KR20030045969A

KR20030045969A - 워터마크 삽입방법, 전송방법, 복원방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20030045969A
Application number: KR1020010075900A
Authority: KR
Inventors: 오상헌; 김병준; 박성욱
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-12
Also published as: EP1316917A3; JP2003283803A; TW559743B; EP1316917A2; US20030123661A1; CN1423235A; EP1316917B1; MY138127A; US7451317B2; KR100878518B1; JP3834281B2; CN1290054C

Abstract

본 발명은 워터마크 삽입방법, 전송방법, 복원방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따라 원본 정보에 워터마크를 삽입하는 방법은 (a) 상기 워터마크를 구현하는 복수개의 성분들 중 일부를 상기 원본 정보에 삽입하는 단계; 및 (b) 나머지는 상기 워터마크를 복원하기 위한 키로 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 삽입되어야 할 데이터의 크기가 현저히 감소되므로 워터마크된 정보의 열화를 방지됨과 동시에 전송시 다양하게 발생되는 공격에 보다 강인하다.

Description

워터마크 삽입방법, 전송방법, 복원방법 및 그 장치{Apparatus and method for embedding watermark into original information and transmitting watermarked information thereby and recovering watermark therefrom}

본 발명은 워터마크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원본 정보에 워터마크를 삽입하는 방법, 전송하는 방법, 복원하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

네트워크를 기반으로 한 통신 기술의 발달로 멀티미디어 정보가 디지털 형태로 저장되거나 전송되는 일이 빈번해지고 있다. 디지털 정보는 복제되었을 경우원본과 구별이 거의 불가능하다. 따라서 원본에 대한 권리를 주장하기 위한 하나의 방법으로 원본에 식별 정보(이하 "워터마크"라 함)를 삽입한다. 워터마크로는 원본의 저작권 정보, 저작권자의 서명, 마크 등이 주로 사용된다.

원본에 삽입되는 데이터의 크기가 증가하면 외부로부터의 공격에 강인한 반면 워터마크된 정보의 품질은 저하된다. 삽입되는 데이터의 크기가 감소하면 그 반대가 된다. 즉, 워터마크의 크기와 워터마크된 정보의 품질은 서로 트래이드-오프(trade-off) 관계에 있다. 텍스트를 워터마크로서 삽입하는 경우 통상 100 비트 미만으로 충분하므로 큰 문제가 되지 않는다. 그러나, 영상을 삽입하는 경우, 예를 들어 비교적 그 크기가 작은 32×32 픽셀의 이진 영상이라도 1024 비트가 삽입되어야 하므로 품질 저하가 문제로 된다. 그럼에도 불구하고 워터마크 영상을 삽입해야 할 필요성은 높아지고 있다. 영상은 텍스트에 비해 식별력이 높고 사용자 친화도가 우수하기 때문이다.

종래 다양한 워터마크 삽입방법이 제안되고 있다. 그러나, 이들은 모두 원본 정보를 어떤 방식으로 변환한 다음 어디에 어떻게 워터마크 데이터를 삽입하는가에 집중되어 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 삽입되는 데이터의 크기를 현저히 감소시킬 수 있는 새로운 워터마크 삽입방법, 전송방법, 복원방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 데이터의 크기를 현저히 감소시키면서도 보다 공격에 강인한 새로운 워터마크 삽입방법, 전송방법, 복원방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수신 측에서 복원이 용이한 새로운 워터마크 삽입방법, 전송방법, 복원방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워터마크 삽입장치의 구성도,

도 2는 도 1의 워터마크 삽입장치에 추가되어 워터마크된 원본을 저장하거나 전송하는 장치의 구성도,

도 3 및 4는 본 발명에 따라 워터마크를 분해하는 과정을 보여주는 참고도,

도 4는 워터마크를 분해하는 과정의 일 실시예를 보여주는 참고도,

도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 워터마크 영상을 분해하는 과정을 보여주는 참고도,

도 6은 타 시스템(50)에서 워터마크를 복원하는 과정을 보여주는 참고도,

도 7은 본 발명에 따른 워터마크 삽입방법을 설명하기 위한 플로우챠트,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 워터마크 삽입방법을 설명하기 위한 플로우챠트,

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 워터마크 전송방법을 설명하기 위한 플로우챠트,

도 10은 워터마크를 복원하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트,

도 11은 테스트 영상으로 사용된 워터마크 영상들,

도 12는 도 11의 테스트 영상들로부터 본 발명에 따라 추출된 색 성분의 비트열을 비교하기 위한 표,

도 13은 테스트 영상으로 사용된 원본 영상들,

도 14는 본 발명에 따라 얻어진 워터마크된 영상들의 화질과 종래 방식에 따른 경우의 화질을 비교한 그래프,

도 15는 본 발명에 따라 워터마크된 영상의 강인성을 보여주는 그래프,

도 16은 본 발명에 따라 워터마크된 영상의 필터링에 대한 강인성을 보여주는 참고도,

도 17은 본 발명에 따라 워터마크된 영상의 크로핑(Cropping)에 대한 강인성을 보여주는 참고도,

도 18은 본 발명에 따라 워터마크된 영상의 와핑(Warping)에 대한 강인성을 보여주는 참고도이다.

