KR20050046383A - 프레임 평균을 이용한 실시간 비디오 워터마크 삽입 및추출 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 데이터의 저작권을 보호하기 위한 워터마킹(watermarking) 기법에 관한 것으로, 원본프레임을 n개로 분할된 각 서브그룹으로 구분하는 단계와, 프레임의 각 픽셀 위치마다 다른 값을 가산 및 감산하는 단계와, JND(Just Noticeable Difference) 기법을 이용하여 워터마크 정보의 삽입강도(Δ) 또는 연속된 두 프레임의 평균을 적응적으로 변화시켜 워터마크 정보를 각 픽셀에 적응적으로 삽입하는 단계와, 서브그룹의 평균(mei, moi)을 산출하는 단계와, 산출되는 평균값을 이용하여 워터마크 정보를 추출하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 워터마킹 기법에 의하면, 절삭, 회전, 크기변화, 프로젝션 공격에 강할 뿐만 아니라 압축, 필터링 등의 공격에도 강인하며, 압축한 후 기하학적 공격을 가하여도 삽입된 워터마크를 추출할 수 있기 때문에 보다 안정된 소유권 주장을 보장한다. 또한, 본 발명은 비디오 워터마킹 알고리즘의 요구사항인 실시간성도 완벽하게 보장할 수 있는 바 비디오 방송 워터마크 정보를 실시간으로 삽입할 수 있다는 효과가 있다.
Description
본 발명은 디지털 데이터의 저작권을 보호하기 위한 워터마킹(watermarking) 기법에 관한 것으로, 특히 시공간에서의 인간의 시각 특징을 이용하여 워터마크가 삽입된 비디오의 비 가시성과 용량성을 높이고 기하학적 공격(geometric attack)에 강인하도록 구현한 프레임 평균을 이용한 실시간 비디오 워터마크 삽입 및 추출 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 인터넷과 같은 네트워크 인프라의 발달로 인해 디지털 콘텐츠에 대한 접근이 용이해 지면서 콘텐츠의 생성과 분배, 그리고 편집에 이르기까지 거의 모든 분야에서 디지털 기술이 적용되고 있다.
이러한 디지털 기술의 발달은 콘텐츠의 다양화, 편의성 등 여러 가지 파급 효과를 창출하였으나, 디지털 콘텐츠의 특성상 불법복제로 인한 콘텐츠 저작권(copyright)의 침해에 대한 우려가 높아지면서 DRM(Digital Rights Management)과 같은 콘텐츠 보호 기술이 제시되고 있다.
DRM이란 디지털 콘텐츠를 보호, 보안 및 관리, 즉 유통되는 디지털 콘텐츠의 불법사용을 금지하고 콘텐츠의 사용에 따라 발생하는 관련 저작권자 및 라이선스(license) 소유권자, 유통업자들의 권리와 이익을 지속적으로 보호, 관리해주는 일련의 기술을 의미한다. 이러한 기술 중 저작권 보호를 위해 필요한 것이 워터마킹 기법이다.
DRM 기술을 이용하여 콘텐츠를 패키징할 때, 워터마크된 콘텐츠를 패키징하기 때문에 워터마킹 기술이 선행되어야 디지털 저작권 관리가 가능하다. 워터마킹이 기술이란 텍스트, 영상, 비디오, 오디오 등의 디지털 콘텐츠에 인간의 시각이나 청각으로는 식별이 불가능한 소유권 정보를 삽입하여 저작권 분쟁이 발생했을 경우 이를 추출하여 원 저작권을 보호하는 기술이다.
이러한 워터마킹 기술이 제대로 기능을 발휘하기 위해서는 여러 종류의 신호처리에 강인해야 한다. 특히, 워터마킹 시스템의 동기 정보(synchronization information)를 파괴하여 워터마크의 추출을 불가능하게 하는 「기하학적 공격」에 강인할 필요가 있다.
이러한 필요성에 의해 기하학 공격 후 변하지 않는 영역에 워터마크를 삽입하는 기법과 정해진 패턴을 미리 삽입하는 기법이 연구 개발되었으며, 특징점을 추출하여 그 점들을 이용하여 워터마크를 삽입하거나, 영상을 정규화하여 워터마크를 삽입하는 기법도 개발되었다.
