104)에 의해 곱함에 의해 정보 신호(100)를 확산시키고, 제1 곱셈기(104)에서 출력되는 확산된 정보 신호(100)를 덧셈기(108)에 의해 커버영상(106)과 합하여 정보 신호를 은폐한 스테고 영상을 전송한다.The information concealment apparatus configured as described above spreads the information signal 100 by multiplying the information signal 100 and the first random sequence 102 by the first multiplier 104, and outputs it from the first multiplier 104. The diffused information signal 100 is combined with the cover image 106 by the adder 108 to transmit a stego image that conceals the information signal.

전송되는 스테고 영상을 수신한 후 이를 복원하기 위해 제2 곱셈기()에 의해 제1 랜덤 시퀀스(102)와 동일한 제2 랜덤 시퀀스(110)를 곱함에 의해 원래의 정보 신호()를 복원한다.The original information signal is restored by multiplying the same second random sequence 110 as the first random sequence 102 by the second multiplier in order to recover the received stego image.

위에서 설명한 바와 같이, 일정의 정보를 가지는 신호를 랜덤 시퀀스와 같은 확산 코드 또는 주파수 패턴에 의해 대역을 확산시키므로, 사용된 주파수 패턴 또는 확산 코드를 모르는 불법 사용자에게는 아무 의미 없는 잡음에 불과 하지만 정확한 주파수 패턴 및 확산 코드를 알고 있는 사람은 은폐된 정보를 추출할 수 있기 때문에 자연히 높은 비화 특성을 갖는다.As described above, since a signal having a constant information is spread by a spreading code or frequency pattern such as a random sequence, it is noise that is meaningless to an illegal user who does not know the used frequency pattern or spreading code, but the exact frequency pattern. And since the person who knows the spreading code can extract the hidden information, it naturally has a high secretion characteristic.

또한, 넓은 주파수 대역폭을 갖고 있기 때문에 에프에프티(fast fourier transformer) 또는 디씨티(Discrete Cosine Transform; 이산 코드 사인 변환) 등과 같은 신호 처리 기술을 이용한 영상 압축에도 강건성을 갖는다.In addition, since it has a wide frequency bandwidth, it is robust to image compression using signal processing techniques such as fast fourier transformer or discrete cosine transform.

종래의 DS 기법에 따른 정보 은폐 장치에 의해 복수의 정보 신호를 은폐하기 위한 방법을 설명하면 다음과 같다.A method for concealing a plurality of information signals by the information concealment apparatus according to the conventional DS technique is as follows.

먼저, 서로 다른 은폐 신호와 각 은폐 신호에 곱해지는 랜덤 시퀀스를 각각 d1및 r1라하고, 랜덤 시퀀스에 의해 확산된 정보 신호 및 커버 영상을 M(x,y) 및 C(x,y)라고 한다면, 확산된 정보 신호 M(x,y)와 여러 사용자에게 배포될 정보가 은폐되어 있는 스테고 영상 신호 S(x,y)는 각각 수학식 1 및 수학식 2로 나타낼 수 있다.First, the different concealed signals and the random sequences multiplied by each concealed signal are called d 1 and r 1 , respectively, and the information signals and cover images spread by the random sequences are M (x, y) and C (x, y). In this case, the spread information signal M (x, y) and the stego image signal S (x, y) in which information to be distributed to various users are concealed may be represented by Equations 1 and 2, respectively.

여기서, i는 다중 은폐시 사용되는 랜덤 시퀀스의 개수와 정보 신호의 개수를 나타낸다.Here, i represents the number of random sequences and the number of information signals used for multiple concealment.

수학식 1에서 사용된 랜덤 시퀀스 r1은 정보 신호의 오류없는 복원을 위하여 수학식The random sequence r 1 used in Equation 1 is used for error-free restoration of the information signal.

3과 같은 상호간에는 영 아닌 두 벡터의 내적이 영인 직교성을 가져야 한다. 즉, 직교성을 가져야 한다는 의미는 랜덤 시퀀스 r1은 서로 동일한 값을 가지지 않아야 함을 나타낸다.Each other, such as 3, must have orthogonality that is the inner product of two vectors that are not zero. That is, the meaning of having orthogonality indicates that the random sequences r 1 should not have the same value.

여기서, n은 픽셀수이고, G2는 랜덤 시퀀스 각각의 픽셀에 존재하는 평균 에너지를 나타낸다.Where n is the number of pixels and G 2 represents the average energy present in each pixel of the random sequence.

또한, 랜덤 시퀀스와 커버 영상이 서로 상관성을 갖지 않는 이상적인 경우에는 최소한의 에너지를 갖는 정보 신호로 은폐하여도 정확하게 원래의 신호를 추출할 수 있지만, 실제의 경우에는 수학식 4와 같이 랜덤 시퀀스와 커버 영상 사이에어느 정도의 상관성이 존재하기 때문에 은폐된 정보 신호의 정확한 복원을 위해서 삽입되는 정보 신호의 에너지를 최소로 조정할 필요가 있다.In addition, in the ideal case where the random sequence and the cover image do not have correlation with each other, the original signal can be accurately extracted even by concealing the information signal with the minimum energy. Since there is some correlation between the images, it is necessary to adjust the energy of the inserted information signal to a minimum for accurate reconstruction of the concealed information signal.

은폐된 정보 신호의 복원 과정은 스테고 영상과 랜덤 시퀀스와의 상관 관계에 의해서 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.The reconstruction process of the concealed information signal may be represented by Equation 5 by the correlation between the stego image and the random sequence.

이러한 과정을 통해 만들어진 스테고 영상 내에 존재하는 정보 신호는 커버 영상에 비해 낮은 에너지 레벨로 포함되어 있기 때문에 시각적으로 스테고 영상 내에 정보 신호가 존재하는지의 유무를 쉽게 인식할 수 없으며, 정보 신호의 존재 유무를 인지하더라도 수많은 조합에 의해 만들어진 랜덤 시퀀스에 대한 정보를 모르는 경우에는 정보 신호의 검출이 불가능하다.Since the information signal existing in the stego image created through this process is included at a lower energy level than the cover image, it is not easy to visually recognize the presence or absence of the information signal in the stego image, and Even if it is recognized, it is impossible to detect the information signal if the information on the random sequence produced by the numerous combinations is not known.

