(57)【要約】【課題】ビットレートの高い映像をネットワークで送信する際に、暗号化によるデータ量の増加を抑えながら、安全にデータを送信できる機構を提供する。【解決手段】映像送信装置は、入力した原画像から縮小画像を生成する縮小画作成手段（１０３）と、縮小画像を暗号化し、暗号化データを生成する暗号化手段（１１１）と、原画像と縮小画像の画像の差分データを求める差分手段（１０５）と、差分データを圧縮し、圧縮データを生成する画像圧縮手段（１０６）と、暗号化データおよび圧縮データを外部に送信する送信手段（１１３）とを備える。【選択図】図１
2010021931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した原画像から縮小画像を生成する縮小画作成手段と、
前記縮小画像を暗号化し、暗号化データを生成する暗号化手段と、
前記原画像と前記縮小画像の画像の差分データを求める差分手段と、
前記差分データを圧縮し、圧縮データを生成する画像圧縮手段と、
前記暗号化データおよび前記圧縮データを外部に送信する送信手段と
を備えたことを特徴とする映像送信装置。
【請求項２】
原画像から作成した縮小画像を暗号化して得られる暗号化データと、原画像と縮小画像の差分データを圧縮して得られる圧縮データとを受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した圧縮データを復号し、差分データを得る第１の復号手段と、
前記受信手段で受信した暗号化データを復号し、縮小画像を得る第２の復号手段と、
前記第１の復号手段で得られた差分データと、前記第２の復号手段で得られた縮小画像から原画像と同一のサイズの画像を生成する画像合成手段と
を備えたことを特徴とする映像受信装置。
【請求項３】
映像送信装置の制御手段を制御するためのプログラムであって、
前記制御手段に、
入力した原画像から、縮小画像を生成し、第１の記憶手段に格納するステップと、
前記記憶手段から縮小画像を読み出して暗号化し、暗号化データを生成して第２の記憶手段に格納するステップと、
前記原画像と前記縮小画像の画像の差分データを求めるステップと、
前記差分データを圧縮し、圧縮データを生成し、第３の記憶手段に格納するステップと、
前記第２の記憶手段に格納された暗号化データおよび前記第３の記憶手段に格納された圧縮データを外部に送信するステップと
を実行させる、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項４】
映像受信装置の制御手段を制御するためのプログラムであって、
前記制御手段に、
原画像から作成した縮小画像を暗号化して得られる暗号化データと、原画像と縮小画像の差分データを圧縮して得られる圧縮データとを受信し、記憶手段に格納するステップと、
前記記憶手段に格納された圧縮データを復号し、差分データを得るステップと、
前記記憶手段で受信した暗号化データを復号し、縮小画像を得るステップと、
前記復号により得られた差分データと、前記復号により得られた縮小画像から原画像と同一のサイズの画像を生成するステップとを
実行させる、
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像を安全かつ高速に送受信する映像送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、映像や音声をディジタル化して伝送・蓄積することが一般的に行われている。映像や音声などの情報は原情報のままでは情報量がきわめて多いため、情報圧縮技術を用いて圧縮（符号化）した後に符号化ビットストリームとして伝送あるいは蓄積される場合が多い。そのように圧縮されて伝送あるいは蓄積された映像情報の再生を正しく行うためには符号化側と再生側が共通の画像符号化方式を採用する必要がある。このため、画像符号化方式の国際標準としてMotion-JPEG2000、MPEGなどの方式が既に定められている。
【０００３】
近年ネットワークの発達により、以前は時間がかかって伝送できなかったビットレートの高い映像コンテンツをネットワークで送信することができるようになってきている。これにより未公開の映像や編集前の映像、撮影したばかりの映像など秘匿性の高い映像もネットワークで伝送する機会が増えつつある。この秘匿性の高い映像がネットワーク上で盗聴されることは制作者にとって重大な損失につながる。
【０００４】
盗聴を防ぐための方法として専用回線を設置することが考えられるが、専用回線は導入コスト及びランニングコストが高価であるため、公衆回線をあたかも専用回線であるかのように利用できるサービスであるＶＰＮ（Virtual Private Network）が利用されることがある。ＶＰＮは、インターネットで暗号通信を行なうための規格であるIPsec（Security Architecture for Internet Protocol）などを使用して通信内容を暗号化し、通信データの改竄・盗聴を抑えながら通信を行うための技術である。
