KR101414621B1 - 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치 및 스노우 노이즈처리 방법 - Google Patents

디지털 비디오 인터페이스 수신 장치 및 스노우 노이즈처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 HDCP 인증 에러로 인해 발생하는 스노우 노이즈 및 HDCP 링크 실패를 방지하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치에 관한 것으로, 서로 정상적인 인증 키가 있지만 전송부과 수신부 간의 DDC 통신상의 에러나 미스 매칭(mis-matching)이 발생하여 키 값이 서로 동일하게 인식되어 송신부에서 인증 에러를 인식하지 못하고 수신부에서는 암호화된 비디오(스노우 노이즈) 화면을 계속 디스플레이하게 되는 문제점을 스노우 노이즈 화면이 고주파 잡음이 다수인 특정한 형태의 노이즈 패턴을 가지고 있음을 착안하여 출력 영상의 에러 패턴을 검출하고 송신부로 HDCP 재인증을 요청하여 TV 화면에 출력되는 노이즈 화면을 정상 화면으로 원복시켜 주는 방법을 제공한다.
HDCP, TMDS, DCT, 스노우 노이즈

Description

디지털 비디오 인터페이스 수신 장치 및 스노우 노이즈 처리 방법{HDMI receiver and method for processing snow noise}
본 발명은 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HDCP 인증 에러로 인해 발생하는 스노우 노이즈 및 HDCP 링크 실패를 방지하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 아날로그 방식의 모니터는 기존 그래픽 카드와의 호환성이 좋고 새로운 그래픽 카드를 구매할 필요가 없다는 장점이 있지만 디지털 신호를 아날로그 신호로, 아날로그 신호를 다시 디지털 신호로 변환함에 따라 신호 손실이 많아지는 단점이 있다. 반면 디지털 방식의 모니터는 이런 변화 과정이 불필요하기 때문에 신호 손실이 없어 화질이 뛰어난 장점이 있다.
그럼에도, 디지털 모니터가 큰 시장을 형성하지 못하고 있는 것은 현재 아날로그 시장이 너무 크고, 디지털 방식의 VGA 인터페이스에 대한 표준이 마련되어 있지 않기 때문이다.
하지만, 최근 들어 VGA 인터페이스로 디지털 비디오 인터페이스(Digital Video Interface; 이하 DVI) 규격이 점차 표준으로 자리를 잡아감에 따라 유럽, 북 미, 일본 등에서 디지털 모니터들이 속속 출시되고 있고, 국내 업체들도 디지털 제품을 내놓았거나 준비중이어서 향후 빠른 확산이 예상된다. 디스플레이 장치의 디지털화는 기존의 아날로그 디스플레이 장치와의 인터페이스에 비해서 디지털/아날로그 컨버터(DAC)로 인한 손실을 줄일 수 있어 사용자에게 보다 더 선명한 화질을 제공해 줄 수 있다. 상기 DVI는 디지털 신호의 전송 규격 중의 하나로서, 디지털 디스플레이 워킹 그룹(Digital Display Working Group; 이하 DDWG)에 의해 개발되었다. 이때, 상기 DVI에서는 디지털 데이터를 전송하기 위해서 전환 최소화 차분 신호 처리(Transmission Minimized Differential Signaling; 이하 TMDS 또는 패널 링크) 방식(protocol)을 사용하고 있으며, 또한 콘텐츠(contents) 보호의 필요성이 있을 때 이의 복사(copy)를 막기 위해서 고대 역 복제 방지(High-bandwidth Digital Content Protection; 이하, HDCP) 규격을 적용하고 있다. 즉, TMDS 전송로를 통해 전송되는 콘텐츠는 디지털 신호 변환되기 때문에, 완전한 복제가 용이하고 또한 무한히 작성할 수 있다. 이는 이용자에게는 큰 이점이지만, 영화 등의 저작물을 제공하는 측에게는 권리 보호의 측면에서 문제이다. 이 때문에 DVI 규격의 전송로를 이용하여 콘텐츠의 디지털 신호를 전송할 때, 암호화하여 전송하는 일 예가 HDCP 규격이다. 상기 HDCP는 각 픽셀이 PC나 셋톱 박스로부터 디지털 평판 화면이나 고해상도 텔레비전과 같은 디지털 디스플레이 장치로 이동할 때 이를 암호화해준다.
도 1(a,b)는 종래의 HDCP 규격을 이용하여 디지털 데이터를 암호화 및 복호화하는 신호 전송 시스템의 개념도이다.
종래의 HDCP 송신기(13)는 업 스트림 콘텐츠 제어 기능(11)으로부터 디지털 신호(오디오, 비디오 신호)로 구성된 HDCP 콘텐츠를 암호화하여 HDCP 수신기(24)로 전송한다. 이때, HDCP 송신기(22)는 인증 프로토콜을 이용하여 HDCP 수신기(24)가 HDCP 콘텐츠를 받을 수 있는 라이센스가 있는지 그 여부를 확인한다. HDCP 수신기(24)의 적합성이 검증되면 암호화된 HDCP 콘텐츠가 인증 프로토콜 과정에서 설정된 공유키를 이용하여 HDCP 수신기(24)로 전송된다.
