KR101045937B1 - Digital Watermarking Method and Digital Watermark Detection Method Considering Accuracy of Vector Map Data - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CRC의 원리를 이용한 변형CRC를 이용해서 워터마크를 구해서 삽입하고 검출하는 방법에 대한 것으로써, 벡터 맵 데이터의 디지털 워터마킹방법에서 워터마킹을 위한 값들을 준비하는 준비단계와 준비단계에서 준비된 무작위 테이블을 이용해서 주어진 벡터맵의 한 좌표를 변환하여 시스템이 운영되는 컴퓨터의 숫자저장방식으로 저장하는 변환단계, 변환단계에서 저장된 변환좌표에서 상기 준비단계에서 구해진 고유값을 빼고 그 결과의 절대치인 양의 값을 시스템에 기 설정된 값을 제수로 하여 모듈연산하여 그 값(G(x))을 구하는 모듈연산단계 및 변환단계에서 저장된 좌표에서 소수점에서 시작하여 최소가중치비트(LSB)방향으로 시스템에 기 설정된 만큼 자릿수를 이동한 결과를 출발점으로 하고 모듈연산단계에서 나온 결과를 이진수로 표현했을 때의 자릿수만큼의 길이를 가지는 수(P(x))를 구하는 길이조절단계, 그리고 상기 길이조절단계에서 구한 수를 이용해서 워터마크식을 구하는 변형CRC단계와 변형CRC단계에서 구해진 워터마크식을 벡터 맵의 좌표에 삽입하는 워터마크삽입단계 및 벡터맵에 워터마크를 더 삽입해야할 좌표가 남은 경우 변환단계로 이동하는 이동단계로 구성되는 벡터 맵 데이터의 디지털 워터마킹방법으로 이루어져 여러 공격에서도 삽입한 워터마크를 검출하여 데이터 소유권을 보호할 수 있다.The present invention relates to a method for obtaining, inserting, and detecting a watermark using a modified CRC using the principle of CRC, in a preparation step and a preparation step of preparing values for watermarking in a digital watermarking method of vector map data. Converting a coordinate of a given vector map using a prepared random table and storing it in a numerical storage method of a computer on which the system is operated, subtracting the eigen value obtained in the preparation step from the converted coordinates stored in the conversion step, and the absolute value of the result The system calculates the value of phosphorus by dividing the value preset in the system and obtains the value (G (x)). The system starts from the decimal point in the coordinates stored in the module operation step and the conversion step in the direction of minimum weight bit (LSB). The result of moving the number of digits to the starting point is set as the starting point, and the result of the module operation step is displayed in binary. The watermark obtained from the modified CRC step and the modified CRC step of obtaining a watermark equation using the length adjusting step of obtaining a number P (x) having the length of the number of digits as present, and the number obtained from the length adjusting step. It also consists of a digital watermarking method of vector map data consisting of a watermark insertion step of inserting an expression into the coordinates of the vector map and a moving step of moving to a conversion step if there are more coordinates to insert a watermark in the vector map. Data ownership can be protected by detecting the inserted watermark.
디지털 워터마킹, 벡터 데이터, CRC Digital watermarking, vector data, CRC
Description
본 발명은 CRC의 원리를 이용하여 워터마크를 삽입하고 검출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for embedding and detecting watermarks using the principle of CRC.
디지털 데이터의 보호를 위해 여러 가지 방법들이 있으나 그 중에서 디지털 워터마킹에 관한 관심이 최근에 많아지고 있다. 디지털 워터마킹이란 디지털 데이터에 소유권을 입증할 수 있는 부가적인 정보를 삽입하는 것을 말한다. 이러한 워터마킹 기법은 데이터가 불법 복제가 된 이후에도 소유권을 입증할 수 있기 때문에, 소유권 보호를 위한 방법으로 관심을 받고 있다(Yuanyuan Li and Luping Xu, 2003).There are various methods for the protection of digital data, but the interest in digital watermarking is increasing recently. Digital watermarking is the insertion of additional information that can prove ownership in digital data. Such watermarking techniques are gaining attention as a way to protect ownership since data can be proved even after the data is illegally copied (Yuanyuan Li and Luping Xu, 2003).
