KR20050024374A - 이미지 인증 시그너쳐들의 임베딩 - Google Patents

Abstract

방법(2), 장치, 컴퓨터 판독 가능 매체 및 디지털 이미지 또는 비디오와 같은, 음성-영상 신호(10)를 인증하는 상기 방법의 사용이 설명된다. 평면 아니면 워터마킹 가능하지 않은 콘텐트를 가진 영역들을 포함하여, 시그너쳐는 모든 이미지 영역들로부터 유도된다. 상기 음성-영상 신호의 모든 영역들로부터의 시그너쳐 비트들을 결합시키고 전체 음성-영상 신호 또는 그것의 적어도 큰 영역에 시그너쳐 비트들을 확산시킴으로써, 확산 스펙트럼 워터마킹 기술(2.40)을 바람직하게 응용시킴으로써, 평면 영역들의 인증은 입증된다.

Description

이미지 인증 시그너쳐들의 임베딩{Embedding of image authentication signatures}

본 발명은 일반적으로 신호 인증의 분야에 관한 것이고 더 상세하게는 이미지들 및 비디오의 인증을 위해 음성-영상 신호내에 시그너쳐들(signatures)을 임베딩(embedding)하는 것에 관한 것이다.

디지털 영상 및 비디오의 성공은 일상의 많은 분야들에서 이 기술의 폭 넓은 사용을 초래했다. 디지털 이미지들 또는 비디오 시퀀스들을 편집, 변경 또는 수정하기 위한 기술은 상업적으로 이용 가능하고, 흔적을 남기지 않는 이들 음성-영상 신호들의 내용들의 변경들을 허용한다. 법실행(law enforcement)에서의 증거 영상화, 의학 문서, 보험 목적들을 위한 손상 평가 등과 같은, 다양한 응용들에 대하여, 이미지 또는 비디오가 변경되지 않았고 원래 찍힌 이미지 또는 비디오와 일치함을 보증하는 것이 필요하다. 이것은 이미지 또는 비디오 인증 시스템들의 개발에 이르렀고 그것에 대한 한 예가 도 1에 도시되어 있으며, 도 1에서 시그너쳐 또는 워터마크는 디지털 신호, 즉 1.10에서 얻어지는 이미지 또는 비디오에 대해 1.20에서 생성된다. 상기 시그너쳐는 1.30에서 디지털 이미지 또는 비디오 내에 임베딩된다. 그 후에 상기 이미지 또는 비디오는 1.40에서 처리되거나 변경되고, 1.50에서 재생되거나 기록되거나 추출되며, 최종적으로 디지털 이미지나 비디오의 진정성(authentivity)이 입증된다는 것 또는 디지털 이미지나 비디오의 변경들이 밝혀진다는 것을 보증하기 위해 1.60에서 확인된다. 인증이 가능하기 위해서는, 오리지날 이미지로부터 유도되는 시그너쳐가 이용 가능해야 한다. 어떤 응용들에서 시그너쳐는 '메타-데이터'로서 다루어질 수도 있으며, 즉 이미지/비디오 채널 자체 외에 시그너쳐들의 전송 및/또는 저장을 위해 이용 가능한 개별적인 채널이 있다. 그러나, 많은 응용들에 있어서 그러한 엑스트라 채널은 존재하지 않는다. 이들 상황에서 상기 시그너쳐는 워터마크를 사용하는 이미지 자체들내로 임베딩될 수도 있다.

임베딩 가능한 신호 비트들의 양은 임베딩된 시그너쳐를 가진 음성-영상 신호가 오리지날 음성-영상 신호와 시각적으로 구별할 수 없게 되도록 결정된다. 임베딩 가능성은 흔히 인간의 시각적 모델에 의해 결정되고 지각의 임계를 가지고 바람직한 페이로드가 임베딩 가능한지, 즉 임베딩된 시그너쳐를 가진 음성-영상 신호는 오리지날 음성-영상 신호와 시각적으로 구별 가능한지, 또는 페이로드가 임베딩 불가능한지, 즉 임베딩된 시그너쳐를 가진 음성-영상 신호는 처음의 음성-영상 신호와 시각적으로 구별 가능한지 여부가 정의된다.

