KR100821349B1 - Method for generating digital watermark and detecting digital watermark - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 디지털 신호가 하나 이상의 프레임 신호로 분할되는 프레임 분할 단계; 프레임 신호가 웨이블릿 변환되어 주파수대별로 분할된 소정 개수의 대역신호군으로 변환되는 웨이블릿 변환 단계; 소정 개수의 대역신호군 중 변환대상으로 설정된 대역신호군이 통계적으로 정규화되는 변환대상 대역신호군 정규화 단계; 대역신호군 중 저주파 대역신호군의 표준편차와 소정 계수를 이용한 임계값을 기준으로, 정규화된 변환대상 대역신호군 중에서 임계값 이상의 크기를 갖는 저주파 대역신호군의 웨이블릿 기준계수들과 대응되는 변환대상 대역신호군의 소정 웨이블릿 계수들이 선택되고, 변환대상 대역신호군의 선택된 웨이블릿 계수들은 저주파 기준계수들의 부호에 따라 두 그룹으로 분할되는 변환대상 대역신호군 이분할 단계; 두 그룹의 각 분산값이 수정됨에 따라 워터마크가 삽입되는 워터마킹 단계; 워터마크가 삽입된 변환대상 대역신호군이 역정규화되고, 소정 개수의 대역신호군이 역웨이블릿 변환되어 복수개의 프레임 신호가 생성되는 역변환 단계; 및 각 프레임 신호가 병합되고 디지털 신호가 생성되는 프레임 병합 단계를 포함하는 디지털 워터마크 생성 방법 및 검출 방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided a method, comprising: a frame division step of dividing a digital signal into one or more frame signals; A wavelet transform step of wavelet transforming the frame signal into a predetermined number of band signal groups divided by frequency bands; A conversion target band signal group normalization step of statistically normalizing a band signal group set for conversion among a predetermined number of band signal groups; A transform target corresponding to wavelet reference coefficients of a low frequency band signal group having a magnitude greater than or equal to a threshold value among the normalized transform target band signal groups based on a threshold using a standard deviation and a predetermined coefficient of the low frequency band signal group among the band signal groups A predetermined wavelet coefficient of the band signal group is selected, and the selected wavelet coefficients of the band signal group to be converted are divided into two groups according to the sign of the low frequency reference coefficients; A watermarking step of inserting a watermark as each variance value of the two groups is modified; An inverse transform step of inverse normalizing a band-target signal group having a watermark embedded therein, inverse wavelet-converting a predetermined number of band-signal groups, and generating a plurality of frame signals; And a frame merging step in which each frame signal is merged and a digital signal is generated.

디지털 오디오, 워터마크, 웨이블릿 변환, 프레임, 통계적 방법 Digital audio, watermarks, wavelet transforms, frames, statistical methods

Description

디지털 워터마크 생성 방법 및 검출 방법{Method for generating digital watermark and detecting digital watermark}Method for generating digital watermark and detecting digital watermark

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 워터마크 생성 방법을 실현하기 위한 시스템 구성도,1 is a system configuration diagram for realizing a digital watermark generation method according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디지털 워터마크 생성 방법의 흐름도,2 is a flowchart of a digital watermark generation method according to an embodiment of the present invention;

도 3은 도 2의 프레임 분할 단계 및 웨이블릿 변환 단계를 나타내는 개략도,3 is a schematic diagram illustrating a frame division step and a wavelet transform step of FIG. 2;

도 4는 도 2의 워터마킹 단계에서 각 그룹의 확률분포 변화를 나타내는 개략도이다.FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a probability distribution change of each group in the watermarking step of FIG. 2.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10...디지털 신호 20...프레임 신호10 ... digital signal 20 ... frame signal

30...대역신호군 31...저주파 대역신호군30 ... band signal group 31 ... low frequency band signal group

100...프레임 분할부 110...웨이블릿 변환부100 ... frame divider 110 ... wavelet transform

120...정규화부 130...이분할부120 ... Regularization 130 ... Division

140...워터마크 삽입부 150...역정규화부140 Watermark insertion section 150 Normalizing section

160...웨이블릿 역변환부 170...프레임 병합부160 ... wavelet inverse transform unit 170 ... frame merger

본 발명은 디지털 워터마크 생성 방법 및 검출 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 디지털 컨텐츠 내에 제작자의 소유권 정보인 워터마크를 삽입하여 상기 컨텐츠의 저작권이 보호되도록 하는 디지털 워터마크 생성 방법 및 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a digital watermark generation method and a detection method, and more particularly, to a digital watermark generation method and detection method for inserting a watermark, which is the owner's ownership information, in a digital content to protect the copyright of the content. will be.

일반적으로 디지털화된 데이터는 멀티미디어 데이터 기술의 발전에 따라 재생산 및 재전송이 용이하게 되었고 이에 따라 제작자의 저작권 보호의 요구도 증대되고 있다.In general, digitized data is easily reproduced and retransmitted due to the development of multimedia data technology, and accordingly, the demand for copyright protection of producers is increasing.

종래에는 이러한 디지털화된 데이터를 보호하기 위한 기술로서, 사용자 접근을 제어하여 인증된 사용자만이 데이터를 이용할 수 있도록 하는 암호화 기술이 제안되고 있으나 인증된 사용자에 의해 상기 데이터가 복호화된 후에는 데이터의 무단 변형 또는 복제로부터 자유롭지 못하므로 저작권 보호의 안정된 보장이 곤란하다는 문제점이 있다.Conventionally, as a technology for protecting such digitized data, an encryption technique has been proposed to control user access so that only an authenticated user can use the data, but after the data is decrypted by the authenticated user, Since it is not free from modification or duplication, there is a problem in that stable protection of copyright protection is difficult.

이러한 암호화 기술과는 달리 상기 워터마크 생성 방법에 의하면, 사용자의 접근은 제어되지 않으나 상기 워터마크 삽입에 의해 제작자의 저작권 정보가 상기 컨텐츠에 은닉된 상태로 종속됨에 따라, 변형 또는 복제된 컨텐츠로부터 상기 삽입된 워터마크를 추출하는 방법으로 저작권 주장이 가능함은 물론이며 제작자의 소유권이 보호될 수 있다.Unlike the encryption technology, according to the watermark generation method, the access of the user is not controlled, but as the copyright information of the producer is subordinated to the content by the insertion of the watermark, By extracting the inserted watermark, not only the copyright can be claimed but also the owner's ownership can be protected.

여기서, 상기 컨텐츠의 디지털 신호는 워터마크의 삽입에 따라 신호 왜곡이 발생되어 품질이 저하될 수 있으므로, 상기 워터마크는 위와 같은 신호 왜곡이 최소화되면서 인간의 청각으로 감지될 수 없는 디지털 신호의 비가청성(Inaudibility)이 보장되어야 한다.In this case, the digital signal of the content may be deteriorated due to signal distortion caused by the insertion of a watermark, so that the watermark is inaudible to the digital signal that cannot be detected by human hearing while minimizing the signal distortion as described above. Inaudibility should be guaranteed.

또한, 상기 워터마크는 디지털 신호의 진폭변경, 노이즈 첨가, 필터링, 재샘플링, MP3압축, 파일 전송 등의 외부 공격신호에도 전혀 손상 또는 변형되지 않도록 강인성(Robustness)을 가져야 한다.In addition, the watermark must have robustness so that the watermark is not damaged or modified at all in the external attack signals such as amplitude change, noise addition, filtering, resampling, MP3 compression, and file transfer.

일반적으로 디지털 신호의 저주파수 대역은 외부 공격신호에 비교적 영향을 받지 않는 강인성으로 인해 워터마크가 삽입될 영역으로 적합할 수 있으나, 비가청성이 우수하지 못하여 상기 워터마크 삽입으로 인한 디지털 신호의 왜곡 정도가 인간의 청각에 의해 쉽게 감지될 수 있어 상업성의 가치가 떨어지게 된다는 문제점이 있다.In general, the low frequency band of a digital signal may be suitable as an area to insert a watermark due to its robustness which is relatively unaffected by an external attack signal, but the degree of distortion of the digital signal due to the watermark insertion is not good because of inaudibility. There is a problem that can be easily detected by the human hearing, the commercial value is lowered.

종래에는 상기 외부 공격신호에 비교적 둔감하여 강인한 워터마크의 삽입이 가능한 디지털 신호의 통계적 특성에 기반한 워터마크 생성 방법이 제안되고 있다. In the related art, a watermark generation method based on statistical characteristics of a digital signal capable of embedding a robust watermark relatively insensitive to the external attack signal has been proposed.