또한, 일반적으로 주파수 영역을 이용하는 신호 처리 기술을 이용한 스테고 영상의 변형에도 은폐 정보가 모든 주파수 영역에 존재하기 때문에 은폐된 정보 신호의 검출이 가능하다.In addition, since stealth information is present in all frequency domains even when the Stego image is modified using a signal processing technique using a frequency domain, it is possible to detect the hidden information signal.

DS 기법을 이용하여 하나의 디지털 영상에 여러 개의 정보를 은폐하는 다중 정보 은폐를 하는 경우에는 각 정보는 서로 다른 확산 코드 즉 랜덤 시퀀스를 사용하게 된다. 이때, 은폐된 정보의 에러 없는 추출을 위해서 상호 상관성이 존재하지 않는 랜덤 시퀀스를 사용한다.In the case of multiple information concealment, which hides several pieces of information in one digital image using a DS technique, each piece of information uses a different spreading code, that is, a random sequence. In this case, a random sequence without cross correlation is used for error-free extraction of the hidden information.

즉, 랜덤 시퀀스가 백색 잡음(white noise)과 같은 특성을 가지고 있어야 하는데, 이와 같은 특성을 만족하기 위해서는 그 반복 주기가 무한히 길어야 한다.In other words, the random sequence should have characteristics such as white noise, and the repetition period must be infinitely long to satisfy such characteristics.

그러나, 종래의 DS 기법에 의해 디지털 영상에 곱하여 사용될 랜덤 시퀀스가 디지털 영상의 크기에 대응하여 사용되는 경우에는 그 길이나 면적이 제한되기 때문에 완전하게 상호 상관성을 제거할 수는 없으므로, 랜덤 시퀀스 내에 존재하는 일정의 상호 상관성에 의해 다중의 은폐된 정보의 추출시 정확한 정보의 추출이 행해질 수 없는 문제점이 있다.However, when the random sequence to be used to multiply the digital image by the conventional DS technique is used corresponding to the size of the digital image, since the length or area is limited, cross correlation cannot be completely removed, and thus exists in the random sequence. There is a problem that accurate information cannot be extracted when multiple hidden information is extracted due to a certain cross correlation.

따라서, 본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 정보를 은폐하기 위한 확산 코드를 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬을 조합하여 여러 개의 정보를 다중 은폐시키기 위한 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve various problems of the prior art, and a random sequence and a Hadamard matrix for multiple concealing a plurality of pieces of information by combining a spreading code for concealing information with a random sequence and a Hadamard matrix are provided. It is an object of the present invention to provide a multiple information hiding apparatus and method used.

도 1은 종래의 랜덤 시퀀스를 이용한 정보 은폐 장치를 나타낸 개략적 구성 블록도.1 is a schematic block diagram showing a conventional information concealment apparatus using a random sequence.

도 2는 본 발명에 따른 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치의 개략적 구성 블록도.2 is a schematic block diagram of a multiple information concealment apparatus using a random sequence and a Hadamard matrix according to the present invention;

도 3a는 8*8의 하다마드 행렬을 나타낸 도면.Figure 3a shows an 8 * 8 Hadamard matrix.

도 3b는 8*8의 랜덤 시퀀스를 나타낸 도면.3b shows a random sequence of 8 * 8.

도 4a는 랜덤 시퀀스만을 이용한 경우에 추가된 잡음 대 새로운 확산 코드를 사용하였을 때의 상관 잡음비를 나타낸 그래프.4A is a graph showing a correlation noise ratio when using a new spreading code versus an added noise when only a random sequence is used.

도 4b는 도 4a에 대한 히스토그램을 나타낸 도면.4B shows a histogram for FIG. 4A.

도 5는 본 발명에 따른 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용하여 로마자 Ⅱ를 은폐하기 위한 개략적 동작 설명도.5 is a schematic operation explanatory diagram for concealing Roman II using random sequence and Hadamard matrix according to the present invention.

도 6은 도 5에 의해 은폐된 로마자 Ⅱ를 추출하기 위한 개략적 동작 설명도.FIG. 6 is a schematic operation explanatory diagram for extracting Roman II hidden by FIG. 5; FIG.

도 7a는 정보 신호의 에너지 스펙트럼 분포를 나타낸 도면.7A is a diagram showing an energy spectral distribution of an information signal.

도 7b는 도 7a가 새로운 확산 코드에 의한 은폐된 정보 신호의 스펙트럼 분포를 나타낸 도면.FIG. 7B illustrates the spectral distribution of the concealed information signal with the new spreading code.

도 8은 은폐하고자 하는 다중의 정보 신호를 나타낸 도면.8 illustrates multiple information signals to be concealed.

도 9는 도 8의 다중 정보를 은폐하기 위한 랜덤 시퀀스 및 제1 및 제3 하다마드 행렬을 나타낸 도면.FIG. 9 illustrates a random sequence and first and third Hadamard matrices for concealing multiple information of FIG. 8; FIG.

도 10a는 정보 신호를 은폐하기 위한 커버 영상을 나타낸 도면.10A illustrates a cover image for concealing an information signal.

도 10b는 도 9의 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬에 의해 형성된 확산 코드에 의해 대역 확산된 정보 신호의 공진 주파수를 나타낸 도면.FIG. 10B is a diagram illustrating a resonant frequency of an information signal band-spread by a spreading code formed by the random sequence and the Hadamard matrix of FIG. 9; FIG.

도 10c는 정보 신호가 은폐된 스테고 영상을 나타낸 도면.10C is a diagram illustrating a stego image in which an information signal is concealed.

