KR100543333B1 - 비트블록의 위치정보를 이용하는 워터마크 삽입 및 검출방법 - Google Patents

Abstract

다중 대역확산 방식 및 비트블록의 위치정보를 이용한 워터마크 삽입 및 검출방법이 개시된다. 워터마크가 삽입되는 워터마크 블록을 복수개의 비트블록으로 분할하고, 워터마크 블록에 워터마크 정보를 표현하는 의사난수를 삽입한다. 의사난수의 삽입은 분할된 비트블록 중 소정 위치에 있는 하나의 비트블록이 워터마크 검출시에 크로스 상관도 측정에서 피크값을 나타나게 하도록 조정되어 삽입된다. 의사난수의 길이는 워터마크 블록의 길이와 동일하다. 삽입하고자 하는 워터마크 정보와는 무관하게, 분할된 비트블록 중 특정 위치의 비트블록이 워터마크 검출시에 크로스 상관도 측정에서 피크값을 나타나게 하도록 하는 동기 워터마크를 삽입하는 방법도 제공된다. 또한, 정보삽입량을 나타내는 의사난수를 추가적으로 삽입하여 정보삽입량을 조절할 수 있다.

Description

비트블록의 위치정보를 이용하는 워터마크 삽입 및 검출방법{WATERMARK EMBEDDING AND DETECTING METHOD USING A POSITION INFORMATION OF BITS BLOCK}

도 1a 는 제 1 종래기술에 따라 워터마크를 삽입하는 과정을 설명하는 도이다.

도 1b 는 제 2 종래기술에 따라 워터마크를 삽입하는 과정을 설명하는 도이다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따라 워터마크를 삽입하는 과정을 설명하는 도이다.

도 3 은 이미지의 외곽이 손실되는 픽셀손실의 경우를 설명하는 도이다.

도 4a 는 이미지의 정보손실등으로 워터마크 정보의 시프트가 이루어진 경우를 설명하는 도이다.

도 4b 는 동기 워터마크를 삽입함으로써 도 4a 의 워터마크 정보의 시프트를 복원하는 과정을 설명하는 도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110, 110a, 110b : 워터마크 블록 120 : 비트블록

본 발명은 비트블록의 위치정보를 이용하는 워터마크 삽입 및 검출방법에 관한 것이다.

구체적으로는 본 발명은 다중대역확산방식과 워터마크 블록을 소정 수로 분할한 비트블록의 피크 위치정보를 이용하여, 다양한 외부적인 공격에 강인하고 이미지의 왜곡이 없이 많은 정보를 삽입할 수 있고, 또한 정보삽입량을 조절할 수 있는 워터마크 삽입 및 검출 방법에 관한 것이다.

최근 컴퓨터와 인터넷의 보급 및 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. 멀티미디어 데이터 (즉, 멀티미디어 저작물) 를 보호하기 위하여 멀티미디어 데이터에 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 여부에 따라서 가시적 워터마킹(Visible Watermarking)과 비가시적 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), 압축등의 외부적인 공격에 의해서 워터마크가 손실될 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 강도로 워터마크가 삽입이 되어야 하는데, 이러한 기술로서 활용되고 있는 것이 확산 스펙트럼 방식이다. 확산 스펙트럼 방식에 대한 자세한 설명은 Proc. IEEE ICIP' 96, Vol. Ⅲ, pp. 243-246 에 기재된 Ingemar J. Cox, Tom Leighton 및 Talal Shamoon 의 "SECURE SPREAD SPECTRUM WATERMARKING FOR IMAGES, AUDIO AND VIDEO" 에 자세히 개시되어 있다.

확산 스펙트럼 방식에서는 의사 랜덤 시퀀스를 워터마크로 사용하는데, 이 랜덤 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 공격에는 워터마크가 손실될 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 취약하다는 단점을 지닐 뿐만 아니라 압축과 같은 영상처리에 취약하고 로그-극좌표 맵핑 자체에 의한 손실이 매우 크며, 구현에 있어서 복잡성이 매우 높다는 커다란 단점을 지닌다.

이상에서 알아본 것과 같이 일반적으로 개발된 영상의 워터마킹 기술들은 나 름대로의 장단점을 보유하고 있다. 하지만, 대상 콘텐츠에 삽입하는 정보의 양은 방법에 따라서 한계가 있으며, 외부적인 다양한 영상 처리 방법에 의한 워터마크의 손실 부분은 해결해야 할 문제로 남아 있다.

