KR101375302B1

KR101375302B1 - 멀티미디어 데이터의 처리 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101375302B1
Application number: KR1020080006323A
Authority: KR
Inventors: 김병철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2014-03-18
Also published as: KR20090080406A

Abstract

본 발명은 상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 멀티미디어 데이터를 처리할 때, 암호화 키를 기반으로 AC 계수를 변경에 의해 멀티미디어 데이터의 보안성을 향상시키면서 멀티미디어 데이터를 허프만 부호화할 때, AC 계수를 표현하기 위한 표현 값을 감소시켜 코드 워드의 비트 수를 최소화함의 의해 압축된 멀티미디어 데이터의 데이터 양을 최소화할 수 있도록 하는 것이다.

Description

멀티미디어 데이터의 처리 방법 및 그 장치{APPARATUS AND METHOD OF PROCESSING MULTIMEDIA DATA}

본 발명은 멀티미디어 데이터의 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 원본 이미지에 해당하는 멀티미디어 데이터를 암호화 키를 기반으로 AC 계수를 변경하여 부호화하여, 보안성을 향상시키고, AC 계수를 표현하기 위한 표현 값을 감소시켜 코드 워드의 비트 수를 감소시켜 압축율을 향상시키는 멀티미디어 데이터의 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

오늘날 네트워크 및 전자 기술의 발전으로 다양한 멀티미디어 서비스가 개발되어 사용자들에게 제공되고 있다.

예컨대 와이브로(WiBro/Wireless Broadband Internet)와 같은 휴대 인터넷을 통한 멀티미디어 데이터 서비스 또는 DMB(Digital multimedia Broadcasting)와 같은 멀티미디어 방송 서비스에 가입하는 가입자들이 증가하고 있으며, 이러한, 멀티미디어 서비스에 가입하는 가입자들은 높은 서비스 품질의 서비스를 요구하고 있으므로, 멀티미디어 데이터, 즉 영상(video)을 효율적으로 압축하여, 전송 매체(네트워크)의 부하를 최소화하면서 우수한 품질 제공할 수 있는 압축 기법에 대한 연구 가 필요하다.

영상 압축 기법 중에서 대표적인 MPEG(Moving Picture Expert Group) 기법은 동화상 및 오디오의 압축 저장 및 전송을 비롯하여 압축된 정보의 복원 처리 및 부호화 표현 방법에 대한 국제 표준안이다.

MPEG 기법은 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4가 있으며, 멀티미디어 데이터의 처리에 기본이 되는 MPEG-1(ISO/CEI 11172)은 중복된 정보를 제거/변환시키고, 멀티미디어 데이터의 통계적 특성을 적용하여 동영상 데이터를 압축하는 것이다.

이러한 MPEG에서는 공간적인 중복성을 제거하기 위한 수단으로 이산 여현 변환(Discrete Cosine Transform: DCT)과 양자화(Quantization)를 사용하고, 시간적 중복성을 제거하기 위해 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)을 사용하고 있으며, 추가적으로 런 랭스 부호화(Run Length Coding) 및 허프만 부호화(Huffmann Coding)로 이루어지는 엔트로피 부호화(entropy encoding)를 사용하고 있다.

즉, 공간 예측(spatial prediction)으로 DCT(discrete cosine transform) 블록을 기반으로 하는 구조로서 이미지에서 인접한 픽셀간의 공간적 중복성(spatial redundancy)에 의존하고, 각 이미지는 16x16 픽셀(마이크로 블록 : macro-block)로 나뉘어진다.

마크로로 블록은 4개의 8x8 블록으로 구성되며, 이미지는 YUV로 변환되는데, Y는 휘도(luminance) 또는 명암(intensity)이고, UV는 색차(chrominance)이다.

DCT는 휘도 블록과 색차 블록에 적용되고, 양자화(Quantizer)가 DCT 계수(coefficient)에 적용되므로, 양자화 과정에서 압축 알고리즘의 손실 특성이 발 생한다. 압축은 양자화 과정 이후에 남은 계수에 대해서 허프만 부호화(Huffman coding)를 수행하여 이루어진다.

MPEG 기법의 비디오 코딩 모델에서 영상은 일련의 GOP로 구성되어 있으며 각 GOP는 I,P, B 프레임들로 구성된다. 이들 프레임은 각각 I-frame(Intra frame), P-frame(forward-predicted frame), B-frame(bi-directional predicted frame)이다.

P-frame에서는 인코딩될 프레임에서 픽셀 블록(목적 블록)이 이전 I-frame이나 P-frame에서(참조 블록)의 동일한 크기의 블록에 일치(match)되며, 목적 블록과 가장 근사하게 일치되는 참조 프레임의 블록(최적 매칭 블록)이 이후의 프레임을 예측하는데 사용된다.

최적 매칭 블록은 해당 블록과 목적 블록간의 위치를 기술하는 모션 벡터(motion vector)와 연관되며, 모션 벡터는 예측 오차(prediction error)를 따라 인코딩되고, 예측 오차는 DCT를 기반으로 하는 intra frame 인코딩 기술을 통해 인코딩된다.

