KR20040065273A - 가변 방향성 및 프로토콜을 갖는 포렌직 디지털 워터마킹 - Google Patents

가변 방향성 및 프로토콜을 갖는 포렌직 디지털 워터마킹 Download PDF

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KR20040065273A KR10-2004-7009235A KR20047009235A KR20040065273A KR 20040065273 A KR20040065273 A KR 20040065273A KR 20047009235 A KR20047009235 A KR 20047009235A KR 20040065273 A KR20040065273 A KR 20040065273A
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Abstract

본 발명은 내용 신호(100)에 임베드될 포렌직 디지털 워터마크(102)에 대한 방향성 및/또는 임베딩 프로토콜을 랜덤하게 선택하는 포렌직 디지털 워터마킹(102) 방법을 제공한다. 그 후, 본 발명은 선택된 방향성에서 포렌직 디지털 워터마크(102)를 내용 신호(100)에 임베드한다. 임베딩은 포렌직 워터마크를 임베드하는 각 인스턴스 동안 디지털 포렌직 워터마크(102)에 상이한 방향성을 적용한다. 이는 평균화 및 과다-임베딩 공격들을 좌절시키고 세대의 포렌직 추적(generational forensic tracking)을 할 수 있게 한다.

Description

가변 방향성 및 프로토콜을 갖는 포렌직 디지털 워터마킹{Forensic digital watermarking with variable orientation and protocols}
디지털 워터마킹은 물리적 또는 전자 매체를 수정하여 은폐된 기계-판독 가능한 코드를 상기 매체내로 임베드(embed)하는 공정이다. 이 매체는 수정되어, 임베드된 코드가 사용자가 인지할 수 없도록 하거나 거의 인지할 수 없도록 하지만 자동 검출 공정을 통해서 검출될 수 있도록 한다. 가장 보편적인 디지털 워터마킹은 화상들, 오디오 신호들, 및 비디오 신호들과 같은 매체 신호들에 적용된다. 그러나, 이 디지털 워터마킹은 또한, 문서들(예를 들어, 라인, 워드 또는 캐릭터 시프팅에 걸쳐서), 소프트웨어, 다차원 그래픽 모델들 및 대상들(objects)의 표면 텍스쳐들을 포함하여, 다른 유형의 매체 대상들에 적용될 수 있다.
디지털 워터마킹 시스템들은 통상적으로, 2개의 주요 요소들, 워터마크를 호스트 매체 신호에 임베드하는 엔코더 및 워터마크를 포함하는 피감시된 신호(감시 신호(suspect signal))로부터 임베드된 워터마크를 검출하여 판독하는 디코더를 포함한다. 엔코더는 호스트 매체 신호를 미묘하게(subtly) 변경시킴으로써 워터마크를 임베드한다. 판독 요소는 감시 신호를 분석하여, 워터마크의 존재 여부를 검출한다. 워터마크가 정보를 엔코딩하도록 적용시에, 판독기는 검출된 워터마크로부터 이 정보를 추출한다.
여러 특정 워터마킹 기술이 개발되어 왔다. 독자는 이 분야의 문헌에 친숙하다라고 가정된다. 인지할 수 없는 워터마크들을 매체 신호들내에 임베드하여 검출하는 특정 기술은 본원에 참조되어 있는 본 양수인의 공동 계류중인 출원 일련 번호 제09/503,881호 및 제09/661,900호와 미국 특허 제6,122,403호에 상세히 서술되어 있다. 이 문헌에서, 용어 "워터마크"는 디지털 워터마크를 지칭한다.
일부 응용에서, 디지털 워터마크들은 내용(예를 들어, 화상, 노래, 또는 프로그램 식별자)을 식별하는 내용 식별자를 반송한다. 이와 같은 응용에서, 각 내용 버젼은 동일한 워터마크 신호를 가지며, 2개 이상의 내용 편(pieces)이 모두 평균화된 경우, 워터마크는 동일하게 유지된다. 이는, 2개 이상의 동일한 워터마크들이 평균화되어 동일한 워터마크 신호로 되기 때문에 발생된다. 게다가, 이와 같은 방식에서 워터마크 임베더들(embedders)은 종종, 새로운 내용 ID가 기존의 내용 ID를 포함하는 내용 신호위에 임베드되는 것을 방지하도록 설계된다. 따라서, 워터마크 임베더는 상이한 내용 ID를 지닌 기존의 워터마크를 과다-임베드하도록 사용될 수 없다.
그러나, 시스템을 수신 및/또는 시청시 마다 상기 시스템을 식별하는 워터마크를 임베드함으로써 내용이 수신 및/또는 시청을 행할 때마다 포렌직적으로 추적하도록 워터마크들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 케이블 셋톱 박스(STB)는 32비트스마트 카드 ID를 포렌직 워터마크로서 수신되는 모든 유료 영화(premium movie)에 임베드될 수 있다. 비밀 보호되는 데이터베이스는 32비트 ID를 사용자 명칭 및 주소에 링크시키는 스마트 카드 시스템의 제조자에 의해 유지될 수 있다. 불법 영화가 내용 소유자들에 의해 발견된 경우, 이 포렌직 워터마크는 이들 영화로부터 판독될 수 있고, 탐색증(search warrant)을 받아 제조자들의 데이터베이스로부터 사용자 명칭 및 주소를 획득하는데 사용될 수 있다.
이 구성에서, 상이한 워터마크들이 동일한 내용에 임베드될 수 있고, 상이한 워터마크들은 한 내용 편에 임베드될 수 있다. 상기 예를 확장하면, 2개의 상이한 STBs에 의해 수신될 때, 한 유료 영화는 2개의 상이한 32 비트를 가질 것이다. 유사하게, SonicBLUE ReplayTV 4000에 의해 행해지는 바와 같이, STBs가 영화를 공유하는 경우, 한 STB로부터 또 다른 STB로 전송되는 영화는 세대의 포렌직 추적(generational forensic tracking)으로서 공지된 2개의 상이한 포렌직 워터마크들을 가질 수 있다.
