KR101308137B1 - 디지털 영상 워터마킹 방법 - Google Patents

디지털 영상 워터마킹 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 영상 워터마크 삽입 방법 및 추출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 웨이블릿 변환 영역에서 영상의 크기 변화에 무관하게 워터마크를 삽입하고, 상기 삽입된 워터마크를 추출하는 방법에 관한 것이다.

Description

디지털 영상 워터마킹 방법 {Digital image watermarking scheme}
본 발명은 디지털 영상에 대한 워터마킹 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 웨이블릿 변환 영역에서 구성된 부밴드를 블록으로 변환하여, 상기 블록에 워터마크를 삽입하는 방법 및 상기 방법에 의하여 삽입된 워터마크를 추출하는 방법에 관한 것이다.
다양한 멀티미디어 서비스 모델의 사용자들에 의한 디지털 컨텐츠의 불법적인 유통과 조작이 성행하고 있고, DVR(digital video recorder)과 웹 카메라 등을 이용한 보안응용 시스템 분야에서의 위/변조와 이에 따른 지적재산권에 대한 소유 문제가 크게 부각되고 있다. 이런 불법적인 복제 및 조작을 방지하고 소유권을 효과적으로 보호하기 위한 저작권 보호기술이 요구되며, 이러한 지적재산권을 보호하고 저작권을 주장할 수 있는 근거를 제시할 수 있는 기술로서 디지털 워터마킹 기술이 발전하게 되었다.
이러한 디지털 워터마킹은 디지털 컨텐츠 내부에 저작권자 또는 사용자 정보를 은닉한 후 삽입하여 저작물이 저작권자의 동의 없이 무단 도용되는 것을 방지하거나 또는 기업 기밀정보가 유출되었을 경우 기밀정보 유출자를 추적하여 지적재산권에 대한 시비를 가리는데 사용되는 기술이다. 이외에도 워터마킹 기술은 인터넷으로 주고받는 전자문서의 텍스트·그림·동영상·음악파일 등의 위조나 변조 여부를 확인할 수 있는 용도로도 사용된다. 워터마킹 기술은 지적재산권 관련정보를 컨텐츠에 은닉하여 삽입하는 기술과 향후 지적재산권 관련 문제가 발생하였을 경우 유출 경로의 출처를 확인하기 위해 관련정보를 추출하는 추출기술로 나뉘어진다.
이와 같은 디지털 워터마킹에 사용되는 워터마크는 컨텐츠 소유자의 저작권을 증명할 수 있는 고유의 로고(영상 데이터) 혹은 데이터 조합(이진 데이터)을 사용한다. 이런 워터마크들은 삽입 후 외부에서 가해지는 악의적/비악의적인 공격들에 의해 변형 혹은 삭제될 수 있는 가능성이 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 워터마크를 주파수영역에서 삽입하거나 워터마크 자체에 강인성을 부여하는 기법들이 연구되었다.
디지털 워터마킹 기술이 발달함에 따라서 워터마크 적용영역은 공간영역(spatial domain)에서 주파수영역(frequency domain)으로 옮겨졌는데, 주파수영역에서의 기법은 공간영역에서 적용되던 방식에 비해 공격에 강한 특징을 가지지만 주파수 특성상 워터마크 삽입 위치를 정확히 선정할 수 없는 단점이 있다.
그러나 주파수 특성과 공간 영역의 특성을 동시에 가지고 있는 웨이블릿 영역이 도입되며, 공간 영역 및 주파수 영역에서의 워터마크 삽입의 장점을 모두 포함하게 되었다. 이를 통해, 웨이블릿 변환을 통한 워터마크의 삽입이 더욱 효율적이 되었다. 주파수 영역에서의 워터마킹은 주파수 계수를 변화시켜 워터마크를 삽입하는 것으로 이산코사인변환을 이용하여 주파수 영역의 중요한 계수를 추출해 워터마크를 삽입하는 방법들과, 이산푸리에변환을 이용하여 위상에 워터마크를 삽입하는 방법들, 이산웨이블릿변환을 이용한 방법들이 주로 연구되었다.
