KR100430566B1 - 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치 및그 방법 - Google Patents

반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치 및그 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 음질의 왜곡을 최소화시키면서 워터마크 검출의 강인성을 향상시킨 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치에 있어서, 워터마킹하고자 하는 오디오 신호를 입력받아, 소정의 시간단위로 분할하기 위한 오디오 신호 분할수단; 상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 1 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 1 지연시간과 다른 제 2 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어진 제 1 반향 커널을 생성하기 위한 제 1 반향 커널 생성수단; 상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 3 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 3 지연시간과 다른 제 4 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어져, 상기 제 1 반향 커널과 구분되는 제 2 반향 커널을 생성하기 위한 제 2 반향 커널생성수단; 상기 반향 커널 생성수단에서 생성된 상기 제 1 반향 커널 및 제 2 반향 커널을 워터마크 검출장치에서 검출할 수 있도록 그 정해진 순서에 따라 상기 반향 커널을 선택하기 위한 반향 커널 선택수단; 상기 오디오 신호 분할수단으로부터 입력받은 상기 분할된 오디오 신호와 상기 반향 커널 선택수단으로부터 입력받은 상기 선택된 반향 커널에 대해 상호 컨벌루션 연산을 취하기 위한 컨벌루션 연산수단; 및 상기 컨벌루션 연산수단에 의해 컨벌루션 연산된 분할된 오디오 신호를 입력받아 중첩가산시킴으로써, 워터마킹된 오디오 신호를 생성하기 위한 중첩가산수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 오디오 워터마킹 기술 등에 이용됨.

Description

반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치 및 그 방법 {Method and Apparatus of Echo Signal Injecting in Audio Water-Marking using Echo Signal}
본 발명은 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양의 반향 커널과 음의 반향 커널을 함께 사용하여 워터마크 신호검출의 강인성을 유지하면서 반향 커널에 의한 음질의 왜곡을 최소화시키는 것이다.
오디오 워터마킹이란, 오디오 정보를 포함하고 있는 디지털 컨텐츠에 저작권 혹은 기타의 정보를 들리지 않도록 삽입하고 추출하는 기술이다. 저작권 보호를 위한 용도로 사용하기 위한 워터마크의 가장 중요한 요구사항은 인간의 귀에 지각되지 않아야 한다는 것이다. 즉, 워터마크가 삽입된 오디오 신호는 삽입 이전의 원 신호와 비교했을 때 음질의 차이가 나지 않아야 한다. 또한, 삽입되는 워터마크 신호는 쉽게 소실되지 않아야 하는 중요한 정보이므로 오디오 신호가 임의의 시스템에서 일반적으로 거쳐야 하는 디지털/아날로그 변환, 아날로그/디지털 변환, 편집, 필터링, 압축 등의 신호처리 과정 이후에도 검출이 가능하도록 강인해야만 한다.
지금까지 개발된 대표적인 오디오 워터마킹 방법으로는 LSB(Least Significant Bit) 부호화 방법, 위상 정보를 변형하는 방법, 대역 확산을 이용한 방법, 반향(Echo) 신호를 이용하는 방법 등이 있다. 이 가운데 특히, 반향을 이용한 워터마킹이란 귀에 들리지 않을 만큼의 작은 반향을 오디오 신호에 삽입함으로써 워터마크 정보를 삽입하는 기술이다.
즉, 오디오 신호를 일정한 구간별로 나누고 각 구간에 삽입하고자 하는 이진수 워터마크 값에 따라 지연시간이 다른 반향을 삽입함으로써 부호화하고, 복호화 과정에서는 각 구간 별로 삽입된 반향의 지연시간을 검출함으로써 워터마크 정보를 복호화한다. 반향을 이용한 워터마킹은 삽입되는 워터마크 신호가 부가의 잡음이 아닌 오디오 신호 자체이기 때문에 음질면에서 우수한 장점을 갖는다. 하지만 이러한 우수한 음질상의 우수성에도 불구하고, 워터마크 신호 검출의 강인성을 고려하지 않을 수 없으며, 강인한 워터마크 신호 검출을 위해서 반향 커널의 크기를 크게하여야 한다. 그런데 종래 기술로는 이렇듯 큰 반향 커널의 삽입으로 인한 음질의 왜곡은 피할 수 없으며, 워터마크 신호 검출의 강인성과 음질의 왜곡 방지라는 두 상충되는 조건을 동시에 충족시킬 수 없는 문제점이 있었다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술의 문제점에 대해 상세히 설명한다.
