(57)【要約】【課題】  フレーム単位でデータを入れ替えられる改ざん手法に対しても、改ざんを検出することができる動画像圧縮装置及び動画像伸張装置を提供する。【解決手段】  画像信号を複数の連続するフレーム画像信号に圧縮する圧縮部と、複数のフレーム画像信号をフレーム毎にコード化する処理部と、現在フレームの直前のフレーム画像信号をコード化したコード信号を、現在フレーム画像信号の中に埋め込む合成部をもつ動画像圧縮装置。【選択図】図１
2010068318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の連続するフレーム画像信号を圧縮してフレーム圧縮画像信号を出力する圧縮部と、
前記複数のフレーム圧縮画像信号をフレーム毎にコード化する処理部と、
現在フレームの直前フレームの圧縮画像信号をコード化したコード信号を、現在フレームの圧縮画像信号の中に埋め込む合成部と、
を具備することを特徴とする動画像圧縮装置。
【請求項２】
前記合成部は、現在フレームの圧縮画像信号の中に、現在フレームの直前フレームの圧縮画像信号のコード信号に加えて、前記処理部が前記現在フレームの圧縮画像信号をコード化したコード信号も埋め込むことを特徴とする請求項１記載の動画像圧縮装置。
【請求項３】
複数の連続するフレーム圧縮画像信号を受信し、現在フレームの直前フレームの圧縮画像信号をコード化してコード信号を生成し、現在フレームの圧縮画像信号の中に埋められている直前フレームに基づき生成されたコード信号と比較して、改ざんの有無を判断する判断部と、
前記受信したフレーム圧縮画像信号を伸張する伸張部と、
を具備することを特徴とする動画像伸張装置。
【請求項４】
前記判断部は、前記受信した現在フレームの圧縮画像信号をコード化してコード信号を出力し、現在フレームの圧縮画像信号の中に埋められている現在フレームに基づき生成されたコード信号と比較して改ざんの有無を判断することを特徴とする請求項３記載の動画像伸張装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フレーム毎に圧縮され伸張される動画像信号の改ざん検出をコード信号をも用いて行う動画像圧縮装置及び動画像伸張装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のネットワーク技術の発達により、動画像データをネットワークなどの伝送容量の細い伝送路で伝送するようになった。動画像データは画像圧縮技術との組み合わせにより、デジタルデータ化することで、伝送データ量の削減が行われる。このようなデジタルデータはネットワークの普及とともにインターネットなどの公開された伝送路を介して伝送されることも多く、データ内容が万人の目に晒されてしまう危険も出てくる。このため、悪意をもった第三者が伝送路上のデータを受信した場合、そのデータ内容を書き換えてしまうことも考えられる。これに対して、ネットワーク上の画像データの改ざん防止のための技術が多く知られている。
【０００３】
特許文献１は、ＶＯＰ（Video Object Plane）のＭＡＣ（Message Authentication Code）値を映像ストリームに付加して、転送後、ＭＡＣ値を判定することで、改ざんを検出する技術を開示している。
特許文献２は、フレームを複数のブロックに分割して、符号データの付加処理を行うことにより、ブロック単位での改ざんを検出することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６７８５６号公報
【０００５】
【特許文献２】特開２００５−１９８１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１や特許文献２の従来技術では、悪意のある第三者により、動画像圧縮データ内のあるＶＯＰデータから、Ｉ−ＶＯＰの直前までのデータを、過去に受信したＩ−ＶＯＰから始まる動画像圧縮データに入れ換えられたとしても、受信装置側ではそのデータの改ざんを検知することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、フレーム単位でデータを入れ替えられる改ざん手法に対しても、改ざんを検出することができる動画像圧縮装置及び動画像伸張装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
課題を解決するための一実施形態は、
複数の連続するフレーム画像信号を圧縮してフレーム圧縮画像信号を出力する圧縮部と、
前記複数のフレーム圧縮画像信号をフレーム毎にコード化する処理部と、
現在フレームの直前フレームの圧縮画像信号をコード化したコード信号を、現在フレームの圧縮画像信号の中に埋め込む合成部と、
を具備することを特徴とする動画像圧縮装置である。
【０００９】
また、複数の連続するフレーム圧縮画像信号を受信し、現在フレームの直前フレームの圧縮画像信号をコード化してコード信号を生成し、現在フレームの圧縮画像信号の中に埋められている直前フレームに基づき生成されたコード信号と比較して、改ざんの有無を判断する判断部と、
