KR100439521B1 - 헤더 정보 암호화에 의한 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법 - Google Patents

헤더 정보 암호화에 의한 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 멀티미디어 컨텐츠의 보호 방법에 있어서, 인코더 단에서는 코딩된 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림으로부터 멀티미디어 코덱(Multimedia CODEC)의 신택스(symtax)를 참조하여 컨텐츠 복원 재생에 필수적인 적어도 하나 이상의 헤더 정보 비트군을 탐색하고, 탐색된 헤더 정보 비트군으로부터 기설정된 암호화된 헤더 데이터를 생성하고, 디코더 단에서는 암호화된 헤더 데이터를 기설정된 암호화 알고리즘에 대응하는 해독 알고리즘(decryption algotithm)을 통해 해독하여 해독된 헤더 데이터를 생성한 후, 해독된 헤더 데이터와 암호화 대상 선정 규직에 근거하여 멀티미디어 코덱의 신택스에 부합하는 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림을 생성하는 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 전체 비트스트림 중 매우 적은 양만을 차지하는 일부 정보만을 암호화하여도 비트스트림 전체를 암호화한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있어 멀티미디어 컨텐츠의 암호화/복호화에 필용한 계산량을 현저하게 줄일 수 있는 이점이 있다.

Description

헤더 정보 암호화에 의한 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법{Method for Protecting the Multimedia Contents Using the Encryption of Header Informations}
본 발명은 헤더 정보 암호화에 의한 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멀티미디어 컨텐츠의 보호에 있어서, 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림을 암호화할 때, 비트스트림의 일부만을 암호화하여 컨텐츠 전체의 압축 복원 및 재생을 불가능하게 함으로써 컨텐츠의 암호화와 복호화에 필요한 계산량을줄일 수 있는 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법에 관한 것이다.
디지털 기술의 발달로 동영상과 오디오를 비롯한 다양한 디지털 멀티미디어 컨텐츠가 제작되어 유통되고 있다. 그런데, 디지털 멀티미디어 컨텐츠는 아날로그 컨텐츠와 달리 이를 계속하여 복사하여도 화질이나 음질의 저하가 전혀 없을 뿐만 아니라, 컴퓨터 등을 이용해서 손쉽게 복사하는 것이 가능하다. 또한, 인터넷과 같은 통신망의 발달과 CD-R/W 등과 같이 반복하여 읽고 쓸 수 있는 대용량 광 미디어의 등장은 이러한 디지털 멀티미디어 컨텐츠의 유통을 매우 손쉽게 하는 역할을 하고 있다. 따라서, 이러한 디지털 멀티미디어 컨텐츠의 불법적인 복제와 유통을 방지하기 위한 다양한 기술들이 개발되어 활용되고 있다.
디지털 멀티미디어 컨텐츠의 불법적인 복제와 유통을 방지하기 위한 기술들은 일반적으로 복제된 컨텐츠를 불법적으로 활용할 수 없도록 하기 위하여 컨텐츠를 암호화하여 유통시키고, 이 함호를 해독할 수 있는 열쇠가 되는 정보는 별도로 인증된 사용자에게 전달한다. 이 경우, 필요에 따라서 컨텐츠의 저작권이나 사용 규칙 등의 정보를 컨텐츠와 함께 암호화하여 유통하여 적절한 권한을 가진 사용자만이 컨텐츠를 재생할 수 있도록 한다.