이와 같이, 표절자들이 평균화 또는 과다-임베딩을 사용하여, 많은 워터마크 프로토콜들에 의한 워터마크 검출을 불가능하게 할 수 있다. 상기 예에 이어서, 2개 이상의 STBs가 비디오 혼합기에서 비디오 출력을 평균화하여 많은 워터마킹 방법들을 제거하는 표절자에 의해 소유될 수 있다. 유사하게, 표절자는 2개 이상의 STBs를 통해서 순차적으로 비디오를 통과시켜 서로의 최상부상에 여러 워터마크들을 중첩시킴으로써 많은 방법들에 의해 워터마크 검출을 중단시킬 수 있다.
상기 사용된 예의 구조는 방송에 적용될 수 있는데, 여기서 포렌직 워터마크임베더는 통상적으로 가정내 가전 장치인 방송 수신기에 위치되어야만 한다. 인터넷 스트리밍의 경우에, 임베더는 스트림 서버내에 위치될 수 있는데, 그 이유는 현재 유니캐스트 방법들이 지점간 접속을 사용하기 때문이다. 대안적으로, 임베더는 또 다시, 아마도 소비자의 가정 내의 PC 내부의 수신 장치에 위치될 수 있다. 후자의 방법은 멀티캐스트 인터넷 스트림들에 대한 포렌직 추적을 가능하게 할 것이다.
본 발명은 오디오-비디오 내용의 디지털 워터마킹 및 포렌직 추적(forensic tracking)에 관한 것이다.
도1은 포렌직 추적 워터마크 장치의 개요도.
도2는 포렌직 워터마크를 내용 신호 전달 시스템에 임베딩하는 방법을 도시한 도면.
도3은 디지털 워터마킹을 사용하여 내용을 세대 추적하는 방법을 도시한 도면.
도4는 포렌직 워터마크 임베더를 지닌 비디오 셋톱 박스를 도시한 도면.
도5는 포렌직 워터마크 임베더를 지닌 인터넷 서버를 도시한 도면.
도6은 콜라주 공격에 대한 포렌직 워터마킹 임베더들의 구성을 도시한 도면.
도7은 콜루젼 공격(collusion attack)에 대한 포렌직 워터마킹 임베더들의 구성을 도시한 도면.
본 발명은 포렌직 디지털 워터마킹 방법을 제공하는 것이다. 이 방법은 내용 신호에 임베드될 포렌직 디지털 워터마크 신호에 대한 방향성(orientation)을 선택한다. 그 후, 이것은 선택된 방향성에서 포렌직 디지털 워터마크 신호를 내용 신호에 임베드한다. 이 임베딩은 워터마크를 임베딩하는 각 인스턴스 동안 상이한 방향성을 디지털 포렌직 워터마크에 가한다.
포렌직 디지털 워터마크를 임베딩하는 이 방법에 대한 많은 변형 및 개선사항이 존재한다. 예를 들어, 임베더는 상이한 랜덤 캐리어 또는 매핑 키들을 사용하여 임베딩, 오디오 및 비디오와 같은 시간-기반으로 한 내용에 대해 시간에 걸쳐서 상이한 세그먼트화 및/또는 화상들 및 비디오와 같은 공간-기반으로 한 내용에 대해 공간에 걸쳐서 상이한 세그먼트화하는 각 인스턴스 동안 포렌직 워터마크를 삽입할 수 있다. 포렌직 워터마크의 임베딩의 변화는 여러 상이한 포렌직 워터마크들이 검출기를 혼동시킴이 없이 내용에 존재하도록 한다. 게다가, 각 이들 방법의 각 임베딩 공정에 대한 랜덤화는 평균화 및 과다-임베딩 공격에 대한 내성을 개선시킨다.
또한, 이 방법은 세대의 포렌직 추적을 가능하게 하는데, 그 이유는 이 방법은 다수의 포렌직 워터마크들이 동일한 내용 신호에 공통-존재하도록 하고 여전히 정확하게 검출될 수 있기 때문이다.
디지털 워터마크 임베딩 프로토콜들은, 내용이 공유되어 2개 이상의 포렌직 워터마크들로 임베되는 경우, 내용 품질이 저화되도록 설계될 수 있다. 평균화 또는 과다-임베딩 공격으로 인해 워터마크가 복구될 수 없도록 하는 여러 임베더들이 필요한 경우, 이로 인한 내용은 저하되고 가치가 감소된다.
첨부한 도면을 참조한 상세한 설명으로부터 부가적인 특징들이 명백하게 될 것이다.