상기 목적은 본 발명에 따라 원본 정보에 워터마크를 삽입하는 방법에 있어서, (a) 상기 워터마크를 구현하는 복수개의 성분들 중 일부를 상기 원본 정보에 삽입하는 단계; 및 (b) 나머지는 상기 워터마크를 복원하기 위한 키로 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 달성된다.

상기 (a)단계는 (a1) 상기 워터마크를 복수개의 성분들로 분해하는 단계를 포함하는 것이 바람직하며, 특히 워터마크 영상인 경우 색 성분, 위치 성분 및 크기 성분으로 분해하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 분해 단계는 (a11) 상기 워터마크 영상을 색 성분이 동일한 영역들로 분할하여 복수개의 서브 블록들을 얻는 단계; (a12) 얻어진 서브 블록들의 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하는 단계; 및 (a13) 생성된 비트열을 상기 원본 정보에 삽입하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 (a11)단계는 상기 워터마크 영상을 저겅도 하나의 이진 영상으로 분할하는 단계; 및 얻어진 이진 영상을 색 성분이 동일한 비트값으로 표시되는 영역들로 분할하여 복수개의 서브 블록들을 얻는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적은 원본 정보에 워터마크 영상을 삽입하는 방법에 있어서, (a) 영역의 크기를 변경시켜가며 상기 워터마크 영상을 검색하여 색 성분이 동일한비트값으로 표시되는 영역이 존재하면 그 영역을 서브 블록으로 추출하는 단계; (b) 추출된 서브 블록들의 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하는 단계; 및 (c) 생성된 비트열을 상기 원본 정보에 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해서도 달성된다.

상기 (a)단계는 (a1) 상기 워터마크 영상을 적어도 하나의 이진 영상으로 분할하는 단계; (a2) 영역의 크기를 변경시켜가며 이진 영상을 검색하여 색 성분이 동일한 비트값으로 표시되는 영역이 존재하면 그 영역을 서브 블록으로 추출하는 단계; 및 (a3) 나머지 이진 영상에 대해 상기 (a2)단계를 반복하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 (b)단계는 상기 서브 블록의 크기 순서대로 대응 비트값을 배열하여 상기 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하는 단계를 포함하는 것이 효과적이다.

또한, 상기 목적은 원본 정보에 워터마크를 삽입하여 전송하는 방법에 있어서, (b) 상기 워터마크를 구현하는 복수개의 성분들 중 일부만을 상기 원본 정보에 삽입하여 전송하는 단계; 및 (c) 나머지는 상기 워터마크를 복원하기 위해 필요한 키로서 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해서도 달성된다.

상기 (b)단계 이전에 (a) 상기 워터마크를 복수개의 성분들로 분해하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적은 워터마크를 복원하는 방법에 있어서, (a) 상기 워터마크를 구현하는 복수개의 성분들 중 일부를 원본 정보로부터 추출하는 단계; 및 (b) 키로서 수신된 나머지를 조합하여 상기 워터마크를 복원하는 단계를 포함하는 것을특징으로 하는 방법에 의해서도 달성된다.

상기 (a)단계는 (a1) 워터마크된 원본으로부터 상기 워터마크의 색 성분을 나타내는 비트열을 추출하는 단계임이 바람직하다.

상기 (b)단계는 (b1) 상기 워터마크의 위치 성분 및 크기 성분을 상기 키로서 수신하여 상기 색 성분과 조합하여 워터마크를 복원하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적은 원본 정보에 워터마크를 삽입하는 장치에 있어서, 상기 워터마크를 복수개의 성분들로 분해하는 워터마크 분해부; 상기 워터마크 분해부를 통해 얻어진 복수개의 성분들 중 일부를 상기 원본 정보에 삽입하는 워터마크 삽입부; 및 상기 워터마크 분해부를 통해 얻어진 복수개의 성분들 중 나머지는 상기 워터마크를 복원하기 위한 키로 출력하는 키 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치에 의해서 달성된다.

상기 워터마크 분해부는 상기 워터마크 영상을 색 성분이 동일한 영역들로 분할하여 복수개의 서브 블록들을 얻은 다음 얻어진 서브 블록들의 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하며, 상기 워터마크 삽입부는 상기 워터마크 분해부에 의해 생성된 비트열을 상기 원본 정보에 삽입하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워터마크 삽입장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 워터마크 삽입장치(10)는 원본 정보와 워터마크를 입력받은 다음 워터마크를 구현할 수 있는 데이터 중 일부를 원본 정보에 삽입하여 워터마크된 영상 및 키를 출력하는 장치로서 워터마크 분해부(11), 키 생성부(12) 및 워터마크 삽입부(13)를 포함한다.