이와 관련하여 기존 워터마킹 기법 중에 회전, 크기변환, 팽행이동 (Rotation, Scale, Translation, 이하 RST)과 같은 기하학적 왜곡에 강인한 워터마킹 방법들이 다수 제안되었다. 이들 방법들은 다양한 왜곡을 보정하기 위해 RST 불변의 영역에 워터마크를 삽입하거나, 왜곡된 RST를 복구하기 위해 일정한 형태의 워터마크 패턴을 삽입하고 자기상관 함수를 실행하여 피크를 검출한다. 이러한 과정은 워터마크 삽입 영상의 화질을 저하하며, 워터마크 삽입 용량에도 제한이 있을 뿐만 아니라 워터마크 검출 성능도 만족스럽지 못하다는 문제가 있었다.
한국 공개특허 제 10-2011-0091986호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래에 비해 비가시성이 높아지도록 워터마크를 삽입하는 새로운 방법 및 상기 방법에 의해 삽입된 워터마크를 추출하는 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 원본 영상의 크기에 상관없이 워터마크가 삽입되는 공간을 일치시킴으로써, 영상의 크기 공격에도 강인한 워터마크 삽입 방법 및 상기 방법에 의해 삽입된 워터마크를 추출하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 디지털 영상 워터마크 삽입 방법은 영상을 웨이블릿 변환하여 워터마크를 삽입할 부밴드를 선정하는 단계; 상기 부밴드를 블록으로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 블록에 워터마크를 삽입하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 워터마크를 삽입할 부밴드를 선정하는 단계에 있어, 상기 워터마크를 삽입할 부밴드는 상기 영상을 2차 웨이블릿 변환하여 생성된 LH2 밴드 및 HL2 밴드 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 워터마크를 삽입하는 단계에 있어, 하기 수학식 1의 워터마크 삽입 과정을 하기 수학식 2의 조건을 만족할 때까지 수행할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112011100768413-pat00001
(이때, Wk는 워터마크 비트, Bk(n,m)은 k번째 블록 내 웨이블릿 계수, S(n,m)은 대역확산 신호, α는 삽입의 세밀 계수, K는 삽입 가능한 블록의 총 수)
[수학식 2]
Figure 112011100768413-pat00002
(이때, Thinsert는 삽입 임계값이고, 상기 수학식 2의 BCS(Block Coefficients Sum)는 하기 수학식 3을 이용하여 계산)
[수학식 3]
Figure 112011100768413-pat00003
또한, 영상을 RGB 컬러에서 YCrCb 컬러로 변환하는 단계; 및 상기 컬러 변환에 의해 생성된 Y 채널을 상기 영상보다 크게 정규화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 디지털 영상 워터마크 추출 방법은 워터마크가 삽입된 영상을 웨이블릿 변환하여 워터마크가 삽입된 부밴드를 선정하는 단계; 상기 부밴드를 블록으로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 블록에 대해 워터마크 삽입 정보(Wk)를 결정하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 워터마크 삽입 정보(Wk)를 결정하는 단계는, 하기 수학식 4의 조건에 따라 상기 워터마크 삽입 정보를 결정할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112011100768413-pat00004
또한, 상기 블록의 워터마크 삽입 정보(Wk) 결정시, 발생할 수 있는 오류 비트를 정정하기 위한 ECC 디코딩을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 워터마크가 삽입된 영상을 RGB 컬러에서 YCrCb 컬러로 변환하는 단계; 및 상기 컬러 변환에 의해 생성된 Y 채널을 정규화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 워터마크가 삽입된 영상을 RGB 컬러에서 YCrCb 컬러로 변환하는 단계; 상기 컬러 변환에 의해 생성된 Y 채널에 대하여 83%보다 크게 정규화하는 제 1 정규화 단계; 상기 컬러 변환에 의해 생성된 Y채널에 대해 167%보다 크게 정규화하는 제 2 정규화 단계; 상기 제 1 정규화 단계를 통한 제 1 영상 및 제 2 정규화 단계를 통한 제 2 영상 각각을 웨이블릿 변환하여 워터마크가 삽입된 부밴드를 각각 선정하는 단계; 상기 2개의 선정된 부밴드를 블록으로 변환하는 단계; 상기 2개의 변환된 블록에 대해 수학식 4의 조건에 따라 각각 워터마크 