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Scalable Video Coding을 이용한 프라이버시 보호 영상 감시 시스템 기법
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Scalable Video Coding을 이용한 프라이버시 보호 영상 감시 시스템 기법
  • CCTV뉴스
  • 승인 2011.09.05 00:00
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CCTV 환경에서의 프라이버시 제공 최신 기술들 소개
연 재 순 서

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5. USB 메모리 기반 영상 감시 카메라 시스템 프라이버시 제공 기법
6. 적응적 비쥬얼 개념을 활용한 PriSurv 기반 프라이버시 제공 기법
7. 프라이버시 보호를 제공하는 영상 감시 카메라 이미지 분배 시스템 기법
8. 프라이버시 보호를 위한 H.264/AVC 영상 스크램블링 기법
9. SecST-SPIHT 코딩 및 디코딩 스킴을 적용한 프라이버시 제공 기법
10. 영상 감시 시스템 내의 민감한 프라이버시 정보에 대한 영상 데이터 은닉 기법
11. RFID 기반의 프라이버시 제공 영상 감시 시스템 기법
12. Scalable Video Coding을 이용한 프라이버시 보호 영상 감시 시스템 기법

본 기고에서는 Shon 등에 의해 연구된 CCTV 환경에서 영상 내의 다양한 객체들에 대한 프라이버시를 제공하는 방법으로 응용 가능한 H.264/AVC Scalable Video Coding(SVC)을 이용한 프라이버시 보호 영상 감시 시스템 기법에 관해 소개한다.
 
Scalable Video Coding(SVC)

ITU-T와 ISO는 JVT(Joint Video Team)을 구성하고 H.264/AVC 표준을 발표한 이후에 Scalable Video Coding(SVC)의 기능을 추가적으로 확장하여 Amendment 3을 발표하였다. SVC는 H.264/AVC에 추가된 확장 표준 기술로서 하나의 비트 스트림 안에 다양한 특성의 영상을 함께 담을 수 있게 해주는 기술이다.
예를 들면, 휴대폰, PDA, PC, 그리고 HDTV는 각각 서로 다른 해상도를 지원하지만, SVC에서는 하나의 스트림안에 위와 같은 여러 해상도의 영상을 함께 담을 수 있다.

SVC의 장점은 각 해상도의 영상을 따로 담은 비트 스트림의 비트율(bit-rate)을 합친 것보다 훨씬 적은 비트율을 갖기 때문에 전송량을 효과적으로 줄일 수 있다. 또한 하나의 비트 스트림으로 DMB, IPTV 등과 같은 다양한 네트워크 환경과 디바이스 서비스에 모두 쓰일 수 있으므로 서비스 제공자 관점에서는 유지 관리가 쉽다는 장점이 있다.

제안된 기법에서는 획득된 영상 내의 얼굴 영역에 대한 프라이버시 제공을 위해 SVC 기술을 이용하고 있다. 즉 SVC 기술을 적용하여 사각형 모양의 관심 영역(ROI)으로 참조되는 얼굴 영역을 추출하게 된다. 추출된 얼굴 영역은 다양한 스크램블링 기술에 의해 처리되어 프라이버시를 제공하게 된다.

제안된 영상 감시 시스템

제안된 기법은 [그림 1]과 같은 영상 감시 시스템 환경에서 스크램블링 기술을 적용한 프라이버시 제공을 목표로 한다.

제안된 영상 감시 시스템의 동작 순서는 다음과 같다.

(1) 영상 감시 카메라를 이용하여 영상을 획득한다.
(2) 획득된 영상 데이터는 얼굴 영역과 같은 프라이버시 제공 영역을 감지하기 위해 서버의 영상 분석기(Video analyzer)에 의해 분석되어 진다. 이때 감지된 얼굴 영역 위치 값들은 ROI 코딩(ROI coding)과 스크램블링(scrambling)을 위해 사용되어 진다.
(3) SVC 엔코더(SVC encoder)는 완전 확장 가능 비트 스트림(fully scalable bit stream)으로 획득된 영상 컨텐츠를 압축한다.
(4) 인증된 클라이언트와 영상 감시 서버간에 공유하고 있는 대칭키인 비밀 키(secret key)는 의사 난수 값들을 생성하기 위해 시드(seed) 값으로 사용되며 생성된 의사 난수 값에 엔코딩 과정 동안 감지된 얼굴 영역을 스크램블링 한다.
(5) 확장 가능한 감시 비디오 시퀀스(scalable surveillance video sequence)는 프라이버시 보장을 위해 콘텐츠 서버에서 생성 및 저장한다.
(6) 인증된 클라이언트는 다양한 장치(스마트 폰, PDA, PC 등)와 유무선 네트워크 통신망을 이용하여 해당 영상 콘텐츠를 모니터링 할 수 있다. 이때 송수신되는 영상 내의 ROI는 스크램블링 되어 있으므로 인증된 클라이언트만이 해당 영상 내의 사람들을 식별할 수 있게 된다.