도 1a와 같이 기존의 방법으로 HDCP 인증 시 에러가 발생할 경우, 사용자가 HDCP 인증 에러를 인지하고, HDMI케이블을 재접속하거나 HDMI 장비를 on/off해야만 정상 화면으로 복원될 수 있다. 특히, 서로 정상적인 인증 키를 가지고 있는 데도 기기 간의 DDC 통신상의 에러나 미스-매칭(mis-matching)이 날 경우에는 HCDP 송신기(13)와 HCDP 수신기(15)에서는 키 값이 서로 동일하게 인식되기 때문에 HDCP 송신기(13)에서는 인증 에러라고 인식하지 못하게 된다. 이때, HCDP 송신기(13)는 정상적으로 HDCP 인증이 성공한 것으로 판단하여, 암호화된 비디오(snow-noise) 화면을 계속 HCDP 수신기(15)로 전송하게 되는데, 이를 수신한 HCDP 수신기(15)에서는 인증 에러로 판단하여 암호화된 비디오 신호를 그냥 바이패스(bypass)시켜서 복호화되지 않은 스노우 노이즈(snow noise)를 화면 디스플레이(17)에 계속 출력하게 된다.
도 1b는 HDCP 인증 후 화면 디스플레이하는 순서도로서, HDCP 인증 과정을 살펴보면 송신부와 수신부의 HDCP 키 인증 및 키 값이 계산되고(S11,S12), 송신부의 Ri와 수신부의 Ri'가 동일하다면, 인증은 완전히 성공했다고 판단되어 암호화 및 그 뒤 신호 처리 과정이 수행된다(S13,S14,S15). 그러나 이러한 Ri 키 값이 동일한 경우라도 실제 수신부는 인증 에러가 난 것처럼 동작할 수 있다. 이것은 입력 포트 스위칭(switching)에서 송신부와 타이밍이 맞지 않으면, 수신부에서는 이전 입력의 DDC와 동기가 되어 결국 Ri 키 값은 정상인데 실제 변경된 입력과는 다른 포트로 DDC와 동기가 되어 수신부에서 인증이 에러임을 판단하여 수신한 스노우 노이즈(snow noise)를 복호화하지 않고 디스플레이하는 문제점이 있다.
또한, DVD나 게임기 등 HDCP DVI 또는 HDMI 지원되는 장비로 TV에 연결하여 디스플레이 시 HDCP 에러로 인해 스노우 노이즈(Snow noise) 화면이 나와서 정상적인 비디오를 볼 수가 없는데 HDMI 수신부 측(TV set)에서 정상적인 인증 키가 있지만 HDMI 트랜스미터(DVD 장비 등)와 수신부(TV)와 서로 인증과정에서 키를 주고 받는 타이밍이 맞지 않아서, HDCP 에러가 발생하게 된다.
HDCP 에러 인증이 에러가 날 경우에 사용자가 HDCP 인증 에러를 인지하고 HDMI 케이블을 재접속하거나 HDMI 장비를 온/오프(on/off) 해야만 정상 화면으로 복원될 수 있다. 특히, 서로 정상적인 인증 키가 있지만 기기 간의 DDC 통신상의 에러나 미스 매칭(mis-matching)이 발생하여 전송부과 수신부에서는 키 값이 서로 동일하게 인식되어 송신부에서 인증 에러를 인식하지 못하게 되므로 송신부에서는 정상적으로 HDCP 인증이 성공한 것으로 판단한다. 따라서, 수신부에서는 암호화된 비디오(스노우 노이즈) 화면을 계속 디스플레이하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, HDCP 인증 에러로 인한 스노우 노이즈 화면이 고주파 잡음이 다수인 특정한 형태의 노이즈 패턴을 가지고 있음을 착안하여 정상적인 인증 키가 있지만 기기 간의 DDC 통신 라인의 미스 매칭으로 인한 스노우 노이즈(snow noise)가 발생하면, HDCP 재인증을 요청하고 TV 화면에 출력되는 노이즈 화면을 정상 화면으로 원복시켜 주는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치는 TMDS 전송로를 통해 TMDS 인코더와 HDCP 암호화부를 구비하는 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치와 통신하여 인증 키 실패가 발생하면 상기 송신 장치로 HDCP 재인증을 요청하는 인증 처리부; 상기 인증 처리부에서 인증 키 매칭이 이루어지면 상기 TMDS 전송로를 통해 수신되는 HDCP 콘텐츠를 디코딩하는 TMDS 디코더; 상기 디코딩되어 출력되는 HDCP 콘텐츠의 픽셀 데이터를 비트별 복호화하여 영상 신호로 출력하는 복호화부; 상기 출력된 영상 신호를 DCT 변환하여 프레임의 DCT계수 평균 고주파 영역의 에너지 분포를 근거하여 에러 영상을 검출하는 HDCP 에러 패턴 검출부; 및 상기 고주파 영역의 에너지 분포가 소정 값 이상이면 상기 인증 처리부가 HDCP 재인증을 요청하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 TMDS 디코더는 상기 HDCP 콘텐츠를 디지털 영상 신호와 수평, 수직 동 기 신호로 디코딩하여 비트 방식의 XOR로 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 HDCP 복호화부는 상기 디코딩되어 출력되는 영상의 24 비트 픽셀 데이터와 4비트 의사 난수 데이터(pseudo random data)를 비트별 XOR하여 복호화하는 것을 특징으로 한다.