도1은 개인 영상 녹화기(PVR) 기능성을 지닌 통상적인 가정용 네트워크인 유료 TV 방송을 위한 포렌직 추적 장치를 개요적으로 도시한 것이다. 이 특정 예는 포렌직 추적 환경을 설명하는데 도움을 주지만, 포렌직 추적은 MusicNet 및 PressPlay에 의해 제공된 바와 같은 음악의 온라인 스트리밍을 포함한, 많은 환경들에 적용될 수 있다. 가정용 PVR(12)은 32비트 제조자 코드 및 24 비트 제조자 ID와 같은 포렌직 ID를 임베드하고, 이 내용을 하드 드라이브에 기록한다. 이 내용은 레가시 TV(legacy TV)(14)상에서 시청될 수 있고 통상적인 아날로그 접속을 통해서 레가시 장치(18)에 기록된다. 아날로그 접속은 레가시 TV(14)에 필요로 되며, 아날로그 접속동안, 내용을 랩핑(wrapping)하는 암호화 기반으로 한 보안은 제거된다. 게다가, 레가시 장치(16)는 내용 보호 방법을 알지 못한다. 따라서, 레가시 장치(16)는 인터넷에 접속되는 PC일 수 있거나, 레가시 장치(18)는 내용을 PC에 전송할 수 있다. 이 PC는 내용을 디지털적으로 압축하고 KazaA와 같은 파일 공유 소프트웨어를 실행할 수 있는데, 상기 파일 공유 소프트웨어는 보호되지 않기 때문에 다른 사람들이 유료 내용(10)을 다운로딩하여 이를 자유롭게 시청하도록 한다. 그러나, 유료 내용(10)의 워터마킹된 포렌직 ID로 인해, 내용 소유자들은 KazaA와 같은 파일 공유 네트워크로부터 내용을 다운로딩하여 아날로그 접속 및 디지털 압축을 통해서 내용에 존재하는 워터마킹된 포렌직 ID를 판독할 수 있다. 그 후, 포렌직 ID는 PVR(12)의 제조자를 탐색하여 사용자의 명칭 및 주소에 대한 이들 제조자의 데이터베이스를 탐색하도록 사용되어, 사용자가 판권이 있는 재료들을 공유하지못하게 한다. 이 공정은 정확한 비밀 작용이 그 나라 및 주 내에서 취해진다라고 추정된다.
많은 포렌직 추적 워터마크 장치에서 중요한 일부 실제적인 사실은 이 예로부터 알수 있다. 임베더가 소비자 장치에 위치되기 때문에, 임베더는 값이 싸야만 된다. 임베더는 또한, 실시간이어야만 된다. 내용 소유자가 검출기를 소유하기 때문에, 워터마크를 찾기 위하여 많은 시간 및 처리력을 사용할 수 있는 강력한 장비일 수 있다. 게다가, 대화식 TV를 위한 내용 ID를 사용할 때 필요로 되는 것과 같은 상호작용에 대한 요구조건이 없기 때문에, 워터마크를 검출하는데 사용되는 검출 속도 및 내용 량은 크게될 수 있다. 포렌직 워터마크 검출에서, 완전한 노래, 화상또는 영화와 같은 전체 내용편이 이용될 수 있을 것으로 예측되며, 검출기는 내용내의 어느곳에서도 포렌직 워터마크를 찾을 가능성이 크게된다. 전체 내용이 이용될 수 없는 경우, 가치는 저하되고 중요도가 낮게 된다.
인터넷 스트리밍에 현재 사용되는 바와 같은 지점간 분배로 인해, 이들 요구조건들은 유사하게 된다. 그러나, 서버가 수신 계정(receiving account)을 인지하기 때문에, 서버는 임베더에 대한 비용 요구조건을 다소 감소시키는 임베딩을 수행할 수 있다.
도2는 포렌직 워터마크를 내용 신호 전달 시스템에 임베딩하는 방법을 도시한 것이다. 내용 전달 시스템은 비디오 및 음악과 같은 오디오-비디오 내용을 셋톱 박스, 컴퓨터, 텔레비젼 등과 같은 수신기의 네트워크로 전달한다. 이 방법은 일반적으로 각종 방송 내용에 적용될 수 있기 때문에, 도2는 "매체 내용신호"(100)로 내용을 표시한다. 이 신호는 프로그램, 영화 또는 노래와 같은 내용 타이틀을 표시한다.
시스템의 방송측에서, 브로드캐스터(broadcaster)는 선택적으로 신호(100)상에 워터마크 임베딩 동작(102)을 수행하여 임베딩 프로토콜에 따라서 분배기(distributor) 식별자(ID)(104)를 부가한다. 프로토콜은 워터마크의 메시지 페이로드를 변조하는데 사용되는 캐리어 키 및 메시지 페이로드를 호스트 내용 신호의 특징들 또는 샘플들에 매핑하는 매핑 키와 같은 디지털 워터마크 임베딩 동작의 파라미터들을 지정한다. 캐리어 키의 한가지 예는 메시지 페이로드용 캐리어 신호로서 작용하는 의사랜덤 수이다. 메시지는 XOR, 승산, 컨볼루션, 캐리어 위상 시프팅, 캐리어의 시프트된 버젼들 모두를 가산 등과 같은 각종 기술들을 사용하여 캐리어를 변조할 수 있다.
매핑 키의 한 가지 예는 메시지 페이로드의 메시지 심볼들 및 이들 심볼들을 임베드하도록 수정될 호스트 신호의 상응하는 샘플들 또는 특징들 간의 관계를 지정하는 테이블이다.
메시지 페이로드를 반송하는 것 이외에도 디지털 워터마크는 잠재적으로 파괴된 버젼의 내용 신호에서 검출을 할 수 있는 동기화 또는 교정 성분(synchronization or calibration component)을 포함한다. 이 성분은 특정 변환 도메인(예를 들어, 자동 상관 또는 퓨리에 도메인)에서 피크, 공지된 메시지 심볼들의 시퀀스 또는 패턴 또는 일부 조합과 같은 워터마크의 속성이다. 동기화 성분은 검출기가 파괴된 신호를 통해서 탐색하도록 하고, 워터마크의 존재 및기점(origin)을 식별하고, 어떤 경우에, 신호의 일시적 및 공간적 왜곡을 식별하도록 한다. 동기화 성분은 캐리어 키의 신호 피크들 또는 패턴, 심볼들을 매핑 키를 통해서 호스트로 매핑함으로써 형성된 신호 피크들 또는 패턴 또는 검출 지원하는 공지된 피크들 또는 패턴을 지닌 어떤 독립적인 신호 성분일 수 있다.