그 중에서, 디지털 신호의 퓨리에 변환을 통하여 변환 계수 중 임의로 선택된 두 그룹에 임의 상수를 가산하거나 감산하여 평균값을 변경하는 방식, 이산 코사인 변환을 통하여 변환 계수의 표준편차에 비례하여 변환 계수값을 수정하는 방식 등의 패치워크 방법이 제안되고 있다.Among them, the Fourier transform of a digital signal adds or subtracts an arbitrary constant to two groups selected arbitrarily to change the average value. The discrete cosine transform modifies the transform coefficient in proportion to the standard deviation of the transform coefficient. Patchwork methods such as the scheme have been proposed.

그러나 상기한 방식은 워터마크 검출시 오디오 샘플 또는 변환 계수의 정확한 위치정보가 필요하며, 외부 공격신호 중 시간변형 공격이나 MP3 압축시 디지털 신호의 위치정보가 민감하게 변경됨에 따라 상기 워터마크의 검출률이 저하될 수 있고 이에 따라 저작권 보호의 보장성이 떨어지게 된다는 문제점이 있다.However, the above method requires accurate location information of audio samples or conversion coefficients when watermarks are detected, and the detection rate of the watermarks increases as the location information of the digital signal is sensitively changed during time-varying attacks or MP3 compression among external attack signals. There is a problem that can be lowered and thus the guarantee of copyright protection is lowered.

한편, 저주파 통과 필터링된 오디오 샘플의 극성에 따라 시간 영역에서 구분된 두 그룹의 평균값을 수정하는 방식의 워터마크 삽입 방법도 있는데, 상기한 방식은 저주파 성분에 워터마크가 삽입됨으로써 외부 공격신호에 대한 강인성은 우수할 수 있으나 워터마크의 비가청성에는 비효율적인 단점이 있다. On the other hand, there is also a watermark embedding method of modifying the average value of the two groups separated in the time domain according to the polarity of the low-pass filtered audio sample, the watermark is inserted into the low-frequency components to the external attack signal Toughness may be excellent, but there is an inefficient disadvantage of watermark inaudibility.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 디지털 신호에 대한 통계적 방법에 기반하고, 삽입된 워터마크의 비가청성과 강인성이 우수하여 저작권 보호의 보장성을 증강시키는 디지털 워터마크 생성 방법 및 검출 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was created to solve the above-mentioned problems, and is based on a statistical method for digital signals, and has an inaudibility and robustness of an inserted watermark, thereby improving digital watermark generation and detection. The purpose is to provide a method.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 디지털 워터마크 생성 방법 및 검출 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the digital watermark generation method and detection method on a computer.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the invention will be described below and will be appreciated by the embodiments of the invention. Furthermore, the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations indicated in the claims.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 워터마크 생성 방법은, 디지털 신호가 하나 이상의 프레임 신호로 분할되는 프레임 분할 단계; 상기 프레임 신호가 웨이블릿 변환되어 주파수대별로 분할된 소정 개수의 대역신호군으로 변 환되는 웨이블릿 변환 단계; 상기 소정 개수의 대역신호군 중 변환대상으로 설정된 대역신호군이 통계적으로 정규화되는 변환대상 대역신호군 정규화 단계; 상기 대역신호군 중 저주파 대역신호군의 표준편차와 소정 계수를 이용한 임계값을 기준으로, 상기 정규화된 변환대상 대역신호군 중에서 상기 임계값 이상의 크기를 갖는 상기 저주파 대역신호군의 웨이블릿 기준계수들과 대응되는 변환대상 대역신호군의 소정 웨이블릿 계수들이 선택되고, 상기 변환대상 대역신호군의 선택된 웨이블릿 계수들은 상기 저주파 기준계수들의 부호에 따라 두 그룹으로 분할되는 변환대상 대역신호군 이분할 단계; 상기 두 그룹의 각 분산값이 수정됨에 따라 워터마크가 삽입되는 워터마킹 단계; 워터마크가 삽입된 변환대상 대역신호군이 역정규화되고, 상기 소정 개수의 대역신호군이 역웨이블릿 변환되어 복수개의 프레임 신호가 생성되는 역변환 단계; 및 상기 각 프레임 신호가 병합되고 디지털 신호가 생성되는 프레임 병합 단계를 포함한다.The digital watermark generation method of the present invention for achieving the above object comprises a frame division step of dividing a digital signal into one or more frame signals; A wavelet transform step of converting the frame signal into a predetermined number of band signal groups divided by frequency bands by wavelet transforming the frame signal; A conversion target band signal group normalization step of statistically normalizing a band signal group set for conversion among the predetermined number of band signal groups; Wavelet reference coefficients of the low frequency band signal group having a magnitude greater than or equal to the threshold value among the normalized conversion target band signal group based on a threshold value using a standard deviation and a predetermined coefficient of the low frequency band signal group among the band signal group; A conversion target band signal group dividing step, wherein predetermined wavelet coefficients of a corresponding conversion target band signal group are selected, and the selected wavelet coefficients of the conversion target band signal group are divided into two groups according to the sign of the low frequency reference coefficients; A watermarking step of inserting a watermark as each variance value of the two groups is modified; An inverse transform step of inverse normalizing a conversion target band signal group into which a watermark is inserted, and inversely wavelet transforming the predetermined number of band signal groups to generate a plurality of frame signals; And a frame merging step in which the respective frame signals are merged and a digital signal is generated.

또한, 상기 임계값은, 상기 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수들의 선택영역이 조절되는 소정계수(α)와 상기 저주파 대역신호군의 표준편차(σc)의 곱(|α×σc|)으로 이루어질 수 있다.Further, the threshold value is a product of a predetermined coefficient α to which the selection area of the wavelet coefficients of the band signal group to be converted is adjusted and the standard deviation σ c of the low frequency band signal group (| α × σ c |). Can be made.

또한, 상기 변환대상 대역신호군 이분할 단계는, 수학식 4a 및 4b를 이용하여, 상기 임계값(|α×σc|) 이상의 크기를 갖는 상기 저주파 대역신호군의 웨이블릿 기준계수들(c[l])과 대응되는 변환대상 대역신호군의 소정 웨이블릿 계수들(đ[l])이 선택되는 단계; 및 상기 변환대상 대역신호군의 선택된 웨이블릿 계수 들(đ[l])은 상기 저주파 기준계수들(c[l])의 부호(+ 또는 -)에 따라 A와 B의 두 그룹으로 분할되는 단계를 포함할 수 있다.In the dividing step of the target band signal group, the wavelet reference coefficients c [of the low frequency band signal group having a magnitude greater than or equal to the threshold value | α × σ c | are obtained by using Equations 4a and 4b. selecting predetermined wavelet coefficients đ [l] of the band band to be converted; And dividing the selected wavelet coefficients đ [l] of the band signal group to be converted into two groups, A and B, according to the sign (+ or −) of the low frequency reference coefficients c [l]. It may include.

A = {đ[l]|l ∈ Ω+}, Ω+ = {l|c[l] > α×σc} A = {đ [l] | l ∈ Ω + }, Ω + = {l | c [l]> α × σ c }

B = {đ[l]|l ∈ Ω-}, Ω- = {l|c[l] < -α×σc} B = {đ [l] | l ∈ Ω -}, Ω - = {l | c [l] <-α × σ c}

또한, 상기 각 프레임 신호에는 1비트의 워터마크가 각각 삽입될 수 있다.In addition, a watermark of 1 bit may be inserted into each frame signal.

또한, 상기 워터마킹 단계에서, 삽입되는 워터마크의 종류에 따라, 일 그룹의 분산값은 감소되고 다른 그룹의 분산값은 증가되도록 수정될 수 있다.In addition, in the watermarking step, the dispersion value of one group may be reduced and the dispersion value of another group may be increased according to the type of watermark to be inserted.

