KR102154754B1 - 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템은, 영상을 촬영하여 전송하는 촬영모듈; 상기 영상을 수신하여 저장하는 저장모듈; 상기 영상에 포함되어 있는 기본 널프레임을 제거하여 1차 보정영상을 생성하는 1차제거모듈; 상기 1차 보정영상에 포함된 복수개의 상기 I프레임의 위치정보를 각각 파악하는 위치파악부를 포함하는 영상분석모듈; 상기 1차 보정영상에 삽입될 추가 널프레임의 삽입패턴정보를 생성하는 패턴생성모듈; 생성된 상기 삽입패턴정보에 따라 추가 널프레임을 상기 1차 보정영상에 삽입하여 최종 보정영상을 생성하는 삽입모듈; 상기 최종 보정영상을 외부 서버로 전송하는 제공모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템{Video Coding System with Patterned Null Frame}

본 발명은 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 특정한 패턴으로 영상에 널(Null) 프레임을 삽입하여 영상의 암호화 및 전송율을 향상시킬 수 있도록 한, 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 디지털 멀티미디어(영상, 오디오, 기타 데이터가 다중화된)가 통신, 컴퓨터, 가전 등 여러 분야로 그 이용 범위가 확대되면서 많은 양의 데이터를 저장 또는 전송하는 문제가 등장하게 되었다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 국제표준화기구 산하의 MPEG(Motion Picture Experts Group)-1 표준안을 1991년에 확정하였고, 이것을 다채널로 확장하여 1994년 11월에 MPEG-2의 국제 표준안이 완성된 상태이다. MPEG-2는 넓은 적용 영역 및 고품질의 영상을 제공할 수 있어 방송, 가전 및 통신 등 모든 산업 분야에서 주목받고 있다.

이러한 MPEG-2 알고리즘을 기반으로 하는 디지털 방송 송신 시스템에서의 전송률은 시스템마다 각기 다르며, 이러한 전송률은 비디오, 오디오 및 데이터 방송 신호, 널 패킷의 비트율로 결정된다. MPEG-2의 국제 표준안을 보면, 널 패킷(-유효한 데이터 없이 전송률을 일정하게 유지하기 위해 전송되는 패킷은 단지 MPEG-2 복호화 버퍼 모델만을 고려한 채 불규칙적으로 삽입되어 전송되며, 복호화 시에는 그 이용 가치가 없어 그냥 버려진다.

상세히 설명하면, 종래의 널 패킷은 데이터 전송률을 일정하게 유지시키기 위한 목적으로만 사용되었다. 즉, 비디오, 오디오 및 데이터 방송 신호를 다중화함에 있어, 비디오, 오디오 및 데이터 방송 신호들의 비트율 합을 계산한 후, 계산된 비트율과 전송률을 비교하여 부족한 만큼을 널 패킷으로 채워서 전송하였다.

또한, 이러한 널 패킷을 채우는 방법에 있어서도, MPEG-2 복호화 버퍼 모델만을 고려한 채 두서없이 불규칙적으로 삽입하였다. 이로 인해, 수신된 비디오/오디오 전송 스트림 내에서 널 패킷의 위치를 찾아내기 어려울 뿐만 아니라, 이러한 널 패킷을 정보 패킷으로 이용하는 것은 더욱 더 불가능하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 한국 등록특허 제 10-1483653호에 '널 프레임을 이용한 영상 암호화 시스템'이 개시되어 있다.

상기 발명은 널(Null) 프레임을 이용한 영상 암호화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 널 프레임에 키패드(Keypad)를 이용하여 I 프레임의 위치 정보를 전송하고, 수신측에서 널 프레임에 포함된 I 프레임의 위치 정보를 복호화하는 방식으로, 널 프레임에서의 I 프레임의 위치 정보를 실시간으로 정확히 알아야만 복호화할 수 있는 널 프레임을 이용한 영상 암호화 시스템에 관한 것이다.

상기 발명은 널 프레임을 이용한 영상 암호화 시스템은 영상을 촬영하고 촬영된 영상을 ES(Element Stream) 영상신호로 변환하여 전송하는 CCTV(100)와; 상기 CCTV(100)에서 전송된 ES 영상신호를 수신하여 암호화하고 암호화된 영상신호를 전송하는 송신부(200)와; 상기 송신부(200)에서 전송된 암호화된 영상신호를 수신하여 복호화하고 복호화된 영상신호를 전송하는 수신부(300); 및 상기 수신부(300)에서 전송된 복화된 영상신호를 수신하여 영상화하는 모니터(400)로 구성되며; 상기 송신부(200)에서 난수화되어 출력되어 지는 일정한 값을 지정하면 I 프레임의 위치정보가 변조되고 패킷타이징한 후 널 프레임의 널 패킷에 I 프레임의 위치 정보가 삽입되어 널 프레임의 널 패킷에서의 I 프레임의 위치정보가 변화하는 것을 특징으로 한다.

