본 논문에서는 2차원 바코드를 이용한 오디오 워터마킹알고리즘을 제안하였다. 삽입되는 워터마크 정보로는 2차원 바코드인 QR 코드를 변형하여 이용하였다. 2차원 바코드가 1차원 바코드에 비하여 많은 정보를 표현할 수 있고, 코드자체가 에러 보정능력을 내재하고 있는 장점을 이용하여 워터마킹 알고리즘의 견고성을 높였다. 또한 부분적인 워터마크 정보의 손실에 대응하기 위하여 직교코드를 이용하여 삽입대역을 확산했으며, 삽입강도 0.7에서 50dB 이상의 우수한 품질을 확보할 수 있었다.
본 논문에서는 2차원 바코드를 이용한 오디오 워터마킹 알고리즘을 제안하였다. 삽입되는 워터마크 정보로는 2차원 바코드인 QR 코드를 변형하여 이용하였다. 2차원 바코드가 1차원 바코드에 비하여 많은 정보를 표현할 수 있고, 코드자체가 에러 보정능력을 내재하고 있는 장점을 이용하여 워터마킹 알고리즘의 견고성을 높였다. 또한 부분적인 워터마크 정보의 손실에 대응하기 위하여 직교코드를 이용하여 삽입대역을 확산했으며, 삽입강도 0.7에서 50dB 이상의 우수한 품질을 확보할 수 있었다.
Nowadays there are a lot of issues about copyright infringement in the Internet world because the digital content on the network can be copied and delivered easily. Indeed the copied version has same quality with the original one. So, copyright owners and content provider want a powerful solution to...
Nowadays there are a lot of issues about copyright infringement in the Internet world because the digital content on the network can be copied and delivered easily. Indeed the copied version has same quality with the original one. So, copyright owners and content provider want a powerful solution to protect their content. The popular one of the solutions was DRM (digital rights management) that is based on encryption technology and rights control. However, DRM-free service was launched after Steve Jobs who is CEO of Apple proposed a new music service paradigm without DRM, and the DRM is disappeared at the online music market. Even though the online music service decided to not equip the DRM solution, copyright owners and content providers are still searching a solution to protect their content. A solution to replace the DRM technology is digital audio watermarking technology which can embed copyright information into the music. In this paper, the author proposed a new audio watermarking algorithm with two approaches. First, the watermark information is generated by two dimensional barcode which has error correction code. So, the information can be recovered by itself if the errors fall into the range of the error tolerance. The other one is to use chirp sequence of CDMA (code division multiple access). These make the algorithm robust to the several malicious attacks. There are many 2D barcodes. Especially, QR code which is one of the matrix barcodes can express the information and the expression is freer than that of the other matrix barcodes. QR code has the square patterns with double at the three corners and these indicate the boundary of the symbol. This feature of the QR code is proper to express the watermark information. That is, because the QR code is 2D barcodes, nonlinear code and matrix code, it can be modulated to the spread spectrum and can be used for the watermarking algorithm. The proposed algorithm assigns the different spread spectrum sequences to the individual users respectively. In the case that the assigned code sequences are orthogonal, we can identify the watermark information of the individual user from an audio content. The algorithm used the Walsh code as an orthogonal code. The watermark information is rearranged to the 1D sequence from 2D barcode and modulated by the Walsh code. The modulated watermark information is embedded into the DCT (discrete cosine transform) domain of the original audio content. For the performance evaluation, I used 3 audio samples, "Amazing Grace", "Oh! Carol" and "Take me home country roads", The attacks for the robustness test were MP3 compression, echo attack, and sub woofer boost. The MP3 compression was performed by a tool of Cool Edit Pro 2.0. The specification of MP3 was CBR(Constant Bit Rate) 128kbps, 44,100Hz, and stereo. The echo attack had the echo with initial volume 70%, decay 75%, and delay 100msec. The sub woofer boost attack was a modification attack of low frequency part in the Fourier coefficients. The test results showed the proposed algorithm is robust to the attacks. In the MP3 attack, the strength of the watermark information is not affected, and then the watermark can be detected from all of the sample audios. In the sub woofer boost attack, the watermark was detected when the strength is 0.3. Also, in the case of echo attack, the watermark can be identified if the strength is greater and equal than 0.5.