한편, 의사난수를 이용하여 워터마크를 삽입하는 방법으로 대역확산방식을 여러번 사용하는 다중대역확산방식이 있다. 종래의 다중대역확산방식에 의한 워터마크의 삽입방법을 도 1a 및 도 1b 를 참조로 하여 설명한다.

도 1a 는 제 1 종래기술에 따라 워터마크를 삽입하는 과정을 설명하는 도이고, 도 1b 는 제 2 종래기술에 따라 워터마크를 삽입하는 과정을 설명하는 도이다.

도 1a 를 참조로하면, 다중대역확산방식에 의해 워터마크를 삽입하는 제 1 종래기술은 워터마크 블록 (20a) 에 복수개의 의사난수를 중복하여, 즉 중첩하여 삽입하는 기술이다. 워터마크 블록 (20a) 이라 함은 원본 이미지 (10a) 에서 워터마크 정보가 삽입되는 블록을 의미하며 예를 들어 64×64 또는 128×128 의 이미지 블록일 수 있다. 제 1 종래기술에서의 의사난수의 길이는 워터마크 블록의 길이에 상당한다.

의사난수를 이용하여 워터마크를 삽입하는 대역확산방식에서는, 워터마크의 검출시에 워터마크 삽입된 영상과 삽입한 의사난수 사이의 크로스 상관도 (Cross-Correlation) 을 측정하게 된다. 측정 결과, 영상에 삽입된 의사난수가 존재하는지 존재하지 않는지, 즉 임계값 이상의 피크값이 검출되는지 검출되지 않는지를 통해 워터마크의 검출이 이루어지는 것이다. 이와 같이 의사난수 하나의 삽입에 의해 임계값 이상의 피크값의 존재 유무의 검출결과가 발생하므로, 하나의 의사난 수의 삽입을 통하여는 0 또는 1 의 1 비트의 정보가 표현된다.

따라서, 보다 많은 워터마크 정보를 삽입하기 위해서, 상기 제 1 종래기술에서는 워터마크 블록 (20a) 에 예를 들어 64개의 서로다른 의사난수를 중복하여 더하여 삽입함으로써, 64 비트 (bits) 의 정보를 표현할 수 있다.

그러나, 제 1 종래기술에 의하면 복수개의 서로다른 의사난수가 중복하여 삽입됨으로써 워터마크가 삽입된 이미지 왜곡의 문제는 심각하고, 이는 정보량이 증가할 수록 더욱 그러하다. 즉, 정보의 삽입량과 이미지의 화질은 반비례한다.

이미지의 왜곡을 최소화하는 방법으로는 삽입되는 워터마크의 강도를 약하게 하는 방법이 있다. 그러나, 워터마크의 삽입강도가 약해지면 워터마크가 외부적인 공격에 약해진다는 단점이 있다. 특히, 이미지 JPEG 이나 비디오 MPEG 과 같은 압축에 대한 손실은 더욱 그러하다.

다음으로, 도 1b 를 참조로 하면, 다중대역확산방식에 의해 워터마크를 삽입하는 제 2 종래기술은 워터마크 블록 (20b) 을 복수개의 서브블록 (예를 들어 64 개의 서브블록) 으로 분할한 후 각각의 서브 블록마다 서로 다른 의사난수를 삽입하는 기술이다. 워터마크 블록 (20b) 이라 함은 원본 이미지 (10b) 에서 워터마크 정보가 삽입되는 블록을 의미하며, 제 2 종래기술에서의 의사난수의 길이는 워터마크 블록이 분할된 서브블록의 길이에 상당한다.

제 2 종래기술에서는 워터마크의 검출시에, 분할된 각 서브블록마다 워터마크가 삽입된 영상과 각각의 삽입된 서로다른 의사난수의 크로스 상관도를 측정함으로써 워터마크의 검출을 수행함으로써, 결국 분할된 서브블록의 개수, 즉 삽입되는 서로다른 의사난수의 개수에 따라 삽입되는 정보량이 결정된다.