지금까지의 디지털 워터마킹은 이미지, 오디오, 비디오와 같이 멀티미디어 데이터에서 많이 적용되어 왔다. 이에 반해 벡터 데이터에 대한 워터마킹 연구는 적은 편이다. 기존의 벡터 데이터 워터마킹 연구를 살펴보면 크게 주파수 영역에서의 방법과 공간 영역에서의 방법으로 구분 지을 수 있으며, 주파수 영역에서의 방법은 주로 DFT, DWT, DCT의 변환 방법을 이용하였다.Until now, digital watermarking has been widely applied to multimedia data such as images, audio, and video. In contrast, there are few studies on watermarking vector data. The existing vector data watermarking study can be divided into the method in the frequency domain and the method in the spatial domain. The method in the frequency domain mainly uses the conversion method of DFT, DWT, and DCT.
기존 디지털 워터마킹은 두 가지 약점을 지니고 있는바, 첫 번째는 GIS에서 사용하게 될 다양한 조작에 대해 워터마크 검출이 이루어지지 않는다는 것이다. 따라서 벡터 맵 데이터로 활용을 하기에는 부족함이 있다. 두 번째는 워터마크를 삽입하게 되면, 원본 데이터와 비교할 때 왜곡 현상이 나타났다. 즉, 워터마크를 삽입하면 공간 관계가 달라지거나 객체의 모양이 틀어지는 경우가 발생하였다. 벡터 맵 데이터는 위치 정확도뿐만 아니라 공간 관계도 매우 중요한 정보이기 때문에 기존의 방법을 벡터 맵 데이터를 위한 방법으로 사용하기에는 무리가 있다.Conventional digital watermarking has two drawbacks. The first is that no watermark is detected for the various operations that will be used in the GIS. Therefore, it is not enough to be used as vector map data. Secondly, when the watermark is inserted, distortion occurs when compared with the original data. In other words, when the watermark is inserted, the spatial relationship is changed or the shape of the object is changed. Since vector map data is important information not only for position accuracy but also for spatial relations, it is difficult to use the conventional method as a method for vector map data.
본 발명은 디지털 워터마크 생성을 보다 간단하게 하면서도 그 생성위치 및 워터마크의 크기를 알기 어렵게 하여 삽입한 워터마크를 훼손하려는 공격에 강한 디지털 워터마킹방법및 검출방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a digital watermarking method and a detection method that are simpler to generate a digital watermark and more resistant to an attack that attempts to damage an inserted watermark by making it difficult to know the location and size of the watermark.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1특징에 따른 벡터 맵 데이터의 디지털 워터마킹방법은 워터마킹을 위한 값들을 준비하는 준비단계와, 준비단계에서 준비된 무작위 테이블을 이용해서 주어진 벡터맵의 한 좌표를 변환하여 시스템이 운영되는 컴퓨터의 숫자저장방식으로 저장하는 변환단계, 변환단계에서 저장된 변환좌표에서 준비단계에서 구해진 고유값을 빼고 그 결과의 절대치인 양의 값을 시스템에 기 설정된 값을 제수로 하여 모듈연산하여 그 값(G(x))을 구하는 모듈연산단계, 변환단계에서 저장된 좌표에서 소수점에서 시작하여 최소가중치비트(LSB)방향으로 시스템에 기 설정된 만큼 자릿수를 이동한 결과를 출발점으로 하고 상기 출발점에서 시작하여 상기 모듈연산단계에서 나온 결과를 이진수로 표현했을 때의 자릿수만큼의 길이를 가지는 수(P(x))를 구하는 길이조절단계, 길이조절단계에서 구한 수를 이용해서 워터마크식을 구하는 변형CRC단계, 변형CRC단계에서 구해진 워터마크식을 벡터 맵의 좌표에 삽입하는 워터마크삽입단계 및 벡터맵에 워터마크를 더 삽입해야할 좌표가 남은 경우 상기 변환단계로 이동하는 이동단계로 구성되는 벡터 맵 데이터의 디지털 워터마킹방법을 특징으로 한다.The digital watermarking method of the vector map data according to the first aspect of the present invention for solving the above problems is a preparatory step of preparing values for watermarking, and using a random table prepared in the preparatory step. Convert the coordinates and store them in the numerical storage method of the computer on which the system is operated. Subtract the eigenvalues obtained in the preparation step from the converted coordinates stored in the conversion step and subtract the absolute value that is the absolute value of the result. In the module operation step that calculates the value (G (x)) by using the module operation, the result of moving the number of digits in the direction of the minimum weight bit (LSB) from the coordinates stored in the conversion step to the minimum weight bit (LSB) direction as the starting point. Starting from the starting point, the length of the number of digits when the result of the module operation step is expressed in binary. A watermark that inserts the watermark equation obtained in the transformed CRC step and the transformed CRC step into the coordinates of the vector map by the length adjustment step of obtaining the number P (x), the watermark equation using the number obtained in the length adjustment step, and the coordinates of the vector map. The digital watermarking method of the vector map data includes an inserting step and a moving step of moving to the converting step when the coordinates to which the watermark is further inserted in the vector map remain.
