KR20020045143A - 워터마킹 기술을 이용한 디지털 영상의 암호화 및 복호화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 영상의 암호화 및 복호화 방법에 관한 것으로,원 영상의 픽셀들을 3개의 픽셀 세트로 분리하는 그루핑 룰(grouping rule)을 적용하는 단계와, 정의된 매핑 룰(Mapping rule)에 따라서 중간 워터마크영상을 생성하는 단계와, 최종 워터마크 영상을 얻기위해 중간 워터마크 영상의 픽셀 특성을 변환시키는 단계를 포함하여 이루어지는 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 데이타의 암호화 방법과, 최종 워터마크 영상의 픽셀 배열 특성을 확인하는 단계와, 상기 픽셀 배열 특성을 이용하여 워터마크시 적용된 룰을 도출하는 단계와, 상기 도출된 룰에 따라 적절한 재생/복사등의 동작을 수행하는 단계로 이루어진 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 데이타의 복호화 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

워터마킹 기술을 이용한 디지털 영상의 암호화 및 복호화 방법{method for encoding and decoding of digital image using watermarking technologies}

본 발명은 디지털 영상의 저작권 보호 방법에 관한 것으로, 특히 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 영상의 암호화 및 복호화 방법에 관한 것이다.

정보통신 기술의 발달에 따라 각종 데이타의 형태는 아날로그 형태에서,점차 가공처리가 손쉬우며 품질의 저하가 발생하지 않는 디지탈 정보의 형태로 변화되고 있으며, 또한 인터넷 상에서나 씨디-롬(CD-ROM),하드 디스크,플로피 디스크등과 같은 다양한 저장매체에서 널리 분포되어 사용되고 있다. 이와 같은 광범위한 분포는 디지탈 정보의 저장과 변환의 편리성,대량 복제성 및 유통성으로 인하여 가상공간을 통한 지적 재산권의 침해로 날로 그 심각성이 더해지고 있으며, 원 저작자의 지적 재산권을 보호하기 위한 다양한 보안 장치가 개발되고 있다.

이중 하나로 디지탈 정보의 암호화 방법의 경우가 있는데, 이는 전송되는 데이타를 암호화하여 전송하고, 수신측에서는 공개키 또는 비밀키의 입력을 통해 암호화된 데이타를 복원하도록 함으로써 전송중에 허가되지 않는 제 3자가 불법적으로 수신하더라도 이를 복원할 수 없도록 하는 방법이다.

그러나 이 경우 데이타를 합법적으로 수신받은 사용자의 의도에 따라 제 3자에게 공개될 수 있기 때문에 데이타 자체적으로는 원 저작자의 지적 재산권을 보호할 수 없는 문제점이 발생된다.

따라서,최근에는 디지탈 데이타를 비가시적으로 구조화하여 이를 인증 및 재산보호에 이용하는 방법으로 데이타의 변조와 위조를 탐지하고 소유권을 주장할 수 있도록 하는 워터마킹 방법이 사용되고 있다.

이러한 저작권 문제인 지적 재산 보호의 한 일환으로 현재 사용되고 있는 디지탈 워터마킹 방법은 최근들어 컴퓨터 그래픽 분햐,디지탈 통신 분야 및 사이버 매거진,그리고 오디오 등과 같은 응용 분야에서 그 중요성이 날로 증대되고 있다.

이와같은 워터마킹은 네트워크 상에서 사용가능한 형태로 널리 분포 및 유통될 수 있는 멀티미디어 데이타 및 출판물과 같이 지적재산권 보호 대상 성격을 지니는 자료(intellectual copyright property)에 대해 원 데이타에 권리자 및 인증과 같은 추가적인 정보를 삽입하여 데이타에 대한 지적 재산을 보호하기 위한 기법으로,가시적 워터마킹(visible watermarking)과 비가시적 워터마킹(invisible watermarking)으로 구분되어 진다.

그리고,워터마킹을 삽입하는 방법으로는 공간법(spatial method)과 주파수 영역법(frequency domain method)이 연구되고 있다.

상기 공간법은 공간적인 측면에서 볼때 화면 화소값에 미세한 변화를 워터마크로 사용하는 방법이며, 상기 주파수의 영역법은 디지탈 데이타를 주파수 성분의 아날로그 신호로 변환하고 같은 변환방법으로 이산 코사인 변환이나 푸리에 변환 또는 웨이블렛 변환 등을 통해 워터마크를 변환하여 삽입하는 방법이다.

