KR20060012640A - 이미지들에 대한 디지털 핑거프린트들 및 워터마크들 - Google Patents

이미지들에 대한 디지털 핑거프린트들 및 워터마크들 Download PDF

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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

워터마크 또는 핑거프린트의 적용을 위해 이미지를 격자 영역들로 분할하는 방법은 격자를 중심에 두기 위해 이미지의 중심을 계산하고, 격자의 사이즈를 세팅하기 위해 이미지의 부분들의 중심들을 사용한다.
워터마크, 핑거프린트, 격자, 영역, 이미지.

Description

이미지들에 대한 디지털 핑거프린트들 및 워터마크들{Digital fingerprints and watermarks for images}
본 발명은 이미지들에 대한 디지털 핑거프린트들(digital fingerprints) 및/또는 워트마크들의 적용에 관한 것이다.
비디오 핑거프린트는 비디오 콘텐트 식별 및 이와 연관된 적용들을 위해 사용될 수 있다. 비디오 핑거프린트 인식은 압축, 스케일링, 또는 번역(translation)과 같은 비디오 콘텐트에 대한 일정한 왜곡에도 불구하고 성공적으로 진행될 수 있는 것이 바람직하다.
통상의 비디오 핑거프린트 추출 체제는 비디오 프레임들로부터 특징들을 추출하는 제 1 단계로 구성되어 있다. DC(평균 휘도)값들, 휘도 및/또는 색도 히스토그램들, 및 에지들을 포함하여 핑거프린트들을 생성하는데 사용하기 위한 많은 상이한 특징들이 제안되어 왔다. 이러한 체제들의 일반적인 면은, 그 이미지들은 대개 영역들(예를 들어, 직사각 블록)로 분할되고 각각의 영역에 대한 특징들이 추출된다. 이러한 핑거프린트 체제는 국제 특허 출원 WO-A-02/065782에 개시되어 있다.
이미지 프레임을 영역들로 분할하는 것은, 이미지들이 스케일링 또는 번역 시프트가 있는 경우 인식 문제들을 초래한다. 이미지를 나누는데 사용되는 고정된 격자는, 이미지 영역들이 스케일링되지 않은/번역되지 않은 원래 이미지 보다는 스케일링된/번역된 이미지에 대한 상이한 콘텐트를 포함하게 한다. 이것은, 스케일링된/번역된 콘텐트가 인식되는 것을 종종 방지하게될 결과 핑거프린트들(resulting fingerprints)이 상이한 원인이 된다.
본 발명의 목적은 상술한 불이익한 점들을 다룬다.
본 발명의 제 1 면에 따라, 디지털 핑거프린트을 이미지에/에서 적용/검출하는 방법은;
이미지를 영역들로 분할하는 단계로서, 영역들의 위치 및/또는 사이즈는 이미지의 콘텐트에 근거하는, 상기 분할 단계와,
디지털 핑거프린트를 적용/검출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 2 면에 따라, 디지털 핑거프린트의 상기 적용을 위해 이미지를 영역들로 분할하는 방법은 이미지의 콘텐트에 따라 영역들의 위치 및 사이즈를 선택하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 이미지는 이미지의 중심의 위치에 근거하여 분할된다. 바람직하게는, 이미지를 분할하는 격자는 이미지의 중심의 위치에 실질적으로 맞추어진다.
바람직하게는, 격자의 분할(division)의 수평 및 수직 사이즈들은 서로 독립적이다.
바람직하게는, 수평 및/또는 수직 분할들의 사이즈들은 상기 이미지의 부분들의 콘텐트에 근거하는데, 바람직하게는 이미지의 부분들의 중심들에 근거한다.
바람직하게는, 수평 및/또는 수직 분할들의 사이즈는 이미지의 부분들의 중심들에 근거한다.
유익하게, 방법은 격자 위치 및 사이즈가 이미지 콘텐트에 근거하여 계산되도록 하여, 워터마킹에 영향을 미치지 않고 이미지의 스케일링 및 번역이 가능하다.
영역들은 수평 및/또는 수직으로 오버랩될 수 있다. 오버래핑 영역들은 보다 양호한 결과들로 유익하게 사용될 수 있다.
