KAIST, 인공신경망 기반 워터마킹 기술 개발 
KAIST, 인공신경망 기반 워터마킹 기술 개발 
  • 함예솔
  • 승인 2018.09.13 15:30
  • 조회수 974
  • 댓글 0
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인공신경망. 출처: fotolia
인공신경망. 출처: fotolia

인공신경망을 이용해 워터마크를 영상에 삽입 및 검출하는 기술이 개발됐습니다. KAIST 전산학부 이홍규 교수 연구팀은 인공신경망 기반의 워터마킹 기술을 3일부터 홈페이지를 통해 시범 운영하고 있습니다. 

 

인공신경망 기반의 워터마킹 기술을 3일부터 홈페이지를 통해 시범 운행하고 있다.
인공신경망 기반의 워터마킹 기술을 3일부터 홈페이지를 통해 시범 운영 중입니다.

이번 웹 서비스는 연구실 수준으로만 진행되던 기술을 다년간의 연구개발을 통해 일반에 공개함으로써 특정 조건의 실험실 환경이 아닌 조건이 변화하는 실제 환경에서 적용됩니다. 이를 통해 인공신경망을 기반으로 하는 새로운 접근 기법의 성능을 검증하고, 기존의 한계점을 극복할 수 있는 연구 방향을 제시하는 초석이 될 것으로 기대됩니다.

 

현재까지 개발된 기존 워터마킹 기술은 모두 공격 유형, 세기 등 특정 조건을 사전에 정하고 이를 만족시키도록 설계되고 구현됐습니다. 따라서 다양한 공격 유형이 존재하는 실제 환경에 사용하기에는 실용적 측면, 기술 확장성, 유용성 등에 한계가 있었습니다. 또한 워터마크를 제거, 복사, 대체 등의 해킹 기술 발전으로 인해 기술 자체의 보안 취약성 문제도 있었습니다. 

 

2D 영상 워터마킹 기법을 이용한 영상. 출처: KAIST
2D 영상 워터마킹 기법을 이용한 영상. 출처: KAIST

연구팀은 다수의 연구결과를 기반으로 해당 웹 서비스 기술을 구현했습니다. 연구팀의 2D영상 워터마킹 기법은 최초의 인공신경망 기반 워터마킹 기법으로 이미지에 가할 수 있는 다양한 공격을 이용해 인공신경망을 학습함으로써 강인성을 획득하도록 했습니다. 동시에 인공신경망의 심층구조를 통해 워터마크 해킹 공격에 대한 높은 보안성을 획득함으로써 기존의 보안 취약점을 대폭 개선했습니다. 
 


연구팀은 웹 서비스에서 ▲인공신경망 학습을 통한 새로운 공격에 대응 ▲인공신경망의 비선형적 특성을 통해 높은 보안성을 가진 인공신경망 기반 2D영상 워터마킹 기법 ▲다양한 시점 변환이 발생하더라도 영상 보호가 가능한 DIBR 3D영상 워터마킹 기법 ▲워터마크 삽입으로 인한 시각피로도 상승을 최소화하는 S3D 영상 워터마킹 기법을 제공합니다. 

 

DIBR 3D 영상 워터마킹 기법을 이용한 영상. 출처: KAIST
DIBR 3D 영상 워터마킹 기법을 이용한 영상. 출처: KAIST

참고로 DIBR 3D는 중앙영상과 깊이 정보를 이용해 여러 시점의 3D 영상을 생성하는 렌더링 기법으로, 기존 기법으로 워터마킹된 영상의 경우 새로운 시점의 3D영상을 생성하는 과정에서 워터마크가 변형돼 검출이 불가합니다.

 

S3D 영상 워터마킹 기법을 이용한 영상. 출처: KAIST
S3D 영상 워터마킹 기법을 이용한 영상. 출처: KAIST

S3D는 시점이 다른 두장의 영상을 촬영해 3D 영상을 생성하는 렌더링 기법으로 기존 기술의 경우 두장의 영상에 워터마크를 삽입하는 과정에서 워터마크 신호가 서로 충돌해 시각피로도가 올라갑니다.

 

사용자는 2D 영상 또는 3D영상을 웹 서비스에 업로드 해 워터마크를 삽입하고 추후 필요시 삽입한 워터마크를 검출함으로써 각종 분쟁 해결에 활용할 수 있습니다. 또한 이 기술은 압축 등의 공격을 가상으로 진행하는 시뮬레이션 툴과 워터마크 삽입 세기 조절, 그리고 워터마크 삽입으로 인한 영상품질 비교 등의 서비스를 함께 제공합니다. 

 

이번 연구는 기존 활용모델에 따라 요구되는 다양한 견고성에 따라 유연하게 추가 수정을 가능하게 하고 해킹에 견고하게 설계돼 워터마킹 기술 유용성을 극대화했습니다. 이에 향후 인증, 진위판별, 유통 추적이나 저작권 분야 등에서 활용이 가능할 전망입니다. 따라서 각종 영상물들의 불법 활용으로 인해 발생하는 사회경게적 손실을 줄이고 콘텐츠 산업의 성자오가 디지털 사회선진화에 기여할 것으로 기대됩니다.

 

이홍규 교수는 "영상 관련 각종 분쟁들이 저작권에 국한되던 종전의 범위를 넘어 최근 가짜 영상 유통에 따른 진위판별, 인증, 무결성 검사, 유통 추적 등으로 관심 분야가 급속히 커지고 있다"며 "인공지능 기술을 활용해 기존 워터마킹 기법들의 기술적인 한계점을 해결할 수 있는 디지털 워터마킹 연구를 선도하겠다"고 전했습니다. 


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