KR100449354B1 - 정보신호내에삽입된워터마크검출방법및장치 - Google Patents
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Abstract
한 정보 신호 내에 삽입된 워터 마크는 상기 정보 신호를 다수의 워터마크들 Wj(n)과 상관시킴으로써 검출된다. 상관량 C(i,j)은 그 후 신호 xj(n) 내에 삽입된 워터마크를 결정하도록 평가된다. 본 발명은 상기 신호들을 상관시키는 프로세스 이전에 상기 정보 신호를 예측 필터링(25)하거나 및/또는 인가된 워터마크를 예측 필터링(26)함으로써 검출이 현저하게 개선된다.
Description
본 발명은 정보 신호 내에 삽입된 워터마크(watermark)를 검출하는 방법에 관한 것으로, 상기 정보 신호와 인가된(applied) 워터마크를 상관시키는 상관 단계, 및 상기 상관 결과를 평가(evaluating)하는 평가 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.
워터마크들은 오디오, 정지 화상들, 애니메이션들 또는 비디오와 같은 멀티미디어 콘텐츠에 삽입된 지각적으로 눈에 보이지 않는 메시지들이다. 이들 워터마크는, 예컨대 문서들 또는 시청각 프로그램들의 소스 또는 저작권 상태에 대한 정보를 포함한다. 워터마크들은 저작권 소유권자의 법률상의 증거를 제공하는데 사용될 수 있다. 이들 워터마크는 저작권 침해의 추적을 가능하게 하며, 지적 소유권의 보호를 지원한다.
도 1 은 비디오 신호를 워터마킹(watermarking)하는 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2 는 도 1 에 도시된 장치에 의해 발생된 신호 내에 삽입된 워터마크를 검출하는 종래 기술에 따른 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 3 및 도 4 는 본원 발명에 따른 워터마크 검출 장치를 개략적으로 도시하는 도면.
정보 신호 내에 삽입된 워터마크를 검출하는 공지된 방법은 상기 정보와 인가된 워터마크를 상관시키는 상관 단계를 포함한다. 상기 상관 단계의 결과가 그 후에 평가된다. 예컨대, 상관 량이 미리결정된 값보다 클 경우, 인가된 워터마크는 정보 신호 내에 삽입된 워터마크로 간주될 수 있다. 대안적으로, 다수의 연속 상관 단계들이 서로 다른 인가된 워터마크들에 대해 실행될 수 있다. 가장 큰 상관을 제공하는 인가된 워터마크는 신호 내에 삽입된 워터마크로 간주된다.
본원 발명의 목적은, 특히, 한 삽입된 워터마크가 보다 신뢰할 수 있게 검출될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 위해, 상기 검출 방법은 정보 신호 또는 인가된 워터마크, 또는 양자 모두를 예측 필터링하는 단계, 및 상기 필터링된 신호와 상기 필터링된 워터마크에 대해 상관 단계를 적용하는 단계를 특징으로 한다.
본원 발명은 워터마크들을 검출하는 문제가 강한 간섭 또는 잡음의 존재시 약한 무선 또는 레이더 신호들의 검출과 밀접하게 유사하다는 인식에 기초를 두고 있다. 예측 필터링, 즉 상기 정보 신호로부터 신호의 예측부분(a prediction of the information signal)을 감산함으로써, 아주 낮은 분산(variance)을 가진 잔류 신호가 얻어진다. 이는 잔류 정보로부터 워터마크가 받는 간섭이 최초의 신호로부터 받게 되는 간섭보다 상당히 작다는 것을 의미한다.
본원 발명의 상기 양상들 및 기타 다른 양상들은 하기에 기술된 실시예들로부터 명백해짐과 동시에 이들 실시예와 관련하여 설명된다.
