KR100374665B1 - 디지털 워터마크의 삽입 및 검출방법과 이를 이용한워터마크 삽입/검출 장치 - Google Patents

디지털 워터마크의 삽입 및 검출방법과 이를 이용한워터마크 삽입/검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 워터마크의 삽입 및 검출방법 및 이를 이용한 워터마크 삽입 및 검출장치에 관한 것으로, 워터마크를 보다 빠르고 정확하게 삽입 및 검출할 수 있는 방법과 장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 워터마크를 생성시에 주파수영역으로의 변환없이 역 DCT 변환에 의하여 생성되는 워터마크를 공간영역에서 삽입함으로써 삽입 속도를 개선하고, 또한 입력영상을 워터마크의 크기로 분할후에 채널별로 독립적으로 워터마크를 삽입하여 반복되는 변환과정을 축소하는 한편 워터마크된 영상에 대하여 변형을 가했을 때도 워터마크의 추출에 강인하도록 하는데 특징이 있다.

Description

디지털 워터마크의 삽입 및 검출방법과 이를 이용한 워터마크 삽입/검출 장치 {METHOD OF INSERTING/DETECTING DIGITAL WATERMARKS AND APPARATUS FOR USING THEREOF}
본 발명은 디지털 멀티미디어 콘텐트에 대한 디지털 워터마크를 기록 및 검출하기 위한 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 워터마크를 변환하여 공간영역에서 워터마크를 삽입하여 기록하고 이를 검출하도록 함으로써 처리속도를 개선한 디지털 워터마크의 기록 및 검출방법 및 이를 이용한 기록/검출 장치에 관한 것이다.
최근 컴퓨터와 인터넷의 보급과 함께 멀티미디어 데이터의 빠른 유통과 함께 불법 복제 및 유통이 성행함에 따라 멀티미디어 데이터의 저작권에 대한 효율적인 보호 장치가 필요하게 되었다. 워터마킹 기술은 멀티미디어 데이터에 사용자 정보(워터마크)를 사용자가 인지할 수 없도록 삽입함으로써 불법복제를 막고 저작권자의 저작권을 보호하는 기술이다.
워터마크(watermark)란 고대에 파피루스(종이)를 만드는 과정에서 섬유질을 물에 풀었다가 물을 빼어 압착하기 위해 틀을 사용하는 과정에서 나온 마크를 의미한다. 중세에 제지업자들이 자신들의 고유상품 임을 증명하기 위해서 종이에 마크를 삽입했던 것이 중세의 워터마크이며, 오늘날에는 지폐를 제조하는 과정에서 종이가 젖어있을 때 인쇄를 하고 말린 후 양면에 인쇄를 하면 빛을 통해서만 확인할 수 있는 그림이 들어가는데, 이것을 워터마크라 부르기도 한다.
오늘날 디지털 매체의 증가와 함께, 디지털 워터마크라는 개념이 등장하였는데, 즉 아날로그 상의 종이가 디지털 종이의 개념으로 대체되듯이, 과거 워터마크를 삽입하던 아날로그 매체들이 모두 디지털화되면서 디지털 이미지, 오디오, 동영상 등에 숨겨지게 된 마크로서 디지털 워터마크라는 개념이 등장하게 된 것이다. 정리하면 워터마킹이란 일련의 멀티미디어 저작물(Multimedia Contents)을 보호하기 위하여 여기에 특별한 형태의 워터마크를 감추고 추출하는 모든 기술적 방법을 뜻한다. 초기에는 원래의 멀티미디어 저작물 자체에 대해서 은닉시키는 방법을 연구하였지만, 현재에는 많은 기술적 변환 방법을 이용한 강력한 워터마킹 기술이 개발되고 있는 추세이다.
워터마킹은 워터마크의 가시성(Visibility) 여부에 따라서 가시적 워터마킹(Visible Watermarking)과 비가시성 워터마킹(Invisible Watermarking)으로 분류되며, 비가시적 워터마킹에서는 워터마크를 삽입하는 방법에 따라 공간영역(Spatial Domain) 워터마킹과 주파수영역(Frequency Domain) 워터마킹으로 분류된다.
가시적 워터마킹은 원본 이미지에 눈으로 확인이 가능한 저작자 정보를 삽입함으로써 저작권을 명시하는 것으로서 손쉽게 사용할 수 있으나 원본이 손상될 수밖에 없다는 단점이 있다.
따라서 오늘날의 이미지 워터마킹 기술에 있어서는 비가시적 워터마킹이 주로 사용되고 있다. 이러한 비가시적 워터마킹은 인간 시각시스템(Human Visual System; HVS)의 감각한계를 이용하여 시각적으로는 감지할 수 없도록 워터마크를 삽입하는 기술이다. 공간 영역 워터마킹은 워터마크의 삽입이나 추출이 매우 간단한 반면, 일반적인 신호처리나 영상처리(비선형 필터링, 회전, 절단, 이동, 확대, 축소 변환 등), 압축에 의해서 워터마크가 소실될 가능성이 크다.
