(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原画像情報に対して画像内の物体ごとに独立に符号化処理を行い、特定の１個または複数の物体に関する符号化ビットストリームのみに暗号化の処理を加えた後に全物体に関する符号化ビットストリームを多重化して出力し、上記符号化ビットストリームに暗号化の処理を加える物体の数の上限が上記画像内の物体の数より少なく規定されていることを特徴とする画像情報の伝送または記録方法。
【請求項２】
請求項１の方法に従って出力された画像情報を受信または読み出して再生する際に、暗号化されていない符号化ビットストリームは正しく再生するが、暗号化された符号化ビットストリームは暗号を解く鍵がないと正しく再生することができないことを特徴とする画像再生方法。
【請求項３】
原画像情報に対して画像内の物体ごとに独立に符号化処理を行う手段と、情報に対して暗号化処理を行う手段を持ち、上記符号化手段によって符号化された情報の中で特定の１個または複数の物体に関する符号化ビットストリームのみに暗号化の処理を加えた後に全物体に関する符号化ビットストリームを多重化して出力し、上記符号化ビットストリームに暗号化の処理を加える物体の数の上限が上記画像内の物体の数より少なく規定されていることを特徴とする画像情報の伝送または記録装置。
【請求項４】
請求項１の方法に従って出力された画像情報を受信または読み出して再生する手段と、暗号化された情報を暗号を解く鍵を用いて再生する手段を持ち、暗号化されていない符号化ビットストリームに対応する物体は正しく再生するが、暗号化された符号化ビットストリームに対応する物体は鍵がないと正しく再生することができないことを特徴とする画像再生装置。
【請求項５】
物体の符号化ビットストリームに暗号化の処理を加える際に、暗号化の対象となる物体を切り換えられることを特徴とする請求項３に記載の画像情報の伝送または記録装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像情報の伝送または記録方法にしたがって出力された情報に対し、暗号解除の処理を加える符号化ビットストリームを切り換えることによって暗号化された符号化ビットストリームに対応する物体を正しく再生することができることを特徴とする請求項４に記載の画像再生装置。
【請求項７】
請求項３または５に記載の画像情報の伝送または記録装置と、請求項４または６に記載の画像再生装置によって構成される画像システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像通信・放送・データベースシステムにおける画像情報の伝送・記録および再生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子デバイス技術の進歩などにより、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るようになりつつある。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。このとき、画像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Ｈ．２６１、ＭＰＥＧ１、ＭＰＥＧ２などの方式が既に定められている。
【０００３】
現在標準化作業が進められている画像符号化方式の一つにＭＰＥＧ４がある。この方式では、これまでの標準符号化方式にはなかった新しい機能を盛り込むことが検討されている。その一つにContent-based codingがある。これは、画像内の物体を独立に符号化することによって、画像の編集・合成などの処理を行いやすくすることを目的とした技術である。図１と２にContent-based codingの処理を行う端末の例を示す。共通の番号で示される部分は同じものを指す。まず、図１の送信・記録用端末１０１では、入力の原画像信号１０２に対して領域分割部１０３で領域分割の処理を行う。例えば入力として人物２名と背景が写った画像が与えられたとして、領域分割部では背景が写った部分の信号１０４および２人の人物それぞれが写った部分の信号１０５、１０６の３個の信号に画像が分けられる。なお、１枚の入力画像に対して領域分割を行うのではなく、複数の画像から必要な部分を別々に取り込む方法もある。この領域分割された信号に対して、符号化部１０７、１０８、１０９でそれぞれ符号化の処理が行われ、符号化ビットストリーム１１０、１１１、１１２が出力される。もちろんこの処理に関しては、複数の符号化処理部を持つ代わりに１個の符号化処理部が別々に３個の部分を符号化しても良い（この場合、符号化処理部は３回符号化処理を行うことになる）。符号化されたビットストリームは多重化部１１３で多重化され、一つの符号化ビットストリーム１１４として通信路または蓄積装置へと出力される。
【０００４】
図２の受信・読み出し端末２０１では、通信路から受信または蓄積装置から読み出された符号化ビットストリーム１１４を、データ分割部２０２で各部分の符号化ビットストリーム１１０、１１１、１１２にデータ分割する。これらのビットストリームは復号化部２０３、２０４、２０５でそれぞれ復号化され、各部分を表す画像信号１０４、１０５、１０６を得る。これらの画像信号は画像信号合成部２０６で再び１枚の画像として合成され、再生画像信号２０７が出力される。
【０００５】