본원 발명은 한 디지털 비디오 신호에 삽입된 워터마크를 검출하는 일 예를 통해 기술된다. 상기 워터 마크들은, 예컨대, 시간 영역(time domain), 공간 영역, DCT 또는 퓨리에 변환 후 변환 영역, 등과 같은 거의 모든 영역에서 부가될 수 있다. 본 예에서, 워터 마크는 공간영역 내에 삽입되고, 즉 상기 워터마크는 한 디지털 비디오 신호의 휘도 픽셀 값들에 가산된다.
도 1 은 비디오 신호를 워터마킹하기 위한 장치(1)를 개략적으로 도시한다. 이 장치는 휘도 샘플들 또는 픽셀들 p(n) 및 하나의 워터 마크 Wi 형태로 비디오 신호를 수신한다. 상기 워터마크는 저작권의 소유권자를 특별히 확인해 주는 코드일 수 있다. 이 워터마크는 또한 텍스트 스트링(text string) 또는 이진 코드화된 수(binary coded number) 일 수 있다. 따라서, 서로 다른 워터마크 Wi의 유한 세트가 존재하게 된다. 상기 장치는 각각의 워터마크 Wi 에 대해 미리결정된 워터마크 데이터 값 wi(n)을 발생시키는 워터 마크 데이터 신호 발생기(11)를 포함한다. 휘도 값 p(n) 및 워터마크 데이터 값 wi(n)이 픽셀 대 픽셀로 가산기(12)에 의해 가산된다. 따라서, 워터마킹 회로(1)의 출력 신호 xi(n)는:
x
i
(n) = p(n) + w
i
(n)
가 된다.
상기 워터마크 데이터 신호 wi(n)는 상기 출력 신호가 수신기 상에 디스플레이될 때 지각적으로 눈에 보이지 않게 되도록 선택된다. 예컨대, 작은 값이 비디오 이미지의 선택된 픽셀들 p(n)의 휘도에 더해지며, 상기 워터마크 Wi가 상기 선택된픽셀들을 결정한다. 이것의 한 예가 수평방향의 8개의 픽셀들과 수직방향으로 4개의 픽셀들에 의하여 주어질 것이다. 본 방법이 또한 해당 이미지의 미리결정된 부분에 적용될 수 있다는 사실이 주목되어야 한다. 상기 방법은 또한 다수의 이미지 블록들에 적용될 수 있으며, 각각의 블록은 상기 워터마크의 일부분과 관련된다.
본 예에서, 값 1이 선택된 픽셀들에 가산되는데 반하여, 다른 픽셀들은 변화되지 않은 상태로 남아있다. 다음의 식은 제 1 워터마크 W1 에 응답하여 워터마크 데이터 신호 발생기(11)에 의해 발생되는 워터마크 데이터 신호 w1(n)를 나타낸다:
다음의 식은 제 2 워터마크 W2가 인가될 경우 워터마크 데이터 신호 발생기에 의해 발생되는 워터마크 데이터 신호 w2(n)를 나타낸다.
이 방식에서, 상기 워터마크 데이터 신호 발생기(11)는 각각의 워터마크 Wi에 대해 서로 다른 워터마크 데이터 신호 wi(n)를 발생시킨다.
이 예에서, 비디오 이미지는 휘도 값 10에서 휘도 값 80으로의 수직 변이를 나타내는 것으로 추정된다. 휘도 값들 p(n)의 범위는 0 내지 255가 되는 것으로 추정되며, 수학적 표기에 의하면:
이 된다.
따라서, 워터마크 W1가 장치(1)에 인가되는 경우, 워터마크 데이터 신호 w1(n)가 이미지 신호 p(n)에 가산되며, 이는 결국 다음 출력 신호 x1(n)를 발생시킨다:
마찬가지로, 워터마크 W2가 워터마킹 장치에 인가될 경우, 워터마크 데이터 신호 w2(n)가 이미지 신호 p(n)에 가산되며, 다음의 출력 신호 x2(n)가 발생된다:
출력 신호 xi(n) 및 입력 신호 p(n)사이의 차 또는 출력 신호 x1(n) 및 x2(n)사이의 차도 인간의 시각계(visual system)에 의해서는 지각 불가능하다는 사실이 인지될 것이다. 출력 신호 xi(n)는 광학 디스크 또는 자기 테이프와 같은 저장 매체 상에 저장되거나 전송 채널(도 1에 도시되어 있지 않음)을 통해 전송된다.