Nowadays there are a lot of issues about copyright infringement in the Internet world because the digital content on the network can be copied and delivered easily. Indeed the copied version has same quality with the original one. So, copyright owners and content provider want a powerful solution to protect their content. The popular one of the solutions was DRM (digital rights management) that is based on encryption technology and rights control. However, DRM-free service was launched after Steve Jobs who is CEO of Apple proposed a new music service paradigm without DRM, and the DRM is disappeared at the online music market. Even though the online music service decided to not equip the DRM solution, copyright owners and content providers are still searching a solution to protect their content. A solution to replace the DRM technology is digital audio watermarking technology which can embed copyright information into the music. In this paper, the author proposed a new audio watermarking algorithm with two approaches. First, the watermark information is generated by two dimensional barcode which has error correction code. So, the information can be recovered by itself if the errors fall into the range of the error tolerance. The other one is to use chirp sequence of CDMA (code division multiple access). These make the algorithm robust to the several malicious attacks. There are many 2D barcodes. Especially, QR code which is one of the matrix barcodes can express the information and the expression is freer than that of the other matrix barcodes. QR code has the square patterns with double at the three corners and these indicate the boundary of the symbol. This feature of the QR code is proper to express the watermark information. That is, because the QR code is 2D barcodes, nonlinear code and matrix code, it can be modulated to the spread spectrum and can be used for the watermarking algorithm. The proposed algorithm assigns the different spread spectrum sequences to the individual users respectively. In the case that the assigned code sequences are orthogonal, we can identify the watermark information of the individual user from an audio content. The algorithm used the Walsh code as an orthogonal code. The watermark information is rearranged to the 1D sequence from 2D barcode and modulated by the Walsh code. The modulated watermark information is embedded into the DCT (discrete cosine transform) domain of the original audio content. For the performance evaluation, I used 3 audio samples, "Amazing Grace", "Oh! Carol" and "Take me home country roads", The attacks for the robustness test were MP3 compression, echo attack, and sub woofer boost. The MP3 compression was performed by a tool of Cool Edit Pro 2.0. The specification of MP3 was CBR(Constant Bit Rate) 128kbps, 44,100Hz, and stereo. The echo attack had the echo with initial volume 70%, decay 75%, and delay 100msec. The sub woofer boost attack was a modification attack of low frequency part in the Fourier coefficients. The test results showed the proposed algorithm is robust to the attacks. In the MP3 attack, the strength of the watermark information is not affected, and then the watermark can be detected from all of the sample audios. In the sub woofer boost attack, the watermark was detected when the strength is 0.3. Also, in the case of echo attack, the watermark can be identified if the strength is greater and equal than 0.5.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 2차원 바코드 중 다층형 바코드를 제외하고 데이터 매트릭스형 바코드를 집중적으로 분석하였다.
본 논문에서는 2차원 바코드인 QR 코드를 변형 하여 이용한 오디오 워터마킹 알고리즘을 제안하였다. 바코드 자체가 에러 보정능력을 내재하고 있는 장점을 이용하여 오디오 워터마킹 알고리즘의 견고성을 높였다.
본 논문에서는 두 가지 새로운 접근 방법을 동시에 적용하여 오디오 워터마킹 알고리즘을 개발하였다. 그 중 하나는 2차원 바코드를 삽입정보로 표현하여 바코드가 갖고 있는 코드자체의 에러 보정 능력을 이용하여 알고리즘의 견고성을 높였고, 다른 하나는 CDMA(Code Division Multiple Access)의 Chip Sequence 원리를 도입하여 각종 공격에 대한 대응 알고리즘을 구성하였다.
가설 설정
둘째 : 원본 데이터의 변형을 최소화한다.
조건 2 : 삽입할 정보는 표현방식에서 블록의 제한을 받지 말아야 한다.
조건 3 : 워터마크 정보는 반복적인 삽입과 악의 적인 정보의 제거 공격에 대비하여야 한다.
