KR101646072B1 - 동영상 데이터 암호화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동영상 데이터 암호화 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 동영상 데이터 암호화 장치는, 디지털 영상의 공간적 중복성 또는 시간적 중복성을 제거하는 부호화 예측을 수행하여 예측 영상을 출력하는 부호화 예측부와, 디지털 영상의 현재 블록과 부호화 예측부에서 출력된 예측 블록의 차에 의해 생성된 차분 블록을 주파수 영역으로 변환하는 변환 부호화부와, 변환 부호화부에서 변환된 차분 블록의 변환 계수에 대해 양자화를 수행하는 양자화부와, 및 입력되는 신택스 요소들 중 일부 신택스 헤더 요소들을 암호화하고 이진 값을 갖는 신택스 요소들에 문맥 기반 적응적 이진 산술 부호화를 수행하여 비트스트림을 출력하는 엔트로피 부호화부를 포함함으로써, 실시간으로 동영상을 암호화함에 있어 암호화 시간을 단축시킬 수 있다.

Description

동영상 데이터 암호화 장치 및 방법{Encryption apparatus and method for moving picture data}
본 발명은 동영상 데이터 암호화 장치 및 방법에 관한 것으로, 실시간으로 동영상을 암호화함에 있어 엔트로피 부호화에서의 신택스 요소를 이용함으로써 암호화 시간을 단축시킬 수 있는 동영상 데이터 암호화 장치 및 방법에 관한 것이다.
항공기에 탑재된 동영상 처리 장치는 비행경로에서 동영상을 촬영하고 이 촬영된 정보를 압축 기술 등을 이용하여 처리한 후에 지상으로 동영상 데이터를 송신한다. 현재 항공기에 탑재된 동영상 처리 장치는 2003년 표준으로 제정된 AVC/H.264 영상 압축 기술을 적용하여 동영상을 처리하고 있다.
한편, 고고도에서 정찰용으로 사용하는 무인 항공기에는 해상도가 더 높은 HD(High Definition) 영상이 필요하다. 하지만 HD 영상을 AVC/H.264 영상 압축 기술을 이용하여 압축하면 데이터 채널의 대역폭의 한계로 그 데이터들을 실시간으로 송신하는데 제약이 발생하였다.
이에, 본 발명자들은 AVC/H.264의 압축률보다 2배 이상의 높은 압축률을 갖는 HEVC(High Efficiency Video Coding)/H.265 영상 압축 기술을 항공기의 동영상 처리 장치에 탑재하는 것을 목표로 개발하였다. 또한, 정찰용 사용되는 무인 항공기의 특성상 동영상 데이터에 암호화를 도입하고자 하였다. 하지만 엔트로피 부호화에서 출력되는 비트스트림을 암호화하면 많은 연산 능력이 요구되므로 하드웨어가 복잡해지고 연산 도중에 오류가 발생하기도 하며, 또한 경우에 따라서는 암호화 키값이 너무 많아져서 암호화 시간이 너무 많이 걸려 실시간으로 송신하기 어렵다는 문제점이 있었다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 실시간으로 동영상을 암호화함에 있어 암호화 시간을 단축시킬 수 있는 동영상 데이터 암호화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 광학 영상과 적외선 영상 모두를 최소 비용으로 구현할 뿐만 아니라 영상 신호의 특징에 따라 적절하게 처리할 수 있는 하이브리드 동영상 데이터 암호화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 동영상 데이터 암호화 장치는, 디지털 영상의 공간적 중복성 또는 시간적 중복성을 제거하는 부호화 예측을 수행하여 예측 영상을 출력하는 부호화 예측부와, 디지털 영상의 현재 블록과 상기 부호화 예측부에서 출력된 예측 블록의 차에 의해 생성된 차분 블록을 주파수 영역으로 변환하는 변환 부호화부와, 상기 변환 부호화부에서 변환된 차분 블록의 변환 계수에 대해 양자화를 수행하는 양자화부와, 및 입력되는 신택스 요소들 중 일부 신택스 헤더 요소들을 암호화하고 이진 값을 갖는 신택스 요소들에 문맥 기반 적응적 이진 산술 부호화를 수행하여 비트스트림을 출력하는 엔트로피 부호화부를 제공한다.