前記受信したフレーム圧縮画像信号を伸張する伸張部と、
を具備することを特徴とする動画像伸張装置である。
【発明の効果】
【００１０】
動画像圧縮装置の側で、現在フレームの直前フレームのコード信号を、現在フレームの中に埋め込み、ネットワーク等を介して送信後に、動画像伸張装置の側で、現在フレームに埋め込まれた直前フレームのコード信号と、実際に計算して求めた直前フレームのコード信号が一致するかどうかを判定する。これにより、悪意の第三者が行った現在フレームだけを入れ替えた改ざんを検出することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態は、動画像圧縮装置にて現在フレームの画像信号に現在フレームのＭＡＣ値（Message Authentication Code）を挿入し、動画像伸張装置にて挿入されたＭＡＣ値を計算した実際の値と比較することで、現在フレームの改ざんを行う場合を特定している。  
図１は、本発明に係る第１の動画像圧縮装置の構成の一例を示す構成図である。第１実施形態に係る動画像圧縮装置１０は、監視される部屋等を撮像するカメラ１１と、カメラ１１からの映像信号を受けＭＰＥＧ（Moving Picture Expert Group）方式等で圧縮処理を行って連続するフレーム画像信号などを出力する圧縮処理部１２と、鍵データを供給するメモリ部１４と、この鍵データを用いてフレーム画像信号を改ざん検出コードであるＭＡＣ値にコード化するメッセージ認証コード処理部１３を有している。さらに、動画像圧縮装置１０は、全体を制御する制御部１５と、圧縮処理部１２からのフレーム画像信号を受けて、メッセージ認証コード処理部１３からの改ざん検出コードであるＭＡＣ値ｄ１１を埋め込む多重器１６と、伝送路ｄを介して外部装置へ通信を行なうためのインターフェース部１７を有している。
【００１２】
次に、図２は、本発明に係る第１実施形態の動画像伸張装置の構成の一例を示す構成図である。第１実施形態に係る動画像伸張装置３０は、伝送路ｄを介して連続するフレーム画像信号を受けるインターフェース部３１と、全体の動作を制御する制御部３６と、フレーム画像信号のヘッダを検出するヘッダ検出器３５と、鍵データを供給するメモリ部３３と、この鍵データを用いてフレーム画像信号を改ざん検出コードであるＭＡＣ値ｄ１２にコード化するメッセージ認証コード処理部３２と、メッセージ認証コード処理部３２で出したＭＡＣ値ｄ１２とフレーム画像信号に埋め込まれたＭＡＣ値とを比較するＭＡＣ値比較器３４と、インターフェース部３１からのフレーム画像信号を後段に供給するか否かを決定するスイッチ部３７と、スイッチ部３７を介してインターフェース部３１からのフレーム画像信号をＭＰＥＧ−４方式等にて伸張する伸張処理部３８と、ＭＡＣ値比較器３４の比較結果を後述するデータベース装置５１、監視センター５２に供給するインターフェース部４２とを有しており、伸張処理部３８は、外部のモニタ装置３９、データベース装置５１等に接続される。
【００１３】
また、図３及び図４は、メッセージ認証コード処理部の構成の一例を示す構成図である。メッセージ認証コード処理部３２は、図３に示すように、一例として、一方向性関数２２とメモリ部１４から鍵データを供給されて一方向性関数２２の出力を暗号化する暗号化部２３とからなる。また、図４に示すように、一例としてハッシュ関数２４と、メモリ部１４から鍵データを供給されてハッシュ関数２４の出力を暗号化する暗号化部２３とからなる。
【００１４】
このような動画像圧縮装置１０、動画像伸張装置３０は、一例として、監視カメラからの映像信号を伝送する監視システムに適用される。図５は、動画像圧縮装置１０及び動画像伸張装置３０が適用される監視カメラネットワークシステムの構成の一例を示す説明図である。ネットワークＮはＬＡＮ（Local Area Network）や、もっとオープンなネットワークであるインターネットである。データベース装置５１は、動画像伸張装置３０のインターフェース部４２を介して、監視カメラからの映像データをデータベースとして記録する装置である。ネットワークＮに接続される監視センター５２は、複数の動画像圧縮装置１０について、データの改ざんがないか、また、動作状態一般を監視している。
【００１５】
・動作
次に、図６のフローチャート及び図７のＭＡＣ値の挿入の一例を示す説明図を用いて、本発明に係る動画像圧縮装置１０及び動画像伸張装置３０の処理動作を以下に詳細に説明する。
動画像圧縮装置１０において、制御部１５の制御下において、圧縮処理部１２は、カメラ１１から供給される動画像データを取り込み、例えば後述するＭＰＥＧ−４方式等の動画像圧縮処理を行い、圧縮データとしてメッセージ認証コード処理部１３と多重器１６に出力する。メッセージ認証コード処理部１３は、入力された圧縮データとメモリ部１４からの鍵データから、データの改ざんをチェックすることができる固定長のデータであるＭＡＣ値ｄ１１を計算し出力する（ステップＳ１１）。