B-frame은 두개의 참조 프레임을 사용하며, 양방향 예측을 위해 제1 참조 프레임은 이전으로 제2 참조 프레임은 이후로 인코딩된다. 이러한 프레임의 블록은 과거의 참조 프레임(forward frame) 또는 미래의 참조 프레임(backward prediction)로부터의 다른 블록 또는 두 블록의 평균에 의해 예측될 수 있으며, B-frame 자체로 참조 프레임으로 사용되지는 않는다.

그리고, MPEG-비디오 입력 데이터는 8X8 Y, Cb, Cr 블록으로, 각각의 8x8 Y,Cb,Cr 블록에 DCT 과정, 양자화 과정 및 허프만 부호화 과정을 처리하게 된다. 이러한 양자화 과정 이후에는 많은 DCT 계수가 0이 된다.

도 1은 일반적인 양자화 과정을 설명하기 위한 도면으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 양자화 출력은 지그-재그(zig-zag) 순서에 따라 (DC, AC₁, AC₂, ㅇ‥ , AC₆₃)의 형태의 벡터가 되며, DC 계수는 해당 블록에서의 평균 밝기를 의미하고, AC 계수는 해당 블록의 세부적인 이미지 정보를 포함한다.

그리고, 벡터는 런 랭스 부호화 과정에서 일련의 표현 값인 (skip, value)으로 변환되고, 허프만 부호화 과정을 통해 (skip, value)가 압축된 비트 스트림(멀티미디어 데이터)으로 변환되어 전송된다.

기존의 MPEG 압축 기법을 이용하여 멀티미디어 데이터를 암호화하는 방식으로는, MPEG 비디오 데이터에서 I-프레임만을 선택적으로 암호화(encryption)함에 의해 암호화/해독화하는 데이터의 양을 줄이는 방식이 제안되었으며, 이러한 암호화 방식은 I-프레임이 기본 데이터 정보를 가지고 있기 때문에 악의적으로 데이터를 수신하는 사람이 I-프레임의 정보를 가지지 못하면, P-프레임과 B-프레임의 정보를 가지더라도 영상 데이터를 복원할 수 없다는 특성을 이용하는 것이나, 멀티미디어 데이터의 인코딩 및 디코딩 과정에서의 매우 큰 오버헤드가 발생한다. 즉, 멀티미디어 데이터의 특정 프레임만을 암호화하는 암호화 기법은 데이터를 전송하는 전송측에서의 인코딩 과정과 수신측에서의 디코딩 과정에서 많은 오버 헤드가 발생하게 된다.

한편, 소정의 암호화 키를 이용하여 멀티미디어 데이터를 변환하는 압축 기 법이 제안되었으며, 이는 AC 계수의 런 랭스 부호화 과정에서 라이트 시프트(right shit) 연산통해 원본 이미지의 압축 효과를 가지지만, 암호화된 이미지의 복호화할 때, 원본 이미지의 화질이 저하되는 손실의 문제점를 가진다. 즉, AC 계수를 편이시켜 압축하는 방식은 압축된 영상 이미지를 수신측에서 복호하면, 편이된 AC 계수로 인해 이미지의 화질이 저하되게 된다.

따라서, 복호화시에 이미지의 화질이 저하되지 않으면서 높은 압축율을 가지는 멀티미디어 데이터의 처리 기법에 대한 연구가 필요하다.

한편, VOD(video-on-demand), Internet TV 또는 전자 상거래 등과 같이 네트워크의 멀티미디어 데이터가 증가함에 의해 멀티미디어 데이터의 보안이 주요한 분야로 재기되고 있으며, 데이터의 암호화에 대한 연구는 대부분 텍스트 데이터에 대한 암호화 기법에 치중하고 있으므로, 멀티미디어 데이터의 보안에 대한 암호화 기법에 대한 개발이 필요하다.

본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 멀티미디어 데이터 처리 방법 및 그 장치를 개선하기 위한 것으로, 멀티미디어 데이터의 보안성을 향상시킬 수 있는 멀티미디어 데이터 처리 방법 및 그 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 멀티미디어 데이터의 압축율을 향상시키면서 멀티미디어 데이터의 손실이 발생하지 않도록 하는 비손실, 즉 복호화된 이미지의 화질이 저하되지 않도록 하는 멀티미디어 데이터 처리 방법 및 그 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 멀티미디어 데이터의 처리 방법은, 원본 이미지에 해당하는 상기 멀티미디어 데이터를 이산 여현 변환하여 양자화하여 DC 계수 및 AC 계수로 구성되는 DCT(Discrete Cosine Transform) 블록을 생성하는 단계와, 상기 DCT 블록을 지그-재그 방식으로 스캐닝하여 DC 계수 및 AC 계수를 획득하는 단계와, 상기 DC 계수를 암호화 키를 기반으로 암호화하는 단계와, 상기 AC 계수의 표현 값을 획득하여 제1 방식으로 변경하는 단계와, 기설정된 허프만 테이블을 참조하여 상기 변경된 표현 값에 상응하는 코드 워드를 검색하고, 허프만 부호화하는 단계를 포함한다.