상기 엔트로피 부호화부에서의 암호화는 신택스 헤더 요소들 중에서 매크로블록 레이어 관련 신택스 헤더 요소들, 화면 내 예측 관련 신택스 헤더 요소들 및 화면 간 예측 관련 신택스 헤더 요소들을 암호화할 수 있다.
상기 엔트로피 부호화부에서의 암호화는 암호화하는 상기 신택스 헤더 요소들에 대응되는 신택스 영상 데이터 요소들을 포함하여 암호화할 수 있다.
상기 엔트로피 부호화부는 이진 값을 갖지 않은 신택스 요소들을 이진화된 시퀀스로 매핑한 후에 암호화를 수행하고 암호화된 이진 값을 갖는 신택스 요소들에 문맥 기반 적응적 이진 산술 부호화를 수행하여 비트스트림을 출력할 수 있다.
상기 변환 부호화부는 광학 영상의 차분 블록을 주파수 변환하기 위한 DCT 파트와 적외선 영상의 차분 블록을 주파수 변환하기 위한 DHT 파트를 포함할 수 있다.
상기 양자화부는 양자화된 광학 영상의 차분 블록을 스캐닝하기 위한 광학 영상 스캐닝 파트와 양자화된 적외선 영상의 차분 블록을 스캐닝하기 위한 적외선 영상 스캐닝 파트를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 동영상 데이터 암호화 방법은, 디지털 영상의 공간적 중복성 또는 시간적 중복성을 제거하는 부호화 예측을 수행하여 예측 영상을 출력하는 단계와, 디지털 영상의 현재 블록과 상기 예측 영상을 출력하는 단계에서 출력된 예측 블록의 차에 의해 생성된 차분 블록을 주파수 영역으로 변환하는 단계와, 상기 주파수 영역으로 변환하는 단계에서 변환된 차분 블록의 변환 계수에 대해 양자화를 수행하는 단계와, 및 입력되는 신택스 요소들 중 일부 신택스 헤더 요소들을 암호화하고 이진 값을 갖는 신택스 요소들에 문맥 기반 적응적 이진 산술 부호화를 수행하여 비트스트림을 출력하는 단계를 제공함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있다.
상술한 구성에 의해, 본 발명은 실시간으로 동영상을 암호화함에 있어 하드웨어를 복잡하게 설계하지 않고도 암호화 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 광학 영상과 적외선 영상 모두를 최소 비용으로 구현할 뿐만 아니라 영상 신호의 특징에 따라 적절하게 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동영상 데이터 암호화 장치의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 영상 압축 유닛의 구체적인 블록도를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 엔트로피 부호화부를 보다 상세하게 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 동영상 데이터 암호화 장치의 구체적인 블록도를 도시하는 도면이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 도 4에 도시된 광학 영상 스캐닝 파트(442)에서의 스캐닝 방식들을 도시하는 도면들이다.
도 6은 도 4에 도시된 적외선 영상 파트에서 사용되는 스캐닝 방식의 일예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 동영상 데이터 암호화 방법의 흐름도를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동영상 데이터 암호화 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동영상 데이터 암호화 장치의 블록도를 도시하는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 영상 압축 유닛의 구체적인 블록도를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 동영상 데이터 암호화 장치는 영상 촬영 유닛(110), 영상 압축 유닛(120) 및 영상 송신 유닛(130)을 포함한다.
영상 촬영 유닛(110)은 이미지 센서를 이용하여 영상을 촬영하고 촬영된 영상을 디지털 영상 데이터로 출력한다.
영상 압축 유닛(120)은 도 2에 도시된 바와 같이, 화면 내 예측부(210), 복수의 화면 간 예측부(220), 변환 부호화부(230), 양자화부(240), 역양자화부(250), 역변환부(260), 루프 필터부(270), 엔트로피 부호화부(280) 및 성능 측정부(290)를 포함한다.
화면 내 예측부(210)(intra Prediction part)는 하나의 화면 내에서 인접한 화소간의 상관도를 이용해 예측을 수행한다. 일반적으로 참조할 수 있는 데이터의 양이 적어 화면 간 예측보다 예측 효율이 높지 않지만, 독립적으로 부호화가 수행되고, 부호화 속도가 빠르다는 장점이 있다. HEVC/H.265의 경우에는 화면 내 부호화로 DC 및 플래나(planar) 모드와 33가지 방향성을 갖는 예측 모드를 사용할 수 있다.