제 2 종래기술에 의하면 의사난수의 중복삽입으로 인한 이미지 화질의 저하라는 제 1 종래기술에서의 문제점은 해결되나, 삽입되는 의사난수의 길이가 워터마크 블록을 분할한 서브블록의 길이가 됨으로써, 의사난수의 길이가 제 1 종래기술보다 짧아짐에 따라 압축등 외부공격에 워터마크가 쉽게 손실된다는 문제점이 있다.

이와 같이 의사난수의 길이가 짧아졌을때 압축등 외부공격에 왜 워터마크가 쉽게 손실되는지에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 의사난수는 주파수 영역에서 관찰하면 전 대역에 걸쳐서 주파수 성분을 균등하게 가지는 화이트 노이즈 (White Noise) 이다. 의사난수의 길이가 길어진다는 의미는 주파수 영역에서 그 만큼 넓은 대역폭에 걸쳐서 조밀하게 주파수 성분이 분포한다는 의미이고, 압축이라는 공격은 주파수 영역에서 고주파수 영역을 삭제하는 것을 의미한다고 말할 수 있다. 따라서, 의사난수가 길게되면 주파수 영역에서 손실이나 삭제가 발생하여도 의사난수의 주파수들이 많이 살아남기 때문에 압축에 강인하게 되는 것이다. 그러나, 제 2 종래기술에 따르면 의사난수의 길이는 정보 삽입량이 많아질수록, 즉 서브블록이 보다 많은 수로 분할될 수록 짧아짐으로써 외부적인 공격, 특히 압축에 약해지는 문제점이 발생한다.

본 발명의 목적은 상기 제 1 및 제 2 종래기술의 각 문제를 동시에 해결하는 워터마크 삽입방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이미지의 화질 왜곡없이 많은양의 정보를 워터마크로 삽입하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 압축등 외부적인 공격에 강인한 워터마크의 삽입방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 영상에 변형이 생긴 경우에도, 동기 비트블록을 사용함으로써 위치정보를 알아내어, 정확한 워터마크 정보의 검출을 가능하게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 정보 삽입량을 나타내는 의사난수의 추가 삽입을 통하여, 이미지의 용도에 따라서 정보 삽입량을 적절히 조절할 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 본 발명은 비트블록의 위치정보를 이용하여 이미지에 워터마크를 삽입하는 방법으로서, 워터마크가 삽입되는 워터마크 블록을 복수개의 비트블록으로 분할하는 단계; 및 상기 워터마크 블록에 워터마크 정보를 표현하는 의사난수를 삽입하는 단계를 포함하고, 상기 의사난수의 삽입은 상기 분할된 비트블록 중 소정 위치에 있는 하나의 비트블록이 워터마크 검출시에 크로스 상관도 (Cross Correlation)측정에서 피크값을 나타나게 하도록 조정되어 삽입되는 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 크로스 상관도는 워터마크가 삽입된 이미지와 삽입된 의사난수 사이의 크로스 상관도이다.

또한 바람직하게는, 상기 의사난수의 길이는 상기 워터마크 블록의 길이와 동일하다.

또한 바람직하게는, 상기 워터마크 삽입방법은 상기 의사난수가 삽입된 워터마크 블록을 상기 이미지에 반복하여 삽입하는 단계를 더 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 워터마크 삽입방법은 상기 워터마크 블록과는 다른 워터마크 블록에 또다른 의사난수를 삽입하여 워터마크를 추가적으로 삽입하는 단계를 더 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 분할된 비트블록의 개수를 N, 삽입되는 워터마크 정보의 비트수를 x 라 할때, N=2^x 의 관계가 성립된다.

또한 바람직하게는, 상기 워터마크 삽입방법은, 삽입하고자 하는 워터마크 정보와는 무관하게, 상기 분할된 비트블록 중 특정 위치의 비트블록이 워터마크 검출시에 크로스 상관도 측정에서 피크값을 나타나게 하도록 하는 동기 워터마크를 삽입한다.

또한 바람직하게는, 상기 동기 워터마크는 워터마크의 검출시에 상기 워터마크 블록의 위치를 결정하는 기준으로 사용된다.