또한, 모듈연산단계의 시스템 기 설정 값은 211(2048)인 것을 그 특징으로 한다.In addition, the system preset value of the module operation step is characterized in that 2 11 (2048).
또한, 길이조절단계의 시스템 기 설정 자릿수는 10인 것을 그 특징으로 한다.In addition, the system preset number of digits in the length adjustment step is characterized in that 10.
또한, 변형CRC단계의 G(x)를 제수로 하여 상기 P(x)에 대해 모듈연산하여 그 결과를 구하는 제1단계 및 G(x)에서 상기 제1단계에서 나온 결과를 빼서 워터마크식을 구하는 제2단계로 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.In addition, a watermark equation is obtained by subtracting the result obtained in the first step from the first step and the G (x) of calculating the result by modulating the P (x) using G (x) of the modified CRC step as a divisor. It is characterized by that it consists of a second step to obtain.
또한, 워터마크삽입단계에서 벡터 맵에 워터마크를 삽입하는 것은 상기 P(x)값 뒤에 상기 워터마크식을 원래의 값 위에 덮어쓰는 것을 을 그 특징으로 한다.In addition, in the watermark embedding step, embedding the watermark in the vector map is characterized by overwriting the watermark equation on the original value after the P (x) value.
한편, 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2특징에 따른 벡터 맵 데이터의 디지털 워터마킹 검출방법은 벡터 맵 데이터의 디지털 워터마킹방법시 이용된 무작위 테이블을 이용해서 주어진 벡터 맵의 좌표를 변환하여 시스템이 운영되는 컴퓨터의 숫자저장방식으로 저장하는 검출변환단계와, 검출변환단계에서 저장된 변환좌표에서 벡터 맵 데이터의 디지털 워터마킹방법시 이용된 고유값을 빼고 그 결과의 절대치인 양의 값을 시스템에 기 설정된 값을 제수로 하여 모듈연산하여 그 값(G′(x))을 구하는 검출모듈연산단계, 검출변환단계에서 저장된 좌표에서 소수점에서 시작하여 최소가중치비트(LSB)방향으로 시스템에 기 설정된 만큼 자릿수를 이동한 결과를 출발점으로 하고 상기 출발점에서 시작하여 상기 검출모듈연산단계에 서 나온 결과를 이진수로 표현했을 때의 자릿수만큼의 길이를 가지는 수(P′(x))를 구하는 검출길이조절단계, 검출길이조절단계에서 구한 수를 이용해서 워터마크식을 구하는 검출변형CRC단계 및 검출변형CRC단계에서 구해진 워터마크식을 벡터 맵의 좌표에 워터마크 자리에 위치한 워터마크와 비교하는 검출워터마크비교단계로 구성되는 벡터 맵 데이터의 디지털 워터마킹 검출방법을 그 특징으로 한다.On the other hand, the digital watermarking detection method of the vector map data according to the second aspect of the present invention for solving the above problems is to transform the coordinates of a given vector map using a random table used in the digital watermarking method of the vector map data. And the eigenvalues used in the digital watermarking method of the vector map data from the transformed coordinates stored in the numerical storage method of the computer on which the system is operated. The module is calculated by dividing the value preset in the system to obtain the value (G '(x)), and the coordinates are stored in the minimum weight bit (LSB) direction starting from the decimal point in the coordinates stored in the detection module operation step and the detection conversion step. The result of moving the number of digits as a starting point is set as a starting point, and the result from the detection module operation step starting from the starting point is Detection length CRC step and detection strain CRC to find the watermark equation using the number obtained in the detection length control step and the length of the detection length control step A digital watermarking detection method of the vector map data comprising a detection watermark comparison step of comparing the watermark equation obtained in the step with the watermark located at the watermark position in the coordinates of the vector map.
또한, 검출모듈연산단계의 시스템 기 설정 값은 211(2048)인 것을 그 특징으로 한다.In addition, the system preset value of the detection module operation step is characterized in that 2 11 (2048).