화면 간 예측부(220)(inter Prediction part)는 움직임 추정(motion estimation)을 이용하여 움직임을 보상하기 위한 것으로, 먼저, 이전의 부호화 혹은 복호화된 참조 픽쳐(reference picture)들로부터 현재 부호화하려는 블록과 가장 유사한 최적의 블록 찾는다. 보다 정밀한 움직임 추정을 위해, 비디오 코덱의 종류에 따라 복원 픽쳐를 보간(interpolation)하고, 보간된 영상에 대해 부화소 단위로 움직임 추정을 수행할 수 있다. 움직임 보상(motion compensation)은 움직임 추정 과정에서 찾은 최적의 예측 블록에 대한 움직임 정보(움직임 벡터, 참조 픽쳐 인덱스 등)를 바탕으로 예측 블록을 생성한다.
한편, 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 화면 간 예측부(220)로 제1 화면 간 예측부(220)와 제2 화면 간 예측부(220)로 구성할 수 있다. 일반적으로 화면 간 예측부(220)에서의 연산이 전체 수행 시간의 60 내지 70%를 차지하고 있는바, 화면 간 예측부(220)에서의 연산 속도의 감소시키기 위해 화면 간 예측부(220)를 복수로 구비할 수 있다.
변환 부호화부(230)는 영상의 화소들을 주파수 영역으로 매핑하여 공간적 중복성을 줄이기 위해 사용한다. 이와 같이 공간 영역의 영상 신호를 주파수 영역으로 변환하는 이유는 주파수 영역에서 양자화 및 엔트로피 부호화를 수행하는 것이 공간 영역에서 수행하는 것보다 데이터 압축에 효과적이기 때문이다.
화면 내 예측부(210) 및 화면 간 예측부(220)로부터 얻어진 예측 블록으로부터 현재 블록과의 차를 구하게 되는데, 이를 차분 블록이라 한다. 차분 블록은 화면 내 예측부(210) 또는 화면 간 예측부(220)에 의해서 중복성이 많이 제거되었지만, 예측이 잘 되지 않는 일부 블록에 대해서는 여전히 부호화해야 하는 많은 정보가 존재한다. 따라서 이 차분 블록에 대해 양자화부(240)에서의 압축률을 높이기 위해 주파수 변환을 수행한다.
양자화부(240)는 입력 값의 어떠한 범위를 이산적인 값으로 매핑을 하는 과정으로 변환 부호화부(230)에서 주파수 영역으로 변경된 차분 블록의 변환 계수에 대해 양자화를 수행하며, 변환 계수를 몇 개의 대표 값으로 근사화할 수 있다. 이를 위해, 양자화부(240)는 양자화 파라미터에 따라 양자화 율을 결정하고, 차분 블록의 변환 계수를 양자화 율로 나누게 된다. 이 양자화부(240)는 엔트로피 부호화부(280)에서 높은 압축 효율을 얻을 수 있도록 정보량을 줄이기 위해 사용되는데, 동영상 압축에서 유일하게 정보 손실이 발생되기도 한다.
역양자화부(250)는 양자화된 데이터로부터 차분 블록의 변환 계수를 얻기 위한 것으로, 양자화부(240)에서 변환 계수에 대해 사용한 양자화 율을 양자화된 데이터에 곱하면 차분 블록의 변환 계수를 얻을 수 있다. 역변환부(260)는 변환 부호화부(230)에서 변환된 변환 계수를 이용하여 차분 블록을 복원한다.
루프 필터부(270)는 양자화 에러로 인한 화질 열화 문제를 해결하기 위한 것으로 디블록킹 필터와 SAO(Sample Adaptive Offset)라는 두 가지 필터로 구성될 수 있다. 디블록킹 필터는 복원된 픽쳐에서 주로 블록킹 열화를 제거하기 위하여 사용되고, SAO는 영상 부호화 과정에서 QP 값이 큰 경우에 입력 영상의 에지 영역에서 링잉 현상(ringing artifacts)이 발생할 수 있는 있는데 이 링잉을 제거하기 위해 사용된다.