또한, 상기 두 그룹인 A 그룹과 B 그룹에 대하여, 삽입되는 워터마크(ω)가 +1인 경우 각 그룹의 분산값은, 수학식 5a과 같이, 상기 A 그룹의 표준편차(σA)가 상기 정규화된 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수들의 전체표준편차(σđ)보다 크고 상기 B 그룹의 표준편차(σB)는 상기 전체표준편차(σđ)보다 작도록, 각 그룹에 포함된 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수값과 워터마크 삽입강도(β)의 조절을 통해 각각 수정되고,Also, for the two groups A and B, when the inserted watermark ω is +1, the variance value of each group is equal to the standard deviation σ A of the group A as shown in Equation 5a. the overall standard deviation, the standard deviation (σ B) of large and the B group than (σ đ) of normalized converted band wavelet coefficients of the signal group is converted to be smaller than the overall standard deviation (σ đ), it included in each group The wavelet coefficient value of the target band signal group and the watermark embedding intensity (β) are respectively adjusted through adjustments,

A>(1+β)×σđ) & (σB<(1-β)×σđ), ω=+1A > (1 + β) × σ đ ) & (σ B <(1-β) × σ đ ), ω = + 1

삽입되는 워터마크(ω)가 -1인 경우 각 그룹의 분산값은, 수학식 5b와 같이, 상기 A 그룹의 표준편차(σA)는 상기 전체표준편차(σđ)보다 작고 상기 B 그룹의 표준편차(σB)는 상기 전체표준편차(σđ)보다 크도록, 각 그룹에 포함된 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수값과 워터마크 삽입강도(β)의 조절을 통해 각각 수정될 수 있다.When the inserted watermark ω is -1, the variance value of each group is as shown in Equation 5b, where the standard deviation σ A of the group A is smaller than the total standard deviation σ đ and The standard deviation σ B may be corrected by adjusting the wavelet coefficient value and the watermark embedding intensity β of the group of band signals to be included in each group so as to be larger than the total standard deviation σ đ . .

A<(1-β)×σđ) & (σB>(1+β)×σđ), ω=-1A <(1-β) × σ đ ) & (σ B > (1 + β) × σ đ ), ω = -1

또한, 본 발명의 디지털 워터마크 검출 방법은, 상기 생성 방법에 의하여 생성된 상기 워터마크(ω)가 삽입된 디지털 신호의 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수들로부터 A'와 B'의 두 그룹이 획득된 후, 수학식 6a 및 수학식 6b를 이용하여 상기 A' 그룹의 표준편차(σA')와 상기 B' 그룹의 표준편차(σB') 값의 비교를 통해 상기 삽입된 워터마크(ω)가 검출되는 워터마크 검출 단계를 포함할 수 있다.In addition, the digital watermark detection method of the present invention includes two groups, A 'and B', from wavelet coefficients of the band signal group to be converted of the digital signal into which the watermark? Is generated. after the acquisition, wherein the insert through comparison of equation 6a and equation 6b said a 'standard deviation of the group (σ a') and the B '(σ B standard deviations of the group ") value using the watermark ( ω) may be detected.

ω'(검출된 워터마크)=+1, σA'B' ω '(detected watermark) = + 1, σ A' > σ B '

ω'(검출된 워터마크)=-1, σA'B' ω '(detected watermark) =-1, σ A'B '

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적인 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. It should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle of definition.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

본 발명의 디지털 워터마크 생성 방법은 디지털 컨텐츠를 구성하는 디지털 신호의 통계적 특성에 기반한 워터마크 생성 방법에 관한 것이다.The digital watermark generation method of the present invention relates to a watermark generation method based on statistical characteristics of digital signals constituting digital content.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 워터마크 생성 방법을 실현하기 위한 시스템 구성도, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디지털 워터마크 생성 방법의 흐름도, 도 3은 도 2의 프레임 분할 단계 및 웨이블릿 변환 단계를 나타내는 개략도, 도 4는 도 2의 워터마킹 단계에서 각 그룹의 확률분포 변화를 나타내는 개략도이다.1 is a system configuration diagram for realizing a digital watermark generation method according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart of a digital watermark generation method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a frame division step and a wavelet transform step, and FIG. 4 is a schematic diagram showing a change in probability distribution of each group in the watermarking step of FIG. 2.

이하에서는 도 1 내지 도 4를 참고로 하여 본 발명의 디지털 워터마크 생성 방법에 대하여 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the digital watermark generation method of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.

먼저, 도 3과 같이 디지털 신호(10)가 프레임 분할부(100)에서 하나 이상의 프레임 신호(20)로 분할된다(S200). First, as illustrated in FIG. 3, the digital signal 10 is divided into one or more frame signals 20 in the frame dividing unit 100 (S200).

상기 각 프레임 신호(20)는 상기 디지털 신호(10)의 시간적인 흐름에 따른 분할 신호를 의미할 수 있다.Each of the frame signals 20 may mean a split signal according to the temporal flow of the digital signal 10.

여기서, 상기 디지털 신호(10)는 시간도메인 상으로 표현가능한 오디오 신호, 비디오 신호 및 영상 신호를 포괄하는 신호로 이해되어야 한다.Here, the digital signal 10 should be understood as a signal encompassing an audio signal, a video signal, and an image signal that can be represented on a time domain.

이러한 각 프레임 신호(20)에는 각각 1비트의 워터마크가 삽입될 수 있다.Each of these frame signals 20 may include a watermark of 1 bit.

상기 프레임 분할 단계(S200) 이후에는, 도 3과 같이 상기 각각의 프레임 신호(20)는 웨이블릿 변환부(110)에서 웨이블릿 변환(Wavelet Transform)되어 주파수대별로 분할된 소정 개수의 대역신호군(30)으로 변환된다(S210).After the frame division step S200, as shown in FIG. 3, each of the frame signals 20 is wavelet transformed by the wavelet transform unit 110 to be divided into frequency bands of a predetermined number of band signal groups 30. Is converted (S210).

여기서, 소정 개수로 분할된 상기 대역신호군 각각은 상기 웨이블릿 변환에 의해 복수개의 웨이블릿 계수를 가지게 된다.Here, each of the band signal groups divided by a predetermined number has a plurality of wavelet coefficients by the wavelet transform.

그리고, 상기 소정 개수는 상기 대역신호군(30)이 적어도 2개 이상의 주파수대로 변환되도록 적어도 2 개수 이상을 가지는 것이 바람직하다.The predetermined number may be at least two or more so that the band signal group 30 is converted into at least two or more frequency bands.

도 3을 참조하면 도시된 소정 개수의 대역신호군(30) 중에서 좌측에서 우측으로 향할수록 고주파대역에 해당되는 대역신호군을 의미하며, 가장 좌측에 위치하고 있는 대역신호군(31)은 저주파 대역신호군(31 또는 c[n])으로 칭하기로 한다.Referring to FIG. 3, a band signal group corresponding to a high frequency band is indicated from the left side to the right side of the predetermined number of band signal groups 30, and the band signal group 31 located on the left is a low frequency band signal. This group will be referred to as 31 or c [n].

상기 웨이블릿 변환 단계(S210) 이후에는, 상기 소정 개수의 대역신호군(30) 중 변환대상으로 설정된 대역신호군이 정규화부(120)에서 통계적으로 정규화된다(S220).After the wavelet transform step (S210), the band signal group set as a conversion target among the predetermined number of band signal groups 30 is statistically normalized by the normalization unit 120 (S220).

여기서, 상기 변환대상으로 설정된 대역신호, 즉 변환대상 대역신호는 도 3의 소정 개수의 대역신호군(30) 중 저주파 대역신호군(31)을 제외한 나머지 대역신 호군들(32) 중 선택된 하나의 대역신호군일 수 있다.Here, the band signal set as the conversion target, that is, the conversion target band signal is selected from one of the band signal groups 32 other than the low frequency band signal group 31 among the predetermined number of band signal groups 30 of FIG. 3. It may be a band signal group.

즉, 상기 저주파 대역신호군(31)과 대비하여 상대적으로 고주파 대역에 해당되는 대역신호군들(32) 중 하나의 대역신호군은 상기 변환대상으로 설정될 수 있는 잠재적인 변환대상 대역신호군를 의미하며, 이러한 설정된 변환대상 대역신호군은 실질적으로 워터마크가 삽입될 수 있는 부분에 해당된다.That is, one of the band signal groups 32 of the band signal groups 32 corresponding to the high frequency band relative to the low frequency band signal group 31 means a potential conversion target band signal group that can be set as the conversion target. The set conversion target band signal group substantially corresponds to a portion where a watermark can be inserted.

저주파 대역에 워터마크가 삽입되는 경우 워터마크 삽입으로 인한 변형에 따른 디지털 신호의 왜곡이 인간의 청각으로 쉽게 감지될 수 있어, 본 발명에서는 저주파 대역에 비해 상대적으로 고주파 대역에 해당되는 변환대상 대역신호군에 워터마크가 삽입됨으로써 상기 워터마크의 비가청성을 증강시킬 수 있다.When the watermark is inserted in the low frequency band, the distortion of the digital signal due to the deformation caused by the watermark insertion can be easily detected by the human auditory. In the present invention, the conversion target band signal corresponding to the high frequency band is relatively higher than the low frequency band. By embedding a watermark in the group, it is possible to enhance the inaudibility of the watermark.