도 1 은 종래기술에 따른 양의 크기를 갖는 단 반향 커널에 대한 설명도이다.
여기서, 반향 커널(kernel)이라 함은, 시간축에서의 충격 응답을 나타낸다.
워터마킹에 사용되는 반향 커널은 지연시간 t1(103)이 매우 짧기 때문에 인간의 귀에 같은 소리가 지연되어 들리는 현상인 메아리로 지각되지 않고 원 신호의 음색이 변화하는 착색(coloration) 효과를 일으키며 지각된다. 착색 효과의 정도를 분석하기 위해서는 반향 커널이 삽입된 오디오 신호를 주파수 영역에서 분석해야 한다.
도 2 는 상기 도 1 의 반향 커널에 대한 주파수 크기 응답을 나타내는 설명도로서, 양의 단 반향 커널에 대한 주파수 크기 응답을 나타낸다.
여기서, 가로축은 인간의 주파수 분해능력을 모방하여 만든 임계 대역율(critical-band rate)(105)을 사용하였다. 이 응답 곡선(106)이 전 대역에서 편평할수록, 즉 0 데시벨 기준선(107)에 가까울수록 착색 효과가 적어서 그만큼 원음에 가까운 소리를 제공한다. 인간의 귀는 한 임계 대역내에서는 응답 곡선이 심하게 변화하여도 그것을 분해할만한 주파수 해상력을 갖지 못하고 그 평균적인 크기에 의해 소리를 인지하게 되므로 높은 주파수 영역보다는 낮은 주파수 영역에서의 응답 특성이 보다 중요하다. 그런데, 양의 단 반향에 대한 주파수 응답 곡선(106)은 낮은 주파수 영역에서 각 임계 대역의 크기가 크게 변화하고 있기 때문에 이 대역에서의 음색 변화, 즉 왜곡이 크다. 이때, 최대 이득과 최소 이득 사이의 폭 A1(108)은 단 반향 커널(102)의 크기 a1(104)에 의해 결정되고, 주파수 대역에서 상하로 변화하는 빈도는 지연시간 t1(103)에 의해 결정되게 된다.
즉, 단 반향 커널(102)의 크기 a1(104)이 클수록 주파수 대역에서의 최대 이득과 최소 이득 사이의 폭 A1(108)은 커지며, 지연시간 t1(103)이 길어질수록 주파수 대역에서 상하로 변화하는 빈도는 잦게 된다. 따라서, 응답의 크기 변화폭 A1(108)을 낮추기 위해서는 반향 커널(102)의 크기 a1(104)을 작게 할 수 밖에 없으며, 이는 반향 커널(102)의 검출을 어렵게 하는 원인이 된다.
도 3 은 상기 도 1 의 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타내는 일실시예 설명도로서 양의 단 반향 커널(102)이 삽입된 임의의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타낸다.
반향 커널(102)이 삽입되기 전의 오디오 신호에 대한 켑스트럼(109)과 비교할 때, 반향 커널(102)의 지연시간 t1(103) 및 그의 배수에 해당하는 샘플 위치에서 피크(111, 112)가 검출되는 현상이 나타난다. 워터마크 복호화기에서는 이 피크(111, 112)의 위치를 이용하여 워터마크를 복호화한다. 이때, 피크(111, 112)의 상대적 돌출 정도는 삽입할 때 사용한 반향 커널(102)의 크기 a1(104)에 비례하게 되므로 크게 삽입할수록 검출이 용이하다. 특히, 워터마크가 삽입된 오디오 신호가 압축, 필터링과 같은 신호처리적인 과정을 거치고 나면 켑스트럼의 피크(111,112)는 무뎌지거나 사라지기 쉬우며, 복호화기에서 켑스트럼 피크를 검출하지 못하면 올바른 워터마크를 복호화할 수 없다.