DCP 에러 패턴 검출부는 출력 영상의 고주파 영역의 블록 DCT 계수의 합을 블록의 모든 픽셀의 DCT 계수의 합으로 나눈 값으로 각 블록에서 고주파 계수를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 고주파 계수의 값이 50 %이상이면 상기 출력 영상을 스노우 노이즈라고 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 인증 처리부는 에러 영상 판단에 따른 상기 송신 장치로 핫 플러그(Hot plug)를 전송하거나 상기 HDCP 암호화 키의 리셋을 요청하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 출력 영상이 에러 영상으로 검출되면 채널 전환 및 소정의 화면을 출력시켜 정상 화면이 디스플레이되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치와 DVI/HDMI HDCP-protected 인터페이스로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치의 스노우 노이즈 처리 방법에 있어서, TMDS 인코더와 암호화부를 구비하는 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치와 연결하는 단계; 상기 연결된 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치와 HDCP 키 인증을 수행하는 단계; 상기 키 인증이 승인된 후 상기 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치로부터 암호화되어 전송되는 HDCP 콘텐츠를 복호화하는 단계; 상기 복호화단계 후 출력되는 상기 HDCP 콘텐츠 영상의 주파수 성분의 분포 특성을 분석하여 에러 화면을 검출하는 단계; 및 상기 에러 화면이 검출되면 상기 연결된 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치에 HDCP 재인증을 요청하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의한 DCT를 이용한 스노우 노이즈 판단방법은 싱크 측 HDMI 수신부의 디스플레이 단에서 처리하게 하여 실제 HCDP 인증 과정의 절차(process)가 어떠한 방법으로 진행되던지 상관없이, TV 화면에 디스플레이되는 상황에서 인증 성공 여부를 판단하는 방법으로서, HDMI 수신부의 종류에 상관없이 독립적으로 사용가능한 방법이다.
제조사별 차이를 갖는 영상 기기와 HDCP가 지원되는 호스트 디바이스 간의 통신 라인의 미스-매칭(mis-matching) 문제가 발생하여도 정상적인 화면을 디스플레이할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부 도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 HDCP 규격을 이용한 스노우 노이즈를 처리하는 디지털 비디오 인터페이스 신호 전송 시스템의 개념도이다.
HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection)는 HDCP 송신기(22)와 HDCP 수신기(24)간에서 DVI 또는 HDMI 등 디지털 버스를 통해 전송되는 오디오/비디오 콘텐츠의 전송을 보호하기 위해 사용되는 기술로써, 본 발명에 따른 HDCP 송신기(22)는 업 스트림 콘텐츠 제어 기능(20)으로부터 디지털 신호(오디오, 비디오 신호)로 구성된 HDCP 콘텐츠를 암호화하여 전송한다. 이때, HDCP 송신기(22)는 HDCP 수신기(24)로 인증 프로토콜을 시작하도록 HDCP-protected Interface를 통해 신호를 보내어 HDCP 수신기(24)가 HDCP 콘텐츠를 받을 수 있는 라이센스가 있는지 그 여부를 확인한다. HDMI를 지원하는 HDCP 송신기(22)는 인증이 시도되기 전에 HCDP 수신기(24)가 DVI 또는 HDMI를 지원하는지를 결정한다. HDCP 수신기(24)의 적합성이 검증되면 암호화된 HDCP 콘텐츠가 인증 프로토콜 과정에서 설정된 공유키를 이용하여 HDCP 수신기(24)로 전송된다.