도 11 및 도 12는 새로운 확산 코드에 의해 은폐된 정보 신호에서 추출된 의 원래 정보를 나타낸 도면.11 and 12 show original information of extracted from an information signal concealed by a new spreading code.

도 13a는 JPEG(Joint Photographic Expert Group)에 의해 압축된 스테고 영상을 나타낸 도면.FIG. 13A shows a stego image compressed by a Joint Photographic Expert Group (JPEG). FIG.

도 13b는 압축된 스테고 영상에서 추출한 임계 처리 이전의 정보 신호를 나타낸 도면.Fig. 13B shows an information signal before threshold processing extracted from a compressed stego image.

도 13c는 도 13b의 임계 처리 이후의 정보 신호를 나타낸 도면.13C is a diagram showing an information signal after the threshold processing in FIG. 13B.

도 14a는 가우시안 잡음을 첨가한 스테고 영상을 나타낸 도면.14A is a diagram illustrating a stego image with Gaussian noise added.

도 14b는 도 14a의 스테고 영상에서 정보 신호를 추출한 임계 처리 이전의 정보 신호를 나타낸 도면.FIG. 14B is a diagram showing an information signal before threshold processing in which the information signal is extracted from the stego image of FIG. 14A; FIG.

도 14c는 도 14a의 스테고 영상에서 추출한 정보 신호의 임계 처리 이후의 정보 신호를 나타낸 도면.FIG. 14C is a diagram showing an information signal after threshold processing of the information signal extracted from the stego image of FIG. 14A. FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

210 : 부호화 수단 211: 제1 랜덤 시퀀스210: encoding means 211: first random sequence

212 : 제1 하다마드 행렬 213 : 제1 곱셈기212 first Hadamard matrix 213 first multiplier

214 : 정보 신호 215 : 제2 곱셈기214: information signal 215: second multiplier

216 : 커버 영상 217 : 덧셈기216: cover image 217: adder

220 : 복호화 수단 221 : 제2 랜덤 시퀀스220: decoding means 221: second random sequence

222: 제2 하다마드 행렬 223 : 제3 곱셈기222: second Hadamard matrix 223: third multiplier

224 : 제4 곱셈기224 fourth multiplier

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직교성을 갖는 하다마드 행렬과 랜덤 시퀀스를 곱하여 새로운 확산 코드를 생성하고, 새로운 확산 코드와 은폐시키고자 하는 정보 신호를 곱하여 대역을 확산시킨 후 대역 확산된 정보 신호에 일정의 영상 신호를 합하는 과정에 의해 삽입하여 정보 신호의 은폐 신호를 출력하고, 새로운 확산 코드와 동일한 형태의 확산 코드에 의해 출력된 은폐 신호에서 원래의 정보 신호를 추출한 후 추출된 정보 신호가 일정 값 이상인 경우에는 1로 설정하고 추출된 정보 신호가 일정 값 이하인 경우에는 0으로 설정하는 임계 처리를 수행하도록 이루어지는 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 방법을 제공함에 그 특징이 있다.In order to achieve the above object, the present invention multiplies a Hadamard matrix having an orthogonality and a random sequence to generate a new spreading code, multiplies the new spreading code by an information signal to be concealed, and spreads the band and spreads the spread spectrum information signal. Inserts a predetermined video signal into the output signal and outputs the concealed signal of the information signal, extracts the original information signal from the concealed signal output by the spreading code of the same form as the new spreading code, and then extracts the information signal. It is characterized by providing a multi-sequence concealment method using a random sequence and a Hadamard matrix, which is configured to perform a critical process of setting the value to 1 when the value is greater than or equal to 1 and setting the value to 0 when the extracted information signal is less than or equal to a predetermined value.

또한, 본 발명은 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬은 64×64 픽셀의 기본 세트로 하고, 기본 세트를 8*8 형태로 이루어지는 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 방법을 제공함에 다른 특징이 있다.In addition, the present invention has another feature in that a random sequence and a Hadamard matrix have a basic set of 64 × 64 pixels, and a multiple information concealment method using a random sequence and a Hadamard matrix having a basic set of 8 * 8 forms. .

또한, 본 발명은 직교성을 갖는 하다마드 행렬, 하다마드 행렬과 랜덤 시퀀스에 의해 확산 코드를 생성하는 제1 곱셈기, 확산 코드에 의해 은폐하고자 하는 정보 신호의 대역을 확산시키는 제2 곱셈기, 일정의 영상 신호에 의해 대역 확산된 정보 신호를 은폐하기 위한 덧셈기, 하다마드 행렬과 랜덤 시퀀스와 동일한 형태의 하다마드 행렬 및 랜덤 시퀀스에 의한 확산 코드를 생성하는 제3 곱셈기, 제3 곱셈기의 확산 코드에 의해 은폐된 정보 신호에서 원래의 정보 신호를 추출하는 제4 곱셈기 및 추출된 원래의 정보 신호가 일정 값 이상인 경우에는 1로 설정하고 일정 값 이하인 경우에는 0으로 설정하는 임계 처리 수단을 포함하여 구성되는 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치를 제공함에 또 다른 특징이있다.The present invention also provides a Hadamard matrix having an orthogonality, a first multiplier for generating a spreading code by a Hadamard matrix and a random sequence, a second multiplier for spreading a band of an information signal to be concealed by the spreading code, and a constant image. An adder for concealing the information signal spread by the signal, a third multiplier for generating a Hadamard matrix having the same form as a Hadamard matrix and a random sequence, and a spreading code based on the random sequence, and concealed by a spreading code of the third multiplier And a fourth multiplier for extracting the original information signal from the extracted information signal and threshold processing means for setting the value to 1 when the extracted original information signal is greater than or equal to a predetermined value and to 0 when less than or equal to the predetermined value. And providing multiple information concealment apparatus using Hadamard matrix.

이하, 본 발명에 따른 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치 및 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an apparatus and method for concealing multiple information using a random sequence and a Hadamard matrix according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the following examples.