또한 바람직하게는, 상기 워터마크 삽입방법은, 상기 워터마크 블록에 정보 삽입량을 나타내는 의사난수를 삽입하는 단계를 더 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 정보 삽입량을 나타내는 의사난수의 길이는 상기 워터마크 블록의 길이와 동일하다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 본 발명은 상기 워터마크 삽입방법에 의하여 워터마크가 삽입된 이미지에서 상기 워터마크를 검출하는 방법으로서, 상기 워터마크가 삽입된 이미지와 상기 삽입된 의사난수 사이의 크로스 상관도를 측정하는 단계; 및 상기 크로스 상관도의 측정 결과로서, 피크값을 나타내는 비트블록의 위치를 구함으로써 워터마크 정보를 검출하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따라 워터마크를 삽입하는 과정을 설명하는 도이다.

워터마크 정보가 삽입되는 블록인 워터마크 블록 (110a) 은 복수개의 비트블록 (120) 으로 분할되어 구성된다. 비트블록 (120) 이 상기 제 2 종래기술에서의 서브블록과 구별되는 점은, 본 발명에서는 비트블록 (120) 마다 서로 다른 의사난수를 삽입하지 않으며, 또한 본 발명에서는 복수개의 비트블록 (120) 중 특정의 비트블록에서 추후 워터마크의 검출시 크로스 상관도 측정에서 피크값이 검출되도록 구성한다는 점이다.

즉, 본 발명에서는 상기 제 2 종래기술과는 달리 삽입되는 의사난수의 길이가 비트블록의 길이가 아니라 워터마크 블록의 길이에 상당한다. 또한, 본 발명에서는 복수개의 분할된 비트블록 (120) 의 위치정보가 이용되며, 추후 워터마크의 검출시의 크로스 상관도의 측정은 단지 피크값이 존재하는지 아닌지를 판별하는 종래기술과는 달리 피크값이 어떤 위치의 비트블록 (120) 에서 발생하는지에 의해 워 터마크의 검출을 수행하게 된다.

도 2 에서 N 은 분할된 비트블록의 개수를 의미하고, 또한 워터마크 블록 길이의 하나의 의사난수로 표현할 수 있는 정보량을 의미한다. 삽입되는 정보량 N 을 비트정보량으로 표현하면 하기의 수학식 1 과 같다.

여기에서, N 은 분할된 비트블록의 개수이고, x 는 비트수이다. 예를 들어 N이 64이면 x 는 6 비트가 되고, N 이 1024 이면 x 는 10 비트의 정보량이 된다

즉, 상기 수학식 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 사용자가 블록을 나누는 수에 의해 삽입되는 워터마크 정보량은 증가할 수 있으며, 상기 제 2 종래기술과는 달리 의사난수의 길이는 분할된 블록의 길이가 아니라 워터마크 블록의 길이이므로, 블록을 더 분할함에 따라 압축에 약해지는등의 문제점은 본 발명에서는 발생하지 않는다.

비트블록의 위치정보를 이용한 워터마크의 삽입방법을 구체적으로 설명하자면, 예를 들어 워터마크 블록을 64개의 비트블록으로 분할하였고, 삽입하고자 하는 정보가 "000001" 이라면, 2번째 위치된 비트블록에서 추후 워터마크 검출시의 피크값 (즉, 크로스 상관도 값이 최대인 위치) 이 나타나도록 의사난수를 이동시키는 것이다. 만약 삽입하고자 하는 정보가 "111111" 이라면 64번째 위치된 비트블록에서 피크값이 나타나도록 의사난수를 이동시킨다.

또한, 본 발명에서는 동일한 워터마크 블록 (110a) 을 원본 이미지 (110) 에 반복하여 삽입함으로써, 워터마크 삽입된 이미지가 잘리거나 일부가 손실되는 공격이 가해지는 경우에도, 워터마크의 검출이 가능하다.

한편, 도 2 를 참조하여, 보다 효과적으로 삽입되는 정보량을 늘리기 위해서는 다른 워터마크 블록 (110b) 에 다른 의사난수를 삽입하는 방법이 있을 수 있으며, 이는 하기의 수학식 2 로 표현된다.

상기 수학식 2 는 수학식 1 의 확장식으로서, m 은 의사난수가 삽입되는 워터마크 블록의 개수 또는 사용되는 의사난수의 개수가 된다. 의사난수가 m 개 사용되면, 삽입되는 정보 비트량도 m 배로 증가한다. 예를 들어, 수학식 1 에서 N 이 1024 (즉, x 는 10) 이고, 수학식 2 에서 m 이 7 인 경우에 70 비트의 정보비트가 삽입가능하다.