【００１６】
ここで、ＭＡＣ値ｄ１１は、入力した圧縮データのデータ長によらず固定長のデータである。ＭＡＣ値ｄ１１は、暗号理論において一般的な概念であり、その特徴は、圧縮処理部１２から出力される圧縮データとメモリ部１４から供給される鍵データからＭＡＣ値ｄ１１を生成できるが、ＭＡＣ値ｄ１１から圧縮データや鍵データを逆生成することができない一方向性関数により生成された値である。メモリ部１４に格納される鍵データは第三者に公開しない秘密鍵であり、その値が分からないので、圧縮データの内容が分かっても、どのような値のＭＡＣ値ｄ１１が生成されるか分からない。また、ＭＡＣ値ｄ１１から圧縮データを知ることができないため、圧縮データの内容を改ざんしようとする悪意のある第三者が存在しても、その改ざん後の圧縮データに対応するＭＡＣ値ｄ１１を生成することはできない。従って、受信装置側で圧縮データに対応するＭＡＣ値ｄ１１を生成することができるのは鍵データの値を知る者だけである。このような仕組みにより、圧縮データが改ざんされているか否かは、ＭＡＣ値ｄ１１の値から知ることができる。
【００１７】
次に、多重器１６は、圧縮データの所定の領域にＭＡＣ値ｄ１１を埋め込む処理を行う（ステップＳ１２）。このＭＡＣ値ｄ１１を埋め込むタイミングを制御するのは、制御部１５である。
ここで、制御部１５及び多重器１６が、ＭＡＣ値ｄ１１を圧縮データのどの領域に埋め込むのかを、図７を用いて動画像圧縮データの構成から説明する。動画像圧縮データの一般例として、ＭＰＥＧ−４方式の圧縮データの構成を例に説明する。なお、この構成はＭＰＥＧ−４方式に限らず、Ｈ．２６４方式やＭＰＥＧ−２方式などの他の動画像圧縮データ方式にも適用できるものであり、ＭＰＥＧ−４はその一例である。
【００１８】
ＭＰＥＧ−４方式では、動画像データは、各フレーム単位で圧縮処理が行われる。その各フレームの圧縮データの先頭にはＶＯＰヘッダと呼ばれる固有のデータが挿入され、圧縮データの伸張時の処理開始位置を示す。各フレームの圧縮では、フレーム内符号化であるＩ−ＶＯＰ（Intra-coded Video Object Plane）と、フレーム間符号化であるＰ−ＶＯＰ（Predictive-coded Video Object Plane）の２種類の符号化が選択できる（Ｂ−ＶＯＰは本構成の例では扱わず除外して説明する）。
【００１９】
Ｉ−ＶＯＰは、それ自身のデータのみで画像伸張可能なデータであるため、伸張処理の開始位置として使われる。そのためＩ−ＶＯＰの先頭に、ＭＰＥＧ−４圧縮データのシンタックスのうち、各フレームのデータより上位階層に位置するＶＯＨやその下位階層のＧＯＶヘッダなどと呼ばれるいくつかのデータを付加すると、そのＶＯＨの位置から動画像圧縮データのランダムアクセスが可能になる。これは動画像圧縮データを常に伝送路ｄに送出しているストリーミング再生の時に効果がある。
【００２０】
また、Ｐ−ＶＯＰは、その直前に位置するＩ−ＶＯＰやＰ−ＶＯＰとの差分画像であり、そのフレームデータ単独で伸張処理を行っても、正常な画像データは得られない。差分情報のみで構成することで、圧縮データ量を削減することが目的だからである。
図７では、ＭＰＥＧ−４方式の圧縮データを４つの部分に分けて説明する。ランダムアクセスを可能にするＶＯＨやＧＯＶヘッダなどを含むヘッダデータ部分、その直後のフレーム１にはＩ−ＶＯＰ、続けて２つのフレーム２、フレーム３にはＰ−ＶＯＰが続く。この圧縮データを伸張するには、最初にＶＯＨを検出し、その直後のＩ−ＶＯＰ、Ｐ−ＶＯＰの順で処理する。
【００２１】
改ざん検知処理では、ある一定のデータ量毎にＭＡＣ値を計算する。この例の構成では、圧縮処理の単位と同じ各フレーム毎でＭＡＣ値を計算している。そのＭＡＣ値は各ＶＯＰデータの最後に挿入する。従って、各ＶＯＰデータのサイズは、ＶＯＰヘッダより始まり、次のＶＯＰヘッダの直前のＭＡＣ値の前までと計算することができる。
【００２２】
次に、動画像圧縮装置１０において、インターフェース部１７を用いて、ＭＡＣ値ｄ１１が挿入された圧縮データを伝送路ｄを介して、動画像伸張装置３０に伝送する（ステップＳ１４）。
動画像伸張装置３０は、ＭＡＣ値ｄ１１が挿入された圧縮データを、動画像圧縮装置１０から伝送路ｄを介しインターフェース部３１を用いて受信する。動画像伸張装置３０において、制御部３６の制御により、ヘッダ検出器３５は、伝送路ｄから入力されたＭＡＣ値付き圧縮データからＶＯＨやＶＯＰヘッダなどを検索する。このヘッダ検索により、ＶＯＨなどのヘッダが検出された情報を制御部３６に出力することで、ＭＡＣ値付き圧縮データのどこにヘッダがあるかを制御部３６は把握する。
【００２３】