반향 커널(102)의 삽입으로 인한 왜곡(착색 효과)을 최소화하기 위해서 반향 커널(102)의 크기 a1(104)을 가급적 작게 해야 하고, 반대로 검출의 강인성을 향상시기키 위해서는 반향 커널(102)의 크기 a1(104)을 크게 해야 하므로 이 두 요구사항은 상충되며, 이러한 상충되는 요구사항을 동시에 충족시키지 못하는 문제점이 있었다.
도 4 는 종래기술에 따른 양의 크기를 갖는 다중 반향 커널에 대한 설명도이다.
도 5 는 상기 도 4 의 반향 커널에 대한 주파수 크기 응답을 나타내는 설명도로서, 양의 다중 반향 커널 중 특히 그 반향 커널의 개수가 2 개인 반향 커널에 대한 주파수 크기 응답을 나타낸다.
도 6 은 상기 도 4 의 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타내는 설명도로서 양의 다중 반향 커널 중 특히 그 반향 커널의 개수가 2개인 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타낸다.
도 4 의 경우처럼 하나의 큰 반향 커널(102) 대신 두 개 이상의 양의 반향 커널(202, 203)을 삽입하는 경우, 도 6 에 도시한 바와 같이 켑스트럼을 이용한 피크(211, 212)의 검출은 가능하지만, 도 5 에 나타나듯 낮은 주파수 영역(208)에서의 음질 왜곡(착색 효과)은 상기 도 2 에서와 마찬가지로 피하기 어려우며, 높은 주파수 영역(210)에서도 주파수 응답에 왜곡이 생겨 단 반향 커널(102)을 사용하는경우보다 음질은 더 나빠질 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 종래의 방법으로 반향 커널을 삽입하면, 음질 왜곡을 발생시키지 않으면서도 검출에 강인한 워터마크를 생성하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 음질의 왜곡을 최소화시키면서 워터마크 검출의 강인성을 향상시킨 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공함에 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은 기존의 반향 커널과 같이 반향 커널의 부호가 항상 양의 값을 갖는 경우와는 달리 음의 값을 갖는 반향 커널을 고려하여, 양의 반향 커널과 음의 반향 커널을 조합한 반향 커널을 삽입함으로써, 임계 대역율 축에서의 주파수 응답이 상대적으로 평평한 전달 특성을 얻는다. 다시 말하면, 워터마크 검출의 강인성을 유지하면서도 음질의 왜곡을 최소화하게 된다.
도 1 은 종래기술에 따른 양의 크기를 갖는 단 반향 커널에 대한 일실시예 설명도.
도 2 는 상기 도 1 의 반향 커널에 대한 주파수 크기 응답을 나타내는 일실시예 설명도.
도 3 은 상기 도 1 의 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타내는 일실시예 설명도.
도 4 는 종래기술에 따른 양의 크기를 갖는 다중 반향 커널에 대한 일실시예 설명도.
도 5 는 상기 도 4 의 반향 커널에 대한 주파수 크기 응답을 나타내는 일실시예 설명도.
도 6 은 상기 도 4 의 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타내는 일실시예 설명도.
도 7 은 음의 크기를 갖는 단 반향 커널에 대한 일실시예 설명도.
도 8 은 상기 도 7 의 반향 커널에 대한 주파수 크기 응답을 나타내는 일실시예 설명도.
도 9 는 상기 도 7 의 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타내는 일실시예 설명도.
도 10 은 본 발명에 따른 양의 단 반향 커널과 음의 단 반향 커널을 함께 가지는 반향 커널에 대한 일실시예 설명도.
도 11 은 상기 도 10 의 반향 커널에 대한 주파수 크기 응답을 나타내는 일실시예 설명도.
도 12 는 상기 도 10 의 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타내는 일실시예 설명도.
도 13a 는 종래기술에 따른 양의 단 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호의 파형을 나타내는 일실시예 설명도.
도 13b 는 도 13a 의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타내는 일실시예 설명도.
도 14a 는 본 발명에 따른 양의 단 반향 커널과 음의 단 반향 커널을 함께 가지는 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호의 파형을 나타내는 일실시예 설명도.
