KR100618291B1 - 압축된 비디오 신호에서 워터마크 검출 - Google Patents

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Abstract

MPEG 압축된 신호에서 삽입된 워터마크를 검출하는 방법 및 장치가 개시된다. 종래의 MPEG 디코더는 워터마크 검출에 적합한 수정된 베이스밴드 비디오 신호가 얻어지는 정도로 해석된다. 본 발명에 따라서, 삽입된 워터마크를 갖는 복수의 화상들이 변환 도메인(domain)에서 누산(2, 3, 4)되고, 역 DCT(5)는 누산된 결과에 적용된다. 그리고나서, 종래의 워터마크 검출(6)은 공간 도메인에서 누산된 복수의 화상들에 인가된다.
워터마크, 변환 도메인, 공간 도메인, 압축 신호, 엔코딩

Description

압축된 비디오 신호에서 워터마크 검출{Detection of a watermark in a compressed video signal}
본 발명은 압축된 비디오 신호에서 워터마크(watermark)를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 워터마크 검출하는데 적합한 신호를 얻기 위하여 압축된 비디오 신호를 디코딩하는 장치에 관한 것이다.
워터마킹은 오디오, 정지 영상들 또는 동영상 비디오(moving video)와 같은 멀티미디어 콘텐트들에 인지할 수 없는 정보를 삽입하는(embeding) 기술이다. 워터마크들은, 소유권 검증, 저작권 보호 및 복사 및 재생 제어와 같은 응용들에 대하여 사용된다.
워터마크는 종종 워터마크 패턴에 따라서 비디오 신호의 휘도 픽셀들을 다소 수정함으로써 비디오 신호에 삽입된다. 본 발명을 이해하기 위해선, 동일한 크기의 픽셀들의 어레이에 가산되는 + 1 및 - 1 값들의 어레이로서 워터마크 패턴을 추측하는 것으로 충분하다. 워터마크 패턴과 동일한 크기를 갖는 픽셀들의 어레이를 이하부터 "화상"이라 칭한다. 화상은 전체 크기의 비디오 영상(NTSC경우엔 480*720 픽셀들 또는 PAL의 경우엔 576*720 픽셀들) 또는 예를들어 128*128 픽셀들의 서브 영상과 같이 상기 영상의 부분일 수 있다. 워터마크 패턴이 영상보다 작은 경우, 이것은 "타일(tile)"이라 공지되어 있다. 그리고나서, 이 패턴은 "타일링된" 영상을 얻기 위하여 반복적으로 사용된다. 복수의 화상들은 동일한 워터마크 패턴으로 워터마킹 된다라고 추정된다.
화상에서의 워터마크의 검출은 임계 상관 동작이 필수적이다. 워터마크 검출기는 의심 화상(suspect picture) 및 검출될 워터마크 패턴간의 상관량을 계산하여 그 결과를 미리 결정된 임계값과 비교함으로써 의심 화상이 워터마킹되는지 여부를 결정한다. 이와같은 워터마크 검출기의 일예가 출원인의 국제 특허 출원 WO-A-98/03014호에 서술되어 있다.
본 발명은 압축된 비디오 신호에서 워터마크를 검출하는 문제를 서술한 것이다. 비디오 압축은 전송되거나 기록될 데이터 량을 감소시킨다. 널리 공지된 예는 MPEG 압축이다. 간단히 요약하면, MPEG 압축은 픽셀 값들의 블록들을 계수들의 블록들로 변환시키는 이산 코사인 변환(DCT)을 포함한다. 이 계수들은 양자화되며, 이는 많은 계수들이 제로 값들이 되도록 한다. 양자화된 계수들은 제로 계수들 및 다음의 비제로 계수의 각각의 런(run)에 Huffman 코드워드를 할당함으로써 가변 길이 엔코딩된 된다. 이 화상들은 자발적으로(I-화상들) 또는 예측적으로(P- 및 B-화상들) 엔코딩될 수 있다. 후자의 경우에, 이 픽셀 블록들 자체가 변환되는 것이 아니라 오히려 잔여 픽셀 블록들(이것은 모션 압축된 예측 블록들을 감산한 후 남아있는)이 변환된다.