이러한 상기 변환대상 대역신호군(d[n])은 통계적인 정규화 과정을 통하여 [-1,1] 범위의 웨이블릿 계수값을 가지는 정규화된 변환대상 대역신호군(đ[n])으로 변경될 수 있다.The conversion target band signal group d [n] may be changed into a normalized conversion target band signal group đ [n] having a wavelet coefficient value in the range [-1,1] through a statistical normalization process. have.

상기 정규화 단계(S220) 이후에는, 상기 소정 개수의 대역신호군(30) 중 저주파 대역신호군(31)의 표준편차(σc)와 소정 계수(α)를 이용한 임계값을 기준으로, 이분할부(130)를 통하여 상기 정규화된 변환대상 대역신호군(đ[n]) 중에서 소정 웨이블릿 계수들(đ[l])이 선택되고, 상기 선택된 소정 웨이블릿 계수들(đ[l])은 두 그룹으로 분할되게 된다(S230).After the normalization step (S220), based on the threshold value using the standard deviation (σ c ) and the predetermined coefficient (α) of the low frequency band signal group 31 of the predetermined number of band signal group 30, the dividing unit The predetermined wavelet coefficients đ [l] are selected from the normalized conversion target band signal group đ [n] through 130, and the selected predetermined wavelet coefficients đ [l] are divided into two groups. It is divided (S230).

상기 임계값은 정규화된 변환대상 대역신호군(đ[n])의 웨이블릿 계수들의 선택영역이 조절되는 '소정계수(α)'와, '상기 저주파 대역신호군(c[n])의 표준편 차(σc)'의 곱(|α×σc|)으로 이루어질 수 있다.The threshold value is a predetermined coefficient α of which a selection area of wavelet coefficients of the normalized conversion target band signal group đ [n] is adjusted, and a standard piece of the low frequency band signal group c [n]. It can be made of the product of the difference σ c '(| α × σ c |).

여기서, 상기 표준편차(σc)는 상기 저주파 대역신호군(c[n])을 이루는 웨이블릿 계수값들에 대한 표준편차를 의미한다.Here, the standard deviation σ c means a standard deviation of wavelet coefficient values constituting the low frequency band signal group c [n].

이하에서는 상기 임계값 및 수학식 7a 내지 7b를 바탕으로, 상기 변환대상 대역신호군이 이분할되는 단계(S230)를 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the step (S230) of dividing the conversion target band signal group based on the threshold value and the equations 7a to 7b will be described in more detail.

상기 정규화된 변환대상 대역신호군(đ[n]) 중에서, 상기 임계값(|α×σc|) 이상의 크기를 갖는 '저주파 대역신호군의 웨이블릿 기준계수들'(c[l])과 대응되는 '변환대상 대역신호군의 소정 웨이블릿 계수들'(đ[l])이 선택된다.Among the normalized conversion target band signal group đ [n], the wavelet reference coefficients of the low frequency band signal group having a magnitude greater than or equal to the threshold value α | σ c | 'Predetermined Wavelet Coefficients of the Band Signal Group to be Converted' (đ [l]) is selected.

그리고, 상기 변환대상 대역신호군의 선택된 웨이블릿 계수들(đ[l])은 상기 저주파 기준계수들(c[l])의 부호(+ 또는 -)에 따라 A와 B의 두 그룹으로 분할될 수 있다.The selected wavelet coefficients đ [l] of the band signal group to be converted may be divided into two groups A and B according to the sign (+ or −) of the low frequency reference coefficients c [l]. have.

A = {đ[l]|l ∈ Ω+}, Ω+ = {l|c[l] > α×σc} A = {đ [l] | l ∈ Ω + }, Ω + = {l | c [l]> α × σ c }

B = {đ[l]|l ∈ Ω-}, Ω- = {l|c[l] < -α×σc} B = {đ [l] | l ∈ Ω -}, Ω - = {l | c [l] <-α × σ c}

상기 저주파 기준계수들(c[l])의 값이 큰 경우, 저주파 기준계수들(c[l])과 대응되는 계수를 갖는 변환대상 대역신호군의 선택된 웨이블릿 계수들(đ[l])의 크기도 이에 대응하여 큰 값을 가지게 되므로, 추후 상기 선택된 웨이블릿 계수들 (đ[l])을 이용하여 워터마크가 삽입되는 경우 삽입된 워터마크의 강인성이 증가될 수 있다.When the values of the low frequency reference coefficients c [l] are large, the selected wavelet coefficients đ [l] of the band signal group to be converted having a coefficient corresponding to the low frequency reference coefficients c [l] Since the size also has a large value corresponding thereto, when the watermark is inserted using the selected wavelet coefficients đ [l] later, the robustness of the inserted watermark may be increased.

한편, 상기 저주파대역 신호군의 표준편차(σc) 또는 소정 개수(α) 값이 큰 경우 상기 임계값도 비례하여 증가하게 되고, 이에 따라 상기 증가된 임계값 이상의 크기를 갖는 저주파 기준계수들(c[l])의 선택되는 샘플 수는 감소하게 된다. On the other hand, when the value of the standard deviation (σ c ) or the predetermined number (α) of the low-frequency band signal group is large, the threshold is also proportionally increased. Accordingly, low-frequency reference coefficients having a magnitude greater than or equal to the increased threshold value ( The number of selected samples of c [l]) is reduced.

이러한 경우 상기 저주파 기준계수들(c[l])과 대응되어 선택되는 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수들(đ[l])의 샘플 수도 감소하게 되므로, 상기 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수들에 대한 보다 적은 양의 샘플 수정으로 워터마크의 삽입이 가능하므로 디지털 신호의 왜곡이 최소화될 수 있고 이에 따른 워터마크의 비가청성 및 오디오 품질이 향상될 수 있다.In this case, since the number of samples of the wavelet coefficients đ [l] of the band band signal group to be selected corresponding to the low frequency reference coefficients c [l] is reduced, the wavelet coefficients of the band band signal group to be converted are reduced. Since a watermark can be inserted with a smaller amount of sample correction, the distortion of the digital signal can be minimized, thereby improving the inaudibility and audio quality of the watermark.

한편, 상기 임계값을 이루는 저주파대역 신호군의 표준편차(σc)는 상기 디지털 신호로부터 결정되는 고정 값이므로, 상기 소정 개수(α)의 변경을 통해서 상기 임계값을 조절함에 따라 상기 워터마크의 강인성과 비가청성의 조절도 가능하다. On the other hand, since the standard deviation σ c of the low frequency band signal group constituting the threshold value is a fixed value determined from the digital signal, the threshold value is adjusted by changing the predetermined number α. Toughness and inaudibility can also be adjusted.

다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이 워터마크 삽입부(140)에서 상기 두 그룹에 해당되는 A 그룹과 B 그룹의 각 분산값이 수정됨에 따라 워터마크가 삽입된다(S240).Next, as illustrated in FIG. 4, the watermark inserting unit 140 inserts a watermark as the respective dispersion values of the A group and the B group corresponding to the two groups are modified (S240).

도시된 바와 같이, 분산값이 수정되기 전의 두 그룹 A와 B에 대한 확률분포(a)는 서로 유사한 분포도 즉, 라플라시안(Laplacian) 분포를 가지는 반면, 분산 값이 수정되고 난 후에는 (b) 또는 (c)의 확률분포와 같이 일 그룹의 분산값이 다른 그룹의 분산값에 비해 크거나 작도록 수정됨을 알 수 있다. 이러한 분산 정도는 도 4의 각 그래프 곡선뿐만 아니라 그래프 하단의 화살표를 통해 알 수 있다.As shown, the probability distributions (a) for the two groups A and B before the variance values are corrected have similar distributions, that is, the Laplacian distribution, while after the variance values have been modified (b) or Like the probability distribution in (c), it can be seen that the variance of one group is modified to be larger or smaller than the variance of another group. This degree of dispersion can be seen through the arrows at the bottom of the graph as well as each graph curve of FIG. 4.

이러한 상기 워터마킹 단계(S240)에서는 삽입되는 워터마크의 종류 즉, 상기 워터마크가 +1 또는 -1인 경우에 따라 A 그룹(또는 B 그룹)의 분산값은 증가되고 B 그룹(또는 A 그룹)의 분산값은 감소되도록 수정될 수 있다.In this watermarking step (S240), according to the type of watermark to be inserted, that is, the watermark is +1 or -1, the dispersion value of the group A (or group B) is increased and the group B (or group A) is increased. The variance of can be modified to be reduced.