본 발명의 제 3 면에 따라, 디지털 워터마크를 이미지에/에서 임베딩/검출하는 방법은 이미지의 콘텐트에 근거한 워터마크 패턴에 대한 사이즈 및/또는 위치를 선택하는 단계와, 워터마크를 임베딩/검출하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 격자 요소로서 제공되는 워터마크의 위치는 상기 이미지의 중심의 위치에 따라 선택된다. 바람직하게는, 워터마크의 사이즈, 바람직하게는 격자 요소들로서 제공되거나 격자 요소들내의 워터마크에 대한 격자의 사이즈는 이미지의 부분들의 콘텐트, 이미지의 부분들의 중심들에 따라 선택된다.
본 발명의 제 4 면에 따라, 제 1 면 및/또는 제 2 면의 방법을 동작시키기 위해 프로그래밍된 컴퓨팅 디바이스가 제공된다.
본 발명의 제 4 면에 따라, 컴퓨터 프로그램 제품은 본 발명의 제 1 및/또는 제 2 면의 방법을 수행하도록 동작 가능하다.
여기에 설명된 모든 특징들은 임의의 조합으로 상술된 임의의 면들과 조합될 수 있다.
본 발명의 보다 나은 이해와 어떻게 유효하게 될 수 있는지를 보여주기 위해, 구체적인 실시예가 예시적인 방식으로 첨부된 도면들을 참조로하여 설명될 것이다.
도 1은 중심을 도시하는 이미지 프레임의 개략적인 다이어그램을 도시한 도.
도 2는 블록들의 격자가 적용된 이미지를 도시한 도.
도 3은 수평 스케일링 및 수직 시프팅 이후, 도 2의 이미지를 도시한 도.
도 4는 스케일링/시프팅 이후, 제 1 예 비디오 클립 및 동일한 비디오 클립의 핑거프린트들에 대한 비트 에러 레이트들(BER)을 도시한 도.
도 5는 스케일링/시프팅 이후, 스케일링/시프팅 이후 제 2 예 비디오 클립에 대한 BER을 도시한 도.
도 6은 "자막"이 있는 샘플 이미지를 도시한 도.
도 7은 부가된 자막을 갖는 제 1 예 이미지에 대한 BER을 도시한 도.
도 8은 부가된 자막을 갖는 제 2 예 이미지에 대한 BER을 도시한 도.
본 발명은, 콘텐트가 스케일링되거나 번역되는 경우 인식 레이트를 개선하는 이미지/비디오 콘텐트에 대한 핑거프린트들을 유도하는 기술이다. 또한, 본 발명은, 워터마킹된 이미지의 스케일된/시프트된 버전들의 검출을 돕기 위해 동일한 아이디어가 워터마킹에 적용될 수 있는 방법을 설명한다.
개시된 본 발명의 키 아이디어는 이미지 콘텐트 그 자신에 의존하는 방식으로 이미지들을 영역들로 분할하는 것이다. 다른 말로, 프레임들을 영역들로 분할하기 위해 사용된 격자는 이미지 콘텐트로부터 결정되어야 한다. 이런 방식으로, 격자는 이미지 콘텐트에 대해 동일하게 스케일 및 시프트될 수 있어, 원래 이미지들의 핑거프린트들에 가급적 가까운 스케일된/시프트된 이미지들에 대한 핑거프린트들이 된다.
이미지의 분할에 의존하는 콘텐트는 중심 (크기의 중심) 계산들을 이용하여 성취될 수 있다. 휘도I(x,y)를 갖는 이미지 영역의 중심은 점(
Figure 112005066827974-PCT00001
,
Figure 112005066827974-PCT00002
)이다.
Figure 112005066827974-PCT00003
이들은 다음과 같이 계산될 수 있음을 주목한다.
Figure 112005066827974-PCT00004
즉, 계산은 필수적으로 일 차원적이고, 승산의 수는 먼저 y 방향으로 (
Figure 112005066827974-PCT00005
에 대해) I(x,y)를 가정함으로써 최소화될 수 있다.
중심은 이미지 콘텐트에 동일하게 시프팅 특성을 갖는다:
Figure 112005066827974-PCT00006
또한, 이미지 콘텐트에 동일하게 스케일링 특성을 갖는다.
