[논문]워터마크 검출율에 기반한 적응적 워터마킹 방법

안일영

워터마크 검출율에 기반한 적응적 워터마킹 방법
Adaptive Watermarking Method using Watermark Detection Rate 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.5 no.5, 2010년, pp.465 - 470

안일영 (서정대학 인터넷정보과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 MPEG2 부호화기내에서 삽입된 워터마크(watermark)의 비트 검출율에 따라 워터마크의 삽입 세기를 적응적으로 조절하는 방법을 제안한다. MPEG2 부호화내에서 워터마크를 삽입하고, 움직임 보상을 위해 복호화한 프레임에서 추출한 워터마크의 BER(bit error rate) 값에 따라 워터마크 세기를 적응적으로 조절한다. 워터마크의 각 비트는 주파수 확산방식을 사용하여 삽입한다. 워터마크 검출은 MPEG2 복호화시에 주파수 영역에서 실시간으로 검출한다. 실험 결과, PSNR(peak signal to noise ratio)은 고정적인 워터마크 세기를 적용한 경우 31.5dB, 가변적 워터마크 세기를 적용한 경우 33.0dB이다. 평균 BER은 0.126으로 허용 한계치 0.2보다 작다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes an adaptive video watermarking algorithm according to bit detection rate of watermark in MPEG2 system. The watermark strength is adaptively applied as BER(bit error rate) of watermark extracted from decoded frame for motion compensation. Watermark insertion uses a frequency spread spectrum method. A realtime watermark extraction is done directly in the DCT domain during MPEG decoding. The experimental simulations show that PSNR(peak signal to noise ratio) results 31.5dB for a fixed watermark strength and 33.dB for an adaptive watermark strength. Also average BER is 0.126 and less than 0.2 avaliable value.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 MPEG2 부호화기[4]내에서 움직임 보상을 위해 복호화한 프레임에서 추출한 워터마크의 BER(bit error rate) 값에 따라 워터마크 세기를 적응적으로 조절하여 워터마크를 삽입하고 MPEG2 복호화기내에서 실시간으로 워터마크를 검출하는 방법을 제안한다.
본 논문에서는 MPEG2 부호화기내에서 워터마크를 삽입하고 삽입된 워터마크의 비트 검출율에 따라 워터마크의 삽입 세기를 적응적으로 조절하는 방법을 제안한다. MPEG2 부호화내에서 움직임 보상을 위해 복호화한 프레임에서 추출한 워터마크의 BER 값에 따라 워터마크 세기를 적응적으로 조절한다.

