KR102586709B1 - 영상 보호 송신 장치, 수신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

영상 보호 송신 장치, 수신 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 방법은 영상 보호 송신 장치 및 영상 수신 장치의 영상 보호 방법에 있어서, 상기 영상 보호 송신 장치가, 입력 받은 영상 데이터를 비트스트림 데이터로 부호화하고, 프로파일의 종류와 암호화 요소에 기반하여 상기 비트스트림 데이터의 일부만을 암호화하는 선택적 암호화를 수행하고, 상기 선택적 암호화가 수행된 비트스트림 데이터를 상기 영상 수신 장치에게 전송하는 단계 및 상기 영상 수신 장치가, 상기 선택적 암호화가 수행된 비트스트림 데이터를 수신하고, 프로파일의 종류와 암호화 요소에 기반하여 상기 비트스트림 데이터의 일부만이 암호화된 영역을 복호화하고, 복호화된 비트스트림 데이터로부터 상기 영상 데이터를 복원하는 단계를 포함한다.

Description

영상 보호 송신 장치, 수신 장치 및 방법 {TRANSMITTING APPARATUS, RECEIVEING APPARATUS AND METHOD FOR PROTECTING VIDEO}
본 발명은 영상 처리, 영상 송·수신 및 영상 암·복호화 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 암·복호화된 영상의 실시간 라이브 방송 제공 및 스트리밍 서비스 저장 영상의 기밀성을 보장하는 기술에 관한 것이다.
사회 곳곳에 위치한 CCTV 및 IoT 기기의 영상들을 각종 범죄의 예방, 적발, 사건 해결에 결정적인 역할을 하고 있을 뿐 아니라, 사용자의 삶의 편의를 제공하면서 그 활용이 계속해서 증가하고 있다. 그러나, 영상정보처리기의 불법적인 설치, 카메라의 소형화 등 기술발전이 도리어 범죄에 악용되면서 발생하는 문제에 대한 개선을 요구하고 있다.
개인영상정보는 정보의 특성상 정보 주체를 특정하기 쉽고, 불법적인 유통이 취약하며 영상 유출로 인해 정보주체의 수치심과 혐오감을 야기할 수 있는 민감한 정보이기 때문에 그 보호에 더 많은 주의가 요구되고 있다. 따라서, 현재 CCTV 영상과 같은 화상 정보의 경우 현행 법규에 의해 규제 받기도 하고 개인영상정보보호법과 같은 다양한 법안도 발효를 앞두고 있다.
기존의 영상 보호 기술은 전송 과정(HTTPS(SSL over HTTP), SSL-VPN(Secure Socket Layer-Virtual Private Network) 등) 또는 저장 시점(Data full encryption)에서의 다양한 솔루션들을 제공해 왔다. 하지만, 전송과정에서의 보호 기술은 카메라 단말 또는 저장서버에서의 안전성을 보장하지 않으며, 데이터 전체 암호화는 영상 포맷을 손상시켜 실행을 방해하는 한계를 제공하였다.
결국, 영상 정보는 다른 개인 정보와 달리 정보 수집 과정이 '촬영'으로 이뤄지기 때문에 일일이 정보 주체에게 고지하거나 동의를 받을 수 없다는 기술상의 특수성이 존재함에 따라, 온라인상에서 수집되어 유통되는 전송·저장 영상들의 전주기 보호할 수 있는 체계적인 영상 보호 시스템 및 방법이 절실히 요구된다.
한편, 한국공개특허 제 10-2008-0028674 호“Ｈ.２６４ 형식의 동영상 방송프로그램 보호 장치 및 방법”는 네트워크 패킷을 스티핑하고 방송을 불법으로 시청하거나 저장하여 불법으로 유통하는 행위로부터 방송스트림을 보호하기 위해 원본 방송스트림을 실시간으로 암호화하여 멀티캐스팅하고 클라이언트 측에서 원하는 채널과 프로그램을 선택하여 시청할 수 있는 H.264 형식의 동영상 방송프로그램 보호 장치 및 방법에 관하여 개시하고 있다.
본 발명은 촬영 단계부터 불법적인 활용을 규제하는 체계화된 영상 보호를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 실시간 영상 암·복호화 시스템을 통해 촬영된 개인 영상 정보가 정보통신망을 통해 유포되어 개인 명예를 훼손하거나 개인의 지적재산권을 침해하는 행위를 차단하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 영상 데이터의 외부 유출 및 악의적 위·변조 방지를 위해 영상 데이터에 기밀성 및 무결성 부여하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 온라인상에서 수집되어 유통되는 전송·저장 영상들을 전 주기에서 보호하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 H.264 코덱 기반으로 압축률을 유지하는 영상 보호 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 압축 코덱 형식을 준수하는 영상을 보호하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 방법은 영상 보호 송신 장치 및 영상 수신 장치의 영상 보호 방법에 있어서, 상기 영상 보호 송신 장치가, 입력 받은 영상 데이터를 비트스트림 데이터로 부호화하고, 프로파일의 종류와 암호화 요소에 기반하여 상기 비트스트림 데이터의 일부만을 암호화하는 선택적 암호화를 수행하고, 상기 선택적 암호화가 수행된 비트스트림 데이터를 상기 영상 수신 장치에게 전송하는 단계 및 상기 영상 수신 장치가, 상기 선택적 암호화가 수행된 비트스트림 데이터를 수신하고, 프로파일의 종류와 암호화 요소에 기반하여 상기 비트스트림 데이터의 일부만이 암호화된 영역을 복호화하고, 상기 선택적 암호화가 복호화된 비트스트림 데이터로부터 상기 영상 데이터를 복원하는 단계를 포함한다.
