KR20100007616A - The adaptive watermarking method for converting digital to analog and analog to digital - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디지털 콘텐츠에 워터마크를 삽입하고, 출력장치 등을 이용해 아날로그 데이터로 변환하여 임의의 물체(상품 등)에 표시한 후, 이를 입력장치를 사용하여 입력받아 디지털 데이터로 변환 후 삽입된 워터마크를 검출해 내는 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention inserts a watermark into digital content, converts it into analog data using an output device, displays it on an arbitrary object (product, etc.), receives it using an input device, converts it into digital data, and then inserts the water into the digital content. A system and method for detecting marks.
디지털 워터마킹이란, 오디오, 비디오 또는 텍스트 등의 멀티미디어 콘텐츠에 저작권 정보 등 소유권을 주장하고자 하는 특정의 정보(즉, 워터마크)를 사람의 육안이나 청각으로는 구별할 수 없게 삽입하는 기술이다. 이는 디지털 콘텐츠의 유통 과정에서 소유권의 분쟁 등의 문제에서 본래의 소유자를 확인해야 하는 경우 삽입된 워터마크를 검출하여 소유권, 저작권 등의 권리 행사를 위한 근거를 마련하기 위한 것이다. Digital watermarking is a technique of inserting specific information (i.e., watermark) to claim ownership, such as copyright information, into multimedia content such as audio, video, or text indistinguishable from the human eye or hearing. This is to provide a basis for exercising rights such as ownership and copyright by detecting an inserted watermark when it is necessary to identify the original owner in a dispute such as ownership dispute in the distribution process of digital content.
이미지 또는 영상 디지털 데이터에 워터마크를 삽입하는 방법으로는 공간 영 역에 워터마크를 삽입하는 방법, 주파수 영역에서 워터마크를 삽입하는 방법 등이 있다. 상기 공간 영역에 워터마크를 삽입하는 방법은 속도가 빠른 장점이 있다. As a method of embedding a watermark in an image or video digital data, there is a method of embedding a watermark in a spatial domain, a method of embedding a watermark in a frequency domain, and the like. The method of embedding a watermark in the space area has an advantage of being fast.
워터마크를 삽입하기 위해서는 무엇보다 멀티미디어 콘텐츠(데이터)의 특성을 파악하고, 인간이 지각할 수 없는 영역에 데이터를 삽입하는 것이 중요하다. 또한, 멀티미디어 콘텐츠의 왜곡, 변형 등과 같은 공격에도 대응할 수 있는 워터마킹 기법과, 상기 멀티미디어 콘텐츠에 삽입되는 워터마크의 삽입량도 중요하다. In order to embed a watermark, it is important to understand the characteristics of multimedia contents (data) and to insert data in an area that humans cannot perceive. In addition, a watermarking technique capable of coping with an attack such as distortion or deformation of multimedia content, and an amount of watermark inserted into the multimedia content are also important.
즉, 멀티미디어 콘텐츠에 워터마크를 삽입할 때, 고려되는 요소들로는 질(Quality, 영상 콘텐츠의 경우에는 화질, 음성 콘텐츠의 경우에는 음질), 강건성(Robustness), 정보삽입량(Capacity)가 있다. 상기 요소들은 상호배타적인 관계로, 강건성을 높이면 정보삽입량이 줄어들거나 질이 나빠지고, 정보삽입량을 늘리면 강건성 및 질이 나빠지며, 질은 높이면 강건성 및 정보삽입량이 줄어드는, 트레이드오프(Trade-off)의 특성이 있다. That is, when embedding a watermark into multimedia content, factors considered include quality, image quality in the case of video content, sound quality in the case of audio content, robustness, and information insertion capacity. The above factors are mutually exclusive, so that the increase in robustness decreases or decreases the quality of information insertion, and the increase in information quality reduces the robustness and quality, and the higher quality decreases the robustness and information insertion. ) Is characteristic.
종래의 콘텐츠 보안 솔루션은 DRM(Digital Rights Management)과 같은 시스템을 통한 암호화 형태의 콘텐츠가 유통하지만, 상기 콘텐츠의 복호화 과정에서 사용자가 복호화된 콘텐츠의 불법 복제에 대한 문제는 여전히 해결할 수 없다. Conventional content security solutions are distributed in the form of encrypted content through a system such as Digital Rights Management (DRM), but the problem of illegal copying of the decrypted content still cannot be solved by the user during the decryption of the content.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 디지털 멀티미디어 콘텐츠에 워터마크를 삽입하는 워터마킹 기술이 제안되어 있다. In order to solve the above problems, a watermarking technique for inserting a watermark into digital multimedia contents has been proposed.
종래의 워터마킹 기술은 디지털 멀티미디어 콘텐츠의 필터링 공격, 모자이크 공격, 기하학적 변형 중 일부(크기 변환, 회전 변환)에 대해서 제한적으로 대응할 수 있는 것들이다. Conventional watermarking techniques are those that can respond in a limited way to some of the filtering attacks, mosaic attacks, and geometric deformations (size transformations, rotation transformations) of digital multimedia content.
상기의 종래 기술은, 디지털 콘텐츠(데이터)에 적용할 수 있는 것으로, 워터마크가 은닉된 디지털 콘텐츠를 아날로그 콘텐츠로 변환하여 임의의 물체에 출력 또는 표시하거나, 상기 임의의 물체에 출력 또는 표시된 아날로그 콘텐츠를 디지털 콘텐츠로 변환하였을 때, 은닉된 워터마크를 검출할 수 없다는 문제점이 있다. The above-described prior art is applicable to digital content (data), and converts digital content concealed with watermark into analog content and outputs or displays the data on an arbitrary object, or outputs or displays the analog content on the arbitrary object. There is a problem that the hidden watermark cannot be detected when the digital content is converted into digital content.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 디지털-아날로그 변환에 사용되는 프린터 및 모니터 등의 출력장치와, 아날로그-디지털 변환에 사용되는 스캐너, 카메라 및 캠코더에 의해 콘텐츠가 왜곡되어도 워터마크를 검출할 수 있는 워터마크 삽입기 및 검출기를 포함하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to produce a watermark even if the content is distorted by an output device such as a printer and a monitor used for digital-to-analog conversion, and a scanner, a camera and a camcorder used for analog-to-digital conversion. It is an object to provide a system comprising a watermark inserter and a detector that can be detected.