또한, 검출길이조절단계의 시스템 기 설정 자릿수는 10인 것을 그 특징으로 한다.In addition, the system preset number of digits in the detection length adjustment step is characterized in that 10.
또한, 검출변형CRC단계는 G′(x)를 제수로 하여 P′(x)에 대해 모듈연산하여 그 결과를 구하는 제1공정 및 G′(x)에서 제1공정에서 나온 결과를 빼서 워터마크식을 구하는 제2공정으로 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.The modified deformation CRC step is obtained by subtracting the results from the first process from the first process and the G '(x) by performing a module operation on P' (x) with G '(x) as a divisor. Characterized in that it comprises a second step of obtaining the equation.
또한, 검출워터마크비교단계에서 비교대상인 벡터 맵의 워터마크는 상기 P′(x)값 뒤에 상기 구해진 워터마크식의 길이 만큼인 숫자인 것을 그 특징으로 한다.The watermark of the vector map to be compared in the detection watermark comparison step may be a number equal to the length of the obtained watermark equation after the P ′ (x) value.
또한, 무작위 테이블은 0 부터 시스템에 기 설정된 임의의 정수까지 발생할 수 있는 것을 그 특징으로 한다.In addition, the random table is characterized in that it can occur from 0 to a random integer predetermined in the system.
본원 발명에 의한 디지털 워터마크의 생성 및 삽입의 경우 삽입한 후에도 벡터 맵 데이터의 변화는 거의 없으며, 삽입 이후 실제 삽입한 워터마크를 추출할 수 있도록 하여 보다 정확하게 데이터 소유권을 보호할 수 있다.In the case of the generation and insertion of the digital watermark according to the present invention, there is almost no change in the vector map data even after the insertion, and since the watermark actually inserted after the insertion can be extracted, the data ownership can be protected more accurately.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명이 이용하는 한 방법인 CRC에 대해 알아본다.First, the CRC, which is a method used by the present invention, will be described.
CRC 오류 체크 방법은 데이터의 오류 검사를 하는데 있어서 대표적인 에러 검출 방법 중의 하나이다.The CRC error check method is one of the typical error detection methods for error checking of data.
CRC는 기본적으로 데이터 통신에 있어서 전송되어온 데이터 내에 에러가 있는지 확인하는 방법 중의 하나이며, 2진 나눗셈을 기반으로 한다(김한규 외, 2004). CRC is basically a method of checking whether there is an error in data transmitted in data communication and is based on binary division (Kim Han-kyu et al., 2004).
도1은 CRC의 간단한 원리를 설명하는 도면으로 먼저 송신측에서 보내고자 하는 데이터의 끝에 n비트의 ′0 ′을 삽입한다. 다음으로 2진 나눗셈이라 불리는 과정을 이용하여 n+1 비트의 제수로 나누며, 이 나눗셈으로부터 얻어지는 나머지가 데이터의 뒤에 붙어서 실제로 전송되는 CRC가 된다.FIG. 1 is a diagram illustrating a simple principle of CRC. First, n bits of '0' are inserted at the end of data to be sent by the transmitter. Next, using a process called binary division, the division is made by dividing n + 1 bits, and the remainder obtained from this division is attached to the back of the data to be actually transmitted CRC.
이렇게 전송된 데이터는 수신측에서 송신측에서와 같은 제수로 나누어 나머지가 0인지 아닌지를 판단하여 오류 여부를 판단한다.The data transmitted in this manner is divided by the same divisor as the transmitting side at the receiving side to determine whether or not the remainder is 0 to determine whether there is an error.
본원발명에서 제안된 디지털 워터마킹 생성 및 삽입방법을 설명한다.The method of generating and inserting a digital watermark proposed in the present invention will be described.
먼저 워터마크를 삽입하기 위하여 무작위 테이블을 생성한다. 무작위 테이블은 향후에 워터마크 키로 활용될 수 있으며, 데이터마다 다른 테이블을 적용할 수도 있다. 예를 들어, 아래의 표1과 같이 소유자가 13이라는 값으로 무작위 변수 범위를 지정하면, 난수는 0부터 13까지 발생할 수 있다.First, a random table is created to insert a watermark. Random tables can be used as watermark keys in the future, and different tables can be applied to different data. For example, if the owner specifies a random variable range with a value of 13 as shown in Table 1 below, random numbers can occur from 0 to 13.