제안 방법

따라서 워터마크 세기는 모든 프레임에 대하여 워터마크 비트의 에러율(BER)에 따라 적응적으로 정한다. Ahuja의 방법은 I 프레임에는 일정한 값을 주고 P와 B 프레임에는 부호화기에서 움직임 보상을 위하여 복호화된 프레임과 원래의 프레임과의 MSE를 계산하여 가변시켰으나 본 논문에서는 부호화기 내의 움직임 보상을 위해 복호화된 프레임에서 검출한 워터마크 비트의 BER에 따라 삽입하는 워터마크 세기를 I, B, P 프레임 모두에 가변시킨다. 이 때 프레임간의 픽셀 값은 변화가 적으므로 같은 형태의 이전 프레임에서 손상된 양만큼 같은 형태의 다음 프레임에 삽입할 워터마크 세기를 조정한다.
본 논문에서는 MPEG2 부호화기내에서 워터마크를 삽입하고 삽입된 워터마크의 비트 검출율에 따라 워터마크의 삽입 세기를 적응적으로 조절하는 방법을 제안한다. MPEG2 부호화내에서 움직임 보상을 위해 복호화한 프레임에서 추출한 워터마크의 BER 값에 따라 워터마크 세기를 적응적으로 조절한다. 워터마크 검출은 MPEG2 복호화기내에서 실시간으로 검출한다.
그러나 식 (6)에서의 가정은 DCT 계수#값이 차이가 있으므로 워터마크 검출 효율을 낮추는 요인이 된다. 따라서 본 논문에서는 DCT 계수의 부호를 먼저 계산하고 이 값과 PN 시퀀스와의 상관관계를 계산한다. 즉, 식 (6)은 다음 식 (8)와 같이 변경하여 워터마크 검출시 원 영상의 영향을 줄일 수 있으므로 검출 효율을 높일 수 있다.
그러므로 저작권 정보로 사용되는 워터마크 검출이 필요한 경우 검출 효율이 낮아지는 단점이 있다. 또한 P, B 프레임에 삽입하는 워터마크 세기는 움직임 보상을 위해 복호화한 프레임과 원 영상간의 MSE(mean square error)에 따라 적응적으로 조절한다. 그러나 비트 레이트를 높여 압축하였을 경우 MSE 값이 작게 계산되므로 워터마크 세기 또한 작게된다.
P 프레임에서는 B 프레임보다는 손상이 적으며 압축을 위한 참조 프레임으로 사용되므로 B 프레임에 삽입되는 워터마크보다 적게 삽입한다. 또한 움직임 보상을 위해 복호화된 프레임에서 삽입된 워터마크를 검출함으로써, 삽입한 워터마크가 MPEG 압축과 복호화 과정에서 어느정도 손실되는지를 알 수 있다. 따라서 워터마크 세기는 모든 프레임에 대하여 워터마크 비트의 에러율(BER)에 따라 적응적으로 정한다.
본 논문에서는 해상도 352×240, 프레임 수 300 개의 Pinppong 동영상을 사용하여 MPEG2 부호화기 및 복호화기에 제안한 알고리즘을 추가하여 실험한다.
워터마크 검출은 MPEG 동영상을 복호화하는 과정에서 실시간으로 직접 검출한다. 워터마크가 삽입된 MPEG 동영상이 입력되어 각 매크로 블록 단위로 가변길이 복호화, 역양자화를 수행한다. 이 후 동영상 재생을 위해 프레임 재순서화 과정 직전에서 한 개의 프레임에 있어서 상관관계[6]를 계산하여 워터마크로 사용된 시그네쳐를 검출한다.
워터마크가 삽입된 MPEG 동영상이 입력되어 각 매크로 블록 단위로 가변길이 복호화, 역양자화를 수행한다. 이 후 동영상 재생을 위해 프레임 재순서화 과정 직전에서 한 개의 프레임에 있어서 상관관계[6]를 계산하여 워터마크로 사용된 시그네쳐를 검출한다. 워터마크 검출 과정은 그림 3에 보여지며 그 식은 다음과 같다[2].

이론/모형

I 프레임은 intra-coding방법을 사용하여 부호화한다. 프레임내의 정보만 사용하며 움직임 예측을 하지 않는다.
프레임내의 정보만 사용하며 움직임 예측을 하지 않는다. P, B 프레임은 프레임간의 차이를 부호화하는 inter-coding 방법을 사용한다. 대부분의 압축이 여기서 발생한다[5].

성능/효과

086으로 계산된다. 그러나 허용 가능한 한계 BER 값인 0.2를 초과하는 프레임 개수가 적응적으로 가변시킨 경우 47개, 고정된 값을 적용한 경우 52개이며 평균 PSNR 값은 적응적으로 가변시킨 경우 33.0dB, 고정된 값을 적용한 경우 31.5dB이므로 제안한 방법이 효율적으로 워터마크 삽입, 검출이 이루어짐을 보여준다.
086으로 계산된다. 그러나 허용 가능한 한계 BER 값인 0.2를 초과하지 않으므로 제안한 방법이 효율적으로 워터마크 삽입, 검출이 이루어짐을 보여준다. 향후 여러 가지 동영상 형식에 대한 워터마킹 방법에 대한 연구가 필요하다.
워터마크 검출은 MPEG2 복호화기내에서 실시간으로 검출한다. 실험 결과, 각 프레임에 대한 PSNR 값의 변화는 고정된 워터마크 세기를 적용한 경우가 적응적으로 워터마크 세기를 적용한 방법에 비하여 변동폭이 작아 동영상의 특성을 잘 반영하지 못하여 화질저하를 가져온다. 또한 평균 BER 값도 적응적으로 가변시킨 경우 0.