반면에 주파수 공간에서의 워터마킹 기법은 삽입과 추출을 위해서 푸리에 변환(Fourier Transform)이나 이산 코사인변환(Discrete Cosine Transform) 변환과 같은 변환 기법이 사용되기 때문에 알고리즘이 복잡하고 많은 연산량을 요구하는 단점은 있으나, 필터링이나 압축과 같은 일반적인 공격에 강인하다는 장점을 지닌다.
워터마크가 보이지 않도록 삽입하기 위해서는 넓은 영역에 낮은 값으로 삽입이 되어야하는데 이러한 기술로서 활용되고 있는 것이 Ingemar J. Cox의 확산 스펙트럼 방식이다. 확산 스펙트럼 방식에서는 의사 랜덤 시퀀스를 워터마크로 활용하는데, 이 시퀀스는 균일 분포함수를 가지며, 주파수의 전대역에 걸쳐서 고르게 분포되어 있기 때문에 효과적으로 사용할 수 있는 방법이다.
원본 영상을 주파수 공간으로 변환하는 방법으로는 일반적으로 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT), 이산여현변환(Discrete Cosine Transform; DCT), 웨이브렛 변환(Wavelet Transform)을 많이 사용하고 있으며, 변환평면에서 워터마크를 삽입하고 원 상태로 복원하는 방법을 취하고 있다. 그러나, 이 방법도 이미지의 회전이나 절단, 이동, 확대축소 등의 공격에서는 워터마크가 소실될 가능성이 크다.
공간 영역이나 주파수 영역에서의 워터마킹 방법이 나름대로 장단점을 보유하고 있으며, 주파수 영역 워터마킹 방법의 약점인 이미지의 회전, 확대 축소에 있어 워터마크의 손상 문제를 보완하기 위해서 로그-극좌표 맵핑(log-polar mapping)과 푸리에 변환을 이용한 워터마킹 방법이 개발되었는데 이 방법은 회전, 확대, 축소를 로그-극좌표 맵핑을 통해서 단순한 이동의 형태로 바꾸어주고 푸리에 변환의 진폭이 이동에 불변이라는 특징을 이용하여 워터마크를 검출한다. 그러나 이 방법도 압축과 같은 영상처리에 취약하고 영상 및 워터마크의 손실이 크다는 단점을 지닌다.
이상에서 알아본 것과 같이 일반적으로 개발된 영상의 워터마킹 기술들은 나름대로의 장단점을 보유하고 있다. 또한, 현재 널리 사용되고 있는 의사 랜덤 시퀀스 워터마크는 이미지에 어떠한 키(key) 값을 갖는 워터마크가 삽입되어 있음의 여부는 것은 확인할 수 있으나 다양한 저작권 정보를 삽입하고 이를 추출해 내기는 어렵다.
본 발명은 상술한 공간영역의 방법과 주파수영역의 방법을 혼용하여 워터마크의 삽입과 검출에 있어 용이하게 하고, 영상변형에 강인하도록 설계하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 워터마크를 삽입 및 검출함에 있어서 주파수영역에서의 변환을 통한 처리없이 공간영역에서의 워터마크를 주파수 역변환하여 워터마크를 삽입 및 검출함으로써 처리속도를 개선하는 것이다.
특히, 워터마크를 없애는 프로그램인 스터마크(Stirmark)에 강인하도록 하고, 삽입과 검출에 있어 신속성과 정확성을 충족시키는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 영상신호에 디지털 워터마크를 삽입하는 방법은
사용자키와 고유키를 이용하여 각각 의사잡음부호를 생성하는 단계;
사용자키에 의하여 생성된 의사잡음부호와 고유키에 의하여 생성된 의사잡음부호를 가산하는 단계;
디지털 워터마크를 생성하기 위하여 가산된 의사잡음부호를 역 이산여현변환을 수행하는 단계; 및
디지털 워터마크를 소정 크기로 리샘플링하는 단계를 포함하여 디지털 워터마크를 형성하고,
이러한 디지털 워터마크와 입력영상신호를 가산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 디지털 워터마크의 검출방법은
영상신호에 삽입된 디지털 워터마크의 성분을 강화하는 단계;
사용자키와 고유키를 이용하여 각각 의사잡음부호를 생성하는 단계;
사용자키에 의하여 생성된 의사잡음부호와 고유키에 의하여 생성된 의사잡음부호를 각각 역 이산여현변환을 수행하는 단계; 및
변환된 신호를 스케일링하는 단계를 포함하여 디지털 워터마크를 형성하고,
디지털 워터마크와 영상신호간의 상관도를 계산하는 단계;
상관도로부터 영상신호에 삽입된 워터마크를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
참고로, 스터마크란 워터마크 제거(Anti-Watermarking)를 위한 제품 중 하나로서, 스터마크 공격은 영상을 메시 워핑(mesh warping)시키는 것처럼 랜덤하게 변형시킴으로써 임의의 픽셀의 위치를 약간씩 변형시키고, 일부 영상을 잘라냄으로써 워터마크를 파괴한다.