본 발명에 따른 HDCP 수신기(24)는 인증된 공유 키 값에 근거하여 전송된 HDCP 콘텐츠를 복호화하여 출력한다. 이때, 출력 영상을 이산코사인 변환(Discrete Cosine Transform; 이하, DCT)하여 HDCP 에러 패턴 검출(26)을 위해 스노우 노이즈 패턴을 주파수영역으로 변경한다. 스노우 노이즈 패턴을 DCT 영역으로 변경하면 출력 영상의 주파수 영역을 특정 주파수 대역에서 확인할 수 있다. 이때, 출력 영상의 특정 주파수 대역이 거의 잡음 레벨에 가까운 고주파 대역으로 표시될 경우 상기 출력 영상은 일반적인 TV 영상과 자연 영상이 아닌 스노우 노이즈 패턴으로 판단한다. 이러한 고대역 부분의 노이즈 정도가 심한 경우, 화면 디스플레이(28)를 위한 스캐일러의 메인 입력 프로세서단에서 이러한 노이즈를 체크하여 일정 시간 이상 지속적으로 유지되면 출력 영상을 스노우 노이즈 패턴으로 판단하여 HDCP 송신기(22)로 재인증을 요청한다.
본 발명에 의한 DCT를 이용한 스노우 노이즈 판단 방법은 출력 영상에 대해 싱크 측 화면 디스플레이(28) 단에서 처리하게 되어 실제 HDCP 인증 과정의 프로세서가 어떠한 방법으로 진행되던지 상관없이, TV 화면에 디스플레이되는 출력 영상에 대한 인증 성공을 검출함으로써, HDMI 수신부의 종류에 상관없이 어떠한 HDMI 수신부를 사용하더라도 독립적으로 스노우 노이즈를 판단하는 방법을 제공한다.
도 3은 본 발명에 의한 스노우 노이즈를 처리하는 HDCP 송/수신부의 구성 블럭도이다.
HDCP 규격을 이용하여 픽셀 데이터를 암호화 및 복호화하는 신호 전송 시스템은 픽셀 데이터를 암호화하여 출력하는 HDCP 송신부(100, 예를 들면 PC나 셋탑 박스)와 암호화된 픽셀 데이터를 수신하여 복호화한 후 디스플레이하는 HDCP 수신부(200, 예를 들면 모니터나 디스플레이 장치)가 DVI/HDMI 규격의 TMDS 전송로를 통해 접속된다.
HDCP 송신부(100)는 비트방식(Bitwise)의 배타적 오아 게이트(XOR)에서 24비트 픽셀 데이터와 HDCP 암호화부(101)로부터 제공되는 키 데이터 즉, 24비트 의사난수 데이터(pseudo random data)를 비트별로 XOR 연산하여 암호화하고 TMDS 인코더(102)에서 코딩한 후 TMDS 전송로(link)를 통해 HDCP 수신부(200)로 전송한다.
HDCP 수신부(200)의 TMDS 디코더(201)는 TMDS 전송로를 통해 수신되는 HDCP 콘텐츠를 디코딩 예를 들면, 디지털 영상 신호와 수평, 수직 동기 신호로 변환하여 비트 방식의 XOR로 출력한다. 비트방식의 XOR은 HDCP 복호화부(202)로부터 출력되는 키 데이터 즉, 24비트 의사 난수 데이터(pseudo random data)와 상기 TMDS 디코더(201)로부터 디코딩되어 출력되는 24 비트 픽셀 데이터를 비트별 XOR하여 복호화한 후 출력 영상을 디스플레이한다.
여기서, HDCP 송신부(100) 및 HDCP 수신부(200)의 HDCP 암호화부 및 복호화부(101,202)는 각각 다수 개(예를 들어, 40개)의 키 값을 포함하며, 이 키 값은 각 HDCP 암호화부 및 복호화부마다 서로 유니크(unique)하다. HDCP 송신부(10)의 HDCP 암호화부(101)는 HDCP 수신부(200)의 HDCP 복호화부(202)로부터 제공하는 키 값을 선택 신호로 하여 자신의 키 값 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 키 값을 이용하여 24비트 의사 난수 데이터(pseudo random data)를 생성한 후 비트 방식의 XOR로 출력한다. HDCP 수신부(200)는 HDCP 송신부(100)의 암호화에 이용된 키 값을 입력받아 이 키 값을 선택 신호로 하여 자신의 키 값 중 하나를 선택하고 선택된 키 값을 이용하여 24비트 의사 난수 데이터를 생성한 후 비트 방식의 XOR로 출력한다. HDCP 송/수신부(100,200)의 HDCP 암호화부 및 복호화부(101,202)는 초기 또는 리셋시에만 상대측의 키 값을 선택 신호로 하여 자신의 키 값 중 하나를 선택하는 동작을 수행한다. 그리고 각 HDCP 암호화부 및 복호화부(101,202)의 24 비트의 의사 난수 데이터(pseudo random data)는 수평 동기 주기마다 이루어진다. 또한, HDCP 송/수신부(100,200)의 각 HDCP 암호화부 및 복호화부(101,202)는 각각 상대측 키 값과 자신의 키 값을 이용하여 인증에 이용할 신호(즉 Ri,Ri')를 생성하여 각 인증 처리부(103,204)로 출력한다.
