KR20030040260A - 디지털 워터마킹을 이용한 정보 삽입/추출 방법과 발급/검출기에 자동 대응하는 오프라인 검출 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 워터마크 정보를 정지 영상에 삽입/검출하는 시스템과 그 구성 방법에 관한 것으로서, 실제적 적용을 감안하여 오프라인(Off-Line)상에서 출력된 미디어의 정지 영상을 검출하여 미디어의 정보 검증과 인증을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다. 또한 다양한 정보 은닉 방식을 통하여 위조 및 변조를 인지할 수 있으며, 블라인드 검출이 가능하여 검출시 원본의 정보가 필요 없고, 검출시 발생하는 여러 가지 에러에 대하여 자체적 보정 시스템을 통하여 각 환경에 적응하도록 설계되어 있다. 이는 온라인/오프라인으로 만들어진 쿠폰, 유가증권, 상품권, 입장권 등의 위변조 방지와 주민 등록증, 운전 면허증 등의 각종 카드형 인쇄물의 정보 삽입과 그 위변조 검출 등에 사용할 수 있다.

Description

디지털 워터마킹을 이용한 정보 삽입/추출 방법과 발급/검출기에 자동 대응하는 오프라인 검출 시스템 및 그 방법{Information insertion/extraction method and automatiic adaptive off-line issuing/detecting system and method using digital wartermarking}

본 발명은 워터마크 정보를 정지 영상에 삽입/검출하는 시스템과 그 구성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 워터마크 정보가 삽입된 디지털 상태의 정지 영상을 일반 프린터나 기타 인쇄방법을 통해 종이나 PVC 카드 등의 미디어에 출력한 것을 원본이라 하고, 이를 스캐너나 디지털 카메라 등의 디지털 기술을 이용하여 위조하거나 수작업에 의해 위조 혹은 변조하는 경우의 출력물을 사본이라 할 때, 원본에서는 의도된 워터마크가 검출되고, 사본에서는 의도된 워터마크 정보가 검출되지 않거나 혹은 의도되지 않은 다른 워터마크 정보가 검출되었을 때 위조 혹은 변조되었다고 판단할 수 있는 시스템과 그 구성 방법에 관한 것이다.

최근 컴퓨터 및 프린터, 스캐너, 디지털 카메라 등의 성능이 급속히 향상됨에 따라 화폐, 유가증권, 주민등록증, 운전면허증 등의 위조 또는 변조 기술이 발전하고 있으며, 이에 대응하여 다양한 위조 및 변조 방지 기술 또한 발전하고 있는 것이 사실이다.

하지만 평판잠상이나 광간섭, 요철인쇄, 특수 잉크, 특수 용지 등의 위조 및 변조 방지 기술은 물리학적 혹은 아날로그적인 방식의 기술로써 이와 유사한 아날로그 방식이나 혹은 발달된 디지털 기술에 의한 위조 및 변조에 대응하기에는 많은 한계를 갖고 있다. 예를 들어 현재 화폐에 여러 가지 위변조 방지 요소 기술이 적용되고 있으나 스캐너와 컬러 프린터를 사용한 위폐에 대해 일반인이 특별한 주의를 기울이지 않으면 식별할 수 있는 방법이 별로 없어서 화폐에 적용된 많은 위변조 방지 요소 기술이 제역할을 다하지 못하고 있다고 할 수 있다.

또한, 이를 보완하기 위해 디지털 워터마킹 기술이 아날로그 출력물에 적용될 수 있는 다양한 방법이 개발되어지고 있다. 하지만 아날로그 출력물의 경우에는 해당 출력물에서의 워터마크 정보 검출시 일반적인 디지털 워터마킹 기술에서 고려하지 못한 다양한 왜곡 및 검출 방해 요소들이 있어 많은 어려움을 겪고 있다. 예를 들어 프린터 출력과 스캐닝 과정에서의 잡음에 의한 왜곡, 스캐닝시 이미지의 회전의 가능성, 크로핑, 점음과 구김 등의 방해 요인들로 인해 적용이 쉽지 않다는 단점을 갖고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 디지털 워터마크 정보가 프린터나 기타 인쇄방법을 통해 아날로그 형태로 출력되었을 때, 워터마크 정보의 검출율을 높일 수 있는 워터마크 정보 삽입/추출 방법과 발급/검출기에 자동 대응하는 오프라인 검출 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.