メッセージ認証コード処理部３２は、伝送路ｄから入力されたＭＡＣ値付き圧縮データとメモリ部３３からの鍵データから、データ改ざんをチェックするためのＭＡＣ値ｄ１２を算出する（ステップＳ１５）。ＭＡＣ値ｄ１２の計算対象となる圧縮データの範囲は、制御部３６からの制御信号により決定される。このメッセージ認証コード処理部３２の動作は、動画像圧縮装置１０に内蔵したメッセージ認証コード処理部１３と同じである。また、メモリ部３３からの鍵データは、動画像圧縮装置１０のメモリ部１４の鍵データと同値のデータである。従って、受信したＭＡＣ値付き圧縮データが、送信側の動画像圧縮装置１０でＭＡＣ値ｄ１１を計算したときの圧縮データと同じであれば、受信したＭＡＣ値付き圧縮データに含まれるＭＡＣ値ｄ１１は、算出したＭＡＣ値ｄ１２と同じになる。このＭＡＣ値の同一性を検証することにより、圧縮データが動画像圧縮装置１０で生成したデータと同じであるか判断することができる。
【００２４】
ＭＡＣ値比較器３４は、メッセージ認証コード処理部３２が算出したＭＡＣ値ｄ１２を取り込む。また、ＭＡＣ値付き圧縮データを取り込み、動画像圧縮装置１０で埋め込んだＭＡＣ値ｄ１１を抽出する（ステップＳ１６）。ＭＡＣ値ｄ１１を抽出するタイミングは、制御部３６から制御信号を出力し、ＭＡＣ値ｄ１１の位置を指示する。ＭＡＣ値比較器３４は、ＭＡＣ値ｄ１１とＭＡＣ値ｄ１２を比較した結果、同一であったか否かを圧縮データ切り換え信号として制御部３６及びスイッチ部３７に出力する（ステップＳ１８、Ｓ２０）。
【００２５】
スイッチ部３７及び制御部３６は、圧縮データ切り換え信号に従って、同一の場合、改ざんがないとして、ＭＡＣ値付き圧縮データを後段の伸張処理部３８に供給する。伸張処理部３８は、入力された圧縮データをＭＰＥＧ−４方式で伸張し、動画像データとしてモニタ装置３９や外部のデータベース装置５１へ出力する。圧縮データに含まれたＭＡＣ値は伸張処理の対象から除外する必要があるため、制御部３６から伸張処理の対象範囲を制御する信号を出力する。
【００２６】
スイッチ部３７及び制御部３６は、圧縮データ切り換え信号がＭＡＣ値ｄ１１とＭＡＣ値ｄ１２が同一でないと示している場合、改ざんされたとして、ＭＡＣ値付き圧縮データを後段の伸張処理部３８に供給せずに改ざんがあったＶＯＰデータを全て破棄する。一度ＶＯＰデータを破棄すると、その後に位置するＰ−ＶＯＰは破棄したＶＯＰデータとの差分値がとれなくなり正常な伸張処理が行えない。従って、受信装置の伸張処理は、次のＩ−ＶＯＰのＶＯＰヘッダが検出できるまで、到着したＶＯＰデータを全て破棄する。これは破棄したＶＯＰデータの直後にＩ−ＶＯＰが到着すれば、即座に伸張処理を実行でき、復号画像の動画性が失われることがほとんど無いとも言える。
【００２７】
また、制御部３６は、圧縮データ切り換え信号によりＭＡＣ値の不一致を検出すると、次のＶＯＨが圧縮データから検出されるまで、処理の対象としないよう伸張処理部３８を制御する（ステップＳ２１）。
また、制御部３６は、インターフェース部４２を介して、圧縮データの改ざんがあったことを監視センター５２に通知することもよい。また、動画像伸張装置３０の制御部３６は、インターフェース部３１を介して、圧縮データを再送するべく、動画像圧縮装置１０にリクエストすることもよい。また、制御部３６は、この改ざんがあったとする判断を外部のデータベース装置５１に出力することもよい。
【００２８】
これにより、カメラ１１で撮像され圧縮されたフレーム圧縮画像信号が改ざんされたかどうかが判断され、判断結果に応じて、フレーム圧縮画像信号の伸張処理は中止され、判断結果が監視センター等に警告される。従って、本発明に係る動画像圧縮装置１０及び動画像伸張装置３０によれば、フレーム圧縮画像信号の改ざんを防止することができる。なお、インターフェース部３１とインターフェース部４２は、ネットワークインターフェースとして物理的に１つであってもよい。
【００２９】
（第２実施形態）
第２実施形態は、動画像圧縮装置１０において、現在フレームのＭＡＣ値と現在フレームの直前フレームのＭＡＣ値とを現在フレーム圧縮画像信号に挿入し、動画像伸張装置において挿入されたＭＡＣ値と実際に計算したＭＡＣ値とをそれぞれ比較することで、フレームの改ざんを行う場合を特定している。
【００３０】
この現在フレームのＭＡＣ値（現在ＭＡＣ値）と現在フレームの直前のフレームのＭＡＣ値（直前ＭＡＣ値）を現在フレームに埋め込む手法は、悪意の第三者がフレーム毎にデータを差し替えることで、第１実施形態におけるフレーム毎のＭＡＣ値による改ざん防止を回避しようとすることに対する再策の意味をもっている。
【００３１】
図８は、本発明に係る第２の動画像圧縮装置の構成の一例を示す構成図である。第２実施形態に係る動画像圧縮装置１０’は、監視される部屋等を撮像するカメラ１１と、カメラ１１からの映像信号を受けＭＰＥＧ（Moving Picture Expert Group）方式等で圧縮処理を行って連続するフレーム画像信号などを出力する圧縮処理部１２と、鍵データを供給するメモリ部１４と、この鍵データを用いてフレーム画像信号を改ざん検出コードであるＭＡＣ値ｄ１１にコード化するメッセージ認証コード処理部１３を有している。さらに、動画像圧縮装置１０’は、全体を制御する制御部１５’と、圧縮処理部１２からのフレーム画像信号を受けて、メッセージ認証コード処理部１３からの改ざん検出コードであるＭＡＣ値ｄ１１を埋め込む多重器１６と、伝送路ｄを介して外部装置へ通信を行なうためのインターフェース部１７を有している。