이러한 맥락에서 음성-영상 신호의 인증은 음성-영상 신호의 진정성을 유효화하는 것으로서, 즉 디지털 이미지나 비디오와 같은 음성-영상 신호의 지각 내용들이 처음 캡쳐된 음성-영상 신호의 지각 내용과 일치하는 것을 확인하는 것으로서 정의된다.

인증될 디지털 이미지들 또는 비디오와 같은 음성-영상 신호들은 평면적인 콘텐트(flat contents)를 가진 평활 영역들(smooth regions), 즉 에지(edge)들, 텍스처들 등과 같은 이미지 특징들이 거의 없거나 전혀 없는 영역들을 포함할 수도 있다. 평활 영역 내에서의 임의의 변화들은 상기 평활 영역 내에서의 변경 또는 왜곡으로서 인지될 수 있기 때문에 어떠한 페이로드도 그러한 평활 영역에서 임베딩 가능하지 않다. 따라서 평활 영역들내에 시그너쳐 비트들을 임베딩하는 것은 불가능하다. 그러나, 음성-영상 신호내에서, 즉 심지어 평면적인 콘텐트들의 영역들의 음성-영상 신호 내에서, 변조를 정확히 검출하고 국부화하는 것이 요구됨에 따라 평면적인 콘텐트들을 가진 평활 영역들을 포함하는 이미지들의 진정성을 확인할 필요가 존재한다.

인증을 위한 깨지기 쉬운 워터마킹 기술들은 워터마크를 상기 음성-영상 신호의 모든 영역들로 임베딩함으로써 동작한다. 워터마크의 존재가 추후 검출될 수 있는 영역들은 진정한 것으로 판단되고, 워터마크가 검출될 수 없는 영역들은 변경된 것으로서 선언된다. 이 접근내에서의 오류는 평면적인 콘텐트를 가진 영역들에 의해 초래된다. 워터마크는 눈에 보이지 않아야 하는 조건 아래에서, 상기 언급되는 것처럼, 영역들이 인증될 수 있도록 충분한 워터마크 에너지를 평면 영역들로 임베딩하는 것은 사실상 불가능하다. 이것은, 상기 이미지가, 워터마크 임베딩과 진정성 검증 사이에, 압축 또는 잡음 제거와 같은, 허용 가능한 동작들을 받을 때, 특히 그러하다.

더욱이, 위조자가 디지털 이미지와 같은 진정한 것으로 보이는 음성-시각 신호내에서 참 콘텐트를 평면적인 콘텐트로 대체하면, 이미지 영역에서의 워터마크 검출 실패가 이미지 콘텐트가 원래부터 평면적이었기 때문에 발생하는지, 또는 참 이미지 콘텐트가 평면적인 콘텐트에 의해 대체되었기 때문에 발생하는지를 구별할 수 있는 방법이 없다. 따라서, 그러한 변조(tampering)는 깨지기 쉬운 워터마킹 접근법에 의해서는 검출될 수 없다. 시그너쳐를 임베딩하는 것에 기초하는 인증 방법들은 일반적으로 다음의 단계들을 포함한다:

1. 음성-영상 신호를 어떤 크기의 블록들, 예를 들면 64x64 화소들로 분할하는 단계

2. 각 블록에 대해 몇몇 시그너쳐 비트들을 발생시키는 단계

3. 상기 시그너쳐 비트들을 그들 시그너쳐 비트들이 발생된 블록으로 임베딩하는 단계.