본 발명은 촬영 단계부터 불법적인 활용을 규제하는 체계화된 영상 보호를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 실시간 영상 암·복호화 시스템을 통해 촬영된 개인 영상 정보가 정보통신망을 통해 유포되어 개인 명예를 훼손하거나 개인의 지적재산권을 침해하는 행위를 차단할 수 있다.
또한, 본 발명은 영상 데이터의 외부 유출 및 악의적 위·변조 방지를 위해 영상 데이터에 기밀성 및 무결성 부여할 수 있다.
또한, 본 발명은 온라인상에서 수집되어 유통되는 전송·저장 영상들을 전 주기에서 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 H.264 코덱 기반으로 압축률을 유지하는 영상 보호 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 압축 코덱 형식을 준수하는 영상을 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 H.264 코덱 기반 인코더의 부호화 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 H.264 코덱 기반 선택적 암호화 기법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 송신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시된 영상 부호화부의 일 예를 세부적으로 나타낸 블록도이다.
도 7은 도 5에 도시된 암호화부의 일 예를 세부적으로 나타낸 블록도이다.
도 8 내지 도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 Baseline 프로파일을 위한 암호화 요소 및 암호화 방법을 나타낸 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 Main/High 프로파일을 위한 암호화 요소 및 암호화 방법을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 송신 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
도 14는 도 13에 도시된 영상 부호화 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작흐름도이다.
도 15는 도 13에 도시된 암호화 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작흐름도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 수신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 17은 도 16에 도시된 암호 복호화부의 일 예를 세부적으로 나타낸 블록도이다.
도 18은 도 16에 도시된 영상 복호화부의 일 예를 세부적으로 나타낸 블록도이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 H.264 코덱 Baseline 프로파일 기반 선택적 복호화 기법을 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 H.264 코덱 Main/High 프로파일 기반 선택적 복호화 기법을 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 수신 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
도 22는 도 21에 도시된 암호 복호화 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작흐름도이다.
도 23은 도 21에 도시된 영상 복호화 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작흐름도이다.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 시스템을 나타낸 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 H.264 부호화 기술은 사용 영역에 맞게 특정 기술들만을 사용할 수 있도록 설정해두는 프로파일(profile)에 따라 영상 압축을 수행할 수 있다. 이는 모바일 방송과 같은 저전력, 저해상도에 적합한 베이스라인(Baseline) 프로파일과 압축률을 최대한 높이기 위한 기술들로 이루어진 메인(Main) 프로파일, 그리고 보다 고품질 영상을 위한 하이(high) 프로파일과 스트리밍 환경에 적합한 기술들이 추가된 확장(extended) 프로파일이 선택적으로 사용될 수 있으며, 이후 몇 가지 새로운 프로파일이 추가 될 수도 있다.
본 발명은 다양한 성능을 가지는 단말에 실시간 입력되는 영상을 보호하는 것을 목적으로, 단말 사양에 따라 최적화된 압축률을 제공하는 H.264 코덱을 기반으로 영상 암/복호화 방법을 제시한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 시스템은 실시간 영상 보호를 목적으로 하는 시스템을 나타낸 것을 알 수 있다. 영상 매체를 처리하는 영상 입력 단말로는 저사양(스마트폰, 블랙박스, Jetson TX2 등)부터 고사양(CCTV, 방송용 카메라)까지 다양한 단말을 포함할 수 있으며, 입력된 영상 데이터는 H.264 코덱을 활용하여 압축될 수 있다. 이후 압축된 비트스트림 데이터는 H.264 코덱 분석을 통해 압축률에 손상이 없도록 암호화하고, 영상 인지가 불가능한 상태로 저장되거나 비디오 서버 또는 스마트폰 등의 플레이어를 통해 암/복호화된 상태로 사용자에게 제공될 수 있다.
다시 말해, 영상 암호화는 CCTV, 블랙박스 등과 같은 단말에 입력과 동시에 압축과정을 거쳐 암호화를 적용될 수 있고, 영상 복호화는 영상 수신 서버 또는 사용자 단말에서 허용된 사용자가 가진 키에 의해서 복호화된 영상을 제공할 수 있다. 이러한 영상 암, 복호화를 수행하는 영상 보호 시스템은 온라인 상에서 수집되어 유통되는 전송·저장 영상들의 전주기 보호를 제공할 수 있다.