엔트로피 부호화부(280)는 송신해야 하는 정보의 통계적인 특성을 이용하여 데이터의 표현량을 줄이기 위한 심볼의 발생 확률에 따라 심볼의 길이를 가변적으로 할당하여 표현하는 데이터양을 최소화한다.
영상 복호화 장치에서 비트스트림을 받아서 영상을 복원하기 위해서는 전체 영상에 대한 정보, 각 프레임에 대한 정보, 각 블록에 대한 움직임 벡터 정보, 참조 인덱스 정보, 양자화된 변환 계수 등의 정보가 모두 필요하다. 엔트로피 부호화부(280)는 이러한 모든 정보를 확률 모델을 기반으로 0과 1로 구성된 가변 길이의 비트열로 표현하여 비트스트림을 만든다. 이러한 비트스트림은 신택스 요소의 나열로 구성되어 있으며, 각각의 신택스 요소는 서로 다른 통계적인 특성을 가질 수 있다. 효과적인 엔트로피 부호화를 위해서는 각 신택스 요소마다 다른 엔트로피 부호화 방법을 사용할 수 있다. 즉, 각 신택스 요소마다 발생 확률을 고려한 맵핑 테이블을 별도로 정의하여 사용할 수 있다. 한편, 엔트로피 부호화부(280)는 이런 신택스 요소들 중 중요한 신택스 요소들만을 암호화함으로써 암호화 시간을 단축시킬 수 있다.
성능 측정부(290)는 PSNR(peak signal to noise ratio) 측정, 압축률 측정, 부호화 시간 측정으로 구성된다. 성능 측정부(290)는 원 영상 대비 열화 영상의 평균 오차를 이용하여 화질을 평가하는 PSNR를 이용하여 신호의 최대값에 대한 왜곡의 비율을 수치화할 수 있다. 또한, 성능 측정부(290)는 압축률로 원영상과 압축된 영상의 데이터 크기의 비를 계산할 수 있다.
성능 측정부(290)는 또한, 제1 화면 간 예측부(220)만을 사용하여 HEVC/H.265의 전체 부호화 시간을 측정하고, 이 전체 부호화 시간이 오버하여 실시간 압축이 불가능한 경우에는 제2 화면 간 예측부(220)도 동작시켜 병렬로 처리하게 함으로써 부호화 시간을 줄일 수 있다.
영상 송신 유닛(130)은 영상 압축 유닛(120)에서 출력된 비트스트림을 지상의 영상 수신 장치로 송신한다.
도 3은 도 2에 도시된 엔트로피 부호화부를 보다 상세하게 도시하는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 엔트로피 부호화부(280)는 문맥 기반 적응적 이진 산술 부호화(context-based adaptive binary arithmetic coding : CABAC)로 이루어지는데, 이진화 파트(310), 암호화 파트(320), 문맥 모델링 파트(330) 및 이진 산술 부호화 파트(340)를 포함한다.
이진화 파트(310)는 양자화부(240)에서 출력되는 신택스 요소가 이진값이 아닌 경우 이진화된 시퀀스로 매핑한다. 만약 이진 값을 갖는 신택스 요소가 입력 신호로 주어지면, 이진 값을 갖는 신택스 요소는 이진화 파트(310)를 거치지 않고 암호화 파트(320)에 제공된다.
암호화 파트(320)는 이진 값을 갖는 신택스 요소들 중 일부 신택스 요소들, 예를 들어 화면 내 예측 신택스 요소들 및 화면 간 예측 신택스 요소들에 대해 암호화를 수행하여 출력한다. 암호화 방식은 DES(Data Encryption Standard) 또는 AES, Advanced Encryption Standard) 등을 이용할 수 있으나, 256비트 AES를 이용하는 것이 바람직하다.
비트스트림을 이루는 신택스 구조는 다수의 신택스 요소들로 이루어지는데, 신택스 요소는 다시 신택스의 헤더 정보와 관련된 신택스 헤더 요소와 신택스 헤더 요소에 대응한 영상 데이터를 보내기 위한 신택스 영상 데이터 요소로 분류할 수 있다. 암호화 파트(320)는 또한, 신택스 헤더 요소와 신택스 영상 데이터 요소 중 신택스 헤더 요소만 암호화할 수 있다. 이 경우 암호화 시간은 1/10로 줄어들 수 있다.