상기 제1 방식으로 변경하는 단계는, 상기 AC 계수의 표현 값의 skip 값 또는 value 값 중 적어도 하나의 값을 감소시키며, 상기 암호화 키의 소정 비트 값에 따라 상기 AC 계수의 표현 값을 한다.

상기 DC 계수를 암호화 키를 기반으로 암호화하는 단계는, DC 계수이면, 상기 암호화 키의 소정 비트 값을 확인하는 단계와, 상기 소정 비트 값이 1이면, 상기 DC 계수의 부호를 변환하는 단계를 포함한다.

상기 멀티미디어 데이터의 처리 방법은, 네트워크를 통해 수신되는 부호화된 멀티미디어 데이터의 DC 계수를 복호화하는 단계와, AC 계수의 표현 값을 제2 방식으로 변경하는 단계와, 기설정된 허프만 테이블을 참조하여 상기 변경된 표현 값에 상응하는 코드 워드를 검색하고, 허프만 복호화하는 단계를 포함한다.

상기 제2 방식으로 변경하는 단계는, 상기 AC 계수의 표현 값의 skip 값 또는 value 값 중 적어도 하나의 값을 증가시키며, 상기 암호화 키의 소정 비트 값에 따라 상기 AC 계수의 표현 값을 변경한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 멀티미디어 데이터 처리 방법은, 전송 단말이 원본 이미지에 해당하는 상기 멀티미디어 데이터를 이산 여현 변환하고, 양자화하여 DC 계수 및 AC 계수로 구성되는 DCT 블록을 생성하는 단계와, 상기 DCT 블록을 지그-재그 방식으로 스캐닝하여 DC 계수 및 AC 계수를 획득하고, 상기 DC 계수를 암호화 키의 소정 비트 값이 1이면, 부호를 변환하는 단계와, 상기 AC 계수의 표현 값을 감소시키고, 기설정된 허프만 테이블을 참조하여 상기 감소된 표현 값에 상응하는 코드 워드로 허프만 부호화하여 압축된 멀티미디어 데이터를 네트워크로 출력하는 단계와, 수신 단말이 상기 네트워크를 통해 수신되는 상기 멀티미디어 데이터의 DC 계수를 암호화 키의 소정 비트 값이 1이면, 부호를 변환하는 단계와, 상기 멀티미디어 데이터의 AC 계수의 표현 값을 증가시키고, 기설정된 허프만 테이블을 참조하여 상기 증가된 표현 값에 상응하는 코드 워드로 허프만 복호화하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 멀티미디어 데이터의 처리 장치는, 원본 이미지에 해당하는 상기 멀티미디어 데이터를 이산 여현 변환하는 이산 여현 변환부와, 상기 이산 여현 변환된 멀티미디어 데이터를 양자화 테이블을 기반으로 양자화하여 DC 계수 및 AC 계수로 구성되는 DCT 블록을 생성하는 양자화부와, 상기 DCT 블록을 지그-재그 방식으로 스캐닝하여 AC 계수를 획득하는 런 랭스 부호화와, 상기 DC 계수를 펄스 변조하는 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)과, 상기 DC 계수를 암호화 키를 기반으로 암호화하는 암호화부와, 상기 AC 계수의 표현 값에 상응하는 코드 워드를 정의하는 허프만 테이블과, 상기 AC 계수의 표현 값을 획득하여 제1 방식으로 변경하고, 상기 허프만 테이블에서 상기 변경된 표현 값에 상응하는 코드 워드를 검색하여 허프만 부호화하는 허프만 부호화부를 포함한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 멀티미디어 데이터를 처리할 때, 암호화 키를 기반으로 AC 계수를 변경에 의해 멀티미디어 데이터의 보안성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 멀티미디어 데이터를 허프만 부호화할 때, AC 계수를 표현하기 위한 표현 값을 감소시켜 코드 워드의 비트 수를 최소화함의 의해 압축된 멀티미디어 데이터의 데이터 양을 최소화할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 멀티미디어 데이터의 암호화 압축 방법 및 그 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고, MPEG 기법을 기반으로 멀티미디어 데이터를 압축하는 방식을 예로 들어 설명하며, 기타 MPEG 기법의 주지된 기술에 대한 상세 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 멀티미디어 데이터의 전송 흐름을 설명하기 위한 네트워크 도면으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 원본 이미지에 해당하는 멀티미디어 데이터를 암호화 압축하여 전송하는 전송 단말(100)과, 전송 단말(100)로부터 수신되는 암호화 압축된 멀티미디어 데이터를 복호하여 원본 이미지를 획득하는 수신 단말(200)이 유/무선 네트워크를 통해 연결된다.

