KR100856422B1

KR100856422B1 - 비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 선택적스크램블링 기법

Info

Publication number: KR100856422B1
Application number: KR1020070042072A
Authority: KR
Inventors: 이진흥; 신상욱
Original assignee: 이진흥; 신상욱
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-04-30

Abstract

본 발명은 비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 선택적 스크램블링 기법에 관한 것으로 멀티미디어 컨텐츠 중 비디오 컨텐츠와 같은 저가형 컨텐츠를 효율적으로 암호화하기 위하여, 압축 비디오 컨텐츠를 암호화하는 방법에 있어서 셔플링 기반 선택적 스크램블링 기법으로서, DCT와 양자화 처리가 종료된 인트라 프레임에서 블럭의 계수 중 첫번째 값인 DC를 슬라이스 단위로 셔플링하는 DC셔플링단계와; 상기 DC셔플링단계에서 DC셔플링 된 블럭들을 슬라이스 단위로 셔플링하는 블럭셔플링 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 스크램블링 기법을 특징으로 하게 되며 이에 따라 보안성과 공격에 대한 강인성은 물론 압축의 효율성 유지, 적은 계산량 그리고 포맷 호환성(format-compliant)을 유지하는 장점을 가지게 된다.

선택적 암호화,선택적 스크램블링, 비디오 컨텐츠 보호

Description

비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 선택적 스크램블링 기법{shuffling based selective scrambling for video contents protection}

도1 : 본 발명의 일실시예에 따른 비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 선택적 스크램블링 기법의 간단한 흐름도

도2 : 본 발명의 비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 선택적 스크램블링 기법을 포함하여 영상을 처리하는 방법에 대한 간략한 흐름도

도3 : 본 발명의 DC셔플링단계와 블록셔플링 단계의 수행과정을 나타낸 도

본 발명은 비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 선택적 스크램블링 기법에 관한 것으로 인트라 프레임(Intra-Frame)에서 블록의 DC들을 셔플링한 후 다시 블록을 셔플링하고 인터 프레임(Inter-Frame)은 매크로블록(MB)들을 셔플링하는 비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 선택적 스크램블링 기법에 관한 것이다.

기존에 제안된 많은 선택적 암호화 기법들은 DES나 AES와 같은 암호화 알고리즘을 사용하고 있으나 이는 아무리 선택적으로 적은 양의 영상 신호를 암호화 한 다 하더라도 암호화 알고리즘 자체의 계산량이 매우 크다는 단점을 가진다.

다른 문제를 가지는 기존의 방법으로는 컨텐츠의 각 프레임을 구성하는 헤더들을 암호화하는 방법이 있다. 하지만 이는 스크램블 된 비트스트림이 오리지널 압축 비트스트림의 신택스를 따르지 않아 복호기에서 포맷 호환성을 만족하지 못하는 단점을 가진다.

또 다른 문제의 예로는 웨이블릿 변환이나 DCT 변환을 통한 주파수 영역에서의 여러 가지 스크램블링 방법이 있다. 그중 DCT 변환의 경우 한 프레임 내의 DC 계수값들만 모아 특정한 테이블을 통해 DC 계수값들을 섞는 방법은 MPEG 코딩 스키마 단계중 DCT 후 스크램블링이 이루어져 압축 효율성을 떨어뜨리는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 계산 복잡도를 낮추어 처리비용은 최소화하며 압축 비트 스트림의 양은 증가시키지 않고 포맷 호환성을 유지할 수 있는 셔플링(shuffling)을 이용한 스크램블링 기법을 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 압축 비디오 컨텐츠를 암호화하는 방법에 있어서 셔플링 기반 선택적 스크램블링 기법으로서, DCT와 양자화 처리가 종료된 인트라 프레임에서 블럭의 계수 중 첫번째 값인 DC를 슬라이스 단위로 셔플링하는 DC셔플링단계와; 상기 DC셔플링단계에서 DC셔플링 된 블럭들을 슬라이스 단위로 셔플링 하는 블럭셔플링 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 스크램블링 기법을 기술적 요지로 한다.

바람직한 실시예에 의하면 모션벡터로 이루어진 인터 프레임에 대해 매크로블록을 모아 셔플링 하는 매크로블록셔플링단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 의하면 상기 매크로블록셔플링단계는 두개의 슬라이스 단위로 매크로블록을 모아 셔플링하게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 실시간 상호작용하는 어플리케이션을 위해 낮은 지연 동작과 저가의 디코딩 장비에 적합한 비교적 간단한 스크램블링 방법이다. 셔플링 기법을 사용할 때에는 비디오 컨텐츠 압축률의 손상을 최소화하여 비트스트림의 비트 오버헤드가 발생하지 않아야 하며, 복호기에서 실행되기 위해서는 암호화되지 않은 압축 비트스트림과 같은 포맷 호환성을 유지해야 한다.

본 발명은 데이터의 압축률에 손상을 주지 않기 위해 도1에서와 같이 DCT와 양자화 후 VLC코딩과 함께 이루어지도록 구성하고 있다. 이에 따라 비트스트림이 셔플링 되어도 비트 오버헤드는 발생하지 않는다. 또한 프레임을 구성하는 헤더는 암호화하지 않고 오직 매크로블록과 블록 단위로만 셔플링하여 포맷 호환성을 유지할 수 있다. 셔플링은 자체적으로 압축되는 인트라 프레임과 모션 벡터를 사용하는 인터 프레임으로 나눠어 셔플링 한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 스크램블링 방법의 작용과 효과에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 방법은 도1에 도시된 것과 같이 DC셔플링단계와 블록셔플링단계와 매크로블록셔플링단계를 포함하게 된다. 여기서 상기 DC셔플링단계와 블록셔플링단계는 인트라 프레임에 대해 수행하게 되며 매크로블록셔플링단계는 인터 프레임에 대해 적용하게 된다.