Figure 112005066827974-PCT00007
이러한 계산들은, 합들이 이것의 업-스케일되고 시프트된 버전들로 전체 이미지 콘텐트를 취하는 것을 가정한다. 실제로, 업-스케일링 및 시프팅은 원래 이미지 크기들(dimensions)을 보존하기 위해 크로핑들(cropping)과 조합될 것이다. 크로핑은, 이미지에 대한 측면 길이의 요구된 비율을 성취하기 위해 하나 이상의 에지들로부터 이미지의 섹션들을 제거하는 단계를 포함한다. 이 크로핑은 중심 위치 에 에러들이 있게 하고, 이는 업-스케일링 및 시프팅에 대한 완전한 불변을 방지한다.
유사하게, 다운-스케일링은, 원래 이미지 크기들을 보유하기 위해 (측면 길이들의 요구된 비율을 성취하도록 부가적인 데이터를 부가함으로써) 새로운 콘텐트가 있는 패딩(padding)과 실질적으로 조합될 수 있다. 패딩이 0의 값의 픽셀들로 만들어진다면, 여전히 스케일 불변이 성취되어, 그들은 상기 합산에 기여하지 않는다.
실질적인 체제의 이러한 불완전성들에도 불구하고, 중심 시프트들 및 스케일들은 결과 핑거프린트들에서 상당한 견고성을 성취하도록 충분히 정확함을 알 수 있다.
이미지의 견고한 스케일/시프트 분할을 제공하기 위해 중심들을 이용하는 것은 이미지를 복수의 직사각 블록들로 구성된 격자로 분할하는 예로 설명될 것이다. 예를 들어, 여기에 참조로 포함된 내용인 WO-A-02/065782의 핑거프린트 체제에 의해, 핑거프린트 비트들을 유도하기 위해 이러한 블록들 사이의 DC 차들을 사용하는 것이 바람직하다. 프로세스는 다음의 단계들로 구성된다:
전체 이미지의 중심
Figure 112005066827974-PCT00008
을 계산한다 - 격자는, 견고성을 이미지의 번역 시프트들로 제공할, 이 점에서 맞추어질 것이다.
C 좌측의 모든 이미지 픽셀들의 수평 방향(x left )으로 중심을 계산한다. 도 1을 참조한다.
또한, C 우측의 모든 이미지 픽셀들의 중심(x right ), C 상측의 모든 이미지 픽셀들의 수직 방향의 중심(y above ), 및 C 하측 모든 이미지 픽셀들의 중심(y below )을 계산한다.
수평 방향 :
Figure 112005066827974-PCT00009
수직 방향 :
Figure 112005066827974-PCT00010
에서 블록 경계들을 정의한다.
여기서, a는 블록들의 결과 격자의 총 사이즈를 제어하기 위한 다중 선택이다. 예를 들어, 세팅 a=2는 대부분의 원래 이미지의 격자 스패닝(spanning)이 되는데, 통상적 이미지 콘텐트의 중심은 대개 적당한 중심이기 때문이다. 결과 격자는 2Mx2N으로 구성된다.
도 1에서 xleft는 총 이미지 중심
Figure 112005066827974-PCT00011
의 이미지 좌측 분할의 수평 방향 중심이다.
도 2는, a=2, 및 M=N=3에 대한, 상기 절차를 이용하여 형성된 블록들의 예시적인 격자를 도시한다. 도 3은 1.1의 인수(factor)로 수평으로 스케일되고 수직으로 20픽셀 시프트된 동일한 이미지에 대해 형성된 격자를 도시한다. 각각의 블록의 이미지 콘텐트는 두 가지 케이스에서 유사하게 보일 수 있는데, 고정된 격자가 사용되면 더욱 그렇다.
상기 절차는 블록들을 형성하는데 사용되고, 이것으로부터 핑거프린트들이 WO-A-02/065782와 같이 순차적으로 유도된다. 도 4 및 5는 원래 비디오 콘텐트의 핑거프린트들과 동일한 콘텐트의 스케일된/시프트된 버전들로부터의 핑거프린트들 사이의 핑거프린트 비트 에러 레이트들(BER)을 도시한다. 비교를 위해, 144x80 픽셀들의 고정된 블록들에 대한 핑거프린트 비트 에러 레이트들이 또한 도시된다; 새로운 중심 체제의 개선이 분명하다.