도 2는 본 발명에 따른 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치의 개략적 구성 블록도이다.2 is a schematic block diagram of a multiple information concealment apparatus using a random sequence and a Hadamard matrix according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 일정의 정보 신호를 은폐하여 네트워크를 통해 전송하는 부호화 수단(210), 부호화 수단(210)에 의해 은폐된 정보 신호)를 원래대로 복원하여 추출하기 위한 복호화 수단(220)으로 구성된다.As shown in FIG. 2, the present invention provides a decoding unit for restoring and extracting an encoding unit 210 that conceals a predetermined information signal and transmits it through a network, and an information signal concealed by the encoding unit 210. Means 220.

부호화 수단(210)은 수많은 조합에 의해 만들어진 잡음 형태의 제1 랜덤 시퀀스(211), 직교성을 갖는 제1 하다마드 행렬(212), 제1 랜덤 시퀀스(211)와 제1 하다마드 행렬(212)을 곱하여 확산 코드를 출력하기 위한 제1 곱셈기(213), 제1 곱셈기(213)에서 출력되는 확산 코드와 정보 신호(214)를 곱하여 확산된 정보 신호를 출력하기 위한 제2 곱셈기(215), 정보 신호(214)를 은폐하기 위한 커버 영상(216) 및 제2 곱셈기(215)에서 출력되는 확산된 정보 신호에 커버 영상(216)을 더하여 출력되는 스테고 영상을 네트워크를 통해 복호화 수단(220)으로 전송하기 위한 덧셈기(217)로 구성된다.The encoding means 210 comprises a first random sequence 211 in the form of noise produced by numerous combinations, a first Hadamard matrix 212 having an orthogonality, a first random sequence 211 and a first Hadamard matrix 212. Multiply by a first multiplier 213 for outputting a spreading code and a spreading code output from the first multiplier 213 and an information signal 214 to output a spread information signal. The cover image 216 for concealing the signal 214 and the spread image signal output from the second multiplier 215 are added to the cover image 216 and transmitted to the decoding means 220 through the network. It consists of an adder 217 to make.

또한, 복호화 수단(220)은 제1 랜덤 시퀀스(211) 및 제1 하다마드 행렬(212)과 동일한 형태의 제2 랜덤 시퀀스(221) 및 제2 하다마드 행렬(222), 제2 랜덤 시퀀스(212)와 제2 하다마드 행렬(222)을 곱하여 확산 코드를 출력하기 위한 제3 곱셈기(223), 제3 곱셈기(223)에서 출력되는 확산 코드와 부호화 수단(210)에서 전송되는 스테고 영상을 곱하여 원래의 정보 신호(225)를 추출하기 위한 제4 곱셈기(224)로 구성된다.In addition, the decoding unit 220 may include a second random sequence 221 and a second Hadamard matrix 222 and a second random sequence having the same form as the first random sequence 211 and the first Hadamard matrix 212. 212) by multiplying the second Hadamard matrix 222 by multiplying the third multiplier 223 for outputting the spreading code and the spread code output from the third multiplier 223 and the stego image transmitted from the encoding unit 210. And a fourth multiplier 224 for extracting the original information signal 225.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 정보 은폐 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the information concealment apparatus according to the present invention having such a configuration as follows.

먼저, 하다마드 행렬을 hi(x,y)라 하면, 제1 랜덤 시퀀스(211)와 제1 하다마드 행렬(212)을 제1 곱셈기(213)에 의해 곱하여 수학식 6과 같은 새로운 확산 코드를 출력한다.First, if the Hadamard matrix is h i (x, y), the first random sequence 211 and the first Hadamard matrix 212 are multiplied by the first multiplier 213 to obtain a new spreading code as shown in Equation (6). Outputs

여기서, 새로 만들어진 확산 코드 ri'에 의해 만들어진 새로운 확산 코드, 커버 영상과 새로운 확산 코드의 상관 관계 및 은폐된 정보 신호의 추출을 나타내는 수학식은 하기의 수학식 7 내지 수학식 9와 같다.Here, the equations representing the new spreading code, the correlation between the cover image and the new spreading code, and the extraction of the concealed information signal generated by the newly spreading code r i ′ are shown in Equations 7 to 9 below.

상술한 수학식 7내지 수학식 9에서와 같이, 랜덤 시퀀스에 하다마드 행렬을 곱하여 새로이 만든 확산 코드 ri'을 사용하면 랜덤 시퀀스의 잡음과 같은 성질을 유지하는 동시에 하다마드 행렬의 직교성을 만족할 수 있으므로 동일한 공간상에서 직교성을 갖는 새로운 정보 은폐 코드를 생성할 수 있다.As in Equation 7 to Equation 9, by using the newly generated spreading code r i 'by multiplying the random sequence by the Hadamard matrix, the orthogonality of the Hadamard matrix can be satisfied while maintaining the noise-like property of the random sequence. Therefore, a new information concealment code having orthogonality can be generated in the same space.

랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬에 의한 새로운 확산 코드를 도 3을 참조하여 설명한다.A new spreading code based on a random sequence and a Hadamard matrix will be described with reference to FIG.

도 3a는 8*8의 하다마드 행렬을 나타낸 도면이고, 도 3b는 8*8의 랜덤 시퀀스를 나타낸 도면이다.FIG. 3A illustrates an 8 * 8 Hadamard matrix, and FIG. 3B illustrates an 8 * 8 random sequence.