여기서, 상기 분산값은 표준편차의 제곱값과 상동한 관계를 가지므로, 각 그룹의 분산값은 각 그룹에 대한 표준편차의 조절에 의해 수정 가능하다.Here, since the variance value has a homology with the square of the standard deviation, the variance value of each group can be corrected by adjusting the standard deviation for each group.

수학식 8a을 참고하면, 상기 삽입되는 워터마크(ω)가 +1인 경우 각 그룹의 분산값은, 상기 A 그룹의 표준편차(σA)가 상기 정규화된 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수들에 대한 전체표준편차(σđ)보다 크고, 상기 B 그룹의 표준편차(σB)는 상기 전체표준편차(σđ)보다 작도록, 각 그룹에 포함된 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수값(đ[l])과 워터마크 삽입강도(β)의 조절을 통해 수정될 수 있다.Referring to Equation 8a, when the inserted watermark ω is +1, the variance value of each group includes wavelet coefficients of the normalized conversion target band signal group in which the standard deviation σ A of the group A is normalized. The wavelet coefficient value of the target band signal group included in each group is greater than the total standard deviation (σ đ ) for, and the standard deviation (σ B ) of the group B is smaller than the total standard deviation (σ đ ). đ [l]) and the watermark embedding strength β can be modified.

A>(1+β)×σđ) & (σB<(1-β)×σđ), ω=+1A > (1 + β) × σ đ ) & (σ B <(1-β) × σ đ ), ω = + 1

이와 반대로, 삽입되는 워터마크(ω)가 -1인 경우 각 그룹의 분산값은, 수학식 8b와 같이, 상기 A 그룹의 표준편차(σA)는 상기 전체표준편차(σđ)보다 작고 상기 B 그룹의 표준편차(σB)는 상기 전체표준편차(σđ)보다 크도록, 각 그룹에 포 함된 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수값(đ[l])과 워터마크 삽입강도(β)의 조절을 통해 각각 수정될 수 있다.On the contrary, when the inserted watermark ω is -1, the variance value of each group is as shown in Equation 8b, and the standard deviation σ A of the group A is smaller than the total standard deviation σ đ . The standard deviation (σ B ) of group B is larger than the total standard deviation (σ đ ) so that the wavelet coefficient value (đ [l]) and the watermark embedding strength (β) of the band signal group to be converted in each group are included. Each can be modified by adjusting.

A<(1-β)×σđ) & (σB>(1+β)×σđ), ω=-1A <(1-β) × σ đ ) & (σ B > (1 + β) × σ đ ), ω = -1

여기서, 상기 각 그룹의 표준편차(σA 또는 σB)는 각 그룹에 포함된 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수값들(đ[l])에 의해 결정되는 값이므로, 상기 웨이블릿 계수값(đ[l])의 수정에 따라 각 그룹의 표준편차(σA 또는 σB)의 수정이 가능하다. 물론, 각 그룹의 표준편차(σA 또는 σB)의 수정에 따라 각 그룹에 대한 분산값도 함께 수정된다.Here, since the standard deviation σ A or σ B of each group is determined by wavelet coefficient values đ [l] of the band band signal group to be included in each group, the wavelet coefficient value đ According to the correction of [l]), the standard deviation (σ A or σ B ) of each group can be corrected. Of course, the variance value for each group is also corrected according to the correction of the standard deviation σ A or σ B of each group.

이러한 상기 각 그룹에 대한 분산값 수정시 조절되는, 상기 각 그룹에 포함된 웨이블릿 계수값(đ[l])은 하기 수학식 9의 k값 조절을 통하여 감소 또는 증가될 수 있다.The wavelet coefficient value đ [l] included in each group, which is adjusted at the time of modifying the variance value for each of the groups, may be decreased or increased by adjusting the k value of Equation 9 below.

đ'[l]=sign(đ[l])×|đ[l]|k , 0≤k<∞đ '[l] = sign (đ [l]) × | đ [l] | k , 0≤k <∞

상기 수학식 9를 참고하여, 각 그룹의 분산값은 상기 k가 [0,1] 범위인 경우 증가되고 상기 k가 [1,∞] 범위인 경우 감소될 수 있다.Referring to Equation 9, the variance value of each group may be increased when k is in the range of [0,1] and decreased when k is in the range of [1, ∞].

즉, 상기 k값을 조절함에 따라 상기 각 그룹에 포함된 웨이블릿 계수값(đ[l])이 변경되고 각 웨이블릿 계수값들에 의해 표준편차 또는 분산값이 감소 또 는 증가되도록 수정될 수 있다.That is, as the k value is adjusted, the wavelet coefficient value đ [l] included in each group is changed, and the standard deviation or variance value is decreased or decreased by each wavelet coefficient value. Can be modified to increase.

한편, 상기 워터마크 삽입강도(β)가 증가 될수록 각 그룹의 표준편차(σA 또는 σB)는 상기 전체표준편차(σđ) 값을 중심으로 더 크거나 더 작은 값으로 수정됨에 따라, A 그룹의 표준편차(σA)와 B 그룹의 표준편차(σB) 간의 격차가 증가하게 되고 이에 따라 삽입되는 워터마크의 강인성이 증가될 수 있다.On the other hand, as the watermark embedding strength β increases, the standard deviation σ A or σ B of each group is corrected to a larger or smaller value around the total standard deviation σ đ . The gap between the standard deviation σ A of the group and the standard deviation σ B of the B group increases, and thus the robustness of the inserted watermark may increase.

이러한 상기 워터마크 삽입강도(β)는 삽입되는 워터마크의 강인성을 증가시키기 위해 삽입될 수 있으나, 삽입되는 강도가 높아질수록 상기 원본 디지털 신호를 왜곡시킬 우려가 있으므로, 상기 워터마크의 강인성을 증가시킴과 동시에 디지털 신호의 왜곡을 최소화시킬 수 있는 범위 내에서 조절되는 것이 바람직하다.The watermark embedding strength β may be inserted to increase the robustness of the watermark to be inserted. However, since the embedding strength increases, the original digital signal may be distorted as the embedding strength increases, thereby increasing the toughness of the watermark. At the same time, it is desirable to adjust the range within which the distortion of the digital signal can be minimized.

상기 워터마킹 단계(S240) 이후에는, 역정규화부(150)에서 상기 워터마크가 삽입된 변환대상 대역신호군이 역정규화되고, 웨이블릿 역변환부(160)에서 상기 소정 개수의 대역신호군이 역웨이블릿 변환되어 복수개의 프레임 신호가 다시 생성된다(S250).After the watermarking step (S240), the conversion target band signal group into which the watermark is inserted is denormalized by the denormalization unit 150, and the predetermined number of band signal groups are deformed by the wavelet inverse conversion unit 160. The plurality of frame signals are converted and generated again (S250).

물론, 상기 역정규화의 대상은 상기 정규화 단계(S220)에서 정규화된 변환대상 대역신호 모두 해당되므로, 상기 역정규화 단계(S250)는 상기 변환대상 대역신호 이분할 단계(S230)에서 A 또는 B 그룹으로 선택되지 않은 변환대상 대역신호의 웨이블릿 계수를 포함한 모든 변환대상 대역신호군이 역정규화되게 된다.Of course, the subject of the denormalization corresponds to all of the band band signals to be normalized in the normalization step (S220), so that the denormalization step (S250) is divided into A or B groups in the band band splitting step (S230). All the conversion target band signal groups including wavelet coefficients of the unselected conversion target band signal are denormalized.

또한, 상기 역웨이블릿 변환의 대상은 상기 역정규화된 변환대상 대역신호를 포함한 소정 개수의 대역신호군 전체에 해당된다.In addition, the object of the inverse wavelet transform corresponds to the entire number of band signal groups including the denormalized transform target band signal.

다음으로, 프레임 병합부(170)에서 상기 각 프레임 신호가 병합되고 워터마크가 삽입된 디지털 신호가 생성된다(S260).Next, the frame merger 170 merges the respective frame signals and generates a digital signal in which a watermark is inserted (S260).

이상과 같은 방법에 의해 원 디지털 신호에는 워터마킹이 상기 은닉된 상태로 삽입됨에 따라 제작자의 저작권을 보호하게 된다.By the above method, the copyright of the producer is protected as the watermarking is inserted in the hidden state in the original digital signal.

한편, 이상과 같은 본 발명에 따른 디지털 워터마크 생성 방법에 의하여 생성된 워터마크의 검출단계는 다음과 같다.On the other hand, the watermark generated by the digital watermark generation method according to the present invention as described above is as follows.