워터마크 분해부(11)는 워터마크를 복수개의 성분들로 분해한다. 워터마크는 다양한 데이터 표현 방식 중 어느 하나로 표시할 수 있다. 예를 들어, 워터마크 데이터를 소정 암호화 방식에 따라 암호화한다면 워터마크는 암호화된 데이터 성분과 암호화 키 성분으로 분해될 수 있다. 워터마크가 비디오나 사운드인 경우 이를 주파수 대역별로 할당된 양자화 비트 수에 따라 양자화한다면 워터마크는 양자화된 데이터 성분과 각 주파수 대역별로 할당된 양자화 비트 수로 분해될 수 있다. 워터마크가 음성 신호인 경우 여기 신호(excitation source)와 필터(spectral shapping filter)로 분해될 수 있다. 나아가, 포만트(formant)와 엔벨로프(envelope)로 분해될 수 있다. 워터마크가 비디오나 사운드인 경우 주파수 성분과 계수 성분(coefficients)로 분해될 수 있다. 다시 말해, 워터마크 분해부(11)는 조합하여 워터마크를 복원할 수 있는 두 개 이상의 성분으로 분해한다. 이때, 입력받은 워터마크 영상이 이진 영상이 아닐 경우 적어도 하나의 이진 영상으로 변환한 다음 분해한다. 예를 들어, 컬러 영상인 경우 색상 별 이진 영상들로 분할한다. 본 실시예에서 이진 워터마크 영상은 색 성분, 위치 성분 및 크기 성분으로 분해된다.

키 생성부(12)는 검증 키를 생성한다. 검증 키란 워터마크된 영상으로부터 워터마크를 추출할 때 또는 추출된 데이터로부터 워터마크를 복원하기 위해 필요한 데이터를 의미한다. 본 실시예에서 키 생성부(12)는 워터마크 분해부(11)를 통해얻어진 복수개의 성분들 중 원본 정보에 삽입되는 성분을 제외한 나머지를 워터마크를 복원하기 위한 키로서 저장해두거나 워터마크된 영상을 전송할 때 워터마크된 영상과 별개로 수신단으로 전송한다.

워터마크 삽입부(13)는 워터마크 분해부(11)에 의해 생성된 복수개의 성분들 중 일부를 원본 정보에 삽입한다. 원본 정보는 영상(정지 영상과 동영상을 모두 포함), 또는 사운드(음성 신호 포함)인 경우가 대부분이다. 원본 정보에 데이터를 삽입하는 방식은 다양하게 선택할 수 있다. 종래 알려진 워터마크 삽입 방식이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 원본 정보를 DCT(Discrete Cosine Transform), FFT(Fast Fourier Transform), DWT(Discrete Wavelet Transform) 변환 등을 통해 주파수 도메인의 데이터로 변환한 다음 사람의 시각에 덜 민감한 부분에 워터마크 데이터를 삽입하는 방식을 사용할 수 있다. 나아가, 워터마크 데이터를 삽입할 때 스케일링 인자(scaling factor)를 반영할 수 있다. 스케일링 인자는 워터마크의 강인성(robustness)과 워터마크된 영상의 화질 사이에 존재하는 트래이드-오프(trade-off)를 조정하는 인자를 말한다. 스케일링 인자를 반영하는 경우 부분적으로 그 값을 서로 다르게 할 수 있다. 다만, 워터마크는 수신단에서 완벽하게 복원되어야 하므로 워터마크를 손실 압축(Lossy compression)하여 삽입하는 방식은 사용되지 않는다. 또한, 공격에 의한 오류가 발생될 것을 고려하여 Run-Length 방식과 같이 오류 전파(Error propagation)가 발생할 수 있는 압축 방식은 사용되지 않는다.

도 2는 본 발명에 따라 도 1의 워터마크 삽입장치에 추가되어 워터마크된 원본 정보를 저장하거나 전송하는 장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 워터마크 전송장치는 저장부(20) 및 서버(30)를 포함한다. 저장부(20)는 본 발명에 따라 워터마크된 정보 및 키를 저장한다. 저장부(20)는 워터마크된 정보를 저장하는 일반 저장부 및 키를 저장하는 보안 저장부로 구현될 수 있다. 서버(30)는 워터마크된 정보 및 키를 네트워크를 통해 타 시스템(50)으로 전송한다. 네트워크는 LAN(Local Area Network) 또는 인터넷과 같은 WAN(Wide Area Network), 또는 양자를 모두 포함할 수 있다. 타 시스템(50)은 수신된 키를 사용하여 워터마크된 정보로부터 워터마크를 추출하여 복원할 수 있다. 나아가, 디스플레이 장치(도시되지 않음) 및/또는 프린터 장치(도시되지 않음)를 구비하여 워터마크된 정보와 복원된 워터마크를 디스플레이하거나 프린트할 수 있다.