도 2는 신호 xi(n)에 삽입되어 있는 워터마크 Wi를 검출하기 위한 종래 기술에 따른 장치(2)를 개략적으로 도시한다. 상기 검출 장치는 한 워터마크 Wj를 수신하며, 인가된 워터마크 Wj가 삽입된 워터마크 Wi와 유사한지 여부, 즉 i = j인지 여부에 대한 표시를 전달한다. 상기 검출 장치는 도 1에 도시된 워터마크 데이터 신호 발생기(1)와 꼭 같은 워터마크 데이터 신호 발생기(21)를 포함하며, 상기 도 1의 워터마크 데이터 신호 발생기(1)와 동일한 워터마크 데이터 신호 wj(n)를 발생시킨다. 상기 입력 신호 xi(n) 및 워터마크 데이터 신호 wj(n)는 종종 정합 필터(matched filter) 또는 상관기로 지칭되는 회로에 인가된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 상기 상관기는 멀티플라이어(22) 및 합산 회로(23)를 포함한다. 상기 상관기는 다음의 수학 연산을 실행한다.
이때, N 은 전체 픽셀들 수를 나타낸다. 정보 신호들이 아날로그 신호. 예를 들면 시간 연속 신호 x(t)일 경우, 합산 회로(23)는 적분기가 될 것이다.
상기 상관기 출력은 상기 입력 신호 xi(n)과 상기 워터마크 데이터 신호 wj(n) 사이의 상관량을 나타내는 수 C(i, j)이다. 평가 회로(24)에서, 상기 값 C(i, j)은 여러 워터마크들 Wj에 대해 평가된다. 가장 높은 상관을 제공하는 워터마크Wj는 워터마크 Wi가 되는 것으로 추정된다. 본원에서는 단지 두 개의 워터마크들 만이 고려된다.
상기 상관 C(i,j)은 용이하게 계산될 수 있다. 워터마크 W1가 신호 내에 삽입되는 경우, x1(n)과 w1(n)사이의 상관은 C(1,1)=736이 되는 것으로 나타나는 반면, X1(n)과 W1(n)사이의 상관은 C(1,2)=728이 되는 것으로 나타난다. C(1,1)가 C(1,2)보다 크기 때문에, 평가 회로(24)는 상기 삽입된 워터마크가 W1임을 결정한다. 워터마크 W2가 삽입될 때, x2(n)과 w1(n)사이의 상관은 C(2,2)=736으로 나타난다. C(2,2)가 C(2,1)보다 크기 때문에, 평가 회로(24)는 삽입된 워터마크가 W2인 것으로 결정한다. 다음의 표 1은 상기 결과를 요약한다. 이 표의 행들은 입력 신호 xi(n), 즉 워터마크 Wi 가 삽입되는 입력 신호를 나타낸다. 이 표의 열들은 장치 2에 적용되는 워터마크 Wj를 나타낸다.
[표 1]
본 예로부터 상관 량들을 나타내는 C(i,j)의 값들이 서로 인접한 것이 인지될 것이다. 이는 상기 검출 회로가 잡음, 전송 에러들, 코딩 에러들, 등에 관해 쉽게 영향받을 수 있다는 것을 의미한다.