워터마크를 검출하는 간단한 방법은 종래의 MPEG 디코더 및 종래의 워터마크 검출기의 캐스케이드 장치(cascade arrangement)를 사용하는 것이다. 그러나, MPEG 디코딩은 연산 수, 복잡도 및 메모리 양과 관계하여 동작하는데 비용이 많이 들기 때문에, 이것은, 워터마크 전용 검출을 위한 실제 솔루션으로서 역할하기엔 너무 큰 전체 복잡도를 갖는다. 이는 특히 비디오 프로그램이 복사될 수 있는지 여부를 결정하기 위하여 워터마크 검출기를 포함하도록 하는 DVD 드라이브에 대해선 실제적이지만, 그 자체가 MPEG 디코더를 포함하진 않는다.
본 발명의 목적은 압축된 비디오 신호에서 워터마크를 검출하데 있어 비용면에서 효율적인 방법을 제공하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명을 따른 방법은 복수의 화상들의 공간적으로 대응하는 계수들을 누산하며, 상기 누산된 계수들을 누산된 복수의 계수들로 역 변환시키고, 상기 누산된 복수의 화상들에서 워터마크를 검출하는 단계들을 포함한다.
본 발명은 상기 복수의 화상들이 우선 누산되고 나서 워터마크 검출이 상기 누산 결과에 기초하여 실행된 경우, 복수의 화상들에 삽입된 워터마크가 더욱 신뢰할 수 있게 검출된다는 인식에 기초한다. 본 발명은 (역) 변환 및 누산이 역의 순서로 실행될 수 있는 교호적인 연산들(commutative operations)이라는 점을 또한 이용한 것이다.
이 방법은 비디오 신호를 우선 종래대로 디코딩하고 나서 이 디코딩된 신호에서 워터마크를 검출하는 간단한 방법을 통해서 상당한 장점들을 갖게된다. 시간 단위당 역 변환 연산수가 상당히 감소된다. 각각 개별적인 계수들의 블록을 역 변환하는 대신에, 역 변환은 복수의 화상들이 누산될 때까지 실행되지 않는다; 즉 워터마크 검출 기간당 1회 실행된다. 본 발명의 또다른 장점은 MPEG 엔코딩된 비디오 신호의 계수들이 가변 길이 엔코딩되고 화상당 비트들의 수는 화상이 I-, P- 또는 B- 화상인지에 주로 좌우된다는 고려사항을 따른다. 이 관점에서, 종래의 MPEG 디코더는 MPEG 비트스트림의 거의 일정한 비트율(DVD의 경우 10Mbit/s의 정도)을 최대 40Mbit/s의 상당히 변화하는 비트율로 변환시키는 대형 입력 버퍼를 포함하고 가변 길이 디코더는 최고 순간 비트율을 처리할 수 있어야만 된다. 역 변환 및 누산 순서를 교대(interchange)시킴으로써, 가변 길이 디코딩은 입력 비트율로 실행될 수 있다. 가변 길이 디코더는 상당히 간단화되고 대형 입력 버퍼는 불필요할 수 있게된다. 게다가, 계수들을 누산하는 버퍼는 워터마크 패턴의 크기를 갖는다. "타일링된" 영상들에서 워터마크를 검출하기 위하여, 이와같은 버퍼는 종래의 MPEG 디코더의 전체 크기(full-size) 영상 버퍼보다 상당히 작게된다.
워터마크는 잔여 픽셀 블록들에 충분하게 존재한다는 것이 발견되었다. 이의 관점에서, P- 및 B- 화상들을 재구성할 필요는 없다. 이들 화상들의 계수들은 직접적으로 누산될 수 있다. 모션 보상은 워터마크 검출을 위하여 생략될 수 있다는 것이 발견되었고 실험적으로 증명되었다. 계수들의 누산은 신호에 포함되는 모션 벡터들에 관계없이 실행될 수 있다. 이에 따라서, 모션 벡터들, 모션 보상기 및 두 개의 전체 크기의 프레임 메모리들을 디코딩하기 위한 가변 길이 디코더와 같은 P- 및 B- 화상들을 재구조화하기 위한 회로가 불필요하게 될 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 워터마크를 검출하는 장치를 도시하는 개략도.