한편 본 발명의 또 다른 목적으로는 아날로그 형태의 출력물에서의 검출율을 높이고, 검출을 용이하게 할 수 있는 스탠드얼론(stand-alone)형태의검출기(detector)를 제작할 수 있는 이론적 기틀을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;

입력 정보의 암호화 및 오류정정 코드 작업과 입력 영상의 특성을 일정하게 변화시키는 전처리(Pre Processing) 단계와;

주파수 영역에서의 정보 삽입을 통하여 삽입된 워터마크가 이미지 전체에 고루 퍼지게 하며 사용자 암호에 의한 영역 설정에 의하여 출력 영상에서의 의도적인 정보 역추적을 미연에 방지하도록 하는 정보 삽입 단계;

오프라인(Off-Line) 검출이 가능하기 위하여 인쇄-추출 오류에 대한 보정을 한 후 사용자의 암호에 의한 영역 추출, 전처리에 의한 특성에 따른 정보의 추출후 정보의 타당성을 오류 정정 및 검출코드에 의하여 검증 및 오류를 정정하여 정보의 추출 정확도를 상승시킨 후 정보 추출 및 신뢰도 측정 단계를 통해 달성된다.

도 1은 본 발명에 따른 워터마크 정보 삽입 및 오프라인 검출기 시스템 개략도

도 2는 본 발명에 따른 신뢰 주파수 데이터 베이스 발생기의 블럭도

도 3은 본 발명에 따른 정보 삽입부의 블럭도

도 4은 본 발명에 따른 주파수 영역 분석기 및 정규화기의 블럭도

도 5는 본 발명에 따른 정보삽입부의 흐름도

도 6는 본 발명에 따른 정보 추출부의 블록도

도 7은 본 발명에 따른 정보 추출부의 흐름도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 삽입정보110 삽입정보전처리기

111 암호및에러정정코드모듈112 에러검출코드모듈

120 사용자정보집합121 정보기발생모듈

122 입력영역추출모듈

130 원본영상

140 원본영상전처리기141 주파수영역분석모듈

142 주파수영역정규화모듈143 주파수영역데이터추출

144 데이터분석145 비신뢰주파수데이터베이스

146 데이터변환기

150 워터마크삽입기151 워터마크삽입모듈

160 정보삽입영상

170 추출영상보정기171 PS오류보정모듈

172 보정영상173 PS오류보정모듈 적합도측정모듈

180 워터마크추출기181 오류검출모듈

182 오류정정모듈183 정보추출모듈

184 신뢰성검사모듈185 정보추출기

190 에러191 추출영상

200 신뢰주파수데이터베이스

210 주파수대역기본데이터230 주파스데이터

231 추출기 232 비교기

233 분석기240 주파수등록기

이하, 본 발명에 따른 워터마크 정보 삽입/추출 방법과 발급/검출기에 자동 대응하는 오프라인 검출 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 워터마크 정보 삽입 및 오프라인 검출기 시스템 개략도이고, 도2는 신뢰 주파수 데이터 베이스 발생기의 블럭도이고, 도3은 정보 삽입부의 블록도이고, 도4는 주파수 영역 분석기 및 정규화기의 블럭도이고, 도5는 정보삽입부의 흐름도이고, 도6는 정보 추출부의 블록도이고, 도7은 정보 추출부의 흐름도로 각 단계를 세부적으로 살펴보면,

먼저 시스템의 안정성 및 검출율의 증가를 위하여 본 시스템에서는 입력부에 정보전처리(110) 및 영상전처리(140) 부분을 가지고 있다. 또한 다양한 에러 환경(190)에 적응적으로 대처하기 위하여 가변 신뢰 주파수 데이터 베이스(200)를 가지고 있다. 이를 통하여 오프라인 검출의 적응적 대응과 그 시스템의 재활용성 및 신뢰도를 높인다.