[표1] 무작위 테이블의 예[Table 1] Random Table Example
이 때, 0부터 9의 숫자는 0부터 13의 범위를 갖는 난수로 대체하게 된다. 새로운 난수로 대체할 때는 실제 좌표의 정수 부분만을 이용하여 변환한다. 즉, 실제 좌표가 236821.75라면, 117128115.75라는 값으로 바꿀 수 있다. 이렇게 바뀐 새로운 값은 워터마크 삽입을 위한 계산에서 사용되어 지는 것이며, 실제 좌표를 변경하여 저장하는 것이 아니다. 따라서 다시 원래 좌표 값으로 되돌릴 필요는 없으며, 워터마크 추출을 위해 데이터의 소유자는 13이라는 난수 발생 범위와 무작위 테이블을 가지고 있으면 된다.At this time, the numbers 0 to 9 are replaced with random numbers having a range of 0 to 13. When replacing with a new random number, only the integer part of the actual coordinate is converted. That is, if the actual coordinate is 236821.75, it can be changed to the value 117128115.75. This new value is used in the calculation for watermark embedding, and does not store the actual coordinates. Therefore, there is no need to revert back to the original coordinate value. For watermark extraction, the owner of the data only needs to have a random number generation range of 13 and a random table.
이렇게 무작위 테이블을 통해 원본 데이터의 좌표들을 모두 변환하다. 또한 사용자의 고유값을 입력받아 그 값을 이용하여 워터마크가 삽입될 위치를 결정하게 되는데, 이때의 고유값은 사용자가 임의로 정한 어떠한 정수값도 상관없으며 단지 사용자를 식별할 수 있는 고유한 값이면 된다. 예를 들면, 사용자 이름의 이니셜을 사용자의 고유값으로 사용할 수도 있다. 만약, 홍길동이라는 사용자가 있다면, 홍길동의 이니셜은 HKD가 된다. 이 이니셜 HKD를 아스키코드로 변환시키면 H: 1001000(71), K: 1001011(74), D: 1000100(67) 값으로 바뀐다. 각각의 값은 모두 더해져서 212라는 사용자의 고유값으로 바꿀 수 있다. 이 고유 값은 무작위 테이블과 함께 워터마크 삽입 과정과 검출 과정에서 반드시 필요한 값이 된다.This random table converts all the coordinates of the original data. In addition, the user's eigenvalue is input to determine the location where the watermark is to be inserted. The eigenvalue can be any integer value set by the user. do. For example, you can use the initials of the user name as the user's unique value. If there is a user named Hong-Gil-Dong, the initial of Hong-Kil-Dong is HKD. When the initial HKD is converted into an ASCII code, it is changed to H: 1001000 (71), K: 1001011 (74), and D: 1000100 (67). Each of these values adds up to a unique value of 212. This unique value, together with the random table, becomes an essential value in the process of watermark insertion and detection.
다음으로 위에서 구한 고유값과 무작위 테이블로 변환된 새로운 좌표의 정수부분의 차이를 구한 후, 이를 2048로 나눈다.Next, find the difference between the eigenvalues obtained above and the integer part of the new coordinates transformed into a random table and divide by 2048.
2048로 나누어서 남은 나머지는 CRC에서 G(x)가 되며 이를 이진수로 바꾸고, 그 이진수의 자릿수만큼 좌표의 소수점 이하에서 자리 이동을 한다. 이동을 하고 난 후에는 다시 그 자릿수만큼의 길이의 수를 십진수로 변환하여 그 수를 P(x)로 한다.The remainder after dividing by 2048 is G (x) in the CRC and converts it to a binary number, shifting the digits below the decimal point by the number of digits of the binary number. After the shift, convert the number of lengths to the decimal number again and convert the number to P (x).
위에서와 같이 구해진 P(x)와 G(x)를 가지고 아래의 수학식1과 같은 변형된CRC 방법을 실행한다.With the P (x) and G (x) obtained as above, the modified CRC method as shown in
[수학식1][Equation 1]
구하고자하는 워터마크 식 = G(x) - ( P(x) % G(x) )Watermark Formula to Find = G (x)-(P (x)% G (x))
이와 같이 CRC 방법을 변형시켜서 본 발명에 적용하는 이유는 일반적인 CRC 방법은 비트 연산을 통해 원래 데이터에 나머지 비트를 추가하는 방식이며, 나머지를 구하는 과정에서 앞에 비트가 0이 나오는 경우 처리해주는 과정이 따로 필요하다. 본 발명은 에러 검출이 목적이 아니므로 절차를 줄이기 위한 방법으로 상기 수학식1과 같이 변형을 하여 이용한다.The reason why the CRC method is modified and applied to the present invention is that the general CRC method adds the remaining bits to the original data through bit operations. need. Since the present invention is not intended to detect errors, the present invention uses a modification as shown in
워터마크 삽입 과정의 간단한 예를 들면 다음과 같다. 사용자 고유값이 212이고, 바뀐 좌표의 정수가 117128115일 경우, 두 값의 차이는 117127903이 된다.A simple example of the watermark embedding process is as follows. If the user eigenvalue is 212 and the integer of the changed coordinate is 117128115, the difference between the two values is 117127903.