상기 워터마크 검출 방법에 따르면, 상기 방법에 의하여 생성된 워터마크(ω)가 삽입된 디지털 신호의 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수들로부터 A'와 B'의 두 그룹이 획득된 후, 수학식 10a 및 수학식 10b를 이용하여 상기 A' 그룹의 표준편차(σA')와 상기 B' 그룹의 표준편차(σB') 값의 비교를 통해 상기 삽입된 워터마크(ω)가 검출될 수 있다.According to the watermark detection method, after two groups of A 'and B' are obtained from wavelet coefficients of a band signal group to be converted of a digital signal into which a watermark? using 10a) and (10b wherein a 'standard deviation (σ a of group ") and the B' standard deviation (σ B of the group ') watermarked the insertion by comparison of the value (ω) can be detected have.

ω'(검출된 워터마크)=+1, σA'B' ω '(detected watermark) = + 1, σ A' > σ B '

ω'(검출된 워터마크)=-1, σA'B' ω '(detected watermark) =-1, σ A'B '

즉, 상기 워터마킹 단계(S240)와 대응되도록, A' 그룹의 표준편차(σA')가 B' 그룹의 표준편차(σB')보다 큰 경우에는 +1의 워터마크가 검출되고, 이와 반대로 A' 그룹의 표준편차(σA')가 B' 그룹의 표준편차(σB')보다 작은 경우에는 -1의 워터 마크가 검출될 수 있다.That is, when the standard deviation σ A ' of the A' group is greater than the standard deviation σ B ' of the B' group so as to correspond to the watermarking step S240, a watermark of +1 is detected. On the contrary, when the standard deviation σ A ' of the A' group is smaller than the standard deviation σ B ' of the B' group, a watermark of −1 may be detected.

이러한 방식은 상기 변환대상 대역신호군의 두 그룹으로부터 단순히 분산값의 차이를 비교함으로써 삽입된 워터마크를 검출할 수 있으므로, 워터마크의 검출 과정이 용이할 뿐 아니라 원본 신호 없이도 워터마크의 검출이 가능한 블라인드(Blind) 기법이 실현될 수 있다는 장점이 있다.In this method, since the inserted watermark can be detected by simply comparing the difference between the variance values from the two groups of the band signal group to be converted, the watermark can be easily detected and the watermark can be detected without the original signal. There is an advantage that the blind technique can be realized.

이상과 같이, 워터마크가 삽입된 디지털 신호로부터 워터마크를 검출하는 방식에 의해, 변형 또는 복제된 디지털 컨텐츠에 대한 저작권 주장이 가능함은 물론이며 이로부터 제작자의 소유권이 보호될 수 있다.As described above, by the method of detecting the watermark from the digital signal in which the watermark is inserted, not only the copyright of the modified or copied digital content can be claimed, but also the owner's ownership can be protected therefrom.

이하에서는 본 발명의 디지털 워터마크 생성 방법에 의한 모의실험 데이터를 통하여 본 발명의 워터마크 삽입시의 비가청성(Inaudibility) 및 강인성(Robustness)에 대한 효과를 알아보고자 한다.Hereinafter, the effects on the inaudibility and robustness in inserting the watermark of the present invention through simulation data by the digital watermark generation method of the present invention will be described.

상기 모의실험에 사용된 디지털 신호는 44.1kHz, 16bits의 모노 클래식 데이터이다. 이러한 본 실험에서는 설명의 편의를 위하여 각각의 프레임(22)이 총 5개의 대역신호군으로 분해된 경우에 한하여 설명하고자 한다.The digital signal used in the simulation is 44.1kHz, 16bits mono classical data. In this experiment, for convenience of explanation, each frame 22 will be described only in the case where the total band signal group is divided into five bands.

하기 [표 1]에는 상기 분해된 대역신호군들에 대한 주파수 범위가 개시되어 있다.Table 1 below shows frequency ranges for the decomposed band signal groups.

[표 1]TABLE 1

제 1 대역신호군 (1st-band)1st band signal group (1st-band) 제 2 대역신호군 (2nd-band)2nd band signal group (2nd-band) 제 3 대역신호군 (3rd-band)3rd band signal group (3rd-band) 제 4 대역신호군 (4th-band)4th band signal group (4th-band) 제 5 대역신호군 (5th-band)5th band signal group (5th-band) 주파수 범위 (kHz)Frequency range (kHz) 0.0-1.3 0.0-1.3 1.3-2.7 1.3-2.7 2.7-5.5 2.7-5.5 5.5-11.0 5.5-11.0 11.0-22.0 11.0-22.0

상기 표 1에서 제 1대역신호군은 도 3의 저주파 대역신호군(31)에 해당되며, 상기 제 2대역신호군은 내지 제 5대역신호군은 변환대상 대역신호군(32)에 해당된다.In Table 1, the first band signal group corresponds to the low frequency band signal group 31 of FIG. 3, and the second band signal group to the fifth band signal group correspond to the conversion target band signal group 32.

본 발명의 워터마크 삽입 방법에 따르면, 상기 제 2대역신호군 내지 제 5대역신호군 중에서 선택된 하나의 대역신호군에 워터마크가 삽입되게 되고, 선택되지 않은 나머지 대역신호군에는 어떠한 변형도 가해지지 않는다.According to the watermark embedding method of the present invention, the watermark is inserted into one band signal group selected from the second band signal group and the fifth band signal group, and no deformation is applied to the remaining band signal group that is not selected. Do not.

하기 표 2에는 상기 변환대상 대역신호군 각각에 적용된 워터마크 삽입강도를 나타내며, 본 모의실험에서는 상기 소정 계수(α)는 1로 고정시킴에 따라 상기 임계값(|α×σc|)은 상기 저주파 대역신호군의 표준편차(σc) 값에만 의존되도록 하였다.Table 2 shows the watermark embedding strength applied to each of the band signal group to be converted. In the simulation, the predetermined coefficient α is fixed to 1, and the threshold value | α × σ c | Only the standard deviation (σ c ) value of the low frequency signal group was used.

[표 2]TABLE 2

변환대상 대역신호군 Band signal group for conversion 제 2 대역신호군 (2nd-band)2nd band signal group (2nd-band) 제 3 대역신호군 (3rd-band)3rd band signal group (3rd-band) 제 4 대역신호군 (4th-band)4th band signal group (4th-band) 제 5 대역신호군 (5th-band)5th band signal group (5th-band) 워터마크 삽입강도(β)Watermark embedding strength (β) 0.3 0.3 0.45 0.45 0.6 0.6 0.75 0.75

워터마크 삽입강도(β)의 증가에 따른 원본 신호의 왜곡 정도는 고주파 대역이 저주파 대역에 비해 덜 민감하므로, 본 실험에서는 고주파대역으로 갈수록 워터마크의 삽입강도(β)가 증가되도록 설정하였다. 이러한 워터마크 삽입강도(β)의 주파수대별 조절사항은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 보다 다양하게 변경 조절될 수 있음은 물론이다.Since the high frequency band is less sensitive than the low frequency band due to the increase of the watermark embedding strength β, in this experiment, the embedding intensity β of the watermark increases as the high frequency band increases. Frequency-specific adjustment of the watermark embedding intensity (β) is only one embodiment of the present invention, of course, it can be modified in various ways.

한편, 워터마크의 비가청성은 SNR(Signal to Noise Ratio; 신호 대 잡음비)의 측정으로 판단 가능하다. On the other hand, the inaudibility of the watermark can be determined by measuring the signal to noise ratio (SNR).

상기 워터마크가 삽입됨에 따라 삽입된 워터마크는 원 디지털 신호에 대해 노이즈로 작용할 수 있는데, 상기 SNR 값이 큰 경우에는 디지털 신호에 비해 노이즈 신호가 미약하므로 비가청성 및 음질 특성이 우수함을 나타낸다.As the watermark is inserted, the inserted watermark may act as noise with respect to the original digital signal. When the SNR value is large, the noisemark is weak compared to the digital signal, indicating that the inaudible and sound quality are excellent.

한편, 삽입된 워터마크의 강인성 실험을 위한 외부 공격 요소로는, 2:1 재표본화(2:1 Down sampling 및 Bi-linear interpolation을 통한 Up sampling), 대역 통과 필터링(Band Pass Filtering, 0.1~6kHz), 반향 삽입(Echo Embedding, amplitude:0.5, delay:100msec), 이퀄라이저(Equalization, -6~6dB), MP3 압축(128kbps, 64kbps) 및 백색 잡음 첨가(adding White Noise)가 채택되었다.On the other hand, external attack factors for the robustness test of the inserted watermark include 2: 1 resampling (2: 1 down sampling and up sampling through bi-linear interpolation) and band pass filtering (0.1 to 6 kHz). ), Echo Embedding (amplitude: 0.5, delay: 100msec), equalizer (Equalization, -6 ~ 6dB), MP3 compression (128kbps, 64kbps), and adding White Noise.

