한국저작권위원회

3. 4K UHD 동영상용 워터마킹 기술

□ 배경

○ 디지털 동영상의 저작권 문제는 저작권 이슈 중에서도 중요한 이슈이다. 이러한 문제의 해결책으로 디지털 워터마킹(digital watermarking)이 주목받고 있다. 디지털 워터마킹 기술은 1990년대 초반 본격적으로 사용되기 시작하는데 현재는 오디오, 비디오, 이미지, 저작물 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 기술이다.

○ 워터마크를 삽입하는 방법은 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 공간영역(spacial domain)에 대한 워터마킹 기법과 주파수영역(frequence domain)에 대한 워터마킹 기법이 그것이다. 첫째, 공간영역 워터마킹 기법은 이미지의 시각적 영향을 최소화 하면서 비트 이미지를 삽입하는 방법이다. 둘째, 주파수 영역에 대한 워터마킹 기법은 이미지를 주파수 영역으로 변환한 후 웨이블릿, 이산 코사인, 퓨리에 변환 등을 이용하여 이미지 자체에 미세한 변화를 가하는 방식이다.

○ 생성의 복잡도 측면에서 공간영역 워터마킹 기법보다는 주파수 영역 워터마킹 생성이 복잡하지만, 공간영역에서의 워터마킹 방법은 일반적인 필터링이나, 신호 변형에 워터마크 정보가 쉽게 제거될 수 있고 삽입 가능한 정보의 양도 작은 단점을 가지고 있다. 이에 반해 주파수 영역의 워터마킹은 생성은 상대적으로 복잡하지만 다양한 정보의 삽입이 가능하고 워터마크를 제거하기 어렵다는 장점을 지닌다.

○ 두 워터마킹 기법의 다른 특성을 살펴보면, 공간 영역의 워터마킹은 워터마크 삽입으로 인한 화질저하, 삽입된 워터마크의 낮은 강인성(robustness) 등이 크게 문제가 되고 있다. 주파수 영역에서의 워터마크 삽입은 워터마크 삭제가 어려운 점이 장점이지만 계수 값에 따라 원본 영상에 왜곡이 가해질 수 있다는 점이 큰 단점으로 부각되고 있다.

○ 4K UHD 동영상 서비스가 시작되면서, 워터마킹 기술은 새로운 문제에 봉착하게 된다. 고화질 영상에 워터마킹을 삽입할 경우, 두 가지 큰 문제점이 존재하게 되는데 첫 번째는 영상의 왜곡이 일어날 수 있다는 점이고, 두 번째는 워터마킹 자체에 프로세스가 오래 걸릴 수 있다는 점이다.

□ 주요 내용

○ 2015년 9월 시그마 디자인스(Sigma Designs)가 STV7701 울트라 HD HDR(고명암비) 칩셋의 본격적인 양산에 돌입했다는 뉴스가 전해졌다. 시그마 디자인스는 스마트 TV, 스마트홈 용 사물인터넷 및 IP 기반의 셋톱박스(STB)용 시스템온칩(SoC) 솔루션 공급 업체이다. 시그마의 1세대 제품인 울트라 HD SoC STV7603의 성공적인 판매의 뒤를 이어 출시된 강력한 싱글칩 솔루션은 차세대 울트라 HD 60Hz 스마트TV에 가장 적합하며 폭넓은 범위의 향상된 기능과 뛰어난 UHD 경험을 제공한다. 울트라 HD FRC 칩이 탑재된 STV7703은 고사양인 UHD 120Hz TV에 이상적인 솔루션을 공급한다.

○ 저작권 기술 측면에서 관심 있게 보아야 할 부분은 이 획기적인 플랫폼에서 제공하는 통합된 시볼루션 넥스가드(Civolution NexGuard) 포렌식 UHD 워터마킹 기술로 콘텐츠 불법복제 방지를 하는 기술이다.

○ 클라우드 기술 발달, UHD 방송 콘텐츠 등장 등 새로운 미디어 기술 진화에 맞춰 저작권 단속 기술도 진화하고 있다. 앞으로 방송 환경이 UHD로 급속 전환할 것으로 예상하지만, 이와 관련한 저작권 보호기술은 거의 없는 상황이다. 4K UHD 워터마킹 기술을 알아보기에 앞서 4K UHD에 대해서 알아보도록 하겠다.

○ 4K 디스플레이의 정의부터 살펴보도록 하자. '4K2K' 디스플레이로도 불리는 UHD (UltraHD) 4K 디스플레이는 많은 픽셀로 구성되어 있다. 해상도가 1920x1080인 풀HD 디스플레이는 약 210만 화소다. 그러나 순정 해상도가 3840x2160인 4K PC 디스플레이는 830만 화소다. 해상도로는 2배, 픽셀 수로는 4배가 높거나 많다. 4K PC 디스플레이는 더 선명하게 이미지를 재현할 수 있다. 800만 화소(또는 그 이하) 사진이나 4K 콘텐츠를 크기 조정 없이 보거나 편집할 수 있다. 대다수 PC 사용자들에게는 크게 중요하지 않은 부분일지 모르겠다. 그러나 '정밀한 작업'이 중요한 '크리에이티브' 직종 종사자들에게는 이미지 크기를 조정하지 않고 작업을 할 수 있다는 것은 아주 큰 장점이다.

○ 그러나 많은 픽셀이 문제를 초래하는 상황이 있다. 예를 들어, 워터마크를 삽입하기 위해서는 훨씬 더 빠른 프로세스 속도를 요구한다. 상대적으로 무거운 워터마킹을 활용할 경우, 영상 자체의 생성을 위한 비용이 크게 증가할 수밖에 없다. 또한 워터마킹 된 영상을 재상하고 추적하기 위한 비용도 동시에 크게 증가할 수밖에 없다. 영상이 4배 크기가 된 것이 단순하게 4배 빠른 프로세싱이면 문제가 해결되는 것을 의미하지는 않는다.

○ 시볼루션은 4K 영상을 위한 워터마킹 시스템인 넥스가드를 2015년 초에 개발했다. 넥스가드는 콘텐츠의 배포 및 재생 플랫폼에서 암호화 방법, 보안 미디어 파이프라인, 스튜디오 콘텐츠 보호를 위한 하드웨어, 워터마킹에 대한 협약 위반 검출 기능을 제공하고 있다.

□ 평가

○ 앞으로의 영상 서비스 및 영상 콘텐츠의 고화질화는 더욱 가속화 될 전망이다. 4K UHD 영상 서비스는 그 시작으로 볼 수 있다. 단순하게 생각하면, 좀 더 빠르고 정확한 워터마킹 기술만 있으면 된다고 생각할 수 있지만, 현재 기술로는 4K 영상의 워터마킹도 따라가기 힘든 것이 사실이다.

○ 고화질 영상의 보급은 소비자 측면에서 고품질의 영상을 서비스 받을 수 있다는 장점을 가지지만, 서비스 공급자 입장에서는 자신의 콘텐츠를 보호받기가 점점 어려워지고 있다고 생각할 수도 있다. 이는 고화질 영상에 대한 저작권 보호 기술의 필요성이 점점 커지고 있음을 의미한다.

□ 참고자료

○ 日, 초고화질 영상에 적용 가능한 디지털 워터마킹 기술 개발, 저작권보호센터, 2011

○ http://koreanewspaper.kr/sub_read.html?uid=34515&section=sc14

○ http://www.nexguard.com/forensic-watermarking-introduction/#protection-beyond