그러나, 이러한 기법들은 선처리 후처리 과정 때문에 삽입 추출에 많은 시간이 걸리며, 압축 등의 공격에 약하다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 영상의 휘도(luminance) 성분의 평균값을 워터마크 정보에 따라 변화시키고 변화된 정보를 서브 그룹별로 삽입하여 절삭(cropping), 회전(rotation), 크기변경(resizing), 투영(projection) 등의 기하학적 공격에 강인하게 대처할 수 있으며, 인간 시각 특징을 적용하여 비 가시성, 용량성, 처리속도를 높이도록 한 프레임 평균을 이용한 실시간 비디오 워터마크 삽입 및 추출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 디지털 콘텐츠에 워터마크 정보를 삽입하는 방법에 있어서, 원본프레임을 n개로 분할된 각 서브그룹으로 구분하는 제 1 단계와, 프레임의 각 픽셀 위치마다 다른 값을 가산 및 감산하는 제 2 단계와, JND(Just Noticeable Difference) 기법을 이용하여 워터마크 정보의 삽입강도(Δ) 또는 연속된 두 프레임의 평균을 적응적으로 변화시켜 워터마크 정보를 각 픽셀에 적응적으로 삽입하는 제 3 단계를 포함하는 프레임 평균을 이용한 실시간 비디오 워터마크 삽입 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 디지털 콘텐츠에 워터마크 정보를 추출하는 방법에 있어서, 원본프레임을 n개로 분할된 각 서브그룹으로 구분하는 제 1 단계와, 서브그룹의 평균(mei, moi)을 산출하는 제 2 단계와, 산출되는 평균값을 이용하여 워터마크 정보를 추출하는 제 3 단계를 포함하는 프레임 평균을 이용한 실시간 비디오 워터마크 추출 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
설명에 앞서, 본 발명의 핵심 기술 요지는, 기하학 공격에 덜 민감한 프레임 평균값을 워터마크 신호와 인간 시각 특징인 JND(Just Noticeable Difference)를 이용하여 공간 영역에서 변화시킨 후 이를 원본 데이터와 대치시킨다는 것으로, 이러한 기술 사상으로부터 본 발명의 목적으로 하는 바를 용이하게 달성할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실시간 비디오 워터마킹 방법을 설명하기 위한 구성 블록도로서, 워터마크를 삽입하는 과정을 나타낸 도면이다.
먼저, 워터마크를 삽입하기 위해서는 도 3과 같은 원본프레임을 4개의 서브그룹으로 나누어 각 서브그룹별로 워터마크를 삽입한다. 이렇게 하여 총 4비트를 두 프레임에 삽입한다.
그 다음, 프레임 fe을 fe,1, fe,2, fe,3 그리고 fe,4로 나눈 후 각각의 평균을 me1, me2, me3 그리고 me4로 정의한다. fo에 대해서도 같은 작업을 수행하는데, 여기서 e는 "짝수-even"을 나타내고 o는 홀수-odd"를 나타낸다.
평균값을 변형시키기 전에 본 발명에서 사용될 인간 시각 특징(Human Visual system : HVS)인 JND에 대해 간략히 기술하기로 한다.
먼저, 인간시각의 전 영역에 걸친 복잡한 JND는 라슨(Larson)에 의해 다음 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
이는 다음과 같은 의미를 지닌다.
만일, 휘도(luminance) 성분이 La인 배경위에 휘도 성분 값이 La+La인 조각이 있으면 인간시각으로 구별이 가능하지만, La+ε (ε<ΔLa)의 조각이 있으면 이는 인간시각으로 구분되지 않을 것이다.
이러한 특징을 이용하여 다음과 같은 과정을 거쳐 워터마크 정보를 삽입한다.
먼저, 수학식 1을 이용하여 fe와 fo의 JND값을 계산한다.
워터마크의 삽입은 다음 수학식 2와 같은 조건을 만족하게 한다. 여기서 Δ는 워터마크의 삽입 강도를 결정하는 값이다.
수학식 2의 조건을 만족시키기 위해 각 프레임마다 동일한 값을 더하거나 뺄 수 있지만 이렇게 하면 플리커링 노이즈가 발생한다. 이러한 플리커링 노이즈를 줄이기 위해 JND를 사용하여 각 픽셀단위로 적응적으로 값을 더하거나 뺀다.
이때, 적응적인 값을 계산하기 위해 다음 수학식 3과 같은 과정을 거친다.
즉, 워터마크가 삽입된 는 원본 프레임 에 픽셀위치에 따라 변하는 어떤 값을 더하는데 이는 의 JND 값인 에 비례한다.
만약, 워터마크의 값이 "1"이라면 수학식 3의 양변을 한 프레임 전체에 대해 더하여 수학식 2를 이용하면 다음 수학식 4와 같은 값을 얻을 수 있다.
여기서, 이다. 이를 수학식 4에 대입하면 증폭 계수 α를 다음 수학식 5와 같이 구할 수 있다.