이와 같이 안티 워터마킹(Anti-Watermarking)은 워터마크를 연구하는 과정에서 나온 부산물로서 이미지에 삽입된 워터마크를 다양한 방법으로 공격하여, 무력화시키는 것으로 주요 제품으로는 StirMark, UnZign 등이 있다.
상기에서와 같이, 본 발명은 기존의 공간 영역에서 워터마크를 삽입하는 방법과 유사하게 워터마크를 공간 영역에서 삽입하지만 워터마크를 주파수 역 변환하여 삽입함으로써 주파수 영역에서 워터마크를 삽입하는 것과 같은 효과를 만들어 낸다. 이렇게 함으로써 기존의 공간영역에서 단순히 워터마크를 생성하여 더하는 방식보다 워터마크의 강인성을 증대시킬 수 있다. 여기에 주파수 역변환하여 생성된 워터마크의 크기(size)를 리샘플링(Re-sampling)을 통해 확대하여 워터마크를 만듦으로써 스터마크를 거친 영상이라 할지라도 워터마크를 검출할 수 있도록 해준다.
워터마크의 검출에 있어서는 워터마크를 검출하기 위해 기존의 방법과는 다르게 워터마크된 영상에 대해 고주파 필터를 적용하고, 워터마크된 영상의 모든 블록을 합해줌으로써 영상 성분을 없애는 효과를 거둠으로써 워터마크의 검출의 속도를 향상시키는 한편 워터마크의 검출률을 높였다.
또한, 본 발명에 따른 디지털 영상 워터마킹 장치 및 방법에 의하면, 사용자 키값과 워터마크의 상관 관계에서 4차 모멘트(Kurtosis)를 이용한 첨예도와 최대값 및 그 위치를 이용함으로써, 워터마크 검출 및 인증의 정확성을 극대화시킨 특징을 갖는다.
도 1 은 본 발명에 따른 디지털 워터마크를 삽입 및 검출하기 위한 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2 는 도 1 에서의 워터마크 삽입 장치에서의 영상변환부의 동작흐름을 나타낸 도.
도 3 은 도 1 에서의 워터마크 삽입 장치에서의 워터마크 생성부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 4 는 도 1 에서의 워터마크 삽입장치에서의 영상기록부의 동작흐름을 나타낸 도.
도 5 는 도 1 에서의 워터마크 검출장치에서의 전처리부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 6 은 워터마크의 검출을 돕는 필터의 예로서, 도 6a 는 하이 부스트 필터를, 도 6b 는 라플라시안 필터를, 도 6c 는 7 x 7, 9 x 9 마스크를 가지는 DoG (Difference of Gaussian) 필터를 도시한 도이다.
도 7 은 워터마크의 효과적인 검출을 위해 사용되는 마스크 모양의 일 예를도시한 도.
도 8 은 도 1 에서의 워터마크 검출장치에서의 워터마크 생성부의 개략적인 구성을 도시한 블록도.
도 9 은 워터마크가 삽입되는 있는 경우를 가정하여 수학식 4 에 의하여 계산된 상관도를 플로팅한 도이다.
도 10 는 도 1 에서의 워터마크 검출장치의 워터마크 검출부의 동작흐름을 나타낸 도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 ... 워터마크 기록장치 110, 210 ... 영상변환부
120, 230 ... 워터마크 생성부 125, 130 ... 가산기
140 ... 영상기록부 220 ... 전처리부
240 ... 상관도 계산부 250 ... 워터마크 검출부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 워터마크 삽입 및 검출방법과 이를 이용한 삽입/검출 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 디지털 워터마크를 삽입 및 검출하기 위한 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1 에서의 디지털 워터마크 삽입 및 검출장치는 워터마크 삽입장치(100)와 워터마크 검출장치(200)로 이루어진다. 워터마크 삽입장치(100)는 입력영상(10)을 그 특성에 따라 소정의 형태로 변환하는 영상변환부(110), 워터마크를 생성하기 위한 워터마크 생성부(120), 영상변환부(110)의 출력된 영상신호에 워터마크 생성부(120)에서 생성된 워터마크를 가산하는 가산기(130) 및 워터마크가 삽입된 영상신호를 기록하는 영상기록부(140)를 포함한다.
또한, 워터마크 검출장치(200)는 재생되는 영상신호를 받아서 이를 소정의 형태의 포맷으로 변환하는 영상변환부(210), 영상변환부(210)의 출력신호중에 포함된 워터마크의 특성을 강화하기 위한 전처리부(220), 워터마크를 생성하기 위한 워터마크 생성부(230), 영상신호에 포함된 워터마크의 특성이 강화된 신호와 워터마크 생성부(230)에서 출력된 워터마크와의 상관관계를 계산하는 상관도 계산부(240), 및 상관도 계산부에서의 출력값에 따라 영상신호 중에 포함된 워터마크를 검출하기 위한 워터마크 검출부(250)를 포함한다.
