KR100347210B1 - 다채널 디지털 음악을 위한 워터마크 삽입 및 추출 방법및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 워터마크 기술에 관한 것으로, 특히 디지털 오디오 컨텐츠에 시간 영역의 크기 성분 중 일부를 변조하여 컨텐츠 저작자에 대한 정보를 삽입하고 추출하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 워터마크를 신속히 삽입하고 추출하기 위하여 시간 도메인에서 주파수 영역으로의 변환 없이 워터마크를 바로 삽입함으로써, 실시간 워터마크 처리가 가능하다.
본 발명은 다채널 음악에서 한쪽 채널을 기준으로 다른 채널에 워터마크 삽입을 위한 변화를 가한다. 즉, 한 채널은 원본 채널의 역할을 하고, 다른 채널은 워터마크 채널이 된다. 본 발명에 따른 워터마크 추출 방법은 원본 채널과 가장 유사한 다른 채널의 부분에서 워터마크를 추출하게 된다. 본 발명은 0.1 ~ 1초의 규정된 단위 별로 1 비트의 정보를 삽입하고 다채널을 사용하므로 방대한 양의 워터마크를 삽입할 수 있다.
Description
본 발명은 디지털 오디오(digital audio) 신호에 워터마크(watermark)를 삽입하고, 삽입된 워터마크를 오디오 재생 장치를 통해 실시간으로 시간 도메인(time domain)에서 추출하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 승인되지 않은 오디오 재생 장치에서 디지털 음악이 무단으로 사용되는 것을 방지하는 워터마킹에 관한 기술을 제공한다.
최근, 디지털 신호 처리 기술과 네트워크 기술이 발달함에 따라 멀티미디어 정보를 손쉽게 받아보는 세계가 도래하고 있다. 특히, 디지털 오디오는 엠펙(MPE G) 등의 기술로 압축되어 인터넷을 통해 쉽게 전파되는 특성이 있으므로, 네트워크 상에서 불법적으로 유통되는 사례가 빈번히 발생할 수 있다.
이와 같이, 디지털 오디오에 대한 저작권을 보호하기 위하여 데이터에 워터마크(watermark)를 삽입하거나, 공개키 알고리즘 등을 사용하여 데이터를 암호화하는 기술이 이용되고 있다. 디지털 오디오의 워터마킹 방법은 하위 비트의 부호화 방법, 위상 부호화 방법, 확산 스펙트럼(spread spectrum) 방법 및 반향 은폐 방법 등의 네 가지로 분류할 수 있다.
종래 기술에 따른 하위 비트 조작 기법은 디지털 오디오의 샘플링 지점 (sampling point)에서, 비교적 중요도가 떨어지는 비트 스트림(bit stream)을 워터마크로 대치하는 기술이다. 예를 들어, 샘플링 비율이 8 KHz인 경우, 워터마크 정보는 최대 8 Kbit/sec가 될 수 있다.
또한, 위상 부호화 기법은 디지털 오디오 데이터의 위상을 변화시키는 기법으로서, 통상적으로 사람의 청각이 음의 크기에는 민감하지만 위상의 변화에는 둔감하다는 점을 이용하여 위상 데이터에 워터마킹을 삽입하는 기술이다. 즉, 위상 부호화 기법은 시간 영역의 음악 데이터를 주파수 영역의 데이터로 변환을 한 후에, 워터마킹을 삽입하여 변화시킨 후에 다시 시간 영역으로 변화시키는 기술이다.
그런데, 위상의 변화는 매우 민감하므로 손실 압축에 쉽게 상실되어질 수 있다. 한편, 종래 기술에 따른 확산 스펙트럼 기법은 워터마크 정보를 어느 한 곳에 치우치지 않도록 광역화하여 확산시키는 기술로서, 종래의 주파수 영역법에 비하여 손실 압축과 재표본화 및 다른 데이터 조작에 대하여 내성을 지닌다.