【０００５】
ＶＰＮのようにネットワークに流れるデータすべてに暗号化をかける方式ではなく、映像に特化した暗号化の方式として、特許文献１に開示の方式がある。特許文献１は、対象画像をMPEG４のContent-based codingによって物体ごとに独立に符号化し、画像内の特定の物体に関する符号化ビットストリームに対してのみ暗号化の処理を施し、暗号化されたビットストリームに変換した後に多重化して伝送するという方式を開示している。これにより、重要な箇所のみに暗号化をかけることが可能になっている。
【特許文献１】特開平１０−１１２８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、暗号を解くための鍵を持たない受信者に伝送された画像の一部を再生することを可能とすることで、限定された情報を得ることができるようにする発明に関する。よって、特許文献１の発明は、不特定多数の受信者にデータを送信する場合には適しているが、特定の受信者に安全かつ高速にデータを送信する場合には向いていない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ビットレートの高い映像をネットワークで送信する際に、暗号化によるデータ量の増加を抑えながら、安全にデータを送信する機構を提供することにある。 
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る映像送信装置は、入力した原画像から縮小画像を生成する縮小画作成手段と、縮小画像を暗号化し、暗号化データを生成する暗号化手段と、原画像と前記縮小画像の画像の差分データを求める差分手段と、差分データを圧縮し、圧縮データを生成する画像圧縮手段と、暗号化データおよび圧縮データを外部に送信する送信手段とを備える。
【０００９】
本発明に係る映像受信装置は、原画像から作成した縮小画像を暗号化して得られる暗号化データと、原画像と縮小画像の差分データを圧縮して得られる圧縮データとを受信する受信手段と、受信手段で受信した圧縮データを復号し、差分データを得る第１の復号手段と、受信手段で受信した暗号化データを復号し、縮小画像を得る第２の復号手段と、第１の復号手段で得られた差分データと、第２の復号手段で得られた縮小画像から原画像と同一のサイズの画像を生成する画像合成手段とを備える。
【００１０】
本発明に係る第１のプログラムは、映像送信装置の制御手段を制御するためのプログラムであって、制御手段に以下のステップを実行させる。
・入力した原画像から、縮小画像を生成し、第１の記憶手段に格納するステップと、
・記憶手段から縮小画像を読み出して暗号化し、暗号化データを生成して第２の記憶手段に格納するステップと、
・原画像と前記縮小画像の画像の差分データを求めるステップと、
・差分データを圧縮し、圧縮データを生成し、第３の記憶手段に格納するステップと、
・第２の記憶手段に格納された暗号化データおよび第３の記憶手段に格納された圧縮データを外部に送信するステップ。
【００１１】
本発明に係る第２のプログラムは、映像受信装置の制御手段を制御するためのプログラムであって、制御手段に以下のステップを実行させる。
・原画像から作成した縮小画像を暗号化して得られる暗号化データと、原画像と縮小画像の差分データを圧縮して得られる圧縮データとを受信し、記憶手段に格納するステップと、
・記憶手段に格納された圧縮データを復号し、差分データを得るステップと、
・記憶手段で受信した暗号化データを復号し、縮小画像を得るステップと、
・復号により得られた差分データと、前記復号により得られた縮小画像から原画像と同一のサイズの画像を生成するステップ。
【発明の効果】
【００１２】
画像を縮小画と差分データに分離し、縮小画のみを暗号化するため、全領域を暗号化する場合に比べて、暗号化の処理量を減らすことができるとともに、圧縮および暗号後のデータ量を抑えることができる。これにより映像データの送信を安全かつ高速に行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付の図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
（映像圧縮暗号化装置）
図１に、本発明の映像送信装置の一実施の形態である映像圧縮暗号化装置の構成を示す。以下の説明では、６４０×４８０画素の画像を圧縮、暗号化する場合の例を用いながら説明する。また、以下に説明する映像圧縮暗号化装置の機能はＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより、すなわちソフトウェアにより実現できる。またはハードウェアによっても実現できる。
【００１５】
