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관심영역 암호화 시 발생하는 H.264 영상의 비트레이트 오버헤드 최소화 방법 연구
손동열(Dongyeol Son),김지민(Jimin Kim),지청민(Cheongmin Ji),김강석(Kangseok Kim),김기형(Kihyung Kim),홍만표(Manpyo Hong) 한국정보보호학회 2018 정보보호학회논문지 Vol.28 No.2
H.264/AVC-MPEG의 JM v10.2 코드 기반에서 QCIF (176x144) 해상도를 가지는 News 샘플 영상을 사용하여 실험을 하였다. 암호화를 하게 될 관심영역(Region of Interest, ROI)이 H.264 표준의 움직임 예측 및 보상의 특성상 연속적으로 각 프레임마다 불필요하게 참조하여 드리프트를 발생시켰다. 드리프트를 완화하기 위해 암호화가 된 I픽처를 특정 주기로 재삽입하는 최신 관련연구의 방법은 추가 연산량 증가로 이어져 영상 전체의 비트레이트 오버헤드가 증가하는 요인이 된다. 따라서 움직임 예측 및 보상 단계에서 각 프레임마다 암호화가 될 관심영역에서의 Block과 Frame의 참조 탐색 범위를 제한하고, 암호화가 되지 않을 비관심영역에서의 참조 탐색 범위는 정상적인 인코딩 효율을 유지하기 위해 제한하지 않는다. 이와 같이 특정 참조 탐색 범위가 제한된 영상 인코딩을 한 후, 영상 속 개인정보 보호를 위해 얼굴과 같이 개인 식별이 가능한 관심영역에 대해 RC4 비트스트림 암호화 하는 방법을 제안한다. 그리고 동일한 환경의 조건에서 암호화되지 않은 원본 영상과 최신 관련연구 방법과 본 연구의 제안 방법을 각각 구현한 후, 실험 결과들을 비교 · 분석하였다. 최신 관련연구 방법과 다르게 제안방법을 통해 시간상 드리프트를 완화하면서, 제안방법이 적용된 영상 전체의 비트레이트 오버헤드가 원본 영상보다 2.35% 증가되고 최신 관련연구 방법보다 14.93% 감소되었다. 이와 같이 향상된 결과는 본 연구의 실험을 통해 입증하였다. This paper has experimented using News sample video with QCIF (176x144) resolution in JM v10.2 code of H.264/AVC-MPEG. The region of interest (ROI) to be encrypted occurred the drift by unnecessarily referring to each frame continuously in accordance with the characteristics of the motion prediction and compensation of the H.264 standard. In order to mitigate the drift, the latest related research method of re-inserting encrypted I-picture into a certain period leads to an increase in the amount of additional computation that becomes the factor increasing the bit-rate overhead of the entire video. Therefore, the reference search range of the block and the frame in the ROI to be encrypted is restricted in the motion prediction and compensation for each frame, and the reference search range in the non-ROI not to be encrypted is not restricted to maintain the normal encoding efficiency. In this way, after encoding the video with restricted reference search range, this article proposes a method of RC4 bit-stream encryption for the ROI such as the face to be able to identify in order to protect personal information in the video. Also, it is compared and analyzed the experimental results after implementing the unencrypted original video, the latest related research method, and the proposed method in the condition of the same environment. In contrast to the latest related research method, the bit-rate overhead of the proposed method is 2.35% higher than that of the original video and 14.93% lower than that of the latest related method, while mitigating temporal drift through the proposed method. These improved results have verified by experiments of this study.
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