삽입 정보(Wk)를 결정하는 단계; 및 상기 각각 결정된 워터마크 삽입 정보(Wk)를 체크섬하여 추출된 2개의 워터마크 중 하나를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 디지털 영상에 워터마크를 삽입하는 방법 및 상기 방법에 의해 삽입된 워터마크를 추출하는 방법은 주파수 영역과 공간 영역의 특성을 동시에 가지는 웨이블릿 변환을 통해 획득한 부밴드에 워터마크를 삽입하는 새로운 방법을 제공함으로써, 종래에 비해 워터마크의 비가시성을 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따라 워터마크가 삽입된 영상은 영상의 정규화 과정을 통해, 원본 영상의 크기에 상관없이 워터마크가 삽입되는 공간을 일치시킴으로써, 영상의 크기 공격에도 강인한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 영상에 워터마크를 삽입하는 방법을 설명하는 흐름도;
도 2는 크기가 정규화된 영상에 대해 웨이블릿 변환을 수행하는 과정 및 워터마크를 삽입할 부밴드를 선정하는 과정을 나타낸 도면;
도 3은 워터마크를 삽입할 부밴드를 블록으로 변환하는 방법을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 대역확산 신호를 나타낸 도면; 및
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 삽입된 워터마크를 추출하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면의 실시예들을 바탕으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 영상에 워터마크를 삽입하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디지털 영상에 워터마크를 삽입하는 방법은 워터마크 삽입 대상 영상을 RGB 컬러에서 YCrCb 컬러로 변환하는 단계; 상기 컬러 변환에 의해 생성된 Y 채널을 상기 영상보다 크게 정규화하는 단계; 상기 정규화된 영상을 웨이블릿 변환하여 워터마크를 삽입할 부밴드를 선정하는 단계; 상기 부밴드를 블록으로 변환하는 단계; 상기 변환된 블록에 워터마크를 삽입하는 단계; 상기 워터마크가 삽입된 블록을 환원하는 단계; 및 상기 환원된 웨이블릿 영상을 역웨이블릿 변환하여 워터마크가 삽입된 영상을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 워터마크를 삽입하려 하는 디지털 영상에 대해 RGB 컬러모델에서 YCrCb 컬러모델로의 변환을 수행할 수 있다(S100). 컴퓨터에서 사용하는 이미지 파일 또는 동영상 파일은 RGB 컬러모델 또는 YCrCb 컬러모델로 색을 표현할 수 있다. RGB 컬러 모델은 R(Red), G(Green), B(Blue)의 세 가지 영역의 조합으로 색을 표현한다. 예를 들어 24비트 이미지는 세 영역마다 8비트의 정보를 지니므로 각각 0에서 255사이의 값을 지니게 된다. 이에 반해, YCrCb 컬러 모델은 컬러 정보로부터 밝기값과 색차 신호를 분리하여 표현하는 컬러모델이다. 이때, 밝기값은 Y로 기호화되고, 색차신호는 Cr 및 Cb로 기호화된다.
즉, RGB 컬러모델의 경우, 각각의 채널이 색에 대한 정보를 가지며, 서로 중복되는 정보를 갖는다. 반면에, YCrCb 컬러모델의 경우, 각각의 채널은 밝기 정보 및 색차 정보를 가지며, 서로 독립적인 정보를 가진다. 게다가 인간이 색차 신호보다 밝기 신호에 더 민감하므로, 이미지 및 영상을 압축할 때 밝기 정보보다 덜 중요한 색차 정보를 많이 감소시키게 된다. 따라서 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 압축시 정보 손실률이 낮은 Y채널에 워터마크를 삽입하여 워터마크의 강인성을 높일 수 있다.
상기 S100 단계를 통해 워터마크를 삽입할 디지털 영상에 대한 YCrCb 컬러모델이 생성되고 나면, 상기 영상을 규정된 영상의 크기로 변경하는 Y채널의 정규화 단계를 수행할 수 있다(S110). 상기 S110 단계는 영상의 크기가 변경되어도 워터마크가 삽입되는 공간을 일치시키기 위한 것으로, S100 단계의 상기 컬러 변환에 의해 생성된 Y채널에 워터마크를 삽입하기 전에 진행되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서 상기 영상의 정규화 크기는 원본 영상보다 크게 설정될 수 있는데, 이는 워터마크 삽입용량의 증가 및 워터마크 삽입시 강인성을 증가시키기 위함이다. 이와 관련하여, 워터마크 삽입시 영상의 기준 정규화 크기를 일정한 값으로 미리 설정해놓을 수 있는데, 본 발명에 적용가능한 일 실시예에서는 상기 기준 정규화 크기를 512×512, 1024×1024, 2048×2048 등 미리 정해진 값으로 설정될 수 있다.