그런데, 이러한 암호화/복호화 과정은 일반적으로 매우 높은 복잡도를 가지는 수학 연산으로 암호화와 복호화에 많은 비용이 소요된다. 특히 멀티미디어 컨텐츠는 압축된 비트스트림이라고 하더라도 일반 문서 등과는 비교할 수 없을 정도로 데이터량이 많다. 따라서, 암호화와 복호화 과정에 많은 계산량이 필요하게 되어연산 능력이 제한되어 있는 이동 단말 등에서는 구현하기가 곤란한 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림을 암호화할 때, 비트스트림의 일부만을 암호화하여 컨텐츠 전체의 압축 복원 및 재생을 불가능하게 함으로써 컨텐츠의 암호화와 복호화에 필요한 계산량을 줄일 수 있는 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 헤더 정보 암호화에 의한 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법의 바람직한 실시예를 나타낸 흐름도,
도 2은 MPEG-1 비디어 데이터의 계층 구조를 나타낸 구성도,
도 3는 MPEG-1 비디오 압축 방식에 의해 부호화된 비트스트림의 계층 구조를 나타낸 예시도,
도 4은 MPEG-1 오디오의 AAU의 구성을 나타낸 구성도이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 헤더 정보 암호화에 의한 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법은, 멀티미디어 컨텐츠의 보호 방법에 있어서, 인코더 단에서는 코딩된 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림으로부터 멀티미디어 코덱(Multimdea COEEC)의 신택스(syntax)를 참조하여 컨텐츠 복원 재생에 필수적인 적어도 하나 이상의 헤더 정보 비트군을 탐색하고, 상기 탐색된 헤더 정보 비트군으로부터 기설정된 암호화 대상 선정 규칙에 따라 암호화 대상 비트군을 추출하며, 상기 암호화 대상 비트군을 기설정된 암호화 알고리즘(encryption algorithm)을 통해 암호화함으로써 암호화된 헤더 데이터를 생성하고, 디코더 단에서는 상기 암호화된 헤더 데이터를 상기 기설정된 암호화 알고리즘에 대응하는 해독 알고리즘(decryption algotithm)을 통해 해독하여 해독된 헤더 데이터를 생성한 후, 상기 해독된 헤더 데이터와 상기 암호화 대상 선정 규칙에 근거하여 상기 멀티미디어 코덱의 신택스에 부합하는 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림을 생성하는 것이 특징이다.
이하, 본 발명에 따른 헤더 정보 암호화에 의한 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 헤더 정보 암호화에 의한 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법의 바람직한 실시예를 나타낸 흐름도이다.
본 발명에 따른 헤더 정보 암호화에 의한 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법의 바람직한 실시예는 도 1에 도시한 바와 같이, 멀티미디어 컨텐츠의 보호 방법에 있어서,
코딩된 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림으로부터 멀티미디어 코덱(Mulrimedia CODEC)의 신택스(syntax)를 참조하여 컨텐츠 재생에 필수적인 적어도 하나 이상의 복원 헤더 정보 비트군을 탐색하는 단계(S10)와;
상기 탐색된 헤더 정보 비트군으로부터 기설정된 암호화 대상 선정 규칙에 따라 암호화 대상 비트군을 추출하는 단계(S20)와;
상기 암호화 대상 비트군을 기설정된 암호화 알고리즘(encryption algorithm)을 통해 암호화함으로써 암호화된 헤더 데이터를 생성하는 단계(S30)와;
상기 암호화된 헤더 데이터를 상기 기설정된 암호화 알고리즘에 대응하는 해독 알고리즘(decryption algotithm)을 통해 해독하여 해독된 헤더 데이터를 생성하는 단계(S40); 및
상기 해독된 헤더 데이터와 상기 암호화 대상 선정 규칙에 근거하여 상기 멀티미디어 코덱의 신택스에 부합하는 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림을 생성하는 단계(S50)를 포함하도록 구성된다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 헤더 정보암호화에 의한 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법의 바람직한 실시예의 수행 과정을 첨보한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
우선, 단계(S10)에서는 코딩된 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림으로부터 멀티미디어 코덱(Multimedia CODEC)의 신택스(syntax)를 참조하여 컨텐츠 복원 재생에 필수적인 적어도 하나 이상의 헤더 정보 비트군을 탐색한다. 비트스트림의 종류에 따라 컨텐츠 비트스트림을 분석하여 이의 압축 복원에 필수적인 헤더 정보들의 위치와 길이 등을 찾아내게 된다.
멀티미디어 코덱(Multimedia CODEC)의 신택스(syntax)에 대한 일반적인 유형과 헤더 정보에 대한 좀 더 깊은 이해를 도모하기 위해 대표적인 국제 표준 동영상 압축 코덱 중의 하나인 MPEG-1 비디오/오디오를 예로 들어 설명하고자 한다.