시프트들 및 업-스케일들로 인한 BER들은, 도 4의 'interv' 비디오 클립에 대한 BER이 도 5의 'kitchgrass' 클립에 대한 BER 보다 더 낮음을 주목한다. 이것은, 전자가 이것의 주변에서 약간 더 넓은 블랙 경계(black boder)를 갖기 때문이다. 이러한 경계의 0에 가까운 세기 값은 중심 위치에 영향을 미치지 않으므로, 크로핑의 효과가 시작할 때 BER만이 보다 큰 시프트들 또는 업-스케일들에서 상승하기 시작한다.다운-스케일링에 대한 BER이 업-스케일링에 대한 BER 보다 낮고, 예상되는 바와 같이, 다운-스케일링하에서 크로핑이 발생하지 않음을 주목한다.
제시된 체제의 부가적인 유익은 수평 및 수직 방향들에서 상이한 스케일 인수들이 견고한 것으로, 즉, 종횡비 변화들이 견고하다.
워터마킹에 대한 적용
또한, 이미지의 스케일링 및 시프팅은 그 이미지내에 포함된 워터마크의 검출을 방지할 수 있다. 많은 워터마킹 체제들에서(예를 들어 WO-A-99/45705 참조), 워터마크 패턴은 공간적 도메인내의 노이즈 샘플들의 타일로서 공식화될 수 있음을 추측한다. 이 워터마크 패턴은 워터마킹된 이미지를 생성하기 위해 원래 이미지에 부가된다. 상기 제시된 발명은 임베딩된 워터마크 패턴의 사이즈 및 시프트가 이미 지 콘텐트 그 자신의 특징들(예를 들어, 중심들)에 의해 세팅되도록 허용한다. 워터마크 검출기는 절차를 반복함으로써 수신된 이미지의 워터마크 패턴의 적절한 스케일 및 시프트를 자동으로 찾을 수 있다.
실제로, 워터마크 검출은 일반적으로 스케일링에 매우 민감하고, (예를 들어)중심에 의해 제공된 스케일링의 정확성은 워터마크의 검출에 매우 충분하지 않을 수 있다. 그러나, 본 발명은 스케일 인자의 제 1 추정을 제공하고, 이것은 워터마크를 검출하기 위해 검색될 필요가 있는 스케일 인자들의 수를 감소시키는데 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 워터마크 검출기의 계산 감소와 관련된 유익함을 제공할 수 있다.
본 방법은 핑거프린트 또는 워터마크의 적용 또는 검출에 매우 균등하게 적용될 수 있다.
부가적인 실험들
본 발명은 개선된 스케일 및 시프트 견고성을 위한 상기 중심 기반 체제에 관한 부가적인 실험들을 설명한다.
자막들
비디오 클립에 대한 자막의 부가는 이미지 아래에 밝고 하얀 픽셀들의 영역을 부가한다. 핑거프린트들을 매칭할 때 상당한 BER을 증가시킬 만큼 충분히 중심 위치를 혼란시키는지 여부를 평가하기 위한 실험들이 수행된다.
자막들은 자막들이 부가되는 영역의 고밀도 '솔트 및 페퍼(salt and pepper)' 노이즈를 부가함으로써 '시뮬레이팅'된다.
고정된 블록들의 원래 체제에 대한 약 4%의 BER과 비교하여 중심 체제에 대한 약 7%의 BER을 얻는다. '자막'의 부가에 의해 격자의 위치 및 사이즈는 오로지 약간의 영향을 받는 것을 알 수 있다. 자막의 최소 임팩트는 단순히, 이미지 픽셀들의 총 수의 작은 부분로 인한 것이다: 이러한 실험들에서, 자막은 이미지 높이의 5%와 이미지 폭의 60%, 즉 픽셀의 3%를 점유한다.