HDCP 송신부(100)와 HDCP 수신부(200)의 인증 처리부(103,204)는 TMDS 전송로의 양방향 전송로를 거쳐서 서로 통신하며, 상기 Ri 값과 Ri' 값의 비교를 통해 상호 인증 처리를 수행한다. 즉 Ri와 Ri' 값의 비교로 HDCP에 대한 정상 동작을 유추한다. 예를 들면, HDCP 송신부(100)는 갱신된 Ri 값과 HDCP 수신부(200)에서 갱신된 Ri' 값이 같으면(Ri=Ri'), 키 매칭(key matching)이 이루어졌다고 판단하여 정상적인 암호화 및 복호화 동작을 수행한다. 이때, 주기적으로 Ri 값과 Ri' 값의 갱신이 이루어진다. 만일, Ri ≠ Ri'이면, 키 실패(key fail) 즉, 인증 실패가 발생하였다고 판단하여 시스템의 송신부(100)의 HDCP 암호화 칩 셋트가 리셋되면서 키 생성 및 암호화 및 복호화 과정이 처음부터 다시 시작된다.
본 발명에 의한 HDCP 에러패턴 검출부(203)는 통신 라인의 미스매칭(mis-matching)으로 인한 Ri=Ri'의 키 매칭(key matching)이 이루어지는 경우에도, HDCP 수신부(200)의 HDCP 에러패턴 검출부(203)에서 출력 영상의 DCT 변환을 통해 출력 영상 에러 패턴을 검출할 수 있다. 이는 통신 라인의 미스 매칭으로 인한 키 매칭이 이루어지는 경우에도 HDCP 수신부(200)에서는 정상적인 HDCP 콘텐츠의 복호화가 수행되어 출력되는 영상을 DCT변환한다. 이때, HDCP 에러패턴 검출부(203)에서 DCT 분포 밀도 수치를 근거하여 특정 주파수 대역이 고주파인 경우 HDCP 에러 영상이라고 판단한다. 인증 처리부(204)는 HDCP 에러패턴 검출부(203)로부터 출력 영상이 HDCP 에러 영상임을 제공받아 HDCP 송신부(100)의 인증 처리부(103)로 HDCP 재인증을 요청한다.
도 4(a,b)는 본 발명의 실시 예에 의한 DCT를 이용한 스노우 노이즈 패턴을 검출하는 예시도이다.
본 발명에 따른 DCT를 이용한 스노우 노이즈(snow noise) 패턴을 검출하는 방법은 공간상의 데이터를 주파수 상의 에너지 분포로 변환하는 이산 코사인 변환기(Discrete Cosine Transform, DCT)을 사용하여 일정 주기로 현재 디스플레이되는 화면의 한 프레임을 특정 크기의 블록으로 나누어 DCT(frequency domain processing) 변환하여 각 블록의 DCT 계수의 평균 고주파 영역의 에너지를 구하여, 이값이 일반 영상 DB의 값보다 크게 차이가 나면 스노우 노이즈로 판단할 수 있다.
모든 일반적인 자연 연상은 도 4a(1,2)와 같이 DCT를 하면 왼쪽 상단 쪽으로 에너지 분포가 밀집되고, 스노우 노이즈와 같은 인위적으로 영상을 조작한 영상은 도 4a(3,4)와 같이 DCT를 하면 오른쪽 하단쪽으로 에너지 분포가 밀집되어 영상 정보는 없고 고주파 노이즈만 존재한다. 도 4a(3,4)에서 HDCP 에러가 발생한 경우 디스플레이되는 스노우 노이즈의 경우는 일반적으로 TV 시청 시에 출력되는 정상화면과 DCT 분포가 완전히 상반되는 것을 알 수 있다.
이러한 DCT 분포 밀도를 수치적으로 정량화하기 위해 DCT 결과에 따른 도 4b의 우측 하단 일정 영역이 전체에서 차지하는 비율을 구한다. 이 비율, <R> 값이 50% 이상이면, HDCP 에러 영상이라고 판단한다. 여기서 <R>은 영상에서 높은 고주파가 차지하는 비중이다. 도 4b의 8*8 블록 단위로 한다면, 그 특징 값 <R>은 전체 영상에서 DCT 주파수 에너지 비율의 평균을 이용한 것으로, 최고 고주파 영역의 블록 DCT 계수 합을 블록의 모든 픽셀의 DCT 계수의 합으로 나눈 값이다. 이는 곧, 각 블록에서 고주파 계수가 차지하는 비중을 의미한다. 일반 영상의 경우는 저주파 성분이 다수이므로, 이 <R> 값이 거의 0%에 가깝고 스노우 노이즈와 같은 영상은 거의 100%에 가까운 값이 된다.
도 5는 본 발명에 따른 TDMS를 복호화하는 HDVI 수신장치의 구성 블럭도이다. 본 발명에 따른 HDVI 수신 장치(200)는 TMDS 디코더(201), HDCP 복호화부(202), HDCP 에러 패턴 검출부(203), 인증 처리부(204), 제어부(205) 및 디스플레이부(206)를 포함한다.