그러나,이러한 방법들을 통해 워터마킹된 디지탈 영상에서 워터마킹 정보를 추출하기 위해서는 원래의 영상 정보를 가지고 있어야 하는 문제점이 존재하였다.

상기 워터마킹 정보를 검출함으로써, 사용자는 워터마킹된 영상 데이타가 어떠한 인증 정보, 즉,일회 복사가 가능한 디지탈 영상인지,혹은 복사가 불가능한 디지탈 영상인지,혹은 복사를 자유롭게 수행할 수 있는 디지탈 영상인지를 확인할 수 있게 된다.

즉,디지탈 영상을 재생하여 시청하고자 하는 사용자는 상기 인증 정보에 따라 디지탈 영상 재생 및 복사를 수행할 수 있으나, 상기 방법들을 통해서 이러한 인증 정보를 얻기 위해서는 영상을 제공하는 배포업자는 워터마크된 디지탈 영상 뿐만 아니라,워터마크되기전의 원 영상(Original image)까지 같이 제공해야 하는 문제점이 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 원 영상 없이,워터마킹 정보를 검출할 수 있는 방법을 다양하게 연구하고 있으며, 이를 블라인트 워터마킹 검출(Blind watermarking detection)이라 칭하는데, 아직 뚜렷한 성과가 없이 난관에 부딪혀 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,워터마킹된 디지탈 영상에서 워터마킹 정보를 추출할 때, 워터마킹되기전의 원래의 영상없이도 워터마킹 정보를 추출할 수 있는 블라인드 워터마킹 검출을 실현할 수 있는 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 영상의 암호화 및 복호화방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 디지탈 워터마킹을 설명하기 위한 픽셀의 이동을 섦명하기 위한 도면

도 2는 본 발명에 따른 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 영상의 암호화에 대한 설명을 위해 복호화 단계에서 블라인드 워터마킹 검출이 이루어지지 않는 경우의 매핑룰을 도시한 도면

도 3은 본 발명에 따른 원 영상을 제공하지 않아도 블라인드 워터마킹 검출을 수행할 수 있도록 매핑룰을 적용한 복호화 방법을 도시한 도면

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 원 영상의 픽셀들을 3개의 픽셀 세트로 분리하는 그루핑 룰(Gruping Rule)을 적용하는 단계와, 정의된 매핑 룰(Mapping Rule)에 따라서 중간 워터마크영상을 생성하는 단계와, 최종 워터마크 영상을 얻기위해 중간 워터마크 영상의 픽셀 특성을 변환시키는 단계와, 상기 얻어진 최종 워터마크 영상의 픽셀 배열 특성을 확인하는 단계와, 상기 픽셀 배열 특성을 이용하여 워터마크시 적용된 룰을 도출하는 단계와, 상기 도출된 매핑룰에 따라 적절한 재생/복사등의 동작을 수행하는 단계로 이루어진 워터마킹 기술을 이용한디지탈 데이타의 암호화 및 복호화 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 디지탈 워터마킹을 설명하기 위한 픽셀의 이동을 섦명하기 위한 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이, 원 영상으로부터의 8개 픽셀로 구성된 제 1 세트와, 워터마크된 영상으로부터의 픽셀로 구성된 제 2 픽셀로 구성된다. 그리고 각 픽셀들 사이의 라인들은 픽셀특성에 따라 균등하게 나누어진 것이다.

이와 같이 각 영상은 다수개의 픽셀들로 구성되는데, 이때의 각 픽셀은 그 위치에 의해 특징지어지며, 또한 각 픽셀의 정의된 컬러의 명암도,휘도, 다른 컬러들의 명암도의 세트, 그리고 영상 데이타의 포맷에 따른 픽셀특징을 사용하여 추정된 몇몇개의 특징을 갖는다.

그리고 상기 원 영상의 픽셀들은 고정 픽셀(stationary pixels),은닉 픽셀(Disappering pixels), 그리고 변형 픽셀(Transform pixels)인 3개의 세트들로 정의되는데, 이 때, 원 영상의 각각의 픽셀은 상기 세트들중 오직 하나의 세트에 속하는 것으로 정의된다. 여기서,각 픽셀 세트의 특성에 대해 설명하면, 원 영상의 고정 픽셀과 동일한 위치를 갖는 중간 워터마크 영상 픽셀들은 원 영상의 고정 픽셀과 동일한 특성을 갖게 되고, 또한 원 영상의 은닉 픽셀 혹은 변형 픽셀과 동일한 위치를 갖는 상기 중간 워터마크 영상 픽셀들은, 원 영상의 변형픽셀과 동일한 특성을 갖는다. 여기서, 은닉 픽셀은 중간 워터마크 영상에서는 표시되지 않고 소멸되는 픽셀이다.