상기 워터마크의 강인성은 DR(Detection Rate)의 측정으로 판단될 수 있다.The robustness of the watermark may be determined by measuring a distance (DR).

상기 DR은 '삽입된 워터마크 비트수'를 '정확히 검출된 워터마크 비트수'로 나눈 값(검출된 워터마크 비트수/삽입된 워터마크 비트수)으로서, 상기 DR 값이 클수록 추출되는 워터마크의 비트수가 크므로 외부 공격 요소에 대한 워터마크의 강인성이 우수함을 나타낸다.The DR is a value obtained by dividing the number of inserted watermark bits by the number of accurately detected watermark bits (number of detected watermark bits / number of inserted watermark bits), and the watermark extracted as the DR value increases. Since the number of bits is large, it indicates that the watermark is robust against external attack elements.

하기 표 3에는, 해당되는 각 대역신호군에 상기 워터마크가 삽입된 상태에서 상기 외부 공격 요소가 가해진 경우의 SNR 및 DR 값의 측정 결과가 개시되어 있다.Table 3 below shows measurement results of SNR and DR values when the external attack element is applied to the corresponding band signal group with the watermark inserted.

[표 3]TABLE 3

외부 공격 요소  External attack element 제 2 대역신호군 (2nd-band)2nd band signal group (2nd-band) 제 3 대역신호군 (3rd-band)3rd band signal group (3rd-band) 제 4 대역신호군 (4th-band)4th band signal group (4th-band) 제 5 대역신호군 (5th-band)5th band signal group (5th-band) SNRSNR DRDR SNRSNR DRDR SNRSNR DRDR SNRSNR DRDR 외부 공격 전Before external attack 23.3723.37 1.001.00 24.3724.37 1.001.00 23.1023.10 1.001.00 35.0035.00 1.001.00 2:1 재표본화2: 1 resampling 21.6921.69 1.001.00 22.3522.35 1.001.00 24.3224.32 1.001.00 26.5526.55 0.480.48 대역 통과 필터링Band Pass Filtering 5.795.79 0.940.94 5.815.81 0.910.91 5.855.85 0.430.43 5.865.86 0.640.64 반향 삽입Echo Insert 4.694.69 0.910.91 4.694.69 0.990.99 4.734.73 1.001.00 4.754.75 1.001.00 이퀄라이저Equalizer 6.796.79 0.990.99 6.786.78 1.001.00 6.786.78 1.001.00 6.856.85 1.001.00 MP3 압축 MP3 compression 128kbps128 kbps 23.0023.00 1.001.00 23.9023.90 1.001.00 26.9026.90 1.001.00 30.1730.17 1.001.00 64kbps64 kbps 18.6018.60 1.001.00 18.8718.87 1.001.00 19.1119.11 1.001.00 19.8319.83 0.990.99 백색잡음 첨가 White noise added 100100 22.0522.05 1.001.00 22.7722.77 0.990.99 24.9824.98 0.990.99 27.1127.11 0.990.99 900900 8.658.65 0.970.97 8.688.68 0.960.96 8.748.74 0.890.89 8.798.79 0.680.68 17001700 3.233.23 0.890.89 3.243.24 0.860.86 3.263.26 0.730.73 3.273.27 0.560.56 평균값medium 13.7913.79 0.970.97 14.1514.15 0.970.97 15.2815.28 0.900.90 16.8216.82 0.830.83

표 3의 '외부 공격 전'은 디지털 신호에 워터마크가 삽입된 상태에서 외부 공격 요소가 가해지지 않은 상태를 의미하며 각 대역신호군의 SNR 값이 23 이상의 우수한 특성을 나타내므로 삽입된 워터마크의 비가청성도 우수함을 알 수 있다.'Before external attack' in Table 3 means that external attack element is not applied while the watermark is inserted into the digital signal, and the SNR value of each band signal group shows excellent characteristics of 23 or more. It can be seen that the inaudibility is also excellent.

또한, 상기 외부 공격전에는 디지털 신호에 외부 공격 요소가 침투되지 않은 상태이므로, 각 대역신호군의 DR 값은 삽입된 워터마크 및 검출된 워터마크의 비트수가 동등한 1의 비율이 유지될 수 있다.In addition, since the external attack element does not penetrate the digital signal before the external attack, the ratio of 1 in which the number of bits of the inserted watermark and the detected watermark is equal to the DR value of each band signal group can be maintained.

한편, 각종 외부 공격이 가해진 경우, 상기 SNR 값은 대역통과 필터링, 반향삽입, 이퀄라이저, 및 백색잡음 첨가시 감소되지만 2:1 재표본화 및 MP3압축시에는 거의 변동이 없는 우수한 특성을 나타낸다.On the other hand, when various external attacks are applied, the SNR value is reduced when bandpass filtering, echo insertion, equalizer, and white noise are added, but shows excellent characteristics with little change during 2: 1 resampling and MP3 compression.

한편, 각종 외부 공격이 가해진 경우, 상기 DR 값의 평균은 전체 대역신호군에 대해 0.83 이상 값을 나타내는데, 이는 삽입된 워터마크 중 83% 이상이 검출 가능함을 의미하므로 워터마크의 강인성이 우수함을 알 수 있다.On the other hand, when various external attacks are applied, the average of the DR value represents a value of 0.83 or more for the entire band signal group, which means that 83% or more of the inserted watermarks can be detected, indicating that the watermark has excellent robustness. Can be.

따라서, 본 발명의 디지털 워터마크 생성 방법에 의하면 디지털 신호의 불법 변형 또는 복제시, 상기 삽입된 워터마크의 손상 또는 변형률이 적고 이에 따른 저 작권 보호의 보장성이 증가될 수 있다.Therefore, according to the digital watermark generation method of the present invention, when illegally modifying or duplicating a digital signal, damage or deformation rate of the inserted watermark may be small, thereby ensuring the protection of copyright protection.

여기서, 상기 DR의 평균값은 저주파 대역신호군으로 갈수록 증가되는데 이는 저주파대역의 강인성이 저주파대역에 비해 우수한 주파수 고유특성에 기인한다.Here, the average value of the DR increases with the low frequency band signal group due to the frequency inherent characteristics of the low frequency band superior to that of the low frequency band.

한편, 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 매체로서 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.The present invention can be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data is stored as a medium that can be read by a computer system.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CO-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CO-ROM, magnetic tape, floppy disks, optical data storage devices, and the like, which are also implemented in the form of carrier waves (for example, transmission over the Internet). Include. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is described by the person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Various modifications and variations are possible without departing from the scope of the appended claims.

본 발명에 따른 디지털 워터마크 생성 방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.The digital watermark generation method according to the present invention provides the following effects.

첫째, 저주파 대역에 비해 상대적으로 고주파 대역에 해당되는 변환대상 대역신호군의 분산값 수정을 통해 워터마크가 삽입됨으로써 워터마크의 비가청성이 향상될 수 있다.First, the watermark may be improved by inserting a watermark by modifying a variance value of a band of a band band signal group corresponding to a high frequency band relative to a low frequency band.

둘째, 소정 임계값 이상의 저주파 기준계수들과 대응되어 선택된 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수들을 이용하여 워터마크가 삽입됨에 따라 상기 삽입된 워터마크의 강인성이 향상될 수 있다.Second, as the watermark is inserted using wavelet coefficients of the band band group to be converted corresponding to the low frequency reference coefficients higher than or equal to a predetermined threshold, the robustness of the inserted watermark may be improved.

셋째, 변환대상 대역신호군의 두 그룹으로부터 단순히 분산값의 차이를 비교하는 방식을 통하여 삽입된 워터마크의 용이한 검출이 가능하고 원본 신호 없이도 워터마크의 검출이 가능한 블라인드(Blind) 기법이 실현될 수 있다.Third, a blind technique capable of easily detecting an inserted watermark and detecting a watermark without an original signal can be realized by simply comparing a difference between dispersion values from two groups of the band signal group to be converted. Can be.