평면적인 이미지 영역들은 이 접근법에 깨지기 쉬운 워터마킹에서와 같은 문제들을 발생시킨다: 먼저, 성공적으로 임베딩하고 평면적인 콘텐트를 포함하는 블록들로부터 시그너쳐 비트들을 추출하는 것은 불가능하다. 둘째로, 아무런 시그너쳐 비트들이 추출될 수 없는 영역이 처음에 평면적인 콘텐트였는지, 또는 평면적인 콘텐트가 변조의 결과인지 구별하는 것은 불가능하다.

1998년 10월, 시키고, Proc. ICIP'98에서, 엠.우(M.Wu), 비.리우(B.Liu)의 "이미지 인증을 위한 워터마킹"에서의 상기 문제들을 푸는 방향에 있어서, 작은 단계가 행해졌고, 여기서 각각의 시그너쳐 비트는 '백업 임베딩'에 의해 두 공간적으로 떨어진 위치들에서의 디지털 이미지에서 임베딩된다. 상기 백업 임베딩 위치는 결정론적으로 식별되고 처음의 임베딩 위치와 고정된 공간 관계를 가진다. 따라서, 선택된 임베딩 위치들 둘 다 평면적인 콘텐트를 포함할 때, 상기 블록의 시그너쳐 비트들은 디지털 이미지의 진정성을 확인할 때 추출될 수 있다. 더욱이, 평활 영역에 대한 백업 블록을 포함하는 이미지의 영역이 변조되는 경우, 상기 평활 영역은 더이상 인증될 수 없고, 따라서 이미지들 중 하나의 변조는 완전히 다른 영역의 입증을 방해한다. 따라서 앞에 약술된 바와 같이 평면적인 콘텐트에 의해 초래되는 문제들은 상기 언급된 설명으로 풀리지 않는다.

따라서, 본 발명에 의해 풀려질 문제는 평면적인 콘텐트들을 가진 영역들을 포함하는 음성-영상 신호들의 신뢰할 수 있는 인증을 제공하는 방법으로서 정의된다.

도 1은 종래 기술의 인증 시스템을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치를 예시한 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 판독 가능한 컴퓨터를 예시한 도면.

발명의 요약

본 발명은 본 기술의 상기 식별된 결함들을 극복하고, 첨부된 독립 청구항들에 따라, 각 시그너쳐 비트가 전체 이미지로 또는 적어도 큰 영역의 이미지로 퍼지는 워터마크 임베딩을 제공함으로써 상기 문제들을 해결한다. 상기 시그너쳐는 평면을 가진 아니면 워터마킹 할 수 없는 콘텐트를 가진 영역들을 포함하여, 모든 이미지 영역들로부터 비트들을 유도하고, 따라서 모든 이미지 영역들의 인증을 가능하게 한다. 상기 워터마크의 임베딩은 페이로드 크기, 견고성, 및 가시성 사이에 최선의 균형(trade-off)을 이루도록 행해진다. 이와 같이 하여 달성되는 기술적인 효과는, 비록 오리지날 콘텐트가 평면적이거나 변조(tampering)에 의해 대체되었을 지라도, 모든 이미지 영역들의 시그너쳐 비트들이 추출될 수 있다는 것이다. 더욱이, 임베딩 방법은 시그너쳐 생성과 독립적으로 된다.

본 발명의 실시예들에 따라, 방법, 장치, 및 음성-영상 신호를 증명하는 컴퓨터-판독 가능 매체가 개시되고 그에 따라 시그너쳐는 음성-영상 신호의 적어도 제 1 영역에 대해 발생된다. 상기 시그너쳐는 상기 음성-영상 신호의 일부분 상에 상기 시그너쳐의 비트들을 확산시킴으로써 상기 음성-영상 신호에 임베딩되고, 상기 일부는 상기 제 1 영역보다 더 크다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 다음의 상세한 명세에서 설명될 것이고, 첨부 도면들을 참조할 것이다.