이때 117127903 mod 2048 = 735가 되어 G(x)의 값이 735가 된다.At this time, 117127903 mod 2048 = 735, and the value of G (x) becomes 735.
735는 이진수로 표현하는 경우 1011011111(2)이며, 이때 자릿수는 10자리이다.735 is 1011011111 (2) when expressed in binary, with 10 digits.
이후, 컴퓨터 내부에서 일정방식으로 표현된 좌표에서 소수점을 표현하는 자리를 10자리 이동한 다음 그 뒤에 표현되어 있는 10자리의 비트인 1010111000(2)(696)을 P(x)로 한 후에, 1011011111(2)(735)을 G(x)로 하여 변형된 CRC 방법으로 연산을 하면 생성되는 워터마크는 100111(2)이 된다. 이렇게 생성된 워터마크는 P(x)뒤에 삽입하는 것으로 워터마크 삽입 과정은 끝난다.(도2)Then, after shifting the digit representing the decimal point from the coordinates expressed in a certain manner inside the computer by 10 digits, and then 1010111000 (2) (696), which is represented by 10 digits, is represented by P (x), 1011011111 (2) When (735) is calculated using the modified CRC method with G (x), the generated watermark is 100111 (2) . The generated watermark is inserted after P (x), and the watermark embedding process is finished.
워터마크 추출은 기본적으로 삽입과정과 유사하다. 본 발명에 의한 워터마크 추출은 그 전에 geometrical 변형에 대해서는 전처리 과정으로 원 상태로 돌려주는 과정이 필요하다. 벡터 데이터는 이미지 데이터보다 많은 장점을 가지고 있지만, 그 중의 하나는 geometrical 변형(회전, 원점 이동 등)이 있고 난 후에 원 상태로 돌리는 과정이 상대적으로 쉬우며, 데이터의 변화가 없다는 것이다. 이러한 장점을 이용하여 워터마크 검출에 앞서 geometrical 변형을 해준다. Watermark extraction is basically similar to the embedding process. The watermark extraction according to the present invention requires a process of returning the geometrical deformation to its original state as a preprocessing process. Vector data has many advantages over image data, but one of them is that the process of returning to the original state after a geometrical deformation (rotation, homing, etc.) is relatively easy and there is no change in the data. This advantage allows for geometrical deformation prior to watermark detection.
이와 같이 공격당한 데이터에 대해 전처리 과정을 거친 후 원본과 같은 상태로 만들어지면, 워터마크 검출 과정이 시작된다. 워터마크를 삽입할 때 생성하였던 랜덤 테이블을 이용하여 공격당한 데이터의 좌표를 변형시킨다. 그리고 워터마크를 삽입할 때와 동일한 과정인 상기 수학식1을 이용하는 방법으로 고유 값과 변형된 좌표와의 차이를 통해 G′(x)와 P′(x)를 통해 워터마크를 계산하고, 이 값이 워터마크가 삽입될 위치에 있는 값과 일치하는지를 비교한다. When the attacked data is preprocessed and made in the same state as the original, the watermark detection process starts. The random table created when the watermark is inserted is used to transform the coordinates of the attacked data. In addition, the watermark is calculated using G ′ (x) and P ′ (x) through the difference between the eigenvalue and the modified coordinates by using the
본 발명에 의한 워터마킹 및 검출방법의 효과를 살펴보기 위한 지표로 사용하기 위해서 검출율이라는 지표를 정의한다.In order to use as an indicator for examining the effects of the watermarking and detection method according to the present invention, an indicator called a detection rate is defined.