보다 상세하게는, 디지털 콘텐츠에 워터마크를 삽입 후 이를 임의의 물체(실체화된 물건 또는 상품)에 아날로그 형태로 출력 또는 표시하고, 상기 출력 또는 표시되는 콘텐츠를 카메라, 스캐너 및 캠코더 등과 같은 장치를 이용하여 디지털 콘텐츠로 재변환하고 워터마크를 검출하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. More specifically, after inserting a watermark into digital content and outputting or displaying it on an arbitrary object (materialized object or commodity) in analog form, and using the device such as a camera, scanner, camcorder, etc. It is an object of the present invention to provide a system for reconverting to digital content and detecting a watermark.
본 발명은 상기와 같은 워터마크 삽입기 및 검출기와 이를 포함하는 시스템을 이용하여, 광고주 또는 상품 판매자가 디지털 콘텐츠에 특정 목적을 위한 워터마크될 정보를 삽입하고 오프라인 상의 물체에 적용하여 배포한 후, 해당 콘텐츠를 입력받은 사용자가 워터마크를 검출하게 하여, 상기 워터마크된 정보를 이용하여 콘텐츠의 정보를 보여주거나 제품에 대한 광고를 하거나 마케팅 정보로 사용할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention uses the watermark inserter and detector and the system including the same, the advertiser or product seller inserts the information to be watermarked for a specific purpose in the digital content, and applied to the object on the offline, and then distributed, It is an object of the present invention to provide a system and a method for allowing a user who receives a corresponding content to detect a watermark to display information of the content using the watermarked information, to advertise a product, or to use it as marketing information. .
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, The present invention to achieve the above object,
디지털 콘텐츠를 입력받아 워터마크를 삽입하는 워터마크 삽입기와, 상기 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠(A)를 아날로그 형태로 임의의 물체에 표시하는 출력장치와, 상기 임의의 물체에 표시된 워터마크가 삽입된 아날로그 콘텐츠(B)를 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠(A')로 변환하는 입력장치와, 상기 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠(A')로부터 워터마크를 검출하는 워터마크 검출기로 구성된다. A watermark inserter for receiving digital content and inserting a watermark; an output device for displaying the watermarked digital content A on an arbitrary object in an analog form; and inserting the watermark displayed on the arbitrary object. And an input device for converting the analog content B into digital content A 'with a watermark embedded therein, and a watermark detector for detecting a watermark from the digital content A' with the watermark embedded therein.
상기 워터마크 삽입기는, 워터마크가 삽입되는 디지털 콘텐츠를 워터마크를 삽입하고자하는 공간으로 투영하는 투영수단과; 상기 워터마크가 삽입되는 디지털 콘텐츠의 국부 영역 복잡도를 계산하여 디지털-아날로그 및 아날로그-디지털 변환에 따른 데이터 변형에 강인한 적응적인 워터마크 삽입강도를 계산하는 워터마크 삽입강도 계산 수단과; 워터마크 정보에 오류를 정정하기 위한 처리를 수행하는 오류 정정 처리 수단과; 상기 워터마크 정보를 검출 과정에서 적용하는 사용자 키를 이용해 동기화 신호를 생성하는 동기화 신호 생성 수단과; 상기 오류 정정 처리된 워터마크 정보와 동기화 신호를, 상기 워터마크 삽입강도를 이용하여 상기 디지털 콘텐츠에 삽입하는 워터마크 삽입 수단;을 포함하여 구성된다. The watermark inserter includes: projection means for projecting the digital content into which the watermark is inserted into a space into which the watermark is to be inserted; Watermark embedding strength calculating means for calculating a localized area complexity of the digital content into which the watermark is embedded and calculating an adaptive watermark embedding strength that is robust to data deformation according to digital-analog and analog-digital conversion; Error correction processing means for performing a process for correcting an error in the watermark information; Synchronization signal generation means for generating a synchronization signal using a user key applying the watermark information in a detection process; And watermark embedding means for embedding the error corrected watermark information and the synchronization signal into the digital content using the watermark embedding strength.
상기 워터마크 삽입강도 생성 수단은, 디지털 콘텐츠의 국부 영역 복잡도에 의한 가중치와, 상기 디지털 콘텐츠 전체의 복잡도를 정규화시키고 고정계수를 적용한 값을 계산하여 워터마크 삽입강도를 구하는 것을 특징으로 한다. The watermark embedding strength generating means may calculate a watermark embedding strength by calculating a weight by a local region complexity of the digital content and a value obtained by normalizing the complexity of the entire digital content and applying a fixed coefficient.