분배기 ID는 방송 소스를 식별한다. 이는 예를 들어, 케이블 서비스 제공자, 가입 서비스 제공자, 브로드캐스터 등을 포함할 수 있다. 이 분배기 ID의 임베딩은 브로드캐스터에서 선택적으로 도시되어 있는데, 그 이유는 이는 포렌직 추적 함수에서 필요한 성분이 아니고, 어쨋든, 수신기 측에서 임베드되거나 내용 신호와 관련된 이대역(out-of-band) 메타데이터를 사용하여 식별될 수 있기 때문이다.
브로드캐스터(108)는 내용 신호를 방송 매체(110)를 통해서 2개 이상의 수신기(112, 212, 224)에 분배시킨다. 이 매체는 종래의 지역 방송 캐리어, 위성 방송, 케이블 방송, 인터넷 다운로드 또는 멀티캐스트 등일 수 있다.
수신기들이 포렌직 워터마크를 이들 수신기가 수신한 내용에 임베드할 때, 포렌직 추적이 행해질 수 있다. 이 포렌직 워터마크는 포렌직 ID를 통해서 특정 수신기와 관련된다. 특히, 포렌직 ID는 포렌직 워터마크의 가변 메시지 페이로드로 엔코딩된다. 게다가, 포렌직 ID는 수신기 장치와 관련된다. 이 장치는 셋톱 박스, 개인 영상 녹화기, 텔레비젼 등일 수 있다.
한 수신기 장치로부터 또 다른 수신기 장치로 통과하는 경우에 매체 내용 신호의 다음 수신기가 내용 신호에 포렌직 워터마크의 또 다른 층을 임베드할 때, 세대의 포렌직 추적이 행해질 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터들, 셋톱 박스들 및 PVRs과같은 네트워킹된 장치들은 사용자들이 서로에 대해 내용 신호의 복제를 전달하도록 한다. 복제 수신시, 수신기는 자신의 포렌직 워터마크를 임베드한다. 이 공정은 수신기 장치에 기준을 각각 제공하는 포렌직 워터마크의 또 다른 층을 부가한다.
워터마크 층들간의 간섭을 최소화하여 평균화 공격에 대해 포렌직 워터마크를 신뢰(robust)하도록 하기 위하여, 수신기들은 한 수신기로부터 다음 수신기로 변화하는 임베딩 프로토콜 및/또는 임베딩 방향성을 선택한다. 앞서 지정된 임베딩 프로토콜은 다른 프로토콜들에서 캐리어들중 하나 이상의 캐리어에 직교하는 의사 랜덤수 시퀀스와 같은 상이한 캐리어 신호를 포함할 수 있다. 프로토콜은 또한, 호스트 매체 내용 신호 내에서 워터마크 메시지 심볼들을 상이한 위치들 또는 특징들에 매핑하는 상이한 매핑 함수를 포함할 수 있다.
이 문맥에서 신호 "특징들"은 특히, 포렌직 워터마크의 메시지 심볼들을 엔코딩 하기 위하여 호스트 신호의 특징들을 변조하는 워터마킹 기술들에 관련되어 있다. 이와 같은 임베딩 기술의 일부 예들은 자동상관, 전력, 세기, 주파수 계수들, 공간 도메인 대상들과 같은 특징들을 임베드될 심볼에 대응하는 특정 값에 설정하는 것을 포함한다.
임베딩 방향성은 포렌직 워터마크 신호의 공간적, 일시적, 또는 주파수 도메인 위치와 관련된다. 사운드 트랙을 지닌 영화화 같은 오디오-비디오 작업에서, 공간 위치는 선택된 공간 에리어, 예를 들어, 픽셀 블록 위치들의 매트릭스(예를 들어, 프레임에서 매 5번째 128 × 128 픽셀 블럭 마다)내의 어떤 공간 위치와 관련된다. 워터마크는 프레임에서 모든 픽셀들을 사용할 수 있는데, 여기서 기점은 랜덤하게 선택되고 워터마크는 프레임의 에지 주위에서 랩핑된다. 따라서, 포렌직 워터마크 층의 각 인스턴스는 완전히 중첩되지만, 간섭되지는 않는데, 그 이유는 프로토콜들이 완전하게 정렬되지 않기 때문이다. 대안적으로, 프레임의 일부분은 워터마크를 반송하도록 사용되는 픽셀들의 매트릭스로서 사용될 수 있다. 이 경우에, 상이한 워터마크들은 중첩될 수 있거나 중첩될 수 없다.
일시적 위치는 오디오 또는 비디오와 같은 일시적 성분을 지닌 내용의 시간에 걸친 워터마크의 방향성과 관련된다. 공간적 위치에 대해 서술된 바와 같이, 워터마크 임베딩 방법은 상이한 시작 방향성으로 오디오 또는 비디오의 전체 지속시간을 사용할 수 있거나, 워터마크 임베딩 방법은 소정 지속시간을 갖는 오디오 칩 또는 비디오의 프레임 또는 프레임들과 같은 내용의 시간 세그먼트들을 사용할 수 있다. 상이한 시작 방향성은 내용의 주위에서 워터마크를 시작 또는 랩핑시에 내용의 작은 부분을 워터마킹하지 않은 채로 둔 것을 포함하여, 내용의 시작이 워터마크 데이터 페이로드의 끝을 포함하도록 한다. 또 다시, 상이한 시작 방향성으로 인해, 각 워터마크 층은 완전하게 중첩되지만, 캐리어 신호들의 상이한 정렬로 인해 이들 신호들의 간섭을 감소시킨다. 시간 세그먼트들을 사용할 때, 각 워터마크 층은 중첩될 수 있거나 중첩되지 않을 수 있다.