상기와 같은 구성을 가지는 워터마크 삽입 및 검출장치에서의 동작을 각각 나누어서 살펴본다. 먼저, 워터마크 삽입장치(100)에서의 동작을 도 2 내지 도 4 를 참조하여 살펴본다.
워터마크를 디지털 영상신호 중에 삽입하기 위한 입력영상(10)이 영상변환부(110)로 입력된다. 영상변환부(110)의 동작 흐름에 대하여 도 2 를 참조하여 살펴보면, 영상변환부(110)는 입력영상(10)이 24비트 칼라 영상인가를 체크한다(S100단계). 만약, 입력영상이 24비트 칼라인 경우에는 하기의 수학식 1을 이용하여 입력영상의 RGB 성분을 YIQ (Y : Luminance(휘도), I : Inphase, Q : Quadrature) 포맷의 모델로 바꾼다(S110).
변환된 포맷의 모델에서 I 성분, Q 성분은 따로 저장하고 Y 성분만을 추출하여 스케일링을 수행한다(S120). 추출된 Y 성분은 다음 프로세스인 워터마크를 삽입하는 단계로 넘어간다.
S100 단계에서 입력 영상이 24 비트의 칼라 영상이 아닌 경우에는 바로 워터마크 삽입단계로 넘어간다. 즉, 입력 영상이 24비트의 칼라 영상이 아닌 경우에는 실제 입력되는 영상(10)이 24비트인 경우의 Y 성분과 동일한 신호에 해당하므로 YIQ 포맷으로의 변화프로세스를 수행하지 않고 워터마크 삽입단계로 바로 진행하게 된다. 따라서, 입력신호가 24비트가 아닌 경우에는 영상변환부(110)를 별도로 구비하지 않아도 가능하다.
또한, 상기의 경우는 RGB 입력 영상을 YIQ 포맷으로 변환하여 처리하였으나 R, G, B 각각의 채널 별로 워터마크를 삽입할 수도 있다.
상기에서의 영상변환부(110)로의 영상이 입력됨과 동시에 워터마크 생성부(120)는 도 3 에 도시된 구성에 의하여 워터마크를 생성한다. 먼저, 사용자키를 의사잡음 부호발생부(122)로 입력하면 이를 씨앗값(seed)으로 이용하여 의사잡음 부호를 발생시킨다. 한편, 사용자키와는 별도로 워터마크의 검출을 용이하게 하기 위해 발생시켜 놓은 고유키를 의사잡음 부호발생부(124)로 입력하여 동일한 방법으로 역시 의사 잡음부호를 생성한다.
이렇게 생성된 두 의사 잡음부호는 서로 가산되기 위하여 가산기(125)로 전달된다. 가산된 잡음부호는 역 2D-DCT부(126)로 입력되어 주파수 역변환, 즉 역 DCT 변환이 이루어진다. 이러한 잡음부호에 대한 역 DCT 변환은 신호를 주파수 영역으로 변환시키지 않으면서도 주파수 영역에서 워터마크를 삽입하는 것과 같은 효과를 발생시킬 수 있다. 이렇게 함으로써 워터마크가 여러 가지 영상 변형에 강인하게 된다.즉, 종래에는 입력영상을 대상으로 하여 DCT에 의하여 주파수 영역으로 변환을 한 후에 워터마크를 삽입하고, 다시 워터마크가 삽입된 입력영상을 역 DCT에 의해 공간영역으로 변환하였다. 그러나 워터마크의 측면에서 볼 때 단순히 역 DCT 에 의한 처리과정만이 있을 뿐이다. 따라서 본 발명에서는 워터마크를 역 DCT 하고 이를 공간영역에 삽입하여도 삽입할 주파수 영역을 고려하여 워터마크를 설계한다면 주파수 영역에서 워터마크를 삽입한 것과 같은 효과를 나타낼 수 있다.
이렇게 발생된 워터마크는 스케일 변환부(128)를 이용하여 원래의 워터마크보다 큰 크기로 리샘플링이 이루어진다. 리샘플링된 워터마크는 영상변환부(110)에서 출력된 영상신호에 가산되기 위하여 출력된다. 워터마크의 리샘플링은 가산될 영상의 블록과의 크기 차이를 맞추기 위한 것이다.