전송 단말(100)은 멀티미디어 데이터를 제공하는 서버, 예를 들어, DMB 방송 서버 또는 멀티미디어 데이터 서버가 해당하거나, 멀티미디어 데이터를 네트워크로 전송 가능한 단말, 예를 들어, 컴퓨터 단말 또는 이동 단말 등이 해당될 수 있으며, 원본 이미지에 따른 멀티미디어 데이터를 처리 가능한 모든 종류의 단말이 해당된다.

수신 단말(200)은 암호화 압축된 멀티미디어 데이터를 복호할 수 있는 모든 종류의 단말 또는 서버가 해당될 수 있으며, 전송 단말(100)과 수신 단말(200)은 유선 랜과 같은 유선 네트워크 또는 와이브로 네트워크 등과 같은 무선 네트워크로 연결된다.

전송 단말(100)은 선택되는 원본 이미지(영상 또는 동영상)에 해당하는 멀티 미디어 데이터를 MPEC 기법을 기반으로 압축하면서 암호화하여 수신 단말(200)로 전송하고, 수신 단말(200)은 수신되는 암호화 압축딘 멀티미디어 데이터를 복호하여 원본 이미지를 획득하고, 원본 이미지를 디스플레이한다.

이하, 본 발명의 상세 설명에서는 일례를 들어, 전송 단말(100) 및 수신 단말(200)이 MPEC 기법을 기반으로 멀티미디어 데이터를 처리하는 경우에 대하여 설명하나, 기타 압축 기법을 기반으로 멀티미디어 데이터를 처리하는 경우도 이와 유사하게 적용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전송 단말의 멀티미디어 데이터 처리 장치를 설명하기 위한 블록 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전송 단말(100)의 멀티미디어 데이터 처리 장치는, 원본 이미지에 해당하는 멀티미디어 데이터가 입력되면, 이산 신호로 변환하여 AC 및 DC 계수로 이루어지는 DCT 계수를 생성하는 이진 여현 변환부(110)와, 양자화 테이블(130)을 이용하여 이진 여현 변환부(110)에서 생성된 DCT 계수를 양자화하는 양자화부(120)와, 양자화된 DCT 계수의 DC 계수를 펄스 변조하는 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)(140)과, DCT 계수의 AC 계수를 지그-재그 방식으로 스캔하는 런 랭스 부호화부(150)와, DPCM(140)과 런 랭스 부호화부(150)를 통해 획득되는 DC 및 AC 계수를 암호화하는 암호화부(160)와, 암호화된 DC 및 AC 계수를 허프만 테이블(180)을 통해 허프만 부호화하는 허프만 부호화부(170)로 구성된다.

도 4a 내지 도 4c는 원본 이미지, 암호화된 이미지 및 정상적으로 복호화된 이미지를 도시한 도면이다.

이진 여현 변환부(110)는 상기 도 4a와 같은 원본 이미지에 해당하는 멀티미디어 데이터가 입력되면, 이산 신호로 변환하여 AC 및 DC 계수로 이루어지는 DCT 계수를 생성한다.

양자화부(120)는 양자화 테이블(130)을 기반으로 DCT 계수의 AC 및 DC 계수를 양자화하여 양자화된 DCT 블록을 생성한다.

그리고, DPCM(140)은 양자화된 DC 계수를 펄스 변조하고, 런 랭스 부호화부(150)는 양자화된 DCT 블록의 AC 계수를 지그-재그 순서로 스캐닝한다.

도 5는 양자화된 DCT 블록을 도시한 도면으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 양자화된 DCT 블록은 양자화된 DC 및 AC 계수로 표현되며, 지그-재그 순서에 따라 (DC, AC1, AC2, ......AC63)의 벡터 형태를 가진다.

런 랭스 부호화부(150)가 상기 도 5와 같은 양자화된 DCT 블록을 스캐닝하면, (3,0,7,0,0,0......0)가 된다.

암호화부(160)는 DPCM(140)에서 펄스 변조된 DC 계수를 암호화 키를 기반으로 암호화한다.

암호화 키는 공개 키 기반으로 전송 단말(100)과 수신 단말(200), 예를 들어, 서버로부터 단말로 안전하게 전송되는 대칭 키를 이용할 수 있다.

암호화부(160)가 암호화 키를 이용하여 DC 계수 값을 암호화하는 방식은 암호화 키의 소정 비트 값(i 번째 비트 값)이 1이면, DC 계수 값의 부호를 변경(+→- or -→+)한다. 이와 같이, 암호화부(160)에서 암호화 키 값에 따라 DC 계수의 부호 를 변경함에 의해 암호화 키(대칭 키)를 가지고 있지 않는 수신 단말(200)이 암호화된 이미지를 정상적으로 복호하지 못하게 됨에 의해 도 4b에 도시된 바와 같이, 암호화된 이미지를 획득하게 되어, 멀티미디어 데이터의 암호화가 이루어진다.