TMDS 디코더(201)는 TMDS 전송로를 통해 수신되는 HDCP 콘텐츠를 디코딩한다. 이때, TMDS 디코더(201)는 HDCP 콘텐츠를 디지털 영상 신호와 수평, 수직 동기 신호로 변환하여 비트 방식의 XOR로 출력한다.
HDCP 복호화부(202)는 TMDS 디코더(201)로부터 디코딩되어 출력되는 24 비트 픽셀 데이터를 비트별 XOR하여 복호화한 후 영상을 출력한다. 비트방식의 XOR은 HDCP 복호화부(202)로부터 출력되는 키 데이터 즉, 24비트 의사 난수 데이터(pseudo random data)와 상기 TMDS 디코더(201)로부터 디코딩되어 출력되는 24 비트 픽셀 데이터를 비트별 XOR하여 복호화한다.
HDCP 에러 패턴 검출부(203)는 복호화된 영상의 디스플레이부(206)를 통해 출력되는 화면의 한 프레임을 특정 크기의 블록으로 나누어 DCT(Discrete Cosine Transform) 변환한다. 이때, 각 블록의 DCT계수의 평균 고주파 영역의 에너지를 구하여, 이값을 <R>값이라고 하고, 출력 영상의 <R>값이 일반 정상 화면의 값보다 크게 차이가 나면 스노우 노이즈(snow noise)라고 판단한다. <R>값은 전체 영상에서 DCT 주파수 에너지 비율의 평균을 이용한 것으로, 고주파 영역의 블록 DCT 계수 의 합을 블록의 모든 픽셀의 DCT 계수의 합으로 나눈 값이다. 이는 곧, 각 블록에서 고주파 계수가 차지하는 비중을 의미한다.
인증 처리부(204)는 TMDS 전송로의 양방향 전송로를 통해 HDCP 송신부와 서로 통신하며, 인증 키인 Ri 값과 Ri' 값을 비교하여 상호 인증 처리를 수행한다. 이러한 인증 키 값은 주기적으로 갱신되는데 HDCP 송신부와 HDCP 수신부의 키 매칭이 이루어졌음을 판단하여 정상적임 암호화 및 복호화 동작을 수행한다. 본 발명의 실시 예에 따라 통신 라인의 미스매칭(mis-matching)으로 인한 Ri=Ri'의 키 매칭(key matching)이 이루어지는 경우, HDCP 에러패턴 검출부(203)로부터 출력 영상의 DCT 분포 밀도 수치를 근거하여 HDCP 에러 영상이라는 정보를 제공받아 인증 키 실패(key fail) 즉, 인증 실패가 발생하였다고 판단하여 시스템의 송신부로 HDCP 재인증을 요청한다. 이때, 시스템의 송신부는 HDCP 암호화 칩 셋트을 리셋시켜 인증 키 생성, 암호화 및 복호화 과정을 처음부터 다시 시작되도록 한다.
제어부(205)는 HDCP 에러 패턴 검출부(203)로부터 DCT의 분포 밀도를 수치적으로 정량화하기 위해 이 비율 <R>값이 50 % 이상이면 HDCP 에러 영상이라고 판단하여 인증 처리부(204)로 핫 플러그(Hot plug)를 전송하거나 HDCP 키의 리셋을 요청한다. 또한, 제어부(205)는 에러 영상의 스노우 노이즈 화면에 검출된 경우, 디스플레이부(206)가 채널 전환 등을 통한 정상 화면이 디스플레이되도록 제어한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 DCT 주파수 성분의 분포 특징을 나타낸 예시도이다.
HDCP 인증 에러로 인해 화면에 디스플레이되는 영상이 스노우 노이즈(snow noise)라는 판단은 DCT 변환 시 스노우 노이즈가 특정한 패턴을 갖는 영상임을 근거한다. 이는 출력 영상의 특정한 패턴을 확인하기 위해 본 발명에서는 디스플레이 화면을 주파수 영역으로 변환하는 DCT(frequency domain processing)를 이용한다. 이때, 일정 주기로 현재 디스플레이되는 화면의 한 프레임을 특정 크기의 블록으로 나누어 DCT 변환하여 각 블록의 DCT 계수의 평균 고주파 영역의 에너지 <R>값을 구하여 이를 일반 영상 DB의 값보다 크게 차이가 나면 스노우 노이즈라고 판단할 수 있다. <R>값은 전체 영상에서 DCT 주파수 에너지 비율의 평균을 이용한다.