가산기(130)에서는 워터마크 생성부(120)로부터 만들어진 워터마크와 영상변환부(110)로부터 출력된 영상 신호를 더하기 위해 먼저 영상을 소정 크기의 블록, 즉 워터마크 크기로 분할한다. 분할된 영상신호와 워터마크 강도(Strength)를 조정하는 값을 적용하여 워터마크 신호와 더한다. 워터마크를 더하는 방법은 영상변환부(110)를 거쳐 R, G, B 24비트 영상일 경우 포맷 변환을 통해 Y성분에 워터마크를 삽입하거나 또는 영상변환부(110)를 거치지 않고 바로 각 채널마다, 즉 Gray 영상은 Gray 채널에, RGB 영상(24bit)은 R, G, B 각각의 채널에 독립적으로 워터마크를 삽입할 수 있음은 물론이다. 워터마크가 삽입된 신호가 출력되면, 이 신호는 영상기록부(140)로 입력되어 워터마크된 영상으로 저장된다.
영상기록부(140)에서의 기록동작을 도 4 를 참조하여 살펴본다. 영상기록부(140)에서는 워터마크가 삽입된 신호가 24 비트 영상인지 아닌지를 판단한다(S200단계). 워터마크가 삽입된 신호가 24비트 영상인 경우에는 이전의 YIQ 성분중에서 Y 성분이 추출되고 남은 IQ 성분과 Y 성분을 합성한다(S210단계). 합성 후에는 YIQ 포맷의 신호를 다음의 수학식 2 를 이용하여 RGB 신호로 다시 변환한다(S220단계).
상기와 같이 변환된 신호는 워터마크된 영상으로 저장매체에 저장된다(S230단계).
그러나, S200단계에서 만약 워터마크된 신호가 24비트의 영상이 아닌 경우에는 이전의 영상변환부(110)에서 별도의 변환과정을 거치지 않고 입력된 신호이므로 상기와 같은 변환이 필요하지 않으므로 바로 S230 단계로 진행하여 저장된다. 또한, 입력영상을 YIQ 포맷으로 변화시키지 않고, RGB 포맷으로 처리하는 채널별로 워터마크를 삽입한 경우에도 바로 S230 단계로 진행하여 저장된다.
상기에서와 같은 워터마크 삽입장치(100)는 워터마크의 생성시에 워터마크를 역 주파수 변환하여 바로 워터마크를 공간영역에 삽입함으로써 주파수 영역에서 삽입한 것과 동일한 효과를 발생할 수 있도록 하고, 또한 공간영역에서 바로 워터마크를 삽입함으로써 블록별로 영상을 매번 주파수 변환하는 과정을 줄일 수 있어서 워터마크를 삽입하는 속도를 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기와 같이 워터마크가 삽입된 영상신호로부터 워터마크를 검출하는 워터마크 검출장치를 도 1 을 참조하여 살펴본다.
워터마크된 영상은 여러 경로를 통해 불법적인 사용자에게 유입될 수 있고, 또한 무단 복제, 변형 등이 가해질 수 있다. 그러나, 앞서의 본 발명에 따른 워터마크 삽입장치(100)에 의하여 이루어진 워터마크는 스터마크와 같은 프로그램에 의하여도 영상에 삽입된 워터마크의 형태를 유지할 수 있는 강인한 것으로서, 이러한 방법에 의하여 기록된 워터마크를 검출하는 장치 및 방법에 대하여 살펴본다.
워터마크 검출장치(200)로 워터마크가 삽입되어 기록된 영상이 들어오면 먼저 영상변환부(210)를 통하여 소정 형태의 신호로 변환된다. 워터마크 검출장치(200)에서의 영상변환부(210)의 구성과 동작은 워터마크 삽입장치(100)에서의 영상변환부(110)와 동일하다. 즉, 입력영상이 24비트 영상인 경우에는 해당 입력영상을 RGB 포맷에서 YIQ 포맷으로 변환한 후에 Y 성분만을 추출하여 워터마크를 검출하기 위하여 출력하고, 24비트 영상이 아닌 경우에는 해당 입력영상을 변환없이 출력한다. 또한, 입력영상이 24비트인 경우에 RGB 의 신호 형태 그대로 출력한다.
영상변환부(210)에서 출력되는 영상신호는 전처리부(220)로 입력된다. 전처리부(220)는 영상신호 중에 포함되어 있는 워터마크의 특징을 강조하기 위한 것으로서, 그 세부적인 구성은 도 5 에 도시된 것처럼, 하이 부스트 필터(510), 영상의 블록합산부(520) 및 마스크부(530)로 구성된다.
하이 부스트 필터(510)는 영상신호의 고주파 성분을 살려주는 역할을 하는 것으로 여러 가지 필터의 형태를 가질 수 있다. 도 6 은 영상신호의 고주파 성분을 살펴주는 역할을 수행하는 여러 가지 공간 필터의 예를 도시한 것으로, 도 6a 는 하이 부스트 필터, 도 6b 는 라플라시안 필터, 그리고 도 6c 는 DoG 필터(Difference of Gaussian filter) 에서의 마스크의 형태를 각각 도시한 것이다.