상호 보완적인 도 3a의 하다마드 행렬과 도 3b의 랜덤 시퀀스를 곱하여 새로운 확산 코드를 생성하는데, 이때 하다마드 행렬과 랜덤 시퀀스는 64×64 픽셀을 기본 세트로 하여 전체적으로 512×512 픽셀로 구성되며, 하나의 기본 세트는 64×64 픽셀이 '1'이나 '0'의 동일한 값으로 구성되는 1비트의 정보 신호에 대응하여 직교성을 갖으면서 정보 신호를 확산시킨다.A new spreading code is generated by multiplying the complementary Hadamard matrix of FIG. 3A with the random sequence of FIG. 3B, wherein the Hadamard matrix and the random sequence are composed entirely of 512 × 512 pixels with a default set of 64 × 64 pixels. One basic set spreads an information signal while having orthogonality corresponding to a 1-bit information signal in which 64x64 pixels are configured with the same value of '1' or '0'.

상기와 같은 랜덤 시퀀스에 하다마드 행렬을 곱하여 생성된 새로운 확산 코드와 랜덤 시퀀스에 의한 정보 은폐에 따른 상관 잡음비를 도 4를 참조하여 설명한다.A new spreading code generated by multiplying the above-mentioned random sequence by the Hadamard matrix and the correlation noise ratio according to the information hiding by the random sequence will be described with reference to FIG. 4.

도 4a는 랜덤 시퀀스만을 이용한 경우에 추가된 잡음 대 새로운 확산 코드를 사용하였을 때의 상관 잡음비를 나타낸 그래프이고, 도 4b는 도 4a에 대한 히스토그램을 나타낸 도면이다.FIG. 4A is a graph showing a correlation noise ratio when using added noise to a new spreading code when only a random sequence is used, and FIG. 4B is a histogram of FIG. 4A.

도 4에서와 같이, 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬에 의한 새로운 확산 코드를 이용하여 정보를 은폐하는 경우에는 하다마드 행렬의 직교성에 의해 랜덤 시퀀스만을 이용한 정보 은폐에 비해 40 내지 343%의 잡음을 감소시켜 정보의 추출시 에러를 감소시킨다.As shown in FIG. 4, when the information is concealed using a new spreading code based on the random sequence and the Hadamard matrix, 40 to 343% of the noise is reduced by the orthogonality of the Hadamard matrix compared to the information concealment using only the random sequence. Reduce the error in the extraction of information.

상술한 바와 같이, 제1 랜덤 시퀀스(211)와 제1 하다마드 행렬(212)을 제1 곱셈기(213)에 곱하여 생성된 새로운 확산 코드와 은폐하고자 하는 정보 신호(214)를 제 2 곱셈기(215)에 의해 다시 곱하여 정보 신호(214)의 대역을 확산 시킨다.As described above, a new spreading code generated by multiplying the first random sequence 211 and the first Hadamard matrix 212 by the first multiplier 213 and the second multiplier 215 for the information signal 214 to be concealed. Multiply again to spread the band of the information signal 214.

대역 확산된 정보 신호(214)에 덧셈기(217)에 의해 커버 영상(216)을 합하여 부호화된 스테고 영상을 출력한다.The cover image 216 is added to the spread spectrum information signal 214 by the adder 217 to output an encoded stego image.

제1 랜덤 시퀀스(211) 및 제1 하다마드 행렬(212)과 동일한 제2 랜덤 시퀀스(221)와 제2 하다마드 행렬(222)을 제3 곱셈기(223)에 의해 곱하여 새로운 확산 코드를 생성한다.The second random sequence 221 and the second Hadamard matrix 222 that are identical to the first random sequence 211 and the first Hadamard matrix 212 are multiplied by the third multiplier 223 to generate a new spreading code. .

그리고, 새로운 확산 코드와 전송된 스테고 영상을 제4 곱셈기(224)에 의해 곱하여 원래의 정보 신호(225)를 추출하게 된다.The new spreading code and the transmitted stego image are multiplied by the fourth multiplier 224 to extract the original information signal 225.

본 발명에 따른 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 정보 은폐의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.An embodiment of information hiding using a random sequence and a Hadamard matrix according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명에 따른 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용하여 로마자 Ⅱ를 은폐하기 위한 개략적 동작 설명도이고, 도 6은 도 5에 의해 은폐된 로마자 Ⅱ를 추출하기 위한 개략적 동작 설명도이다. 도 7a는 정보 신호의 에너지 스펙트럼 분포를 나타낸 도면이고, 도 7b는 도 7a가 새로운 확산 코드에 의한 은폐된 정보 신호의 스펙트럼 분포를 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a schematic operation explanatory diagram for concealing Roman II by using a random sequence and a Hadamard matrix according to the present invention, and FIG. 6 is a schematic operation explanatory diagram for extracting Roman II being concealed by FIG. FIG. 7A is a diagram illustrating the energy spectral distribution of the information signal, and FIG. 7B is a diagram illustrating the spectral distribution of the information signal concealed by the new spreading code.

도 5에서와 같이, 랜덤 시퀀스(500)와 하다마드 행렬(502)을 제1 곱셈기(504)에 곱하여 새로운 확산 코드를 생성하고, 제2 곱셈기(506)는 새로운 확산 코드와 정보 신호(508)를 직교성을 갖고 대역 확산된 정보 신호를 출력한다.As shown in FIG. 5, the random sequence 500 and the Hadamard matrix 502 are multiplied by the first multiplier 504 to generate a new spreading code, and the second multiplier 506 generates a new spreading code and information signal 508. Outputs a spread spectrum information signal having orthogonality.

이어, 제2 곱셈기(506)에서 출력되는 대역 확산된 정보 신호와 커버 영상(510)을 덧셈기(512)에 의해 합산하여 생성된 스테고 영상(514)을 출력한다. 여기서, 스테고 영상(514)은 커버 영상(510)과 유사하여 정보 신호의 은폐 유무를 쉽게 판단할 수 없고, 비록 정보 신호의 은폐 유무를 알 수 있더라도 랜던 시퀀스와 하다마드 행렬에 의해 생성된 새로운 확산 코드의 높은 비화성으로 인해 은폐된 정보 신호를 쉽게 추출할 수 없다.Subsequently, the spreader information signal output from the second multiplier 506 and the cover image 510 are summed by the adder 512 to output a stego image 514. Here, the stego image 514 is similar to the cover image 510, and thus it is not possible to easily determine whether the information signal is concealed, and although it is possible to know whether the information signal is concealed or not, a new spread generated by the Landon sequence and the Hadamard matrix. The high incompatibility of the code makes it difficult to extract hidden information signals.