도 6a와 같이 출력 영상을 8*8 블록 단위로 한다면, 고주파인 C 영역의 블록의 DCT 계수 합을 블록의 모든 픽셀의 DCT 계수의 합으로 나누어 <R> 값을 구한다. 이는 곧, 각 블록에서 고주파 계수가 차지하는 비중을 의미한다. 일반 영상의 경우는 저주파 성분이 다수이므로, <R>값이 거의 0%에 가깝고 스노우 노이즈와 같은 영상의 <R>값은 거의 100%에 가까운 값이 된다.
도 7은 본 발명에 의한 DCT를 이용한 HDVI 수신장치에서의 스노우 노이즈 처리 방법을 나타낸 예시도이다.
HDCP-protected 인터페이스인 DVI/HDMI로 연결된 HDCP 송신부와 HDCP 수신기간의 인증된 키를 가지고 있는지를 확인한다(S701).
HDCP 송신부/수신부의 각 HDCP 암호화부 및 복호화부는 각각 상대측 키 값과 자신의 키 값을 이용하여 인증에 이용할 신호(즉 Ri,Ri')를 생성한다(S702).
중간에서 데이터 가로채기를 방지하기 위해 2초 주기로 Ri 키 값을 공유된 팩터(factor)로 계산한다.
HDCP 송신부/수신부의 각 Ri ≠ Ri' 키 값이 다르면 다시 HDCP 키 인증을 요청한다(S703).
HDCP 송신부/수신부에서 Ri=Ri'의 키 매칭(key matching)이 이루어지면(통신 라인의 미스매칭(mis-matching)으로 인한 경우도 포함된다), 인증 결과로 공유된 HDCP 암호화된 콘텐츠를 TMDS 전송로를 통해 전송한다(S704).
TMDS 신호를 복호화하여 스캐일러에서 모드를 판별하여 영상을 출력한다(S705).
출력 영상을 일정 주기로 현재 디스플레이되는 화면의 한 프레임을 특정 크기의 블록으로 나누어 DCT 변환하여 각 블록의 DCT 계수의 평균 고주파 영역의 에너지 값을 구한다. 이때, 스노우 노이즈와 같은 인위적인 영상의 경우, 거의 영상의 정보는 없고 고주파 노이즈만 있으므로 DCT 결과 오른쪽 하단에 에너지의 밀도가 높으며, DCT의 분포 밀도를 수치적으로 정량화하기 위해 DCT 결과에서 우측 하단의 일정 영역이 전체에서 차지하는 비율 값, 즉 고주파가 차지하는 비중이 50 % 이상이면 HDCP 에러 영상이라고 판단한다(S706). HDCP 에러가 났을 경우에 디스플레이되는 스노우 노이즈의 경우는 일반적으로 TV 시청 시에 디스플레이되는 화면과는 DCT 분포가 완전히 상반되어 나타난다.
HDCP 에러 영상 판단은 주기적으로 디스플레이 화면을 체크하여, 에러 화면이라고 판단되면 HDCP 리셋을 위해 핫 플러그(Hot plug)와 키 리셋(Key reset)을 동작하게 하여 HDCP 송신부에서 다시 HDCP 재인증을 시도하게 하여 HDCP 에러를 보고한다(S706). 출력 영상이 스노우 노이즈 또는 에러 화면으로 판단되면 수신부는 정상화면이 출력되도록 채널 전환 또는 소정의 화면을 디스플레이한다(S707).
본 발명에 따른 DCT를 이용한 스노우 노이즈 판단 방법은 싱크 측 디스플레이 단에서 처리하게 되어 실제 HDCP 인증과정의 프로세서가 어떠한 방법으로 진행되던지 전혀 상관없이, TV화면에 디스플레이되는 상황에서 인증 성공을 체크하는 방법으로서, HDMI 수신부의 종류에 상관없이 어떠한 HDMI 수신부를 쓰더라도 상관없이 독립적으로 사용가능한 방법이다.
한편, 본 발명에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로써 이는 해당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
도 1a는 종래의 HDCP 규격을 이용하여 디지털 데이터를 암호화 및 복호화하는 신호 전송 시스템의 개념도.
도 1b는 종래의 HDCP 인증 후 화면 디스플레이 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 HDCP 규격을 이용한 스노우 노이즈를 처리하는 디지털 비디오 인터페이스 신호 전송 시스템의 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 스노우 노이즈를 처리하는 HDCP 송/수신부의 구성 블럭도.