예를 들면, 상기 S100 단계를 통하여 생성된 영상의 크기가 512×512 미만일 경우 상기 S110 단계에서 적용되는 기준 정규화 크기는 512×512로 설정될 수 있다. 또는 S100 단계를 통하여 생성된 영상의 크기가 512×512 이상이며 1024×1024 미만일 경우 상기 S110 단계에서 기준 정규화 크기는 1024×1024이고, S100 단계에서 생성된 영상의 크기가 1024×1024 이상 2048×2048 미만일 경우 상기 S110 단계에서 적용되는 기준 정규화 크기는 2048×2048로 설정될 수 있다. 만일 S100 단계를 통하여 생성된 영상이 2048×2048보다 더 큰 영상의 경우라면, 상기 영상을 분리한 후 각각의 분리된 영상에 대한 정규화 작업을 수행할 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 S110 단계에서 적용되는 상기 기준 정규화 크기가 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기 S110 단계를 통해 워터마크가 삽입될 영상에 대한 정규화가 완료되고 나면, 상기 정규화된 영상을 웨이블릿 변환하여 워터마크를 삽입할 부밴드를 선정한다(S120). 상기 정규화된 영상의 웨이블릿 변환시, 상기 영상의 핵심 영역에 접근하기 위해 다중 웨이블릿 변환을 수행할 수 있다. 이하 도 2를 통하여, 웨이블릿 변환 및 워터마크를 삽입할 부밴드를 선정하는 과정을 자세히 살펴본다.
도 2는 크기가 정규화된 영상에 대해 웨이블릿 변환을 수행하는 과정 및 워터마크를 삽입할 부밴드를 선정하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 워터마크를 삽입하려는 영상에 대해 워터마크를 삽입할 부밴드를 선정하기 전에, 다중 웨이블릿 변환을 수행한다. 도 2에서는 2차 웨이블릿 변환을 수행하는 과정을 나타내었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 다중 웨이블릿 변환의 차수가 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 상기 정규화된 영상에 대해서 2차 웨이블릿 변환을 수행한다. 보다 상세하게는, 먼저 상기 정규화된 영상을 1차 웨이블릿 변환하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 정규화된 영상은 4개의 부밴드(LL1, HL1, LH1, HH1)로 분해된다. 이때, LL1은 상기 정규화된 영상에 수평과 수직 방향으로 저역 통과필터를 적용하여 생성된 대역이고, HL1은 상기 정규화된 영상에 수직 방향으로 고역 통과 필터를 적용하여 생성된 대역으로 수직 방향 주파수의 오차 성분을 포함하고 있다. 또한, LH1은 상기 정규화된 영상에 수평 방향으로 고역 통과 필터를 적용하여 생성된 대역으로 수평 방향 주파수의 오차 성분을 포함하고 있으며, HH1은 상기 정규화된 영상에 수평과 수직 방향으로 고역 통과필터를 적용하여 생성된 대역이다. 즉, 가장 낮은 저주파수 대역은 LL1이 되고, 가장 높은 고주파수 대역은 HH1이 된다.