또한, 도 6에서와 같이, 도 5에서와 같은 정보 은폐 과정에 의해 출력되는 스테고 영상(514)에 도 5의 정보 은폐 과정에서 사용된 하다마드 행렬(502) 및 랜덤 시퀀스(500)와 동일한 형태의 하다마드 행렬(600) 및 랜덤 시퀀스(602)를 제3 및 제4 곱셈기(604,606)에 의해서 각각 곱하여 은폐된 정보 신호를 추출하여 원래의 정보 신호(607)를 정확하게 얻게 된다.In addition, as shown in FIG. 6, the Stego image 514 output by the information concealment process as shown in FIG. 5 is the same as the Hadamard matrix 502 and the random sequence 500 used in the information concealment process of FIG. 5. The Hadamard matrix 600 and the random sequence 602 are multiplied by the third and fourth multipliers 604 and 606, respectively, to extract the concealed information signal to accurately obtain the original information signal 607.

도 7을 참조하여 이를 다시 설명하면, 도 7a와 같이 은폐시키고자 하는 정보 신호에 정보 신호 보다 넓은 대역폭을 갖는 확산 코드를 곱해줌에 의해 변조된 정보 신호는 도 7b와 같다. 이때, 정보 신호가 갖고 있는 일정한 에너지는 넓어진 대역폭의 크기에 반비례하여 작아지며, 이 변조 신호에 동일한 확산 코드를 곱해주면 확산된 정보 신호의 대역폭이 다시 정보 신호의 원래 대역폭으로 역 확산되어 원래의 정보 신호가 추출된다.Referring to FIG. 7 again, the information signal modulated by multiplying an information signal to be concealed by a spreading code having a bandwidth wider than that of the information signal is shown in FIG. 7A. At this time, the constant energy of the information signal becomes small in inverse proportion to the size of the widened bandwidth. If the multiplied multiplication signal is multiplied by the same spreading code, the bandwidth of the spread information signal is spread back to the original bandwidth of the information signal and the original information is obtained. The signal is extracted.

그러므로, 어느 정도의 에너지 레벨을 갖는 정보 신호의 서로 다른 정보 은폐 코드 즉, 랜덤 시퀀스를 이용하여 다중으로 중첩시키더라도 낮아진 에너지 레벨을 다중으로 중첩한 것이므로 스테고 영상에서 정보 신호가 인지되지 않으며 랜덤 시퀀스를 다시 곱함에 의해 다중의 정보 신호를 추출할 수 있다.Therefore, even if multiple information concealment codes of information signals having a certain energy level, i.e., multiple overlapping using a random sequence, are overlapped with the lower energy level, the information signal is not recognized in the stego image. By multiplying again, multiple information signals can be extracted.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬에 의한 다중 정보 은폐 방법에 의한 다른 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Another embodiment of the multiple information concealment method using the random sequence and the Hadamard matrix according to the present invention as described above will be described with reference to the accompanying drawings.

도 8은 은폐하고자 하는 다중의 정보 신호를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8의 다중 정보를 은폐하기 위한 랜덤 시퀀스 및 제1 및 제3 하다마드 행렬을 나타낸 도면이다. 도 10a는 정보 신호를 은폐하기 위한 커버 영상을 나타낸 도면이고, 도 10b는 도 9의 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬에 의해 형성된 확산 코드에 의해 대역 확산된 정보 신호의 공진 주파수를 나타낸 도면이며, 도 10c는 정보 신호가 은폐된 스테고 영상을 나타낸 도면이다. 도 11 및 도 12는 새로운 확산 코드에 의해 은폐된 정보 신호에서 추출된 의 원래 정보를 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating multiple information signals to be concealed, and FIG. 9 is a diagram illustrating a random sequence and first and third Hadamard matrices for concealing multiple information of FIG. 8. FIG. 10A illustrates a cover image for concealing an information signal, and FIG. 10B illustrates a resonant frequency of an information signal spread by a spreading code formed by a random sequence and a Hadamard matrix of FIG. 9, and FIG. 10C. Is a diagram showing a stego image where the information signal is concealed. 11 and 12 are diagrams illustrating original information of s extracted from an information signal concealed by a new spreading code.

먼저, 도 8과 같이 64×64 픽셀을 1비트로 하는 전체 64 비트로 구성된 서로 다른 로마자 'Ⅰ', 'Ⅱ', 'Ⅲ' 세 개의 정보 신호에 도 9에서와 같은 랜덤 시퀀스와 제1 내지 제3 하다마드 행렬을 곱하여 생성된 3개의 확산 코드를 곱한 후 도 10a와 같은 커버 영상을 더함에 의해 대역이 확산된 도 10c와 같은 스테고 영상을 얻는다. 이때, 정보 신호가 은폐된 스테고 영상은 커버 영상과 거의 동일하므로, 정보 신호를 구분할 수 없다.First, as shown in FIG. 8, the random sequence and the first through the third to third information signals composed of all of the Roman letters 'I', 'II', and 'III' composed of all 64 bits having one 64 × 64 pixel as one bit are shown. After multiplying three spreading codes generated by multiplying the Hadamard matrix, a stego image as shown in FIG. 10C having a band spread is obtained by adding a cover image as shown in FIG. 10A. At this time, since the stego image where the information signal is concealed is almost the same as the cover image, the information signal cannot be distinguished.

여기서, 도 9의 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬에 의해 생성된 세 개의 확산 코드는 서로 간에 상관 관계가 없기 때문에 사용된 파라미터들의 변형이 용이하여 보다 많은 정보를 에러 없이 은폐시킬 수 있다.Here, since the three spreading codes generated by the random sequence and the Hadamard matrix of FIG. 9 are not correlated with each other, the parameters used can be easily modified to conceal more information without errors.