제안 방법
삽입 시, 특정된 주파수 대역의 계수에만 정보를 삽입했기 때문에 추출 시에도 같은 대역에서 원본과 비교하여 삽입된 정보를 추출한다. PN 코드로부터 워터마크 정보를 추출하고 왈쉬 코드에 근거하여 삽입된 2차원 바코드를 추출한다.
X를 주파수 대역(DCT)에 삽입하기 위하여 삽입강도를 조절할 수 있도록 값을 설정한다. 수식은 다음과 같다.
본 논문에서는 두 가지 새로운 접근 방법을 동시에 적용하여 오디오 워터마킹 알고리즘을 개발하였다. 그 중 하나는 2차원 바코드를 삽입정보로 표현하여 바코드가 갖고 있는 코드자체의 에러 보정 능력을 이용하여 알고리즘의 견고성을 높였고, 다른 하나는 CDMA(Code Division Multiple Access)의 Chip Sequence 원리를 도입하여 각종 공격에 대한 대응 알고리즘을 구성하였다.
바코드 자체가 에러 보정능력을 내재하고 있는 장점을 이용하여 오디오 워터마킹 알고리즘의 견고성을 높였다. 그리고 전형적으로 사용되는 워터마크 공격에 대응하기 위하여 왈쉬코드와 PN 코드를 사용하였으며 대역을 확산하여 전 주파수 구간에 워터마크 정보를 삽입하였다. 실험을 통하여 압축이나 에코, 우퍼변환에서 알고리즘의 강인성을 확인할 수 있었다.
때문에 코드 자체가 블록의 제한을 받으며 조건 2를 만족시키기 어렵 다. 따라서 본 논문에서는 불연속형 바코드를 제외 하였으며 바(Bar)로 시작하여 스페이스(Space)로 끝나는 연속형 바코드를 선택하였다.
본 논문에서 제안하는 워터마킹 알고리즘은 다양한 공격을 대비하여 확산 스펙트럼 기법을 사용 하였다. 코드 분할 다중화(CDMA)에서의 유일한 코드 시퀀스는 기지국 및 사용자 구분에 사용되지 만, 여기서는 사용자들을 구분하는데 이용된다.
본 논문에서는 알고리즘의 성능향상을 위하여 DC 값을 제외한 후, 특정 범위 내의 계수 값을 선택하였으며 선택된 수열에 정보를 삽입하였다.
삽입 시, 특정된 주파수 대역의 계수에만 정보를 삽입했기 때문에 추출 시에도 같은 대역에서 원본과 비교하여 삽입된 정보를 추출한다. PN 코드로부터 워터마크 정보를 추출하고 왈쉬 코드에 근거하여 삽입된 2차원 바코드를 추출한다.
제안 알고리즘에서는 사용할 직교코드로는 왈쉬 코드를 선택했다. 왈쉬 함수를 wal(n, t)로 표시하며 여기서 n은 왈쉬 순서, t는 시간변수를 나타낸다.
제안한 알고리즘에서는 (-0.5, -0.3) 범위와 (0.3, 0.5) 범위에서 계수를 선택하였다. 필요에 따라 (0.
대상 데이터
Carol”, 존 댄버의 “Take me home country roads” 등 3개의 오디오 샘플을 선택하여 테스트 하였다.
0에서 제공하는 툴을 사용하였다. MP3 압축 설정은 CBR(Constant Bitrate, 128kbps, 44100Hz, Stereo)로 설정하여 테스트하였다. Sub Woofer Boost 공격은 푸리에 변환을 이용한 저주파 부분의 변형공격이다.
이론/모형
알고리즘의 성능 테스트를 위하여 사용한 공격에는 MP3 압축, 에코 공격 및 Sub Woofer Boost를 사용하였다. MP3 압축은 Cool Edit Pro 2.
워터마킹 정보를 포함하게 되는 템플레이트로 서는 Pseudo-Noise code를 사용하였다. PN 시퀀스는 정보신호를 변조하여 확산시키는데 사용되며 백색잡음과 유사하고 자기상관성이 우수할 뿐만 아니라 간섭에 매우 강한 특성을 갖고 있다.