암호화 파트(320)는 신택스 헤더 요소들 중에서 매크로블록 레이어 관련 신택스 헤더 요소들, 화면 내 예측 관련 신택스 헤더 요소들 및 화면 간 예측 관련 신택스 헤더 요소들에 대해서만 암호화할 수 있다. 이 경우 암호화 시간은 모든 신택스 헤더 요소들을 암호화하는 경우보다 2배 내지 5배 이상 단축될 수 있다.
암호화 파트(320)에서 암호화되는 매크로블록 레이어 관련 신택스 헤더 요소들은, 예컨대 mb_type, coded_block_pattern(luma), coded_block_pattern(chroma) 및 mb_qp_delta일 수 있으며, 화면 내 예측 관련 신택스 헤더 요소들은, 예컨대 prev_intra4x4_pred_mode_flag, rem_intra4x4_pred_mode, intra_chroma_pred_mode일 수 있으며, 화면 간 예측 관련 신택스 헤더 요소들은, 예컨대 mvd(horizontal) 및 mvd(vertical)일 수 있다.
문맥 모델링 파트(330)는 암호화된 현재 이진값에 대응하는 확률 모델을 이전에 부호화된 신택스 요소, 혹은 이진값에 따라 선택하며, 이진 산술 부호화 파트(340)는 문맥 모델링 파트(330)에서 확률 모델을 결정한 후 결정된 확률 모델과 주어진 이진 값을 이용하여 이진 산술 부호화를 수행하여 엔트로피 부호화된 비트스트림을 출력한다.
도 3에서는 암호화를 이진 값을 갖는 신택스 요소에 대하여 수행하였으나, 이진 산술 부호화 파트(340) 후단에서도 암호화를 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 동영상 데이터 암호화 장치의 구체적인 블록도를 도시하는 도면이고, 도 5a, 도 5b 및 도 5c는 도 4에 도시된 광학 영상 스캐닝 파트에서의 스캐닝 방식들을 도시하는 도면들이고, 도 6은 도 4에 도시된 적외선 영상 파트에서 사용되는 스캐닝 방식의 일예를 도시하는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 영상 촬영 유닛(110)은 광학 카메라부(410)와 적외선 카메라부(420)를 포함하며, 영상 압축 유닛(120)은 화면 내 예측부(210), 복수의 화면 간 예측부(220), 변환 부호화부(430), 양자화부(440), 역양자화부(450), 역변환부(460), 루프 필터부(270), 엔트로피 부호화부(280), 성능 측정부(290) 및 제어부(470)를 포함한다. 영상 압축 유닛(120)은 변환 부호화부(430), 양자화부(440), 역양자화부(450) 및 역변환부(460)를 제외하고는 도 2에 도시된 화면 내 예측부(210), 복수의 화면 간 예측부(220), 루프 필터부(270), 엔트로피 부호화부(280) 및 성능 측정부(290)와 동일한 구성을 가질 수 있다.
변환 부호화부(430)는 도 2의 변환 부호화부(230)에서 사용되는 DCT(Discrete Cosine Transform) 파트(432) 이외에 고주파 신호를 통과시키기 위한 DHT(Discrete High Transform) 파트(434)를 더 포함한다.
양자화부(440)는 도 2의 양자화부(240)에서 광학 영상을 스캐닝하기 위해 사용한 광학 영상 스캐닝 파트(442) 이외에 적외선 영상을 스캐닝하기 위한 적외선 영상 스캐닝 파트(444)를 포함한다.
광학 영상 스캐닝 파트(442)는 도 5a의 지그재그 스캐닝 방식, 도 5b의 수평 우선 스캐닝 방식 및 도 5c의 수직 우선 스캐닝 방식을 구비하여 광학 영상에 대해 적응적으로 스캐닝할 수 있다.
도 2에 도시된 영상 압축 유닛(120)은 주로 저주파 성분이 많이 포함된 광학 영상을 압축하기 위해 규정된 규격들로, 일반 광학 영상과는 달리 고주파 성분이 많이 포함된 적외선 영상을 압축하면 압축률이 현저히 감소된다.