도 2는 MPEG-1 비디어 데이터의 계층 구조를 나타낸 것이고, 도 3은 MPEG-1 비디오 압축 방식에 의해 부호화된 비트스트림의 신택스 계층 구조를 나타낸 것이다.
통상, MPEG-1, MPEG-2, H.261, H.263 등으로 대표되는 국제 표준 압축 방법을 사용하는 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림, 특히 동영상 비트스트림은 컨텐츠와 이를 압축한 비트스트림의 특징 및 구성을 나타내는 헤더 정보와 매크로블록의 압축 데이터로 나눌 수 있다.
도 2와 도 3에서 시퀀스층, GOP층, 픽쳐층, 슬라이드층 등은 뒤에 반복적으로 나타나게 되는 매크로블록 층을 복원하여 재생하기 위해 필요한 정보를 포함하게 된다. 즉, 매크로블록층 이하에 포함되는 모든 데이터는 가변장길이 부호화 방식을 이용하여 부호화하게 되는데, 이들 가변장길이 부호들은 매크로블록층 이전에 존재하는 각 층의 헤더 정보에 따라 다르게 해석될 수 있다.
참고로, 표 1~표 3은 도 3에 표시한 약칭의 정식 명칭과 비트 길이 및 그 내용을 나타낸 것이다.
MPEG-1 비디오에 대한 더 이상의 설명은 약하기로 하며, 더 자세한 사항은 ISO/IEC JTC/SC29/WGll "Coding of Moving Pictures and Associated Audio for Digital Media at up to about 1.5Mbps", part2, Audio(ISO/IEC 11172-2)를 참조하기로 한다.
분류 약칭 정식명칭 비트길이 내용
시퀀스층 SHC Sequence Header Code 32 시퀀스 층의 개시 코드
HS Horizontal Size 12 영상의 횡의 화소수
VS Vertical Size 12 화소의 종의 라인수
PAR Pel Aspect Ratio 4 화소간격의 화면종횡비
PR Picture Rate 4 영상의 표시주기
BR Bit Rate 18 초당 비트수400bps 단위로 절상만
MB Maker Bit 1 "1"
VBS VBV(VideoBuffering Verifier)Buffer Size 10 부호발생량 제어용 가상 버퍼의 큰 VBV를 결정하는 파라미터VBV=16*1024*BS
CPF Constrained Parameters Flag 1 각 파리미터가 제한이내에 있음을 표시
LIQMIQM Load Inter Quantizer MatricInter Quantizer Matrix 18*64 인트라 MB용 양자화 매트릭스데이터의 존재를 표시인트라 MB용의 양자화 매트릭스
LNIQMNIQM Load Non Inter Quantezer MatrixNon Intra Quantizer Matrix 18*64 비인트라 MB용 양자화 매트릭스데이터의 존재를 표시비인트라 MB용 양자화 매트릭스
ESCSED Extension Start CodeSequence Extension Data 328*n 확장 데이터(SED)의 개시코드
UDSCUD User Data Start CodeUser Data 328*n 사용자 데이터(UD)의 개시코드사용자 데이터
SEC Sequence End Code 32 시퀀스의 종료 코드
다음으로, MPEG-1 오디오 헤더를 간략하게 살펴보며, MPEG-1 오디오의 계층 Ⅰ, 계층 Ⅱ, 계층 Ⅲ은 공통적으로 오디오 복호의 기본 단위로써 AAU(Audio Access Unit)를 갖고 있다. 여기서, AAU는 MPEG-1 오디오 비트열의 1 프레임을 말하는 것으로, 단독으로 오디오 신호를 보호할 수 있는 최소 단위이며, 계층 Ⅰ의 예를 들면, 384×비트율[samp]로써, 다른 계층에서도 항상 일정 샘플수의 데이터를 포함하여 구성한다.
도 4는 MPEG-1 오디오의 AAU의 구성을 도시한 것이다. 도 4에 도시한 바와 같이, AAU는 32 비트의 헤더(heder)와 오디어 데이터(audio data) 및 보조 데이터(ancillary data)로 구성되며, 16 비트의 CRC가 헤더와 오디오 데이터 사이에 선택적으로 삽입될 수 있다.