그러나 상기 발명은 널프레임의 패턴 형성 방식이 정교화되어 있지 않아, 패턴을 어떻게 형성하는지, 나아가 어떤 식으로 패턴이 변조되는 지에 대한 부가적인 구성이 부족하다 할 수 있다.

따라서, 특정한 패턴으로 영상에 널(Null) 프레임을 삽입하여 영상의 암호화 및 전송율을 향상시킬 수 있도록 하되, 패턴의 변조 처리 역시 가능하여 암호화 성능을 개선할 수 있도록 한 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템을 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.

본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 특정한 패턴으로 영상에 널(Null) 프레임을 삽입하여 영상의 암호화 및 전송율을 향상시킬 수 있도록 한, 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 영상의 반복적 암호화 및 복호화를 통해 영상을 해킹으로 부터 방지하여 보안성을 높이는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 널 프레임 삽입 시 널프레임이 삽입되는 주기 및 삽입 개수를 지정할 수 있도록 하여 패턴의 적용 및 변형을 용이하게 하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 생성된 패턴을 전송속도, 지연률, 손실률, 영상의 용량 등에 따라 보정 가능케 하여 전송속도를 보다 높일 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 전송속도의 분포에서 피크 발생 시에 따라 널 프레임 삽입 패턴을 변형할 수 있도록 하여 전송 안전성 및 속도를 보다 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템은, 영상을 촬영하여 전송하는 촬영모듈; 상기 영상을 수신하여 저장하는 저장모듈; 상기 영상에 포함되어 있는 기본 널프레임을 제거하여 1차 보정영상을 생성하는 1차제거모듈; 상기 1차 보정영상에 포함된 복수개의 상기 I프레임의 위치정보를 각각 파악하는 위치파악부를 포함하는 영상분석모듈; 상기 1차 보정영상에 삽입될 추가 널프레임의 삽입패턴정보를 생성하는 패턴생성모듈; 생성된 상기 삽입패턴정보에 따라 추가 널프레임을 상기 1차 보정영상에 삽입하여 최종 보정영상을 생성하는 삽입모듈; 상기 최종 보정영상을 외부 서버로 전송하는 제공모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 촬영모듈은, 상기 영상을 촬영하는 촬영부 및, 촬영된 상기 영상을 암호화하는 기본암호화부를 더 포함하고, 상기 저장모듈은, 암호화된 상기 영상을 수신하는 수신부 및, 수신된 상기 영상을 복호화하는 기본복호화부와, 복호화된 상기 영상을 저장하는 저장서버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 삽입모듈은, 생성된 상기 삽입패턴정보에 따라 상기 추가 널프레임을 상기 1차 보정영상에 삽입하여 최종 보정영상을 삽입하는 영상보정부 및, 상기 최종 보정영상을 암호화하는 추가암호화부를 더 포함하고, 상기 제공모듈은, 암호화된 상기 최종 보정영상을 외부 서버로 전송하는 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 영상분석모듈은, 상기 1차 보정영상을 I프레임(Infra frame)과 상기 I프레임에 종속되는 복수 개의 P프레임(Predicted frame)으로 그룹핑하여 복수개의 섹터를 생성하는 섹터생성부를 더 포함하고, 상기 위치파악부는, 상기 섹터별 I프레임의 위치정보를 파악하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템에 의하면,

1) 특정한 패턴으로 영상에 널(Null) 프레임을 삽입하여 영상의 암호화 및 전송율을 향상시킬 수 있도록 한, 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템을 제공하고,

2) 영상의 반복적 암호화 및 복호화를 통해 영상을 해킹으로부터 방지하여 보안성을 높였으며,

3) 널 프레임 삽입 시 널프레임이 삽입되는 주기 및 삽입 개수를 지정할 수 있도록 하여 패턴의 적용 및 변형을 용이하게 했을 뿐 아니라.

4) 생성된 패턴을 전송속도, 지연률, 손실률, 영상의 용량 등에 따라 보정 가능케 하여 전송속도를 보다 높일 수 있도록 하였고,

5) 전송속도의 분포에서 피크 발생 시에 따라 널 프레임 삽입 패턴을 변형할 수 있도록 하여 전송 안전성 및 속도를 보다 향상시킬 수 있도록 하였다.