성능/효과
본 논문에서는 2차원 바코드인 QR 코드를 변형 하여 이용한 오디오 워터마킹 알고리즘을 제안하였다. 바코드 자체가 에러 보정능력을 내재하고 있는 장점을 이용하여 오디오 워터마킹 알고리즘의 견고성을 높였다. 그리고 전형적으로 사용되는 워터마크 공격에 대응하기 위하여 왈쉬코드와 PN 코드를 사용하였으며 대역을 확산하여 전 주파수 구간에 워터마크 정보를 삽입하였다.
셋째 : 삽입할 워터마크 정보의 양에 근거하여 필요한 범위를 선택할 수 있으며, 좀 더많은 정보 삽입이 필요할 경우, 선택 범위를 정할 수 있다.
그리고 전형적으로 사용되는 워터마크 공격에 대응하기 위하여 왈쉬코드와 PN 코드를 사용하였으며 대역을 확산하여 전 주파수 구간에 워터마크 정보를 삽입하였다. 실험을 통하여 압축이나 에코, 우퍼변환에서 알고리즘의 강인성을 확인할 수 있었다.
테스트 결과에서 보는 바와 같이 MP3 압축에서는 알파 값의 설정에 상관없이 모두 워터마크 삽입을 확인할 수 있었으며, Sub Woofer Boost 공격에서는 공격자체가 정보가 삽입된 저주파 대역을 변화시켰지만 알파 값이 0.3인 상황에서도 강하진 않지만 확인할 수 있었고, 에코 공격에서는 0.5, 0.7값을 취했을 때, 확인 가능했다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
디지털 워터마킹 기술은 무엇인가?
DRM을 대체할 수있는 기술로써는 디지털 워터마킹 기술과 디지털 핑거프린팅 기술을 들 수 있다. 디지털 워터마킹 기술은 저작권의 보호, 인증 및 권리를 검증할 수 있는 기술이며, 디지털 핑거프린팅 기술은 저작물의 불법유통 경로를 추적할 수 있는 기술로써 디지털 워터마킹 기술의 응용 기술이라 할 수 있다(이영석과 김종원, 2010; Chor et al., 2000; Kang, 2006).
DRM을 대체할 수 있는 기술은?
이러한 변화에 맞춰 최근에는 DRM을 대체할 수 있는 저작권보호 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. DRM을 대체할 수있는 기술로써는 디지털 워터마킹 기술과 디지털 핑거프린팅 기술을 들 수 있다. 디지털 워터마킹 기술은 저작권의 보호, 인증 및 권리를 검증할 수 있는 기술이며, 디지털 핑거프린팅 기술은 저작물의 불법유통 경로를 추적할 수 있는 기술로써 디지털 워터마킹 기술의 응용 기술이라 할 수 있다(이영석과 김종원, 2010; Chor et al.
오디오 워터마킹 알고리즘 개발을 위한 2가지 접근 방법은?
본 논문에서는 두 가지 새로운 접근 방법을 동시에 적용하여 오디오 워터마킹 알고리즘을 개발하였다. 그 중 하나는 2차원 바코드를 삽입정보로 표현하여 바코드가 갖고 있는 코드자체의 에러 보정 능력을 이용하여 알고리즘의 견고성을 높였고, 다른 하나는 CDMA(Code Division Multiple Access)의 Chip Sequence 원리를 도입하여 각종 공격에 대한 대응 알고리즘을 구성하였다.
참고문헌 (5)
이영석, 김종원, "웨이블릿 평면에서의 2D-EMD를 이용한 디지털 영상의 블라인드 워터마킹 기술에 관한 연구", 한국인터넷정보학회 논문지, 11권 2호(2010), 113-122.
Chor, B., A. Fiat, M. Naor and B. Pinkas, "Tracing traitors", IEEE Trans, Inform, Theory, Vol. 46(2000), 893-910.
Kang Hyeon RHEE, "Detection of Colluded Multimedia Fingerprint using LDPC and BIBD", Electronics Engineering korea, Vol.43-5(CI), (2006).
Ruisong Ye, Haiyong Liao, "A Simple Generation Method for Walsh Transformaton Matrix and Its Applicaton", Jourmal of Communication and Computer, USA, (2005), 21-25.
Stone, H., "Analysis of Attacks on Image Watermarks with Randomized Coefficients", NEC Technical Peport, (1996).
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