도 3 및 4는 본 발명에 따라 워터마크를 분해하는 과정을 보여주는 참고도이다.

도 3을 참조하면, 워터마크 분해부(11)는 워터마크를 M 개의 성분으로 분해한다(M은 정수). 그 중 m 개(m은 M보다 작은 정수)의 성분 A는 워터마크로서 원본 정보에 삽입하고 나머지 M-m 개의 성분 B는 키로 사용한다.

도 4를 참조하면, 워터마크 영상은 색 성분, 위치 성분 및 크기 성분으로 분해된 다음 색 성분은 원본 정보에 삽입되고 위치 성분 및 크기 성분은 키로 사용된다.

도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 워터마크 영상을 분해하는 과정을 보여주는 참고도이다.

전술한 바와 같이, 워터마크 분해부(11)는 워터마크 영상을 이진 영상으로 분할한 다음 이진 영상을 대상으로 분해를 수행한다. 도 5a를 참조하면, 이진 영상은 참조번호 1,2,3,4의 영역으로 구성되어 있다. ■부분은 비트 '0'를, □부분은 비트 '1'을 나타낸다. 영역 3 및 4는 색 성분이 동일하므로, 즉 색 성분이 동일한 비트로 표현되므로 서브 블록 W(0)로 추출된다. 다음으로, 영역 1이 서브 블록 W(1)으로 추출된다. 이어서, 영역 2 중 색 성분이 동일한 비트로 표현되는 영역 2-1 및 2-3이 서브 블록 W(2)로 추출된다. 나머지 영역 중 색 성분이 동일한 비트로 표현되는 영역 2-4가 서브 블록 W(3)으로 추출된다. 이어, 영역 2-2-1, 영역 2-2-2, 2-2-3 및 2-2-4가 각각 서브 블록 W(4), W(5), W(6), W(7)로 추출된다. 추출된 서브 블록의 순서대로 해당 비트를 나열하면 최종적으로 '10010101'이 얻어진다. 즉, 색 성분을 표시하는 비트열은 '10010101'이 된다.

도 5b를 참조하면, 도 5a의 워터마크 영상의 분해 과정에서 얻어진 크기 성분과 위치 성분이 도시되어 있다. 사각형의 크기는 해당 서브 블록의 크기 성분을 나타내며 사각형에 표시된 참조번호는 해당 서브 블록의 위치 성분을 나타낸다. 실제로 크기 성분과 위치 성분은 다양한 방식으로 표시될 수 있다.

도 6은 타 시스템(50)에서 워터마크를 복원하는 과정을 보여주는 참고도이다.

도 6을 참조하면, 타 시스템(50)은 워터마크된 영상으로부터 색 성분을 나타내는 비트열 '10010101'을 추출한 다음 키로서 수신된 크기 성분 및 위치 성분을 조합하여 워터마크를 복원해낸다.

상기와 같은 구성을 기초로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워터마크 삽입방법 및 전송방법을 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명에 따른 워터마크 삽입방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 7을 참조하면, 워터마크 삽입장치는 워터마크를 구현하는 복수개의 성분들 중 일부를 원본 정보에 삽입한 다음(701단계), 나머지는 워터마크를 복원하기 위한 키로 사용한다(702단계). 여기서, 키로 사용한다는 것은 키로서 저장해두거나 701단계에서 얻어진 워터마크된 영상을 수신단으로 전송할 때 키로서 전송함을 의미한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 워터마크 삽입방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 8을 참조하면, 워터마크 삽입장치는 워터마크 영상을 색 성분이 동일한 영역들로 분할하여 복수개의 서브 블록들로 분할한 다음(801단계), 얻어진 서브 블록들의 색 성분을 표시하는 비트열을 생성한다(802단계). 보다 구체적으로, 워터마크 삽입장치는 워터마크 영상을 구성하는 이진 영상의 픽셀수가 (x, y)일 때 서브 블록을 구성하는 픽셀수를 (x, y)로 놓고 k값을 0으로 초기화한다. 다음으로, 이진 영상의 전 영역을 검색하여 동일한 비트값으로 표시되며 처음 설정된 서브 블록과 같은 크기를 갖는 영역이 존재하면 이를 서브 블록 W(k)로 추출한다. 추출된 서브 블록 내의 모든 비트가 '1'이면 W(k)는 1이고 '0'이면 0이 된다. 서브 블록이 추출되면 k값은 1 증가한다. 다시, 서브 블록의 크기를 (x/2, y) 및 (x, y/2)로 변경시켜가며 워터마크 영상을 검색한다. 이 때 추출된 서브 블록에 해당되는영역은 검색에서 제외된다. (x, y) =(1, 1)이 될 때까지 서브 블록의 가로 픽셀수 또는 세로 픽셀수를 절반씩 줄여가며 검색을 되풀이하여 해당 서브 블록을 추출해낸다. 각 서브 블록으로부터 얻어진 비트를 서브 블록의 크기 순서대로 나열하면 비트열이 생성된다.

