KR100836671B1 - 영상 데이터 암호화 방법 및 장치 - Google Patents

영상 데이터 암호화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상 데이터 중 특징영역을 추출하여, 상기 특징영역만을 암호화하고, 상기 특징영역이 암호화된 영상 데이터를 복호화하는 영상 데이터 암호화 및 복호화방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 영상 데이터 암호화 방법은, 영상 데이터를 입력받아 미리 정해진 특징정보에 대응되는 하나 이상의 특징영역을 추출하는 단계; 상기 영상 데이터 중 상기 하나 이상의 특징영역만을 암호화하는 단계; 상기 하나 이상의 특징영역만을 암호화한 영상 데이터에 상기 특징영역의 좌표정보를 워터 마킹하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 영상 데이터 복호화 방법은, 암호화된 영상 데이터를 입력받아 상기 영상 데이터에 워터마킹된 특징영역 좌표정보를 추출하는 단계; 상기 특징영역 좌표정보에 대응되는 영역의 영상 데이터를 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
암호화, 복호화, 특징영역, 영상 데이터

Description

영상 데이터 암호화 방법 및 장치{ENCRYPTION METHOD AND APPARATUS FOR VIDEO DATA}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 데이터 암호화 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 데이터 암호화 방법의 흐름도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 데이터에서 특정 영역을 추출하는 과정을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 데이터 복호화 장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 데이터 복호화 방법의 흐름도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 데이터 암호화 및 복호화 예를 도시한 도면.
본 발명은 영상 데이터 처리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영상 데이터의 암호화 및 복호화 방법, 장치에 관한 것이다.
최근 컴퓨터의 성능 향상, 초고속 통신망의 보급, 인터넷 사용의 급증으로 인하여 대용량의 디지털 콘텐츠를 공유하는 것이 매우 보편화되었다. 특히 영상 콘텐츠의 비중이 높아짐에 따라 디지털 영상 콘텐츠 보호에 대한 관심이 고조되고 있다. 상기한 디지털 영상 콘텐츠 보호 기술의 활용 분야로는 위성이나 유선 방송에서의 유료 텔레비전 방송 시스템, 기밀을 요하는 원격 회의나 영상 전화 시스템, 고부가 가치의 위성 사진의 전송, 팩시밀리를 이용한 기밀 서류의 전송, 멀티미디어 통신에서의 정보 보호 서비스 등이 있다.
그러나, 영상 콘텐츠는 내재된 정보의 양이 방대하기 때문에 단순하게 기존의 암호 방식을 이용할 경우 암호화에 많은 계산 시간이 필요하다는 문제점이 있다.
실제로 MPEG-I 방식을 사용하는 비디오 CD의 경우 1분의 영상을 저장하기 위해서 12Mbyte 정도의 메모리 영역이 필요하고, MPEG-II 방식을 사용하는 DVD의 경우 1분의 영상을 저장하기 위해서 40Mbyte의 메모리 영역이 필요하다1 1 비디오CD는 352×240의 저해상도 화면을 초당 30프레임으로 저장하고, DVD는 720×480의 고해상도 화면을 초당 60프레임으로 저장한다.. 일반적으로 영화 한편의 상영 시간이 평균 2시간이라는 점을 감안하면 기존의 DES(Data Encryption Standard)나 RSA(Rivest Shamir Adleman) 방식으로 영상을 암호화하기 위해서는 엄청난 시간이 걸려 실용화가 어려웠다.
이러한 부분을 해결하기 위해 특정 부분만을 이용하는 암호 방식에 대한 연 구가 이루어지고 있으며, 윤정오 등이 제안한 쿼드트리를 이용한 구조부분 암호화 방식(윤정오, 성우석, 황찬식, "실시간 처리를 위한 쿼드트리 기반 무손실 영상압축 및 암호화," 정보처리학회논문지C 제8-C권 제5호, pp. 525-534, 2001.)과 시오이리(Shioiri) 등이 제안한 SKS(Shioiri-Kinoshita-Sakai)방식(H. Kinoshita, N. Shioiri, Y. Sakai "Appropriate Image Data Encipherment Method for DCT Coding," Trans. of IEICE, Vol.J75-D-I, No.5, pp. 314-321, 1992.)이 대표적인 예라 할 수 있다.