일반적인 영상의 경우 LL1에 신호의 에너지가 집중되므로 영상의 대부분의 정보가 LL1에 담겨있다고 볼 수 있다. 즉, LL1 부밴드를 또 하나의 새로운 영상으로 생각할 수 있다. 또한, 높은 에너지를 가지는 대역은 그렇지 않은 대역에 비하여 공격에 강인하므로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 도2에 도시된 바와 같이, LL1에 대해 2차 웨이블릿 변환을 수행하여 분해된 4개의 부밴드(LL2, LH2, HL2, HH2)를 생성한다. 이렇게 형성된 부밴드 중 하나 또는 두 개 이상의 부밴드를 선정하여 워터마크를 삽입할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 2차 웨이블릿 변환으로 생성된 저주파 부밴드(LL2)에는 에너지가 집중되어, LL2 부밴드에 워터마크를 삽입하면 외부에 쉽게 노출될 수 있고, 2차 웨이블릿 변환으로 생성된 고주파 부밴드(HH2)에 워터마크를 삽입하면 영상 신호 처리에 견고하지 못하므로, 워터마크를 삽입할 부대역으로 2차 웨이블릿 변환으로 생성된 LH2 부밴드를 선정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서 LH2 부밴드에 삽입하는 경우보다는 성능이 조금 떨어지나, 2차 웨이블릿 변환으로 생성된 HL2 부밴드에도 워터마크를 삽입할 수 있다. 또는, 본 발명의 또 다른 실시예에서 워터마크 삽입 용량을 증가시키기 위해, LH2, HL2 부밴드 모두에 워터마크를 삽입할 수도 있다.
이렇게 선정된 LH2 부밴드는 웨이블릿 변환을 수행한 영상 크기의 1/16이므로, 512×512 영상에 웨이블릿 변환을 수행하여 LH2 부밴드를 선정한 경우, 상기 LH2 부밴드의 크기는 128×128이 된다.
상기 S120 단계를 통해 워터마크를 삽입할 부밴드가 선정되고 나면, 선정된 부밴드를 블록으로서 변환한다(S130). 이는 영상에 대한 워터마크 삽입 작업의 편의성을 위한 단계이다. 이하 도 3을 통하여 상기 블록으로 변환하는 방법에 대하여 자세히 살펴본다.
도 3은 워터마크를 삽입할 부밴드를 블록으로 변환하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 워터마크를 삽입할 부밴드로 선정된 LH2 부밴드를 블록으로 변환한다. 상기 LH2 부밴드를 기본 블록 크기로 나누고, 상기 나뉘어진 부밴드의 각 줄의 오른쪽 끝과 다음 줄 왼쪽 시작 부분을 연결하여, 상기 부밴드를 선형 형태의 블록으로 변환한다. 보다 상세하게는, 2차 웨이블릿 변환을 수행한 전체 영상의 크기가 512×512 라면, 2차 웨이블릿 변환을 통해 생성된 LH2 부밴드의 크기는 128×128이 된다. 이때, 기본 블록의 크기를 8×8로 하여, 상기 LH2 부밴드를 선형 형태의 블록으로 변환할 수 있다. 즉, 상기 블록 변환 방법에 의해 변환된 블록은 8×2048 크기의 영상으로 구성된다. 이는 8×(8×256) 크기의 영상으로 총 256개의 블록으로 구성된다.
상기 S130 단계를 통해 워터마크를 삽입할 부밴드가 선형 형태의 블록으로 변환되고 나면, 상기 변환된 각각의 블록에 워터마크를 삽입한다(S140). 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서 상기 워터마크를 삽입하는 과정은, 하기 수학식 1에 기재된 과정을 통해 진행될 수 있다. 상기 워터마크 삽입 과정은 하기 수학식 2의 조건을 만족할 때까지 수행할 수 있다.
Figure 112011100768413-pat00005
(이때, Wk는 워터마크 비트, Bk(n,m)은 k번째 블록 내 웨이블릿 계수, S(n,m)은 대역확산 신호, α는 삽입의 세밀 계수, K는 삽입 가능한 블록의 총 수 )
Figure 112011100768413-pat00006
(이때, Thinsert는 삽입 임계값)
이때, 상기 수학식 2의 BCS(Block Coefficients Sum)는 하기 수학식 3을 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112011100768413-pat00007
상기 수학식 1 및 3에 있어서, S(n,m)은 대역확산 신호로, 각 부밴드의 특성에 맞게 대역 확산 방식으로 비밀키를 구성한다. 예를 들면, LH 부밴드는 가로방향은 저주파 대역이고, 세로방향은 고주파 대역이다. 반면, HL 부밴드는 가로방향으로 고주파 대역이며 세로방향은 저주파 대역이다. 이러한 각 밴드의 특성에 따라, LH 부밴드의 경우에는 비밀키가 -1, 1이 패어링(pairing)되어 수직되게 구성되고, HL 부밴드의 경우에는 비밀키가 -1, 1이 패어링되어 수평되게 구성된다. 이와 같은 대역확산 신호를 구성하는 이유는, 상기 방법으로 구성하는 경우, 대역 확산 신호를 랜덤하게 구성하는 것보다 성능이 우수하기 때문이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 대역확산 신호를 나타낸 도면으로서, 이는 LH2 부밴드의 특성에 맞게 -1, 1이 패어링되어 수직되게 구성됨을 알 수 있다.