워터마크 삽입장치는 얻어진 비트열을 원본 정보에 삽입한다(803단계). 비트열을 원본 정보에 삽입하는 방법으로는 적용가능한 종래 워터마크 삽입방법이 사용될 수 있다. 나아가, 스케일 인자를 비트 별로 다르게 주어 삽입할 수 있다. 중요한 성분에는 큰 스케일 인자를 부여하고 그렇지 않은 성분에는 작은 스케일 인자를 부여한다. 예를 들어, 상대적으로 크기가 큰 서브 블록의 비트에는 큰 스케일 인자를, 상대적으로 크기가 작은 서브 블록에는 작은 스케일 인자를 반영시킨다. 한편, 서브 블록의 크기 성분 및 위치 성분은 키로 사용된다(804단계).

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 워터마크 전송방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 9를 참조하면, 워터마크 전송장치는 워터마크 영상을 색 성분이 동일한 영역들로 분할하여 복수개의 서브 블록들로 분할한 다음(901단계), 얻어진 서브 블록들의 크기 순서대로 해당 색 성분을 표시하는 비트열을 생성한다(902단계). 도 8의 801 단계 및 802 단계에서와 마찬가지 방식이 사용된다. 또한, 상대적으로 크기가 큰 서브 블록일수록 큰 값의 스케일 인자를 부여한다(903단계). 다음으로, 워터마크 전송장치는 스케일 인자가 반영된 비트열을 원본 영상에 삽입하여 타 시스템(50)으로 전송한다(904단계). 원본 영상은 정지 영상과 동영상을 모두 포함한다. 마찬가지로, 비트열을 원본 영상에 삽입하는 방법으로 적용가능한 종래 워터마크 삽입방법이 사용될 수 있다. 나아가, 스케일 인자를 비트 별로 다르게 주어 삽입할 수 있다. 중요한 성분에는 큰 스케일 인자를 부여하고 그렇지 않은 성분에는 작은 스케일 인자를 부여한다. 예를 들어, 상대적으로 크기가 큰 서브 블록의 비트에는 큰 스케일 인자를, 상대적으로 크기가 작은 서브 블록에는 작은 스케일 인자를 반영시킨다. 한편, 서브 블록의 크기 순서대로 크기 성분 및 위치 성분을 배열한 다음 키로서 타 시스템(50)으로 전송한다(905단계).

도 10은 워터마크를 복원하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 10을 참조하면, 타 시스템(50)은 네트워크를 통해 워터마크된 영상과 키를 수신하고(1001단계), 워터마크된 영상으로부터 서브 블록들의 색 성분을 표시하는 비트열을 추출한다(1002단계). 한편, 수신된 키로부터 서브 블록들의 크기 성분 및 위치 성분을 추출한다(1003단계). 상기 1002단계에서 추출된 비트열에 상기 1003단계에서 추출된 크기 성분에 따라 대응되는 크기를 가지며 대응되는 비트값으로 표시되는 서브 블록들을 복원한다. 마지막으로 위치 성분을 참조하여 복원된 서브 블록들을 재배열함으로서 워터마크 영상을 복원한다(1004단계).

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면 워터마크 영상을 복원하기 위해서는 삽입된 성분과 키가 모두 정확해야 한다. 이로부터 본 발명에 따른 워터마크 삽입방법, 전송방법 및 그 장치의 강인성이 담보된다. 가령, 키로서 다른 워터마크 영상에 대한 위치 정보 및 크기 정보를 수신하게 되면 서브 블록의 개수가 서로 일치하지 않으므로 당해 워터마크 영상을 복원할 수 없게 된다. 워터마크를 삽입하는 알고리즘을 알고 있어 삽입된 성분을 표시하는 비트열을 추출한다고 하더라도 서브 블록의 크기 성분 및 위치 성분을 알지 못하면 워터마크 영상을 제대로 복원해낼 수 없다. 해킹을 통해 키를 알아낸다고 하더라도 삽입된 색 성분을 알지 못하면 서브 블록의 비트들을 채울 수 없기 때문에 복원이 불가하다.