인쇄와 검출 장비가 특정화되어 시스템이 구성이 되면 인쇄 및 검출기의 특성이 결정되므로 그 상황에서 신뢰 주파수 대역에 관한 데이터 베이스(200)를 구성한 후 입력 영상(130)의 주파수 특성을 분석(141)하여 신뢰 주파수 데이터 베이스(200)에 존재하지 않는 영역을 추출(145) 후 주파수 정규화(146)를 통하여 존재하지 않는 영역을 영상의 화질 저하가 최소화(147)되는 신뢰 주파수 영역으로 변환시킨다.

위 과정은 다시 도2로 도시된 신뢰데이터베이스 생성 단계와 도4로 도시된 주파수 영역분석 및 정규화 단계로 세분화할 수 있다.

도 2은 신뢰데이터베이스 생성단계를 블록도를 통해 보여주고 있다. 기본 주파수 대역의 특성 데이터 베이스(210)에서 발생시킨 주파수에 의해 구성된 영상(220)을 인쇄, 추출 한 후 추출 영상의 주파수 특성을 추출(231)하여 입력 영상의 주파수 특성과 비교(232)하여 입력 주파수 데이터와 추출 영상 주파수 데이터 사이의 관계를 유도 할 수 있는 지를 분석(233)하여 유도된 입역 주파수와 그에 따른 유도 관계를 신뢰 주파수데이터베이스에 저장(240)시킨다.

한편, 도 3은 정보 삽입부를 블록도로 표현해 본 것으로, 본 시스템의 정보 삽입부는 원본영상(130)을 입력 받은 후 삽입할 정보(100)와 사용자의 정보집합(120)을 입력 받아 동작을 시작한다. 삽입정보(100)를 암호화 및 에러 정정코드화(111) 한 후 이 정보에 에러 검출 코드(112)를 인가한 후 워터 마크 삽입(151)을 한다. 원본영상(130)은 주파수 영역 분석(141)후 정규화 처리(142)를 통하여 신뢰성 높은 영상을 만든후 사용자 정보집합(120)에서 추출한 정보키(121)를 통해 영역을 추출(122)후 워터마크삽입(151)을 수행하여 정보가 삽입된 신뢰성 있는 영상(160)을 발생시킨다.

이러한 본 입력 시스템의 모듈별 특성은 다음과 같다.

암호 및 에러 정정 코드 모듈(111)은 삽입 정보(100)의 암호화 및 에러 정정 코드를 발생시키는 것으로, 암호화에 의하여 추출정보의 신뢰도를 높이며 검출 시 발생하는 에러를 정정코드를 통하여 복원(182)하여 정보 추출 확률을 증가시킨다.

에러 검출 코드 모듈(112)는 삽입 정보(100)의 암호화 정보에 에러 검출 코드를 발생시키는 것으로, 검출 시 발생하는 데이터의 집합에서 에러 정보를 검출(181)하여 정확한 데이터 검출 확률을 증가시킨다.

주파수 영역 분석 모듈(141)은 삽입 영상(130)의 주파수 대역 정보를 분석하여 기존에 준비되어진 신뢰주파수 영역(200)에 어긋나는 부분의 정보를 추출(145)해 내는데, 신뢰 주파수 대역으로의 변환(146)을 전체 영상에서 수행하지 않고 어긋나는 부분에서만 수행할 수 있게 하여 영상의 변화를 최소화(147)한다.

주파수 영역 정규화 모듈(142)은 신뢰 주파수에 어긋나는 영역(145)에 한하여 준비되어진 신뢰주파수 영역(200)으로 정규화(146)를 수행하는 것으로, 정규화를 통하여 추출 시 발생하는 에러의 범위를 예측 가능하게 하여 추출(183)의 확률을 증가시킨다.