【００３２】
次に、図９は、本発明に係る第２実施形態の動画像伸張装置の構成の一例を示す構成図である。第２実施形態に係る動画像伸張装置３０’は、伝送路ｄを介して連続するフレーム画像信号を受けるインターフェース部３１と、全体の動作を制御する制御部３６’と、フレーム画像信号のヘッダを検出するヘッダ検出器３５と、鍵データを供給するメモリ部３３と、この鍵データを用いてフレーム画像信号を改ざん検出コードであるＭＡＣ値ｄ１２にコード化するメッセージ認証コード処理部３２と、算出されたＭＡＣ値ｄ１２を一時的に記憶しておくメモリ部４０と、メッセージ認証コード処理部３２で出したＭＡＣ値ｄ１２とフレーム画像信号に埋め込まれたＭＡＣ値とを比較するＭＡＣ値比較器３４’と、インターフェース部３１からのフレーム画像信号を後段に供給するか否かを決定するスイッチ部３７と、スイッチ部３７を介してインターフェース部３１からのフレーム画像信号をＭＰＥＧ−２方式等にて伸張する伸張処理部３８と、ＭＡＣ値比較器３４’の比較結果を後述するデータベース装置５１、監視センター５２に供給するインターフェース部４２とを有しており、伸張処理部３８は、外部のモニタ装置３９等に接続される。
【００３３】
・動作
次に、図１０のフローチャート及び図１１のＭＡＣ値の挿入の一例を示す説明図、図１２の改ざんの一例を示す説明図、図１３の改ざん検出時の破棄を示す説明図を用いて、本発明に係る動画像圧縮装置１０’及び動画像伸張装置３０’の処理動作を以下に詳細に説明する。
【００３４】
動画像圧縮装置１０’において、制御部１５’の制御下において、圧縮処理部１２は、カメラ１１から供給される動画像データを取り込み、動画像圧縮処理を行い、圧縮データとしてメッセージ認証コード処理部１３と多重器１６に出力する。メッセージ認証コード処理部１３は、入力された圧縮データとメモリ部１４からの鍵データから、データの改ざんをチェックすることができる固定長のデータであるＭＡＣ値ｄ１１を計算し出力する（ステップＳ１１）。また、制御部１５’は、ＭＡＣ値ｄ１１をメモリ部１８に格納する。
【００３５】
次に、制御部１５’及び多重器１６は、メッセージ認証コード処理部１３からの現在ＭＡＣ値を、現在フレームの圧縮データの所定の領域に埋め込む処理を行う。また、制御部１５’及び多重器１９は、メモリ部１８からの直前ＭＡＣ値を、現在フレームの圧縮データの所定の領域に埋め込む処理を行う（ステップＳ１２’）。制御部１５’は、このＭＡＣ値を埋め込むタイミングを制御する。
【００３６】
すなわち、図１１において、動画像圧縮データの一般例として、ＭＰＥＧ−４方式の圧縮データの構成を例に、圧縮データのどの領域に現在ＭＡＣ値ｄ１１と直前ＭＡＣ値ｄ１１を埋め込むのかを説明する。なお、この構成はＭＰＥＧ−４方式に限らず、Ｈ．２６４方式やＭＰＥＧ−２方式などの他の動画像圧縮データ方式にも適用できるものであり、ＭＰＥＧ−４はその一例である。
【００３７】
圧縮データの構成は、ＶＯＨなどが含まれたヘッダデータ部分、その直後のフレーム１にはＩ−ＶＯＰ、続けて２つのフレーム２、フレーム３にはＰ−ＶＯＰが続く。これは第一実施形態の圧縮データの構成で図７で説明した際と同様な構成である。
各ＶＯＰデータは、ＶＯＰヘッダで始まり、最後にＭＡＣ値が埋め込まれているのも従来と同様である。本発明では、現在ＭＡＣ値の前方に、直前のＶＯＰデータの直前ＭＡＣ値を埋め込む。例えば図１１のフレーム２において「直前ＭＡＣ値」の値は、フレーム１の「現在ＭＡＣ値」と同じデータである。またフレーム２の「現在ＭＡＣ値」は、フレーム３の「直前ＭＡＣ値」と同じデータである。
【００３８】
図１１中の「現在ＭＡＣ値」の計算対象となる圧縮データの範囲は、ＶＯＰヘッダから「現在ＭＡＣ値」の直前までである。この範囲には「直前ＭＡＣ値」も含まれる。従って、「直前ＭＡＣ値」が改ざんされていれば、ＭＡＣ値の計算で検出可能である。
ここで、図１２を用いて、第１実施形態の圧縮データの構成において、悪意の第三者が、圧縮データを偽装することを目的として、フレーム３のＰ−ＶＯＰデータを、第三者が過去に受信したＩ−ＶＯＰデータから始まる圧縮データに書き換えた場合を考える。図１２においては、ＶＯＰデータ内の改ざんしか検知できないため、上記した改ざんを検出することはできない。
【００３９】
一方、第２実施形態の圧縮データの構成において、同様に、悪意の第三者が、フレーム３のＰ−ＶＯＰデータを第三者が過去に受信したＩ−ＶＯＰデータから始まる圧縮データに書き換えた場合を考える。ここでは、第三者が差し換えたフレーム３（過去のＩ−ＶＯＰデータに改ざん済み）に埋め込まれた「直前ＭＡＣ値」は、過去のＶＯＰデータのＭＡＣ値である。この過去のＶＯＰデータのＭＡＣ値が、偶然、フレーム２の「現在ＭＡＣ値」と一致する確率はほとんどない（ＭＡＣ値が１６０ビット長であれば、２の１６０乗の組み合わせのうちの１つにしか一致しない）。従って、第２実施形態の動画像伸張装置３０’のＭＡＣ値比較器３４’において、フレーム３のＶＯＰデータは置き換えられたものであり、改ざんされたものと判断することが可能である。