허프만 부호화부(170)는 런 랭스 부호화부(150)에서 스캐닝된 AC 계수의 표현 값인 (skip, value)를 구하면, (1,3)이다. 즉, 0의 값이 1개 연속된 이후에 0이 아닌 7이 있으므로, 'skip' 값은 1이고, 0이 아닌 7의 값을 표현하기 위해 필요한 비트 사이즈는 3이므로, 'value'는 3이 된다.(skip은 연속되는 0의 개수로 정의, value는 0이 아닌 값을 표현하기 위한 비트 사이즈로 정의)

다음 표 1은 AC 계수의 비트 사이즈를 정의하는 AC 계수 테이블을 예시한 것이다.

Bit size	AC coefficient value range
0	0
1	-1,1
2	-3,-2,2,3
3	-7,-6,..,-4,4,..,6,7
4	-15,-14,..,-8,8,..,14,15
.	.
.	.
10	-1023,-1022,..,-512,512,..,1022,1023

상기 표 1을 통해 설명되어지는 바와 같이, 7(-7~7)을 표현하기 위해 필요한 비트 사이즈는 3이므로, AC 계수의 value 값은 3이 되어, AC 계수의 표현 값은 (1, 3)이 된다.

허프만 부호화부(170)는 AC 계수의 표현 값인 (1,3)을 표현하기 위한 코드 워드(cord word)를 검색하면, 9비트인 '111110110'이다.

도 6은 본 발명에 따른 허프만 테이블을 설명하기 위한 도면으로, 도 6을 참조하면, AC 계수의 표현 값인 skip 값이 작을수록 코드 워드의 비트 수가 작아지고, value 값이 작을수록 코드 워드의 비트 수가 작아짐을 알 수 있다.

따라서, AC 계수의 표현 값인 skip 값 및 value 값을 줄이거나, skip 값 또는 value 값을 선택적으로 줄이므로써, 코드 워드의 비트 수를 감소시켜 비손실 압축 효과를 획득할 수 있다. 즉, 압축된 멀티미디어 데이터의 양을 줄일 수 있으며, 수신 단말(200)이 복호시 AC 계수의 표현 값을 증가시키므로써 멀티미디어 데이터의 손실을 해소할 수 있다.

또한, 부호화시에는 skip 값이 최소치 0이면, 최대치인 F로 변경하고, value 값이 최소치 1이면, 최대치인 A로 변경하고, 복호시에는 skip 값이 최대치 F이면, 최소치인 0으로 변경하고, value 값이 최대치 A이면, 최소치인 1로 변경한다.

일례에 따라 AC 계수의 표현 값인 (1,3)을 표현하기 위한 코드 워드는 '111110110'인 9비트가 필요하지만, skip 값과 value 값을 1 감소시킨 표현 값인 (0,2)를 표현하기 위한 코드 워드는 '100'인 3비트가 필요하다.

한편, AC 계수의 표현 값에서 skip 값만 1 감소시킨 (0,3)을 표현하기 위한 코드 워드는 '1011'으로 4비트가 필요하고, value 값만 1 감소시킨(1,2)를 표현하기 위한 코드 워드는 '1111001'으로 7비트가 필요하다.

그러므로, AC 계수의 skip 값 및 value 값을 감소시키는 방식은 코드 워드가 감소되는 비트 수가 많도록 경우에 따라 선택할 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 허프만 테이블을 참조하면, 5비트의 코드 워드(11011)로 표현할 수 있는 AC 계수의 표현 값인 (1, 1)이 암호화 적용에 따라 (0, A)로 변경되는 경우, 빈번히 발생하는 패턴으로 AC 계수의 (1, 1)을 5비트로 표현하다가 상대적으로 잘 발생하지 않는 패턴인 (1, A)로 표현되더라도 4비트의 코드 워드(1100)로 표현 할 수 있도록 구성된다.

즉, AC 계수의 표현 값의 skip 및 value 값이 감소함에 의해 코드 워드의 비트 수가 감소하도록 허프만 테이블을 구성함은 물론, 각 skip 값별 value 값의 최대치에 상응하는 코드 워드를 value 값의 최소치보다 작도록 구성하여, AC 계수의 표현 값의 skip 및 value 값이 최소치일 때, 최대치로 변경함에 의해 코드 워드의 비트 수가 증가하지 않도록 한다.

예를 들어, AC 계수의 표현 값이 (0,2)인 경우, skip 값과 value 값을 1 감소시키면, (F,1)이 되므로, 코드 워드의 비트 수가 2 비트에서 10비트로 증가하게 되는 경우가 발생한다. 이와 같이 AC 계수의 표현 값을 감소시킴에 의해 코드 워드가 증가하는 경우를 방지하기 위하여, skip 값 또는 value 값을 선택적으로 감소시키는 것이 바람직하다.

그리고, 허프만 부호화부(170)는 허프만 테이블(180)에서 선택된 코드 워드를 기반으로 부호화된 멀티미디어 데이터를 전송 단말(100)이 수신 단말(200)로 전송할 수 있도록 한다.