바람직한 실시예들의 설명

도 2에 따른 본 발명의 바람직한 실시예에서, 시그너쳐 비트들은 상기 음성-영상 신호(20)를 인증하는 방법에서 평면 영역들을 포함하는 음성-영상 신호(20)에서의 시그너쳐를 임베딩하는 방법(2)의 (2.10)에서 발생되는 이미지 블록들에 대한 (2.20)에서 유도된다. 이후 워터마킹 방식은 예를 들면, 확정 스펙트럼 워터마크를 이용함으로써 전체 이미지를 스패닝(spanning)하는 시그너쳐 비트들을 임베딩하는 워터마크를 발생시키기 위해 (2.30)으로부터 모든 블록들의 결합된 시그너쳐 비트들을 사용함으로써 (2.40)에서 이용된다. (2.30)에서 발생되는 결합된 시그너쳐는 전체 이미지가 (2.10)에서의 블록들로 분할됨에 따라 로서 모든 이미지 영역들로부터의 비트들을 포함하고 시그너쳐 비트들은 각 블록에 대해 (2.20)에서 계산된다. 확산 스펙트럼 워터마크를 이용함으로써, 시그너쳐 임베딩은 왜곡들이 최소한 인간의 눈으로 지각할 수 있고, 비교적 변하지 않는 평면 영역들을 남기는 곳인 음성-영상 신호의 영역들에서의 왜곡들로 집중된다. 이것은 영역들의 콘텐트가 평면이건 아니건 상관없이, 추출될 모든 영역들에 대한 시그너쳐 비트들을 허용한다. 확산 스펙트럼 워터마킹 기술에 대한 적합한 예는 1999년 1월, 샌호세(San Jose), 멀티미디어 콘텐트들의 SPIE 보안 및 워터마킹(SPIE Security and watermarking of multimedia contents)에서, 티.캘커(T.Kalker) 외의, "방송 감시에 대한 비디오 워터마킹 시스템(A Video Watermarking System for Broadcast Monitoring)"에 설명되어 있다. JAWS(단지 다른 워터마킹 기술(Just Another Watermarking Technique))라고 불리는, 설명된 워터마킹 기술은 이미지로 다수의 잡음 패턴들을 임베딩하고, 이 경우에 잡음 패턴들 사이의 관련 변환 시프트들로서 시그너쳐 비트들인 페이로드 데이터를 부호화한다. JAWS와 함께 특정 비트가 임베딩되는 공간 위치를 식별하는 것은 불가능하다; 효과적으로 각 비트는 이미지 상에서 확산한다. JAWS는 페이로드 비트들을 분해시키는 특별한 경우이고, 이 경우에, 처음의 시그너쳐 비트들을 평가하기 위해, 정보가 다중 영역들로부터 추출될 필요가 있도록 하는, 시그너쳐 비트들, 또는 단일 큰 영역이다. 임베딩하는 JAWS 확산 스펙트럼은 즉, 확산으로서, 각각의 및 모든 이미지 화소 위에, 각각의 및 모든 시그너쳐 비트가 분해되는 곳에서의 제한을 나타낸다.

선택적으로 확산 스펙트럼 워터마크에 의해 시그너쳐 비트들을 임베딩하기 위해, 시그너쳐 비트들은 각 시그너쳐 비트를 다른 위치들에서 여러번 임베딩함으로써 다른 실시예에서 임베딩될 수도 있고, 그에 따라 상기 위치들은 서로 또는 평면적인 콘텐트들을 포함하는 영역의 처음의 위치와 고정된 관계를 가질 필요가 없다. 상기 위치들은 음성-영상 신호의 콘텐트들에 기초하여 바람직하게 결정되고 임베딩된 시그너쳐를 가진 음성-영상 신호는 상기 처음의 음성-영상 신호로부터 가능한 덜 시각적으로 구별 가능하도록 보증하기 위하여 시그너쳐 비트들은 영역들에서 가장자리들, 텍스처들 등과 같은, 충분한 이미지 특징들과 함께 바람직하게 임베딩된다. 평면 영역들의 진정성은 JAWS와 같은 확산 스펙트럼 워터마킹 기술이 사용된다면 정확하게 추출되는 그러한 영역들을 위한 시그너쳐 비트들에 의해 입증된다. 시그너쳐 비트들은 유도된 블록으로 다시 임베딩되고, 눈에 보이지 않음이 유지되면, 평면 블록들에서 시그너쳐 비트들은 신뢰성 있게 추출될 수 있다. 이후 시그너쳐 에러들이 변조나 평면적인 처음의 콘텐트에 기인하는 지는 알려져 있지 않다. 따라서 위조자가 평면적인 콘텐트와 음성-영상 신호의 영역에서 처음의 콘텐트를 대신할 때 변조되어 검출되고 증명된다.