오버래핑 블록들
시프트들 및 스케일링에 대한 견고성은 DC 차이들을 계산하는데 사용된 블록들의 사이즈에 매우 의존한다. 이것은 고정된 블록 및 중심 체제들 둘 다에 대해 진실이다. 블록들의 유효 사이즈를 증가시키기 위해 오버랩이 다음과 같이 도입된다:
각각의 블록은 수평으로 연장되어, 이것은 각각의 양편 블록의 50%를 커버하고, 수직도 마찬가지다. 이미지 주변의 블록들에 대해, 오직 이미지 에지로 연장된다.
하닝 윈도(hanning window)는 연장된 블록의 픽셀 값들로 적용된다. DC가 계산된다
블록들을 오버래핑하는 것은 각각의 블록이 다중 핑거프린트 비트들에 기여하여, 이것이 그들 사이의 상관관계를 증가시킬 수 있는 위험이 있다. 주어진 프레임으로부터의 핑거프린트 비트들이 상관되면, 그들은 중복을 포함하는데, 즉 보다 적은 핑거프린트 비트들을 유효하게 갖아, 보다 높은 오류의 포지티브 레이트들(상이한 콘텐트로부터의 핑거프린트을 매치)이 될 것이다. 상기 오버랩 방법은 비-오 버래핑 블록들의 핑거프린트들과 매우 유사하게 나타나는 핑거프린트들을 생성하기 위한 것임을 알 수 있다. 이것으로부터, 결과 핑거프린트들이 상이한 콘텐트의 충분한 구별이 될 것임을 추측하는 것은 합당하다.
어택들(attacks)의 통상의 세트에 대한 핑거프린트 매칭 결과는 두 개의 비디오 클립들에 대한 도 7 및 도 8에서 도시된다. 블록들의 오버랩은 모든 케이스들에서 유사하거나 약간 개선된 BER을 초래함을 알 수 있다.

Claims (14)

  1. 디지털 핑거프린트을 이미지에/에서 적용/검출하는 방법으로서,
    상기 이미지를 영역들로 분할하는 단계로서, 상기 영역들의 위치 및/또는 사이즈는 상기 이미지의 콘텐트에 근거하는, 상기 분할 단계와,
    상기 디지털 핑거프린트을 적용/검출하는 단계를 포함하는, 디지털 핑거프린트 적용/검출 방법.
  2. 디지털 핑거프린트의 적용을 위해 이미지를 영역들로 분할하는 방법으로서, 상기 이미지의 콘텐트에 따라 상기 영역들의 위치 및/또는 사이즈를 선택하는 단계를 포함하는, 이미지 분할 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이미지는 상기 이미지의 중심의 상기 위치에 근거하여 분할되는, 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 이미지를 분할하는 격자는 상기 이미지의 상기 중심의 위치에 실질적으로 맞추어지는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 격자의 분할(division)의 수평 및 수직 사이즈들은 서로 독립적인, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 수평 및/또는 수직 분할들의 사이즈들은 상기 이미지의 부분들의 콘텐트에 근거하는, 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 수평 및/또는 수직 분할들의 사이즈는 상기 이미지의 부분들의 중심들에 근거하는, 방법.
  8. 디지털 워터마크를 이미지에/에서 임베딩/검출하는 방법으로서, 상기 이미지의 콘텐트에 근거한 워터마크 패턴에 대한 사이즈 및/또는 위치를 선택하는 단계와, 상기 워터마크를 임베딩/검출하는 단계를 포함하는, 디지털 워터마크 임베딩/검출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 워터마크의 위치는 상기 이미지의 중심의 위치에 따라 선택되는, 디지털 워터마크 임베딩/검출 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 워터마크는 격자 요소로서 제공되는, 디지털 워터마크 임베딩/검출 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 워터마크의 사이즈 또는 상기 워터마크에 대한 격자의 사이즈는 상기 이미지의 부분들의 콘텐트에 따라 선택되는, 디지털 워트마크 임베딩/검출 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 워터마크의 사이즈 또는 상기 워터마크에 대한 격자의 사이즈는 상기 이미지의 부분들의 중심들에 따라 선택되는, 디지털 워터마크 임베딩/검출 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 동작시키도록 프로그래밍된 컴퓨팅 디바이스.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 동작 가능한 컴퓨터 프로그램 제품.
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