H.264/AVC SE에서의 다중 암호화 기술을 이용한 저작권 보호 = Multi-level Rights Management Using Multiple Encryption in Scalable Extension of H.264/AVC

국문 초록 (Abstract)

무선 통신과 모바일 컴퓨팅 그리고 네트워크의 발달은 더 넓은 비즈니스 기회와 멀티미디어 서비스에 대해 다양한 요구를 발생시키고 있다. 정보와 저작권이 있는 콘텐츠의 전송에 사용되는 통신 환경은 점점 유무선 연동, 방송망과 통신망의 융합 등 이종망간의 광대역 통합망이 이루어지고 있으며 이러한 추세는 점차 가속화 될 것이다. 이러한 디지털 융합(Digital Convergence)이 이루어지고 있는 멀티미디어 시스템 환경에서는 동영상의 부호화 방법은 압축효율을 최대화할뿐만 아니라 다양한 단말기 및 변화하는 통신환경에 대응하도록 Spatial, Temporal, SNR의 Scalability 특성을 갖는 비디오 부호화 방법이 요구된다. 이에 최근 MPEG 표준화 그룹에서는 MPEG-4 Part 10 또는 H.264/AVC의 확장성 기능을 지원하는 H.264/AVC의 SE (Scalable Extension)라는 새로운 SVC (Scalable Video Coding)의 표준이 제정될 예정이다. 이러한 SVC는 변화하는 네트워크 대역과 다양한 어플리케이션 목적에 적응 가능한 Spatial, Temporal, SNR Scalability 기술을 동시에 제공한다. 한편 많은 멀티미디어 서비스에서 보안성은 인증 받지 않은 사용자의 콘텐츠 접근과 분배를 제한하는 중요한 요소이다. 따라서 SVC에 적합한 새로운 암호화 시스템의 구현 또한 반드시 필요하다. 본 논문에서는 H.264/AVC SE에서의 Scalability 특성을 그대로 유지시켜주는 스케일러블 암호화 기술을 제안하였다. BL (Base Layer)에는 선택적 암호화 기법을 적용하고 EL (Enhancement Layer)에는 인터모드에서의 움직임 벡터 스크램블링 방법과 인트라 모드의 예측모드 스크램블링 방법을 이용한 암호화 방법을 적용하였다. 각 암호화된 계층에 따라 사용자마다 각각 다른 키로 접근이 가능하도록 하여 사용자의 권한에 따른 저 품질에서 고 품질의 콘텐츠에 접근할 수 있도록 하였다. 또한 제안된 기술은 간단한 연산방법을 사용하여 암호화 속도가 빠르고 에러에 대해 강하고 비트스트림의 오버헤드가 거의 없는 장점이 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recent advances in multimedia communication, mobile computing and data networking are providing us with growing business opportunities and demands for multimedia services. Consumer networks, increasingly used for information and commercial content delivery, are destined to be heterogeneous. In this situation, the provided quality of service is changed adaptively for the capabilities of terminal and network environments. Various types of scalability have been studied and the required scalabilities are different depending on contents of services. So recently, the SVC (scalable video coding) is currently being developed as an SE (Scalable Extension) of the H.264/AVC. The H.264/AVC SE offers temporal, spatial, and SNR scalability to varying network bandwidth and different application needs. Meanwhile, for many multimedia services, security is an important component to restrict unauthorized user's access and distribution of multimedia contents. This situation has requirement for novel cryptography system implementations that can operate at scalable video coding. In this thesis, I proposed the multiple encryption technique that can preserve scalability of H.264/AVC SE. The base layer is encrypted by selective encryption, the enhancement layer is encrypted in inter mode by using MV (Motion Vector) scrambling and in intra mode by using prediction mode scrambling. Each encrypted layer can also be accessed by a different key. This techniques are adjustable to provide different levels of security for different requirements of the multimedia applications and also fast, error-resilient, and has negligible compression overhead.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT
• 요 약
• 목 차
• 1. 서론
• 2. Digital Rights Management
• 2.1 개요
• 2.2. DRM의 핵심 기술요소
• 2.3. 비디오 콘텐츠 보호를 위한 DRM 기법
• 3. Scalable Video Coding
• 3.1. 개요
• 3.2. 스케일러블 부호화 방식의 종류
• 4. Scalable Extension of H.264/AVC
• 4.1 H.264/AVC SE의 표준화 동향 및 일정
• 4.2 H.264/AVC SE 관련 제안사항
• 4.3. H.264/AVC SE의 구조 및 특징
• 4.4. 성능 테스트를 위한 시나리오 및 결과
• 5. 제안하는 암호화 알고리즘
• 5.1. 개요
• 5.2. Base Layer 암호화 기법
• 5.3. Enhancement Layer 암호화 기법
• 6. 실험결과
• 7. 결 론
• 참 고 문 헌
• 그림 및 표 차례
• 그림 2.1 DRM 시스템의 일반 구조
• 그림 3.1. PGS 부호화과정
• 그림 3.2. 비디오 코딩 성능
• 그림 3.3. 시간적 계층화 코딩
• 그림 3.4. 공간적 계층화 코딩
• 그림 3.5. 품질 계층화 코딩
• 그림 3.6. SVC 전체 흐름도
• 그림 4.1 일반적인 SVC의 프레임워크
• 그림 4.2 H.264/AVC Baseline 과 호환 가능한 프레임워크
• 그림 4.3. MCTF 과정과 각 Layer별 부호화 과정
• 그림 4.4. 't + 2D' 프레임 워크
• 그림 4.5 ' t + 2D '를 통한 Scalability
• 그림 4.6. '2D + t' 프레임 워크
• 그림 4.7. multi - scale pyramid 구조의 스케일러블 인코더
• 표 4.1 SVC 테스트 시나리오 1
• 표 4.2 SVC 테스트 시나리오 2
• 그림 5.1 제안하는 암호화/역암호화 과정 a) 암호화 과정 b) 역암호화 과정
• 그림 5.2 분해된 GOP 구조
• 그림 5.3 Base Layer 암호화 과정
• 그림 5.4 BL 에서의 선택적 암호화에 의한 영상왜곡
• 그림 5.5 예측 모드의 참조픽셀
• 그림 5.6 인트라 4x4 예측 모드 방향
• 그림 5.7 BL에서의 영상 왜곡현상
• 그림 5.8. BL와 BL에서의 계층별 암호화에 의한 영상 왜곡
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