그러나, 확산 스펙트럼 기법은 노이즈 레벨을 유지하고 들리지 않도록 오디오 신호의 0.5% 범위 내의 크기로 워터마크를 약하게 하여야 하는 제한이 있다. 한편, 종래 기술에 따른 반향 은폐 기법은 디지털 오디오의 신호를 손실시키지 않으면서 강인한 워터마크를 삽입할 수 있는 기술로서, 메아리를 이용하여 정보를 숨길 수 있다. 그러나, 반향 은폐 기법은 반향 첨가 또는 선형 예측 켑스트럼과 같이 제3 영역에서 쉽게 마크가 깨질 수 있다는 단점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 디지털 오디오에 적용할 수 있는 워터마킹 방법과 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 신속한 속도 능력을 구비하고, 압축에 내성을 지니는 워터마킹 방법과 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제3 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 노이즈 레벨의 변화가 없어 청취자가 원음과의 차이를 느낄 수 없는 수준을 보장하는 디지털 오디오 워터마킹 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제4 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 실시간 시간 도메인(time domain)에서 신속하게 워터마킹을 처리할 수 있는 워터마킹 방법과 장치를 제공하는데 있다.
도1은 본 발명에 따른 디지털 오디오 워터마크 삽입 및 추출 시스템의 구성도.
도2는 본 발명에 따른 워터마크 삽입 장치의 구성을 나타낸 도면.
도3은 본 발명에 따른 워터마크 위치 검색 장치의 구성을 나타낸 도면.
도4는 본 발명에 따라 유사도를 측정하는 일 실시예를 나타낸 도면.
도5는 본 발명에 따른 워터마크 추출 장치의 구성을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
40 : 원음 OM(x) 디지털 오디오 신호
41 : 제1 채널 신호
42 : 제2 채널 신호
50 : 워터마크 정보
51 : 워터마크 비트 스트림 신호
100 : 워터마크 생성 장치
200 : 워터마크 삽입 장치
201 : 워터마크 위치 검색부
202 : 채널 분리부
203 : 유사도 측정부
222 : 워터마크 신호 합산부
300 : 채널간 차이 측정부
310 : 정보 변환부
400 : 워터마크 추출 장치
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다채널 디지털 오디오 신호에 삽입될 워터마크를 바이너리 형태의 비트 스트림으로 변환하는 워터마크 생성부; 상기 디지털 오디오 신호를 구성하는 복수 개의 채널을 서로 분리하는 채널 분리부; 상기 복수 개의 채널의 상호 유사도를 산출하여 선정된 임계값과 비교하는 채널간 유사도 측정부; 및 상기 채널간 유사도 측정부가 산출한 채널간 유사도가 상기 선정된 임계값보다 큰 경우 상기 비트 스트림으로 변환된 워터마크를 삽입할 위치로 결정하고, 상기 디지털 오디오를 구성하는 제1 채널을 워터마크 삽입 채널로 하여, 상기 워터마크의 데이터 값이 "0" 또는 "1"인지 여부에 따라 상기 디지털 오디오를 구성하는 제2 채널의 대응 오디오 신호 값을 독출하여 상기 제1 채널의 대응 위치에 기입하거나 또는 기입하지 아니함으로써 바이너리 워터마크를 삽입하는 워터마크 합산부를 포함하는 디지털 오디오 워터마크 삽입 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 다채널 오디오 신호에 대하여 복수 개의 채널을 서로 분리하는 채널 분리부; 상기 복수 개의 채널의 상호 유사도를 산출하여 선정된 임계값과 비교하는 채널간 유사도 측정부; 상기 채널간 유사도 측정부가 산출한 채널간 유사도가 상기 선정된 임계값보다 큰 경우, 상기 디지털 오디오를 구성하는 제1 채널과 제2 채널 사이의 신호의 차이를 측정하는 채널간 신호 차이 측정부; 및 상기 채널간 신호 차이 측정부의 출력 결과, 신호 차이 존재의 유무에 따라 "1" 또는 "0" 으로 구성되는 바이너리 데이터 스트림의 워터마크를 추출하는 워터마크 정보 변환부를 포함하는 디지털 오디오 워터마크 추출 장치를 제공한다.
본 발명은 현재까지 시도되어지지 않았던 새로운 방법으로서, 다채널을 구비하고 있는 현재의 디지털 음악에 적용 가능하다. 즉, 하나의 채널은 원본 역할을 하며, 나머지 하나의 채널은 워터마크된 채널 역할을 하게 된다. 본 발명에 따른 워터마크 기술은 계산량이 종래 기술에 비해 월등히 적으므로, 속도가 빠르고 압축에 대해서도 내성을 지니는 장점이 있다.
본 발명에 따른 워터마크 기술은 원본 채널과 워터마크 채널간의 상관 관계를 계산하여 워터마크를 삽입하기 때문에, 노이즈 레벨이 거의 변화하지 않게 되어청취자가 원음과의 차이를 전혀 느끼지 못하는 장점이 있다. 특히, 본 발명은 워터마크 추출 속도가 빠르다는 점에서 휴대용 음악 플레이어에의 적용이 용이하며 실용성이 높은 기술이다.