상기 워터마크 검출기는 아날로그 콘텐츠에서 변환된 워터마크가 삽입된 디 지털 콘텐츠(A')에서 워터마크가 삽입되어 있는 공간으로 투영하는 투영수단과; 상기 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠에서 워터마크 검출강도를 계산하는 워터마크 검출강도 계산 수단과; 상기 투영된 디지털 콘텐츠에서 디지털-아날로그 및 아날로그-디지털 변환에 의해 높아진 디지털 콘텐츠의 신호 비율을 낮추는 전처리 수단과; 상기 전처리된 디지털 콘텐츠와 상기 계산된 워터마크 검출강도를 이용하여 워터마크 신호를 검출하는 워터마크 신호 검출 수단과; 워터마크 정보를 검출하기 위한 사용자 키를 이용한 동기화 신호를 생성하는 동기화 신호 생성 수단과; 상기 검출된 워터마크 신호와 동기화 신호를 이용하여 워터마크 정보를 추출하는 추출 수단;을 포함하여 이루어진다. The watermark detector includes projection means for projecting from a digital content (A ') into which a watermark converted from analog content is inserted, into a space where a watermark is inserted; Watermark detection intensity calculation means for calculating a watermark detection intensity in the digital content in which the watermark is embedded; Preprocessing means for lowering a signal ratio of the digital content increased by digital-analog and analog-digital conversion in the projected digital content; Watermark signal detection means for detecting a watermark signal using the preprocessed digital content and the calculated watermark detection intensity; Synchronizing signal generating means for generating a synchronizing signal using a user key for detecting watermark information; And extracting means for extracting watermark information using the detected watermark signal and the synchronization signal.
상기 워터마크 검출기는, 상기 검출된 워터마크 신호의 자기 상관도를 계산하여 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠(A')에 왜곡이 있는 경우, 상기 검출된 워터마크 신호의 자기 상관도의 주기적인 피크값을 이용하여 디지털 콘텐츠의 왜곡 정도를 계산하여 디지털 콘텐츠의 복원 계수를 구하는 복원 계수 계산 수단과; 상기 디지털 콘텐츠의 복원 계수를 이용하여 디지털 콘텐츠를 복원한 후, 재귀적으로 투영수단과 워터마크 검출강도 계산 수단의 입력으로 보내는 디지털 콘텐츠 복원 수단을 더 포함할 수 있다. The watermark detector calculates an autocorrelation of the detected watermark signal, and if there is distortion in the digital content A 'into which the watermark is inserted, the peak of autocorrelation of the detected watermark signal is periodically Reconstruction coefficient calculating means for calculating a reconstruction coefficient of the digital content by calculating a distortion degree of the digital content using the value; The digital content reconstruction unit may further include digital reconstruction unit for reconstructing the digital content using the reconstruction coefficient of the digital content and then recursively sending the input to the projection unit and the watermark detection intensity calculation unit.
또한, 전처리 수단은, 디지털 콘텐츠의 신호 비율이 워터마크 신호에 비해 높은 것을 낮추기 위해 크로스 쉐이브드 필터(cross shaped filter)와 같은 고정계수를 사용하는 고주파 대역 통과 필터(high pass filter)를 사용한다. In addition, the preprocessing means uses a high pass filter that uses a fixed coefficient such as a cross shaped filter to lower the signal ratio of the digital content is higher than that of the watermark signal.
상기 디지털 콘텐츠의 복원 계수는 검출된 워터마크 신호의 상관도의 주기적 인 피크값이, 상기 디지털 콘텐츠의 크기가 1/2로 줄어들지 않거나, 상기 디지털 콘텐츠의 비틀어짐이 일정 각도 이하인 조건 내에서 구한다. The reconstruction coefficient of the digital content is obtained under the condition that the periodic peak value of the correlation of the detected watermark signal does not decrease the size of the digital content by 1/2 or the distortion of the digital content is equal to or less than a certain angle.
상기의 구성을 갖는 본 발명은, 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠를 임의의 물체 또는 상품에 출력 또는 표시장치를 이용하여 실체화하여 배포한 후, 사용자 또는 고객이 카메라, 스캐너와 같은 입력장치를 사용하여 디지털 콘텐츠로 재변환하고 워터마크를 검출하여, 상기 상품 또는 물체의 정보를 열람할 수 있도록 하는 효과가 있다. According to the present invention having the above-described configuration, after the digital content embedded with watermarks is physically distributed to any object or product using an output or display device, a user or a customer uses an input device such as a camera or a scanner. There is an effect of reconverting to digital content and detecting a watermark so that the information of the goods or objects can be viewed.
또한, 상기 워터마크는 상품의 공급자가 공급하는 상품의 진품 여부를 판별하는 방법으로도 사용될 수 있다. In addition, the watermark may be used as a method of determining whether the goods supplied by the suppliers of goods are genuine.
본 발명은 디지털 콘텐츠가 아날로그 콘텐츠로 변환되고, 상기 아날로그 콘텐츠가 디지털 콘텐츠로 변환될 때 발생할 수 있는 데이터의 왜곡에서도 삽입된 워터마크를 검출할 수 있는 효과가 있다. The present invention has the effect of detecting the inserted watermark even in the distortion of data that may occur when digital content is converted into analog content and the analog content is converted into digital content.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 그 구성 및 방법을 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the configuration and method of the present invention will be described with reference to the embodiments illustrated in the accompanying drawings.
[도 1], [도 4], [도 5]는 본 발명에 따른 환경 변화에 강한 워터마크 삽입 및 검출 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. [도 1]은 환경 변화에 강한 워터마크를 삽입하고 검출하는 시스템을, [도 4]는 디지털 콘텐츠에 워터마크를 삽입하는 삽입기의 구체적인 구성을, [도 5]는 워터마크가 삽입된 아날로그 콘텐츠를 입력장치로 입력받아 디지털화된 디지털 콘텐츠로부터 워터마크를 검출하는 검출기의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다. 1, 4, and 5 are views showing the configuration of a watermark embedding and detection system resistant to environmental changes in accordance with the present invention. 1 is a system for inserting and detecting a watermark resistant to environmental changes, FIG. 4 is a detailed configuration of an inserter for inserting a watermark into digital content, and FIG. 5 is an analog with a watermark embedded therein. FIG. 11 is a diagram illustrating a specific configuration of a detector that receives content from an input device and detects a watermark from digitized digital content.