【００４０】
次に、動画像圧縮装置１０’において、インターフェース部１７を用いて、ＭＡＣ値ｄ１１が挿入された圧縮データを伝送路ｄを介して、動画像伸張装置３０’に伝送する（ステップＳ１４）。
動画像伸張装置３０’は、動画像圧縮装置１０’から伝送路ｄを介しインターフェース部３１を用いて、現在ＭＡＣ値と直前ＭＡＣ値が挿入された圧縮データを受信する。動画像伸張装置３０’において、制御部３６’の制御により、ヘッダ検出器３５は、伝送路ｄから入力されたＭＡＣ値付き圧縮データからＶＯＨやＶＯＰヘッダなどを検索する。このヘッダ検索により、ＶＯＨなどのヘッダが検出された情報を制御部３６’に出力することで、ＭＡＣ値付き圧縮データのどこにヘッダがあるかを制御部３６’は把握する。
【００４１】
メッセージ認証コード処理部３２は、伝送路ｄから入力されたＭＡＣ値付き圧縮データとメモリ部３３からの鍵データから、データ改ざんをチェックするためのＭＡＣ値ｄ１２を算出する（ステップＳ１５）。メッセージ認証コード処理部３２は、算出したＭＡＣ値ｄ１２をメモリ部４０に格納する。ＭＡＣ値ｄ１２の計算対象となる圧縮データの範囲は、制御部３６’からの制御信号により決定される。このメッセージ認証コード処理部３２の動作は、動画像圧縮装置１０’に内蔵したメッセージ認証コード処理部１３と同じである。また、メモリ部３３からの鍵データは、動画像圧縮装置１０’のメモリ部１４の鍵データと同値のデータである。従って、受信したＭＡＣ値付き圧縮データが、送信側の動画像圧縮装置１０’でＭＡＣ値ｄ１１を計算したときの圧縮データと同じであれば、受信したＭＡＣ値付き圧縮データに含まれるＭＡＣ値ｄ１１は、算出したＭＡＣ値ｄ１２と同じになる。この現在ＭＡＣ値および直前ＭＡＣ値の同一性を検証することにより、圧縮データが動画像圧縮装置１０’で生成したデータと同じであるか判断することができる。
【００４２】
ＭＡＣ値比較器３４’は、メッセージ認証コード処理部３２が算出したＭＡＣ値ｄ１２を取り込む。また、ＭＡＣ値付き圧縮データを取り込み、動画像圧縮装置１０’で埋め込んだ現在ＭＡＣ値と直前ＭＡＣ値を抽出する（ステップＳ１６’）。現在ＭＡＣ値と直前ＭＡＣ値とを抽出するタイミングは、制御部３６’から制御信号を出力し、現在ＭＡＣ値と直前ＭＡＣ値の位置を指示する。また、制御部３６’は、メモリ部４０から算出された直前ＭＡＣ値を読み出してＭＡＣ値比較器３４’に供給する（ステップＳ１７）。
【００４３】
ＭＡＣ値比較器３４’は、メッセージ認証コード処理部３２から供給された算出された現在ＭＡＣ値ｄ１２と現在フレームの圧縮データから抽出された現在ＭＡＣ値ｄ１１を比較する（ステップＳ１８）。さらに、ＭＡＣ値比較器３４’は、メモリ部４０から読み出した直前ＭＡＣ値と現在フレームの圧縮データから抽出された直前ＭＡＣ値を比較する（ステップＳ１９）。
【００４４】
そして、ＭＡＣ値比較器３４’は、両者とも同一であれば改ざんがなかったと判断し、一方でも不一致であれば、圧縮データは改ざんされたものと判断する（ステップＳ２０）。（なお、ここで、現在ＭＡＣ値が同一で直前ＭＡＣ値が不一致の場合だけ、改ざんがあったとみなし、現在ＭＡＣ値も直前ＭＡＣ値も不一致の場合は、ノイズが原因であり改ざんではないと判断することも可能である。）ＭＡＣ値比較器３４’は、判断結果を圧縮データ切り換え信号として制御部３６’及びスイッチ部３７に出力する。
【００４５】
スイッチ部３７及び制御部３６’は、圧縮データ切り換え信号が同一であり改ざんがないと示していれば、ＭＡＣ値付き圧縮データを後段の伸張処理部３８に供給する。伸張処理部３８は、入力された圧縮データをＭＰＥＧ−４方式で伸張し、動画像データとしてモニタ装置３９や外部のデータベース装置５１へ出力する。圧縮データに含まれたＭＡＣ値は伸張処理の対象から除外する必要があるため、制御部３６’から伸張処理の対象範囲を制御する信号を出力する。
【００４６】
スイッチ部３７及び制御部３６’は、圧縮データ切り換え信号がＭＡＣ値ｄ１１とＭＡＣ値ｄ１２が同一でなく改ざんされたと示している場合、図１３に示すように、ＭＡＣ値付き圧縮データを後段の伸張処理部３８に供給せずに改ざんがあったＶＯＰデータを全て破棄する（ステップＳ２１）。一度ＶＯＰデータを破棄すると、その後に位置するＰ−ＶＯＰは破棄したＶＯＰデータとの差分値がとれなくなり正常な伸張処理が行えない。従って、受信装置の伸張処理は、次のＩ−ＶＯＰのＶＯＰヘッダが検出できるまで、到着したＶＯＰデータを全て破棄する。これは破棄したＶＯＰデータの直後にＩ−ＶＯＰが到着すれば、即座に伸張処理を実行でき、復号画像の動画性が失われることがほとんど無いとも言える。
【００４７】
また、制御部３６’は、圧縮データ切り換え信号によりＭＡＣ値の不一致を検出すると、次のＶＯＨが圧縮データから検出されるまで、処理の対象としないよう伸張処理部３８を制御する。