이하, 첨부 도면 도1 내지 도5를 참조하여 본 발명에 따른 워터마크 기술을 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 디지털 오디오 워터마크 삽입 및 추출 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도1을 참조하면, 워터마크 정보(50)가 워터마크 생성 장치 (100)를 통해서 비트 스트림(bit stream) 신호(W; 51)로 변환된다. 변환된 워터마크 비트 신호(W; 51)는 워터마크 삽입 장치(200)를 통하여 원음 OM(x) 디지털 오디오 신호(40)에 삽입되고, 워터마크가 삽입된 음악(210) WM(x)은 워터마크 추출 장치(400)가 내장된 오디오 플레이어에서 실시간으로 워터마크 인증을 하게 된다. 이 때에, 불법 사용자의 오디오 플레이어에서는 음악이 연주되지 않으며, 정당한 사용자 인증 정보(51)가 추출된 경우에만 음악이 연주되게 할 수 있다.
도2는 본 발명에 따른 워터마크 삽입 장치(200)를 나타낸 도면이다. 도2를 참조하면, 본 발명에 따른 워터마크 삽입 장치(200)는 워터마크 위치 검색부(201)와 워터마크 신호(W; 51)를 합산부(222)로 구성되어 있다.
본 발명에 따른 워터마크 위치 검색 장치는 도3에 도시된 바와 같이 채널 분리부(202), 채널간 유사도 측정부(203), 워터마크를 삽입할 부분을 결정짓는 부분(204)으로 구성되어 있다. 도3을 참조하면, 입력된 오디오 원음(40) OM(x)은 채널 분리부(202)로 입력되어지고, 채널 분리부(202)에서 2개의 채널 신호(41, 42)로 분리된다. 분리된 2개의 채널 신호는 유사도 측정부(203)에 입력되고, 유사도를 측정하게 된다.
이어서, 채널간 유사도 측정부(203)를 통해 출력된 유사도는 선정된 임계값 (S)에 의해서 워터마크를 삽입할 것인지 삽입하지 않은 것인지를 결정하게 된다. 이 때에, 산출된 유사도가 임계값(S)보다 작은 경우에는 다시 채널 분리부(202)로 되돌아가서, 다른 부분의 유사도를 측정하게 된다.
한편, 산출된 유사도가 임계값(S)보다 큰 경우, 워터마크 삽입 위치가 결정되어 도2의 워터마크 신호(51)와 원음(40)을 합치는 부분(222)으로 입력되어지고, 워터마크가 삽입된 신호(210) WM(x)를 출력하게 된다.
도4는 본 발명에 따라 유사도를 측정하는 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도4를 참조하면, 제1 채널의 신호(41)와 제2 채널 신호(42)의 일부분을 비교하여, 유사도 측정(203) 예시 도면과 같이 유사도 값을 산출한다. 본 발명의 양호한 실시예에 따라, 유사도 측정은 다음과 같이 수행할 수 있다.
여기서, W1은 제1 채널의 신호, W2는 제2 채널의 신호로 할 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예로서, 디지털 오디오에 삽입될 워터마크의 비트 스트림에 대하여, 바이너리 워터마크 데이터 값이 "0" 또는 "1" 중의 어느 값인가에 따라서, 워터마크 채널에 다른 채널 신호를 복제하여 기입하거나 또한 그러지 아니함으로써 워터마크 비트 스트림을 기입할 수 있게 된다.
도5는 본 발명에 따른 워터마크 추출 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도5를 참조하면, 워터마크된 신호(210) WM(x)가 채널 분리부(202)에 입력되면 채널간의 유사도 측정부(203)는 유사도를 측정한다. 유사도 측정 결과 임계값(S)보다 작은 경우 채널 분리부(202)로 되돌아가서 다른 부분을 다시 두 채널(41, 42)로 분리하게 된다.