이렇게 생성된 대역 확산 신호를 이용하여, 상기 수학식 2의 워터마크 삽입 과정을 수행한다. 즉, 워터마크 비트(Wk)가 1이면 블록의 각 계수에 삽입 세밀 계수(α)를 곱한 대역 확산 신호를 더해주고, 워터마크 비트가 -1이면 블록의 각 계수에 삽입 세밀 계수(α)를 곱한 대역 확산 신호를 감해준다. 이때, 삽입의 세밀 정도를 나타내는 α는 설정된 값으로, 사용자에 의해 입력받을 수도 있다.
위의 삽입 과정은 상기 수학식 3의 조건을 만족할 때까지 수행한다. 삽입 임계값(Thinsert)은 워터마크 삽입 후 응용 서비스의 허용 가능한 영상의 화질과 워터마크의 강인도에 따라 다를 수 있으며, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 300 ~ 500의 값을 가질 수 있다. 이와 같이, 워터마크를 삽입하는 과정을 일정 조건을 만족할 때까지 반복 수행함으로써, 워터마크의 강인성을 증가할 수 있다.
상기 S140 단계를 통해 각각의 블록에 워터마크가 삽입되고 나면, 워터마크가 삽입된 블록을 원래의 부밴드 형태로 환원한다(S150). 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 8×2048 크기로 변환된 블록을, 원래 부밴드의 크기인 128×128 크기로 환원한다. 상기 변환된 블록을 각각 8×128 크기로 나누어, 나누어진 각 블록을 행을 달리하여 결합하는 방법으로 128×128 크기의 부밴드로 환원한다.
상기 S150 단계를 통해 환원된 웨이블릿 영상을 역웨이블릿 변환(S160) 및 RGB 컬러로 환원한다(S170). 상기 S160 및 상기 S170 단계를 통해, 워터마크가 삽입된 영상을 생성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 삽입된 워터마크를 추출하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 삽입영상을 RGB 컬러에서 YCrCb 컬러로 변환할 수 있다(S500). 이는 상기 영상에 대해 워터마크가 삽입된 채널이 YCrCb 컬러모델의 Y채널인 경우, 상기 삽입된 워터마크를 추출하기 위해서는 YCrCb 컬러모델로의 변환이 필요하기 때문이다.
상기 S500 단계를 통해 YCrCb 컬러모델로 변환된 영상에 대하여 2번의 Y채널 정규화를 진행한다(S510,S515). 이는 워터마크를 삽입한 원본 영상이 일정비율 축소되거나 확대된 경우, 각각의 경우에 대하여 Y채널을 정규화시키기 위함이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 워터마크를 삽입한 원본 영상이 약 60% ~ 120%로 변환된 영상에 대해서도 동일한 워터마크를 추출할 수 있도록 설정될 수 있다. 이때, 워터마크를 추출하려는 영상이 원본 영상에 비해 60% 축소되었다면, 상기 워터마크를 추출하려는 영상을 167% 확대해야 원본 영상의 크기가 된다. 이와 마찬가지로, 워터마크를 추출하려는 영상이 원본 영상에 비해 120% 확대되었다면, 상기 워터마크를 추출하려는 영상을 83% 축소해야 원본 영상의 크기가 된다. 이렇게 워터마크를 추출하려는 영상이 원본 영상의 60% 및 120%로 변환된 영상이라 가정하여, 각각의 경우에 대하여 원본 영상의 크기로 변환 후, 각각 Y채널을 정규화한다. 예를 들어, 삽입영상의 크기가 500×500인 경우, 상기 영상의 83% 및 167% 크기로 변환하고, 각각의 경우에 대하여 Y채널을 정규화한다. 이때, 상기 영상이 83%로 축소된 417×417 크기의 영상에 대해 Y채널을 정규화하는 단계를 제 1 정규화 단계, 상기 영상이 167%로 확대된 835×835 크기의 영상에 대해 Y채널을 정규화하는 단계를 제 2 정규화 단계로 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 상기 기준 정규화 크기를 512×512, 1024×1024, 2048×2048로 설정되므로, 제 1 정규화 단계에 있어, 417 크기 영상의 경우에는 정규화 영상 크기가 512×512이 된다. 또한, 제 2 정규화 단계에 있어, 835 크기 영상의 경우에는 정규화 영상 크기가 1024×1024이 된다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 워터마크를 추출하려는 영상이 축소되는 비율 및 확대되는 비율은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이하 각각의 정규화된 영상 크기에 대응하여 워터마크를 추출한다.