이와 같이 워터마크가 삽입된 이미지의 워터마크 검출과정에서는, 워터마크가 삽입된 이미지와 삽입한 (워터마크 블록의 길이를 갖는) 의사난수의 크로스 상관도 계산에 의해 어느 위치의 비트블록에서 피크값이 나타나는지에 의해 삽입된 워터마크를 검출할 수 있다.

이와 같은 어떤 위치의 비트블록에서 상관도의 피크값을 갖는지를 찾는 과정은 하기의 수학식 3 으로 표현된다.

상기 수학식 3 은 검출된 피크값 위치정보를 이진비트로 표현하는 방법으로 하나의 워터마크 블록에 삽입되는 정보 비트량이 10 비트 (즉, N=1024) 인 경우를 예를 들어 표현한 것이다.

수학식 3 은 피크값의 위치정보 10진수를 0 과 1 로 표현되는 2진수로 변환하는 일반적인 공식이다. 여기에서, a₁, a₂,...,a₁₀ 은 0 또는 1 의 값을 가지게 되며, I' 는 워터마크된 이미지, RN₁ 은 의사난수를 의미한다.

본 발명에 따른 워터마크 삽입방법에 의해 워터마크가 삽입된 이미지는 픽셀손실과 같은 공격에도 강인 (robust) 하다. 수학식 3 에서 계산된 상관도의 피크값이 비트블록내에 존재하기만 하면, 비트정보가 추출될 수 있다. 하기의 수학식 4 는 이를 표현한 것이다.

수학식 4 에서 bit_block_n 은 n 번째 비트블록을, (x_start,y_start) 는 블록의 시작 위치를, (x_end,y_end) 는 블록의 종료 위치를 각각 나타낸다.

도 3 은 이미지의 외곽이 손실되는 픽셀손실의 경우를 설명하는 도이다.

도 3 을 참조로 하면, 이미지 (110) 의 외곽에 데이터 손실이 있더라도, 손실폭이 비트블록의 영역내에만 존재하면 워터마크 정보를 정확히 검출해낼 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라 워터마크 삽입된 이미지의 압축에 대한 강인성 실험결과를 표 1 및 표 2 를 참조로 하여 설명하기로 한다.

표 1 은 Paintshop 7.0 에 플러그인 되어 있는 A 사의 워터마크 알고리즘의 압축에 대한 강인성을 테스트한 결과이고, 표 2 는 본 발명의 삽입방법에 의해 워터마크가 삽입된 이미지의 압축에 대한 강인성을 테스트한 결과이다.

QF	삽입강도 중간
JPEG 90%	100.0% (30/30)
JPEG 80%	100.0% (30/30)
JPEG 70%	93.3% (28/30)
JPEG 60%	83.3% (25/30)
JPEG 50%	80.0% (24/30)
JPEG 40%	66.6% (20/30)
JPEG 30%	36.7% (11/30)
JPEG 20%	20.0% (6/30)
JPEG 10%	0.0% (0/30)

(추출된 이미지수/총 이미지수)

QF	삽입강도 최대	삽입강도 중간	삽입강도 최소
JPEG 90%	100.0% (763/763)	100.0% (763/763)	100.0% (336/336)
JPEG 80%	100.0% (763/763)	100.0% (763/763)	100.0% (336/336)
JPEG 70%	100.0% (763/763)	100.0% (763/763)	99.1% (333/336)
JPEG 60%	100.0% (763/763)	99.2% (757/763)	94.0% (316/336)
JPEG 50%	99.9% (762/763)	95.9% (732/763)	84.8% (285/336)
JPEG 40%	98.4% (751/763)	87.7% (669/763)	74.1% (249/336)
JPEG 30%	92.0% (702/763)	72.1% (550/763)	59.2% (199/336)
JPEG 20%	69.6% (531/763)	63.4% (426/763)	38.4% (129/336)
JPEG 10%	31.6% (241/763)	34.8% (208/763)	0.8% (27/336)

(추출된 이미지수/총 이미지수)

디지털 이미지를 인터넷 상에서 사용하기 위해서는 일반적으로 JPEG 압축이 많이 사용되고, JPEG 압축은 손실압축으로 QF (Quality Factor) 로써 압축정도를 표현한다. QF 가 높을수록 압축이 적게된 이미지로 화질이 양호하며, QF 가 낮을 수록 압축이 많이된 이미지로 화질이 떨어진다. QF 가 30% 이하로 떨어지면 화질에 열화가 많이 생기며, 워터마크의 추출율이 떨어지게 된다.