한편, 채널간 유사도 측정부(203)의 산출 유사도가 임계값(S)보다 큰 경우, 두 채널간 차이 측정부(300)로 신호가 입력되어 차이 값을 산출한다. 이 때에, 채널간 신호 차이 값이 존재하는가 그 유무에 따라 워터마크 정보 변환부(310)에서는 워터마크 바이너리 비트 스트림이 산출되게 된다. 이어서, 차이 값에 따른 바이너리 비트 스트림은 정보 변환부(310)에서 삽입된 저작권 또는 사용자 인증 정보로 변환되어 출력된다. 본 발명에 따른 워터마크 삽입 방법은 하나의 디지털 오디오 컨텐츠에 대하여 동일한 워터마크를 반복하여 삽입함으로써 그 에러 발생률을 감소시킬 수 있다.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명은 디지털 오디오를 구성하는 두 채널 중 하나의 채널은 원본으로 사용하고, 나머지 하나의 채널에 파형이 유사한 부위에 워터마크를 삽입함으로써, 청취자는 원음의 훼손을 감지하지 못하면서도 손쉽게 워터마킹을 수행할 수 있다. 그 결과, 워터마킹 수행 시간을 단축함으로써 사용자 인증을 신속하게 수행할 수 있고, 노이즈 레벨의 변화 없이 압축 내성이 구비된 디지털 오디오를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명은 워터마크를 빠르게 삽입하고 추출하기 위해서 주파수 영역으로의 변환이 없이 시간 영역(time domain)에서 워터마크를 바로 삽입함으로써, 실시간으로 워터마크의 삽입과 추출이 가능하다. 또한, 0.1 ~ 1초의 규정된 단위별로 1 비트의 정보를 삽입하고 다채널을 사용하므로, 더욱 많은 워터마크 정보를 삽입할 수 있다. 그러나, 만약의 정보 손실을 감안하여, 너무 많은 정보를 한번 삽입하는 것보다 같은 정보를 여러 번 되풀이 삽입할 수 있다. 본 발명에 따라 반복하여 삽입된 워터마크는 사용자 또는 저작자에 대한 정보를 더 정확하게 만들어줄 수 있다.
Claims (10)
- (a) 다채널 오디오 신호에 삽입할 워터마크를 비트 스트림으로 생성하는 단계;(b) 상기 다채널 오디오 신호에 대하여 채널을 서로 분리하는 단계;(c) 상기 분리된 복수 개의 채널에 대응된 제1 채널 및 제2 채널 오디오 신호에 대하여 상호 유사도를 산출하는 단계;(d) 상기 단계 (c)에서 산출된 유사도가 선정된 임계값보다 작은 경우, 상기 단계 (b)와 단계 (c)를 반복하는 단계;(e) 상기 단계 (c)에서 산출된 유사도가 상기 선정된 임계값보다 큰 경우, 상기 워터마크를 상기 복수 개의 채널 중 워터마크를 삽입할 제1 채널에 대하여, 상기 워터마크 비트 스트림의 데이터 값이 "1" 또는 "0" 중 어느 값인가에 따라, 상기 제1 채널에 상기 디지털 오디오에서 분리된 제2 채널의 데이터를 독출하여 기입하거나 또는 기입하지 아니함으로써 바이너리 형태의 워터마크를 삽입하는 단계를 포함하는 디지털 오디오의 워터마크 삽입 방법.
- 제1항의 단계 (c)에 있어서, 상기 유사도를 산출하는 단계는, 상기 오디오 신호를 구성하는 제1 채널을 W1, 제2 채널을 W2라 할 때에의 식으로 산출하는 것을 특징으로 하는디지털 오디오의 워터마크 삽입 방법.
- (a) 워터마크가 삽입된 다채널 오디오 신호에 대하여 상기 디지털 오디오를 구성하는 채널을 서로 분리하는 단계;(b) 상기 분리된 복수 개의 채널 중, 제1 채널 및 제2 채널 오디오 신호에 대하여 상호 유사도를 산출하는 단계;(c) 상기 단계 (b)에서 산출된 유사도가 선정된 임계값보다 작은 경우, 상기 단계 (a)와 (b)를 반복하는 단계;(d) 상기 단계 (b)에서 산출된 유사도가 상기 선정된 임계값보다 큰 경우, 상기 제1 채널과 상기 제2 채널 사이의 신호의 차이를 측정하여, 신호 차이의 유무에 따라 "1" 또는 "0"으로 구성되는 바이너리 데이터 스트림의 워터마크를 추출하는 단계를 포함하는 디지털 오디오의 워터마크 추출 방법.
- 제3항의 단계 (b)에 있어서, 상기 유사도를 산출하는 단계는, 상기 오디오 신호를 구성하는 제1 채널을 W1, 제2 채널을 W2라고 할 때에의 식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오의 워터마크 추출 방법.