また、制御部３６’は、インターフェース部４２を介して、圧縮データの改ざんがあったことを監視センター５２に通知することもよい。また、動画像伸張装置３０’の制御部３６’は、インターフェース部３１を介して、圧縮データを再送するべく、動画像圧縮装置１０’にリクエストすることもよい。また、制御部３６’は、この改ざんがあったとする判断を外部のデータベース装置５１に出力することもよい。
【００４８】
これにより、カメラ１１で撮像され圧縮されたフレーム圧縮画像信号が改ざんされたかどうかが判断され、判断結果に応じて、フレーム圧縮画像信号の伸張処理は中止され、判断結果が監視センター等に警告される。
上述したように、第２実施形態によれば、一つのフレームの圧縮データ内に、現在フレームの圧縮データを対象とした現在ＭＡＣ値及び直前フレームの圧縮データを対象とした直前ＭＡＣ値を埋め込んでいるので、悪意のある第三者が一つのフレームを自分が保有しているフレームに差し換えた場合、現在ＭＡＣ値は一致しても直前ＭＡＣ値は一致しないため、圧縮データの改ざんが発覚する。従って、第１実施形態では防げなかったデータ改ざんにも対応することができる一層高いセキュリティを可能とするものである。
【００４９】
なお、上述した第２実施形態では、一つのフレームの圧縮データ内に、現在フレームの圧縮データを対象とした現在ＭＡＣ値及び直前フレームの圧縮データを対象とした直前ＭＡＣ値を埋め込んで、これについてそれぞれ比較処理を行っているが、現在ＭＡＣ値は埋め込み処理・比較処理を行わずに、直前ＭＡＣ値のみにつき現在フレームの圧縮データに埋め込み処理を行い、その後比較処理を行うことでも、ほぼ同等の効果を得ることができる。この場合、現在ＭＡＣ値は、直後のフレームの圧縮データに埋められているので、そのＭＡＣ値を使用して改ざんをチェックする。なお、インターフェース部３１とインターフェース部４２は、物理的に同一であってもよい。
【００５０】
（第３実施形態）
第３実施形態は、フレーム圧縮画像信号のうち特にＩピクチャに注目し、Ｉピクチャのフレームだけに関して、ＩピクチャのフレームのＭＡＣ値及びＩピクチャのフレームの直前フレームのＭＡＣ値をＩピクチャのフレームに挿入し、伝送後に挿入したＭＡＣ値と算出したＭＡＣ値を比較することで改ざんを検出する場合を特定している。Ｉピクチャを差し替えることなく改ざんはできないため、Ｉピクチャのフレームのみに注目して改ざんを監視することで、第２実施形態と同等の効果を得ることができる。これにより、第２実施形態と比較すると、ＭＡＣ値の生成処理及び比較処理の負担はかなり軽減されることになる。
【００５１】
図１４は、本発明に係る第３実施形態の動画像圧縮装置の構成の一例を示す構成図、図１５は、第３の動画像伸張装置の構成の一例を示す構成図である。
すなわち、図１４に示す第３実施形態に係る動画像圧縮装置１０”は、図８に示す第２実施形態に係る動画像圧縮装置１０’と基本的にほぼ同一の構成をもつが、Ｉ画像検出部２０を圧縮処理部１２の後段に設けたことが相違点である。さらに、図１４に示す第３実施形態に係る動画像伸張装置３０’は、図１５に示す第２実施形態に係る動画像伸張装置３０’と基本的にほぼ同一の構成をもつが、Ｉ画像検出部４１をインターフェース部３１の後段に設けたことが相違点である。
【００５２】
第３実施形態の処理について、第２実施形態と異なる点だけを以下に説明する。動画像圧縮装置１０’において、Ｉ画像検出部２０は、圧縮処理部１２のフレーム圧縮画像信号からＩピクチャのみを検出して、制御部１５’に知らせる。制御部１５’は、Ｉピクチャのタイミングをメッセージ認証コード処理部１３に知らせる。メッセージ認証コード処理部１３は、全てのフレーム圧縮画像信号のＭＡＣ値を算出するのではなく、ＩピクチャのフレームとＩピクチャのフレームの直前のフレームだけに関して、ＭＡＣ値を算出する（ステップＳ１１’）。ここで、Ｉピクチャのフレームの直前のフレームのＭＡＣ値を確実に算出するためには、メッセージ認証コード処理部１３内にバッファを設けることが好適である。
【００５３】
同様に、制御部１５’、多重器１６、メモリ部１８、多重器１９は、全てのフレーム圧縮画像信号を対象とするのではなく、Ｉピクチャのフレーム圧縮画像信号だけを対象として、現在ＭＡＣ値と直前ＭＡＣ値を埋め込む（ステップＳ１２”）。図１１を参照すれば、フレーム１について埋め込み処理を行い、フレーム２およびフレーム３の埋め込み処理は行わない。これにより、動画像圧縮装置１０’のＭＡＣ値の生成処理・埋め込み処理の負担は非常に軽減される。
【００５４】
また、動画像伸張装置３０’においても、Ｉ画像検出部４１は、インターフェース部３１からのフレーム圧縮画像信号からＩピクチャのみを検出して、制御部３６’に知らせる。制御部３６’は、Ｉピクチャのタイミングをメッセージ認証コード処理部３２およびＭＡＣ値比較器３４’に知らせる。メッセージ認証コード処理部３２は、全てのフレーム圧縮画像信号のＭＡＣ値を算出するのではなく、ＩピクチャのフレームとＩピクチャのフレームの直前のフレームだけに関して、ＭＡＣ値を算出する（ステップＳ１５’）。ここで、Ｉピクチャのフレームの直前のフレームのＭＡＣ値を確実に算出するためには、メッセージ認証コード処理部３２内にバッファを設けることが好適である。