도 3은 본 발명에 따라 신호 xi(n)에 삽입된 워터마크 Wi를 검출하기 위한 장치(3)를 개략적으로 도시한다. 이 검출 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 워터마크 데이터 신호 발생기(21), 멀티플라이어(22), 합산 회로(23), 및 평가 회로(24)를 구비한다. 이 검출 장치는 또한 제 1 예측 필터(25) 및 제 2 예측 필터(26)를 포함한다. 상기 제 1 예측 필터(25)는 신호 입력과 상기 멀티플라이어(22) 사이에 접속된다. 상기 제 1 예측 필터(25)는 입력 신호 xi(n)를 필터링하여 필터링된 입력 신호 xi'(n)를 발생시킨다. 상기 이전의 필터링 프로세스(pre filtering process)는 또한 "화이트닝(whitening)"으로 지칭되며, 레이더 및 무선 통신 수신기들에서 잡음을 역상관(decorrelate)하는 필터들과 유사하다.
제 2 예측 필터(26)는 워터마크 데이터 신호 발생기(21)와 상기 멀티플라이어(22) 사이에 접속된다. 제 2 필터는 국부적으로 인가된 워터마크 데이터 신호 wj(n)를 필터링하여, 필터링된 워터마크 데이터 신호 wj'(n)를 발생시킨다. 각각의 예측 필터의 구조는 해당 정보 신호의 통계적 특성에 기초한다. 일 예는 DPCM 이미지 및 음성 코딩에 사용된 바와 같은 선형 예측 필터들이다. 다른 예는 변환의 조합들, 각각의 주파수 서브대역에 대한 예측, 및 역 변환이다.
입력 신호가 디지털 비디오 이미지인 본 예에서, 예측 필터(25)는 그의 이웃으로부터 좌측, 우측, 위쪽 및 아래쪽으로 각각의 픽셀을 예측한다. 상기 예측된 값은 하나의 잔류 값을 얻기 위해 실제 픽셀 값으로부터 감산된다.
이때, u 및 v는 수평(u) 및 수직(v)축들을 따라 존재하는 불연속 픽셀 위치들을 나타내며, y(u,v)는 필터 입력 샘플들을 나타내고, y'(u,v)는 필터 출력 샘플들을 나타낸다. 따라서, 다음의 식들이 각각 필터링된 입력 신호 x1'(n) 및 x2'(n)에 적용된다(스케일링 계수(scaling factor) 4가 정수 값들을 유지하기 위해 인가되었음):
또한, 상기 제 1 예측 필터(25) 및 제 2 예측 필터(26)는 본 예에서 동일하다. 이것은 최상의 성능을 제공하는 양호한 실시예일지라도, 필수적인 것은 아니다. 상기 필터들은 서로 상이할 수도 있다. 상기 워터마크 검출 장치의 성능은 종래 기술에 따른 장치의 성능보다 훨씬 더 뛰어나다. 따라서, 다음의 식들이 필터링된 워터마크 데이터 신호 w1'(n) 및 필터링된 워터마크 데이터 신호 w2'(n)에 각각 적용된다.
다음의 표 2는 필터링된 입력 신호 xi'(n)와 필터링된 워터마크 데이터 신호 wj'(n)사이의 상관 C(i,j)의 량을 나타낸다. 표 1과 비교하여 도 3에 도시된 워터마크 검출기의 성능이 도 2에 도시된 검출기의 성능보다 훨씬 우수한지가 인지될 것이다.
[표 2]
표 3은 입력 신호 xi(n)만 예측 필터링될 경우 필터링된 입력 신호 xi'(n)과 필터링되지 않은 데이터 신호 wj(n)사이의 상관의 량들을 나타낸다. 이 경우 상기 워터마크 데이터 신호 wj(n)는 멀티플라이어(22)에 직접 인가된다. 알 수 있는 바와 같이, 성능은 표 2에서 보다 저하되지만 여전히 표 1에서 보다는 훨씬 우수하다.
[표 3]
표 4는 워터마크 데이터 신호 wj(n)에만 예측 필터링이 되는 경우 필터링되지 않은 입력 신호 xi(n)와 필터링된 워터마크 데이터 신호 wj'(n)사이의 상관의 량을 보여준다. 이 경우 상기 입력 신호 xi(n)는 멀티플라이어(22)에 직접 인가된다. 다시, 그 성능은 표 2에서 보다는 저하되지만 표 1에서 보다는 훨씬 우수하다.