상기 쿼드트리를 이용한 구조부분 암호화 방식은 먼저 디지털 영상 콘텐츠를 압축하여 쿼드트리 구조와 쿼드트리 데이터라는 두 개의 압축열을 생성한다. 상기 쿼드트리 구조는 동질 영역의 크기와 위치 정보들로 구성된 영상의 윤곽 정보들로써 구조부분이 없이 데이터 부분만으로 영상을 복원하는 것은 매우 어렵다. 따라서 구조부분에 대해서만 DES나 AES(Advanced Encryption Standard)등의 알고리즘을 이용하여 암호화하는 것으로 암호화 과정의 처리시간을 단축하는 것은 물론 압축열 전체에 대해 암호화하는 것과 유사한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 상기 SKS 방식은 영상 콘텐츠를 DCT(Discrete Cosine Transform)를 이용하여 압축할 때, 정보의 대부분이 포함되어 있는 저주파 성분이 한쪽으로 집중된다는 점을 이용하여 암호화하는 방식으로써, DCT가 취해진 주파수 성분 정보 중에서 저주파 쪽 일부만을 암호화해도 IDCT(Inverse DCT)를 취하면 전체 영상에서 높은 암호 효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 상기한 쿼드트리를 이용한 방식은 압축과 암호가 결합된 구조이기 때문에, 압축 시간에 비해 암호화 시간이 훨씬 길어진다는 단점이 있고, SKS 방식은 암호화된 영상을 분석해보면 대략적으로 어떤 영상인지 파악할 수 있다는 단점이 있다.
이에 영상의 특징 영역으로 영상 내의 얼굴 영역을 채용하고, 상기 특징 영역만을 암호화함으로써, 영상에 대한 암호화 시간을 감소시킬 수 있는 기술의 개발이 절실히 요망되고 있다.
또한, 상기 특징 영역에 대한 암호화의 강도를 향상시킬 수 있는 기술의 개발도 절실히 요망되고 있다.
본 발명은 상기한 것과 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 영상 데이터 중 특징영역을 추출하여, 상기 특징영역만을 암호화하는 암호화방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 특징영역이 암호화된 영상 데이터를 복호화하는 복호화방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 영상 데이터의 암호화 강도를 향상시킬 수 있는 암호화 및 복호화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따르는영상 데이터 암호화 방법은, 영상 데이터를 입력받아 미리 정해진 특징정보에 대응되는 하나 이상의 특징영역을 추출하는 단계; 상기 영상 데이터 중 상기 하나 이상 의 특징영역만을 암호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 영상 데이터 복호화 방법은, 암호화된 영상 데이터를 입력받아 상기 영상 데이터에 워터마킹된 특징영역 좌표정보를 추출하는 단계; 상기 특징영역 좌표정보에 대응되는 영역의 영상 데이터를 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 영상 데이터 중 인물의 얼굴 표시영역을 특징영역으로서 검출하여, 해당 특징영역만을 암호화한다. 여기서, 상기 특징영역을 얼굴 표시영역으로 채택한 이유는, 영화나 드라마 등과 같은 영상 컨텐츠에서 등장 인물의 얼굴은 감정과 분위기를 전달하는 가장 중요한 부분이기 때문이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 특징영역만을 암호화함으로써, 암호화 및 복호화에 소요되는 처리량 및 처리 시간을 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 특징 영역에 대한 좌표정보는 영상 데이터에 워터 마킹하여, 특징영역에 대한 암호화 및 특징영역에 대한 정보에 대한 암호화가 동시에 이루어지게 한다. 이로서 본 발명은 암호화 강도를 향상시킬 수 있다.
이제 상기한 본 발명에 따르는 암호화 및 복호화 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 암호화 장치의 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.