도 14b 는 상기 도 14a 의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타내는 일실시예 설명도.
도 15 는 본 발명에 따른 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입장치의 일실시예 구성도.
도 16 은 본 발명에 따른 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 방법에 대한 일실시예 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
601 : 오디오 입력신호 602 : 분할부
603 : "0" 반향 커널 발생부 604 : "1" 반향 커널 발생부
605 : 반향 커널 선택부 606 : 워터마크 신호
607 : 컨벌루션부 608 : 중첩가산부
609 : 워터마킹된 오디오 신호
610 : 반향 삽입 장치
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치에 있어서, 워터마킹하고자 하는 오디오 신호를 입력받아, 소정의 시간단위로 분할하기 위한 오디오 신호 분할수단; 상기 분할된 오디오 신호를기준으로, 제 1 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 1 지연시간과 다른 제 2 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어진 제 1 반향 커널을 생성하기 위한 제 1 반향 커널 생성수단; 상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 3 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 3 지연시간과 다른 제 4 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어져, 상기 제 1 반향 커널과 구분되는 제 2 반향 커널을 생성하기 위한 제 2 반향 커널 생성수단; 상기 반향 커널 생성수단에서 생성된 상기 제 1 반향 커널 및 제 2 반향 커널을 워터마크 검출장치에서 검출할 수 있도록 그 정해진 순서에 따라 상기 반향 커널을 선택하기 위한 반향 커널 선택수단; 상기 오디오 신호 분할수단으로부터 입력받은 상기 분할된 오디오 신호와 상기 반향 커널 선택수단으로부터 입력받은 상기 선택된 반향 커널에 대해 상호 컨벌루션 연산을 취하기 위한 컨벌루션 연산수단; 및 상기 컨벌루션 연산수단에 의해 컨벌루션 연산된 분할된 오디오 신호를 입력받아 중첩가산시킴으로써, 워터마킹된 오디오 신호를 생성하기 위한 중첩가산수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명은, 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 방법에 있어서, 워터마킹하고자 하는 오디오 신호를 입력받아, 소정의 시간단위로 분할하는 제 1 단계; 상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 1 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 1 지연시간과 다른 제 2 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어진 제 1 반향 커널을 생성하는 제 2 단계; 상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 3 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 3 지연시간과 다른 제 4 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어져, 상기 제 1 반향 커널과 구분되는 제 2 반향 커널을 생성하는 제 3 단계; 상기 제 1 반향 커널 및 제 2 반향 커널을 워터마크 검출장치에서 검출할 수 있도록 그 정해진 순서에 따라 상기 반향 커널을 선택하는 제 4 단계; 상기 제 1 단계에서 생성된 분할된 오디오 신호와 상기 제 4 단계에서 생성된 선택된 반향 커널을 상호 컨벌루션 연산을 취하는 제 5 단계; 및 상기 제 5 단계에서 컨벌루션 연산된 분할된 오디오 신호를 중첩가산시킴으로써 워터마킹된 오디오 신호를 생성하는 제 6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명은, 프로세서를 구비한 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치에, 워터마킹하고자 하는 오디오 신호를 입력받아, 소정의 시간단위로 분할하는 제 1 기능; 상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 1 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 1 지연시간과 다른 제 2 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어진 제 1 반향 커널을 생성하는 제 2 기능; 상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 3 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 3 지연시간과 다른 제 4 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어져, 상기 제 1 반향 커널과 구분되는 제 2 반향 커널을 생성하는 제 3 기능; 상기 제 1 반향 커널 및 제 2 반향 커널을 워터마크 검출장치에서 검출할 수 있도록 그 정해진 순서에 따라 상기 반향 커널을 선택하는 제 4 기능; 상기 제 1 기능에서 생성된 분할된 오디오 신호와 상기 제 4 기능에서 생성된 선택된 반향 커널을 상호 컨벌루션 연산을 취하는 제 5 기능; 및 상기 제 5 기능에서 컨벌루션 연산된 분할된 오디오 신호를 중첩가산시킴으로써 워터마킹된 오디오 신호를 생성하는 제 6 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
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.