[표 4]
도 4는 삽입된 워터마크를 검출하기 위한 장치의 다른 실시예를 도시한다. 이 장치에서, 입력 신호 xi(n)는 특정 웨이팅 계수만큼 멀티플라이어(42)에 의해 승산된다. 승산의 결과들은 상관 값 C(i,j)을 전달하는 합산 회로(43)에서 합산된다. 계산 회로(44)는 인가된 워터마크 Wj를 수신하며, 정보 신호의 통계적 특성의 모델을 사용하여 웨이팅 계수들을 발생시킨다. 이 실시예에서, 예측 필터링은 입력 신호에 인가되지 않지만 상기 계산 회로(44)에 삽입된다.
요컨대, 정보 신호 내의 워터마크는 다수의 워터마크들 Wj(n)과 상기 정보 신호를 상관시킴으로써 검출된다. 각각의 상관 량 C(i,j)은 그 후 신호 xi(n)에 삽입된 워터마크를 결정하기 위해 평가된다. 본 발명은 정보 신호를 예측 필터링(25)하거나 및/또는 인가된 워터마크 데이터 신호의 상관 프로세스에 앞서 인가된 워터 마크를 예측 필터링(26)함으로써 검출하는 것을 상당히 개선하였다.
Claims (8)
- 정보 신호와 인가된 워터마크(watermark)를 상관시키는 상관 단계, 및 상기 상관 결과를 평가하는 평가 단계를 포함하는, 정보 신호 내에 삽입된 워터마크를 검출하는 방법에 있어서,상기 정보 신호 또는 상기 인가된 워터마크 또는 양자 모두를 예측 필터링하는 단계, 및 상기 상관 단계를 상기 필터링된 신호 및 상기 필터링된 워터마크에 적용하는 단계를 특징으로 하는, 워터마크 검출 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 예측 필터링이 상기 정보 신호의 미리결정된 통계적 특성들에 적응되는, 워터마크 검출 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 양자의 예측 필터링 단계들은 동일한, 워터마크 검출 방법.
- 인가된 워터마크에 의해 결정된 필터 계수들을 사용하여 정보 신호를 필터링하는 단계, 및 상기 필터링의 결과를 평가하는 단계를 포함하는, 정보 신호 내에 삽입된 워터마크를 검출하는 방법에 있어서,상기 필터 계수들은 또한 상기 정보 신호의 통계적 특성들의 모델에 의해 결정되는, 워터마크 결정 방법.
- 정보 신호(xi) 및 인가된 워터마크(Wj)를 상관시키기 위한 상관 수단(22, 23), 및 상기 상관 결과를 평가하는 평가 수단(24)을 구비하는 정보 신호 내에 삽입된 워터마크(Wi)를 검출하는 장치에 있어서,상기 정보 신호를 필터링하는 예측 필터(25) 또는 인가된 워터마크를 필터링 하는 예측 필터(26), 또는 양자의 예측 필터들로서, 필터링된 신호 및 필터링된 워터마크를 상기 상관 수단에 인가하는 상기 예측 필터들을 특징으로 하는, 워터마크 검출 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 예측 필터들(25, 26)이 상기 정보 신호의 미리결정된 통계적 특성들에 적응되는, 워터마크 검출 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 양자의 예측 필터들(25, 26)은 동일한, 워터마크 검출 장치.
- 필터 계수들을 사용하여 상기 신호를 필터링하는 필터(41, 42, 43), 인가된 워터마크(Wj)에 따라 상기 필터 계수들을 계산하는 계산 수단(44), 및 상기 필터링의 결과를 평가하는 수단(24)을 포함하는 정보 신호(i) 내에 삽입된 워터마크(Wi)를 검출하는 장치에 있어서,상기 계산 수단(44)이 상기 정보 신호의 통계적 특성의 모델에 따라 상기 필터 계수들을 결정하도록 적응되는, 워터마크 검출 장치.
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