도2는 도1에 도시된 장치의 동작을 도시하는 블록도.
도3은 도1에 도시된 장치를 포함하는 DVD 드라이브를 도시하는 도면.
도1은 본 발명에 따라서 워터마크를 검출하는 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 가변-길이 디코더(1), 누산기(2), 버퍼(3), 어드레스 발생기(4), 역 이산 코사인 변환기(5), 워터마크 검출회로(6)를 포함한다. 워터마크 검출 회로(6)는 예를 들어 국제 특허 출원 WO-A-98/03014에 개시된 바와같은 종래의 워터마크 검출기이다.
상기 장치는 MPEG 비트스트림(MP)의 형태로 압축된 비디오 신호를 수신한다. MPEG 비트스트림의 페이로드 대부분은 가변-길이 엔코딩된 계수들과 모션 벡터들을 포함한다. 본 발명의 양상에 따라서, 모션 벡터들은 무시된다. 계수들을 나타내는 코드워드들(codewords)은 가변-길이 디코더(1)에 의해 디코딩된다. 많은 계수들은 제로 값들을 갖는다. 단일 코드워드는 제로 계수들 및 후속하는 비제로 계수들의 런(run)을 나타낸다. 특정 코드워드는 블록의 끝을 표시한다. 각 계수에 대하여, 가변-길이 디코더(1)는 계수 값 C 및 그것의 서열 번호(ordinal number) n, 즉 8*8 계수들의 블럭에서의 상대적 위치를 생성한다.
복수의 화상들의 공간적으로 대응하는 계수들은 누산 버퍼(3)에서 누산된다. 본원에선, 화상 크기(및 이에 따른 버퍼 크기)는 128*128 픽셀들, 즉 DCT 블록들의 정수라고 한다. 버퍼(3)는 화상내의 현재 DCT 블록의 위치를 계속 카운트하여 가변-길이 디코더(1)로부터 서열 계수 번호(n)를 수신하는 어드레스 발생기(4)에 의해 어드레싱된다. 누산기(2)는 현재 계수값 C을 지금까지 누산된 결과에 가산한다. 본 발명의 한 양상에 따라서, 계수들이 픽셀들 또는 잔여 픽셀들을 나타내는지, 즉 자발적으로 엔코딩된 I-화상들 또는 예측적으로 엔코딩된 P- 또는 B-화상들로부터 발생하는지 관계없이, 상기 계수들은 누산된다는 것이 공지되었다.
상술된 연산 단계들이 도2에 도시되었다. 이 도면에서, 참조 번호 (9)는 변환 도메인에서 전체 크기의 타일링된 영상을 나타낸다. 이 영상은 128*128 픽셀들의 크기를 갖는 (부)화상들(91-99)에 워터마크 패턴을 반복적으로 부가함으로써 워터마킹된다. 도면의 우측에 도시된 바와 같이, 상기 화상들(91-99)은 폴딩되고 누산되어, 누산된 화상(100)이 (여전히 변환 도메인에서)얻어진다.
미리 결정된 수의 화상들의 계수들을 누산한 후에(예를들어, 모든 화상들은 전체 크기의 타일링된 영상 및/또는 복수의 영상들을 형성), 누산 결과는 공간 도메인에서 역변환시키는 DCT 회로(5)에 인가된다. 그리고나서, 누산된 공간 “화상”P는 종래의 워터마크 검출 회로(6)에 인가된다.