- 다채널 디지털 오디오 신호에 삽입될 워터마크를 바이너리 형태의 비트 스트림으로 변환하는 워터마크 생성부;상기 디지털 오디오 신호를 구성하는 복수 개의 채널을 서로 분리하는 채널 분리부;상기 복수 개의 채널의 상호 유사도를 산출하여 선정된 임계값과 비교하는 채널간 유사도 측정부; 및상기 채널간 유사도 측정부가 산출한 채널간 유사도가 상기 선정된 임계값보다 큰 경우 상기 비트 스트림으로 변환된 워터마크를 삽입할 위치로 결정하고, 상기 디지털 오디오를 구성하는 제1 채널을 워터마크 삽입 채널로 하여, 상기 워터마크의 데이터 값이 "0" 또는 "1"인지 여부에 따라 상기 디지털 오디오를 구성하는 제2 채널의 대응 오디오 신호 값을 독출하여 상기 제1 채널의 대응 위치에 기입하거나 또는 그러지 아니함으로써 바이너리 워터마크를 삽입하는 워터마크 합산부를 포함하는 디지털 오디오 워터마크 삽입 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 유사도 측정부는 상기 오디오 신호를 구성하는 제1 채널을 W1, 제2 채널을 W2라고 할 때에의 식으로 산출하는 회로를 구비함을 특징으로 하는 디지털 오디오의 워터마크 생성 장치.
- 다채널 오디오 신호에 대하여 복수 개의 채널을 서로 분리하는 채널 분리부;상기 복수 개의 채널의 상호 유사도를 산출하여 선정된 임계값과 비교하는 채널간 유사도 측정부;상기 채널간 유사도 측정부가 산출한 채널간 유사도가 상기 선정된 임계값보다 큰 경우 워터마크가 삽입된 영역으로 판단하고, 상기 디지털 오디오를 구성하는 제1 채널과 제2 채널 사이의 신호의 차이를 측정하는 채널간 신호 차이 측정부; 및상기 채널간 신호 차이 측정부의 출력 결과, 신호 차이를 선정된 값과 비교하여 "1" 또는 "0" 으로 구성되는 바이너리 데이터 스트림의 워터마크를 추출하는 워터마크 정보 변환부를 포함하는 디지털 오디오 워터마크 추출 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 유사도 측정부는 상기 오디오 신호를 구성하는 제1 채널을 W1, 제2 채널을 W2라고 할 때에의 식으로 산출하는 회로를 구비함을 특징으로 하는 디지털 오디오의 워터마크 추출 장치.
- 다채널 디지털 오디오 신호에 삽입될 워터마크를 비트 스트림으로 변환하는 워터마크 생성부;상기 디지털 오디오 신호를 구성하는 복수 개의 채널을 서로 분리하는 채널분리부;상기 복수 개의 채널의 상호 유사도를 시간 도메인에서 서로 비교하여 산출하고, 선정된 임계값과 비교하는 채널간 유사도 측정부; 및상기 채널간 유사도 측정부가 산출한 채널간 유사도가 상기 선정된 임계값보다 큰 경우 상기 비트 스트림으로 변환된 워터마크를 삽입할 워터마크 삽입 영역으로 결정하고, 상기 디지털 오디오를 구성하는 제1 채널과 제2 채널 중 어느 하나에 워터마크를 삽입하고 나머지 하나의 채널은 원본 채널로 하여 워터마크를 삽입하는 워터마크 합산부를 포함하는 디지털 오디오 워터마크 삽입 장치.
- 독출된 다채널 오디오 신호에 대하여 복수 개의 채널을 서로 분리하는 채널 분리부;상기 복수 개의 채널의 상호 유사도를 시간 도메인에서 서로 비교하여 산출하고, 선정된 임계값과 비교하는 채널간 유사도 측정부;상기 채널간 유사도 측정부가 산출한 채널간 유사도가 상기 선정된 임계값보다 큰 경우 워터마크 삽입 영역으로 판단하고, 상기 디지털 오디오를 구성하는 제1 채널과 제2 채널 사이의 신호의 차이를 측정하는 채널간 신호 차이 측정부; 및상기 제1 채널과 제2 채널 중 어느 하나를 원본 채널로 하고, 다른 하나를 워터마킹 채널로 인식하고, 상기 채널간 신호 차이 측정부의 출력 결과 신호 차이를 선정된 값과 비교하여 바이너리 데이터 스트림의 워터마크를 추출하는 워터마크정보 변환부를 포함하는 디지털 오디오 워터마크 추출 장치.
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