상기 표 1 및 표 2 의 결과로부터, 본 발명의 실시예에 따라 워터마크를 삽입한 이미지의 워터마크 추출율이, 상기 제 1 및 제 2 종래기술에 따라 워터마크를 삽입한 타회사의 워터마크 추출율보다 훨씬 높다는 것이 확인되었으며, 이와 같은 압축에 대한 강인한 효과는 특히 QF 가 낮은 경우에 더욱 본 발명이 우월함을 알 수 있었다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시예로서, 동기 워터마크를 삽입함으로써, 이미지의 정보 손실등으로 워터마크 정보가 시프트된 경우에도 워터마크 정보를 정확하게 검출해내는 과정을 설명하기로 한다.

도 4a 는 이미지의 정보손실등으로 워터마크 정보의 시프트가 이루어진 경우 를 설명하는 도이며, 도 4b 는 동기 워터마크를 삽입함으로써 도 4a 의 워터마크 정보의 시프트를 복원하는 과정을 설명하는 도이다.

동기 워터마크 (Sync. Watermark) 의 삽입이란, 삽입하고자 하는 워터마크 정보와는 무관하게, 특정의 비트블록의 위치에서는 항상 크로스 상관도 측정시에 피크값이 존재하도록 만드는 것을 의미한다. 이러한 동기 워터마크의 삽입으로써, 워터마크 삽입된 이미지의 정보가 시프트된 경우에도 워터마크의 검출시 이를 복원할 수 있게 된다.

도 4a 를 참조하여, 원래 하나의 워터마크 블록이 "123456789" 일때 (여기에서, 123.. 등의 숫자는 비트블록의 위치정보를 나타내는 값임), 만약 워터마크 삽입된 이미지에 정보 손실이나 정보 첨가, 또는 잘라내기 등이 발생하여 전체적인 워터마크가 시프트되어 워터마크의 검출시 추출된 하나의 워터마크 블록이 "564897231" 이라고 가정한다.

이 경우에, 만약에 1번 비트블록이 항상 피크값을 갖도록 동기 워터마크가 삽입되었다면, 워터마크 블록의 크기를 알고 동기 워터마크가 삽입되는 동기 비트블록의 위치를 알고 있으므로, 도 4b 에서 보는 바와 같이 원래의 워터마크 블록으로의 복원이 가능하다.

동기 워터마크를 사용하여 워터마크를 검출하는 본 발명의 방법은 하기의 수학식 5 로써 표현된다.

수학식 5 에서, W 는 최종적으로 삽입 및 검출되는 워터마크, RN 은 의사난수를 사용하여 구성되는 워터마크, SW 는 동기 워터마크 이고, α는 워터마크의 강도를 나타내는 삽입계수이다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 이미지에 워터마크를 삽입할 때에 정보 삽입량을 나타내는 의사난수를 삽입하여 정보 삽입량을 조절하는 기능을 수행할 수 있다.

본 발명에서 이미지에 삽입되는 정보량을 늘리기 위해서 워터마크 블록에 의사난수를 중복하여 삽입할 수 있다. 이 경우 중첩되는 의사난수의 갯수가 많아질 수록 정보 삽입량은 늘어나는 반면에, 그에 따라 이미지의 화질이 저하됨과 동시에 워터마크에 대한 외부 공격에 취약해진다. 반대로, 중첩되는 의사난수의 갯수가 적은 경우에는 정보 삽입량은 줄어드나, 이미지의 화질은 향상되고 외부 공격에는 강인해진다. 즉, 정보 삽입량과 화질 (및 외부 공격에의 강인성) 은 서로 트레이드-오프 (Trade-Off) 관계에 있다.

본 발명의 워터마크 삽입이 사용되는 이미지의 용도는 다양하게 존재할 수 있고, 즉 경우에 따라 화질이 다소 열화되더라도 정보를 많이 삽입하는 것이 필요 한 경우 또는 워터마크 정보를 적게 삽입하더라도 화질을 좋게하고 외부공격에 강인하게 할 필요가 있는 경우 등이 존재한다.