본 발명에서 환경 변화라 함은, 워터마크를 삽입한 디지털 콘텐츠를 임의의 물체(물건, 상품 또는 광고 전단지, 포스터 등 실물화된 것)에 아날로그 형태로 표시하고, 상기 아날로그화된 콘텐츠를 입력장치(카메라, 스캐너 등)를 이용하여 디지털 콘텐츠로 변환하는 것으로, 디지털 콘텐츠를 아날로그 콘텐츠로 변환하거나 아날로그 콘텐츠를 디지털 콘텐츠로 변환하는 것을 의미한다. In the present invention, the environmental change means that the digital content in which the watermark is inserted is displayed in an analog form on an arbitrary object (material, product, advertisement leaflet, poster, etc.), and the analogized content is input. Conversion to digital content using a camera, scanner, etc., means conversion of digital content to analog content or analog content to digital content.
또한, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에서는 상기 디지털 콘텐츠가 영상인 경우를 중심으로 설명하며, 이하에서는 디지털 영상이라 한다. In addition, in the detailed description for the implementation of the present invention will be described focusing on the case where the digital content is an image, hereinafter referred to as a digital image.
본 발명의 환경 변화에 강한 워터마크 삽입 및 검출 시스템은 디지털 콘텐츠를 입력받아 워터마크를 삽입하는 워터마크 삽입기(10)와, 상기 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠(A)를 아날로그로 변환하여 임의의 물체에 표시하는 출력장치(20)와, 상기 임의의 물체에 표시된 워터마크가 삽입된 아날로그 콘텐츠(B)를 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠(A')로 변환하는 입력장치(20)와, 상기 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠(A')로부터 워터마크를 검출하는 워터마크 검출기(40)로 이루어진다. The watermark embedding and detection system resistant to environmental changes of the present invention includes a watermark inserter 10 for receiving digital content and inserting a watermark, and converting the watermark-embedded digital content A into analog. An
상기 워터마크 삽입기(10)는 디지털 콘텐츠의 국부 영역 복잡도를 계산하여 디지털-아날로그 및 아날로그 디지털 변환에 따른 데이터의 변형에 강인하도록 적응적으로 워터마크를 삽입한다. 상기 워터마크 삽입기(10)에 대해 [도 4]를 참조하여 보다 상세하게 설명한다. The watermark inserter 10 adaptively inserts a watermark to calculate the local area complexity of the digital content and to resist deformation of the data according to digital-analog and analog-digital conversion. The
본 발명에 따른 워터마크 삽입기(10)는 워터마크가 삽입되는 디지털 영상을 워터마크를 삽입하고자하는 공간으로 투영하는 투영수단(110)과; 상기 워터마크가 삽입되는 디지털 영상의 국부 영역 복잡도를 계산하여 디지털-아날로그 및 아날로그-디지털 변환에 따른 데이터 변형에 강인하도록 적응적인 워터마크 삽입강도를 계산하는 워터마크 삽입강도 계산 수단(120)과; 삽입될 워터마크 정보에 오류를 정정하기 위한 코드를 삽입하는 메세지 코딩 수단(130)과; 상기 메세지 코딩된 정보에 대역확산 기법을 적용하고 1차원의 워터마크 신호로 생성하는 워터마크 신호 생성 수단(140)과; 상기 워터마크 정보를 검출할 때 동기화를 위한 사용자 키를 이용해 동기화 신호를 생성하는 동기화 신호 생성 수단(150)과; 상기 워터마크 신호와 상기 동기화 신호를 디지털 영상에 적용하기 위해 2차원의 유닛 블록으로 생성하는 2차원 랜덤 위치 매핑 수단(160)과; 상기 유닛 블록을 주기적으로 나열하여 디지털 영상과 같은 크기의 유닛 블록의 집합을 생성하는 유닛 블록의 집합 생성 수단(170);으로 구성되고, 상기 유닛 블록의 집합과, 상기 워터마크 삽입강도를 이용하여 상기 디지털 영상에 부가적 신호 삽입 방식으로 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠를 출력한다. The watermark inserter 10 according to the present invention includes projection means 110 for projecting a digital image into which a watermark is inserted into a space into which a watermark is to be inserted; Watermark embedding intensity calculating means (120) for calculating a local region complexity of the digital image into which the watermark is embedded and calculating an adaptive watermark embedding intensity to be robust to data deformation due to digital-analog and analog-digital conversion; Message coding means (130) for inserting a code for correcting an error in the watermark information to be inserted; Watermark signal generation means (140) for applying a spread spectrum technique to the message-coded information and generating a one-dimensional watermark signal; Synchronization signal generation means (150) for generating a synchronization signal using a user key for synchronization when detecting the watermark information; Two-dimensional random position mapping means (160) for generating the watermark signal and the synchronization signal into a two-dimensional unit block for applying to the digital image; And a set generating unit (170) of unit block for periodically arranging the unit blocks to generate a set of unit blocks having the same size as a digital image. The unit block comprises the set of unit blocks and the watermark embedding strength. The digital content having the watermark embedded therein is output by an additional signal embedding method in the digital image.
상기 메세지 코딩 수단(130)과, 워터마크 신호 생성 수단(140)를 묶어서 오류정정 처리수단이라 한다. 즉, 상기 오류 정정 처리 수단은, 삽입될 워터마크 정 보에 오류를 정정하기 위한 코드를 삽입하는 메세지 코딩 수단과, 상기 메세지 코딩된 정보에 대역확산 기법을 적용하고 1차원의 워터마크 신호로 생성하는 워터마크 신호 생성 수단으로 구성된다. The message coding means 130 and the watermark signal generating means 140 are collectively referred to as error correction processing means. That is, the error correction processing means includes message coding means for inserting a code for correcting an error in the watermark information to be inserted, and applies a spread spectrum technique to the message coded information and generates the watermark signal in one dimension. Watermark signal generating means.