상기 S510 및 S515 단계를 통해 정규화된 2개 영상 각각에 대하여 웨이블릿 변환하여 워터마크가 삽입된 부밴드를 선정한다(S520,S525). 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 워터마크 삽입 방법에서는 상기 워터마크가 삽입될 부밴드로서 LH2 부밴드를 선정하였으므로, 워터마크를 추출할 부밴드로 상기 LH2 부밴드를 선정할 수 있다. 상기 워터마크를 추출할 부밴드는 워터마크 삽입시 선정된 부밴드에 따라 변경될 수 있다.
상기 S520 및 S525 단계를 통해 선정된 각 부밴드를 워터마크 추출이 용이하게 블록으로 변환한다(S530,S535). 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 워터마크를 추출할 부밴드로 선정된 LH2 부밴드를, 블록으로 변환한다. 상기 LH2 부밴드를 기본 블록크기로 나누고, 상기 나뉘어진 부밴드의 각 줄의 오른쪽 끝과 다음 줄 왼쪽 시작 부분을 연결하여, 상기 부밴드를 선형 형태의 블록으로 변환한다. 보다 상세하게는, 2차 웨이블릿 변환을 수행한 전체 영상의 크기가 512×512 라면, 2차 웨이블릿 변환을 통해 생성된 LH2 부밴드의 크기는 128×128이 된다. 이때, 기본 블록의 크기를 8×8로 하여, 상기 LH2 부밴드를 선형 형태의 블록으로 변환할 수 있다. 즉, 상기 블록 변환 방법에 의해 변환된 블록은 8×2048 크기의 영상으로 구성된다. 이는 8×(8×256) 크기의 영상으로 총 256개의 블록으로 구성된다.
상기 S530 및 S535 단계를 통해 변환된 각각의 블록에 대해 하기 수학식 4의 조건에 따라 워터마크 삽입 정보(Wk)를 결정한다(S540,S545).
Figure 112011100768413-pat00008
이는 워터마크 삽입시 적용되는 상기 수학식 2의 조건에 대응되는 것으로, 워터마크 삽입시 BCSk×Wk 값은 삽입 임계값(Thinsert)보다 크게 설정된다. 즉, 워터마크 비트(Wk)가 1인 경우, BCSk는 0보다 크거나 같게 되고, 워터마크 비트가 -1인 경우, BCSk는 0보다 작게 된다.