도 7 은 음의 크기를 갖는 단 반향 커널에 대한 설명도로서, 상기 도 1 의 양의 크기를 갖는 단 반향 커널(102)과 크기는 갖지만 부호가 반대인 단 반향 커널(302)을 나타낸다.
도 8 은 상기 도 7 의 반향 커널에 대한 주파수 크기 응답을 나타내는 설명도로서, 음의 크기를 갖는 단 반향 커널에 대한 주파수 크기 응답을 나타낸다.
도 9 는 상기 도 7 의 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타내는 설명도로서, 음의 크기를 갖는 단 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타낸다.
음의 단 반향 커널(302)의 삽입은, 시간 영역에서 관찰할 경우 위상 반전된 단 반향 신호를 삽입하는 것을 의미하며, 상기 도 7 의 주파수 응답곡선(306) 역시 상기 도 2 의 양의 단 반향 커널의 주파수 응답(106)과 비교할 때, 0 데시벨 기준선(305)을 기준으로 상하 반전되어 있는 형태이다.
한편, 도 9 에 도시된 바와 같이, 음의 단 반향 커널(302)이 삽입된 오디오 신호에 대해서 켑스트럼 연산을 하면, 상기 도 3 의 켑스트럼과 유사하게 피크(307, 308)를 검출할 수 있다. 즉, 복호화기의 검출 성능은 반향 펄스의 부호와는 무관하다.
상기 도 8 의 주파수 응답 형태를 보면, 상기 도 2 의 주파수 응답 형태와 상하 반전되어 있으므로 이 두 반향이 함께 삽입되면 반향에 의한 착색 효과가 서로 상쇄되어 음질 왜곡이 없어질 것이다. 그러나, 양의 반향 커널의 지연시간과 음의 반향 커널의 지연시간이 완전히 같게 되면 실제로 삽입되는 반향은 "0" 이 되므로 워터마크를 삽입할 수 없다. 하지만, 두 반향 커널의 지연시간이 미세하게 차이가 나게 되면, 주파수가 비슷한 두개의 정현파가 맥놀이 현상을 일으키듯 두 반향 커널에 의한 주파수 응답이 서로 상쇄되는 구간이 존재하게 된다. 이렇게 상쇄되는 구간이 특히 낮은 주파수 영역이 되도록 양의 반향 커널와 음의 반향 커널의 지연시간을 조절하게 되면, 결국 반향에 의한 음질 왜곡이 최소화할 수 있다.
도 10 은 본 발명에 따른 양의 단 반향 커널과 음의 단 반향 커널을 함께 가지는 반향 커널에 대한 일실시예 설명도이다.
도 11 은 상기 도 10 의 반향 커널에 대한 주파수 크기 응답을 나타내는 설명도로서, 양의 단 반향 커널(402)과 음의 단 반향 커널(403)을 함께 가지는 반향 커널에 대한 주파수 크기 응답을 나타낸다.
도 11 에 도시된 바와 같이, 종래의 반향 삽입 방법에 비교할 때, 낮은 주파수 영역의 왜곡이 거의 0 데시벨 기준선(409)에 가까움을 관찰할 수 있다. 중간 임계 대역 이상에서는 착색 효과를 일으킬 수 있는 크기를 갖는 구간이 일부 존재하지만, 이 영역에서도 종래의 양의 단 반향 커널 내지 양의 다중 반향 커널의 경우와 같은 왜곡 이상으로 증가하지는 않는다. 일반적인 오디오 신호는 대부분의 에너지를 낮은 주파수 대역에 포함하고 있기 때문에 이 대역에서의 응답이 투명하게 되면 결국 좋은 음질을 제공할 수 있게 된다.
도 12 는 상기 도 10 의 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타내는 일실시예 설명도로서, 양의 단 반향 커널(402)과 음의 단 반향 커널(403)을 함께 가지는 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타낸다.
도 12 에 도시된 바와 같이, 양과 음의 두 반향 커널이 존재하는 위치에 상응하는 샘플에서 피크(411, 412)가 형성되며, 이 두 피크(411, 412)의 합을 이용하여 워터마크 신호를 검출할 수 있다.