상기 픽셀의 은닉은 원 영상으로부터의 픽셀이 워터마크 영상에서 표현되지 않는 것을 말하며, 픽셀의 재현은 원 영상으로부터의 픽셀이 워터마크 영상에서 몇몇 픽셀에 복사되는 것을 말한다. 그리고,픽셀의 움직임은 원 영상으로부터의 픽셀이 워터마크 영상에서 다른 위치를 갖는 픽셀로 복사되는 것을 말한다

이와 같이 구성된 워터마킹 방법을 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저 워터마킹의 첫번째 단계로는 원 영상의 픽셀들은 3개의 픽셀 세트로 분리하는데,이러한 분리를 하는 일정한 룰을 그루핑 룰이라 하고,분리된 각각의 픽셀들을 중간 워터마크 영상의 픽셀의 위치로 이동시키게 된다. 즉,원 영상의 픽셀들을 중간 워터마크 영상의 픽셀 위치로 복사하여 재현하는 것을 뜻하며,이러한 이동을 위한 일정한 룰을 매핑룰이라 칭한다.

이러한 첫번째 단계를 도 1을 통해 설명하면 다음과 같다. 도 1에서 원 영상(1)중 1과 8로 표기된 픽셀은 고정픽셀이고, 2,3,4로 표기된 픽셀은 변형 픽셀이며,5,6,7로 표기된 픽셀은 은닉 픽셀로 정의한다.

그리고,원 영상(1)의 픽셀들이 워터마킹을 위해 영상(2)의 픽셀로 이동하는 것이 화살표로 표기된다. 예를 들면, 원 영상(1)의 픽셀 2는 변형 픽셀이므로, 상기 픽셀의 특성에서 설명한 바와 같이,영상(2)의 2,3,4 그리고 5의 위치로 복사될수 있고, 원 영상(1)의 픽셀 3도 변형 픽셀이므로 영상(2)의 픽셀 6으로, 그리고 마찬가지로 원 영상(1)의 픽셀 4는 영상(2)의 픽셀 7로 복사될 수 있다. 또한,원영상(1)의 픽셀 1은 고정 픽셀로 정의되었으므로, 영상(2)의 1의 위치로 복사될 수 있고, 원 영상(1)의 픽셀 6,7은 은닉 픽셀로 정의되었으므로, 영상(2)로는 복사되지 않는다. 이러한 방법으로 픽셀의 복사가 완료된 시점에서 생성된 영상(2)를 중간 워터마크된 영상이라 칭하게 된다.

다음으로, 상기 중간 워터마크된 영상을 이용하여 최종 워터마크 영상을 얻기위한 방법을 수행해야 하는데, 이를 위해 중간 워터마크 영상의 픽셀 특성을 변환시키는 단계를 수행해야 한다. 이러한 변환 단계는 중간 워터마크된 영상의 픽셀 특성을 변환시킴으로 이루어 질 수 있다. 예를 들면, 동일한 값을 곱하거나,더하는 등의 특성 변화를 시도해 줌으로서 불법적인 워터마크의 검출을 한층 더 어렵게 하도록 하게 하는 것이다. 이러한 후처리는 제작자에 따라 행해질 수도 있고,행해지지 않을 수도 있다.

그리고, 상기 설명한 그루핑 룰을 적용하여 픽셀들을 3개의 세트로 분리하기 이전에 워터마킹을 수행할 수 있는 가장 적합한 영역을 결정하는 준비 단계(Preliminary stage)를 포함할 수도 있으며, 이러한 적합한 영역은 약간의 척도, 실예, 이웃하는 픽셀의 특성차의 제곱의 합의 사용등을 이용하여 결정할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 영상의 암호화에 대한 설명을 위해 복호화 단계에서 블라인드 워터마킹 검출이 이루어지지 않는 경우의 매핑룰을 도시한 도면이다.

도 2을 보면,두가지의 매핑룰이 도시되고 있는데, 먼저 룰(1)을 살펴보면,

원 영상으로부터의 4개 픽셀로 구성된 픽셀 세트(이하 제 1세트로 통칭함)와,워터마크 영상으로부터의 픽셀로 구성된 픽셀 세트(이하 제 2세트로 통칭함)로 구성된다.