한편, 수신 단말(200)은 전송 단말(100)로부터 유/무선 네트워크를 통해 수신되는 멀티미디어 데이터를 복호화할 때, 암호화 키(대칭 키)를 참조하여, AC 계수의 표현 값인 (skip, value) 값을 1씩 증가시켜 복호화함으로써, 상기 도 4c에 도시된 것과 같은 원본 이미지와 동일한 복호화된 이미지를 획득한다.

이때, 수신 단말(200)은 전송 단말(100)과 동일한 허프만 테이블(180)을 저장하며, 전송 단말(100)이 skip 값 또는 value 값을 선택적으로 감소시키는 방식과 동이하게 skip 값 또는 value 값을 증가시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전송 단말(100)이 skip 값만 감소시키는 경우, 수신 단말(200)은 skip 값만을 증가시킨다.

도 7은 본 발명에 따른 멀티미디어 데이터 처리 방법을 설명하기 위한 플로챠트이다.

도 7을 참조하면, 전송 단말(100)은 원본 이미지에 해당하는 멀티미디어 데이터를 이산 신호로 변환하여 AC 및 DC 계수로 이루어지는 DCT 계수를 생성한다(S 100).

그리고, 전송 단말(100)은 저장된 양자화 테이블을 기반으로 DCT 계수의 AC 및 DC 계수를 양자화하여, 상기 도 5에 예시된 것과 같은, 양자화된 DCT 블록을 생성한다(S 110).

전송 단말(100)은 양자화된 DCT 블록의 DC 계수를 펄스 변조하고(S 120), 지그-재그 순서로 스캐닝하여, DC 및 AC 계수를 획득한다(S 130).

그리고, 전송 단말(100)은 암호화 키를 기반으로 이용하여 DC 계수 값을 암호화한다(S 140). 이때, 전송 단말(100)은 암호화 키의 소정 비트 값(i 번째 비트 값)이 1이면, DC 계수 값의 부호를 변경(+→- or -→+)함으로써, 멀티미디어 데이터를 암호화한다.

전송 단말(100)은 스캐닝된 AC 계수의 표현 값을 획득한다(S 150). 즉, 전송 단말(100)은 AC 계수에서 O이 연속되는 개수 값인 skip 값과, 0이 아닌 값을 표현하기 위해 필요한 비트 사이즈인 value 값을 획득한다.

전송 단말(100)은 AC 계수의 표현 값에서 skip 값과 value 값을 감소시키거나, skip 값 또는 value 값을 선택적으로 감소시킨다(S 160).

전송 단말(100)은 감소된 AC 계수의 표현 값에 상응하는 코드 워드를 허프만 테이블에서 검색하여 부호화하여, 수신 단말(200)로 전송한다(S 170).

수신 단말(200)은 유/무선 네트워크를 통해 멀티미디어 데이터가 수신되면, 전송 단말(100)과 동일한 암호화 키를 기반으로 AC 계수의 표현 값을 증가시켜 복호화한다(S 180).

도 8은 멀티미디어 데이터의 부호화 과정을 설명하기 위한 플로챠트이다.

도 8을 참조하면, 전송 단말(100)은 양자화된 DCT 블록의 DC 계수인지 여부를 확인한다(S 200).

DC 계수이면, 암호화 키의 소정 비트 값(i 번째 비트 값)이 1인지 여부를 확인하여(S 210), 1이 아니면, DC 계수의 부호를 변경하지 않고(S 220), 1이면, DC 계수의 부호를 변경한다(S 230).

한편, DC 계수가 아닌 AC 계수이면, 암호화 키의 소정 비트 값(i 번째 비트 값)이 1인지 여부를 확인한다(S 240).

암호화 키의 소정 비트 값이 1이면, AC 계수의 표현 값의 skip 값이 0인지 확인하여(S 250), 0이면, skip 값을 F로 변경하고(S 260), 0이 아니면, skip 값을 1 감소시킨다(S 270).

그리고, AC 계수의 value 값이 1인지 확인하여(S 280), 1이면, A로 변경하고(S 290), 1이 아니면, 1 감소시킨다(S 300).

암호화 키의 소정 비트를 1 증가시키고(i=i+1)(S 310), 부호가 변경된 DC 계수 및 표현 값이 변경된 AC 계수를 허프만 테이블을 기반으로 허프만 부호화 처리한다(S 320).

도 9는 멀티미디어 데이터의 복호화 과정을 설명하기 위한 플로챠트이다.

도 9를 참조하면, 수신 단말(200)은 전송 단말(100)과 동일한 허프만 테이블(180) 및 암호화 키를 저장하고 있으며, 수신 단말(200)은 암호화되어 부호화된 멀티미디어 데이터가 수신되면, DC 계수인지 여부를 확인한다(S 400).

DC 계수이면, 암호화 키의 소정 비트 값(i 번째 비트 값)이 1인지 여부를 확인하여(S 410), 1이 아니면, DC 계수의 부호를 변경하지 않고(S 420), 1이면, DC 계수의 부호를 변경한다(S 430).

한편, DC 계수가 아닌 AC 계수이면, 암호화 키의 소정 비트 값(i 번째 비트 값)이 1인지 여부를 확인한다(S 440).