보다 상세하게는, 적용 위치 선택 기준은 표준화된 H.264 코덱의 변경 유무에 따라 도 2 및 도 3과 같이 다시 나뉠 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 H.264 코덱 기반 인코더의 부호화 과정을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 표준 H.264 코덱 자체 변경을 통해 암호화를 포함할 경우에는 엔트로피 코딩 단계에서 암호화 코드를 삽입할 수 있으며, 도 3을 참조하면, 표준 코덱에 대한 수정을 피하고자 할 경우에는 엔트로피 코딩 된 비트스트림을 분석하여 암호화 코드를 삽입하는 별도의 파서(parser, Nal unit Analysis)를 이용하여 표준 코덱에 대한 손상없이 암호화를 수행할 수 있다. 따라서, 표준코덱을 직접 수정할 것인지, 파서를 이용하여 표준코덱의 손상이 암호화를 수행할 것인지에 따라서 선택하여 적용하는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 H.264 코덱 기반 선택적 암호화 기법을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명은 두 번째 요소로 암호화할 요소를 선택할 수 있다. H.264 코덱 특징을 기반으로 데이터 전체가 아닌 일부만을 암호화하는 선택적 암호화 기법을 이용하는 것을 알 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 선택적 암호화(Selective Encryption)는 H.264 코덱의 압축 특징을 분석하여 영상에서 중요한 특징 정보만을 암호화함으로써 영상 전체를 인지하지 못하도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 암호화를 위한 H.264 코덱 특징 정보들을 선정하기 위해서는 H.264 코덱 압축률에 손상이 없는 영역 또는 최소화 할 수 있는 영역을 선택할 수 있다. 본 발명에서는 압축률에 손상없는 영역으로 IPM (Intra Prediction Mode), MVD (Motion Vector Difference)의 부호값(+,-), CAVLC로 부호화된 파라미터 중 trailing ones (T1s) 부호 값과 VLCN을 추출하여 암호화할 수 있다. 이 뿐만 아니라, 부호화하는 과정에서 고정길이를 가지는 영역은 암호화를 위한 특징 정보가 포함될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 송신 장치를 나타낸 블록도이다. 도 6은 도 5에 도시된 영상 부호화부의 일 예를 세부적으로 나타낸 블록도이다. 도 7은 도 5에 도시된 암호화부의 일 예를 세부적으로 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 송신 장치는 영상 입력부(110), 영상 부호화부(120), 암호화부(130) 및 영상 전송부(140)를 포함한다.
영상 입력부(110)는 영상 데이터를 입력 받을 수 있다.
영상 부호화부(120)는 영상 데이터를 압축할 수 있다.
이 때, 영상 부호화부(120)는 H.264 코덱을 이용하여 영상 데이터를 압축하고 비트스트림 데이터를 생성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 영상 부호화부(120)는 예측부(121), 양자화부(122) 및 엔트로피 부호화부(123)를 포함할 수 있다.
예측부(121)는 영상 데이터로부터 예측 값을 생성하여 영상 데이터를 부호화할 수 있다.
양자화부(122)는 영상 데이터의 양자화를 통해 영상 데이터를 이진화할 수 있다.
엔트로피 부호화부(123)는 영상 데이터의 심볼을 나타낸 코드의 길이에 기반하여 영상 데이터를 엔트로피 부호화할 수 있다.
이 때, 엔트로피 부호화부(123)는 영상 보호 송신 장치가 파서를 이용하지 않는 경우, Baseline 프로파일 또는 Main 프로파일에 기반한 영상 데이터의 일부 만을 암호화하는 선택적 암호화 기법을 이용하여 비트스트림 데이터를 암호화할 수 있다.
이 때, Baseline 프로파일과 Main 프로파일은 엔트로피 부호화 과정 또는 직후 코덱 내부 수정으로 암호화가 적용될 수 있다.
암호화부(130)는 암호화 요소에 기반하여 비트스트림 데이터의 일부 만을 암호화하는 선택적 암호화 기법을 이용하여 비트스트림 데이터를 암호화할 수 있다.
이 때, 암호화부(130)는 영상 보호 송신 장치가 파서를 이용하는 경우, Baseline profile 을 이용할 때에는, 파서를 통해 NAL unit 분석후 선택적 암호화를 적용할 수 있고, Main profile 을 이용할 때에는 도 7에 도시된 바와 같이 NAL unit 분석 후 CABAC 부호화와 CABAC 복호화를 수행할 수 있다.
이 때, Baseline 프로파일은 CAVLC를 사용할 수 있고, Main 프로파일은 CABAC를 사용할 수 있다.
보다 상세하게 도 7을 참조하여 Main 프로파일을 이용한 선택적 암호화를 설명하면, 암호화부(130)는 비트스트림 분석부(131), CABAC 복호화부(132), 선택적 암호화부(133) 및 CABAC 부호화부(134)를 포함할 수 있다.
비트스트림 분석부(131)는 파서를 통해 NAL unit을 분석할 수 있다.
CABAC 복호화부(132)는 CABAC 코딩된 비트스트림 데이터를 복호화할 수 있다.