적외선 스캐닝 방식은 적외선 영상의 고주파 성분, 즉 에지 성분을 살리기 위한 스캐닝 방식이다. 적외선 영상에 대해 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 스캐닝 방식들을 적용하면 압축률이 현저하게 감소된다. 본 발명에 따른 적외선 영상 스캐닝 방식의 일예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 적외선 영상 스캐닝 방식은 도 5c의 수직 우선 스캐닝 방식의 역순과 유사함으로 알 수 있다.
엔트로피 부호화부(280)는 문맥 기반 적응적 이진 산술 부호화 방식을 사용하여 양자화부(440)에서 출력된 스캐닝 영상들을 부호화하여 비트스트림을 출력한다.
제어부(470)는 예를 들어 광센서(미도시됨)로부터 입력된 광량 등을 이용하여 광학 카메라부(410)를 구동시킬지 아니면 적외선 카메라부(420)를 구동시킬지 제어할 수 있다. 제어부(470)에 의해 광학 카메라부(410) 또는 적외선 카메라부(420)의 구동과 출력이 선택되면 화면 내 예측부(210), 제1 화면 간 예측부(220), 제2 화면 간 예측부(220)에서 각각 화면 데이터의 예측들이 수행되고 변환 부호화부(430)에 제공된다.
제어부(470)는 광학 영상의 경우에는 변환 부호화부(430)의 DCT 파트(432)에 광학 예측 영상을 제공하고, 적외선 영상의 경우에는 변환 부호화부(430)의 DHT 파트(434)에 적외선 예측 영상을 제공한다. 또한, 제어부(470)는 광학 영상의 경우에는 양자화부(440)의 광학 영상 스캐닝 파트(442)를 통해 광학 양자화 영상을 스캐닝하고, 적외선 영상의 경우에는 양자화부(440)의 적외선 영상 스캐닝 파트(444)를 통해 적외선 양자화 영상을 스캐닝한다.
도 4에서는 변환 부호화부(430)의 DCT 파트(432)와 DHT 파트(434)가 별개로 도시되고, 또한 양자화부(440)의 광학 영상 스캐닝 파트(442)와 적외선 영상 스캐닝 파트(442)가 별개로 도시되어 있으나, 하나의 파트에서 파라미터만을 조정함으로써 얻어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 동영상 데이터 암호화 방법의 흐름도를 도시하는 도면이다.
영상 촬영 유닛(110)은 이미지 센서를 이용하여 영상을 촬영하고 촬영된 영상으로부터 디지털 영상 데이터를 생성하여 출력한다(S702).
화면 내 예측부(210) 또는 화면 간 예측부(220)를 사용하여 디지털 영상 데이터의 공간적 중복성 또는 시간적 중복성을 제거하는 부호화 예측을 수행한다(S704). 현재 블록과 부호화 예측에 의해 출력되는 예측 블록과의 차이를 구하여 차분 블록을 생성한다(S706).
변환 부호화는 영상의 공간적 중복성을 줄이기 위해 차분 블록의 영상 화소를 주파수 영역으로 변환한다(S708). 양자화부(240)는 차분 블록의 변환 계수에 대해 양자화를 수행한다(S710).
이진화 파트(310)는 양자화부(240)에서 출력되는 신택스 요소가 이진값이 아닌 경우 이진화된 시퀀스로 매핑한다(S712). 만역 이진 값을 갖는 신택스 요소가 입력 신호로 주어지면, 이진 값을 갖는 신택스 요소는 양자화부(240)를 거치지 않고 암호화 파트(320)에 제공된다.
암호화 파트(320)는 이진 값을 갖는 신택스 요소들 중 일부 신택스 요소들, 예를 들어 화면 내 예측 신택스 요소들 및 화면 간 예측 신택스 요소들에 대해 암호화한다(S714).
문맥 모델링 파트(330)와 이진 산술 부호화 파트(340)에서 문맥 기반 적응적 이진 산호 부호화를 수행하여 엔트로피 부호화된 비트스트림을 출력한다(S716).