암호화 키의 소정 비트 값이 1이면, AC 계수의 표현 값의 skip 값이 F인지 확인하여(S 450), 0이면, skip 값을 0로 변경하고(S 260), F가 아니면, skip 값을 1 증가시킨다(S 470).

그리고, AC 계수의 value 값이 A인지 확인하여(S 480), A이면, 1로 변경하고(S 490), A가 아니면, 1 증가시킨다(S 500).

암호화 키의 소정 비트를 1 증가시키고(i=i+1)(S 510), 부호가 변경된 DC 계수 및 표현 값이 변경된 AC 계수를 허프만 테이블을 기반으로 허프만 복호화 처리한다(S 520).

따라서, 멀티미디어 데이터를 부호화 및 복호화하는 과정에서 AC 계수를 암호화 키 값을 기반으로 감소 및 증가시킴으로 인해 기존의 암호화 키 값을 이용하여 암호화하는 기법보다 보안성을 향상시킬 수 있다,

또한, AC 계수의 표현 값을 표현하기 위한 코드 워드의 비트 수를 감소시킬 수 있으므로, 암축된 멀티미디어 데이터의 양(사이즈)을 감소시킬 수 있다.

다음 표 2는 본 발명에서 제안하는 멀티미디어 데이터의 처리 방식, 즉 압축 기법과, 기존의 압축 기법(MPEC 기법)으로 상기 도 4와 같은 이미지를 처리한 결과를 비교하기 위한 것이다.

	Overhead (frame per second)	Size (bytes)
기존 압축 기법	3.564230	174387
본 발명의 압축 기법	3.604213	131231

상기 표 2에서 나타나는 처리 결과는 테스트 시간이 대략 0.039983초가 소모되었으며, 본 발명에서 제안되는 압축 기법의 오버헤드는 기존의 압축 기법보다 대략 1.12% 증가하였으나, 데이터 양은 대략 24%가 감소하였음을 알 수 있다. 오버헤드의 1.12% 증가는 데이터 통신 상에서 무시할 수 있을 만큼의 증가인 반면, 데이터 양의 24% 감소는 우수한 성능을 가짐을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에서 제안된 멀티미디어 데이터 처리 기법에 따르면, 보안성 및 압축율을 향상시킬 수 있다.

또한, 각 이미지는 16x16 픽셀(마이크로 블록 : macro-block)로 나뉘어지고, 각 마이크로 블록은 4개의 8x8 블록으로 구성된다는 측면에서 하나의 8x8 블록의 멀티미디어 데이터를 처리하는데 압축율이 향상됨에 의해 각 이미지의 멀티미디어 데이터의 압축율은 매우 크게 향상됨을 예측할 수 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의하여 정해져야 한다.

도 1은 일반적인 양자화 과정을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 멀티미디어 데이터의 전송 흐름을 설명하기 위한 네트워크 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전송 단말의 멀티미디어 데이터 처리 장치를 설명하기 위한 블록 도면.

도 4a 내지 도 4c는 원본 이미지, 암호화된 이미지 및 정상적으로 복호화된 이미지를 도시한 도면.

도 5는 양자화된 DCT 블록을 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 허프만 테이블을 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명에 따른 멀티미디어 데이터 처리 방법을 설명하기 위한 플로챠트.

도 8은 멀티미디어 데이터의 부호화 과정을 설명하기 위한 플로챠트.

도 9는 멀티미디어 데이터의 복호화 과정을 설명하기 위한 플로챠트.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100 : 전송 단말 110 : 이산 여현 변환부

120 : 양자화부 130 : 양자화 테이블

140 : DPCM 150 : 런 랭스 부호화부

160 : 암호화부 170 : 허프만 부호화부

180 : 허프만 테이블

Claims

멀티미디어 데이터의 처리 방법에 있어서,

원본 이미지에 해당하는 상기 멀티미디어 데이터를 이산 여현 변환하여 양자화하여 DC 계수 및 AC 계수로 구성되는 DCT(Discrete Cosine Transform) 블록을 생성하는 단계와,

상기 DCT 블록을 지그-재그 방식으로 스캐닝하여 DC 계수 및 AC 계수를 획득하는 단계와,

상기 DC 계수를 암호화 키를 기반으로 암호화하는 단계와,

상기 AC 계수의 표현 값을 획득하여 제1 방식으로 변경하는 단계와,

기설정된 허프만 테이블을 참조하여 상기 변경된 표현 값에 상응하는 코드 워드를 검색하고, 허프만 부호화하는 단계를 포함하는 멀티미디어 데이터의 처리 방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 방식으로 변경하는 단계는,

상기 AC 계수의 표현 값의 skip 값 또는 value 값 중 적어도 하나의 값을 감소시키는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 데이터의 처리 방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 방식으로 변경하는 단계는,