도 1은 본 발명의 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 시스템이 구현되는 프로세스를 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 널프레임 삽입 패턴 예시를 나타낸 개념도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템(1)은 특정한 패턴으로 영상에 널(Null) 프레임을 삽입하여 영상의 암호화 및 전송율을 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하며, 이 때 기본적으로 본 발명의 시스템(1)은 촬영을 위한 카메라(10)를 포함하는 촬영모듈(100) 및 메인서버(20), 그리고 생성된 최종 영상을 제공받는 외부 서버(30)를 포함하여 구성된다.

촬영모듈(100)은 영상을 촬영하는 기기에 장착된 카메라(10)와 카메라(10)에 의해 촬영된 영상을 처리하는 주체를 의미하며, 이 때 일반적으로 영상 촬영 기기는 CCTV일 수 있다. 이러한 촬영모듈(100)은 전봇대, 실내 공간의 천장 등에 설치되어 카메라(10) 렌즈를 기준으로 전방을 촬영하는 것을 기본으로 하되, 카메라(10) 렌즈를 어안 렌즈로 사용할 경우 후방이나 측방까지 촬영할 수 있음은 물론이다.

이러한 촬영모듈(100)은 설치된 주변 환경 또는 실내 공간의 영상을 촬영하는 기능을 수행하며, 나아가 추가적 구성을 통해 일차적으로 촬영된 영상에 대한 일차 암호화를 수행할 수도 있다. 이렇게 촬영모듈(100)에 의해 촬영된 영상은 메인서버(20)를 통해 암호화 및 널프레임의 삽입 처리가 완료된 후 외부 서버(30)에 전송된다.

메인서버(20)는 본 발명의 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템(1)이 수행되는 수행 주체라 할 수 있으며, 기본적으로 영상에 포함될 수 있는 기본 널프레임을 제거한 후 패턴정보를 생성하고, 해당 패턴정보에 따라 패턴화된 널프레임을 영상에 삽입하여 영상을 보정처리 한다.

이를 통해 영상의 전송속도를 안정화하여 전송속도를 높이고 지연률이나 손실률 발생을 최소화하는 역할을 한다. 나아가 메인서버(20)에서 반복적으로 영상의 암호화를 수행할 수도 있어, 영상의 보안성을 높일 수 있다. 만약 촬영모듈(100)에서 일차적으로 영상이 암호화되어 전송된 경우, 메인서버(20)는 암호화된 영상을 복호화하고 기본 널프레임 제거, 패턴화된 널프레임 삽입 및 영상 보정을 수행한 뒤 보정된 영상을 다시 암호화하여 외부 서버(30)에 전송하게 된다.

이러한 본 발명의 메인서버(20)는 본 발명의 시스템(1)을 구현해내기 위한 일련의 주체(중앙관제서버)로서, 서버PC 및 네트워크 통신망 등을 함께 포함한다. 더불어 메인서버(20)는 중앙처리장치(CPU) 및 메모리와 하드디스크와 같은 저장수단을 구비한 하드웨어 기반에서 중앙처리장치에서 수행될 수 있는 프로그램, 즉 소프트웨어가 설치되어 이 소프트웨어를 실행할 수 있는데 이러한 소프트웨어에 대한 일련의 구체적 구성을 '모듈' 및 '부', '파트' 등의 구성단위로써 후술할 예정이다.

이러한 '모듈' 또는 '부' 또는 '인터페이스' 또는 '파트' 등 의 구성은 메인서버(20)의 저장수단에 설치 및 저장된 상태에서 CPU 및 메모리를 매개로 실행되는 소프트웨어 또는 FPGA 내지 ASIC과 같은 하드웨어의 일 구성을 의미한다. 이때, '모듈' 또는 '부', '인터페이스'라는 구성은 하드웨어에 한정되는 의미는 아니고, 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 일 예로서 '모듈' 또는 '부' 또는 '인터페이스'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.

이러한 '모듈' 또는 '부' 또는 '인터페이스'에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는'모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들로 더 분리될 수 있다.

더불어, 메인서버(20)는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 모든 종류의 하드웨어 장치를 의미하는 것이고, 실시예에 따라 해당 하드웨어 장치에서 동작하는 소프트웨어적 구성도 포괄하는 의미로서 이해될 수 있다. 예를 들어, 서버의 일 예로서의 컴퓨팅 장치는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑, 노트북 및 각 장치에서 구동되는 사용자 클라이언트 및 애플리케이션을 모두 포함하는 의미로서 이해될 수 있으며, 또한 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 외부 서버(30)는 메인서버(20)를 통해 보정 처리된 영상을 제공받는 주체를 의미한다. 이때 외부 서버(30)는 보정된 영상을 제공받고자 하는 개인 또는 업체에서 구비한 서버로서, 개인 또는 업체에서 구비한 서버용 개별 PC나 서버용 개별 PC의 집합체 등이 될 수 있으며, 혹은 개인 또는 업체에서 구비한 태블릿 PC나 스마트폰 등을 통해 서버 운영이 가능한 경우 그 역시 외부 서버(30)가 될 수 있음은 물론이다.