선택적 암호화부(133)는 암호화 요소에 기반하여 CABAC 복호화된 비트스트림 데이터에 대한 선택적 암호화를 수행할 수 있다.
CABAC 부호화부(134)는 선택적 암호화된 비트스트림 데이터를 CABAC 부호화할 수 있다.
즉, Baseline 프로파일에 기반한 선택적 암호화는 영상 부호화부(120)의 엔트로피 부호화부(123)에서 수행될 수 있고, Main/High 프로파일에 기반한 선택적 암호화는 파서(Parser)를 포함하는 암호화부(130)에서 수행될 수 있다.
즉, 엔트로피 부호화부(123)와 암호화부(130)는 프로파일의 종류와 암호화 요소에 기반하여 선택적 암호화를 수행할 수 있다.
이 때, 엔트로피 부호화부(123)와 암호화부(130)는 영상 보호 송신 장치에 포함된 파서의 이용 여부에 따라 선택적 암호화를 수행할 수 있다.
영상 전송부(140)는 암호화된 비트스트림 데이터를 전송할 수 있다.
도 8 내지 도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 Baseline 프로파일을 위한 암호화 요소 및 암호화 방법을 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 Baseline 프로파일은 I/P프레임과 CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding)를 기반으로 부호화를 진행함에 따라 암호화키를 이용하여 해당 특징정보들을 Ex-Oring을 하여 암호화할 수 있다. 예를 들어, 암호화하고자 하는 bit와 키의 bit가 같을 경우는 그대로 유지, 다를 경우 bit 값을 반전시켜 표현할 수 있다. 도 8의 parser에서 암호화 모듈을 수행할 경우, 암호화 요소에 따른 암호화 방법에 대한 예제를 나타낸 것을 알 수 있다. Intra-MB(macroblock)의 IPM과 Inter-MB의 MV는 Fixed-length 또는 Exp-golomb code를 활용하여 부호화됨에 따라, 정해진 고정길이 또는 테이블에서 파란색으로 표시된 Suffix 부분을 암호화 키를 이용하여 암호화할 수 있다. Residual Data는 CAVLC를 이용하여 부호화되고 길이에 변화가 없는 Trailing one(sign bit)와 Level의 Suffix 부분만을 암호화하여 암호화 후에도 길이 변화가 없도록 할 수 있다.
이 때, 영상 보호 송신 장치는 파서를 이용하지 않는 경우, Baseline 프로파일에 기반한 영상 데이터의 일부 만을 암호화하는 선택적 암호화 기법을 이용하여 비트스트림 데이터를 암호화할 수 있다.
이 때, Baseline 프로파일은 엔트로피 부호화 과정 또는 직후 코덱 내부 수정으로 암호화가 적용될 수 있다.
이 때, 영상 보호 송신 장치는 파서를 이용하는 경우, Baseline profile 을 이용할 때에는, 파서를 통해 NAL unit 분석후 선택적 암호화를 적용할 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 Main/High 프로파일을 위한 암호화 요소 및 암호화 방법을 나타낸 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 Main/High 프로파일은 I/P/B프레임과 CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding )를 기반으로 부호화를 진행함에 따라 Baseline과 암호화 방법에서 차이를 가질 수 있다. CABAC의 엔트로피 코딩은 산술부호화 방식을 사용함에 따라 지정된 위치를 찾아 암호화하는 것은 복호화의 어려움을 가짐에 따라, 산술코딩 전인 이진화 후 단계에서 암호화를 수행할 수 있다. 도 11의 parser에서 암호화 모듈을 수행할 경우, CABAC에 대한 암호화 요소와 암호화 방법에 대한 예제를 나타낸 것을 알 수 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 파서를 이용하지 않고 표준코덱에 암호화를 적용한 경우에는 표준 코덱에서 이진화 후 CABAC 코딩 전에 암호화 모듈을 탑재하면 된다. 그러나, 도 3과 같이 Parser을 사용할 경우에는, 도 11 및 도 12에서와 같이 Parser 내 NAL unit 분석 후 CABAC 코딩된 비트스트림을 CABAC Decoding 하고 이진화된 암호화 요소를 위한 암호한 후 CABAC Encoding을 수행하는 모듈을 모두 탑재해야 한다. 따라서, Baseline 프로파일 암호화는 오리지널 표준 코덱 압축율과 동일한 반면, Main/High 프로파일 암호화는 압축율의 증가를 초래할 수 있다.
이 때, 영상 보호 송신 장치는 파서를 이용하지 않는 경우, Main 프로파일에 기반한 영상 데이터의 일부 만을 암호화하는 선택적 암호화 기법을 이용하여 비트스트림 데이터를 암호화할 수 있다.
이 때, Main 프로파일은 엔트로피 부호화 과정 또는 직후 코덱 내부 수정으로 암호화가 적용될 수 있다.
이 때, 영상 보호 송신 장치는 암호화 요소에 기반하여 비트스트림 데이터의 일부 만을 암호화하는 선택적 암호화 기법을 이용하여 비트스트림 데이터를 암호화할 수 있다.