비슷하게 이를 fe에 대해서도 적용할 수 있다. 워터마크 삽입 수식은 이고, 양변을 한 프레임에 대해서 더하면 을 얻을 수 있으며, 증폭 계수 β는 수학식 6과 같이 표현된다.
정리하면, 최종적인 워터마크 삽입 수식은 다음 수학식 7과 같이 표현될 수 있다. 여기서, M, N은 각각 프레임의 넓이와 높이를 나타낸다.
최종적으로 수학식 7을 이용하여 워터마크를 삽입하는데, 두 가지 방법으로 Δ를 적응적으로 변화시킨다.
먼저 평균차이 Δm을 정의한다. Δm=|mo-me|
여기서, th1=0.1, th2=0.2, th3=0.3이다.
그리고, 씬 체인지(scene change)가 발생할 경우는 Δm이 너무 클 수 있으므로 이러한 경우는 워터마크를 삽입하지 않고 다음 프레임으로 넘어가는데, 이를 위해 다음 수학식 9와 같은 조건을 둔다.
여기서 th=10 이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실시간 비디오 워터마킹 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 워터마크를 추출하는 과정을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 3과 같이 프레임을 4개의 서브그룹으로 나누어 연속된 각 서브그룹 별로 워터마크를 추출한다.
그 다음, 각 서브그룹의 평균 mei, moi를 구한다. 이 평균값을 다음 수학식 10에 대입하여 워터마크 정보를 추출한다.
끝으로, 추출된 워터마크와 삽입된 워터마크의 상관도를 계산하여 이 값이 임계치보다 크면 워터마크가 존재한다고 결정한다.
본 발명에 따른 워터마킹 기법에 의하면, 절삭, 회전, 크기변화, 프로젝션 공격에 강할 뿐만 아니라 압축, 필터링 등의 공격에도 강인하며, 압축한 후 기하학적 공격을 가하여도 삽입된 워터마크를 추출할 수 있기 때문에 보다 안정된 소유권 주장을 보장한다. 또한, 본 발명은 비디오 워터마킹 알고리즘의 요구사항인 실시간성도 완벽하게 보장할 수 있는 바 비디오 방송 워터마크 정보를 실시간으로 삽입할 수 있다는 효과가 있다.
이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 후술하는 특허청구범위의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실시간 비디오 워터마킹 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 워터마크를 삽입하는 과정을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실시간 비디오 워터마킹 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 워터마크를 추출하는 과정을 나타낸 도면,
도 3은 본 실시예에 따라 연속된 프레임을 4개의 그룹으로 분할하여 워터마크를 삽입하는 경우를 도시한 도면.
Claims (6)
- 디지털 콘텐츠에 워터마크 정보를 삽입하는 방법에 있어서,원본프레임을 n개로 분할된 각 서브그룹으로 구분하는 제 1 단계와,상기 프레임의 각 픽셀 위치마다 다른 값을 가산 및 감산하는 제 2 단계와,JND(Just Noticeable Difference) 기법을 이용하여 상기 워터마크 정보의 삽입강도(Δ) 또는 연속된 두 프레임의 평균을 적응적으로 변화시켜 워터마크 정보를 각 픽셀에 적응적으로 삽입하는 제 3 단계를 포함하는 프레임 평균을 이용한 실시간 비디오 워터마크 삽입 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 워터마크 정보 삽입은 수학식에 의해 구현되되, 상기 M은 프레임 넓이, 상기 N은 프레임 높이인 것을 특징으로 하는 프레임 평균을 이용한 실시간 비디오 워터마크 삽입 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 방법은평균차이(Δm)를 정의하여 삽입강도(Δ)를 적응적으로 변화시키는 단계와,씬 체인지(scene change)가 발생하는지를 판단하고, 상기 씬 체인지가 발생한 경우에는 상기 워터마크 정보를 삽입하지 않고 다음 프레임으로 스킵하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 평균을 이용한 실시간 비디오 워터마크 삽입 방법.
- 디지털 콘텐츠에 워터마크 정보를 추출하는 방법에 있어서,원본프레임을 n개로 분할된 각 서브그룹으로 구분하는 제 1 단계와,상기 서브그룹의 평균(mei, moi)을 산출하는 제 2 단계와,상기 산출되는 평균값을 이용하여 워터마크 정보를 추출하는 제 3 단계를 포함하는 프레임 평균을 이용한 실시간 비디오 워터마크 추출 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 3 단계는 수학식에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 프레임 평균을 이용한 실시간 비디오 워터마크 추출 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 방법은 추출된 워터마크 정보와 삽입된 워터마크의 상관도를 계산하여 이 값이 임계치보다 크면 워터마크가 존재한다고 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 평균을 이용한 실시간 비디오 워터마크 추출 방법.
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