이와 같은 본 발명의 시스템(1)의 구체적인 구성을 도 2내지 도 4와 함께 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 시스템이 구현되는 프로세스를 나타낸 순서도이며, 도 4는 본 발명의 널프레임 삽입 패턴 예시를 나타낸 개념도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 시스템(1)은 기본적으로 촬영모듈(100), 저장모듈(200), 1차제거모듈(300), 영상분석모듈(400), 패턴생성모듈(500), 삽입모듈(600), 제공모듈(700)을 포함할 수 있으며, 추가적으로 패턴보정모듈(800)을 더 포함할 수 있다.

촬영모듈(100)은 촬영 대상의 영상을 촬영하여 전송하는 기능을 수행하는 것으로서, 설정된 촬영모듈(100), 보다 상세하게는 촬영모듈(100)에 포함된 촬영부(110)의 카메라(10)를 통해 촬영 대상의 영상을 촬영하고, 송신부(130)를 통해 생성된 영상을 전송하는 기능을 제공한다. 이때 본 발명의 촬영모듈(100)은 일반적으로 CCTV이므로 카메라(10)에 의해 단편적인 이미지를 촬영하는 것이 아닌 연속적인 동영상을 촬영하는 것이 적합하다.

또한 촬영부(110) 및 송신부(130) 외에도 촬영부(110)는 기본암호화부(120)를 더 포함할 수 있는데, 이는 후술할 저장모듈(200) 등에 영상을 저장 및 추가 구성을 통해 영상을 저장하는 과정에서도 암호화 및 복호화를 반복하도록 하여 영상을 해킹으로부터 보호하여 보안성을 높이기 위함이다. 이를 위해 촬영모듈(100)은 촬영된 영상을 1차적으로 암호화 처리하는 기본암호화부(120)를 포함할 수 있으며, 이 때 기본암호화부(120)에서의 암호화 방식에 대해서는 제한을 두지 않는다. 기본암호화부(120)가 포함되는 경우 송신부(130)는 암호화된 영상을 전송 처리하게 된다.

저장모듈(200)은 촬영된 영상을 수신하여 저장하는 기능을 수행하는 것으로서, 영상을 수신하는 수신부(210) 및 영상을 저장하는 저장서버(230)를 포함하여 촬영모듈(100)로부터 전송된 영상을 수신 및 저장 처리한다. 저장모듈(200)의 경우 촬영모듈(100)과 일체화된 구성일 수도 있으나, 별도의 구성일 수도 있음은 물론이다. 더불어 상술한 바와 같이 촬영모듈(100)에서 자체적으로 영상을 암호화할 수 있는 경우, 수신부(210)는 암호화된 영상을 수신하게 되며, 이 때 저장모듈(200)은 기본복호화부(220)를 더 포함하여 수신된 상기 영상을 복호화하게 된다. 이 때 복호화 방식에는 제한을 두지 않으므로, 상술한 기본암호화부(120)에서의 암호화 방식을 따라 복호화가 이루어지게 된다. 더불어 상술한 촬영모듈(100)의 기본암호화부(120) 및 저장모듈(200)의 기본복호화부(220)가 구성에 포함되는 경우, 저장서버(230)는 복호화된 상기 영상을 저장 처리하게 된다.

1차제거모듈(300)은 상기 영상에 포함되어 있는 기본 널프레임을 제거하여 1차 보정영상을 생성하는 기능을 수행한다. 일반적으로 영상 등이 전송되는 경우(비디오 전송 스트림의 경우) 전송속도(전송율)을 일정하게 유지하기 위해 널프레임이 불규칙적으로 삽입된 상태로 전송 처리된다. 따라서 촬영모듈(100)에서 영상이 촬영되어 저장모듈(200)에 전송될 때에도, 전송된 영상에는 널프레임이 불규칙적인 형태로 기본적으로 삽입되어 있는 것이다. 따라서 1차제거모듈(300)에서는 상기 영상에 기본적으로 포함되어 있는 널프레임인 기본 널프레임을 검출하고 이를 제거하여 1차 보정영상을 생성하는 것이다. 이 때 불규칙적으로 삽입된 널프레임을 검출 및 제거하는 것은 공지의 기술을 이용하면 되므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

영상분석모듈(400)은 상기 1차 보정영상에 포함된 각각의 프레임 중에서도 I프레임의 위치정보를 파악하는 기능을 수행한다. 이를 위해 영상분석모듈(400)은 섹터생성부(410) 및 위치파악부(420)를 더 포함할 수 있다.