주파수 위치는 내용의 완전한 주파수 범위 내에서 선택된 워터마크들의 방향성 또는, 주파수 계수 또는 주파수 대역 세트에 관련한다. 이는 비디오 또는 화상의 프레임의 공간 주파수, 오디오 클립의 주파수 대역 또는 비디오 프레임 세트의 일시적 주파수일 수 있다. 주파수 대역을 사용할 때, 주파수 대역들은 프리셋될 수있고, 임베더는 이 세트로부터 선택되거나 범위는 프리셋되고, 임베더는 실제 계수들을 선택하여 상기 범위를 정합시킨다. 일부 포렌직 워터마킹 기술들은 주파수 대역 범위를 또한 가변시킬 수 있다. 각 워터마크 층의 잠재적 중첩은 상술된 바와 동일하지만, 가장 중요한것은, 이 정렬을 상이하게 하고 상이한 포렌직 워터마크들간의 간섭을 크게 감소시키는 것이다.
임베딩 동작은 프로토콜의 매핑 키와 관련되어, 매핑키가 특정 장치 또는 장치 부류에 대한 가능한 방향성 세트를 허용하도록 하면서, 포렌직 워터마크를 임베딩하는 특정 인스턴스에서 선택된 방향성이 허용된 세트중에서 선택되되도록 한다. 방향성은 허용된 방향성 세트에서 지정된 옵션들 간에서 의사 랜덤하게 선택될 수있다. 상이한 방향성이 사용될 때, 동일한 변조 함수들은 이들이 완전하게 중첩될 때 만큼 크게 간섭되지 않는다. 특히, 의사-랜덤 잡음(PN) 시퀀스들을 사용하는 확산 스펙트럼 기술에 의해, PN 시퀀스들이 완전하게 정렬되지 않는 경우, 이들은 상호작용하지 않을 것이다. 이는 PN 시퀀스의 정의에 의해 발생되는데, 그 이유는 각 포인트가 다른 포인트와 무관하기 때문이다. 간섭을 피하기 위하여, 상이한 PN 시퀀스들이 캐리어 키에 대해 사용될 수 있다.
임베더들이 프로토콜 및/또는 방향성을 변화시키는 방법을 예시하기 위하여, 도2의 예를 참조하는 것이 유용하다 도시된 바와 같이, 각 수신기는 포렌직 ID(114)를 프로토콜(116, 216)에 따라서 매체 내용 신호에 반송되는 디지털 워터마크에 인지할 수 없게 임베드하는 포렌직 워터마크 임베더(122, 222)를 포함한다. 도2에서, 수신기들은 상이한 임베딩 프로토콜들(프로토콜 B 및 C로서 도시됨)을 사용한다. 게다가, 또는 대안적으로, 수신기들은 상이한 방향성에서 포렌직 워터마크들을 임베드한다.
한 구현방식에서, 각 임베더는 자신의 특정 프로토콜로 사전지정된다. 이 구현방식에서, 2개의 임베더들의 상호작용은 최소화되지만, 2개의 장치들이 중첩 프로토콜들을 갖는 경우, 이들은 서로 간섭한다. 이와 같은 2개의 임베더들을 서로 간섭하지 않도록 하기 위하여, 중앙 데이터베이스가 유지될 필요가 있고 임베더들을 보장하도록 중앙 데이터 데이터베이스를 사용하여 할당된 프로토콜들이 비간섭 프로토콜들이 될 것이다.
또 다른 구현방식에서, 각 임베더는 상이한 프로토콜 및/또는 방향성을 선택함으로써 특정 내용 항목의 각 인스턴스에 대한 임베딩을 변화시킨다. 이는 2개의 임베더들이 내용의 한 세그먼트에서 간섭될 수 있지만 다른 내용 이나 다른 세그먼트와는 간섭될 수 없다는 것을 의미한다. 달리 말하면, 콜루젼 또는 콜라주(collusion or collage) 공격은 보다 많은 임베더들이 성공적으로 되도록 하는데 필요로되며, 이에 따라서, 비용을 증가시키고 내용을 저하시킨다. 프로토콜 및 방향성을 선택하는 한 가지 방식은 의사 랜덤 함수(120, 220)를 사용하여 허용된 세트로부터 각각 선택하는 것이다. 예를 들어, 프로토콜은 1000캐리어 키들 또는 1000 매핑 함수들의 허용된 세트를 가질 수 있다. 게다가, 각 임베더는 허용된 N 방향성 세트를 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 이들 방향성들은 매핑 키의 함수일 수 있는데, 각 매핑 키는 허용된 방향성 세트를 갖는다.
도2에 도시된 예에서, 이 의사 랜덤 함수는 포렌직 워터마크를 임베드하는한 인스턴스로부터 다음 인스턴스로 변화하는 시간 또는 날짜와 같은 로컬 데이터에 따라서 변화한다.
임베더는 평균 공격의 효율성을 감소시키는 방식으로 한 장치로부터 또 다른 장치로 포렌직 워터마크를 변화시키는 것이 바람직하다. 상이한 포렌직 워터마크들 간의 간섭을 감소시키는 프로토콜들 및/또는 방향성들을 사용함으로써, 상이한 포렌직 워터마크들을 지닌 내용 신호의 복제에 대해 평균화하는 영향은 감소된다. 동기화 성분과 같은 포렌직 워터마크의 어떤 양상들은 각 복제에 대해 유사할 수 있음으로, 평균화는 이에 대해 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않는다.
특정 예는 다음과 같다. 임베더(1)가 포렌직 ID를 임베드하는데 1초가 걸린다고 가정하자. 임베더가 포렌직 ID를 임베드하면, 쁘아송 확률 처리(Possion probability process) 또는 가우스 분포를 사용하여 오디오 또는 비디오 내용의 매 30초 마다 평균적으로 포렌직 ID를 1회 임베드하는데, 여기서 시작 시드(starting seed)는 각 내용 편 및 임베더에 대해 상이하게 되며, 가령 임베더 ID에 대한 시작 시드 및 밀리초 정확도를 지닌 현재 시간, 3분 내용에서 2개의 임베더들의 상호 작용, 많은 노래들의 길이 또는 90분 내용, 많은 영화들의 길이의 바이어싱은 매우 상이하게 된다.