【００５５】
同様に、ＭＡＣ値比較器３４’は、Ｉピクチャのフレームだけに関して、現在ＭＡＣ値と直前ＭＡＣ値を抽出する（ステップＳ１６”）。そして、ＭＡＣ値比較器３４’は、算出した現在ＭＡＣ値と抽出した現在ＭＡＣ値を比較する（ステップＳ１８）。さらに、ＭＡＣ値比較器３４’は、Ｉピクチャのフレームに関して、算出した直前ＭＡＣ値と抽出した直前ＭＡＣ値を比較する（ステップＳ１９）。これにより、動画像伸張装置３０’のＭＡＣ値の比較処理の負担は非常に軽減されるとともに、第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５６】
なお、ステップＳ２０’において、現在ＭＡＣ値が同一で直前ＭＡＣ値が不一致の場合だけ、改ざんがあったとみなし、現在ＭＡＣ値も直前ＭＡＣ値も不一致の場合は、ノイズが原因であり改ざんではないと判断する。しかし、ＭＡＣ値比較器３４’は、両者とも同一であれば改ざんがなかったと判断し、一方でも不一致であれば、圧縮データは改ざんされたものと判断することも可能である。
【００５７】
上述したように、第３実施形態では、第三者によるフレーム圧縮画像信号の改ざんはＩピクチャを中心に行われることを注目し、全てのフレームについて現在ＭＡＣ値と直前ＭＡＣ値の埋め込み・比較処理を行うのではなく、Ｉピクチャのフレームについてのみ埋め込み処理・比較処理を行うことで、埋め込み処理・比較処理の負担を非常に軽減することが可能となる。
【００５８】
以上記載した様々な実施形態により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る第１の動画像圧縮装置の構成の一例を示す構成図。
【図２】本発明に係る第１の動画像伸張装置の構成の一例を示す構成図。
【図３】本発明に係る動画像圧縮装置が有するメッセージ認証コード処理部の構成の一例を示す構成図。
【図４】本発明に係る動画像圧縮装置が有するメッセージ認証コード処理部の構成の他の一例を示す構成図。
【図５】本発明に係る動画像圧縮装置及び動画像伸張装置が適用される監視カメラネットワークシステムの構成の一例を示す説明図。
【図６】本発明に係る動画像送信システムのデータ処理の一例を示すフローチャート。
【図７】本発明に係る動画像圧縮装置のＭＡＣ値の挿入の一例を示す説明図。
【図８】本発明に係る第２の動画像圧縮装置の構成の一例を示す構成図。
【図９】本発明に係る第２の動画像伸張装置の構成の一例を示す構成図。
【図１０】本発明に係る動画像送信システムのデータ処理の一例を示すフローチャート。
【図１１】本発明に係る動画像圧縮装置のＭＡＣ値の挿入の一例を示す説明図。
【図１２】本発明に係る動画像圧縮装置が検出する改ざんの一例を示す説明図。
【図１３】本発明に係る動画像圧縮装置の改ざん検出時の破棄を示す説明図。
【図１４】本発明に係る第３の動画像圧縮装置の構成の一例を示す構成図。
【図１５】本発明に係る第３の動画像伸張装置の構成の一例を示す構成図。
【図１６】本発明に係る動画像送信システムの他のデータ処理の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６０】
１０…動画像圧縮装置、１１…カメラ、１２…圧縮処理部、１３…メッセージ認証コード処理部、１４…メモリ部、１５…制御部、１６…多重器、１７…インターフェース部、ｄ…伝送路、３０…動画像伸張装置、３１…インターフェース部、３２…メッセージ認証コード処理部、３３…メモリ部、３４…ＭＡＣ値比較器、３５…ヘッダ検出器、３６…制御部、３７…スイッチ部、３８…伸張処理部、３９…モニタ装置、４０…メモリ部、４１…Ｉ画像検出部、４２…インターフェース部、５１…データベース装置、５２…監視センター。
【図１】
2010068318.tif 000003
【図２】
2010068318.tif 000004
【図３】
2010068318.tif 000005
【図４】
2010068318.tif 000006
【図５】
2010068318.tif 000007
【図６】
2010068318.tif 000008
【図７】
2010068318.tif 000009
【図８】
2010068318.tif 000010
【図９】
2010068318.tif 000011
【図１０】
2010068318.tif 000012
【図１１】
2010068318.tif 000013
【図１２】
2010068318.tif 000014
【図１３】
2010068318.tif 000015
【図１４】
2010068318.tif 000016
【図１５】
2010068318.tif 000017
【図１６】
2010068318.tif 000018