이 때, 영상 보호 송신 장치는 영상 보호 송신 장치가 파서를 이용하는 경우, Main profile 을 이용할 때에는 도 7에 도시된 바와 같이 NAL unit 분석 후 CABAC 부호화와 CABAC 복호화를 수행할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 송신 방법을 나타낸 동작흐름도이다. 도 14는 도 13에 도시된 영상 부호화 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작흐름도이다. 도 15는 도 13에 도시된 암호화 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작흐름도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 송신 방법은 먼저 영상을 입력 받을 수 있다(S210).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 송신 방법은 영상 데이터를 압축하는 영상 부호화를 수행할 수 있다(S220).
즉, 단계(S220)는 H.264 코덱을 이용하여 영상 데이터를 압축하고 비트스트림 데이터를 생성할 수 있다.
도 14를 참조하면, 단계(S220)는 먼저 영상 데이터로부터 예측 값을 생성하여 영상 데이터를 부호화할 수 있다(S221).
또한, 단계(S220)는 영상 데이터의 양자화를 통해 영상 데이터를 이진화할 수 있다(S222).
또한, 단계(S220)는 영상 데이터의 심볼을 나타낸 코드의 길이에 기반하여 영상 데이터를 엔트로피 부호화할 수 있다(S223).
이 때, 단계(S223)는 영상 보호 송신 장치가 파서를 이용하지 않는 경우, Baseline 프로파일 또는 Main 프로파일에 기반한 영상 데이터의 일부만을 암호화하는 선택적 암호화 기법을 이용하여 비트스트림 데이터를 암호화할 수 있다.
이 때, Baseline 프로파일과 Main 프로파일은 엔트로피 부호화 과정 또는 직후 코덱 내부 수정으로 암호화가 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 송신 방법은 암호화를 수행할 수 있다(S230).
즉, 단계(S230)는 암호화 요소에 기반하여 비트스트림 데이터의 일부 만을 암호화하는 선택적 암호화 기법을 이용하여 비트스트림 데이터를 암호화할 수 있다.
이 때, 단계(S230)는 영상 보호 송신 장치가 파서를 이용하는 경우, Baseline 프로파일을 이용할 때에는, 파서를 통해 NAL unit 분석후 선택적 암호화를 적용할 수 있고, Main 프로파일을 이용할 때에는 도 7에 도시된 바와 같이 NAL unit 분석 후 CABAC 부호화와 CABAC 복호화를 수행할 수 있다.
이 때, Baseline 프로파일은 CAVLC를 사용할 수 있고, Main 프로파일은 CABAC를 사용할 수 있다.
이 때, 단계(S230)는 영상 보호 송신 장치가 파서를 이용하고, Main 프로파일을 이용할 때에는, NAL unit 분석 후 CABAC 부호화와 CABAC 복호화를 수행할 수 있다.
도 15를 참조하면, 단계(S230)는 먼저 파서를 통해 NAL unit을 분석할 수 있다(S231).
또한, 단계(S230)는 CABAC 코딩된 비트스트림 데이터를 복호화할 수 있다(S232).
또한, 단계(S230)는 암호화 요소에 기반하여 CABAC 복호화된 비트스트림 데이터에 대한 선택적 암호화를 수행할 수 있다(S233).
또한, 단계(S230)는 선택적 암호화된 비트스트림 데이터를 CABAC 부호화할 수 있다(S234).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 송신 방법은 영상을 전송할 수 있다(S240).
즉, 단계(S240)는 암호화된 비트스트림 데이터를 전송할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 수신 장치는 암호화된 영상을 허가된 사용자에게 복호화된 영상으로 제공할 수 있는 복호화 방법도 포함할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 수신 장치를 나타낸 블록도이다. 도 17은 도 16에 도시된 암호 복호화부의 일 예를 세부적으로 나타낸 블록도이다. 도 18은 도 16에 도시된 영상 복호화부의 일 예를 세부적으로 나타낸 블록도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 수신 장치는 영상 수신부(310), 암호 복호화부(320), 영상 복호화부(330) 및 영상 출력부(340)를 포함할 수 있다.
영상 수신부(310)는 영상 보호 송신 장치로부터 암호화된 비트스트림 데이터를 수신할 수 있다.
암호 복호화부(320)는 영상 데이터의 일부 만을 암호화하는 선택적 암호화 기법을 이용하여 암호화된 비트스트림 데이터를 복호화할 수 있다.
이 때, 암호 복호화부(320)는 영상 보호 수신 장치가 파서를 이용하는 경우, Baseline profile 을 이용할 때에는, 파서를 통해 NAL unit 분석후 선택적 암호복호화를 적용할 수 있고, Main profile 을 이용할 때에는 NAL unit 분석 후 CABAC 복호화와 CABAC 부호화를 수행할 수 있다.
이 때, Baseline 프로파일은 CAVLC를 사용할 수 있고, Main 프로파일은 CABAC를 사용할 수 있다.
도 17을 참조하면, 암호 복호화부(320)는 비트스트림 분석부(321), CABAC 부호화부(322), 선택적 암호화부(323) 및 CABAC 복호화부(324)를 포함할 수 있다.