정보키 발생 모듈(121)은 사용자 정보집합(120)에서 정보를 삽입할 영상의 위치나 방법을 추출(121)하는데, 비밀번호, 생체정보, 내부정책키 등과 같은 다양한 사용자 정보의 집합을 통하여 영역과 방법을 추론하여 의도적인 시스템 변조에 의한 위변조를 줄인다.

입력 영역 추출 모듈(122)은 입력 영상에서 정보키(121)에 의한 영역과 방식(주파수/공간, 입력방식 등)에 따라 정보 삽입 부분을 재배열하여 정보를 삽입할 영상을 구성한다.

워터 마크 삽입 모듈(151)은 최적화된 입력 영상과 입력 정보를 기반으로 정보를 삽입하는데, 정보가 입력된 영상(160)을 발생시키며 영상 평활화(147)를 통해 사람의 눈으로 인지하기 어려운 변화만으로 영상을 발생시킨다.

도 4는 주파수 영역분석 및 정규화 단계를 블록도로 나타낸 것이다. 입력된 영상의 영역의 주파수를 추출(143)한 후 준비되어진 신뢰 주파수 대역(200)과 비교분석하여(144)하여 신뢰 주파수 대역에 속한 영역과 속하지 않은 영역을 비신뢰 주파수 데이터 베이스(145)에 저장한다. 이는 영상 전체의 정규화가 아닌 비신뢰 구역만 정규화하여 영상의 열화를 최소화(147)한다.

한편, 도 6은 정보 추출부를 블록도로 표현해 본 것으로, 본 시스템의 추출부는 인쇄, 추출된 추출영상(191)을 입력받은 후 사용자의 정보집합(120)을 입력 받아 동작을 시작한다. 추출영상(191)을 PS 오류 보정(172)을 통하여 공간적 오류를 최소화 한 후 사용자 정보집합(120)에서 추출한 정보키(121)를 통해 보정된 영상(172)의 검출 영역을 추출(122)후 정보 추출기(185)를 반복 수행하여 정보(100)를 추출한다. 그리고 정보 추출기(185)는 추출된 영역의 데이터의 오류를 검출(181)한 후 오류를 정정(182)하여 일차적 정보를 추출(183)한 후 신뢰성 검사(184)를 통하여 정보의 정확도를 높인다. 이러한 정보 추출기(185)에 의하여 정확한 입력 정보(100)를 추출해 낸다.

이러한 본 추출 시스템의 모듈별 특성은 다음과 같다.

PS 오류 보정 모듈(171)은 인쇄 및 추출에 의해 발생하는 에러(190)에 대해 삽입부의 정규화 모듈(142)에 의한 보정 데이터에 의한 오류 보정을 수행하는데, 삽입시의 정규화 모델(200)에 의해 준비된 보정 데이터에 의하여 추출 데이터(191)의 왜곡이나 손실(190)을 보정하여 정확한 추출 영상(172) 획득 확율을 높인다.

정보키 발생 모듈(121)은 사용자 정보의 집합(120)에서 정보를 추출할 영상의 위치나 방법을 추출(121)하는데, 비밀번호, 생체정보, 내부정책키 등과 같은 다양한 사용자 정보의 집합을 통하여 영역과 방법을 추론하여 의도적인 시스템 변조에 의한 위변조를 줄인다.

검출 영역 추출 모듈(122)은 보정 영상(172)에서 정보키(121)에 의한 영역과 방식(주파수/공간, 입력방식 등)에 따라 정보 추출 부분을 재배열하여 정보를 추출할 영상을 구성한다.