섹터생성부(410)는 상기 1차 보정영상을 I프레임(Infra frame)과 상기 I프레임에 종속되는 복수 개의 P프레임(Predicted frame)으로 그룹핑하여 복수 개의 섹터를 생성하는 기능을 수행한다.

바람직하게는 상기 1차 보정영상을 시간 순서에 따라 복수 개의 프레임으로 분리하되, 일정 시간마다 위치하는 프레임을 I프레임으로 지정(즉, 부호화)하고, 어느 하나의 I프레임을 기준으로 시간 순서에 따라 다음 I프레임까지 위치하는 복수 개의 프레임들을 각각 P프레임으로 지정(즉, 부호화)하여 기준으로 지정된 I프레임에 종속시키면, 이러한 I프레임과 I프레임에 종속된 복수 개의 P프레임을 묶은 섹터를 형성할 수 있다.

이것은 MPEG 영상 포맷에서 활용되는 방식과 유사한 구성으로서, 특정 시간마다 혹은 특정 개수의 프레임을 묶어 섹터를 형성하되, 이 섹터에서 가장 앞선 시간에 위치하는 프레임을 I프레임으로 지정하고, 섹터 내에서 I프레임을 제외한 나머지 프레임들을 P프레임으로 지정하여 시간 순서 상 앞에 위치한 I프레임에 P프레임들을 종속시켜 하나의 그룹(즉, 섹터)을 생성하는 기능을 제공한다.

예를 들어, 상술한 바와 같이 하나의 섹터는 하나의 I프레임과 복수 개의 P프레임으로 구성된다고 하였는데, 이 때 섹터생성부(410)는 'IPPPPPP'와 같은 섹터를 생성할 수 있다. 여기서 섹터의 길이는 본 발명의 시스템(1) 관리자에 의해 설정될 수 있으며, 즉 섹터의 길이를 설정하는 것은 곧 영상 분야에서 프레임 속도를 조절하는 것을 의미한다.

더불어 영상분석모듈(400)에 포함된 위치파악부(420)는 해당 1차 보정 영상에 포함된 각 프레임을 시간순으로 나열하였을 때, 그 중에서도 각 섹터별 I프레임의 위치정보를 파악하는 역할을 수행한다. 이는 후술할 추가 널프레임을 패턴에 따라 삽입함에 있어, 해당 섹터별 I프레임의 위치정보를 추가 널프레임에 함께 삽입 처리할 수 있어 패턴화되어 삽입된 널프레임의 위치정보를 보다 효과적으로 파악할 수 있도록 하기 위함이다.

패턴생성모듈(500)은 상기 1차 보정 영상에 삽입되는 패턴화된 널프레임인 추가 널프레임의 패턴인 삽입패턴정보를 생성하는 기능을 수행한다. 이 때 삽입패턴정보라 함은 1차 보정영상을 구성하는 모든 프레임 내에서 어떠한 주기로, 주기마다 몇 개의 추가 널프레임이 삽입할 것인지를 지정한 것이라 할 수 있는데, 이를 위해 패턴생성모듈(500)은 주기생성부(510) 및 개수지정부(520)를 더 포함할 수 있다.

주기생성부(510)는 상술한 바와 같이 삽입패턴정보의 일부로서, 삽입 처리되는 널프레임인 추가 널프레임이 1차 보정영상에 삽입될 주기에 대한 정보인 주기정보를 생성한다. 예를 들어 섹터별 I프레임의 경우 "XX개의 I프레임마다 추가 널프레임을 삽입한다"가 주기정보가 될 수 있다. 이 때 주기정보의 설정 방식에 대해서는 제한을 두지 않는다.

개수지정부(520)는 삽입패턴정보의 일부로서 각각의 주기정보마다 삽입처리 될 추가 널프레임의 개수를 지정하는 역할을 지정하는 역할을 수행한다. 예를 들어 "1주기에는 2개의 추가 널프레임을 삽입하고, 2주기에는 3개의 추가 널프레임을 삽입한다." 등의 방식으로 개수가 지정될 수도 있으며, 가장 단순하게는 모든 주기정보마다 동일한 개수의 추가 널프레임이 삽입될 수 있도록 동일한 개수를 지정하는 것 역시 가능하다. 이와 같이 개수지정부(520)에서의 개수 지정 방식이나 그 개수에 있어서는 제한이 없다.

다음으로 삽입모듈(600)은 기본적으로 영상보정부(610)를 포함하여, 생성된 상기 삽입패턴정보에 따라 추가 널프레임을 상기 1차 보정영상에 삽입하여 최종 보정영상을 생성하는 역할을 수행한다. 패턴생성모듈(500)에서 생성된 삽입패턴정보에 따라서 추가 널프레임을 1차 보정영상에 패턴대로(주기적으로, 개수에 맞게) 삽입 처리하여 최종 보정영상을 생성하는 것이다.