상기 암호화 키의 소정 비트 값에 따라 상기 AC 계수의 표현 값을 변경하는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 데이터의 처리 방법.
제1 항에 있어서, 상기 DC 계수를 암호화 키를 기반으로 암호화하는 단계는,

DC 계수이면, 상기 암호화 키의 소정 비트 값을 확인하는 단계와,

상기 소정 비트 값이 1이면, 상기 DC 계수의 부호를 변환하는 단계를 포함하는 멀티미디어 데이터의 처리 방법.
제1 항에 있어서,

네트워크를 통해 수신되는 부호화된 멀티미디어 데이터의 DC 계수를 복호화하는 단계와,

AC 계수의 표현 값을 제2 방식으로 변경하는 단계와,

기설정된 허프만 테이블을 참조하여 상기 변경된 표현 값에 상응하는 코드 워드를 검색하고, 허프만 복호화하는 단계를 포함하는 멀티미디어 데이터의 처리 방법.
제5 항에 있어서, 상기 제2 방식으로 변경하는 단계는,

상기 AC 계수의 표현 값의 skip 값 또는 value 값 중 적어도 하나의 값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 데이터의 처리 방법.
제5 항에 있어서, 상기 제2 방식으로 변경하는 단계는,

상기 암호화 키의 소정 비트 값에 따라 상기 AC 계수의 표현 값을 변경하는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 데이터의 처리 방법.
멀티미디어 데이터 처리 방법에 있어서,

전송 단말이 원본 이미지에 해당하는 상기 멀티미디어 데이터를 이산 여현 변환하고, 양자화하여 DC 계수 및 AC 계수로 구성되는 DCT 블록을 생성하는 단계와,

상기 DCT 블록을 지그-재그 방식으로 스캐닝하여 DC 계수 및 AC 계수를 획득하고, 상기 DC 계수를 암호화 키의 소정 비트 값이 1이면, 부호를 변환하는 단계와,

상기 AC 계수의 표현 값을 감소시키고, 기설정된 허프만 테이블을 참조하여 상기 감소된 표현 값에 상응하는 코드 워드로 허프만 부호화하여 압축된 멀티미디어 데이터를 네트워크로 출력하는 단계와,

수신 단말이 상기 네트워크를 통해 수신되는 상기 멀티미디어 데이터의 DC 계수를 암호화 키의 소정 비트 값이 1이면, 부호를 변환하는 단계와,

상기 멀티미디어 데이터의 AC 계수의 표현 값을 증가시키고, 기설정된 허프만 테이블을 참조하여 상기 증가된 표현 값에 상응하는 코드 워드로 허프만 복호화하는 단계를 포함하는 멀티미디어 데이터의 처리 방법.
멀티미디어 데이터의 처리 장치에 있어서,

원본 이미지에 해당하는 상기 멀티미디어 데이터를 이산 여현 변환하는 이산 여현 변환부와,

상기 이산 여현 변환된 멀티미디어 데이터를 양자화 테이블을 기반으로 양자화하여 DC 계수 및 AC 계수로 구성되는 DCT 블록을 생성하는 양자화부와,

상기 DCT 블록을 지그-재그 방식으로 스캐닝하여 AC 계수를 획득하는 런 랭스 부호화와,

상기 DC 계수를 펄스 변조하는 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)과,

상기 DC 계수를 암호화 키를 기반으로 암호화하는 암호화부와,

상기 AC 계수의 표현 값에 상응하는 코드 워드를 정의하는 허프만 테이블과,

상기 AC 계수의 표현 값을 획득하여 제1 방식으로 변경하고, 상기 허프만 테이블에서 상기 변경된 표현 값에 상응하는 코드 워드를 검색하여 허프만 부호화하는 허프만 부호화부를 포함하는 멀티미디어 데이터의 처리 장치.
제9 항에 있어서, 상기 허프만 부호화부는,

상기 암호화 키의 소정 비트 값에 따라 상기 AC 계수의 표현 값의 skip 값 또는 value 값 중 적어도 하나의 값을 감소시키는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 데이터의 처리 장치.
제10 항에 있어서, 상기 허프만 테이블은,

상기 AC 계수의 표현 값인 skip 값 및 value 값별 코드 워드가 정의되며, 상기 AC 계수의 표현 값인 skip 및 value 값이 최소치일 때, 최대치로 변경됨에 의해 코드 워드의 비트수가 증가하지 않도록 각 skip 값별 value 값의 최대치에 상응하는 코드 워드의 비트 수가 value 값의 최소치 보다 작게 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 데이터의 처리 장치.
제9 항에 있어서, 상기 허프만 부호화부는,

네트워크를 통해 압축된 멀티미디어 데이터가 수신되면, 암호화 키를 기반으로 DC 계수의 부호를 변환하고, AC 계수의 표현 값을 제2 방식으로 변경하는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 데이터의 처리 장치.
제12 항에 있어서, 상기 허프만 부호화부는,

상기 암호화 키의 소정 비트 값에 따라 상기 AC 계수의 표현 값의 skip 값 또는 value 값 중 적어도 하나의 값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 데이터의 처리 장치.