ブロック分割部１０１は、入力した画像の全領域を所定のサイズのブロックに分割する。本実施形態では、図２に示すような、６４０×４８０画素の全領域を８画素×８ラインのブロックに分割する。すなわち、６４０×４８０画素の映像１フレームは４，８００（＝８０×６０）ブロックに分割される。
【００１６】
平均計算部１０２は、ブロック分割部１０１で分割したブロックの各要素の平均値を計算する。例えば、図２に示す８画素×８ラインの１つのブロックが、図３に示すブロック３０１であるとする。この場合、ブロック３０１の画素値の平均値は（１０+１５+２０+３０＋．．．）÷６４＝２５である。
【００１７】
縮小画作成部１０３は、平均計算部１０２で求めた１ブロックにおける画素値の平均値を縮小画像メモリ１０４に蓄積するとともに、縮小画像を作成する。各ブロックあたり１つの代表値（平均値）を縮小画像メモリ１０４に蓄積する。これにより、６４０×４８０画素の画像に対して、８０×６０画素の縮小画像が作成される。前述のように、ブロック３０１の画素値の平均値は２５であるため、第１画素から第８画素、及び第１ラインから第８ラインからなるブロックの画素値の代表値は２５になる。これは縮小画像の（１，１）座標の値となる。
【００１８】
差分計算部１０５は、ブロック領域の各画素の値から平均計算部１０２で求めた平均値を減算する。図３の例の場合、ブロック３０１の平均値が２５であるため、ブロック３０１の各画素の値から平均値（２５）を減算することで、次のブロック３０２を導出する。
【００１９】
映像圧縮部１０６は、DCT部１０７、量子化部１０８、VLC符号化部１０９により構成される。DCT（Discrete Cosine Transform  離散コサイン変換）部は、８×８のブロックに対して、２次元ＤＣＴを行い、８×８の周波数成分を求める。この変換後の値をＤＣＴ係数と呼ぶ。図３の例では、ブロック３０２に対して２次元ＤＣＴを行い、ブロック３０３を導出する。２次元ＤＣＴを施した後の（１，１）座標の値をＤＣ （Direct  Current、直流）成分と呼ぶ。ＤＣ成分とは、８×８ブロックの圧縮前の画素値の平均値の８倍に相当する値を保持する成分である。差分計算部１０５において、ブロック３０２の平均値が０になるように調整しているので、DCT部１０７で求められるＤＣ成分は必ず０になる。なお、本実施形態では、ＤＣＴをする前に平均値を求める例を示したが、ＤＣＴを施した後のＤＣ成分を８分の１にした値をブロックの代表値にするとともに、ＤＣ成分を０クリアしてブロック３０３を求めても良い。
【００２０】
量子化部１０８は、ＤＣＴ係数をそれぞれ量子化する。量子化とは、値の精度を落としてより粗い区間に分け直す処理である。本実施形態では各画素の値を５で割ることによりブロック３０３を量子化している。図３に示すように、ブロック３０３を量子化することでブロック３０４が導出される。
【００２１】
VLC（Variable Length Code  可変長符号化）符号化部１０９は、量子化部１０８により量子化したＤＣＴ係数をランレングス符号化により符号化する。図３に示すように、ブロック３０４をＶＬＣにより符号化することによりビット列３０５が導出される。このように映像圧縮部１０６のDCT部１０７、量子化部１０８、VLC符号化部１０９を経由することで圧縮された画像データは、圧縮画像メモリ１１０に蓄積される。
【００２２】
暗号化部１１１は、縮小画作成部１０３にて作成した縮小画像を、事前に受信機器との間にて交換しておいた秘密鍵を用いて暗号化し、暗号化画像メモリ１１２に蓄積する。
【００２３】
送信部１１３は、まず暗号化画像メモリ１１２と圧縮画像メモリ１１０のそれぞれから、蓄積されている画像データのサイズを取得し、それを送信する。次に、暗号化画像メモリ１１２に蓄積されている画像データを送信し、その後、圧縮画像メモリ１１０に蓄積されている画像データを送信する。
【００２４】
以上の処理を送信したいフレーム数分繰り返すことにより、縮小画像のみを暗号化し、差分データを暗号化せずに、映像を送信する仕組みが構築できる。これにより、送信データ量の増加を抑えながら、盗聴されてもデータを復元できない仕組みを提供することが出来る。
【００２５】
なお、本実施形態では、縮小画像をそのまま暗号化する例を示したが、縮小画像を、ブロック分割部１０１や映像圧縮部１０６を通して事前に圧縮した後で、暗号化してもよい。
【００２６】
（映像復号化装置）
次に、上記の映像圧縮暗号化装置１０から送信されたデータを受信、復号する映像復号化装置（本発明の映像受信装置の一実施形態）を説明する。図４に映像復号化装置の構成を示す。なお、以下に説明する映像復号化装置の機能は、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより、すなわちソフトウェアにより実現できる。またはハードウェアによっても実現できる。
【００２７】
受信部４０１は、映像圧縮暗号化装置１０の送信部１１３から送信されたデータを受信し、まず縮小画像と圧縮画像のサイズを取得する。次にそのサイズをもとに、受信データから縮小画像の暗号化データと圧縮データを取得し、それぞれ暗号化画像メモリ４０２と圧縮画像メモリ４０５に蓄積する。