도 13a 는 종래기술에 따른 양의 단 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호의 파형을 나타내는 설명도로서, 상기 도 1 의 양의 크기를 갖는 단 반향 커널(102)이 삽입된 임의의 오디오 신호를 시간영역에서 도시하고 있다.
도 13a 에 도시된 바와 같이, 양의 단 반향 커널(102)이 워터마크로서 삽입된 임의의 오디오 신호의 파형(502)은 원 오디오 신호(501)와 상당한 차이가 있다. 즉, 그만큼 오디오 신호가 왜곡되었다는 것을 반증한다.
도 13b 는 상기 도 13a 의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타내는 일실시예 설명도이다.
도 14a 는 본 발명에 따른 양의 단 반향 커널과 음의 단 반향 커널을 함께 가지는 반향 커널이 삽입된 임의의 오디오 신호의 파형을 나타내는 일실시예 설명도로서, 상기 도 10 의 양의 단 반향 커널과 음의 단 반향 커널을 함께 가지는 반향 커널(402, 403)이 삽입된 임의의 오디오 신호를 시간영역에서 도시하고 있다.
도 14a 에 도시된 바와 같이, 반향 커널(402, 403)이 삽입된 임의의 오디오 신호의 파형(505)은 원 오디오 신호와 거의 겹쳐진 형태이다. 즉, 그만큼 오디오 신호가 반향 커널(402, 403)의 삽입 후에도 왜곡이 없다는 것을 의미한다.
도 14b 는 상기 도 14a 의 오디오 신호에 대한 켑스트럼을 나타내는 일실시예 설명도이다.
도 14b 에 도시된 바와 같이, 켑스트럼의 피크(507, 508) 역시 모두 검출이 가능할 정도로 충분히 크다.
즉, 본 발명에 따라, 양의 단 반향 커널과 음의 단 반향 커널을 함께 가지는 반향 커널(402, 403)을 워터마크 신호로써 삽입한 오디오 신호는 원신호에 거의 왜곡을 주지 않으면서, 검출의 강인성을 유지할 수 있다.
도 15 는 본 발명에 따른 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치의 일실시예 구성도이다.
도 15 에 도시된 바와 같이, 반향 삽입 장치(610)는 워터마킹 하고자 하는 오디오 신호를 입력받아, 소정의 시간단위로 분할하기 위한 분할부(602)와 상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 1 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 1 지연시간과 다른 제 2 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어진 반향 커널을 생성하기 위한 "0" 반향 커널 발생부(603)와 상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 3 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 3 지연시간과 다른 제 4 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어져, 상기 "0" 반향 커널과 구분되는 "1" 반향 커널을 생성하기 위한 "1" 반향 커널 발생부(604)와 상기 반향 커널 발생부(603, 604)에서 생성된 "0" 반향 커널 및 "1" 반향 커널을 워터마크 검출장치에서 검출할 수 있도록 그 정해진 순서에 따라 반향커널을 선택하기 위한 반향 커널 선택 선택부(605)와 분할부(602)로부터 입력받은 분할된 오디오 신호와 반향 커널 선택부(605)로부터 입력받은 상기 선택된 반향 커널에 대해 상호 컨벌루션 연산을 취하기 위한 컨벌루션(Convolution)부(607)와 컨벌루션부(607)에 의해 컨벌루션 연산된 분할된 오디오 신호를 입력받아 중첩가산시킴으로써, 워터마킹된 오디오 신호를 생성하기 위한 중첩가산부(608)를 포함한다.
최초로, 분할부(602)는 반향 삽입 장치(610)에 입력되는 오디오 입력신호(601)를 받아, 적절한 시간단위로 분할한다.
이와는 별도로, "0" 반향 커널 발생부(603)와 "1" 반향 커널 발생부(604)는 서로 다른 지연시간을 가지는 반향 커널을 발생시킨다. 그 일실시예로서, 상기 도 15 에 도시된 바와 같이 "1" 반향 커널은 "0" 반향 커널보다 그 지연시간이 더 길다. 검출 장치는 이러한 다른 지연시간의 정보를 추출하여 워터마크 신호의 복호화를 수행하는 것이다.