상기 워터마크 삽입강도 계산 수단은, 디지털 콘텐츠의 국부 영역 복잡도에 의한 가중치와, 상기 디지털 콘텐츠 전체의 복잡도를 정규화시키고 고정계수를 적용한 값을 계산하여 워터마크 삽입강도를 구하는 것을 특징으로 한다. The watermark embedding strength calculating means may calculate a watermark embedding strength by calculating a weight value according to a local area complexity of the digital content and a value obtained by normalizing the complexity of the entire digital content and applying a fixed coefficient.
워터마크 검출기(40)에 대해 [도 5]를 참조하여 보다 상세하게 설명한다. The
상기 워터마크 검출기(40)는 워터마크가 삽입된 아날로그 영상으로부터 상기 입력장치(30)에 의해 변환된 워터마크가 삽입된 디지털 영상과, 사용자 키를 입력받아, 워터마크를 검출한다. The
상기 워터마크 검출기(40)는, 아날로그 영상에서 변환된 워터마크가 삽입된 디지털 영상(A')에서 워터마크가 삽입되어 있는 공간으로 투영하는 투영수단(200)과; 상기 워터마크가 삽입된 디지털 영상에서 워터마크 검출강도를 추정하는 워터마크 검출강도 추정 수단(210)과; 상기 투영된 디지털 영상에서 디지털-아날로그 및 아날로그-디지털 변환에 의해 높아진 디지털 영상의 신호 비율을 낮추는 전처리 수단(220)과; 상기 전처리된 디지털 영상와 상기 계산된 워터마크 검출강도를 이용하여 워터마크 신호를 검출하는 워터마크 신호 검출 수단(230)과; 디지털 영상의 왜곡정도를 계산하여 디지털 영상의 복원 계수를 구하는 복원 계수 계산 수단(240)과; 상기 디지털 영상의 복원 계수를 이용하여 디지털 콘텐츠를 복원하여 재귀적으 로 투영수단(200)과 워터마크 검출강도 추정 수단(210)의 입력으로 보내는 디지털 콘텐츠 복원 수단(250)과; 오류의 영향을 최소화하기 위해 검출된 워터마크 신호를 유닛 블록 단위로 중첩하는 워터마크 신호 중첩 수단(260)과; 사용자 키를 이용해 동기화 신호를 생성하는 동기화 신호 생성 수단(270)과; 상기 동기화 신호와 상기 중첩된 워터마크 신호를 이용하여 2차원 좌표를 동기화하는 동기화 수단(280)으로 구성되고, 상기 동기화 수단(280)을 거쳐 동기화된 데이터를 디코딩하여 워터마크 정보를 출력한다. The
상기 워터마크 검출기(40)의 전처리 수단(220)은, 디지털 콘텐츠의 신호 비율이 워터마크 신호에 비해 높은 것을 낮추기 위해 크로스 쉐이브드 필터와 같은 고정계수를 사용하는 고주파 대역 통과 필터(high pass filter)를 사용한다. The preprocessing means 220 of the
상기 워터마크 검출기의 복원 계수 계산 수단(240)과, 디지털 콘텐츠 복원 수단(250)은, 입력된 디지털 영상에 왜곡이 있는 경우에 동작하는 것으로, 상기 검출된 워터마크 신호의 자기 상관도(auto-correlation)를 계산하여 주기적인 피크값을 이용하여 디지털 영상의 왜곡 정도를 계산한다. The reconstruction coefficient calculating means 240 and the digital content decompression means 250 of the watermark detector operate when there is distortion in the input digital image, and auto-correlation of the detected watermark signal (auto-) The degree of distortion of the digital image is calculated using periodic peak values.
입력된 디지털 영상에 왜곡이 있으면, 상기 왜곡 정도를 판별하여 복원 계수를 계산하고, 상기 복원 계수를 이용하여 디지털 영상을 복원하고, 정상적인 워터마크 정보를 추출하기 위해 복원된 디지털 영상을 다시 투영수단(200)으로 입력하여 전처리 수단(220)을 거치고, 워터마크 검출강도를 재계산하여 워터마크 신호를 재검출한다. If the input digital image is distorted, the distortion degree is determined to calculate a reconstruction coefficient, the digital image is reconstructed using the reconstruction coefficient, and the reconstructed digital image is again projected to extract normal watermark information. 200 to pass through the preprocessing means 220 to recalculate the watermark detection intensity and redetect the watermark signal.
상기 복원 계수 계산 수단(240)은, 검출된 워터마크 신호의 자기 상관도의 주기적인 피크값이, 상기 디지털 콘텐츠의 크기가 1/2로 줄어들지 않거나, 상기 디지털 콘텐츠의 비틀어짐이 일정 각도 이하인 조건 내에서 디지털 콘텐츠의 복원 계수를 계산하다. The reconstruction
상기의 워터마크 삽입기(10)와 워터마크 검출기(40)를 이용하여 워터마크를 삽입하고 검출하는 과정을 설명한다. A process of inserting and detecting a watermark using the watermark inserter 10 and the
워터마크를 삽입하는 과정을 [도 6]을 참조하여 자세히 설명한다. The process of inserting the watermark will be described in detail with reference to FIG. 6.
디지털 영상과, 워터마크 정보와, 사용자 키를 준비한다. A digital image, watermark information, and user key are prepared.
상기 디지털 영상을 워터마크 정보를 삽입하고자 하는 공간으로 투영한다(S110). 본 발명에서 YUV 색상 공간으로 변환하여 Y 성분만을 사용하여 워터마크를 삽입한다. 상기 Y 성분은 디지털 영상을 디지털-아날로그, 아날로그-디지털 변환하거나 또는 색상 공간을 변환하는 처리에 대해 원 신호의 변형이 적기 때문이다. The digital image is projected to a space where watermark information is to be inserted (S110). In the present invention, the watermark is inserted using only the Y component by converting to the YUV color space. This is because the Y component has less deformation of the original signal for the process of digital-to-analog, analog-to-digital conversion, or color space conversion.