유사하게, 화상 또는 비디오 프레임 내의 위치는 랜덤하게 선택될 수 있다. 또는, 캐리어 신호의 방향성은 랜덤하게 선택될 수 있다.
상이한 랜덤 워터마크 캐리어 신호들의 세트로부터의 선택과 상기 예의 방식들을 결합하면, 여러 포렌직 워터마크들의 간섭은 다르게 될 것이다. 따라서, 평균화 및 과다 임베딩 공격에 대한 신뢰성을 개선시킨다.
가변 임베딩 방식의 또 다른 장점은 세대 추적을 할 수 있다는 것인데, 여기서 포렌직 워터마크들은 한 장치로부터 다음 장치로 이동될 때 내용 신호에서 서로에 대해 층을 이룬다. 가변 임베딩이 상이한 포렌직 워터마크들 간에서 간섭을 감소시키기 때문에, 다수의 워터마크들은 각각의 검출성에 대해 영향을 덜 미치도록 임베드될 수 있다.
세대 추적은 워터마크 층의 존재를 인지 또는 검출하고 특히 상이한 비간섭 프로토콜로 설계되는 새로운 워터마크 층을 선택함으로써 가변되지 않는 표준 임베딩 방법들에 의해 행해질 수 있다. 그러나, 이 방법은 많은 상황에서 최적이지만, 임베더가 소비자 장치에 위치되는 많은 포렌직 추적 장치의 경우에, 임베더가 또한 워터마크를 검출하도록 할 필요가 있으며, 이에 따라서 비용을 증가시킨다. 인터넷 스트리밍에 사용되는 서버 기반으로 한 포렌직 추적 임베더들의 경우에서 조차도, 비용이 크게 필요로된다. 이를 위하여, 가변 임베딩 방식은 감소된 비용으로 세대 포렌직 추적을 할 수 있도록 한다.
도3은 디지털 워터마킹을 사용하여 내용을 세대 추적하는 방법을 도시한 것이다. 이 도면은 수신기와 관련된 포렌직 워터마크를 수신할 때마다 매체 내용 신호(300)가 3개의 수신기를 통과하는 예를 도시한 것이다. 선택적으로, 수신기들은워터마크 검출기(302)를 포함하여 포렌직 또는 분배 워터마크들의 사전 층 또는 층들을 검출한다. 이는, 임베더가 기존의 워터마크 층들과의 간섭을 최소화하는 워터마크 방향성 및/또는 프로토콜을 선택하도록 한다. 그러나, 적절하게 설계되면, 간섭은 통상적으로 최소화되고, 이에 따라서, 검출기가 필요로 되지 않는다.
워터마크 임베더(304)는 장치 내의 로컬 프로토콜(306, 프로토콜 B)에 따라서 포렌직 워터마크 ID를 임베드한다. 한 구현 방식에서, 임베딩 동작은 캐리어 키로서 작용하는 의사 랜덤수로 포렌직 ID를 변조시키고, 이 결과의 신호를 내용 신호의 프레임 내의 블록 위치들에 매핑한다. 그 후, 이 중간 신호는 마스킹 펑션에 의해 측정되는 마스킹 캐퍼빌러티에 적절한 세기로 변조된 신호를 엔코딩하는 방식으로 샘플들을 조정하는 지각적인 마스킹 펑션(perceptual masking function) 및 임베딩 펑션에 따라서 상응하는 샘플들에 임베드된다.
제1 세대의 장치는 신호를 휴대용 메모리 장치, 네트워킹된 저장 장소 등과 같은 어떤 공유된 채널에 전달한다. 상이한 수신기 내의 다음 세대(310, 312)는 동일한 기능을 수행하여 부가적인 포렌직 워터마크들의 층들을 임베드한다.
포렌직 워터마킹의 상기 장치는 계산면에서 효율적인 임베딩 방법을 사용하여, 내용 신호들의 통상적인 처리 흐름의 최소 차단을 가진채, 셋톱 박스, PVRs, PCs등과 같은 수신기 내에서 구현되도록 한다. 수신기 장치는 포렌직 워터마크가 장치내에 저장되는 바와 같이 이 포렌직 워터마크를 내용에 임베드하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 이 워터마크가 장치내에서 수신되는 바와 같이 임베드된다.
비디오에 대한 한 구현방식에서, 임베더는 공동 계류중인 출원 일련 번호 09/503,881호 및 미국 특허 6,122,403호에 기재된 임베딩 기술의 버젼을 사용한다. 임베더는 포렌직 ID에 대응하는 에러 정정 엔코딩된 2진 대척(antipodal) 시퀀스를 발생시키며, 각 비트를 대응하는 캐리어 키와 승산함으로써 PN 2진 대척 캐리어 키에 걸쳐 이 시퀀스의 각 비트를 확산시키고 중간 신호의 요소들을 선택된 비디오 블럭내의 위치에 매핑시킨다. 지각적인 분석은 로컬 공간적 및 일시적 신호 활동도의 함수로서 데이터 감춤 용량(hiding capacity)를 분석한다. 이 분석은 중간 신호를 호스트 신호로 임베딩하는 것을 제어하는데 사용되는 호스트 신호를 지닌 위치들에 대응하는 이득 값들의 마스크를 발생시킨다. 이득 값들은 호스트 신호의 대응 위치들에서 중간 신호의 세기를 조정한다. 임베딩을 완료하기 위하여, 임베더는 중간 신호의 대응 값 및 이득 값에 따라서 호스트 신호의 레벨을 조정한다.
동기화를 위하여, 공지된 패턴은 호스트 신호 내의 위치들에 매핑된다. 이 공지된 패턴은 검출 및 동기화를 할 수 있는 퓨리에 도메인에서 피크를 나타낸다.이 동기화 신호는 캐리어 키의 적분 성분 및/또는 별도의 신호 성분일 수 있다. 이 지각적인 마스크는 이 성분에 또한 적용된다.