비트스트림 분석부(321)는 파서의 Nal unit 분석을 수행할 수 있다.
CABAC 부호화부(322)는 CABAC 복호화된 비트스트림 데이터를 CABAC 부호화할 수 있다.
선택적 암호화부(323)는 암호화 요소에 기반하여 CABAC 부호화된 비트스트림 데이터의 선택적 암호화된 영역을 복호화할 수 있다.
CABAC 복호화부(324)는 선택적 암호화된 영역이 복호화된 비트스트림 데이터를 CABAC 복호화할 수 있다.
영상 복호화부(330)는 비트스트림 데이터를 복호화하여 영상 데이터를 생성할 수 있다.
도 18을 참조하면, 영상 복호화부(330)는 엔트로피 복호화부(331), 역양자화부(332) 및 예측부(333)를 포함할 수 있다.
엔트로피 복호화부(331)는 비트스트림 데이터의 심볼을 나타낸 코드의 길이에 기반하여 영상 데이터를 엔트로피 복호화할 수 있다.
이 때, 엔트로피 복호화부(331)는 Baseline 프로파일 또는 Main 프로파일에 기반한 선택적 암호화된 비트스트림 데이터의 암호화된 영역을 복호화할 수도 있다.
이 때, 엔트로피 복호화부(331)는 영상 보호 수신 장치가 파서를 이용하지 않는 경우, Baseline 프로파일 또는 Main 프로파일에 기반한 영상 데이터의 일부 만을 암호화하는 선택적 암호화 기법을 이용하여 비트스트림 데이터를 복호화할 수 있다.
이 때, Baseline 프로파일과 Main 프로파일은 엔트로피 복호화 과정 또는 직후 코덱 내부 수정으로 암호화가 적용될 수 있다.
즉, 암호 복호화부(320)와 엔트로피 복호화부(331)는 프로파일의 종류와 암호화 요소에 기반하여 선택적 암호화가 수행된 비트스트림 데이터의 일부 영역을 복호화할 수 있다.
이 때, 암호 복호화부(320)와 엔트로피 복호화부(331)는 영상 보호 수신 장치에 포함된 파서의 이용 여부에 따라 선택적 암호화가 수행된 비트스트림 데이터의 일부 영역을 복호화할 수 있다.
역양자화부(332)는 비트스트림 데이터의 역양자화를 통해 영상 데이터를 복원할 수 있다.
예측부(333)는 비트스트림 데이터로부터 예측 값을 생성하여 영상 데이터를 복원할 수 있다.
즉, Baseline 프로파일에 기반한 선택적 암호화된 비트스트림 데이터의 복호화는 영상 복호화부(330)의 엔트로피 복호화부(331)에서 수행될 수 있고, Main/High 프로파일에 기반한 선택적 암호화는 파서(Parser)를 포함하는 암호 복호화부(120)에서 수행될 수 있다.
영상 출력부(340)는 복원된 영상 데이터를 디스플레이를 통해 출력할 수 있다.
표준 H.264 코덱 자체 변경을 통해 암호화를 수행한 경우(도 2), baseline과 Main/High profile은 암호화를 수행한 부분에서 동일하게 복호화를 수행할 수 있다. 다시 말해, baseline profile은 entropy coding 단계에서 복호화를 수행하고, Main/High profile은 표준 코덱에서 이진화 후 CABAC 코딩 전에 복호화 모듈을 탑재하면 된다.
반면 H.264 형식 준수 원칙을 유지하기 위해 영상 해석 모듈(parser)을 통해 암호화를 수행한 경우(도 3), 영상 복호화는 영상 암호화된 비트스트림을 parser을 통해 분석한 후 선택적으로 부분 암호화된 파라미터를 추출하여 복호화를 수행해야 한다. 따라서, profile에 따라서 도 18에 도시된 바와 같이, Sign decryption, IPM decryption 및 MVD decryption으로 나뉠 수 있다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 H.264 코덱 Baseline 프로파일 기반 선택적 복호화 기법을 나타낸 도면이다.
도 19를 참조하면, H.264 코덱 baseline profile 기반으로 한 영상 암호화에 대응하여 세 가지 영역 정보에 대한 선택적인 부분 복호화를 적용한 것을 알 수 있다. 도 19의 영상 보호 수신 방법은 선택적 부분 복호화를 이용하여 암호화된 비트스트림이 복호화되는 과정이며, 이후 복호화된 비트스트림은 영상 코덱으로 입력되어 디코딩 과정을 거쳐 실시간으로 재생될 수 있다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 H.264 코덱 Main/High 프로파일 기반 선택적 복호화 기법을 나타낸 도면이다.