먼저 DC셔플링단계에 대해 설명하기로 한다. 상기 DC셔플링단계는 도2에 도시된 바와 같이 DCT와 양자화를 행한 인트라 프레임에 대해 수행하는 것으로 도3에 도시된 것과 같이 각 블럭의 첫번째 값인 DC값을 셔플링하게 된다. 이때 한번에 셔플링할 블럭들은 하나의 슬라이스 단위로 하게 된다. 상기 슬라이스는 하나 이상의 매크로블럭의 집합으로 구성되나 동일한 수평의 매크로블럭 라인으로 완결되어있는 것을 의미한다.

따라서 사용자는 상기 슬라이스 내에 속하는 매크로블럭의 갯수는 적절하게 선택하여 사용하게 되나 본 발명의 실시예에서는 원 영상에서 하나의 라인 전체를 하나의 슬라이스로 사용하게 된다. 그러므로 도3에 도시된 예는 프레임이 23*16의 블럭으로 이루어있고 매크로블럭은 휘도신호를 보유한 4개의 블럭과 색신호를 가진 2개의 블럭으로 이루어지므로 하나의 슬라이스는 23*6=138개의 블럭이 된다.

각 블럭은 8*8개의 화소로 이루어지므로 모두 64개의 값들로 이루어지며 첫번째 값은 DC라고 부르게 되며 그 후의 값들은 AC1에서 AC63이라고 불리게 된다. 상기 DC에는 블럭에 대한 정보가 포함되며 나머지 AC1에서 AC63까지에는 상기 DC와의 차이값들이 저장된다.

따라서 상기 DC가 변경되면 블럭전체가 변경되므로 셔플링에 사용된 키를 보유하지 못한 경우에는 상기 셔플링이 이루어진 영상을 전달받아도 원래의 영상을 확인할 수는 없으나 포맷 자체는 그대로 유지되므로 셔플링이 이루어져도 별도의 처리없이 화면에 표시가 가능하다.

상기 DC셔플링단계에서는 138개의 DC값들을 정해진 키값에 따라 셔플링하여 도3의 오른쪽 테이블과 같은 형태로 구성하게 된다.

다음으로 블록셔플링단계에 대해 설명하기로 한다. 상기 블록셔플링 단계는 DC셔플링단계에서 셔플링된 도3의 오른쪽 테이블을 블럭단위로 다시 셔플링하여 도3의 하측 테이블과 같은 형태로 만들게 된다. 즉 블록셔플링단계에서는 상기 테이블의 각 행 내의 값들은 그대로 유지하고 상하의 행끼리 서로 위치를 바꾸도록 하는 것이다.

상기와 같이 블록셔플링을 수행하게 되면 키를 보유하지 못한 경우 원래의 영상을 얻을 수는 없어도 DC와 AC1내지 AC63으로 이루어진 포맷자체는 그대로 유지되므로 화면에 셔플링된 영상을 표시하는데는 문제가 없다.

상기와 같이 두번의 셔플링을 수행하게 되어 원래의 테이블을 찾기 위해서는 138!회의 전탐색 공격을 수행하여야 하므로 안정성이 매우 높아진다.

상기와 같이 인트라 프레임에 대한 셔플링을 수행한 후 인터 프레임에 대한 매크로블록셔플링을 수행하게 된다. 상기 매크로블록셔플링은 매크로블록단위로 셔플링하는 것이다. 여기서 상기 두단계와 같이 슬라이스 단위로 셔플링하게 되면 매크로블록이 수직적으로 같은 위치에 존재하여 규칙적으로 섞이게 되므로 이를 방지하기 위해 두개의 슬라이스를 묶어 매크로블록들을 셔플링하도록 한다. 즉 예와 같이 매크로블럭이 23*16개이면 46개의 매크로블록을 모아 셔플링하게 된다.

상기와 같이 매크로블록 단위로 셔플링하게 되므로 헤더가 함께 셔플링 되어 완전한 포맷 호환성을 유지하고 각 매크로 블록을 구성하는 코드워드의 수도 변하지 않아 비트 오버헤드가 발생하지 않는다.

본 발명 기법은 계산량이 많은 DES나 AES와 같은 암호 알고리즘을 사용하지 않고 오직 셔플링 기법만을 사용하여 비용을 최소화할 수 있다는 효과가 있다.

이와 같은 본 발명은, 비디오 데이터와 같은 저가용 컨텐츠를 최소한의 비용을 들여 안전하고 효율적으로 보호 할 뿐 아니라 디코더 측에서의 포맷 호환성을 유지하고 암호화 후 데이터 증가를 요구하지 않으므로 멀티미디어 컨텐츠 응용분야에서 널리 사용되어 질 수 있다.

Claims

압축 비디오 컨텐츠를 암호화하는 방법에 있어서 셔플링 기반 선택적 스크램블링 기법으로서,

DCT와 양자화 처리가 종료된 인트라 프레임에서 블럭의 계수 중 첫번째 값인 DC를 슬라이스 단위로 셔플링하는 DC셔플링단계와;

상기 DC셔플링단계에서 DC셔플링 된 블럭들을 슬라이스 단위로 셔플링 하는 블럭셔플링 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 스크램블링 기법.
제1항에 있어서,

모션벡터로 이루어진 인터 프레임에 대해 매크로블록을 모아 셔플링 하는 매크로블록셔플링단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 스크램블링 기법.
제2항에 있어서,

상기 매크로블록셔플링단계는 두개의 슬라이스 단위로 매크로블록을 모아 셔플링하게 되는 것을 특징으로 하는 비디오 컨텐츠 보호를 위한 셔플링 기반 스크램블링 기법.