실험결과 본 발명에 따른 워터마크 삽입장치의 성능은 다음과 같이 측정되었다. 먼저, 실험에 사용된 장치는 원본 영상을 DWT 변환하여 DWT 계수들(coefficients)을 얻은 다음 삽입될 비트열의 비트값이 '0'이면 해당 계수를 임계값 T1으로 치환하고 비트값이 '1'이면 해당 계수를 임계값 T2로 치환하는 방식을 사용하였다. T1과 T2 사이의 거리를 결정하는 인자는 스케일 인자이다. 스케일 인자는 다양한 방식으로 정해질 수 있으나 본 실험에서는 「Sang-Wook Keem, Sang-Heum Oh, Yong-Jun Ryu, Keyn-Young Lee, "A Roubust digital watermarking method based on DWT",Proc. IEEK. Summer Conference 2001, vol 24, No. 1, pp77-80, Jun 2001」에 개시된 방법에 따라서 스케일 인자 α는 1부터 0.8까지는 Δα= 0.2로, 0.6부터 0.45까지는 Δα= 0.15로, 0.3부터 0.1까지는 Δα= 0.1로 변화를 주었다.

도 11은 테스트 영상으로 사용된 워터마크 영상들이다. 도 11을 참조하면, (a) "DM LAB"은 128×128 비트/픽셀이고 (b)"SAMSUNG"은 150×39 비트/픽셀이며 (c) "Signature"는 64×64 비트/픽셀이다.

도 12는 도 11의 테스트 영상들로부터 본 발명에 따라 추출된 색 성분의 비트열을 비교하기 위한 표이다. 도 12를 참조하면, (a) "DM LAB"의 경우 1167 비트로 표시가능함을 알 수있다. 이는 종래 16384비트를 삽입해야 하던 것에 비하면 90% 정도 감소된 것이다. (b)의 "SAMSUNG"과 (c)의 "Signature" 또한 종래에 비해 85% 정도 감소됨을 알 수 있다.

도 13은 테스트 영상으로 사용된 원본 영상들이다. 도 13을 참조하면, (a) "Lenna", (b) "Baboon" 및 (c) "Camman"은 모두 256×256 픽셀이다.

도 14는 도 13의 원본 영상들에 본 발명에 따라 도 11의 워터마크 영상을 삽입하였을 경우 얻어진 워터마크된 영상들의 화질과 종래 방식에 따른 경우의 화질을 비교한 그래프이다. 다만, 「Sang-Wook Keem, Sang-Heum Oh, Yong-Jun Ryu, Keyn-Young Lee, "A Roubust digital watermarking method based on DWT",Proc. IEEK. Summer Conference 2001, vol 24, No. 1, pp77-80, Jun 2001」에 개시된 방법에 따르면 워터마크를 세 번씩 삽입하게 되어 있지만 "DM LAB"과 같이 데이터의 크기가 큰 워터마크 영상의 경우 압축하지 않고 세 번 삽입하는 것은 불가하므로 한번씩 삽입하였다.

도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 방식에 따라 워터마크 영상을 삽입하였더니 화질이 최소 1.8 dB에서 최대 5.63dB까지 개선되었음을 알 수 있다. 한편, PSNR은 Pick Signal to Noise Ratio를 의미한다.

도 15는 본 발명에 따라 워터마크된 영상의 강인성을 보여주는 그래프이다.

도 15를 참조하면, "DM LAB"을 "Baboon" 에 삽입하여 압축한 다음 10% 에서 90%까지 압축율을 변화시켜가면서 JPEG 압축을 수행한 결과 본 발명에 따르면 평균 2.33%(16384 비트 중 381 비트)의 에러가 발생하였고 본 발명을 적용하지 않은 경우에는 22.86%(16384 비트 중 3745 비트)의 에러가 발생하였다. 본 발명에 따르면 약 10배 가량 에러 발생율이 감소됨을 확인할 수 있었다.

도 16은 본 발명에 따라 워터마크된 영상의 필터링에 대한 강인성을 보여주는 참고도이다.

도 16을 참조하면, "SAMSUNG"을 "Camman"에 삽입한 다음 JPEG 압축을 수행하여 "Stirmark Attack" 필터링에 대한 강인성을 실험하였으며 그 결과가 도시되어 있다. (a)는 가우시안 필터(Gaussian Filter)를 통과한 경우, (b)는 2×2 메디안 필터(Median Filter)를 통과한 경우, (c)는 3×3 메디안 필터(Median Filter)를 통과한 경우 및 (d)는 3×3으로 워터마크된 영상의 에지(Edge)를 강조한 경우 추출된 워터마크 영상을 나타낸다. 모두 95% 이상 복원율을 보여주고 있다.

도 17은 본 발명에 따라 워터마크된 영상의 크로핑(Cropping)에 대한 강인성을 보여주는 참고도이다.

도 17을 참조하면, (a)는 크로핑된 "Lenna"를 나타내며 (b)는 (a)로부터 복원된 워터마크 영상 "Signature"를 나타낸다. 이와 같은 공격에도 "Signature"는 97% 이상 복원되는 강인성을 보여주고 있다.