후속연구

2를 초과하지 않으므로 제안한 방법이 효율적으로 워터마크 삽입, 검출이 이루어짐을 보여준다. 향후 여러 가지 동영상 형식에 대한 워터마킹 방법에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	워터마크의 강건함을 강조하면 화질에 영향을 주는 가시성은 어떠한가?	대부분의 워터마킹 시스템에서 이미지의 고화질을 유지하면서 여러 가지 공격에서 워터마크를 검출하기 충분할 정도의 강건한 워터마크가 삽입된 이미지를 얻기를 원하지만 이 두 조건은 서로 상충된다. 즉, 워터마크의 강건함을 강조하면 화질에 영향을 주는 가시성이 저하된다[1].
	MPEG 비트 스트림에 직접 워터마크를 삽입하는 방법은 어떤 단점이 있나?	이 방법은 이미 압축된 동영상을 부분적으로나마 복호화하는 과정을 포함한다. 워터마크를 더한 후 VLC의 길이가 더하기 전 길이보다 길지 않아야 된다는 제한이 있으며 워터마크 검출시 원 영상의 영향을 받는다는 단점이 존재한다. 또한 Dugad와 Ahuja[3]는 워터마크 삽입시 임계값 이상인 DCT 계수 값에만 워터마킹하는데 워터마크 삽입시와 검출시에 정한 임계값 이상인 DCT 계수 값의 개수가 각 프레임에 따라 다르고 동영상에 따라 다르게 나타난다. 그러므로 저작권 정보로 사용되는 워터마크 검출이 필요한 경우 검출 효율이 낮아지는 단점이 있다. 또한 P, B 프레임에 삽입하는 워터마크 세기는 움직임 보상을 위해 복호화한 프레임과 원 영상간의 MSE(mean square error)에 따라 적응적으로 조절한다. 그러나 비트 레이트를 높여 압축하였을 경우 MSE 값이 작게 계산되므로 워터마크 세기 또한 작게된다. 따라서 삽입된 워터마크를 검출할 경우 워터마크 비트오류 값이 높게 나타난다.
	디지털 워터마킹은 무엇인가?	디지털 워터마킹(digital watermarking)은 이미지나 동영상 등의 멀티미디어 컨텐츠(contents)에 대한 소유권 보호를 위해 멀티미디어 컨텐츠에 정보를 삽입하는 것이다. 대부분의 워터마킹 시스템에서 이미지의 고화질을 유지하면서 여러 가지 공격에서 워터마크를 검출하기 충분할 정도의 강건한 워터마크가 삽입된 이미지를 얻기를 원하지만 이 두 조건은 서로 상충된다.

참고문헌 (7)

B. T. Hannigan, A. Reed and B. Bradley, "Digital Watermarking using Improved Human Visual System Model," Proc. of SPIE In Security and Watermarking of Multimedia Contents III, vol.4321, pp.468-474, 2001.
F. Hartung, B. Girod, "Watermarking of Uncompressed and Compressed Video," Signal Processing, vol.66, no.3, pp.283-301, 1998.

상세보기
R. Dugad, N. Ahuja, "A Scheme for Joint Watermarking and Compression of Video," Proc. of IEEE International Conference Image Processing, pp.80-83, 2000.
MPEG2 Video Codec, Ver.1.2 MPEG Software Simulation Group, http://www.mpeg.org/
J. L. Mitchell, W. B. Pennebaker, C. E. Fogg and D. LeGall, MPEG Video Compression Standard, International Thomson Publishing(ITP)
I. J. Cox, M. L. Miller and J. A. Bloom, Digital Watermarking, Morgan Kaufmann Publishers, 2001.
J. Jing and G. YongLiang, "Robust Compressed Video Watermarking," Proc of the SPIE In Security and Watermarking of Multimedia Contents II, vol.3971, pp.477-485, 2000.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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