상기 암호화 장치는 크게 제어부(100), 메모리부(106), 사용자 인터페이스부(108)로 구성된다.
상기 제어부(100)는 특징영역 추출부(102)와 암호화부(104)로 구성되는 하드 웨어 또는 소프트웨어 모듈을 구비한다.
특징영역 추출부(102)는 영상 데이터를 입력받아, 상기 영상 데이터 중 사용자 인터페이스부(108)를 통해 선택한 소정영역 또는 미리 정해둔 특징정보에 대응되는 하나 이상의 특징영역을 추출한다. 상기한 특징영역 추출부(102)는 특징 영역의 신뢰도를 높이기 위해, 신경망 모델 및/또는 가우시안 스킨 칼라 모델로 구현될 수 있다.
암호화부(104)는 영상 데이터 중 특징영역 추출부(102)에 의해 추출된 하나 이상의 특징영역만을 사용자 인터페이스부(108)를 통해 입력되는 암호화 키에 따라 암호화하고, 상기 특징영역 좌표정보를 상기 영상 데이터에 워터마킹한다. 이로서, 영상 데이터의 암호화가 완료된다.
메모리부(106)는 제어부(100)의 처리 프로그램을 포함하는 다양한 정보를 저장하며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 특징정보 및 암호화 키 등을 저장한다. 여기서, 상기 특징정보에는 소정 패턴정보 및 색상정보가 포함되며, 상기 소정 패턴정보는 얼굴 패턴정보 등이 될 수 있고, 상기 색상 정보는 얼굴 색상정보 등이 될 수 있다.
사용자 인터페이스부(108)는 사용자와 제어부(100)간을 인터페이스하여, 사용자로부터 특징영역의 기준이 되기 위한 소정영역 좌표정보를 입력받아 제어부(100)에 제공하거나, 암호화 키를 입력받아 제어부(100)에 제공한다.
상기한 암호화 장치의 동작을 도 2의 흐름도를 참조하여 좀더 설명한다.
제어부(100)는 영상 데이터의 암호화가 요청되면(200단계), 특징영역의 추출 기준이 되는 특징정보가 메모리부(106)에 미리 저장되었거나, 사용자 인터페이스부(108)를 통해 사용자가 해당 영상 데이터의 소정영역을 선택하는지를 체크한다(202단계).
상기 특징정보가 메모리부(106)에 저장되어 있거나, 상기 사용자가 해당 영상 데이터내의 소정영역을 선택하면, 제어부(100)는 해당 영상 데이터에서 상기 특징정보 또는 상기 소정영역에 대응되는 특징영역을 추출한다(204단계).
상기 특징영역의 추출방식을 도 3을 참조하여 좀더 설명한다.
상기 특징영역의 추출은 얼굴 영역추출을 위해 텍스쳐를 입력값으로 하는 신경망 모델(T1)과 가우시안 스킨 칼라 모델(T2)을 사용한다.
상기 신경망 모델(T1)은 사용자에 의해 선택된 소정영역 또는 특징정보의 패턴정보, 예를 들어 얼굴 패턴을 학습하여, 입력 영상 데이터(IP)를 상기 소정영역 또는 특징정보를 기준으로 조정한 후에(P1), 기준으로 영상을 각각 30%씩 확대 및 축소하고(P2,P3), 상기 조정된 영상 데이터(P1), 확대된 영상 데이터(P2), 축소된 영상 데이터(P3)내에 상기 학습된 패턴을 추출한다.
또한, 상기 가우시안 스킨 칼라 모델(T2)은 사용자에 의해 선택된 소정영역 또는 특징 정보의 색상정보, 예를 들면 얼굴 색상 정보에 대응되는 영역을 상기 조정된 영상 데이터(P1), 확대된 영상 데이터(P2), 축소된 영상 데이터(P3)내에서 추출한다.
상기 신경망 모델(T1) 및 가우시간 스킨 칼라 모델(T2)에 의한 추출결과(P4,P5,P6), 즉 영상 데이터내의 소정 영역을 나타내는 영역정보는 논리곱되어, 두 추출결과가 일치할 경우 해당 영상 데이터의 특징영역으로 결정된다(OP).