이 응용 특성으로 인해, 포렌직 워터마크 검출기의 계산 복잡도는 시스템 설계를 덜 제한한다. 매체 내용 신호의 포렌직 분석은 강력한 서버 컴퓨터에서 오프-라인으로 수행되거나 다수의 컴퓨터들 또는 프로세서들 전체에 대해 병렬 처리로 작동시킬 수 있다.
통상적으로, 포렌직 워터마크 장치에서, 내용 소유자 또는 분배기는 내용의 불법 분배를 모니터한다. 이는 허가받지 않은 파일 공유 시스템들 등에서 인터넷 상에서 수동 탐색 또는 자동 탐색을 포함할 수 있다. 감시 내용 타이틀이 발견될 때, 감시 매체 신호(400)는 도3에 도시된 바와 같이 포렌직 워터마크 검출기(402)에 입력된다.
우선, 검출기는 에를 들어 상관 함수를 사용하여 동기화 신호를 탐색하여, 동기화 피크들 및/또는 패턴을 검출한다. 상이한 프로토콜들은 동일하거나 상이한 동기화 신호를 사용할 수 있다. 별개인 경우, 검출기는 가능한 동기화 신호들을 반복하여, 포렌직 워터마크들의 존재를 검출한다.
일단 동기화되면, 검출기는 중간 신호의 값들을 추정, 매핑 함수에 따라서 각 에러 정정 엔코딩된 비트에 대한 추정값들을 결합한 후, 포렌직 ID를 복구하기 위하여 역 에러 정정 코딩을 수행함으로써 디지털 워터마크 페이로드를 추출한다.
검출기는 유사한 방식을 사용하여, 하나가 존재하는 경우, 임의의 다른 포렌직 IDs와 함께 분배기 ID를 추출한다. 분배기 ID는 포인터를 분배기에 제공하도록 사용될 수 있다. 이 경우에, 검출기는 내용 타이틀을 식별하는 내용 ID와 함께 도3의 블록(404)에 도시된 바와 같이 분배기에 발견된 포렌직 IDs의 목록을 전송한다.
이 가변 임베딩 방식의 어떤 양상들에서, 비용 트레이드오프(tradeoff) 된다. 예를 들어, 캐리어 키들 또는 매핑 키들의 수가 증가하면 임베더 및 검출 둘 다의 비용 또한 증가한다. 임베더는 이들 키들을 저장하여야만 하고, 검출기는 이들 키들을 사용하여 포렌직 워터마크들을 검출할 수 있어야만 된다. 그러나, 가령 시간, 위치 및 주파수에 걸쳐서 워터마크의 방향성을 변경하면, 임베더에 대한 최소 비용이 증가된다.
게다가, 각 포렌직 추적 워터마크가 최대 세기로 임베드되는 경우 최적이 될 수 있다. 달리 말하면, 워터마크의 세기가 증가되면, 화상 및 비디오의 가시성 또는 오디오의 청취성과 같은 인지성은 수용될 수 없다. 워터마크 층들의 부가가 세기 증가와 유사한 방식으로 내용을 저하시키기 때문에 이 공정은 최적으로 된다. 그러나, 각 워터마크 층의 독립성으로 인해, 내용의 저하는 통상적으로, 단일 워터마크 층에 대한 캐리어 진폭을 증가시키기 보다 오히려 저속으로 발생된다. 결국, 콜라주 또는 콜루젼 공격은 저하된 덜 가치있는 내용으로 된다. 이는 세대 추적의욕구와 균형을 이루어야만 된다. 예를 들어, 내용 소유자가 행하고자 원하는 모두는 3가지 세대들일 수 있다. 이와 같이, 제4의 워터마크 층은 불만족스러운 저하를 발생시킬 수 있는데, 이는 4이상의 임베더들에 필요한 콜루젼 또는 콜라주 공격이 최소로 유효하다는 것을 의미한다. 또 다른 예에서, 내용 소유자는 파일 공유를 행하는 것을 원치 않을 수 있고, 이와 같이, 이는 2개의 워터마크 임베더들이 내용 저하를 발생시키는 경우 수용될 수 있다.
도4는 방송 환경에서 포렌직 워터마크들을 임베드하는 장치를 도시한 것이다. 텔레비젼용 STB 및/또는 PVR 또는 라디오용 튜너일 수 있는 수신기(400)는 방송 신호를 수신하고 워터마크를 임베드한다. TV의 경우에, 대부분의 STBs 및 PVRs은 매체 프로세서(410)를 포함하여 내용 및 CPU(240)를 처리하여, 상호작용성(interactivity)을 처리한다. 워터마크 임베더는 마이크로프로세서(410) 또는 CPU(420)상에서 실행되는 소프트웨어, CPU가 내용 스트림에 액세스할 수 있다라고 추정하는 요소와 통합되는 하드웨어 또는 수신기와 통합되는 독립형 하드웨어 칩일 수 있다. 라디오의 경우에, 수신기 구조는 현재 간단하고, 포렌직 임베더는 아마도 독립형 하드웨어 칩일 것이다. 디지털 위성 라디오 처럼 라디오가 보다 상호작용성이 있도록 이동하는 경우, 이 구성은 TV의 구성에 보다 근접하게 된다.