한편, 각 반향 커널은 다시 양의 단 반향 커널과 음의 단 반향 커널로 이루어져 있는데, 이는 본 발명에 있어 중요한 특징을 가지며, 그에 대한 자세한 설명은 전술한 바와 같다.
한편, 반향 커널 선택부(605)는 그 정해진 순서에 따라 "0" 반향 커널과 "1"반향 커널을 선택한다. 여기서, "010010..." 등의 워터마크 신호의 배열이 생성되며, 검출 장치에서 상기 신호의 배열을 이용하여 검출하게 된다.
한편, 컨벌루션부(607)는 분할부(602)에 의해 분할된 오디오 신호와 반향 커널 선택부(605)에 의해 선택된 "0" 반향 커널 또는 "1" 반향 커널을 입력받아 컨벌루션 연산을 취한다.
이어서, 중첩가산부(608)는 부분별로 컨벌루션 연산을 취한 분할된 오디오 신호를 입력받아, 각 부분을 중첩가산 시킴으로써 비로소 워터마킹된 오디오 신호를 발생시킨다.
도 16 은 본 발명에 따른 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 외부로부터 오디오 신호가 입력되면(701), 반향 삽입 장치의 분할부(602)에서 그 입력받은 오디오 신호를 분할한다(702).
한편, 반향 커널 발생부(603, 604)에서 "0" 반향 커널 및 "1" 반향 커널을 생성한다(703). 여기서, 각 반향 커널은 양의 단 반향 커널과 음의 단 반향 커널로 이루어져 있으며, "0" 반향 커널과 "1" 반향 커널이 서로 다른 지연시간을 가짐은 본 발명에 있어서 중요한 특징을 가지며 그에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 같다.
이어서, 반향 커널 선택부(605)는 그 정해진 순서에 따라 "0" 반향 커널과 "1" 반향 커널을 선택한다(703). 여기서, "010010..." 등의 워터마크 신호의 배열이 생성되며, 검출 장치에서 이러한 워터마크 신호의 배열을 이용하여 검출하게 된다.
이후, 컨벌루션부(607)는 분할부(602)에 의해 분할된 오디오 신호와 반향 커널 선택부(605)에 의해 선택된 "0" 반향 커널 또는 "1" 반향 커널을 입력받아, 컨벌루션 연산을 취한다(705).
마지막으로, 중첩가산부(608)에서 부분별로 컨벌루션 연산이 취해진 분할된 오디오 신호를 입력받아, 각 부분을 중첩적으로 가산시킴으로써 비로소 워터마킹된 오디오 신호를 발생시킨다(706).
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 양의 반향 커널과 음의 반향 커널의 상쇄효과를 이용하여, 이의 조합을 통해 워터마크로 삽입될 반향 커널을 설계함으로써, 시간 영역에서 관찰할 경우 에너지가 매우 작고 임계 대역율을 이용한 주파수 영역에서 관찰할 경우 낮은 주파수 영역의 왜곡이 매우 낮은 반향을 삽입하여, 반향의 지각적 감춤 효과를 월등히 향상시키면서 워터마크의 검출시에는 충분히 큰 신호 검출을 가능하게 함으로써 반향을 이용한 강인한 디지털 오디오 워터마킹을 실현할수 있다.