도 20을 참조하면, Main/High 프로파일을 위한 복호화는 Parser를 통해 암호화된 데이터를 복호화할 수 있다. 이 때, Parser은 Nal unit 분석을 통해 CABAC Decoding 된 데이터를 Encoding하여 도 19와 같이 도 11 및 도 12에 해당하는 영역을 복원한 후 다시 CABAC 디코딩할 수 있다. 이후 복호화된 비트스트림은 표준 H.264 코덱의 Decoder을 통해 복호화된 형태로 영상을 플레이할 수 있다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 수신 방법을 나타낸 동작흐름도이다. 도 22는 도 21에 도시된 암호 복호화 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작흐름도이다. 도 23은 도 21에 도시된 영상 복호화 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 수신 방법은 먼저 영상 보호 송신 장치로부터 암호화된 비트스트림 데이터를 수신할 수 있다(S410).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 수신 방법은 암호 복호화를 수행할 수 있다(S420).
즉, 단계(S420)는 영상 데이터의 일부 만을 암호화하는 선택적 암호화 기법을 이용하여 암호화된 비트스트림 데이터를 복호화할 수 있다.
이 때, 단계(S420)는 영상 보호 수신 장치가 파서를 이용하는 경우, Baseline profile 을 이용할 때에는, 파서를 통해 NAL unit 분석후 선택적 암,복호화를 적용할 수 있고, Main profile 을 이용할 때에는 NAL unit 분석 후 CABAC 복호화와 CABAC 부호화를 수행할 수 있다.
이 때, Baseline 프로파일은 CAVLC를 사용할 수 있고, Main 프로파일은 CABAC를 사용할 수 있다.
도 22를 참조하면, 단계(S420)는 먼저 비트스트림을 분석할 수 있다(S421).
즉, 단계(S421)는 파서의 Nal unit 분석을 수행할 수 있다.
또한, 단계(S420)는 CABAC 복호화된 비트스트림 데이터를 CABAC 부호화할 수 있다(S422).
또한, 단계(S420)는 암호화 요소에 기반하여 CABAC 부호화된 비트스트림 데이터의 선택적 암호화된 영역을 복호화할 수 있다(S423).
또한, 단계(S420)는 선택적 암호화된 영역이 복호화된 비트스트림 데이터를 CABAC 복호화할 수 있다(S424).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 수신 방법은 영상 복호화를 수행할 수 있다(S430).
즉, 단계(S430)는 비트스트림 데이터를 복호화하여 영상 데이터를 생성할 수 있다.
도 23을 참조하면, 단계(S430)는 먼저 비트스트림 데이터의 심볼을 나타낸 코드의 길이에 기반하여 영상 데이터를 엔트로피 복호화할 수 있다(S431).
이 때, 단계(S431)는 Baseline 프로파일 또는 Main 프로파일에 에 기반한 선택적 암호화된 비트스트림 데이터의 암호화된 영역을 복호화할 수도 있다.
이 때, 단계(S431)는 영상 보호 수신 장치가 파서를 이용하지 않는 경우, Baseline 프로파일 또는 Main 프로파일에 기반한 영상 데이터의 일부 만을 암호화하는 선택적 암호화 기법을 이용하여 비트스트림 데이터를 복호화할 수 있다.
이 때, Baseline 프로파일과 Main 프로파일은 엔트로피 복호화 과정 또는 직후 코덱 내부 수정으로 암호화가 적용될 수 있다.
또한, 단계(S430)는 비트스트림 데이터의 역양자화를 통해 영상 데이터를 복원할 수 있다(S432).
또한, 단계(S430)는 비트스트림 데이터로부터 예측 값을 생성하여 영상 데이터를 복원할 수 있다(S433).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 수신 방법은 영상을 출력할 수 있다(S440).
즉, 단계(S440)는 복원된 영상 데이터를 디스플레이를 통해 출력할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 송신 장치, 수신 장치 및 방법은H.264/AVC 코덱의 Baseline 프로파일 암호화에서는 압축률을 그대로 유지하고, Main 프로파일 암호화에서는 압축률 손상을 최소화할 수 있는 영상 보호 기술을 제공할 수 있다. 또한, H.264/AVC 압축 코덱 형식 준수(Format Compliance)를 통해 기존 영상 플레이어로 비식별화된 영상 모니터링 가능하다는 장점을 제공하고, Parser를 이용하여 표준 코덱의 손상 없는 암/복호화 기법을 제시할 수 있다. 더불어, 최근 경량화 단말에서도 적용할 수 있는 선택적 암호화 수행함으로써 암/복호화에 소요되는 복잡도 및 부담을 최소화할 수 있다.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 시스템을 나타낸 도면이다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 송신 장치 및 영상 보호 수신 장치는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체와 같은 컴퓨터 시스템(1100)에서 구현될 수 있다. 도 24에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 시스템(1100)은 버스(1120)를 통하여 서로 통신하는 하나 이상의 프로세서(1110), 메모리(1130), 사용자 인터페이스 입력 장치(1140), 사용자 인터페이스 출력 장치(1150) 및 스토리지(1160)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(1100)은 네트워크(1180)에 연결되는 네트워크 인터페이스(1170)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(1110)는 중앙 처리 장치 또는 메모리(1130)나 스토리지(1160)에 저장된 프로세싱 인스트럭션들을 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1130) 및 스토리지(1160)는 다양한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체일 수 있다. 예를 들어, 메모리는 ROM(1131)이나 RAM(1132)을 포함할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 영상 보호 송신 장치, 수신 장치 및 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
110: 영상 입력부 120: 영상 부호봐부
121: 예측부 122: 양자화부
123: 엔트로피 부호화부
130: 암호화부 131: 비트스트림 분석부
132: CABAC 복호화부 133: 선택적 암호화부
134: CABAC 부호화부 140: 영상 전송부