상기 워터마크 정보를 삽입하는 공간으로 투영된 디지털 영상에 디지털-아날로그 및 아날로그-디지털 변환에 강인하도록 적응적으로 워터마크를 삽입하기 위해, 디지털 영상의 국부 영역 복잡도에 의한 가중치(
그리고, 워터마크 정보에 오류를 정정하기 위한 오류 정정 코드를 삽입하는 메세지 코딩을 한다(S130). Then, message coding is performed to insert an error correction code for correcting an error in the watermark information (S130).
상기 메세지 코딩된 워터마크 정보를 대역확산(spread spectrum) 기법을 사용하여 오류 또는 에러 처리가 가능한 1차원의 워터마크 신호를 생성한다(S140).The message-coded watermark information is generated using a spread spectrum technique to generate a one-dimensional watermark signal capable of error or error processing (S140).
그리고, 상기 디지털 영상에 삽입된 워터마크 정보 검출 과정에서 2차원 이동에 대한 동기화를 위하여 사용자 키로 1차원의 동기화 신호를 생성한다(S150).Then, in the process of detecting watermark information inserted in the digital image, a one-dimensional synchronization signal is generated using a user key to synchronize two-dimensional movement (S150).
상기 1차원의 워터마크 신호와 1차원의 동기화 신호를 이용하여 워터마크 삽입용 2차원의 유닛 블록을 생성하는 2차원 랜덤 위치 매핑을 수행한다(S160). 상기 유닛 블록을 생성하는 이유는, 워터마크를 검출 시 디지털 영상에서 국부적 굽힘(local bending)이 일어날 경우 2차원 좌표에서 발생되는 워터마크 신호의 버스트 에러(burst error)를 랜덤 에러(random error) 형태로 바꿔주는 역할을 한다. 다시 말하면, 복수의 오류가 한 곳에 발생하는 버스트 에러에서는 워터마크 신호의 복원이 어렵지만, 동일한 양의 오류를 각각의 신호에 분산함으로써 각 신호의 임계치 안에서 신호의 복원이 가능하도록 할 수 있다. Two-dimensional random position mapping is performed to generate a two-dimensional unit block for embedding a watermark using the one-dimensional watermark signal and the one-dimensional synchronization signal (S160). The reason for generating the unit block is that when a local mark occurs in a digital image when a watermark is detected, a burst error of a watermark signal generated in two-dimensional coordinates is formed in a random error form. To play a role. In other words, in the burst error where a plurality of errors occur in one place, it is difficult to recover the watermark signal, but by distributing the same amount of errors to each signal, the signal can be restored within the threshold of each signal.
상기 유닛 블록을 주기적으로 형성하여 디지털 영상의 사이즈와 같은 크기의 유닛 블록의 집합을 생성한다(S170). 상기 유닛 블록을 주기적으로 형성하여 유닛 블록의 집합을 생성하는 것은, 디지털-아날로그 및 디지털-아날로그 변환 시 발생하는 디지털 영상의 기하학적인 변형을 감지할 수 있다. The unit block is periodically formed to generate a set of unit blocks having the same size as that of the digital image (S170). Forming the unit block by periodically forming the unit block may detect geometric deformation of the digital image generated during digital-to-analog and digital-to-analog conversion.
상기 S170 단계에서 생성된 유닛 블록의 집합과, 상기 S120 단계에서 계산된 워터마크 삽입강도와, 상기 S110 단계에서 디지털 영상의 Y 성분을 가산하여(S180) 워터마크가 삽입된 디지털 영상을 얻을 수 있다. The set of unit blocks generated in step S170, the watermark embedding strength calculated in step S120, and the Y component of the digital image in step S110 may be added (S180) to obtain a digital image having a watermark embedded therein.
상기 워터마크가 삽입된 디지털 영상은 출력 장치(20, 프린터 또는 화면 표시 장치 등)를 통해 임의의 물체 또는 상품 등이 인쇄되거나 표시되어 워터마크가 삽입된 아날로그 영상이 형성된다. The watermark-embedded digital image is printed or displayed on an arbitrary object or product through an output device 20 (such as a printer or a screen display device) to form an analog image in which a watermark is embedded.
워터마크를 검출하는 과정을 [도 7]을 참조하여 설명한다. A process of detecting a watermark will be described with reference to FIG. 7.
상기 워터마크가 삽입된 아날로그 영상을 입력 장치(30, 스캐너, 카메라 또는 캠코더 등)를 이용하여 워터마크가 삽입된 아날로그 영상을 워터마크가 삽입된 디지털 영상을 변환한다. The watermark-embedded analog image is converted into a watermark-embedded digital image using an input device 30 (scanner, camera, camcorder, etc.).
상기 아날로그 영상에서 변환된, 워터마크가 삽입된 디지털 영상이 입력되면, 워터마크가 삽입되어 있는 공간으로 투영한다(S200). When the digital image converted from the analog image and having the watermark embedded therein is input, the image is projected to the space where the watermark is inserted (S200).
상기 워터마크가 삽입된 디지털 영상에서 워터마크 검출강도를 추정한다(S210). 상기 워터마크 검출강도를 추정하는 방법은 상기 워터마크 삽입 시의 워터마크 삽입강도를 계산하는 방법과 동일하다. The watermark detection intensity is estimated from the digital image into which the watermark is inserted (S210). The method of estimating the watermark detection intensity is the same as the method of calculating the watermark embedding intensity at the time of embedding the watermark.