이러한 특성으로 인해, 본 발명에 따른 반향 커널을 사용하면 같은 에너지를 갖는 단 반향을 사용하는 경우보다 음색의 변화, 즉 음질의 왜곡을 현저하게 줄일 수 있다. 이로 인해, 양의 단 반향 혹은 양의 다중 반향을 이용하는 경우에 비해 더 큰 에너지를 갖는 반향을 삽입하고도 지각되지 않는 오디오 신호를 생성할 수 있으며, 결국 왜곡을 증가시키지 않으면서 강인성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치에 있어서,
    워터마킹하고자 하는 오디오 신호를 입력받아, 소정의 시간단위로 분할하기 위한 오디오 신호 분할수단;
    상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 1 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 1 지연시간과 다른 제 2 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어진 제 1 반향 커널을 생성하기 위한 제 1 반향 커널 생성수단;
    상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 3 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 3 지연시간과 다른 제 4 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어져, 상기 제 1 반향 커널과 구분되는 제 2 반향 커널을 생성하기 위한 제 2 반향 커널 생성수단;
    상기 반향 커널 생성수단에서 생성된 상기 제 1 반향 커널 및 제 2 반향 커널을 워터마크 검출장치에서 검출할 수 있도록 그 정해진 순서에 따라 상기 반향 커널을 선택하기 위한 반향 커널 선택수단;
    상기 오디오 신호 분할수단으로부터 입력받은 상기 분할된 오디오 신호와 상기 반향 커널 선택수단으로부터 입력받은 상기 선택된 반향 커널에 대해 상호 컨벌루션 연산을 취하기 위한 컨벌루션 연산수단; 및
    상기 컨벌루션 연산수단에 의해 컨벌루션 연산된 분할된 오디오 신호를 입력받아 중첩가산시킴으로써, 워터마킹된 오디오 신호를 생성하기 위한 중첩가산수단
    을 포함하는 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 반향 커널은,
    실질적으로, 상기 양의 반향 커널의 크기와 음의 반향 커널의 크기의 절대값이 같은 것을 특징으로 하는 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 반향 커널은,
    실질적으로, 상기 양의 반향 커널의 크기와 음의 반향 커널의 크기의 절대값이 소정의 차이로 다른 것을 특징으로 하는 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치.
  4. 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 방법에 있어서,
    워터마킹하고자 하는 오디오 신호를 입력받아, 소정의 시간단위로 분할하는 제 1 단계;
    상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 1 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 1 지연시간과 다른 제 2 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어진 제 1 반향 커널을 생성하는 제 2 단계;
    상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 3 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 3 지연시간과 다른 제 4 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어져, 상기 제 1 반향 커널과 구분되는 제 2 반향 커널을 생성하는 제 3 단계;
    상기 제 1 반향 커널 및 제 2 반향 커널을 워터마크 검출장치에서 검출할 수 있도록 그 정해진 순서에 따라 상기 반향 커널을 선택하는 제 4 단계;
    상기 제 1 단계에서 생성된 분할된 오디오 신호와 상기 제 4 단계에서 생성된 선택된 반향 커널을 상호 컨벌루션 연산을 취하는 제 5 단계; 및
    상기 제 5 단계에서 컨벌루션 연산된 분할된 오디오 신호를 중첩가산시킴으로써 워터마킹된 오디오 신호를 생성하는 제 6 단계
    를 포함하는 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 반향 커널은,
    실질적으로, 상기 양의 반향 커널의 크기와 음의 반향 커널의 크기의 절대값이 같은 것을 특징으로 하는 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 반향 커널은,
    실질적으로, 상기 양의 반향 커널의 크기와 음의 반향 커널의 크기의 절대값이 소정의 차이로 다른 것을 특징으로 하는 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 방법.
  7. 프로세서를 구비한 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치에,
    워터마킹하고자 하는 오디오 신호를 입력받아, 소정의 시간단위로 분할하는 제 1 기능;
    상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 1 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 1 지연시간과 다른 제 2 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어진 제 1 반향 커널을 생성하는 제 2 기능;
    상기 분할된 오디오 신호를 기준으로, 제 3 지연시간을 갖는 양의 단 반향 커널과 상기 제 3 지연시간과 다른 제 4 지연시간을 갖는 음의 단 반향 커널로 이루어져, 상기 제 1 반향 커널과 구분되는 제 2 반향 커널을 생성하는 제 3 기능;
    상기 제 1 반향 커널 및 제 2 반향 커널을 워터마크 검출장치에서 검출할 수 있도록 그 정해진 순서에 따라 상기 반향 커널을 선택하는 제 4 기능;
    상기 제 1 기능에서 생성된 분할된 오디오 신호와 상기 제 4 기능에서 생성된 선택된 반향 커널을 상호 컨벌루션 연산을 취하는 제 5 기능; 및
    상기 제 5 기능에서 컨벌루션 연산된 분할된 오디오 신호를 중첩가산시킴으로써 워터마킹된 오디오 신호를 생성하는 제 6 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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