검출율(CR, Correspondence Ratio)은 아래 수학식2와 같이 검출시에 사용한 데이터의 좌표 개수를 분모로 하고, 워터마크가 검출된 좌표의 개수를 분자로 하여 계산을 할 수 있다. The detection rate (CR) can be calculated by using the number of coordinates of the data used at the time of detection as the denominator and the number of coordinates where the watermark is detected, as shown in
[수학식2]&Quot; (2) "
본 발명을 실험하기 위한 무작위 테이블의 범위를 19로 하였다. 따라서 원본 데이터의 모든 좌표의 정수 자리는 0에서 19의 범위를 갖는 새로운 값으로 대체된다. 이렇게 변경된 새로운 정수 값은 사용자가 입력한 고유값을 이용하여 나머지 연산을 하게 된다. 실험에서는 고유값을 SIK라는 값을 이용하였다. S는 82, I는 72, K는 74라는 아스키코드 값을 가지며, 228이라는 값을 고유값으로 하게 된다. 변경된 좌표에서 이 고유값을 빼고 2의 11승(2048)로 나눈 나머지가 G(x)가 된다. 이 G(x)는 좌표마다 중복되는 경우도 있을 수 있으나 기본적으로 다른 값을 가지게 된다. P(x)는 G(x)의 비트 자릿수만큼을 원 좌표의 소수점 이하에서 이동을 한 후, 뒤이어 그 자릿수만큼의 비트를 P(x)로 한다. The range of the random table for experimenting with the present invention was 19. Thus, the integer places of all coordinates in the original data are replaced with new values in the range of 0 to 19. The new integer value is changed to perform the rest operation using the eigenvalue input by the user. In the experiment, the eigenvalue was used as SIK. S has an ASCII code value of 82, I is 72, and K is 74, and 228 is the eigenvalue. This eigenvalue is subtracted from the changed coordinates and divided by the power of 2 (2048) to be G (x). This G (x) may overlap each coordinate, but basically has a different value. P (x) shifts the number of bits of G (x) below the decimal point of the circle coordinate, and then sets the number of bits of that number as P (x).
워터마크 삽입을 위해 랜덤 테이블과 P(x), G(x)를 구하게 되면 변형된 CRC 방법을 통해 워터마크 삽입이 이루어진다. 워터마크 삽입은 데이터의 모든 좌표에서 이루어진다. 모든 좌표에 워터마크를 삽입한 후에는 교차 테스트를 하여 원본 데이터와 워터마크가 삽입된 데이터의 공간 관계가 변하는지의 여부를 판단하여 워터마크를 삽입하였을 때 공간 관계의 변화를 야기시키는 좌표에는 워터마크를 삽입하지 않도록 하였다.When a random table, P (x), and G (x) are obtained for watermark insertion, watermark insertion is performed through the modified CRC method. Watermark embedding is done at all coordinates of the data. After inserting the watermark in all the coordinates, cross-test to determine whether the spatial relationship between the original data and the watermarked data is changed, and when the watermark is inserted, the watermark contains the watermark. Do not insert.
실험을 통한 결과 워터마크를 삽입한 이후에도 공간관계가 변하는 경우는 발생하지 않았다. 이는 제안하는 알고리즘이 벡터 맵 데이터의 유효성을 유지시켜준다는 것을 의미한다. 제안한 방법에서는 또한 워터마크 삽입 후에 원본 데이터와의 왜곡 정도를 알아보기 위해 RMSE와 통계치를 계산하였다. 실험을 통한 결과를 살펴 보면, 폴리곤 데이터의 RMSE 값은 0.0000으로 원본 데이터와 거의 차이가 없었다. 그리고 워터마크 삽입 이후에 좌표의 평균 이동거리와 최대 이동거리, 최소 이동거리가 모두 0.0000으로 나타났다(표2). 좌표의 변화거리는 허용오차안에 들어오기 때문에 벡터 맵 데이터의 정확도에서는 문제가 되지 않는다. As a result of the experiment, the spatial relationship did not change even after inserting the watermark. This means that the proposed algorithm maintains the validity of the vector map data. The proposed method also calculates RMSE and statistics for the distortion of the original data after watermark insertion. As a result of the experiment, the RMSE value of the polygon data was 0.0000, which was almost the same as the original data. After inserting the watermark, the average moving distance, maximum moving distance, and minimum moving distance of the coordinates were all 0.0000 (Table 2). The change distance of the coordinates falls within the tolerance, so the accuracy of the vector map data is not a problem.
[표2] 워터마크 삽입 이후의 변화량(폴리곤)[Table 2] Change after inserting watermark (polygon)
또한 잘라내기(도7)와 일반화(도8), 객체 추가(도9)의 변형을 한 후에 이를 검출할 수 있는지도 실험하였다.We also tested whether we could detect this after modifying cut (Figure 7), generalization (Figure 8), and object addition (Figure 9).
