본 논문은 안전한 디지털 음악 유통 실현을 위한 오디오 워터마크 기술의 국제적인 평가 기준 연구와 평가 기준에 따른 오디오 워터마크 알고리즘의 평가 및 강인성 분석에 관한 내용이다. 현재 디지털 음악에 대한 저작권 보호 기술로서 많은 오디오 워터마크 알고리즘이 개발되어 제품화되어 지고 있다. 이러한 워터마크 알고리즘의 기술적 평가클 위해 여러 국가에서 각각의 평가 기준을 제시하고 있다. 기존에 나와있는 평가기준에 따라 오디오 워터마크 알고리즘을 분석하고, 이로 인한 각 알고리즘의 취약점 및 앞으로의 알고리즘 개발 방향에 대하여 알아본다.
시간 영역에서 수행하는 대역확산 워터마킹의 경우 들리지 않으면서도 강인한 워터마크를 생성하기 위해 심리음향 모델을 이용한다. 주파수 영역에서 심리음향모델에 의해 변형된 PN 시퀸스는 시간 영역으로 역변환되어 원신호에 삽입된다. 워터마크가 삽입된 오디오 신호가 WEG 오디오 부호화 과정을 통과할 경우, 다시 심리음향모델과 주파수 변환을 수행하는 중복 연산이 요구된다. 본 논문에서는 WEG오디오 부호화 과정과 오디오 워터마킹 과정을 결합시킴으로써 중복 연산을 피한 효율적인 오디오 워터마킹 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 MPEG 오디오 부호화 중에서, 특히, MP3 부호화 과정에 대해 수행하였으며, MDCT 영역에서 워터마크를 삽입한다. 삽입된 워터마크 신호는 일반적인 대역확산 워터마킹 복호화기를 이용하여 시간 영역에서 검출이 가능하며, 기존의 방법과 유사한 수준의 복호화 성능을 나타낸다.
본 논문에서는 DTV 시스템을 대상으로 PN 시퀀스를 이용한 MCLT(Modulated Complex Lapped Transform) 기반 오디오 워터마크 알고리즘에 대한 BER 및 PEAQ(Perceptual Evaluation of Audio Quality) 성능 평가를 통해 오디오 신호 압축에 대한 워터마크의 강인성 및 워터마크 삽입에 따른 오디오 품질 열화 정도를 분석하였다. 이를 위해 오디오 신호 특성을 고려한 프로그램 장르별 시험용 방송 콘텐츠를 제작하고, Lab. Test 를 위한 DTV 송수신 시스템을 구축하였다. 오디오 인코딩 비트율 변화에 따른 성능 평가 결과, 광고 콘텐츠를 제외한 평균 BER(%)에서 192kbps 비트율이 128kpbs 비트율에 비해 0.0767 더 우수한 성능을 보였다. 오디오 워터마크 삽입에 따른 객관적 음질 평가에서는 PEAQ 점수가 약 -0.2 로 원래 오디오 신호와의 품질 차이가 매우 작은 것으로 나타났으며, 또한 DTV 시스템상의 신호 압축에 의해 발생하는 오디오 신호의 품질 저하 이외에 워터마크 삽입으로 인한 추가적인 음질 저하는 거의 발생하지 않는 것으로 분석되었다.
본 논문에서는 디지털 오디오 데이터에 부가 정보를 삽입하는 기술로써 계층적 워터마크를 사용하여 시간 변형을 감지할 수 있고, 필요에 따라 검출 복잡도를 조절할 수 있는 기법을 제안한다. 1계층 워터마크는 오디오 데이터의 시간축 변형을 감지할 수 있도록 오디오 데이터의 반향을 이용하고, 2계층 워터마크는 1계층 워터마크된 오디오 데이터를 기준으로 대역 확산 기법을 이용하여 저작권 정보 등의 요구량이 많은 부가 정보를 삽입한다. 이 때, 2계층 워터마크는 프레임의 동기 확보를 위한 동기 수열, 부가 정보 삽입을 위한 데이터 수열, 두 개를 이용한다. 검출기에서는 시스템의 요구 사항에 따라 1계층, 2계층 전단계, 2계층 본 단계 등의 계층적 순서로 검출할 수 있으며, 각 계층은 데이터에 가해진 변형 정도를 추정하여 다음 계층의 검출단에 정보를 제공한다. 여러 가지 실험 결과를 통하여 제안한 방식이 다양한 신호 처리에 강인함을 보였다.
본 논문은 오디오의 masking특성을 적용한 심리음향 모델을 이용하여 오디오의 고음질을 보장하면서 잡음과 압축 등의 공격에 강한 오디오 워터마킹 방법을 제안한다. 제안하는 워터마킹 방법은 심리음향 모델에 의해 생산되는 masking thresholds와 원신호의 power spectral density의 각 주파수별 차이 에너지를 이용하여 시간도메인에서 워터마크를 삽입하는 방법으로 오디오의 품질을 유지할 수 있다. 워터마크로는 자기상관성이 강한 PN-시퀀스를 이용하여 강인한 워터마킹을 구현한다. 그리고 PN-시퀀스와 같은 이진 시퀀스 워터마크의 검출을 위한 유사도 측정식을 제안한다.