각 시그너쳐 비트는 가능한 많은 이미지 위에서 바람직하게 확산된다. 이것은 임베딩 시그너쳐들에 대해 매우 적합한 확산 스펙트럼 워터마킹 기술들을 사용한다. 게다가, 상기 언급된 필립스(Philips)의 JAWS 기술과 같은, 확산 스펙트럼 워터마크들은 또한 양호한 견고성(robustness)을 갖고 있다. 상기 이미지의 충분한 부분이 변조되지 않게 있는 동안, 그러한 기술은 워터마크로부터 시그너쳐 비트들의 회복을 허용한다.

도 3에 따른 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 평면 영역들을 포함하는 음성-영상 신호(302)에서 시그너쳐를 임베딩하는 장치(301)는 음성-영상 신호들을 인증하는 시스템(300)에서 제공된다. 음성-영상 신호(302)는 수단(310)에 의해 이미지 블록들로 분할된다. 시그너쳐 비트들은 수단(310)에서 생성되는 이미지 블록들을 위한 수단(320)에서 유도된다. 이후 워터마킹 방식은 수단(330)에서 계산된 모든 블록들의 결합된 시그너쳐 비트들을 임베딩함으로써 수단(340)에 의해 사용된다. 상기 워터마크, 바람직하게 확산 스펙트럼 워터마크는 상기 설명된 바와 같이 전체 이미지를 스패닝(spanning)하는 시그너쳐 비트들을 임베딩한다.

본 발명의 다른 실시예는 도 4에 도시되어 있다. 음성-영상 신호(401)에서 시그너쳐를 임베딩하는 컴퓨터 판독 가능 매체(400)는 평면 영역들을 포함한다. 음성-영상 신호(401)는 프로세서(402)에 명령들을 부여하는 프로그램 모듈(410)에 의해 이미지 블록들로 분할된다. 시그너쳐 비트들은 프로그램 모듈(410)에서 생성되는 이미지 블록들을 위한 다른 프로그램 모듈(420)에서 유도된다. 이후 워터마킹 방식은 수단 프로그램 모듈(430)에서 계산된 모든 블록들의 결합된 시그너쳐 비트들을 임베딩함으로써 프로그램 모듈(440)에 의해 사용된다.

본 발명에 따른 상기 설명된 신호 인증의 응용들 및 사용은 다양하고,

법 실행(law enforcement), 증거 영상화 또는 지문들에 대해서처럼, 보안 카메라들 또는 감시 카메라들과,

원격진료 시스템들, 의료 주사기들, 및 환자 문서와 같은 진료 정보 시스템들, 및

자동차 보험, 재산 보험 및 건강 보험과 같은 보험 문서 응용들과 같은, 예시적인 분야들을 포함한다.

본 발명은 특정 실시예들을 참조하여 위에 설명되었다. 그러나, 위의 바람직한 것보다 다른 실시예들은 첨부된 청구항들의 범위 내에서 똑같이 가능하고, 예를 들면 하드웨어 또는 소프트웨어 등에 의해 상기 방법을 수행하여, 위에 설명된 것들 보다는 다른 분야의 패턴들이다.