따라서 생성된 상기 삽입패턴정보에 따라 각각의 주기정보, 즉 기 지정된 주기마다 기 지정된 개수만큼의 추가 널프레임이 삽입되는 것인데, 이 때 상술한 구성에서 1차 보정영상이 I프레임과 P프레임으로 섹터화된다고 하였으므로, 삽입되는 각각의 추가 널프레임마다 상기 섹터 및 해당 섹터의 I프레임의 위치정보가 함께 삽입 처리된다. 따라서 각각의 추가 널프레임이 어느 섹터의 어느 I프레임에 삽입되었는지를 확인할 수 있어 추가 널프레임의 위치를 파악할 수 있게 된다. 이 때 프레임의 위치정보라 함은 전체 프레임 중 해당 I프레임이 몇 번째 프레임인지 나타내는 것이다. 이 때 추가 널프레임이 각각의 주기마다 삽입되면서 I프레임의 위치 역시 변조되기 마련인데, 이를 파악함과 동시에 이를 통해 영상의 추가적인 암호화를 꾀할 수 있어 해킹으로부터의 보안성을 높일 수 있게 된다.

더불어 삽입모듈(600)은 추가암호화부(620)를 더 포함하여 최종 보정영상을 추가적으로 암호화할 수도 있다. 이 때 암호화 방식에는 제한을 두지 않으며, 추가암호화부(620)를 통해 외부 서버(30)에 전송될 영상을 한 번 더 암호화 처리하여 보안성을 보다 높일 수 있다.

제공모듈(700)은 생성된 최종 보정영상을 외부 서버(30)로 전송하는 역할을 수행한다. 이 때 삽입모듈(600)의 추가암호화부(620)가 최종 영상을 추가적으로 암호화하는 경우, 제공모듈(700)은 암호화된 최종 보정영상을 외부 서버(30)로 전송하여 외부 서버(30)에서 복호화하도록 할 수도 있다.

이와 같은 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템(1)은 특정한 패턴으로 영상에 널(Null) 프레임을 삽입하여 영상의 암호화 및 전송율을 향상시킬 수 있도록 하였으며, 나아가 반복적인 암호화 및 복호화를 통해 영상을 해킹으로부터 보호하여 보안성을 보다 높일 수 있게 되는 것이다.

추가적으로 여기서 더 나아가 추가 널프레임의 삽입 시 추가 널프레임을 단순 패턴화하는 것뿐만 아니라, 영상의 용량, 영상이 전송되고 있는 실시간 전송속도(전송률), 영상 전송에 있어서의 실시간 지연율, 손실률 등을 기반으로 실시간으로 추가 널프레임이 삽입되는 삽입패턴정보를 보정할 수도 있다. 이를 통해 패턴을 보다 정교화하고 난수화하여 보안성을 보다 높임과 동시에 전송에서의 안정성을 높이고 전송율을 극대화할 수 있게 된다.

이를 위해 본 발명의 시스템(1)은 생성된 상기 삽입패턴정보를 보정하여 보정패턴정보를 생성하는 패턴보정모듈(800)을 더 포함할 수 있으며, 이와 같이 보정패턴정보가 생성되는 경우 상기 삽입모듈(600), 구체적으로 영상보정부(610)는 상기 보정패턴정보에 따라 추가 널프레임을 상기 1차 보정영상에 삽입하여 최종 보정영상을 생성하게 된다.

이 때 패턴보정모듈(800)은 기본패턴파악부(810), 용량파악부(820), 속도파악부(830), 보정수치생성부(840), 보정수행부(850)를 포함할 수 있다.

기본패턴파악부(810)는 생성된 상기 삽입패턴정보를 파악하는 기능을 수행하는 것으로서, 삽입패턴정보의 주기정보와 주기정보 별로 삽입되는 추가 널프레임의 개수를 정확하게 파악하여 보정을 위한 준비를 수행한다.

용량파악부(820)는 상기 1차 보정영상의 용량을 파악하는 것으로서, 이 때 용량의 단위는 일반적으로 MB단위로 파악될 수 있다. 일반적으로 CCTV의 경우 시간 단위별로 영상이 구성되어 개별 영상의 용량 자체는 크지 않은 것이 일반적이므로, GB보다는 MB 단위를 사용할 수 있다. 그러나 영상의 단위 용량 자체가 큰 경우, 영상의 용량 기본 단위를 GB로 설정하는 것 역시 가능함은 물론이다. 이는 일반적으로 CCTV 영상들이 시간별로 별도로 저장, 전송됨에서 착안한 것이다.