도 4의 헤더는 동기 패턴으로서 모두 "1"인 12비트의 동기워드(syncword)와, 항상 "1"을 갖는 1비트의 ID(identification)와, 계층(layer)을 지정하는 2비트의 계층 비트(layer bit)와, 오류 검출(error detection)의 유무("0"일 경우, 오류 점검)를 밝히는 1비트의 보호 비트(protection bit)와, 비트율을 나타내는 2비트의 비트율 인텍스 비트(bit rate index bit)와, 샘플링 주파수를 나타내는 2비트의 샘플링 주파수 비트(sampling frequency bit)와, 패딩(padding)의 유무("1"일 경우, 패딩 프레임)를 나타내는 1비트의 패딩 비트(padding bit)와, 1비트의 개별 용도 비트(private bit)와, 2비트의 모드 비트(mode bit)와, 2비트의 모드 확장 비트(mode extension bit)와, 저작권 유무("1"일 경우, 저작권 있음)를 나타내는 1비트의 저작권 비트(copywriter bit)와, 원본 또는 복사본 여부를 나타내는 1비트의 오리지날/홈 비트(original/home bit)와, 엠퍼시스(empgasis) 특성을 나타내는 2비트의 엠퍼시스 비트(empgasis bit)의 순서로 하여 총 32 비트로 구성된다.
이상에서, 2비트의 계층 비트는 표 4에 나타낸 바와 같이 각 비트의 조합에 의해 계층을 지정되고, 2비트의 샘플링 주파수 비트는 표 5에서와 같이 2비트의 조합에 의해 샘플링 주파수를 나타내며, 4비트의 비트율 인덱스 비트는 4비트의 조합에 의해 각 계층에서의 비트율을 지정하게 된다.
MPEG-1 오디오 AAU 헤더의 계층 비트의 구성
계층 비트 지정 계층
"1 1" 계층 Ⅰ
"1 0" 계층 Ⅱ
"0 1" 계층 Ⅲ
"0 0" 예약(reserved)
MPEG-1 오디오 AAU 헤더의 샘플링 주파수 비트의 구성
샘플링 주파수 비트 지정 샘플링 주파수
"1 1" 예약(reserved)
"1 0" 32kHz
"0 1" 48kHz
"0 0" 44.1kHz
MPEG-1 오디오에 대한 더 이상의 설명은 약하기로 하며, 더 자세한 사항은 ISO/IEC JTC/SC29/WGll "Coding of Moving Pictures and Associated Audio for Digital Media at up to about 1.5Mbps", part3, Audio(ISO/IEC 11172-3)를 참조하기로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 비트스트림의 헤더 정보는 해당 비트스트림의 신택스를 알고 있으면 용이하게 탐색 할 수 있으며, 단계(S10)의 과정에서 찾아지는 헤더 정보의 종류와 크기는 비트스트림 생성에 사용된 압축 방법의 종류에 따라 달라지는 것은 주지의 사실이다.
이후, 단계(S20)에서는 상기 탐색된 헤더 정보 비트군으로부터 기설정된 암호화 대상 선정 규칙에 따라 암호화 대상 비트군을 추출한다. 여기서 말하는 '기설정된 암호화 대상 선정 규칙'이라 함은 탐색된 헤더 정보를 모두 암호화 대상으로 삼을 수도 있지만 응용 분야에 따라서는 일부의 헤더 정보만을 선택적으로 암호화할 수도 있음을 말하는 것이다. 다만, 이러한 암호화 대상 선정 규칙을 공유할 필용가 없을 뿐만 아니라 응용분야에 따라서 동일한 규칙을 고유하고 있지 않을 경우, 해당 암호화 대상 선정 규칙을 비트스트림에 포함시켜 디코더 단에 전송할 수도 있다.
이어서, 단계(S30)에서는 상기 암호화 대상 비트군을 기설정된 암호화 알고리즘(encryption algorithm)을 통해 암호화함으로써 암호화된 헤더 데이터를 생성한다. 이때, 본 발명에서 적용하는 암호화 방법은 응용 분야에 따라 어떠한 암호화 방법을 사용하여도 무방하다. 다시 말해서 본 발명은 새로운 암호 기법을 제공하고자 하는 것이 아니라 암호화 대상을 어떻게 효과적으로 선정할 것인가하는 기술을 제공하고자 하는 것이다. 따라서, 그것이 멀티미디어 컨텐츠의 암호화에 적정할 경우, 기존에 공지된 어떠한 암호화 기법을 사용하여도 무방함은 주지의 사실이다.