도면에 도시된 화살표의 방향에 따른 각 픽셀들의 복사 방향을 살펴보게 되면,a,c는 변형 픽셀,b,d는 은닉 픽셀로 정의되어 지고, 고정 픽셀은 존재하지 않음을 알 수 있게 된다.

그리고, 룰(2)를 살펴보면, 룰 (1)과는 반대로 a,c는 은닉 픽셀,b,d는 변형 픽셀로 정의되어 지고, 고정 픽셀은 존재하지 않음을 알 수 있게 된다. 따라서, 각 픽셀의 특징에 따라, 픽셀의 복사가 이루어지게 되고, 중간 워터마크된 영상이 생성되게 되며, 이후에, 도면에 도시되지는 않았지만 상기 설명한 바와 같이 최종 워터마크 영상을 얻기 위해 중간 워터마크 영상의 픽셀 특성을 변환시키는 단계가 추가 될 수도 있다. 도면에 도시된 워터마크된 영상은 이러한 픽셀 특성 단계가 추가되었든지 추가되지 않았든지에 상관없이 최종적으로 생성된 워터마크 영상을 도시한 것이다.

도 2에 도시된 실시예에서는 디지탈 영상에 두개의 룰을 각각 적용한 경우를 도시한 것이다. 예를 들어,룰(1)은 복제불가를 인증하기 위한 룰이고, 룰(2)는 복제가능을 인증하기 위한 룰이라고 정의한다면, 향후 블라인드 워터마킹 검출과정에서 룰(1)이 검출되면 디지탈 영상은 복제불가능한 디지탈 영상이고, 룰(2)가 검출된다면 복제가능한 디지탈 영상임을 나타내게 되는 것이다. 따라서,제작자의 의도에 따라 룰이 늘어날 수도 있게 되는데,예를 들면 룰(3)을 정의하면 1회 복사만 가능한 디지탈 영상을 제작할 수도 있다. 이러한 복제 정보 뿐만 아니라, 다양한재생정보 즉, 재생시간 이라든지 재생방법등 다양한 정보가 포함될 수도 있다. 즉, 이러한 룰 정보의 종류에 따라,제작자는 디지탈 데이타의 다양한 재생 및 복제 관리정보를 표현할 수가 있는 것이다.

그러나, 도 2에 도시된 워터마크된 영상에서는 룰(1)과 룰(2)의 매핑 방법은 분명이 상이함을 알 수 있는데 비해 (원 영상에서 각 픽셀의 이동 방향이 다름을 보게 되면 이를 알 수 있을 것이다), 워터마크된 영상을 통해서는 룰(1)을 적용하였는지 룰(2)를 적용하였는지를 알 수 없게 된다. 왜냐하면, 워터마크된 영상의 각 픽셀의 배열특성이 룰(1)과 룰(2)가 동일하게 이루어 져 있기 때문에(같은 값이 두개씩 나오는 특성), 원 영상과 워터마크된 영상을 비교하지 않고서는 불라인드 워터마킹 검출, 즉 룰(1)과 룰(2)의 구별이 불가능하게 된다. 즉,도 2에 도시된 매핑룰을 적용하게 되면, 블라인드 워터마킹 검출을 위해서는 반드시 원 영상까지 제공해야 하는 문제점이 존재하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 원 영상을 제공하지 않아도 블라인드 워터마킹 검출을 수행할 수 있도록 매핑룰을 적용한 복호화 방법을 도시한 도면이다.

도 3을 보면,도 2와 마찬가지로 두가지의 룰이 도시되고 있는데, 먼저 룰(1)을 살펴보면,

원 영상으로부터의 4개 픽셀로 구성된 픽셀 세트(이하 제 1세트로 통칭함)와,워터마크 영상으로부터의 픽셀로 구성된 픽셀 세트(이하 제 2세트로 통칭함)로 구성된다.

도면에 도시된 화살표의 방향에 따른 각 픽셀들의 복사 방향을 살펴보게 되면,a,c는 변형 픽셀,b,d는 은닉 픽셀로 정의되어 지고, 고정 픽셀은 존재하지 않음을 알 수 있게 된다.