【００２８】
復号化部４０３は暗号化画像メモリ４０２に蓄積されている縮小画像を送信機器との間にて事前に交換しておいた秘密鍵を用いて復号し、非圧縮の縮小画像を作成後、その縮小画像を縮小画像メモリ４０４に蓄積する。
【００２９】
映像復号部４０６は、VLC復号化部４０７、逆量子化部４０８、逆DCT部４０９により構成される。
【００３０】
VLC復号化部４０７は受信部４０１で受信したデータから、８×８の量子化済みＤＣ係数に復号する。圧縮画像メモリ４０５に蓄積されているデータから１ブロックに対応するデータであるビット列３０５を抜き出し、ＶＬＣにて復号することによりブロック３０４を作成する（図５参照）。
【００３１】
逆量子化部４０８は、ＶＬＣで復号化したブロックを逆量子化する。逆量子化とは、量子化部１０８で行うＤＣＴ処理の逆の処理であり、本実施形態では各ＤＣＴ係数に５をかけることにより元のスケールに戻す。図５に示すように、VLC復号部４０７で復号されたブロック３０４に５を乗じて逆量子化することで、ブロック５０１が導出される。
【００３２】
逆DCT（Inverse DCT 逆DCT）部４０９では、逆量子化部４０８で逆量子化したブロックを逆ＤＣＴする。逆ＤＣＴとは、ＤＣＴと逆の処理で、ＤＣＴ係数より画素データを計算する処理である。図５に示すように、逆量子化部４０８で逆量子化されたブロック５０１に、逆ＤＣＴを施すことによりブロック５０２が導出される。
【００３３】
画像合成部４１０は、逆DCT部４０９で求めた領域ブロックに代表値を加算する。代表値は、縮小画像メモリ４０４に格納されている縮小画像において、そのブロックに相当する画素の画素値である。ブロック５０２は第１画素から第８画素、及び第１ラインから第８ラインに相当するブロックであるので、ブロック５０２の代表値は縮小画像の（１，１）座標の画素である。縮小画像の（１，１）座標の画素値は２５であるので、逆DCTにより求めたブロック５０２の各要素の値に２５を加算し、ブロック５０３を導出する（図５参照）。
【００３４】
ブロック合成部４１１は８×８の画素（ブロック）を４，８００（＝８０×６０）個集めて１つの非圧縮画を作成する処理である。これにより最終的に、送信されたデータから６４０×４８０の画像が復号される。 
【００３５】
なお、本実施形態では、画像合成部４１０は逆DCT処理が終了した後に行ったが、逆DCT処理前のブロック５０１のＤＣ成分を代表値２００（＝２５×８）に変更したのち、逆DCT処理を行っても同じ結果を得ることが出来る。
【００３６】
また、本実施形態のブロックサイズは８×８としたが、４×４など別のサイズでも良い。また、本実施形態ではブロックサイズと平均値を求める範囲ともに８×８と一致させたが、平均値を求める範囲を１６×１６のようにブロックのサイズと異なるものを採用しても良い。
【００３７】
また、本実施形態の映像圧縮部１０６ではDCT、量子化、VLCを行うことを前提に説明したが、別の圧縮の方式にも適用できる。また、本実施形態の暗号化の方式として秘密鍵方式を採用したが、公開鍵方式など別の暗号化方式にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、映像を安全かつ高速に送受信する映像送受信装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態における映像圧縮暗号化装置のブロック図
【図２】ブロック抜き出しの例を示す図
【図３】データが圧縮される過程を示す図
【図４】本発明の実施の形態における映像復号化装置のブロック図
【図５】データが復号される過程を示す図
【符号の説明】
【００４０】
１０    映像圧縮暗号化装置（映像送信装置）
４０    映像復号装置（映像受信装置）
１０１  ブロック分割部
１０２  平均計算部
１０３  縮小画像作成部
１０４  縮小画像メモリ
１０５  差分計算部
１０６  映像圧縮部
１０７  DCT部
１０８  量子化部
１０９  VLC多重部
１１０  圧縮画像メモリ
１１１  暗号化部
１１２  暗号化画像メモリ
１１３  読み出し部
１１４  送信部
３０１  ８×８の原画像データ
３０２  ８×８の差分データ
３０３  DCT係数
３０４  量子化データ
３０５  圧縮後のビット列
４０１  受信部
４０２  暗号化画像メモリ
４０３  復号化部
４０４  縮小画像メモリ
４０５  圧縮画像メモリ
４０６  映像復号部
４０７  VLC復号化部
４０８  逆量子化部
４０９  逆DCT部
４１０  画像合成部
４１１  ブロック合成部
【図１】
2010021931.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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