도 6a 에서의 하이 부스트 필터는 워터마크의 검출을 돕고, 워터마크 신호를 강조해 주는 역할을 수행한다. 즉, 영상 성분의 에너지를 줄여주고 워터마크 신호의 에너지를 증대시키는 역할을 한다. 또한, DoG 필터는 다음 수학식 3 을 따른다.
영상의 블록합산부(520)는 워터마크된 영상을 워터마크를 삽입할 때 블록 별로 삽입했던 것과 마찬가지로 블록별로 더해주는 역할을 한다. 이러한 블록별 합산에 의하여 영상성분의 에너지는 평균에 가까워지지만 워터마크 성분은 점점 증대되기 때문에 역시 워터마크의 성분을 강화하는 역할을 수행한다.
마지막으로 영상 성분의 에너지를 줄여주고 워터마크 성분의 에너지를 강화하기 위해 마스크부(530)를 이용하여 워터마크를 강화한다. 도 7 은 워터마크 신호를 강화하기 위해 사용된 마스크부(530)에서의 필터의 일 예를 나타낸다.
상기에서와 같이 전처리부(220)의 하이 부스트 필터(222), 영상블록 합산부(224) 및 마스크(226)에서 이루어지는 작업은 영상신호 중에서 워터마크 성분을 강화하고자 하는 것으로 이들 중 적어도 어느 하나의 작업으로도 족하다.
한편, 워터마크 검출장치(200)의 워터마크 생성부(230)는 워터마크 삽입장치(100)의 워터마크 생성부(120)와는 다르게 신호를 출력한다. 즉, 워터마크 삽입장치(100)에서의 워터마크 생성부(120)는 사용자키와 고유키에 의해 발생된 2차원의 워터마크 신호를 더해서 역 2D-DCT를 수행하였으나, 워터마크 검출장치(200)에서의 워터마크 생성부(230)는 도 8 에 도시된 구성에 따라 처리가 이루어진다.
즉, 의사잡음 발생장치(220, 240) 각각에서 사용자 키와 고유키에 의해 발생된 두 2차원의 의사잡음부호가 서로 가산되지 않고 역 2D-DCT부(250)로 입력되어 각각 역 2D-DCT 변환되고, 스케일링부(260)로 워터마크의 크기를 스케일링 한다. 워터마크 검출과정에서 피크의 위치가 사용자키에 의해 검출했을 때와 고유키에 의해 검출했을 때 동일한 위치에서 나타나는 지를 파악하기 위해 검출과정에서는 사용자 키와 고유키에 의해 만들어진 의사잡음부호를 더하지 않고 각각 역 2D-DCT와 스케일링 장치를 거치게 된다. 이렇게 워터마크 신호가 만들어지고, 상관도계산부(240)로 입력되어 하기의 수학식 4 를 이용하여 상관도(Corr)를 구한다.
여기서 Wimg는 워터마크된 영상, 즉 전처리 과정을 거친 신호를 가리키고, Wm은 사용자키와 고유키를 이용하여 워터마크 생성부에 의해 발생된 영상에 삽입된 워터마크를 가리킨다. IFFT2 는 2차원 역 고속 푸리에 변환을, FFT2 는 2차원 고속 푸리에 변환을, 그리고 conj는 켤레 복소수를 나타낸다.
도 9 는 워터마크가 삽입되는 있는 경우를 가정하여 상기 수학식 4 에 의하여 계산된 상관도를 플로팅한 것이다. 이 수학식 4 에 의하여 구해지는 상관관계는 어떤 하나의 값이 아니라 2차원 시퀀스의 형태이므로 이러한 복수개의 값들을 비교하여 최대 피크값과 그 위치를 다음의 과정을 통하여 구할 수 있다.
워터마크 검출부(250)는, 도 10 에 도시된 것처럼, 피크가 발생되면 워터마크 생성부(230)에서 고유키와 사용자키를 통해 워터마크를 발생시켰듯이 이 두 키값이 모두 존재하는지 그리고 똑같은 위치에서 피크가 생기는지를 검사한다(S300단계). 두 피크의 위치가 동일한 위치에서 생기면 첨예도를 계산한다(S310단계). 첨예도의 계산은, 4차 모멘트(Kurtosis; K)를 통하여 K 값이 소정의 임계치 이상의 값을 가지는 가를 판단하여(S320단계), 두 조건을 모두 만족하였을 때 워터마크를 검출한 것으로 판단한다.
그러나, S320 단계에서의 조건을 만족하지 못할 때에는 워터마크가 검출되지않는 것으로 판단한다.
상기에서 기술한 것처럼, 본 발명은 워터마크를 삽입하고 검출하는 방법과 장치에 관한 것으로 삽입과 검출에 있어 보다 빠르고 정확한 추출을 할 수 있도록 설계되었고, 워터마크의 구성을 바꿔줌으로써 워터마크의 신호 변형에 대한 강인성을 향상시켰다.