상기 S540 및 S545 단계를 통해 모든 블록의 계산이 끝나면, 신호에 생길 수 있는 오류 비트를 정정하기 위해 ECC 디코딩을 수행한 다음(S550,S555), 각각의 경우에 대하여 추출된 워터마크에 대해 체크섬한다(S560). 체크섬이란, 데이터의 정확성을 검사하기 위한 용도로 사용되는 합계(CheckSum)를 이용하여 오류를 검출하는 방식 중 하나이다. 본 발명의 적용가능한 일 실시예에서 상기 S550 및 S555 단계를 통해 추출된 2개의 워터마크 각각에 대하여, 각 워터마크에 대한 모든 데이터 값의 합과 별도의 CheckSum 값이 동일한지를 판단한다. 상기 판단 단계를 통해, 2개의 추출된 워터마크 중 어느 하나를 상기 영상에 삽입된 워터마크로서 선택할 수 있다. 이와 같은 방법을 통해, 영상에 삽입된 워터마크를 영상의 크기 변화에도 강인하게 워터마크를 추출할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대한 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 영상을 RGB 컬러에서 YCrCb 컬러로 변환하는 단계;
    상기 컬러 변환에 의해 생성된 Y 채널의 영상 크기를 상기 Y 채널의 영상 크기보다 큰 복수 개의 기준 정규화 크기 중 가장 작은 기준 정규화 크기로 변환하는 단계;
    상기 변환된 영상을 웨이블릿 변환하여 워터마크를 삽입할 부밴드를 선정하는 단계;
    상기 부밴드를 블록으로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 블록에 워터마크를 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 워터마크 삽입 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 워터마크를 삽입하는 단계에 있어,
    하기 수학식 1의 워터마크 삽입 과정을 하기 수학식 2의 조건을 만족할 때까지 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 워터마크 삽입 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112011100768413-pat00009

    (이때, Wk는 워터마크 비트, Bk(n,m)은 k번째 블록 내 웨이블릿 계수, S(n,m)은 대역확산 신호, α는 삽입의 세밀 계수, K는 삽입 가능한 블록의 총 수)
    [수학식 2]
    Figure 112011100768413-pat00010

    (이때, Thinsert는 삽입 임계값이고, 상기 수학식 2의 BCS(Block Coefficients Sum)는 하기 수학식 3을 이용하여 계산)
    [수학식 3]
    Figure 112011100768413-pat00011

  4. 제 3항에 있어서,
    상기 대역확산 신호 S(n,m)은,
    LH 부밴드의 경우에는 비밀키가 -1, 1이 패어링되어 수직되게 구성되고,
    HL 부밴드의 경우에는 비밀키가 -1, 1이 패어링되어 수평되게 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 워터마크 삽입 방법.
  5. 워터마크가 삽입된 영상을 RGB 컬러에서 YCrCb 컬러로 변환하는 단계;
    상기 컬러 변환에 의해 생성된 Y 채널의 영상 크기를 상기 Y채널의 영상 크기보다 큰 복수 개의 기준 정규화 크기 중 가장 작은 기준 정규화 크기, 또는, 상기 Y채널의 영상 크기보다 작은 복수 개의 기준 정규화 크기 중 가장 큰 기준 정규화 크기로 변환시키는 단계;
    상기 변환된 워터마크가 삽입된 영상을 웨이블릿 변환하여 워터마크가 삽입된 부밴드를 선정하는 단계;
    상기 부밴드를 블록으로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 블록에 대해 워터마크 삽입 정보(Wk)를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 워터마크 추출 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 워터마크 삽입 정보(Wk)를 결정하는 단계는,
    하기 수학식 4의 조건에 따라 상기 워터마크 삽입 정보를 결정하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 워터마크 추출 방법.
    [수학식 4]
    Figure 112011100768413-pat00012

  7. 제 6항에 있어서,
    상기 블록의 워터마크 삽입 정보(Wk) 결정시, 발생할 수 있는 오류 비트를 정정하기 위한 ECC 디코딩을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 워터마크 추출 방법.
  8. 삭제
  9. 워터마크가 삽입된 영상을 RGB 컬러에서 YCrCb 컬러로 변환하는 단계;
    상기 컬러 변환에 의해 생성된 Y 채널에 대하여 83%보다 크게 정규화하는 제 1 정규화 단계;
    상기 컬러 변환에 의해 생성된 Y채널에 대해 167%보다 크게 정규화하는 제 2 정규화 단계;
    상기 제 1 정규화 단계를 통한 제 1 영상 및 제 2 정규화 단계를 통한 제 2 영상 각각을 웨이블릿 변환하여 워터마크가 삽입된 부밴드인 제1 부밴드 및 제2 부밴드를 각각 선정하는 단계;
    상기 제1 부밴드 및 제2 부밴드를 각각 제1 블록 및 제2 블록으로 변환하는 단계;
    상기 제1 블록 및 제2 블록에 대해 수학식 4의 조건에 따라 각각 워터마크 삽입 정보(Wk)를 결정하는 단계; 및
    상기 각각 결정된 워터마크 삽입 정보(Wk)를 체크섬하여 추출된 2개의 워터마크 중 하나를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상 워터마크 추출 방법.
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