도 4(a,b)는 본 발명의 실시 예에 의한 DCT를 이용한 스노우 노이즈 패턴을 검출하는 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 TDMS를 복호화하는 HDVI 수신장치의 구성 블럭도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 DCT 주파수 성분의 분포 특징을 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명에 의한 DCT를 이용한 HDVI 수신장치에서의 스노우 노이즈 처리 방법을 나타낸 예시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100. HDCP 송신부 101. HDCP 암호화부
102. TMDS 인코더 103. 인증 처리부
200. HDCP 수신부 201. TDMS 디코더
202. HDCP 복호화부 203. HDCP 에러패턴 검출부
204. 인증처리부 205. 제어부
206. 디스플레이부

Claims (15)

  1. TMDS 인코더와 암호화부를 구비하는 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치와 연결하는 단계;
    상기 연결된 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치와 HDCP 키 인증을 수행하는 단계;
    상기 키 인증이 승인된 후 상기 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치로부터 암호화되어 전송되는 HDCP 콘텐츠를 복호화하는 단계;
    상기 복호화단계 후 출력되는 상기 HDCP 콘텐츠 영상에 대하여, 이산 코사인 변환(DCT)을 통해 주파수 성분의 분포 특성을 분석하여 에러 화면을 검출하는 단계; 및
    상기 에러 화면이 검출되면 상기 연결된 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치에 HDCP 재인증을 요청하는 단계;를 포함하여 이루어지고,
    상기 에러 화면을 검출하는 단계는 상기 HDCP 키 인증을 수행하는 단계에서 키 인증이 승인된 경우 수행되는, 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치의 스노우 노이즈 처리 방법
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 에러 화면 검출 단계는 싱크 측 디스플레이 단에서 주기적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치의 스노우 노이즈 처리 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 에러 화면이 검출되면 HDCP 리셋을 위해 핫 플러그(Hot plug) 및 키 리셋(Key reset) 중 적어도 하나를 요청하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치의 스노우 노이즈 처리 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 HDCP 콘텐츠 영상의 주파수 성분의 분포 특성을 분석하여 에러 화면을 검출하는 단계는,
    상기 출력되는 HDCP 콘텐츠 영상의 공간상의 데이터를 주파수 상의 에너지 분포로 변환하는 이산 코사인 변환(DCT)을 수행하는 단계;
    상기 변환 결과 DCT 계수의 평균 고주파 영역의 에너지값을 계산하는 단계; 및
    상기 고주파 영역의 에너지값이 소정의 값 이상이면 에러 영상으로 판단하는 단계를 포함하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치의 스노우 노이즈 처리 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 에러 영상으로 판단되는 고주파 영역의 소정 값은 50% 이상인 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치의 스노우 노이즈 처리 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 에러 화면이 검출되면 정상 화면으로 자동 복귀하는 단계를 더 포함하 는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치의 스노우 노이즈 처리 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치와 DVI/HDMI HDCP-protected 인터페이스로 연결되는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치의 스노우 노이즈 처리 방법.
  8. TMDS 전송로를 통해 TMDS 인코더와 HDCP 암호화부를 구비하는 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치와 통신하여 인증 키 실패가 발생하면 상기 송신 장치로 HDCP 재인증을 요청하는 인증 처리부;
    상기 인증 처리부에서 인증 키 매칭이 이루어지면 상기 TMDS 전송로를 통해 수신되는 HDCP 콘텐츠를 디코딩하는 TMDS 디코더;
    상기 디코딩되어 출력되는 HDCP 콘텐츠의 픽셀 데이터를 비트별 복호화하여 영상 신호로 출력하는 HDCP 복호화부;
    상기 출력된 영상 신호를 DCT 변환하여 프레임의 DCT계수 평균 고주파 영역의 에너지 분포를 근거하여 에러 영상을 검출하는 HDCP 에러 패턴 검출부; 및
    상기 고주파 영역의 에너지 분포가 소정 값 이상이면 상기 인증 처리부가 HDCP 재인증을 요청하도록 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 HDCP 에러 검출부는 상기 인증 처리부에서 인증 키 매칭이 이루어진 경우 에러 영상을 검출하도록 구성되는, 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 TMDS 디코더는 상기 HDCP 콘텐츠를 디지털 영상 신호와 수평, 수직 동기 신호로 디코딩하여 비트 방식의 XOR로 출력하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 HDCP 복호화부는 상기 디코딩되어 출력되는 영상의 24 비트 픽셀 데이터와 4비트 의사 난수 데이터(pseudo random data)를 비트별 XOR하여 복호화하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 HDCP 에러 패턴 검출부는 출력 영상의 고주파 영역의 블록 DCT 계수의 합을 블록의 모든 픽셀의 DCT 계수의 합으로 나눈 값으로 각 블록에서 고주파 계수를 계산하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 고주파 계수의 값이 50 %이상이면 상기 출력 영상을 스노우 노이즈라고 판단하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 인증 처리부는 에러 영상 판단에 따른 상기 송신 장치로 핫 플러그(Hot plug)를 전송하거나 상기 HDCP 암호화 키의 리셋을 요청하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는 출력 영상이 에러 영상으로 검출되면 채널 전환 및 소정의 화면을 출력시켜 정상 화면이 디스플레이되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 디지털 비디오 인터페이스 송신 장치와 DVI/HDMI HDCP-protected 인터페이스로 연결되는 것을 특징으로 하는 디지털 비디오 인터페이스 수신 장치.
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