속도파악부(830)는 실시간으로 보정 처리되어 전송되고 있는 최종 보정영상의 전송속도(전송율), 지연율, 손실률을 파악한다. 이때 전송속도(전송율)은 Mbps단위가 일반적이고, 지연율은 ms 단위임이 일반적이며, 손실률은 % 단위가 아닌 일반 소수점 단위로 이용하게 된다.(만약 인터넷 속도 측정 기준 손실률이 20인 경우 20%를 의미하므로 본 발명에서는 0.2로 계산한다.) 이는 CCTV 영상을 구성하는 각각의 영상이 각각 보정되고 외부 서버(30)에 각각 전송되므로, 이 때 실시간으로 외부 서버(30)에 전송되는 전송속도, 지연율, 손실률을 다음 1차 보정영상의 보정 처리 시에 반영할 수 있도록 하는 것이다.

보정수치생성부(840)는 상기 용량, 전송속도, 지연율, 손실률을 기반으로 보정수치를 생성하는 역할을 수행한다. 이 때 상기 보정수치생성부(840)는, 다음의 수학식 1을 통해 보정수치를 산출할 수 있다.

수학식 1,

여기서,

은 보정수치,

은 손실률,

는 1차 보정영상의 용량,

는 지연율,

는 전송속도로서

를 의미한다.

이때 상술한대로 손실률은

사이의 값을 나타내고, 손실률이 1에 수렴할수록 하이퍼볼릭 탄젠트의 역함수의 값은 무한대에 가깝게 발산한다. 따라서 손실률에 하이퍼볼릭 탄젠트의 역함수를 씌운 값은 0 내지 무한대 사이에서 나타나게 된다. 예를 들어 손실율이 1퍼센트인 경우 0.01의 손실율 값을 가지므로,

의 값은 대략 0.01로 나타난다. 그러나 손실율이 50퍼센트인 경우 0.6의 손실율 값을 갖는데, 이 때

는 0.54의 값을 갖는다. 더불어 손실율이 85퍼센트인 경우 0.85의 손실율 값을 갖는데, 이 때

는 1.25로 나타난다. 즉 손실율이 1에 가까워질수록 급격하게 커지며, 손실율이 매우 작은 경우 하이퍼볼릭 탄젠트 역함수의 값은 손실율의 값과 거의 유사하다.

는 1차 보정영상의 용량으로써 상술한 바와 같이 mb 단위이므로 100mb일 경우 100이 된다. 더불어 용량이 예를 들어 860mb 인 경우 860이며, 용량이 1.2GB인 경우 1228.8의 값을 갖게 된다.

d는 지연율로써 ms 단위를 사용한다 이 때 d 값의 예시로는 예를 들어 지연율이 50ms 인 경우 50이 된다.

는 전송속도로서 일반적으로 Mbps값을 사용한다 하였다. 즉 475Mbps의 전송속도를 갖는 경우 475의 값을 갖는 것이다.

보정수치는 손실률, 용량, 지연율, 전송속도에 대해서 상술한 바와 같은 기본단위를 통해 나타나게 된다. 이 때 보정수치가 높을수록 삽입패턴정보의 보정이 더욱 필요하다고 간주되는 것인데, 이는 손실률이 높을수록, 용량이 클수록, 지연율이 높을수록, 전송속도가 느릴수록 보정수치가 올라가게 된다. 특히 손실률이 클수록 보정수치가 급격하게 상승하는 그래프가 나타나 보정 수행 필요성이 높아짐을 나타내는 것이다. 따라서 촬영모듈(100)에서 촬영되는 각각의 영상이 보정 및 외부 서버(30)에 전송될 때 이전 영상이 전송 처리된 전송속도, 지연율, 손실률에 따라 다음 영상의 삽입패턴정보가 보정될 수 있도록 한 것이다. (이 때 영상의 용량은 일반적으로 대개 비슷한 수치이므로 큰 영향을 주지는 않는다.)

