Ciphering Scheme and Hardware Implementation for MPEG-based Image/Video Security

This thesis proposed an effective encryption method for the DCT-based image/video contents and made it possible to operate in a high speed by implementing it as an optimized hardware. By considering the increase in the amount of the calculation in the image/video compression, reconstruction and encryption, an partial encryption was performed, in which only the important information (DC and DPCM coefficients) were selected as the data to be encrypted. As the result, the encryption cost decreased when all the original image was encrypted. As the encryption algorithm one of the multi-mode AES, DES, or SEED can be used. The proposed encryption method was implemented in software to be experimented with TM-5 for about 1,000 test images. From the result, it was verified that to induce the original image from the encrypted one is not possible. At that situation, the decrease in compression ratio was only $1.6\%$. The hardware encryption system implemented in Verilog-HDL was synthesized to find the gate-level circuit in the SynopsysTM design compiler with the Hynix $0.25{\mu}m$ CMOS Phantom-cell library. Timing simulation was performed by Verilog-XL from CadenceTM, which resulted in the stable operation in the frequency above 100MHz. Accordingly, the proposed encryption method and the implemented hardware are expected to be effectively used as a good solution for the end-to-end security which is considered as one of the important problems.

DCT-기반 영상/비디오 보안을 위한 암호화 기법 및 하드웨어 구현

년 논문에서는 MPEG과 JPEG, H.26X 계열 등의 DCT-기반 영상/비디오 컨텐츠에 효과적인 암호화 방법을 제안하였고, 이를 최적화된 하드웨어로 구현하여 고속동작이 가능하도록 하였다. 영상/비디오의 압축, 복원 및 암호화로 인한 많은 연산량을 고려하여 영상의 중요한 정보(DC 및 DPCM계수)만을 암호화 대상 데이터로 선정하여 부분 암호화를 수행하였다. 그 결과 암호화에 소요되는 비용은 원 영상 전체를 암호화하는 비용이 감소하였다. 여기서 Nf는 GOP내의 프레임수이고 PI는 B와 P 프레임에 존재하는 인트라 매크로블록의 수이다. 암호화 알고리즘으로는 다중모드 AES, DES, 그리고 SEED를 선택적으로 사용할 수 있도록 하였다. 제안한 암호화 방법은 C++로 구현한 소프트웨어와 TM-5를 사용하여 약 1,000개의 영상을 대상으로 실험하였다 그 결과 부분 암호화된 영상으로부터 원 영상을 추측할 수 없어 암호화 효과가 충분함을 확인하였으며, 이 때 암호화에 의한 압축률 감소율은 $1.6\%$에 불과하였다. Verilog-HDL로 구현한 하드웨어 암호화 시스템은 하이닉스 $0.25{\mu}m$ CMOS 팬텀-셀 라이브러리를 사용하여 SynopsysTM의 디자인 컴파일러로 합성함으로써 게이트-수준 회로를 구하였다. 타이밍 시뮬레이션은 CadenceTM의 Verilog-XL을 이용해서 수행한 결과 100MHz 이상의 동자 주파수에서 안정적으로 동작함을 확인하였다. 따라서 제안된 암호화 방법 및 구현된 하드웨어는 현재 중요한 문제로 대두되고 있는 종단간(end-to-end) 보안에 대한 좋은 해결책으로 유용하게 사용될 수 있으리라 기대된다.