310: 영상 수신부 320: 암호 복호화부
321: 비트스트림 분석부 322: CABAC 부호화부
323: 선택적 암호화부 324: CABAC 복호화부
330: 영상 복호화부 331: 엔트로피 복호화부
332: 역양자화부 333: 예측부
340: 영상 출력부
1100: 컴퓨터 시스템 1110: 프로세서
1120: 버스 1130: 메모리
1131: 롬 1132: 램
1140: 사용자 인터페이스 입력 장치
1150: 사용자 인터페이스 출력 장치
1160: 스토리지 1170: 네트워크 인터페이스
1180: 네트워크

Claims (10)

  1. 영상 보호 송신 장치의 영상 보호 방법에 있어서,
    입력 받은 영상 데이터를 비트스트림 데이터로 부호화하는 단계;
    프로파일의 종류와 암호화 요소에 기반하여 상기 비트스트림 데이터의 일부만을 암호화하는 선택적 암호화를 수행하는 단계; 및
    상기 선택적 암호화가 수행된 비트스트림 데이터를 전송하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 선택적 암호화를 수행하는 단계는
    제1 프로파일인 baseline 프로파일을 이용하여 상기 영상 데이터의 IPM (Intra Prediction Mode), MVD (Motion Vector Difference)의 부호 값을 암호화하고, 상기 영상 데이터의 Residual data를 CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding)을 이용하여 암호화하고, Trailing ones (sign bit) 및 Level의 suffix 부분을 암호화하는 상기 선택적 암호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 영상 보호 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 선택적 암호화는
    상기 CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding)를 이용하는 상기 제1 프로파일 및 CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding)를 이용하는 제2 프로파일 중 적어도 하나에 기반하여 상기 영상 데이터의 일부를 선택적 암호화하는 것을 특징으로 하는 영상 보호 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 프로파일은
    상기 제1 프로파일보다 고품질 영상 압축을 위한 확장된 프로파일과 기설정된 기법들을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 보호 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 프로파일에 기반한 선택적 암호화는
    상기 영상 데이터의 심볼을 나타낸 코드의 길이에 기반하여 상기 영상 데이터를 엔트로피 부호화하는 과정에 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 보호 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 프로파일에 기반한 선택적 암호화는
    상기 엔트로피 부호화하는 과정 직후에 파서(Parser)를 통해 NAL unit 을 분석한 후, CABAC 코딩된 비트스트림 데이터에 대한 CABAC 복호화를 수행하고, CABAC 복호화된 비트스트림된 데이터에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 보호 방법.
  6. 영상 데이터를 입력 받는 영상 입력부;
    상기 입력 받은 영상 데이터를 비트스트림 데이터로 부호화하는 영상 부호화부;
    프로파일의 종류와 암호화 요소에 기반하여 상기 비트스트림 데이터의 일부만을 암호화하는 선택적 암호화를 수행하는 암호화부; 및
    상기 선택적 암호화가 수행된 비트스트림 데이터를 전송하는 영상 전송부;
    를 포함하고,
    상기 암호화부는
    제1 프로파일인 baseline 프로파일을 이용하여 상기 영상 데이터의 IPM (Intra Prediction Mode), MVD (Motion Vector Difference)의 부호 값을 암호화하고, 상기 영상 데이터의 Residual data를 CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding)을 이용하여 암호화하고, Trailing ones (sign bit) 및 Level의 suffix 부분을 암호화하는 상기 선택적 암호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 영상 보호 송신 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 선택적 암호화는
    상기 CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding)를 이용하는 상기 제1 프로파일 및 CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding)를 이용하는 제2 프로파일 중 적어도 하나에 기반하여 상기 영상 데이터의 일부를 선택적 암호화하는 것을 특징으로 하는 영상 보호 송신 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 프로파일은
    상기 제1 프로파일보다 고품질 영상 압축을 위한 확장된 프로파일과 기설정된 기법들을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 보호 송신 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 프로파일에 기반한 선택적 암호화는
    상기 영상 데이터의 심볼을 나타낸 코드의 길이에 기반하여 상기 영상 데이터를 엔트로피 부호화하는 과정에 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 보호 송신 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 프로파일에 기반한 선택적 암호화는
    상기 엔트로피 부호화하는 과정 직후에 파서(Parser)를 통해 NAL unit 을 분석한 후, CABAC 코딩된 비트스트림 데이터에 대한 CABAC 복호화를 수행하고, CABAC 복호화된 비트스트림된 데이터에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 보호 송신 장치.
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IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 21(5), pp.565-576 (2011.06.24 공개) 1부.*

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