보정수행부(850)는 상기 보정수치를 기반으로 상기 삽입패턴정보를 보정하는 역할을 수행한다. 보정수치가 높을수록 삽입패턴정보가 보다 많이 보정 처리되고 (주기정보의 변동 및 개수의 변동이 모두 이루어진다.) 보정수치가 낮을수록 삽입패턴정보가 기존과 유사하게 유지될 수 있는 것이다. 이 때 삽입패턴정보의 보정은 자동으로 이루어질 수도 있으며, 혹은 시스템(1) 관리자가 직접 삽입패턴정보를 보정 처리하는 것 역시 가능하다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

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1 : 시스템 10 : 카메라
20 : 메인서버 30 : 외부 서버
100 : 촬영모듈 110 : 촬영부
120 : 기본암호화부 130 : 송신부
200 : 저장모듈 210 : 수신부
220 : 기본복호화부 230 : 저장서버
300 : 1차제거모듈 400 : 영상분석모듈
410 : 섹터생성부 420 : 위치파악부
500 : 패턴생성모듈 510 : 주기생성부
520 : 개수지정부 600 : 삽입모듈
610 : 영상보정부 620 : 추가암호화부
700 : 제공모듈 800 : 패턴보정모듈
810 : 기본패턴파악부 820 : 용량파악부
830 : 속도파악부 840 : 보정수치생성부
850 : 보정수행부 860 : 변동값산출부

Claims (12)

1. 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템으로서,
   영상을 촬영하여 전송하는 촬영모듈;
   상기 영상을 수신하여 저장하는 저장모듈;
   상기 영상에 포함되어 있는 기본 널프레임을 제거하여 1차 보정영상을 생성하는 1차제거모듈;
   상기 1차 보정영상에 포함된 복수개의 I 프레임의 위치정보를 각각 파악하는 위치파악부를 포함하는 영상분석모듈;
   상기 1차 보정영상에 삽입될 추가 널프레임의 삽입패턴정보를 생성하는 패턴생성모듈;
   생성된 상기 삽입패턴정보에 따라 추가 널프레임을 상기 1차 보정영상에 삽입하여 최종 보정영상을 생성하는 삽입모듈;
   상기 최종 보정영상을 외부 서버로 전송하는 제공모듈;
   생성된 상기 삽입패턴정보를 보정하여 보정패턴정보를 생성하는 패턴보정모듈;을 포함하고,
   상기 삽입모듈은,
   상기 보정패턴정보에 따라 추가 널프레임을 상기 1차 보정영상에 삽입하여 최종 보정영상을 생성하며,
   상기 패턴보정모듈은,
   생성된 상기 삽입패턴정보를 파악하는 기본패턴파악부와, 상기 1차 보정영상의 총 용량을 파악하는 용량파악부 및, 상기 외부 서버로의 전송속도 및 지연율, 손실률을 파악하는 속도파악부와, 상기 용량, 전송속도, 지연율, 손실률을 기반으로 보정수치를 생성하는 보정수치생성부 및, 상기 보정수치를 기반으로 상기 삽입패턴정보를 보정하는 보정수행부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 촬영모듈은,
   상기 영상을 촬영하는 촬영부 및,
   촬영된 상기 영상을 암호화하는 기본암호화부,
   암호화된 상기 영상을 전송하는 송신부를 더 포함하고,
   상기 저장모듈은,
   암호화된 상기 영상을 수신하는 수신부 및,
   수신된 상기 영상을 복호화하는 기본복호화부와,
   복호화된 상기 영상을 저장하는 저장서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 삽입모듈은,
   생성된 상기 삽입패턴정보에 따라 상기 추가 널프레임을 상기 1차 보정영상에 삽입하여 최종 보정영상을 삽입하는 영상보정부 및,
   상기 최종 보정영상을 암호화하는 추가암호화부를 더 포함하고,
   상기 제공모듈은,
   암호화된 상기 최종 보정영상을 외부 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는, 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 영상분석모듈은,
   상기 1차 보정영상을 I프레임(Infra frame)과 상기 I프레임에 종속되는 복수 개의 P프레임(Predicted frame)으로 그룹핑하여 복수개의 섹터를 생성하는 섹터생성부를 더 포함하고,
   상기 위치파악부는,
   상기 섹터별 I프레임의 위치정보를 파악하는 것을 특징으로 하는, 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 패턴생성모듈은,
   추가 널프레임이 삽입되는 주기정보를 생성하는 주기생성부 및,
   상기 주기정보마다 삽입될 추가 널프레임의 개수를 지정하는 개수지정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 삽입모듈은,
   생성된 상기 삽입패턴정보에 따라 주기정보마다 기 지정된 개수만큼의 추가 널프레임을 삽입하되,
   상기 삽입되는 추가 널프레임마다 상기 섹터 및 상기 I프레임의 위치정보가 삽입되는 것을 특징으로 하는, 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 시스템은,
   상기 보정수치생성부는,
   다음의 수학식 1을 통해 보정수치를 산출하는 것을 특징으로 하는, 패턴화된 널 프레임 삽입을 통한 영상 암호화 시스템.
   수학식 1,

   

   
   (여기서,

   

   은 보정수치,

   

   은 손실률,

   

   는 1차 보정영상의 용량,

   

   는 지연율,

   

   는 전송속도로서

   

   )
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