본 발명은 상술한 바와 같이 HEVC/H.265 영상 압축 기술을 항공기에 탑재하기 위해 개발하는 과정에서 획득한 기술적 사상이지만, 당업자라면 HEVC/H.265 영상 압축 기술에 한정되는 것이 아님을 알 수 있을 것이다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 영상 촬영 유닛 120: 영상 압축 유닛
130: 영상 송신 유닛 210: 화면 내 예측부
220: 화면 간 예측부 230: 변환 부호화부
240: 양자화부 250: 역양자화부
260: 역변환부 270: 루프 필터부
280: 엔트로피 부호화부 290: 성능 측정부
310: 이진화 파트 320: 암호화 파트
330: 문맥 모델링 파트 340: 이진 산술 부호화 파트

Claims (8)

  1. 디지털 영상의 공간적 중복성 또는 시간적 중복성을 제거하는 부호화 예측을 수행하여 예측 블록을 출력하는 부호화 예측부와,
    디지털 영상의 현재 블록과 상기 부호화 예측부에서 출력된 예측 블록의 차에 의해 생성된 차분 블록을 주파수 영역으로 변환하는 변환 부호화부와,
    상기 변환 부호화부에서 변환된 차분 블록의 변환 계수에 대해 양자화를 수행하는 양자화부와, 및
    입력되는 신택스 요소들 중 일부 신택스 헤더 요소들을 암호화하고 이진 값을 갖는 신택스 요소들에 문맥 기반 적응적 이진 산술 부호화를 수행하여 비트스트림을 출력하는 엔트로피 부호화부를 포함하고,
    상기 변환 부호화부는 광학 영상의 차분 블록을 주파수 변환하기 위한 DCT 파트와 적외선 영상의 차분 블록을 주파수 변환하기 위한 DHT 파트를 포함하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터 암호화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔트로피 부호화부에서의 암호화는 신택스 헤더 요소들 중에서 매크로블록 레이어 관련 신택스 헤더 요소들, 화면 내 예측 관련 신택스 헤더 요소들 및 화면 간 예측 관련 신택스 헤더 요소들을 암호화하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터 암호화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엔트로피 부호화부에서의 암호화는 암호화하는 상기 신택스 헤더 요소들에 대응되는 신택스 영상 데이터 요소들을 포함하여 암호화하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 동영상 데이터 암호화 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔트로피 부호화부는 이진 값을 갖지 않은 신택스 요소들을 이진화된 시퀀스로 매핑한 후에 암호화를 수행하고 암호화된 이진 값을 갖는 신택스 요소들에 문맥 기반 적응적 이진 산술 부호화를 수행하여 비트스트림을 출력하는 특징으로 하는 동영상 데이터 암호화 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양자화부는 양자화된 광학 영상의 차분 블록을 스캐닝하기 위한 광학 영상 스캐닝 파트와 양자화된 적외선 영상의 차분 블록을 스캐닝하기 위한 적외선 영상 스캐닝 파트를 포함하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터 암호화 장치.
  7. 디지털 영상의 공간적 중복성 또는 시간적 중복성을 제거하는 부호화 예측을 수행하여 예측 블록을 출력하는 단계와,
    디지털 영상의 현재 블록과 상기 예측 블록을 출력하는 단계에서 출력된 예측 블록의 차에 의해 생성된 차분 블록을 주파수 영역으로 변환하는 단계와,
    상기 주파수 영역으로 변환하는 단계에서 변환된 차분 블록의 변환 계수에 대해 양자화를 수행하는 단계와, 및
    입력되는 신택스 요소들 중 일부 신택스 헤더 요소들을 암호화하고 이진 값을 갖는 신택스 요소들에 문맥 기반 적응적 이진 산술 부호화를 수행하여 비트스트림을 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 주파수 영역으로 변환하는 단계는, 상기 디지털 영상의 현재 블록과 상기 예측 블록을 출력하는 단계에서 출력된 예측 블록의 차에 의해 생성된 차분 블록을, 광학 영상의 경우에는 DCT 파트를 통해 주파수 영역으로 변환하고, 적외선 영상의 경우에는 DHT 파트를 통해 주파수 영역으로 변환하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터 암호화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비트스트림을 출력하는 단계에서의 암호화는 신택스 헤더 요소들 중에서 매크로블록 레이어 관련 신택스 헤더 요소들, 화면 내 예측 관련 신택스 헤더 요소들 및 화면 간 예측 관련 신택스 헤더 요소들을 암호화하는 것을 특징으로 하는 동영상 데이터 암호화 방법.
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