도 18을 참조하면, (a)는 와핑된 "Lenna"를 나타내며 (b)는 (a)로부터 복원된 워터마크 영상 "SAMSUNG"을 나타낸다. 이와 같은 공격에도 "SAMSUNG"은 97% 이상 복원되는 강인성을 보여주고 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 삽입되어야 할 데이터의 크기가 현저히 감소되므로 워터마크된 정보의 열화를 방지됨과 동시에 전송시 다양하게 발생되는 공격에 보다 강인해진다. 즉, 삽입되어야 할 워터마크를 복수개의 성분들로 분해한 후 일부 성분만 삽입함으로써 워터마크된 영상의 화질을 개선시켰으며 나머지 성분을 키로서 전송함으로써 공격에 강인성을 높였다. 수신단에서는 워터마크된 원본 정보로부터 추출된 일부 성분과 키로서 전송된 나머지 성분을 조합해야만 워터마크를 완전히 복원할 수 있기 때문이다.

Claims

원본 정보에 워터마크를 삽입하는 방법에 있어서,

(a) 상기 워터마크를 구현하는 복수개의 성분들 중 일부를 상기 원본 정보에 삽입하는 단계; 및

(b) 나머지는 상기 워터마크를 복원하기 위한 키로 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 (a)단계는

(a1) 상기 워터마크를 복수개의 성분들로 분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 (a1)단계는

워터마크 영상을 색 성분, 위치 성분 및 크기 성분으로 분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,

상기 분해 단계는

(a11) 상기 워터마크 영상을 색 성분이 동일한 영역들로 분할하여 복수개의 서브 블록들을 얻는 단계;

(a12) 얻어진 서브 블록들의 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하는 단계; 및

(a13) 생성된 비트열을 상기 원본 정보에 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서,

상기 (a11)단계는

상기 워터마크 영상을 저겅도 하나의 이진 영상으로 분할하는 단계;

얻어진 이진 영상을 색 성분이 동일한 비트값으로 표시되는 영역들로 분할하여 복수개의 서브 블록들을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 (a)단계는

상기 워터마크를 소정 암호화 방식에 따라 암호화된 워터마크과 암호화 키로 분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 (a)단계는

워터마크를 주파수 대역별로 할당된 양자화 비트 수에 따라 양자화된 데이터 및 할당된 양자화 비트 수로 분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
원본 정보에 워터마크 영상을 삽입하는 방법에 있어서,

(a) 영역의 크기를 변경시켜가며 상기 워터마크 영상을 검색하여 색 성분이 동일한 비트값으로 표시되는 영역이 존재하면 그 영역을 서브 블록으로 추출하는 단계;

(b) 추출된 서브 블록들의 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하는 단계; 및

(c) 생성된 비트열을 상기 원본 정보에 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 (a)단계는

(a1) 상기 워터마크 영상을 적어도 하나의 이진 영상으로 분할하는 단계;

(a2) 영역의 크기를 변경시켜가며 이진 영상을 검색하여 색 성분이 동일한 비트값으로 표시되는 영역이 존재하면 그 영역을 서브 블록으로 추출하는 단계; 및

(a3) 나머지 이진 영상에 대해 상기 (a2)단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서,

상기 (b)단계는

상기 서브 블록의 크기 순서대로 대응 비트값을 배열하여 상기 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 (c)단계는

상기 비트열에 스케일링 인자를 반영하여 삽입하는 단계임을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 (c)단계는

상기 비트열의 적어도 일부의 비트에 스케일링 인자를 다르게 반영하여 삽입하는 단계임을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,

상기 (c)단계는

상기 비트열 중 크기가 큰 서브 블록에 대응되는 비트일수록 큰 값의 스케일링 인자를 반영시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
원본 정보에 워터마크를 삽입하여 전송하는 방법에 있어서,

(b) 상기 워터마크를 구현하는 복수개의 성분들 중 일부만을 상기 원본 정보에 삽입하여 전송하는 단계; 및

(c) 나머지는 상기 워터마크를 복원하기 위해 필요한 키로서 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서,

상기 (b)단계 이전에

(a) 상기 워터마크를 복수개의 성분들로 분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서,

상기 (a)단계는

(a1) 워터마크 영상을 색 성분, 위치 성분 및 크기 성분으로 분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서,

상기 (a1)단계는

(a11) 상기 워터마크 영상을 색 성분이 동일한 영역들로 분할하여 복수개의 서브 블록들을 얻는 단계;

(a12) 얻어진 서브 블록들의 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하는 단계; 및

(a13) 얻어진 서브 블록들의 위치 성분 및 크기 성분을 표시하는 비트열을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 (a11)단계는