워터마크 검출을 하기 전에 vertex 공격에서는 전처리 과정이 필요 없지만, geometrical 공격에 대해서는 원본 데이터와 비교하여 원 상태로 맞춰준다. 이러한 전처리 과정이 끝나면 워터마크 검출을 시작하게 된다. The vertex attack does not require any preprocessing before watermark detection, but the geometrical attack is restored to its original state compared to the original data. After this preprocessing process, watermark detection starts.
검출 과정은 우선 데이터의 소유자가 워터마크를 삽입할 때 사용하였던 랜덤 테이블을 필요로 한다. 즉, 공격당한 데이터에서 랜덤 테이블을 통해 워터마크 삽입 과정과 마찬가지로 좌표를 특정 값으로 변화를 시킨다. 그리고 워터마크 삽입 과정에서 사용하였던 사용자의 고유값을 이용하여 각 좌표마다 삽입할 워터마크와 삽입할 위치를 계산하고, 실제로 공격당한 데이터에서 그 위치에 계산된 워터마크가 있는지를 검출한다. 아래 표3는 원본 데이터와 워터마크가 삽입된 데이터의 좌 표 및 그 일치여부등을 보여주고 있다.The detection process first requires a random table used by the owner of the data to insert the watermark. In other words, the coordinates are changed to a specific value through the random table in the attacked data as in the watermark insertion process. Then, the watermark to be inserted and the insertion position are calculated for each coordinate using the unique value of the user used in the watermark insertion process, and the detected watermark is detected at the position from the attacked data. Table 3 below shows the coordinates of the original data and the watermarked data and whether they match.
[표3] 삽입한 워터마크(데이터 일부)[Table 3] Inserted watermark (part of data)
마크Water
Mark
마크Water
Mark
마크Water
Mark
마크Water
Mark
삽입한 워터마크는 이와 같이 직접 추출하여 확인이 가능하며, 또한 CR 값을 통해 얼마나 워터마크가 검출이 되었는지도 확인할 수 있다. 워터마크가 삽입이 된 데이터는 사용자가 그대로 사용을 할 수 있으나, 사용 목적에 따라 사용자에 의해 변형이 가해질 수 있다. 따라서 실험에서는 이를 고려하여 회전, 원점 이동, 일반화, 객체 추가, 잘라내기에 대한 데이터의 조작을 거친 후에 워터마크 검출율을 계산하였으며, 각 공격에 대한 검출율은 다음 표4와 같다.The inserted watermark can be directly extracted and confirmed as described above, and can also check how much watermark has been detected through the CR value. The data in which the watermark is inserted may be used by the user as it is, but may be modified by the user according to the purpose of use. Therefore, in the experiment, the watermark detection rate was calculated after manipulating data for rotation, origin movement, generalization, object addition, and cutting, and the detection rate for each attack is shown in Table 4 below.
[표 4] 변형된 데이터의 워터마크 검출률(CR)(단위 : %)[Table 4] Watermark Detection Rate (CR) of Modified Data (Unit:%)
도1은 CRC의 생성과 그 검출을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating generation and detection of a CRC.
도2는 본발명에 의한 워터마크의 삽입위치를 도시한 도면이다.2 is a view showing the insertion position of a watermark according to the present invention.
도3은 본발명에 의한 워터마킹 방법의 순서도이다.3 is a flowchart of a watermarking method according to the present invention.
도4는 본발명에 의한 워터마킹 검출방법의 순서도이다.4 is a flowchart of a watermarking detection method according to the present invention.
도5는 폴리곤에 대해서 원본 데이터와 워터마크를 삽입한 데이터를 도시한다.Fig. 5 shows data in which original data and watermarks are inserted for polygons.
도6은 폴리곤에 대해서 워터마크 삽입 후 최대 변화거리 확대를 보인 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a maximum change distance after polygons are inserted into a polygon. FIG.
도7은 CR을 구하기 위해 잘라내기 변형을 나타내는 도면이다.Fig. 7 is a diagram showing cropping deformation to obtain a CR.
도8은 CR을 구하기 위해서 일반화 변형을 한 것을 도시한다.8 shows a generalized modification to obtain a CR.
도9는 CR을 구하기 위해서 추가 변형을 한 것을 도시한다.9 shows a further modification to obtain the CR.
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