대역폭 감소를 적용한 MPEG-4 미디어 전송시의 암호화 기법 연구
Encryption Scheme for MPEG-4 Media Transmission Exploiting Frame Dropping
1
조회
0
다운로드
1
인용
0
참고문헌
키워드
초록
미디어의 전송시 네트워크의 상황에 따라 통신망의 과부하가 발생할 수 있으며, 이를 줄이기 위해서 필터링, 부하 분산기법, 막힘 제어 기법, 프레임 드로핑 등의 많은 연구가 진행되었다. 이들 중 효과적인 방법은 동영상의 비트율을 조절하기 위해 특정 비디오 프레임을 제거함으로써 대역폭의 감소를 가능하게 하는 프레임 드로핑(Frame dropping)이다. 프레임 드로핑은 프레임 간의 종속성이 가장 적은 B 프레임을 먼저 제거하고 종속성의 관계에 따라 I, P 프레임 순서대로 제거한다. 본 논문에서는 MPEG-4 미디어의 전송에 프레임 드로핑을 적용 하였으며 이때 암호화를 통하여 저작권을 보호할 수 있는 방법을 제안한다. 이를 위하여 서버에 저장되어있는 프레임 드로핑 이 이미 적용된 파일을 클라이언트에게 전송하는 방법과 서버에 저장되어있는 미디어 파일을 클라이언트에게 전송시 실시간으로 프레임 드로핑하는 두 가지 방법을 설계 구현 하였다. MPEG-4 데이터의 암호화에는 3가지 방법을 제안하였다: I-VOP내의 매크로 블록(Macro block) 암호화, P-VOP내의 매크로 블록과 모션벡터 암호화(Motion Vector), I-VOP내의 매크로블록과 P-VOP내의 모션벡터 암호화. MPEG-4 미디어의 전송시, 최적의 방법을 선택하기 위해 드로핑, 암호화, 복호화 및 영상의 품질을 비교하였으며 드로핑 후에도 원래의 영상과 큰 차이가 없었다. 암호화와 복호화에서는 I-VOP와 P-VOP를 모두 암호화 하였을 때가 가장 성능이 좋았다.
Abstract
According to the network condition, the communication network overload could be occurred when media transmitting. Many researches are being carried out to lessen the network overload, such as the filtering, load distributing, frame dropping and many other methods. Among these methods, one of effective method is frame dropping that reduces specified video frames for bandwidth diminution. B frames are dropped and then I, P frames are dropped according to dependency among the frames in frame dropping. This paper proposes a scheme for protecting copyrights by encryption, when we apply frame dropping to reduce bandwidth of media following MPEG-4 file format. We designed two kinds of frame dropping: first one stores and then sends the dropped files and the other drops frames in real-time when transmitting. We designed three kinds of encryption methods in which DES algorithm is used to encrypt MPEG-4 data: macro block encryption in I-VOP, macro block and motion vector encryption in P-VOP, and macro block and motion vector encryption in I, P-VOP. Based on these three methods, we implemented a digital right management solution for MPEG-4 data streaming. We compared the results of dropping, encryption, decryption and quality of video sequences to select an optimal method, and there is no noticeable difference between the video sequences recovered after frame dropping and the ones recovered without frame dropping. The best performance in encryption and decryption of frames was obtained when we apply the macro block and motion vector encryption in I, P-VOP.
참고문헌 (27)
- [URL]
- C. C. Bisdikian, "Issues on Movie Allocation in Distributed Video-on-Demand Systems", Proc. IEEE International Conference on Communications, IEEE Communications Society, pp.250~255 (1995)
- L. Xu, "Media Streaming via TFRC: An Analytical Study of the Impact of TFRC on User-Perceived Media Quality" (2006)
- S. Floyd, "Equation- Based Congestion Control for UnicastApplications", ACM SIGCOMM (2000)
- "Proposed new text of IPMP FAQ,” ISO", IEC JTC, WG11 M8141 Jeju, 2002[DOI]
- "MPEG-4 Intellectual Property Management & Protection (IPMP) Overview & Application Document,ISO", IEC, WG11, pp.N2614 MPEG 98, December[DOI]
- Ming-Ting Sun, "Video over Networks" (2001), Marcel Dekker
- King N. Ngan, "Video Coding for Wireless Communication Systems" (2001), Marcel Dekker
- 정홍섭, "네트워크 부하 기반 프레임 생략 전송 알고리즘", 멀티미디어학회논문지, 6(7), pp.1209~1218 (2003), 한국멀티미디어학회
- L. Delgrossi, "Media Scaling for Audiovisual Communication with the Heidelberg Transport System", Proceedings ACM Multimedia (1993)
- W. Zeng, "Rate Shaping by Block Dropping for Transmission of MPEG Precoded Video over Channels of Dynamic Bandwidth", Multimedia 96 Processing, The Fourth ACM Internatnional Multimedia Conference, pp.129~140 (1996)
- J. Sandvoss, "Network Layer Scaling : Congestion Control in Multimedia Communication with Heterogeneous Networks and Recivers" (1994), IBM European Networking Center, Heidelberg
- Jae-Gon Kim, "Description of utility function based optimum transcoding,ISO", IEC JTC1, WG11 M8319, Fairfax, 2002[DOI]
- W. Li, "MPEG-4 Video verification model ver. 18.0, ISO", IEC, SC29, pp.WG11, N3908
- H. Radha, "Scalable internet video using MPEG-4", Signal Processing: Image Communication, 15, pp.95~126 (1999)
- I. Agi, "An Empirical Study of Mpeg Video Transmissions", In Proc. of the Internet Society Symposium on Network and Distributed System Security, pp.137~144 (1996)
- T. B. Maples, "Performance Study of a Selective Encryption Scheme for the Security of Networked, Real-time Video", in Proc. of 4th International Conf. on Computer Communications and Networks (1995)
- L.Tang, "Methods for Encrypting and Decrypting MPEG Video Data Efficiently", in Proc. of 4th ACM International Multimedia Conference, pp.219~230 (1996)
- L. Qiao, "A New Algorithm for MPEG Video Encryption", in Proc. of The First International Conference on Imaging Science, Systems, and Technolog, pp.21~29 (1997)
- C. Yuan, "Efficient and Fully Scalable Encryption for MPEG-4 FGS", IEEE Int. Symp. Circuits and Systems (2003)
- Y. Mao, "A Joint Signal Processing and Cryptographic Approach to Multimedia Encryption", IEEE Trans. on Image Processing, 15(7), pp.2061~2075 (2006)
- S. Lian, "Selective Video Encryption Based on Advanced Video Coding", PCM 2005 Part II Springer LNCS, 3768, pp.281~290 (2005)
- A. Said, "Measuring the strength of partial encryption schemes", In proceedings of 2005 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP 2005), 2, pp.1126~1129
- "QuickTime File Format,Apple Computer", ~ (2000)
- "Information technology-Coding of audio-visual objects- part 1:System ISO", IEC14496-1:2001,” ISO, SC29, pp.WG11[DOI]
- 김건희, "MPEG-4 비디오 스트림의 디지털 저작권 관리를 위한 암호화 기법의 연구", 정보처리학회논문지 (2005)
- "Data Encryption Standard (DES), FIPS PUB 46-3,", ~ (1999)