더욱이, "포함하는"이란 어구는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, "하나"란 어구는 복수를 배제하지 않으며 단일 프로세서 또는 다른 유닛은 청구항들에 열거된 몇몇의 유닛들 또는 회로들의 기능들을 이행할 수도 있다.

Claims (13)

1. 음성-영상 신호를 인증하는 방법에 있어서,

   상기 방법은 시그너쳐 비트들을 상기 음성-영상 신호의 일부분 상에 확산시킴으로써 상기 음성-영상 신호의 적어도 제 1 영역에 대해 생성된 시그너쳐를 임베딩하는 것을 포함하고, 상기 음성-영상 신호의 일부분은 상기 제 1 영역보다 더 큰, 음성-영상 신호 인증 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 음성-영상 신호의 일부분은 상기 제 1 영역보다 상당히 더 큰, 음성-영상 신호 인증 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 시그너쳐는 워터마크로서 임베딩되는, 음성-영상 신호 인증 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 워터마크는 확산 스펙트럼 워터마크인, 음성-영상 신호 인증 방법.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 워터마크는 상기 음성-영상 신호의 페이로드 크기와, 상기 워터마크의 견고성 및 상기 워터마크의 가시성 사이의 가장 양호한 균형(trade-off)에 따라 임베딩되는, 음성-영상 신호 인증 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   각 시그너쳐 비트는 상기 일부분 내의 다른 위치들에서 여러번 임베딩되는, 음성-영상 신호 인증 방법.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   각 시그너쳐 비트들의 확산은 상기 원래의 시그너쳐 비트들을 평가하기 위하여, 정보가 상기 일부내의 다중 영역들 또는 단일 큰 영역으로부터 추출될 필요가 있도록 상기 시그너쳐 비트들을 상기 일부내의 상기 다중 영역들 또는 상기 단일 큰 영역으로의 분해를 포함하는, 음성-영상 신호 인증 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 임베딩은 각 시그너쳐 비트를 상기 전체의 음성-영상 신호 상에 확산시키는, 음성-영상 신호 인증 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 시그너쳐는 상기 음성-영상 신호의 복수의 영역들에 대한 결합된 시그너쳐 비트들을 포함하는, 음성-영상 신호 인증 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 일부분의 위치는 상기 영역과 고정된 관계를 가지지 않는, 음성-영상 신호 인증 방법.
11. 제 1 항의 방법에 따라 음성-영상 신호에 시그너쳐를 임베딩하는 수단을 포함하는 음성-영상 신호를 인증하는 장치에 있어서,

    상기 음성-영상 신호의 적어도 제 1 영역에 대해 발생되는 시그너쳐를 발생시키는 수단, 및

    상기 음성-영상 신호에 상기 시그너쳐를 임베딩하는 수단을 포함하고, 그럼으로써 상기 시그너쳐는 상기 음성-영상 신호의 일부분 상에 확산되고, 상기 일부분은 상기 제 1 영역보다 더 큰, 음성-영상 신호 인증 장치.
12. 제 1 항에 따른 방법을 수행하는 복수의 컴퓨터-실행 가능한 명령들을 가진 컴퓨터 판독 가능 매체에 있어서,

    상기 음성-영상 신호의 적어도 제 1 영역에 대해 발생되는 시그너쳐를 발생시키는 컴퓨터를 위한 명령들을 발생시키는 제 1 프로그램 모듈, 및

    상기 음성-영상 신호에 상기 시그너쳐를 임베딩하는 컴퓨터를 위한 명령들을 발생시키는 제 2 프로그램 모듈을 포함하고, 그럼으로써 상기 시그너쳐는 상기 음성-영상 신호의 일부분 상에 확산되고, 상기 일부분은 상기 제 1 영역보다 더 큰, 컴퓨터 판독 가능 매체.
13. 감시 카메라 또는 보안 카메라 또는 디지털 이미지 카메라 또는 디지털 비디오 카메라 또는 의료 영상화 시스템에서의 제 1 항에 따른 방법의 사용.