상기 워터마크 영상을 적어도 하나의 이진 영상으로 분해하는 단계; 및

얻어진 이진 영상을 각각 색 성분이 동일한 비트값으로 표시되는 영역으로 분할하여 복수개의 서브 블록들을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 (a12)단계는

상기 서브 블록의 크기 순서대로 해당 비트값을 배열하여 상기 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서,

상기 (c)단계는

상기 위치 성분 및 크기 성분을 표시하는 비트열을 상기 워터마크를 복원하기 위한 키로서 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
워터마크를 복원하는 방법에 있어서,

(a) 상기 워터마크를 구현하는 복수개의 성분들 중 일부를 원본 정보로부터 추출하는 단계; 및

(b) 키로서 수신된 나머지를 조합하여 상기 워터마크를 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제21항에 있어서,

상기 (a)단계는

(a1) 워터마크된 원본으로부터 상기 워터마크의 색 성분을 나타내는 비트열을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제22항에 있어서,

상기 (b)단계는

(b1) 상기 워터마크의 위치 성분 및 크기 성분을 상기 키로서 수신하여 상기 색 성분과 조합하여 워터마크를 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
원본 정보에 워터마크를 삽입하는 장치에 있어서,

상기 워터마크를 복수개의 성분들로 분해하는 워터마크 분해부;

상기 워터마크 분해부를 통해 얻어진 복수개의 성분들 중 일부를 상기 원본 정보에 삽입하는 워터마크 삽입부; 및

상기 워터마크 분해부를 통해 얻어진 복수개의 성분들 중 나머지는 상기 워터마크를 복원하기 위한 키로 출력하는 키 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제24항에 있어서,

상기 워터마크 분해부는 워터마크 영상을 색 성분, 위치 성분 및 크기 성분으로 분해하는 것을 특징으로 하는 장치.
제24항에 있어서,

상기 워터마크 분해부는 상기 워터마크 영상을 색 성분이 동일한 영역들로 분할하여 복수개의 서브 블록들을 얻은 다음 얻어진 서브 블록들의 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하며,

상기 워터마크 삽입부는 상기 워터마크 분해부에 의해 생성된 비트열을 상기 원본 정보에 삽입하는 것을 특징으로 하는 장치.
제24항에 있어서,

상기 워터마크 분해부는

영역의 크기를 변경시켜가며 상기 원본 영상을 검색하여 색 성분이 동일한 비트값으로 표시되는 영역이 존재하면 그 영역을 서브 블록으로 추출하는 것을 특징으로 하는 장치.
제26항 또는 제27항에 있어서,

상기 워터마크 분해부는 상기 서브 블록의 크기 순서대로 대응 비트값을 배열하여 상기 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제24항에 있어서,

상기 워터마크 분해부는 워터마크 영상을 적어도 하나의 이진 영상으로 분할한 다음 분할된 이진 영상을 색 성분, 위치 성분 및 크기 성분으로 분해하는 것을 특징으로 하는 장치.
제29항에 있어서,

상기 워터마크 분해부는

상기 워터마크 영상을 색 성분이 동일한 영역들로 분할하여 복수개의 서브 블록들을 얻은 다음 얻어진 서브 블록들의 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하며,

상기 워터마크 삽입부는 상기 워터마크 분해부에 의해 생성된 비트열을 상기 원본 영상에 삽입하는 것을 특징으로 하는 장치.
제29항에 있어서,

상기 워터마크 분해부는

영역의 크기를 변경시켜가며 상기 원본 영상을 검색하여 색 성분이 동일한 비트값으로 표시되는 영역이 존재하면 그 영역을 서브 블록으로 추출하는 것을 특징으로 하는 장치.
제30항 또는 제31항에 있어서,

상기 워터마크 분해부는

상기 서브 블록의 크기 순서대로 대응 비트값을 배열하여 상기 색 성분을 표시하는 비트열을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제29항에 있어서,

상기 워터마크 삽입부는 상기 비트열에 스케일링 인자를 반영하여 삽입하는 것을 특징으로 하는 장치.
제33항에 있어서,

상기 워터마크 삽입부는 상기 비트열의 적어도 일부의 비트에 스케일링 인자를 다르게 반영하여 삽입하는 것을 특징으로 하는 장치.
제34항에 있어서,

상기 워터마크 삽입부는 상기 비트열 중 크기가 큰 서브 블록에 대응되는 비트일수록 큰 값의 스케일링 인자를 반영시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제24항에 있어서,

상기 워터마크 분해부는

워터마크 영상을 소정 암호화 방식에 따라 암호화된 워터마크 영상과 암호화 키로 분해하는 것을 특징으로 하는 장치.
제24항에 있어서,

상기 워터마크 분해부는

워터마크 사운드를 주파수 대역별로 할당된 양자화 비트 수에 따라 양자화된 데이터 및 할당된 양자화 비트 수로 분해하는 것을 특징으로 하는 장치.