도 10c의 스테고 영상과 같이 대역이 확산되어 은폐된 정보 신호를 도 9와 동일한 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬에 의해 생성된 확산 코드에 의해 은폐된 정보 신호를 검출하면 도 11과 같이 출력되는데, 이는 커버 영상과 새로운 확산 코드간의 상관치에 의한 일정의 잡음이 포함된다.When the information signal concealed with the spread spectrum band as shown in the stego image of FIG. 10C is detected by the same random sequence and the spreading code generated by the Hadamard matrix as shown in FIG. 9, the output signal is output as shown in FIG. 11. Constant noise due to the correlation between the image and the new spreading code is included.

그러므로, 도 11과 같이 커버 영상과 정보 은폐 코드간의 상관치에 의한 잡음을 제거하기 위해 임계 처리를 수행하면 도 12와 같이 정확한 원래의 정보 신호를 추출하게 된다.Therefore, when the threshold processing is performed to remove noise due to the correlation between the cover image and the information concealment code as shown in FIG. 11, the correct original information signal is extracted as shown in FIG. 12.

여기서, 임계 처리에 대하여 설명하면, 일반적으로 영상 처리를 하는 데이터는 칼라, 그레이, 이진으로 분류할 수 있는데, 이진 영상 데이터는 그레이의 영상을 경계값(threshold)을 이용하여 흑과 백의 두 가지 색으로 데이터를 취급하는 데이터이다.Here, the threshold processing will be described. In general, image processing data may be classified into color, gray, and binary, and binary image data may be classified into two colors, black and white, using a gray threshold value. This is data that handles data.

이러한 이진 영상 데이터의 경계값 처리 즉, 임계 처리는 입력되는 영상의 각 화소에 대하여 명도가 있는 일정값 이상의 경우에 대응하는 출력 영상의 화소값을 1로 하고, 그 외의 경우에는 0으로 하는 것이다. 이때, 경계값을 어떻게 설정하고, 경계값을 기준으로 어떻게 영상 데이터를 처리하는 가에 따라 다양한 결과를 얻을 수 있다.The boundary value processing of the binary image data, that is, the threshold processing, sets the pixel value of the output image corresponding to the case where the pixel value of the input image is equal to or greater than a certain value having brightness to 1, and otherwise sets it to 0. In this case, various results may be obtained according to how the threshold value is set and how image data is processed based on the threshold value.

본 발명에 따른 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 정보 은폐 장치 및 방법에 의한 영상 압축을 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The image compression by the information concealment apparatus and method using the random sequence and the Hadamard matrix according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 13a는 JPEG(Joint Photographic Expert Group)에 의해 압축된 스테고 영상을 나타낸 도면이고, 도 13b는 압축된 스테고 영상에서 추출한 임계 처리 이전의 정보 신호를 나타낸 도면이며, 도 13c는 도 13b의 임계 처리 이후의 정보 신호를 나타낸 도면이다.FIG. 13A is a diagram illustrating a stego image compressed by a Joint Photographic Expert Group (JPEG), and FIG. 13B is a diagram showing an information signal before threshold processing extracted from a compressed stego image, and FIG. 13C is after the threshold processing of FIG. 13B. Is an illustration of an information signal.

도 13a에서와 같이, 정보 신호가 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬에 의해 대역 확산된 스테고 영상을 이미지 특성이 80%인 JPEG에 의해 압축하여 일정의 네트워크를 통해 전송하고, 이를 수신한 수신측에서 대역을 확산시킨 동일한 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬에 의해 은폐된 정보 신호를 추출하면 도 13b 및 도 13c와 같은데, 이는 어느 정도까지의 이미지 압축에는 에러의 발생없이 정확한 정보를 추출할 수 있다.As shown in FIG. 13A, a stego image in which an information signal is spread by a random sequence and a Hadamard matrix is compressed by a JPEG having an image characteristic of 80% and transmitted through a predetermined network, and the receiving side receives a band. Extracting the information signal concealed by the same random sequence spread and the Hadamard matrix is shown in FIGS. 13B and 13C, which can extract accurate information without generating an error in image compression to some extent.

또한, 도 14a는 가우시안 잡음을 첨가한 스테고 영상을 나타낸 도면이고, 도 14b는 도 14a의 스테고 영상에서 정보 신호를 추출한 임계 처리 이전의 정보 신호를 나타낸 도면이며, 도 14c는 도 14a의 스테고 영상에서 추출한 정보 신호의 임계처리 이후의 정보 신호를 나타낸 도면으로서, 은폐된 정보 신호를 일정의 네트워크를 통해 전송하는 경우에 발생하는 가우시안 잡음에 대해서도 은폐된 정보를 정확하게 복원한다.FIG. 14A is a diagram illustrating a stego image with Gaussian noise added, and FIG. 14B is a diagram illustrating an information signal before threshold processing, in which an information signal is extracted from the stego image of FIG. 14A, and FIG. 14C is a diagram of the stego image of FIG. 14A. The figure shows the information signal after the threshold processing of the extracted information signal. The concealed information is accurately recovered even with the Gaussian noise generated when the concealed information signal is transmitted through a predetermined network.

본 발명에 따른 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 방법 및 장치는 직교성을 갖는 하다마드 행렬과 랜덤 시퀀스를 이용하여 새로운 확산 코드를 생성하고, 그 새로운 확산 코드에 의해 다중의 정보를 은폐하므로, 랜덤 시퀀스에 의한 다중 정보 은폐시 랜덤 시퀀스의 상호 상관성에 의한 잡음 발생을 방지할 수 있어 은폐된 다중 정보의 정확한 추출을 수행할 수 있는 효과가 있다.The method and apparatus for multiple information concealment using the random sequence and the Hadamard matrix according to the present invention generate a new spreading code using the Hadamard matrix and the random sequence having orthogonality, and thus conceal the multiple information by the new spreading code. When the multiple information is hidden by the random sequence, noise can be prevented due to the cross-correlation of the random sequence, so that accurate extraction of the hidden multiple information can be performed.