본 발명에서는 이러한 정보 삽입량의 변화되는 필요에 대응하기 위하여, 정보 삽입량을 나타내는 의사난수 (EAI) 를 추가로 삽입하여 정보삽입량을 조절하여 삽입한다.

EAI 또한 그 의사난수의 길이가 워터마크 블록의 길이에 상당하며, 정보를 나타내는 워터마크의 의사난수와 중첩되어 워터마크 블록에 삽입된다.

이에 대해 식으로 설명하면, 워터마크의 검출방법과 관련하여 앞서 설명한 수학식 5 는 상기 정보 삽입량을 나타내는 의사난수 (EAI) 의 추가 삽입으로 하기의 수학식 6 과 같이 된다.

수학식 6 에서, W 는 최종적으로 삽입 및 검출되는 워터마크, RN 은 의사난수를 사용하여 구성되는 워터마크, SW 는 동기 워터마크, EAI 는 정보 삽입량을 나타내는 의사난수이고, α는 워터마크의 강도를 나타내는 삽입계수이다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예로서 설명한 워터마크 삽입 및 검출방법은 공간영역 삽입방법 및 주파수영역 삽입방법 모두에 적용가능하며, 이미지 및 비디오 멀티미디어 데이터에 모두 적용가능하다.

본 발명은 상기의 실시예들을 참조로하여 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.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 이미지의 화질 왜곡없이 많은양의 정보를 워터마크로 삽입하는 효과가 있다.

또한, 의사난수의 길이가 워터마크 블록의 길이로 길기 때문에, JPEG 또는 MPEG 과 같은 손실 압축에 강인한 효과가 있다.

또한, 비트블록이라는 영역을 이용하여 워터마크 정보를 표현하므로 픽셀손실과 같은 이미지에 대한 공격에도 강인하고, 워터마크 블록을 반복하여 삽입하고 또한 동기 워터마크를 사용하기 때문에 잘라내기와 같은 공격에도 강인한 효과가 있다.

또한, 정보 삽입량 조절기능을 통해 적시적소에 이미지의 용도에 따라 정보 (즉, 워터마크) 삽입량을 조절함으로써, 워터마크가 사용되는 응용분야에서 그 기능을 최대화하여주는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 비트블록의 위치정보를 이용하여 이미지에 워터마크를 삽입하는 방법으로서,

   워터마크가 삽입되는 워터마크 블록을 복수개의 비트블록으로 분할하는 단계; 및

   상기 워터마크 블록에 워터마크 정보를 표현하는 의사난수를 삽입하는 단계를 포함하고,

   상기 의사난수의 삽입은 상기 분할된 비트블록 중 소정 위치에 있는 하나의 비트블록이 워터마크 검출시에 워터마크가 삽입된 이미지와 삽입된 의사난수 사이의 크로스 상관도 (Cross Correlation)측정에서 피크값을 나타나게 하도록 조정되어 삽입되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 의사난수의 길이는 상기 워터마크 블록의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 의사난수가 삽입된 워터마크 블록을 상기 이미지에 반복하여 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 워터마크 블록과는 다른 워터마크 블록에 또다른 의사난수를 삽입하여 워터마크를 추가적으로 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 분할된 비트블록의 개수를 N, 삽입되는 워터마크 정보의 비트수를 x 라 할때,

   N=2^x 의 관계가 성립되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   삽입하고자 하는 워터마크 정보와는 무관하게, 상기 분할된 비트블록 중 특정 위치의 비트블록이 워터마크 검출시에 워터마크가 삽입된 이미지와 삽입된 의사난수 사이의 크로스 상관도 측정에서 피크값을 나타나게 하도록 하는 동기 워터마크를 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 동기 워터마크는 워터마크의 검출시에 상기 워터마크 블록의 위치를 결정하는 기준으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 워터마크 블록에 워터마크 정보 삽입량을 나타내는 의사난수를 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 워터마크 정보 삽입량을 나타내는 의사난수의 길이는 상기 워터마크 블록의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 1 항, 또는 제 3 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 워터마크가 삽입된 이미지에서 상기 워터마크를 검출하는 방법으로서,

    상기 워터마크가 삽입된 이미지와 상기 삽입된 의사난수 사이의 크로스 상관도를 측정하는 단계; 및

    상기 크로스 상관도의 측정 결과로서, 피크값을 나타내는 비트블록의 위치를 구함으로써 워터마크 정보를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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