DCT계수와 VLC를 이용한 효율적인 스크램블링 기법

Abstract

최근 아날로그 데이터가 디지털화 되면서 디지털 멀티미디어의 사용이 급증하고 있다. 그러나, 이러한 디지털 멀티미디어 콘텐트는 인터넷과 같은 누구나 접근이 용이한 채널을 통해 불법 복제 및 유통이 자유롭다는 단점을 가지고 있어 이에 대한 보안의 필요성이 매우 커지고 있다. 이를 위하여 스크램블링(Scrambling), 워터마킹(Watermarking), 스테가노그래피(Steganography) 등의 디지털 비디오 보호 기술이 활발하게 연구되고 있다. 스크램블링은 원 영상을 특정한 키를 사용하여 변형 또는 암호화 하여 전송하는 기술로 키를 사용하지 않고 복호했을 경우 영상의 내용 인지가 불가능하다. 워터마킹은 원래의 영상 데이터에 소유권이나 라이센스 등 영상에 대한 부가정보를 삽입하는 기술이며, 스테가노그래피는 통신하고자 하는 내용을 의미없는 영상에 삽입하는 기술로, 워터마킹과 스테가노그래피는 영상의 내용 인지는 가능하나 숨겨진 메시지는 인지가 불가하다. 본 논문에서는 DCT(Discrete Cosine Transform)계수를 이용한 디지털 비디오 스크램블링 방법을 연구 했다. 기존의 스크램블링 방법은 공간 영역에서의 스크램블링 방법과 주파수 영역에서의 스크램블링 방법, 그리고 전체 영상을 암호화 하는 방법이 있다. 공간 영역에서의 스크램블링 방법은 영상의 통계적인 특성을 변형시켜 전송 효율을 낮추며, 주파수 영역에서의 스크램블링 방법은 압축 효율의 저하를 일으킨다. 전체 영상을 암호화 하는 방법은 암호화 알고리즘으로 인한 계산 양의 증가 및 스크램블링 이후 데이터 양이 증가하는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 DCT 변환 후 생성되는 DC(Direct Current)계수와 VLC(Variable Length Code)를 사용하는 스크램블링 방법을 제안한다. DC 계수를 사용하는 방법은 입력되는 키에 따라 DC 계수와 XOR 연산을 수행하여 영상을 왜곡하는 방법이고, VLC를 사용하는 방법은 AC(Alternative Current) 계수에 따라 선택되는 VLC테이블을 사용한다. 부호기의 VLC 테이블에서 같은 비트 수로 표현되는 부호를 그룹으로 묶고, 동일 그룹내의 부호를 키에 따라 선택적으로 교환하는 것이다. 복호기의 VLD(Variable Length Decode) 테이블에서 교환된 부호를 사용하여 키에 따라 부호화 될 때의 런, 레벨, 길이를 되찾도록 함으로써 영상을 복원한다. 제안하는 방법은 스크램블링으로 인한 압축 효율의 저하가 거의 없으며, XOR 연산과 테이블의 부호 교환으로 구현이 가능하므로 계산양의 증가가 적다. 또한 키에 따라 교환되는 부호의 개수를 조절하여 PSNR을 조절할 수 있다. 본 논문에서는 새로운 디지털 비디오 스크램블링 방법을 제안하고, 이에 대한 실험 결과를 통해 제안된 알고리즘의 효율성을 보인다.; Lately the use of digital media has been increased rapidly while analog data are digitalized, but the digital media contents have the weak point that the illegal copy and distribution through the easy accessible channel such as internet. Therefore the 'security' necessity arises as one of the most important issues and the method of protecting contents such as scrambling, watermarking and steganography becomes a major research topic as much as data coding techniques. The digital video scrambling is the technique that encrypts or modifies the source image data by using the special key and transmits. The reorganization of the video is not possible if there is not the key. The watermarking is the technique which inserts additional information such as license or copyright into image data and the steganography is the technique which inserts contents which should be communicated into meaningless image. Image can be recognized but hidden message cannot be recognized in watermarking and steganography. In this paper, digital scrambling method which uses DCT(Discrete Cosine Transform) coefficients is proposed as simple means of the digital content protection technique. Existing scrambling methods contains method in spatial domain or frequency domain and method that encrypt whole image. Scrambling method in spatial domain changes statistical property and lowers the efficiency of transmission of video. Scrambling method in frequency domain has the shortcoming that the efficiency of compression can be lower. The method which encrypts whole image data has the problem that calculation quantity and data amount increases due to encryption algorithm. To resolve these problems, scrambling method using DC(Direct Current) that is created after DCT transform and VLC(Variable Length Code) is suggested in this paper. The method using DC coefficients is the one that performs DC and XOR operation and distorts videos according to the key. And the method using VLC uses selected VLC table according to AC coefficient. Codewords those have the same number of bits are bound to group in VLC table of encoder and codewords in the same group are exchanged selectively according to the key. Exchanged codeword is used to find original run, level, and length to recover image in VLD(Variable Length Decode). In the proposed method, the data increment by scrambling is very little and since the implementation with XOR arithmetic operation and exchanging codeword in table is possible, the increase of complexity is small.