프라이버시 보호 기술

ROI 스크램블링을 위해 제안된 기법에서는 [그림 2]와 같은 SVC 엔코더(encoder)와 디코더(decoder)를 사용하였다.
 
 양자화 된 DC와 AC 계수들은 지그재그(zigzag)로 정렬된 후 CAVLC(Context Adaptive Variable Length Coding)에 의해 코드화 된다. CAVLC는 전체 비제로(non-zero) 계수, 레벨(level) 정보, 런(run) 정보 등을 코드화 한다.
스크램블링 방법은 아래 수식 (1)을 이용한다.
 
 
수식에서 L은 레벨 값(level value)이며 r은 시드 값으로 사용된 비밀 키에 의해 생성된 의사 난수(pseudo-random num
ber)를 의미한다. 만약 r이 1이면, 레벨의 신호가 인버스(inverse)된다. Le는 의사 랜덤 신호 반전 레벨(pseudo-randomly sign-flipped level)을 의미한다.

디코더(decoder)의 경우, 인증된 클라이언트만이 비밀 키를 적용한 인버스 CAVLC 과정이 수행된 후의 레벨의 반전된(flipped) 신호를 복호화 할 수 있다. 언스크램블 과정은 시드 값으로 사용된 비밀 키를 사용한 동일한 의사 난수 값들을 생성하여 레벨의 반전된 신호를 역인버스(re-inverse)하는 과정을 포함한다. SVC 비트 스트림은 일반적으로 다중 레이어(multiple layers)로 구성되어 있다. SVC 비트 스트림 내의 개별 레이어(layer)에 대해 서로 다른 비밀 키들을 사용하여 스크램블링하면 강력한 프라이버시 보호를 제공할 수 있다.

이러한 Scalable 영상을 위한 서로 다른 레이어 키 생성은 접근 제어(access control) 기능을 제공하게 된다. 개별 레이어 키(layer key)는 서브키(sub-key)를 연접(concatenation)하여 생성하게 된다.

[그림 3]은 서브키와 레이어 키 사용 방법을 보여주고 있다.
 

 S를 비밀 키로 두었을 때 유도된 키 Sk는 아래 수식 (2)와 같은 암호학적 해쉬 함수를 이용하여 구해진다.
수식 (2)에서 ││는 연접 연산을 의미하며 파라미터 k가 1인 경우 공간적(spatial) scalability를 2인 경우 시간적(temporal) scalability로 정의된다. 공간적/시간적 scalability의 부분 조합에 대응되는 서브 키는 아래 수식 (3)에 의해 구해진다.


수식 (3)에서 Si,k는 k가 1인 경우의 공간적 scalability 축(axis) 또는 2인 경우의 시간적 scalability 축을 기반으로 하는 i번째 레이어를 위한 서브키를 의미한다. 파라미터 nk는 공간적 또는 시간적 레이어들의 수를 의미하며 Hm은 m번의 암호학적 해쉬 함수 H()를 수행함을 의미한다. d번째 공간적 레이어 및 t번째 시간적 레이어를 위한 레이어 키 K(d,t)는 아래 수식 (4)를 통해 얻어진다.

 위 레이어 키 K(d,t)는 최종적으로 의사 난수 생성기(pseudo-random number generator)의 시드 값으로 사용되어지며 디코더 과정에서 인증된 클라이언트만이 동일한 레이어 키를 생성할 수 있으므로 강력한 프라이버시를 제공할 수 있게 된다.

아래 [그림 4]는 제안된 기법을 적용한 SVC 기반 프라이버시가 보호된 영상을 보여주고 있다.

<다음호에서는 DRM 기반의 프라이버시 제공 영상 감시 시스템 기법에 관해 살펴보도록 하겠다>

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