그리고, 룰(2)를 살펴보면, 픽셀 a,c,d는 은닉픽셀로 정의되어지고, b는 변형 픽셀로 정의되어짐을 알 수 있다. 도 2에 설명한 바와 마찬가지로 각 픽셀들의 특성에 따라 픽셀 복사가 수행되어, 중간 워터마크된 영상이 생성되고, 이후에,도면에 도시되지는 않았지만 상기 설명한 바와 같이 최종 워터마크 영상을 얻기 위해 중간 워터마크 영상의 픽셀 특성을 변환시키는 단계가 추가 될 수도 있다. 이러한 픽셀 특성을 변화시키는 단계가 추가되었다면 (일반적으로 어택(attack)이 이루어졌다고 칭함), 적절한 정도의 임계값을 취하여 픽셀 특성을 제거시키는 단계가 추가될 수도 있다.

도 3에 도시된 워터마크된 영상에서는 도 2와 달리 워터마크된 영상의 각 픽셀의 배열특성이 룰(1)과 룰(2)가 동일하게 이루어 져 있지 않음을 알 수 있다(같은 값의 배열 특성이 아니라, 룰(1)에서는 값은값이 두개씩 배열, 룰(2)에서는 같은 값 3개 다른 값 1개의 배열). 즉, 역시 도 2에 도시된 것과 동일하게 상이한 룰이 적용되었지만, 최종 워터마크된 영상의 픽셀 배열 특성만 보고서도, 어떠한 룰이 적용되었는지를 알 수 있게 된다. 즉, 원 영상 없이 워터마크된 영상만 가지고서도 블라인드 워터마킹 검출을 수행할 수 있게 되는 것이다. 따라서,디지탈 영상 제공자는 원 영상을 제공할 필요없이, 워터마크된 영상만 제공하더라도 원하는 효과를 충분히 얻게 될 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 블라인드 워터마킹 검출이 가능한 룰을 적용하여 디지탈 영상의 워터마킹을 수행함으로써, 원 영상을 가지고 있지 않더라고, 블라인트 워터마킹 검출이 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 정의된 그루핑 룰을 적용하여 원 영상의 픽셀들을 3개의 픽셀 세트로 분리하는 단계와,

   정의된 매핑 룰에 따라서 워터마크영상을 생성하는 단계와,

   상기 얻어진 워터마크 영상을 사용자에게 제공하는 단계와,

   제공받은 워터마크 영상의 픽셀 배열 특성을 확인하는 단계와,

   상기 픽셀 배열 특성을 이용하여 워터마크시 적용된 룰을 도출하는 단계와,

   상기 도출된 룰에 따라 적절한 재생/복사등의 동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는

   워터마킹 기술을 이용한 디지탈 데이타의 암호화 및 복호화 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 적용된 룰을 도출하는 단계에서 도출되는 룰은 매핑룰과 그루핑룰을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 데이타의 암호화 및 복호화 방법
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 적용된 룰을 도출하는 단계에서 도출되는 룰은 매핑룰만을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 데이타의 암호화 및 복호화 방법
4. 제 1항에 있어서,

   워터마크의 보안성을 높이기 위해 상기 정의된 매핑룰에 따라서 워터마크 영상을 생성한 뒤에, 최종 워터마크 영상을 얻기위해 상기 생성된 워터마크 영상의 픽셀 특성을 변환시키는 단계를 더 포함하여 이루어 질 수도 있는 것을 특징으로 하는 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 데이타의 암호화 및 복호화 방법
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 그루핑 룰을 적용하는 단계이전에 워터마킹의 가장 적합한 영역을 결정하는 준비단계를 더 포함할 수도 있는 것을 특징으로 하는 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 데이타의 암호화 및 복호화 방법
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 일정 영역은 이웃하는 픽셀의 특성차의 제곱의 합과 같은 비제한적인 척도들(nonrestrictive criteria)을 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 디지털 영상의 워터마킹 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제공받은 워터마크 영상의 픽셀 배열 특성을 확인하는 단계에서,각각의디지탈 영상물마다 각기 다른 픽셀 배열 특성이 도출될 수 있도록 매핑룰을 정의하는 것을 특징으로 하는 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 데이타의 암호화 및 복호화 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 도출된 매핑룰은 그 종류에 따라,재생시간,복제횟수,복제가능 여부등 제공된 디지탈 영상물의 재생 및 복제 관리정보를 나타내는 것을 특징으로 하는 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 데이타의 암호화 및 복호화 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 매핑룰 및 그루핑 룰은 디지탈 영상물 제작자에 의해 정의되어 질 수 있는 것을 특징으로 하는 워터마킹 기술을 이용한 디지탈 데이타의 암호화 및 복호화 방법.