상기한 절차를 거쳐 입력 영상 데이터내에서 하나 이상의 특징영역이 추출되면, 제어부(100)는 암호화시에 사용되는 암호화 키가 메모리부(106)에 미리 저장되었거나, 사용자 인터페이스부(108)를 통해 사용자가 암호화 키를 입력하는지를 체크한다(206단계).
상기 암호화 키가 저장되었거나 혹은 입력되면, 제어부(100)는 상기 암호화 키를 이용하여, 상기 영상 데이터 중 상기 추출된 특징영역에 대해서만 암호화를 이행한다(208단계).
상기 암호화가 완료되면, 제어부(100)는 특징영역이외의 영상 데이터와 상기 암호화된 특징영역을 중첩함으로써, 입력된 영상 데이터 중 상기 특징영역만이 암호화되도록 한다(210단계).
상기 특징영역에 대한 암호화가 완료되면, 제어부(100)는 상기 특징영역 좌표정보를 상기 특징영역이 암호화된 영상 데이터에 워터 마킹한다(212단계). 이로서 영상 데이터의 암호화가 완료된다.
이제, 상기한 바와 같이 암호화된 영상 데이터를 복호화하는 방법을 설명한다.
먼저, 영상 데이터 복호화 장치의 구성을 도 4를 참조하여 설명한다.
상기 복호화 장치는 크게 제어부(300), 메모리부(306), 사용자 인터페이스부(308)로 구성된다.
상기 제어부(300)는 특징영역 좌표정보 추출부(302)와 복호화부(304)로 구성 되는 하드웨어 모듈 또는 소프트웨어 모듈을 구비한다. 특징영역 좌표정보 추출부(302)는 영상 데이터를 입력받아, 상기 영상 데이터에 워터 마킹된 특징영역 좌표정보를 추출한다. 그리고, 복호화부(304)는 상기 영상 데이터 중 상기 특징영역 좌표정보에 대응되는 영역, 즉 암호화된 영상 데이터를 사용자 인터페이스부(308)로부터 입력받은 암호화 키 또는 메모리부(306)에 저장된 암호화 키로 복호화한다.
메모리부(306)는 제어부(300)의 처리 프로그램을 포함하는 다양한 정보를 저장하며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 암호화 키 등을 저장한다.
사용자 인터페이스부(308)는 사용자와 제어부(300)간을 인터페이스하여, 사용자로부터 암호화 키를 입력받아 제어부(100)에 제공한다.
상기한 영상 데이터 복호 장치의 동작을 도 5의 흐름도를 참조하여 설명한다.
제어부(300)는 영상 데이터의 암호화가 요청되면(400단계), 사용자 인터페이스부(308)를 통해 암호화 키가 입력되거나, 메모리부(306)에 상기 암호화 키가 저장되었는지를 체크한다(402단계).
상기 암호화 키가 입력되거나 저장되었으면, 제어부(300)는 상기 영상 데이터에 워터 마킹된 특징영역 좌표정보를 추출한다(404단계).
상기 특징영역 좌표정보가 추출되면, 제어부(300)는 상기 특징영역 좌표정보에 대응되는 영역내의 영상 데이터를 상기 암호화 키를 이용하여 복호화한다(406단계)
상기 복호화된 영상 데이터와 해당 특징 영역 이외의 영상 데이터를 중첩함 으로써, 상기 암호화된 영상 데이터에 대한 복호화가 완료된다(408단계).
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 영상 데이터 암호화 및 복호화 과정의 예를 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6의 (a)와 같은 영상 데이터가 입력되면, 암호화 장치는 사용자 인터페이스부(108)를 통해 상기 (a)의 영상 데이터 중 일부를 선택받거나 메모리부(106)에 저장된 특징정보에 따라 상기 영상 데이터 중 특징영역을 추출한다.