즉, 기존의 워터마킹 방법은 공간 영역 방법과 주파수 영역 방법이 독립적으로 적용되어 워터마킹 되었던 것과는 달리 이 두 가지 방법 모두를 활용하여 워터마크 삽입의 신속성과 비가시성, 그리고 강인성을 동시에 만족한다.
본 발명은 상기의 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 이는 예시를 위하여 사용된 것이며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 청구범위에서 정의된 것처럼 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 다양한 수정을 할 수 있다.

Claims (22)

  1. 영상신호에 디지털 워터마크를 삽입하는 방법에 있어서,
    사용자키와 고유키를 이용하여 각각 의사잡음부호를 생성하는 단계;
    상기 사용자키에 의하여 생성된 의사잡음부호와 상기 고유키에 의하여 생성된 의사잡음부호를 가산하는 단계;
    디지털 워터마크를 생성하기 위하여 상기 가산된 의사잡음부호를 역 이산여현변환을 수행하는 단계; 및
    상기 디지털 워터마크를 소정 크기로 리샘플링하는 단계에 의하여 형성되는 디지털 워터마크와 상기 영상신호를 가산하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 삽입방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 워터마크와 상기 영상신호의 가산은 상기 영상신호를 상기 워터마크의 크기로 분할하는 단계; 및,
    분할된 영상신호와 워터마크신호를 채널별로 가산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 삽입방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 영상신호가 24비트의 크기를 가지며, 상기 디지털 워터마크와 상기 영상신호를 가산하기 전에 RGB 포맷으로 입력되는 상기 영상신호를 YIQ(Y: Luminance, I: In-Phase, Q : Quadrature) 포맷으로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 YIQ 포맷의 성분중에서 Y 성분만을 추출하는 단계를 더 포함하며, 상기 Y 성분이 상기 디지털 워터마크와 가산되는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 삽입방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 영상신호가 24비트의 크기를 가지며, RGB 포맷으로 입력되는 상기 영상신호가 R, G, B 의 채널별로 상기 디지털 워터마크와 가산되는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 삽입방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 영상신호와 상기 디지털 워터마크가 가산된 영상신호를 저장하는 단계를 더 포함하며, 상기 저장단계는
    상기 IQ 성분과 상기 가산된 영상신호를 합성하는 단계;
    상기 합성된 신호를 RGB 포맷으로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 신호를 저장매체에 기록신호로서 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 삽입방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 영상신호와 가산된 디지털 워터마크를 포함하는 영상신호를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 삽입방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 리샘플링 단계는 상기 워터마크보다 큰 크기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 워터마크의 삽입방법.
  8. 영상신호에 삽입된 디지털 워터마크를 검출하는 방법에 있어서,
    상기 영상신호에 삽입된 디지털 워터마크의 성분을 강화하는 단계;
    사용자키와 고유키를 이용하여 각각 의사잡음부호를 생성하는 단계;
    상기 사용자키에 의하여 생성된 의사잡음부호와 상기 고유키에 의하여 생성된 의사잡음부호를 각각 역 이산여현변환을 수행하는 단계; 및
    상기 변환된 신호를 스케일링하는 단계를 포함하여 디지털 워터마크를 형성하고,
    상기 디지털 워터마크와 상기 영상신호간의 상관도를 계산하는 단계;
    상기 상관도로부터 상기 영상신호에 삽입된 워터마크를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 검출방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 영상신호에 삽입된 디지털 워터마크의 성분을 강화하는 단계의 수행 전에
    상기 영상신호가 24비트의 신호인가의 여부를 판단하는 단계;
    상기 입력영상신호가 24비트인 경우에 RGB 포맷의 입력영상신호를 YIQ 포맷으로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 YIQ 포맷의 성분중에서 Y 성분만을 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 검출방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 영상신호가 24비트가 아닌 경우에는 변환없이 상기 영상신호에 삽입된 디지털 워터마크의 성분이 강화되는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 검출방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 디지털 워터마크의 성분을 강화하는 단계는
    상기 영상신호의 고주파 성분을 필터링하는 단계;
    필터링된 상기 영상신호를 블록별로 합산하는 단계; 및
    상기 영상신호에서의 영상성분의 에너지를 줄이고 워터마크 성분의 에너지를 증대시키기 위하여 마스킹을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 검출방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 고주파 성분을 필터링하는 단계는 하이 부스트 필터, 라플라시안 필터 또는 DoG (Difference of Gaussian) 필터에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 검출방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 상관도의 계산은 하기의 식에 의하여 이루어지며,
    여기서 Wimg는 워터마크가 삽입된 영상신호를 가리키고, Wm은 사용자키와 고유키를 이용하여 생성된 워터마크를, IFFT2 는 2차원 역 고속 푸리에 변환을, FFT2 는 2차원 고속 푸리에 변환을, 그리고 conj는 켤레 복소수를 나타내는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 검출방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 워터마크 검출단계는
    상기 상관도로부터 피크 위치를 계산하는 단계;
    상기 피크의 첨예도를 계산하는 단계; 및
    상기 피크위치와 상기 첨예도에 따라 상기 영상신호 중에 워터마크의 포함여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 검출방법.