상기 변환된 디지털 영상에서 디지털-아날로그 및 아날로그-디지털 변환에 의해 높아진 디지털 영상의 신호 비율을 낮추는 전처리를 한다(S220). 상기 전처리 단계는 디지털-아날로그 및 아날로그-디지털 변환 시 영상 대 워터마크의 파워 스펙트럼 비율이 디지털 영상의 변환에 비해 현저히 떨어져 영상 신호의 비율이 높아지게 되므로, 상기 영상 신호의 비율을 낮추기 위한 것이다. In the converted digital image, preprocessing is performed to lower the signal ratio of the digital image that is increased by digital-analog and analog-digital conversion (S220). The preprocessing step is to reduce the ratio of the image signal since the power spectral ratio of the image-to-watermark is significantly lower than that of the digital image conversion in digital-analog and analog-digital conversion.
상기 전처리 단계(S220)에서는 크로스 쉐이브드 필터(cross shaped filter)와 같은 고정계수를 사용하는 고주파 대역 통과 필터링 방법을 사용한다. In the preprocessing step (S220), a high frequency band pass filtering method using a fixed coefficient such as a cross shaped filter is used.
상기 전처리된 디지털 영상과 추정된 워터마크 검출강도를 이용하여 워터마크 신호를 검출한다(S230).The watermark signal is detected using the preprocessed digital image and the estimated watermark detection intensity (S230).
상기 검출된 워터마크 신호를 이용하여 자기 상관도를 계산하여 디지털 영상의 왜곡 정도를 계산하여 디지털 영상 복원 계수를 구한다(S240). 상기 디지털 영상 복원 계수를 이용하여 디지털 영상에 왜곡이 있는지 없는지를 판별한다. The autocorrelation is calculated using the detected watermark signal to calculate the distortion degree of the digital image to obtain a digital image reconstruction coefficient (S240). The digital image reconstruction coefficient is used to determine whether there is distortion in the digital image.
상기 디지털 영상에 왜곡이 없다면, 상기 검출된 워터마크 신호를 이용하여 워터마크 신호를 중첩하는 S260 단계로 넘어가고, 상기 디지털 영상에 왜곡이 있다 면, 상기 디지털 영상을 복원하는 S250 단계로 진행한다. If there is no distortion in the digital image, the process proceeds to step S260 of superimposing a watermark signal using the detected watermark signal. If there is distortion in the digital image, the process proceeds to step S250 of restoring the digital image.
상기 디지털 영상 복원 계수는, 검출된 워터마크 신호의 자기 상관도의 주기적인 피크값이 상기 디지털 영상의 사이즈가 1/2로 줄어들지 않거나(즉, 기준 좌표계의 각 꼭지점의 연결 길이가 1/2 이하가 아닌 경우), 디지털 영상의 비틀어짐이 일정 각도 이하(즉, 대각선의 길이 비율이 1:1.2를 넘지 않는 경우, 즉, 디지털 영상이 30도 이상 기울어지지 않은 경우)인 조건 내에서 생성된다. In the digital image reconstruction coefficient, the periodic peak value of the autocorrelation of the detected watermark signal does not decrease the size of the digital image by 1/2 (that is, the connection length of each vertex of the reference coordinate system is 1/2 or less). If not, the distortion of the digital image is generated within a condition that is equal to or less than a certain angle (that is, when the length ratio of the diagonals does not exceed 1: 1.2, that is, the digital image does not tilt more than 30 degrees).
일반적으로 영상의 기하학적인 변형은 어파인 변환(Affine Transform)을 사용한다. 본 발명에서는 이를 역으로 이용하여 기하학적인 변형이 발생된 디지털 영상에서 디지털 영상 복원 계수를 구하여 원 형상의 형태로 복원한다. 이를 어파인 역변환 계수라고도 한다. In general, geometric transformation of an image uses an affine transform. In the present invention, this is used inversely to obtain a digital image reconstruction coefficient from a digital image in which geometric deformation has been generated and restore the circular image. This is also called the affine inverse transform coefficient.
상기 계산된 디지털 영상 복원 계수를 이용하여 디지털 영상의 기하학적인 변형을 수정하여 디지털 영상을 복원한다(S250).The digital image is reconstructed by correcting the geometric deformation of the digital image using the calculated digital image reconstruction coefficient (S250).
상기 복원된 디지털 영상에 대하여 재귀적으로, YUV 공간으로 투영하고, 워터마크 검출강도를 추정하고, 전처리 단계를 수행하여, 복원된 디지털 영상의 워터마크 신호를 검출한다. Recursively project the reconstructed digital image into the YUV space, estimate the watermark detection intensity, and perform a preprocessing step to detect the watermark signal of the reconstructed digital image.
상기 복원된 디지털 영상으로부터 검출한 워터마크 신호를 유닛 블록 단위로 중첩한다(S260). 상기 중첩은 워터마크의 복원을 극대화하기 위해, 각 유닛 블록의 모멘트를 측정하여 2차 모멘트가 최소치 이하일 경우 또는 이상인 경우에는 중첩에서 제외한다. The watermark signal detected from the restored digital image is superimposed on a unit block basis (S260). In order to maximize the restoration of the watermark, the overlapping is excluded from the overlapping when the moment of the second block is less than or equal to the minimum value by measuring the moment of each unit block.
그리고, 상기 워터마크를 삽입할 때 이용한 사용자 키와 동일한 사용자 키를 이용하여 1차원의 동기화 신호를 생성한다(S270). A one-dimensional synchronization signal is generated using the same user key as the user key used to insert the watermark (S270).
상기 1차원의 동기화 신호와 중첩된 유닛 블록을 이용하여 상기 복원된 디지털 영상에 삽입된 워터마크의 2차원 좌표를 동기화한다(S280). The two-dimensional coordinates of the watermark inserted into the reconstructed digital image are synchronized using the unit block overlapped with the one-dimensional synchronization signal (S280).