또한, 은폐된 정보 신호가 네트워크를 통해 전송될 경우의 영상 압축 알고리즘과 통신로 상에서 발생될 수 있는 가우시안 잡음에 대해서도 은폐된 정보의 정확한 추출을 수행할 수 있는 효과도 있다.In addition, there is an effect that it is possible to perform accurate extraction of the concealed information on the image compression algorithm when the concealed information signal is transmitted through the network and Gaussian noise that may be generated on the communication path.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to vary the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated that modifications and variations can be made.

Claims (11)

직교성을 갖는 하다마드 행렬과 랜덤 시퀀스에 의해 새로운 확산 코드를 생성하는 단계;Generating a new spreading code by a Hadamard matrix having randomness and a random sequence; 상기 확산 코드에 의해 은폐시키고자 하는 정보 신호의 대역을 확산시키는 단계;Spreading a band of the information signal to be concealed by the spreading code; 상기 대역 확산된 정보 신호에 일정의 영상 신호를 삽입하여 정보 신호의 은폐 신호를 출력하는 단계;Inserting a predetermined video signal into the spread spectrum information signal and outputting a concealed signal of the information signal; 상기 확산 코드와 동일한 확산 코드에 의해 상기 은폐 신호에서 원래의 정보 신호를 추출하는 단계Extracting an original information signal from the concealment signal by a spreading code identical to the spreading code 를 포함하여 이루어지는 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 방법.Multiple information hiding method using a random sequence and Hadamard matrix comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 새로운 확산 코드는 상기 랜덤 시퀀스와 상기 하다마드 행렬을 곱하여 생성되는 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 방법.The new spreading code is a multiple information concealment method using a random sequence and a Hadamard matrix generated by multiplying the random sequence and the Hadamard matrix. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 은폐 신호는 상기 확산 코드와 상기 정보 신호를 합하여 생성되는 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 방법.The concealment signal is a multiple information concealment method using a random sequence and a Hadamard matrix generated by adding the spreading code and the information signal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 랜덤 시퀀스와 상기 하다마드 행렬은 64×64 픽셀의 기본 세트로 하고, 상기 기본 세트를 8*8 형태로 이루어지는 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 방법.And the random sequence and the Hadamard matrix have a basic set of 64 × 64 pixels, and the basic set has a 8 * 8 form. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 추출된 원래의 정보를 일정 값 이상인 경우에는 1로 설정하고, 상기 일정 값 이하인 경우에는 0으로 설정하는 임계 처리를 수행하는 단계Performing threshold processing to set the extracted original information to 1 when the extracted original information is equal to or greater than a predetermined value and to set it to 0 when the extracted original information is equal to or less than the predetermined value; 를 더 포함하여 이루어지는 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 방법.Multiple information concealment method using a random sequence and Hadamard matrix further comprises. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 일정의 영상 신호와 상기 은폐 신호는 거의 동일한 영상으로 이루어지는 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 방법.And a predetermined sequence signal and the concealment signal comprises a substantially identical image. 직교성을 갖는 하다마드 행렬;Hadamard matrix with orthogonality; 상기 하다마드 행렬과 랜덤 시퀀스에 의해 확산 코드를 생성하는 제1 곱셈기;A first multiplier for generating a spreading code based on the Hadamard matrix and a random sequence; 상기 확산 코드에 의해 은폐하고자 하는 정보 신호의 대역을 확산시키는 제2 곱셈기;A second multiplier for spreading a band of the information signal to be concealed by the spreading code; 일정의 영상 신호에 의해 상기 대역 확산된 정보 신호를 은폐하기 위한 덧셈기;An adder for concealing the spread spectrum information signal by a predetermined video signal; 상기 하다마드 행렬과 상기 랜덤 시퀀스와 동일한 형태의 하다마드 행렬 및 랜덤 시퀀스에 의한 확산 코드를 생성하는 제3 곱셈기;A third multiplier for generating a spreading code based on the Hadamard matrix and the random sequence having the same form as the Hadamard matrix and the random sequence; 상기 제3 곱셈기의 확산 코드에 의해 상기 은폐된 정보 신호에서 원래의 정보 신호를 추출하는 제4 곱셈기A fourth multiplier for extracting an original information signal from the concealed information signal by a spreading code of the third multiplier 를 포함하여 구성되는 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치.Multiple information concealment apparatus using a random sequence and Hadamard matrix comprising a. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 확산 코드는 상기 랜덤 시퀀스와 상기 하다마드 행렬을 곱하여 생성되는 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치.The spreading code is a multiple information concealment apparatus using a random sequence and a Hadamard matrix generated by multiplying the random sequence and the Hadamard matrix. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 은폐 신호는 상기 확산 코드와 상기 정보 신호를 합하여 생성되는 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치.The concealment signal is a multiple information concealment apparatus using a random sequence and a Hadamard matrix generated by adding the spreading code and the information signal. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 랜덤 시퀀스와 상기 하다마드 행렬은 64×64 픽셀의 기본 세트로 하고, 상기 기본 세트를 8*8 형태로 이루어지는 랜덤 시퀀스와 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치.And the random sequence and the Hadamard matrix have a basic set of 64 × 64 pixels, and the basic set has a 8 * 8 form. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 추출된 원래 정보가 일정 값 이상인 경우에는 1로 설정하고, 상기 일정 값 이하인 경우에는 0으로 설정하는 임계 처리 수단Threshold processing means for setting it to 1 when the extracted original information is equal to or greater than a predetermined value and to 0 when it is smaller than or equal to the predetermined value. 을 더 포함하여 구성되는 랜덤 시퀀스 및 하다마드 행렬을 이용한 다중 정보 은폐 장치.Multiple information concealment apparatus using a random sequence and Hadamard matrix further comprises.
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