본 논문에서는 켑스트럼 영역에서의 오디오 워터마킹 방법을 제안한다. 광대역 채널에 협대역 신호를 숨기는 대역확산(spread spectrum) 통신과 유사한 방법을 이용하여 워터마크 신호를 오디오 신호의 켑스트럼 성분에 삽입한다. 의사잡음 시퀸스 (pseudo-random sequence)를 이용하여 오디오 신호에 삽입할 워터마크 신호를 발생시킨다 켑스트럼 계수들의 분포와 인간 청각 시스템(Human Auditory System, HAS)의 주파수 마스킹 특성을 고려하여 결정한 가중치를 곱해서 얻은 워터마크 신호는 사람 의 귀로 감지할 수 없을 정도의 크기를 갖는다. 본 논문의 실험 결과에서 보인 것처럼. 오디오 신호의 사용 권한이 없는 사용자들 은 삽입된 워터마크 신호를 검출하기가 통계적으로 거의 불가능하며, 다중 워터마크, MPEG 오디오 부호화. 부가잡음과 같은 다양한 공격에도 소유자에 의해서는 워터마크 신호의 검출이 가능하다.
본 논문에서는 디지털오디오 원시 데이터의 양에 따라 적당한 양의 오디오워터마크를 생성, 삽입하여 일정한 수준의 오디오데이터의 품질을 유지하도록 하는 적응적 워터마킹을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 심리음향모델인 frequency masking과 Wavelet 변환의 개념을 적용한다. 저작권자 혹은 소유자의 데이터는 PN-sequence를 이용하여 생성된다. 워터마크 생성량의 조절은 특정한 모듈이 담당하게 되는데 이 모듈은 원시 데이터의 크기에 따라 워터마크의 적당한 양을 산출하여 오디오데이터의 품질을 유지하도록 한다.
최근 들어 디지털 워터마킹(watermarking) 기법이 디지털 멀티미디어 컨텐츠 저작권 보호를 위한 새로운 해결로 제시되고 있으며, 국내외에서 이와 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 이와 같이 최근 들어 많은 관심을 끌고있는 디지털 오디오의 저작권 보호를 위한 워터마킹 삽입방법을 소개한다. 개발된 오오 워터마킹 기술은 원본 오디오에 비해 오디오의 품질이 떨어지지 않을 뿐 아니라 워터마크를 제거하고자 해지는 다양한 공격에도 워터마크가 제거되지 않는 특징을 가지고 있다.
본 논문에서는 고음질을 위한 디지털 오디오 워터마킹(watermarking) 알고리즘을 제안한다. 오늘날 디지털 저작물을 확인하는데 디지털 워터마크(digital watermark)가 쓰이고 있으며, 영상뿐만 아니라 디지털 오디오 분야도 연구가 활발하다. 특히, 디지털 오디오 분야에서의 워터마크 삽입은 워터마크의 강인성뿐만 아니라 워터마킹된 오디오 데이터 자체의 음질에 상당한 영향을 주게 된다. 오디오 워터마크는 일반적으로 FFT 변환 후 주파수 영역에 워터마크를 삽입하는데, 이때 워터마크 삽입 영향으로 오디오 데이터 음질에 영향을 미치게 된다. 따라서 오디오의 고음질을 유지하면서 강인한 워터마크를 삽입하는 연구가 큰 문제로 대두되었다. 논문에서는 심리음향 모델(Psychoacoustic model) 및 MDCT/IMDCT(Modified Discrete Cosine Transform/Inverse Modified Discrete Cosine Transform)를 사용한 고음질 오디오 워터마킹 알고리즘을 제안한다. 제안된 논문에서, 오디오 워터마킹 알고리즘을 위하여 44.1㎑, 128Kbps, 스테레오 오디오 파일을 이용하였다. 오디오 데이터가 MDCT를 통해 주파수 변환하는 과정에서 256, 1024, 2048 포인트 간격으로 워터마크를 삽입할 수 있다. 50㎳의 RMS 윈도우를 사용했을 때 원 오디오 데이터와 워터마킹 된 오디오 데이터의 전체 RMS 파워의 차이는 0.8㏈이다.
디지털 워터마킹 기법은 디지털 멀티미디어 컨텐츠의 저작권 보호를 위한 새로운 해결책으로 제시되고 있으며, 국내외에서 이와 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 최근 들어 많은 관심을 끌고있는 디지털 오디오의 저작권 보호를 위한 새로운 워터마킹 방법을 소개한다. 제안된 워터마킹 기법은 MPEG의 심리음향모델을 사용하여 지각적으로 감지되지 않을 뿐 아 니라, 워터마크 검출 시에도 전처리 과정을 거쳐 원본 오디오 신호 없이도 워터마크의 검출이 가능하다. 개발된 오디오 워터마킹기술은 원본 오디오에 비해 오디오의 품질이 떨어지지 않을 뿐 아니라, 워터마크를 제거하고자 가해지는 다양한 공격에도 워터마크가 제거되지 않는 특징을 가지고 있다. 또한, 기존의 확산대역 방식을 이용하는 워터마킹 방법이 시간축 변형 공격에 상당히 취약한 단점을 가지는 것에 비해, 제안된 방법은 변형된 형태의 원본 신호를 워터마크로 사용하여 시간축 공격에도 안정적으로 워터마크를 검출할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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