도3은 디스크(31)상에 기록된 MPEG 비트스트림을 재생하기 위한 DVD 드라이브를 도시한다. 기록된 신호는 스위치(32)를 통해 출력 터미널(33)에 인가된다. 출력 터미널은 외부 MPEG 디코더 및 디스플레이 장치(도시되지 않음)에 접속된다. 만일 본 발명에 관련되지 않은 다른 조건들이 충족되지 않는 다면, DVD 드라이브는 미리 결정된 삽입된 워터마크를 갖는 비디오 신호들을 재생할 수 없다라고 가정된다. 예를 들어, 디스크(31)가 주어진“와블(wobble)”키를 포함하면, 워터마크된 신호들만 재생될 수 있다. 워터 마크를 검출하기 위해, DVD 드라이브는 도1에 관련하여 상술된 바와 같은 워터마크 검출기(34)를 포함한다. 워터마크 검출기(34)는 기록된 신호를 수신하고 워터마크가 검출되는지 여부에 응답하여 스위치(32)를 제어한다.
요약하면, 본 발명은 MPEG 압축된 신호에 삽입된 워터마크를 검출하는 방법 및 장치가 개시된다. 종래의 MPEG 디코더는 워터마크 검출에 알맞은 수정된 베이스밴드 비디오 신호가 얻어지는 정도로 해석된다. 본 발명에 따라서, 삽입된 워터마크를 갖는 복수의 화상들은 변환 도메인에서 누산되고, 역 DCT는 상기 누산된 결과에 인가된다. 그리고나서, 종래의 워터마크 검출은 공간 도메인에서 누산된 복수의 화상들에 인가된다.

Claims (6)

  1. 비디오 신호의 화상들을 변환시킴으로써 얻어지는 스펙트럼 계수들을 포함하는 압축된 비디오 신호에서 워터마크를 검출하는 방법에 있어서,
    복수의 화상들의 공간적으로 대응하는 계수들을 누산하는 단계로서, 상기 복수의 화상들은 전체 크기의 타일링된 영상 및/또는 복수의 영상들을 형성하는, 상기 누산하는 단계;
    상기 누산된 계수들을 누산된 복수의 화상들로 역 변환시키는 단계와,
    상기 누산된 복수의 화상들에서 워터마크를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는, 워터마크 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 엔코딩된 비디오 신호는 예측 화상(prediction picture)을 감산한 후 잔여 화상을 나타내는 계수들을 각각 포함하는 예측적으로 엔코딩된 화상들을 포함하며, 상기 계수들을 누산하는 단계는 상기 예측 화상을 나타내는 계수들에 관계없이 상기 잔여 화상들을 나타내는 상기 계수들에 적용되는, 워터마크 검출 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 예측적으로 엔코딩된 화상들은 모션 벡터들을 더 포함하며, 상기 계수들을 누산하는 단계는 상기 모션 벡터들에 관계없이 실행되는, 워터마크 검출 방법.
  4. 비디오 신호의 화상들을 변환시킴으로써 얻어지는 공간적인 계수들을 포함하는 압축된 비디오 신호에서 워터마크를 검출하는 장치에 있어서,
    복수의 화상들의 공간적으로 대응하는 계수들을 누산하는 수단(2, 3, 4)과,
    상기 누산된 계수들을 누산된 복수의 화상들로 역 변환시키는 수단(5)과,
    상기 누산된 복수의 화상들에서 상기 워터마크를 검출하는 수단(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 워터마크 검출 장치.
  5. 비디오 신호의 화상들을 변환시킴으로써 얻어지는 공간적인 계수들을 포함하는 압축된 비디오 신호를 디코딩하는 장치에 있어서,
    복수의 화상들의 공간적으로 대응하는 계수들을 누산하는 수단(2, 3, 4)과,
    상기 누산된 계수들을 누산된 복수의 화상들로 역변환시키는 수단(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축된 비디오 신호 디코딩 장치.
  6. 비디오 신호에 워터마크의 존재에 따라서 상기 비디오 신호의 기록 및/또는 재생을 하지못하게 하는 수단(32)을 포함하는 압축된 비디오 신호를 기록 및/또는 재생하는 장치에 있어서,
    상기 비디오 신호에서 상기 워터마크를 검출하기 위하여 청구항 4에 청구된 바와같은 장치(36)를 포함하는 것을 특징으로하는, 압축된 비디오 신호 기록 및/또는 재생 장치.
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