이상에서와 같은 방법으로 암호화된 데이터가 유무선 채널이나 기타 저장 수단을 통해 디코더 단에 제공되면, 단계(S40)에서는 상기 암호화된 헤더 데이터를 상기 기설정된 암호화 알고리즘에 대응하는 해독 알고리즘(decrytion algotithm)을 통해 해독하여 해독된 헤더 데이터를 생성한다.
다음으로 단계(S50)에서는 상기 해독된 헤더 데이터와 상기 암호화 대상 선정 규칙에 근거하여 상기 멀티미디어 코덱의 신택스에 부합하는 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림을 생성한다. 이렇게 생성된 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림을 디코딩함으로써 멀티미디어 컨텐츠를 복원 재생할 수 있음은 잘 알려진 사실이다. 본 발명에 따르면, 멀티미디어 비트스트림 중 이의 압축을 복원하기 위해 필수적인 정보를 선택하여 이들만을 암호화하여 컨텐츠를 보호하는 것이 가능하다.
본 발명은 동영상 코덱을 중심으로 설명하고 있으나 본 발명의 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법은 각종 정지 영상, 동영상, 오디오, 텍스트, 소프트웨어, 컴퓨터 그래픽 데이터 등과 같이 기본적으로 헤더 정보를 이용하는 모든 디지털 데이터에 적용할 수 있음은 자명하다. 특히, 기존에 공지된 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.261, H.263, JPEG, JPEG-2000코덱 등과 멀티미디어 코덱에 용이하게 접목시켜 사용할 수 있는 것이 장점이다.
본원에서 사용되는 용어(terminogy)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로써 이는 당분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본원의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본원에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 설명했으므로 본 발명의 기술적인 난이도 측면을 고려할 때, 당분야에 통상적인 기술을 가진 사람이면 용이하게 본 발명에 대한 또 다른 실시예와 다른 변형을 가할 수 있으므로, 살술한 설명에서 사상을 인용한 실시예와 변형은 모두 본 발명의 청구 범위에 모두 귀속됨은 명백하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림 중 일보 헤더 정보만을 암호화하여 컨텐츠를 보호하는 본 발명에 따르면, 전체 비트스트림 중 매우 적은 양만을 차지하는 일부 정보만을 암호화하여도 비트스트림 전체를 암호화한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있어 멀티미디어 컨텐츠의 암호화/복호화에 필요한 계산량을 현저하게 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 멀티미디어 컨텐츠의 보호방법에 있어서,
    코딩된 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림으로부터 멀티미디어 코덱(Multimdea COEEC)의 신택스(syntax)를 참조하여 컨텐츠 복원 재생에 필수적인 적어도 하나 이상의 헤더 정보 비트군을 탐색하는 단계와;
    상기 탐색된 헤더 정보 비트군으로부터 기 설정된 암호화 대상 선정 규칙에 따라 암호화 대상 비트구늘 추출하는 단계와;
    상기 암호화 대상 비트군을 기설정된 암호화 알고리즘(ewncryption algorithm)을 통해 암호화함으로써 암호화된 헤더 데이터를 생성하는 단계와;
    상기 암호화된 헤더 데이터를 상기 기설정된 암호화 알고리즘에 대응하는 해독 알고리즘(decryption algorithm)을 통해 해독하여 해독된 헤더 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 해독된 헤더 데이터와 상기 암호화 대상 선정 규칙에 근거하여 상기 멀티미디어 코덱의 신택스에 부합하는 멀티미디어 컨텐츠 비트스트림을 생성하는 단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 헤더 정보 암호화에 의한 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 멀티미디어 코덱은,
    MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.261, H.263, JPEG, JPEG-2000 코덱 중 어느 하나를 선택적으로 할 수 있는 것을 특징으로 하는 헤더 정보 암호화에 의한 멀티미디어 컨텐츠 보호 방법.
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