Claims (8)

디지털 신호가 하나 이상의 프레임 신호로 분할되는 프레임 분할 단계;A frame division step of dividing the digital signal into one or more frame signals; 상기 프레임 신호가 웨이블릿 변환되어 주파수대별로 분할된 소정 개수의 대역신호군으로 변환되는 웨이블릿 변환 단계;A wavelet transform step of converting the frame signal into a predetermined number of band signal groups divided by frequency bands by wavelet transforming the frame signal; 상기 소정 개수의 대역신호군 중 변환대상으로 설정된 대역신호군이 통계적으로 정규화되는 변환대상 대역신호군 정규화 단계;A conversion target band signal group normalization step of statistically normalizing a band signal group set for conversion among the predetermined number of band signal groups; 상기 대역신호군 중 저주파 대역신호군의 표준편차와 소정 계수를 이용한 임계값을 기준으로, 상기 정규화된 변환대상 대역신호군 중에서 상기 임계값 이상의 크기를 갖는 상기 저주파 대역신호군의 웨이블릿 기준계수들과 대응되는 변환대상 대역신호군의 소정 웨이블릿 계수들이 선택되고, 상기 변환대상 대역신호군의 선택된 웨이블릿 계수들은 상기 저주파 기준계수들의 부호에 따라 두 그룹으로 분할되는 변환대상 대역신호군 이분할 단계;Wavelet reference coefficients of the low frequency band signal group having a magnitude greater than or equal to the threshold value among the normalized conversion target band signal group based on a threshold value using a standard deviation and a predetermined coefficient of the low frequency band signal group among the band signal group; A conversion target band signal group dividing step, wherein predetermined wavelet coefficients of a corresponding conversion target band signal group are selected, and the selected wavelet coefficients of the conversion target band signal group are divided into two groups according to the sign of the low frequency reference coefficients; 상기 두 그룹의 각 분산값이 수정됨에 따라 워터마크가 삽입되는 워터마킹 단계;A watermarking step of inserting a watermark as each variance value of the two groups is modified; 워터마크가 삽입된 변환대상 대역신호군이 역정규화되고, 상기 소정 개수의 대역신호군이 역웨이블릿 변환되어 복수개의 프레임 신호가 생성되는 역변환 단계; 및An inverse transform step of inverse normalizing a conversion target band signal group into which a watermark is inserted, and inversely wavelet transforming the predetermined number of band signal groups to generate a plurality of frame signals; And 상기 각 프레임 신호가 병합되고 디지털 신호가 생성되는 프레임 병합 단계를 포함하며,A frame merging step of merging each frame signal and generating a digital signal, 상기 워터마킹 단계에서,In the watermarking step, 삽입되는 워터마크의 종류에 따라, 일 그룹의 분산값은 감소되고 다른 그룹의 분산값은 증가되도록 수정되는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크 생성 방법.And the dispersion value of one group is decreased and the dispersion value of another group is increased according to the type of watermark to be inserted. 제 1항에 있어서, 상기 임계값은,The method of claim 1, wherein the threshold value, 상기 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수들의 선택영역이 조절되는 소정계수(α)와 상기 저주파 대역신호군의 표준편차(σc)의 곱(|α×σc|)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크 생성 방법.And a product (| α × σ c |) of a predetermined coefficient α to which the selection area of the wavelet coefficients of the band band signal group to be converted is adjusted and the standard deviation σ c of the low frequency band signal group. How to create a watermark. 제 2항에 있어서, 상기 변환대상 대역신호군 이분할 단계는,3. The method of claim 2, wherein the dividing of the band signal group to be converted comprises: 수학식 1a 및 1b를 이용하여, Using Equations 1a and 1b, 상기 임계값(|α×σc|) 이상의 크기를 갖는 상기 저주파 대역신호군의 웨이블릿 기준계수들(c[l])과 대응되는 변환대상 대역신호군의 소정 웨이블릿 계수들(đ[l])이 선택되는 단계; 및 The predetermined wavelet coefficients đ [l] of the target band signal group to be converted corresponding to the wavelet reference coefficients c [l] of the low frequency band signal group having a magnitude greater than or equal to the threshold value | α × σ c | Is selected; And 상기 변환대상 대역신호군의 선택된 웨이블릿 계수들(đ[l])은 상기 저주파 기준계수들(c[l])의 부호(+ 또는 -)에 따라 A와 B의 두 그룹으로 분할되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크 생성 방법. The selected wavelet coefficients đ [l] of the band signal group to be converted may be divided into two groups A and B according to the sign (+ or −) of the low frequency reference coefficients c [l]. Digital watermark generation method, characterized in that. A = {đ[l]|l ∈ Ω+}, Ω+ = {l|c[l] > α×σc} A = {đ [l] | l ∈ Ω + }, Ω + = {l | c [l]> α × σ c } B = {đ[l]|l ∈ Ω-}, Ω- = {l|c[l] < -α×σc} B = {đ [l] | l ∈ Ω -}, Ω - = {l | c [l] <-α × σ c} 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 각 프레임 신호에는 1비트의 워터마크가 각각 삽입되는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크 생성 방법.And a 1-bit watermark is inserted into each of the frame signals. 삭제delete 제 5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 두 그룹인 A 그룹과 B 그룹에 대하여, For the two groups A group and B group, 삽입되는 워터마크(ω)가 +1인 경우 각 그룹의 분산값은,When the inserted watermark (ω) is +1, the variance of each group is 수학식 2a과 같이, 상기 A 그룹의 표준편차(σA)가 상기 정규화된 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수들의 전체표준편차(σđ)보다 크고 상기 B 그룹의 표준편차(σB)는 상기 전체표준편차(σđ)보다 작도록, 각 그룹에 포함된 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수값과 워터마크 삽입강도(β)의 조절을 통해 각각 수정되고,As shown in Equation 2a, the standard deviation σ A of the group A is greater than the total standard deviation σ đ of wavelet coefficients of the normalized conversion target band signal group, and the standard deviation σ B of the group B is By adjusting the wavelet coefficient value and the watermark embedding intensity (β) of the group of band signals to be converted included in each group so as to be less than the total standard deviation (σ đ ), A>(1+β)×σđ) & (σB<(1-β)×σđ), ω=+1A > (1 + β) × σ đ ) & (σ B <(1-β) × σ đ ), ω = + 1 삽입되는 워터마크(ω)가 -1인 경우 각 그룹의 분산값은,When the inserted watermark (ω) is -1, the variance of each group is 수학식 2b와 같이, 상기 A 그룹의 표준편차(σA)는 상기 전체표준편차(σđ)보다 작고 상기 B 그룹의 표준편차(σB)는 상기 전체표준편차(σđ)보다 크도록, 각 그룹에 포함된 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수값과 워터마크 삽입강도(β)의 조절을 통해 각각 수정되는 특징으로 하는 디지털 워터마크 생성 방법.As shown in Equation 2b, the standard deviation (σ A ) of the group A is smaller than the total standard deviation (σ đ ) and the standard deviation (σ B ) of the group B is larger than the total standard deviation (σ đ ), A digital watermark generation method characterized by modifying the wavelet coefficient value and the watermark embedding strength (β) of the band signal group to be included in each group, respectively. A<(1-β)×σđ) & (σB>(1+β)×σđ), ω=-1A <(1-β) × σ đ ) & (σ B > (1 + β) × σ đ ), ω = -1 제 1항에 의한 디지털 워터마크 생성방법에 의하여 생성된 디지털 워터마크를 검출하는 방법으로서, A method for detecting a digital watermark generated by the digital watermark generation method according to claim 1, comprising: 상기 워터마크(ω)가 삽입된 디지털 신호의 변환대상 대역신호군의 웨이블릿 계수들로부터 A'와 B'의 두 그룹이 획득된 후, 수학식 3a 및 수학식 3b를 이용하여 상기 A' 그룹의 표준편차(σA')와 상기 B' 그룹의 표준편차(σB') 값의 비교를 통해 상기 삽입된 워터마크(ω)가 검출되는 워터마크 검출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마크 검출 방법.After the two groups A 'and B' are obtained from wavelet coefficients of the band signal group of the digital signal into which the watermark ω is inserted, equations 3a and 3b are used to calculate the group A '. And a watermark detection step of detecting the inserted watermark (ω) by comparing a standard deviation (σ A ' ) and a standard deviation (σ B' ) value of the B 'group. Detection method. ω'(검출된 워터마크)=+1, σA'B' ω '(detected watermark) = + 1, σ A' > σ B ' ω'(검출된 워터마크)=-1, σA'B' ω '(detected watermark) =-1, σ A'B ' 제 1항 내지 제 4항, 제6항, 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method according to any one of claims 1 to 4, 6 and 7.
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