상기 특징영역을 추출한 예를 도시한 도 6의 (b)와 같이 영상 데이터 내에는 하나 이상의 특징영역(K1)이 추출되며, 상기 특징영역(K1)은 얼굴부분이 될 수 있다.
상기 암호화 장치는 상기 추출된 하나 이상의 특징영역(K1)만을 암호화하며, 상기 암호화된 특징영역의 영상 데이터와 상기 특징영역을 제외한 영상 데이터를 중첩하여 도 6의 (c)에 도시한 바와 같은 영상 데이터를 생성한다.
상기 도 6의 (c)에 도시한 영상 데이터에 특징영역 좌표정보가 워터 마킹됨으로써, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 암호화는 완료된다.
상기 암호화된 영상 데이터는 본 발명의 복호화 장치에 의해 도 6의 (d)에 도시한 바와 같이 암호화전 영상 데이터와 동일하게 복호화된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 영상 데이터 중 인물의 얼굴 표시 영역을 특징 영역으로서 검출하여, 해당 특징 영역만을 암호화함으로써, 암호화 및 복호화에 소요되는 처리량 및 처리 시간을 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 특징 영역에 대한 좌표정보는 영상 데이터에 워터 마킹하여, 특징 영역에 대한 암호화 및 특징 영역에 대한 정보에 대한 암호화가 동시에 이루어지게 한다. 이로서 본 발명은 암호화 강도를 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 영상 데이터 암호화 방법에 있어서,
    영상 데이터를 입력받아 미리 정해진 특징정보에 대응되는 하나 이상의 특징영역을 추출하는 단계;
    상기 영상 데이터 중 상기 하나 이상의 특징영역만을 암호화하는 단계;
    상기 하나 이상의 특징영역만을 암호화한 영상 데이터에 상기 특징영역의 좌표정보를 워터 마킹하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특징정보는 미리 메모리에 저장되거나,
    사용자에 의해 상기 영상 데이터 내에서 선택된 일부 영역임을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 특징영역의 추출은,
    상기 영상 데이터 중 상기 특징정보에 포함된 패턴정보에 대응되는 패턴을 가지는 영역을 추출하는 것임을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 특징영역의 추출은,
    상기 영상 데이터 중 상기 특징정보에 포함된 색상정보에 대응되는 색상을 가지는 영역을 추출하는 것임을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 특징영역의 추출은,
    상기 영상 데이터 중 상기 특징정보에 포함된 패턴정보에 대응되는 패턴을 가짐과 아울러,
    상기 영상 데이터 중 상기 특징정보에 포함된 색상정보에 대응되는 색상을 가지는 영역을 추출하는 것임을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 영상 데이터 암호화 장치에 있어서,
    영상 데이터를 입력받아 미리 정해진 특징정보에 대응되는 하나 이상의 특징영역을 추출하는 특징영역 추출부;
    상기 영상 데이터 중 상기 하나 이상의 특징영역만을 암호화하고,
    상기 하나 이상의 특징영역만을 암호화한 영상 데이터에 상기 특징영역의 좌표정보를 워터 마킹하는 암호화부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 특징영역 추출부에 상기 특징정보를 제공하는 메모리부를 더 구비함을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    사용자에 의해 상기 영상 데이터 내에서 선택된 일부영역 선택정보를 상기 특징영역 추출부에 상기 특징정보로서 제공하는 사용자 인터페이스부를 더 구비함을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 특징영역 추출부는,
    상기 영상 데이터 중 상기 특징정보에 포함된 패턴정보에 대응되는 패턴을 가지는 영역을 추출하는 것임을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 특징영역 추출부는,
    상기 영상 데이터 중 상기 특징정보에 포함된 색상정보에 대응되는 색상을 가지는 영역을 추출하는 것임을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 특징영역 추출부는,
    상기 영상 데이터 중 상기 특징정보에 포함된 패턴정보에 대응되는 패턴을 가짐과 아울러,
    상기 영상 데이터 중 상기 특징정보에 포함된 색상정보에 대응되는 색상을 가지는 영역을 추출하는 것임을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
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