정보 추출 모듈(185)은 오류 검출(181), 오류 정정(182), 정보추출(183), 신뢰성 검사(184)로 구성되며, 정보를 추출할 영상에서 정보를 추출하여 진단 알고리듬에 의해 데이터를 추출한 후 오류 검출(181) 및 오류 정정(182)을 통하여 데이터 신뢰도를 높인 일차 데이터를 추출(183)후 데이터의 신뢰성 테스트(184)를 통하여 신뢰성 높은 정보를 추출(100)한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 디지털 워터마크 정보가 프린터나 기타 인쇄방법을 통해 아날로그 형태로 출력되어야 하는 경우, 워터마크 정보 삽입/추출 방법과 발급/검출기에 자동 대응하는 오프라인 검출 시스템 및 방법을 통해 워터마크 정보의 검출율을 높여서 온라인/오프라인으로 만들어진 쿠폰, 유가증권, 상품권, 입장권 등의 위변조 방지와 주민 등록증, 운전 면허증 등의 각종 카드형 인쇄물의 정보 삽입과 그 위변조 검출 등에 사용할 수 있다.

또한 본 발명은 오프 라인 정보 시스템에서 블라인드 방식을 채택하여 보다 간단한 추출기 구성이 가능하도록 하여, 원본이 있어야 검출이 가능한 경우에 필요로 하는 원본 데이터 서버, 기타 인증 서버 등이 필요성을 제거한 저렴한 비용으로 효과를 극대화할 수 있게 하였다.

또한 본 발명은 주파수의 특성을 이용하여 가변적 신뢰 주파수 데이터를 발생시켜 검출율을 일정 수준 이상 유지하는 발급/검출기 형태로 구성되는 다양한 시스템을 개발할수 있게 해준다.

Claims (4)

1. 입력 정보의 암호화 및 오류정정 코드 작업과 입력 영상의 특성을 일정하게 변화시키는 전처리(Pre Processing) 단계와;

   주파수 영역에서의 정보 삽입을 통하여 삽입된 워터마크가 이미지 전체에 고루 퍼지게 하며 사용자 암호에 의한 영역 설정에 의하여 출력 영상에서의 의도적인 정보 역추적을 미연에 방지하도록 하는 정보 삽입 단계;

   오프라인(Off-Line) 검출이 가능하기 위하여 인쇄-추출 오류에 대한 보정을 한 후 사용자의 암호에 의한 영역 추출, 전처리에 의한 특성에 따른 정보의 추출후 정보의 타당성을 오류 정정 및 검출코드에 의하여 검증 및 오류를 정정하여 정보의 추출 정확도를 상승시킨 후 정보 추출 및 신뢰도 측정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 워터마킹을 이용한 정보 삽입/추출 방법과 발급/검출기에 자동 대응하는 오프라인 검출 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 정보를 입력하는 단계에서 오프라인 검출 및 인쇄-추출 오류의 비선형성 및 영상의 특징에 따른 적응적 데이터 추출 방식의 적용이 가능한 2바이트 이상의 오류검출 코드를 추가한 후 이를 입력 정보로 삽입하는 정보 전처리 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 정보를 삽입할 영상을 입력 받는 단계에서 오프라인 검출및 인쇄-추출 오류의 비선형성을 대비하여 시스템에 의해 발생하는 신뢰 주파수 데이터를 기반으로 추출될 영상의 특성을 예측할 수 있는 영상으로 변환 가공하여 정보를 삽입하는 영상 전처리 시스템
4. 제 1항에 있어서, 상기 정보 삽입, 추출에서 일차적으로 주파수 영역의 데이터 삽입을 사용하여 적용한 정보의 공간영역에서의 역추적 확률을 최소화하고, 이차적으로 입력 정보를 암호화 및 오류 검출, 정정 코드를 추가하여 검출, 정정 방식의 비공개를 통하여 역추적 당한 데이터의 정보 추출을 최소화 하며, 비밀번호, 생체정보, 내부정책키 등과 같은 사용자 정보 집합의 조합에 의하여 삽입 영역 및 삽입 방법을 결정하여 역추적 및 정보 추출을 막는 정보 은닉삽입 시스템