도5는 오디오 또는 비디오중 어느 하나에서 지점간 인터넷 스트리밍 환경에서 포렌직 워터마크들을 임베드하는 장치를 도시한 것이다. 인터넷 스트리밍 서버(500)는 워터마크를 임베드할 수 있다. 서버(500)는 통상적으로, 메모리(510) 및 CPU(520)를 포함하는 PC 또는 PC형 장치이다. 메모리(510)는 워터마킹 프로토콜을 저장하는데 사용될 수 있고, CPU(520)는 워터마킹 프로토콜을 사용하여 클라이언트 소프트웨어의 제조자 및 스트림의 수신 클라이언트 소프트웨어를 식별하는 포렌직 ID로 포렌직 워터마크를 임베드한다. 도6은 콜라주 공격에 대한 포렌직 워터마크 임베더들의 구성을 도시한 것이다. 이 구성은 소비자 장치가 방송 및 인터넷 멀티캐스트에 필요로 되는 포렌직 워터마크 임베더를 포함하지만 인터넷 유니캐스에 필요치 않다라고 가정된다. 임베더-1(600), 임베더-2(610) 등등 내지 임베더-N(620)와 같은 여러 임베더들은 직렬로 구성되어, 각 임베더가 상이한 포렌직 워터마크를 내용에 부가하도록 한다. 이 목표는 화살표로 표시된 바와 같이 임베더-N(620)에서 나오는 내용이 상당한 품질이 되도록 하고 검출기가 어떤 포렌직 워터마크를 판독할 수 없도록 많은 워터마크들을 갖도록 하는 것이다. 텔레비젼에서, 각 임베더는 STB 또는 PVR일 수 있다.
도7은 콜루젼 공격에 대한 포렌직 워터마크 임베더들의 구성을 도시한 것이다. 이 구성은 소비자 장치가 방송들 및 인터넷 멀티캐스트들에 필요로 되지만, 인터넷 유니캐스트들에 필요로되지 않는 포렌직 워터마크 임베더를 포함한다. 임베더-1(700), 임베더-2(710) 등등 내지 임베더-N(720)과 같은 여러 임베더들은 병렬로 구성되고 내용 혼합기(730)에 접속되어, 각 임베더가 상이한 포렌직 워터마크를 내용에 부가하도록 하고 혼합기는 모든 이들 워터마크들을 평균화하도록 한다. 이 목표는 화살표로 표시된 바와 같이 혼합기(730)에서 나오는 내용이 상당한 품질이 되도록 하고 검출기가 어떤 포렌직 워터마크를 판독할 수 없도록 많은 워터마크들을 갖도록 하는 것이다. 텔레비젼에서, 각 임베더는 STB 또는 PVR일 수 있고 신호 혼합기는 전문가용(profession) 비디오 혼합기일 수 있다. 이 혼합기는 또한, 비디오 캡쳐(capture) 및 프로덕션 보드(production board)를 지닌 PC상의 고객 프로그램으로서 손쉽게 행해질 수 있다. 오디오 또는 비디오의 인터넷 스트리밍의 경우에, 임베더들은 여러 PCs내에 위치될 수 있으며, 각각은 한 PC상에서 수신 클라이언트 또는 여러 클라이언트들을 갖는다.
결론
본 발명의 원리들이 특정 구현방식과 관련하여 서술되고 예시되었지만, 이 기술은 많은 다양한 상이한 형태들로 구현될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 명세서의 설명을 지나치게 길게함이 없이 포괄적인 설명을 제공하기 위하여, 출원인은 상술된 특허 및 특허 출원들을 참조하였다.
상술된 방법들, 공정들 및 시스템들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 보조 데이터 엔코딩 공정은 프로그램가능한 컴퓨터 또는 특수용 디지털 회로로 구현될 수 있다. 유사하게, 보조 데이터 디코딩은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 상술된 방법들 및 공정들은 시스템의 메모리(전자, 광학 또는 자기 저장 장치와 같은 컴퓨터 판독가능한 매체)로부터 실행되는프로그램들로 구현될 수 있다.
상술된 실시예들의 요소들 및 특징들의 특정 조합들은 단지 전형적이고, 이들 기술과 다른 기술의 호환 및 대체 및 상기 참조되어 포함된 특허들/출원들이 또한 고려된다.

Claims (9)

  1. 포렌직(forensic) 디지털 워터마킹 방법에 있어서,
    매체 내용 신호를 수신하는 단계;
    상기 내용 신호에 임베드(embed)될 포렌직 디지털 워터마크 신호에 대한 방향성(orientation)을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 방향성에서 상기 포렌직 디지털 워터마크 신호를 상기 내용 신호에 임베드하는 단계를 포함하며,
    상기 임베딩은 상기 포렌직 디지털 워터마크를 임베드하는 각 인스턴스 동안 상기 디지털 포렌직 워터마크에 상이한 방향성을 적용하는, 포렌직 디지털 워터마킹 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방향성은 상기 디지털 워터마크를 임베드하는 각 인스턴스 동안 랜덤한, 포렌직 디지털 워터마킹 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 방향성은 상기 내용 신호의 랜덤 시간 세그먼트들을 지정하는, 포렌직 디지털 워터마킹 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 방향성은 상기 내용 신호의 랜덤 주파수 대역들을 지정하는, 포렌직 디지털 워터마킹 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 방향성은 상기 내용 신호의 랜덤 공간적 위치들을 지정하는, 포렌직 디지털 워터마킹 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 방향성은 상기 내용 신호의 랜덤 시작 시간 정렬을 지정하는, 포렌직 디지털 워터마킹 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 방향성은 상기 내용 신호의 랜덤 시작 주파수 정렬을 지정하는, 포렌직 디지털 워터마킹 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 방향성은 상기 내용 신호의 랜덤 시작 공간적 정렬을 지정하는, 포렌직 디지털 워터마킹 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 내용 신호에서 디지털 워터마크를 검출하도록 시도하는 단계; 및
    디지털 워터마크의 검출에 응답하여, 상기 디지털 워터마크와 간섭하지 않는 방향성에서 상기 포렌직 디지털 워터마크를 임베드하는 단계를 포함하는, 포렌직 디지털 워터마킹 방법.
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