상기 동기화되어 검출되는 워터마크 신호에서 오류 정정 코드를 추출하고 메세지 디코더를 이용하여 워터마크 정보를 검출한다(S290).An error correction code is extracted from the synchronized detected watermark signal, and watermark information is detected using a message decoder (S290).
[도 2]는 [도 4]에 도시된 워터마크 삽입기를 사용하여 디지털 콘텐츠에 워터마크를 삽입한 영상(오른쪽, A)과 상기 영상 내에 삽입된 워터마크의 자기 상관도를 나타낸 영상(왼쪽)을 나타내는 도면이다. FIG. 2 is an image showing the autocorrelation between a watermark inserted into digital content (right, A) and a watermark embedded in the image using the watermark inserter shown in FIG. 4 (left). It is a figure which shows.
[도 3]은 입력장치로 입력된 디지털 영상을 [도 5]에 도시된 워터마크 검출기를 사용하는 예로, 디지털화된 영상(오른쪽, A')과 상기 디지털 영상 내에 삽입되어 있는 워터마크의 자기 상관도를 나타낸 영상(왼쪽)을 나타내는 도면이다. FIG. 3 is an example of using a watermark detector shown in FIG. 5 as a digital image input to an input device, and autocorrelation between a digitized image (right A ') and a watermark embedded in the digital image. It is a figure which shows the image (left) which shows a figure.
즉, 입력장치로 입력된 디지털 영상은 오른쪽으로 일정 각도 기울어진 상태로 입력되어, 상기 디지털 영상 내에 삽입된 워터마크의 자기 상관도도 기울어진 상태가 된다. That is, the digital image input to the input device is input at an angle tilted to the right, and the autocorrelation degree of the watermark embedded in the digital image is also tilted.
본 발명에서는 상기와 같이 기하학적으로 변형되어 입력되는 디지털 영상에 대해서도 워터마크를 검출할 수 있는 환경 변화에 강한 워터마크 검출기 및 검출 방법을 제공한다. The present invention provides a watermark detector and a detection method that are resistant to environmental changes that can detect a watermark even for a digital image geometrically modified as described above.
본 발명은 다음과 같이 응용하여 사용될 수 있다. The present invention can be applied and used as follows.
물건 또는 상품의 구체적인 정보 또는 홈페이지 주소(URL) 등과 같은 정보를 워터마크 정보로 사용하여 디지털 콘텐츠에 삽입하여 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠(A)를 생성하고, 상기 생성된 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠(A)를 실체화된 물건 또는 상품의 임의의 부분에 인쇄하여 워터마크가 삽입된 아날로그 콘텐츠(B)를 만든다. Watermark information is inserted into the digital content by using specific information of the goods or goods or information such as a homepage address (URL) as watermark information to generate a digital content A having a watermark, and the digital watermark is inserted. The content A is printed on any part of the materialized goods or merchandise to make the analog content B with the watermark embedded therein.
사용자는 상기 물건 또는 상품에 인쇄된 아날로그 콘텐츠(B)를 휴대용 이동통신 단말기에 부착된 카메라로 입력받고, 워터마크를 검출하면, 상기 워터마크된 정보가 검출되고, 사용자는 물건 또는 상품의 구체적인 정보를 바로 열람하거나, 홈페이지 등에 접속하여 이벤트 등의 응모가 가능하도록 한다. When the user receives the analog content (B) printed on the object or product with a camera attached to the portable mobile communication terminal and detects a watermark, the watermarked information is detected, and the user specific information about the object or product. You can browse directly, or access the homepage, etc. to apply for events.
또한, 거리에 게재되는 영화, 연극과 같은 문화 공연 및 이벤트의 포스터 또는 광고 전단지의 이미지를 휴대용 이동통신 단말기로 입력받아 워터마크를 검출하면, 워터마크된 정보가 검출되고, 검출된 정보를 이용하여 상기 공연의 예매 사이트 또는 홍보 사이트로 접속할 수 있도록 하는 시스템에도 응용이 가능할 것이다. In addition, when a watermark is detected by receiving an image of a poster or advertisement leaflet of a cultural performance or an event such as a movie or a theater that is displayed on a street, the watermarked information is detected, and the detected information is used. Application may also be possible in a system that allows access to the pre-ordering site or publicity site.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.In the above, specific preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention attached to the claims. will be.
도 1은 본 발명에 따른 환경 변화에 강한 워터마크 삽입 및 검출 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 1 is a view showing a schematic configuration of a watermark embedding and detection system resistant to environmental changes according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠(A)와 삽입된 워터마크의 자기상관도를 도시한 도면이다. FIG. 2 is a diagram illustrating autocorrelation of a digital content A having a watermark embedded therein and an embedded watermark according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 디지털-아날로그 및 아날로그-디지털 변환을 통해 만들어진 워터마크가 삽입된 디지털 콘텐츠(A')와 삽입된 워터마크의 자기상관도를 도시한 도면이다. FIG. 3 is a diagram illustrating autocorrelation of watermark-embedded digital content A ′ and watermark-embedded watermarks created by digital-analog and analog-digital conversion according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 환경 변화에 강한 워터마크 삽입기의 구성을 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a configuration of a watermark inserter resistant to environmental changes according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 환경 변화에 강한 워터마크 검출기의 구성을 도시한 도면이다. 5 is a diagram showing the configuration of a watermark detector resistant to environmental changes according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 환경 변화에 강한 워터마크 삽입 방법을 도시한 순서도이다. 6 is a flowchart illustrating a watermark embedding method resistant to environmental changes in accordance with the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 환경 변화에 강한 워터마크 검출 방법을 도시한 순서도이다. 7 is a flowchart illustrating a watermark detection method resistant to environmental changes according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 워터마크 삽입기 20 : 출력장치10: watermark inserter 20: output device
30 : 입력장치 40 : 워터마크 검출기30: input device 40: watermark detector
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