  15. 워터마크를 영상신호에 삽입하는 디지털 워터마크 삽입장치에 있어서,
    워터마크를 생성하기 위한 워터마크 생성수단; 및
    상기 워터마크를 상기 영상신호에 가산하기 위한 제 1 가산수단을 포함하며,
    상기 워터마크 생성수단은
    a) 사용자키를 이용하여 의사잡음부호를 생성하는 제 1 의사잡음부호발생수단;
    b) 고유키를 이용하여 의사잡음부호를 생성하는 제 2 의사잡음부호발생수단;
    c) 상기 제 1 의사잡음발생수단과 상기 제 2 의사잡음발생수단에서 생성된 의사잡음부호를 가산하기 위한 제 1 가산수단;
    d) 상기 가산된 의사잡음부호를 역 이차원 이산여현변환하여 워터마크를 발생하는 변환수단; 및
    e) 상기 워터마크를 소정 크기로 리샘플링하는 샘플링수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크 삽입장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 가산수단은
    상기 영상신호를 상기 워터마크 크기로 분할하고, 분할된 영상신호와 상기 워터마크를 각 채널마다 가산하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크 삽입장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 영상신호와 상기 워터마크를 가산하기 전에 상기 영상신호의 포맷을 변환시키기 위한 영상변환수단을 더 포함하며, 상기 영상변환수단은
    상기 영상신호의 헤더정보를 판독하여 24비트의 영상인가의 여부를 판단하는 제 1 판단수단;
    상기 영상신호가 24비트의 영상신호인 경우에 RGB 포맷의 상기 영상신호를 YIQ 포맷으로 변환하는 제 1 변환수단; 및
    상기 YIQ 포맷으로 변환된 영상신호중에서 Y 성분만을 추출하는 추출수단을 포함하며,
    상기 영상신호가 24비트가 아닌 경우에는 변환없이 제 1 가산수단으로 출력되는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크 삽입장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 가산수단에 의하여 상기 워터마크가 삽입된 상기 영상신호를 저장하기 위한 영상저장수단을 더 포함하며,
    상기 영상저장수단은
    상기 영상신호의 헤더정보를 판독하여 24비트의 영상인가의 여부를 판단하는 제 1 판단수단;
    상기 영상신호가 24비트의 영상신호인 경우에 Y 성분인 상기 워터마크가 삽입된 영상신호와 상기 추출수단에 의하여 분리된 IQ 성분을 합성하는 합성수단; 및
    상기 합성된 YIQ 포맷의 신호를 RGB 포맷으로 변환하는 제 2 변환수단을 포함하여 처리된 상기 영상신호를 기록매체상에 저장하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크 삽입장치.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 샘플링수단은 상기 워터마크보다 큰 크기로 리샘플링하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크 삽입장치.
  20. 영상신호에 포함된 워터마크를 검출하는 장치에 있어서,
    재생된 상기 영상신호에 포함된 워터마크를 강조하기 위한 전처리수단;
    워터마크신호를 생성하기 위한 워터마크 생성수단;
    상기 워터마크가 강조된 영상신호와 상기 워터마크 생성수단에 의하여 생성된 워터마크신호간의 상관도를 구하기 위한 상관수단; 및
    상기 상관도의 결과에 따라 상기 영상신호에 포함된 워터마크를 검출하기 위한 검출수단을 포함하며,
    상기 워터마크 생성수단은
    a) 사용자키를 이용하여 의사잡음부호를 생성하는 제 1 의사잡음부호발생수단;
    b) 고유키를 이용하여 의사잡음부호를 생성하는 제 2 의사잡음부호발생수단;
    c) 상기 제 1 및 제 2 의사잡음부호발생수단에 의하여 생성된 의사잡음부호를 각각 역 이차원 이산여현변환하여 워터마크를 발생하는 변환수단; 및
    d) 상기 워터마크를 소정 크기로 스케일링하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 검출장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 전처리수단은
    상기 영상신호의 주파수 성분을 필터링하기 위한 필터링 수단;
    필터링된 상기 영상신호를 블록별로 합산하기 위한 블록합산수단; 및
    상기 영상신호중에서 영상성분의 에너지를 줄여주고 상기 영상신호중에 삽입되어 있는 워터마크 성분의 에너지를 강화하기 위하여 소정 형태의 마스크를 이용하여 마스킹을 수행하는 마스킹수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 검출장치.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 검출수단은 상기 상관수단에 의하여 얻어진 상관도로부터 피크가 발생하는 위치와 상기 피크의 첨예도에 상기 영상신호 중에 워터마크의 포함여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크의 검출장치.
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