図１と２では、送信・記録側で入力された画像信号をそのまま受信・読み出し側で再生する例を取り上げたが、Content-based codingは本来このような使い方をすることを目的として考案されたものではない。Content-based codingでは画像内の物体が別々に符号化されているため、特定の物体を削除・追加したり拡大・縮小・変形したりする編集処理を符号化ビットストリームを対象に行うことができる。これに対して従来の符号化方式であるＨ．２６１、ＭＰＥＧ１、ＭＰＥＧ２では、画像内の小ブロックを単位として符号化が行われており、一般的にこの小ブロックの境界線は画像内の物体の輪郭とは一致していない。このため、上記の編集処理を行うためには符号化された画像情報を一旦アナログ信号に復号化しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
符号化された画像情報を暗号化してしまうと、暗号を解くのための鍵がない限り画像の全範囲を見ることができなくなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
Content-based codingによって画像を符号化し、特定の物体に関する情報のみに対して暗号化の処理を行う。この方法によって符号化された情報を再生する際には、暗号解読のための鍵がない場合でも画像の一部は見ることが可能となる。また、暗号化の処理を加える物体を切り換えることにより、処理量（＝端末の複雑さ）を増やすことなく効果的に暗号化の処理を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
アナログテレビ放送やCATVなどの有料放送では、テレビ信号を暗号化する際にラインローテーションと呼ばれる方式が良く利用されている。これは、画像信号を同一ライン（走査線）内でスクランブルする（信号の順番を入れ替えて内容をわからなくする）手法である。料金を支払っている利用者（加入者）は、このスクランブルを解くための鍵を持っているため、正しい画像を再生することが可能である。一方、料金を払っていない受信者（非加入者）は、スクランブルを解くことができないために正しい画像を見ることができない。しかし、スクランブルの激しさに制約を設ければ（例えばスクランブル前とスクランブル後の信号の位置のずれに制約を設ける）、たとえスクランブルがかかっていても、再生された画像からわずかの情報を得ることができる。この「わずかの情報」が、非加入者に加入する意欲を生じさせる効果を持っていると言われている。
【０００９】
一方、ディジタル化した画像情報を暗号化して伝送する場合、符号化されたビットストリームを暗号化して伝送する方法が考えられる。しかしこの場合、通常は暗号を解くための鍵を持たない受信者は受信した符号化ビットストリームに入っている画像情報を全く見ることができない。これは、暗号が解かれていないビットストリームは受信端末の復号化器にとっては全く意味の無い情報となってしまうためである。これを防ぐため、一旦スクランブルをかけた画像信号を符号化して伝送する方法が考えられる。しかし、この方法ではスクランブルをかけた後の画像信号の統計的性質が通常の画像信号から大きく変化してしまうため、符号化における情報圧縮率が低下する問題が発生する。
【００１０】
図３に本発明の方法により符号化および暗号化処理を行う送信・記録装置３０１の例を示す。図１と共通の番号により示される部分は同じものを指している。入力の原画像信号１０２に対して領域分割部１０３で領域分割の処理が行われる。図１の場合と同様に、入力として人物２名と背景が写った画像が与えられたとして、背景１０６および２人の人物それぞれが写った部分１０４、１０５の３個の部分に画像が分割されるとする。この領域分割された信号それぞれに対して、符号化部１０７、１０８、１０９で符号化の処理が行われ、符号化ビットストリーム１１０、１１１、１１２が出力される。符号化ビットストリーム１１０と１１１は図１の場合と同様にそのまま多重化部３０４に供給されるが、人物Ｂに関する情報が入っている符号化ビットストリーム１１２は暗号化部３０２で暗号化鍵３０６を用いて暗号化された後に暗号化ビットストリーム３０３として多重化部に供給される。このとき符号化ビットストリーム１１０、１１１、１１２はそれぞれ自分自身が暗号化されているビットストリームであるかを識別するための情報が組み込まれており、再生の際にはこの情報が活用される。こうして多重化されたビットストリーム３０５は通信路または蓄積装置へと出力される。
【００１１】
図４は図３の装置で送信または記録されたビットストリームに対する受信・読み出し装置４０１の構成例を示している。図１、２、３と共通の番号により示される部分は同じものを指している。多重化ビットストリーム３０５は受信または読み出された後、データ分割部４０２において３個のビットストリーム１１０、１１１、３０３にデータ分割される。それぞれの符号化ビットストリームにはそのビットストリームが暗号化されているか否かを示す識別情報が組み込まれている。そこでこの装置は符号化ビットストリーム１１０と１１１はそのまま復号化部２０３と２０４に供給する一方で、暗号化された符号化ビットストリーム３０３は暗号解除部４０３に供給し、ここで暗号を解くための鍵４０４を利用して暗号を解除する。暗号を解くための鍵４０４と暗号化鍵（図３の３０６）は、採用されている暗号化方式によって同一である場合と異なる場合がある。暗号解除部の出力である符号化ビットストリーム１１２は復号化器２０５に供給される。３個の復号化器の出力である画像信号１０４、１０５、１０６は画像信号合成部２０６において合成され、再生画像信号２０７を得る。
【００１２】
以上は再生側が暗号を解くための鍵情報を持っている場合の処理である。これに対し、再生側がこの鍵を持たない場合には暗号を正しく解くことができない。したがって、図４の人物Ｂに関する画像信号１０６を正しく再生することができなくなる。しかし、背景に関する信号１０４と人物Ａに関する信号１０５は正しく再生することができるため、最終的に得られる出力画像では人物Ｂ以外は正しく再生される。このため、利用者は鍵を持たないにもかかわらず、不完全に再生された画像から限定された情報を得ることが可能となる。
【００１３】
図３と４で説明した送信・記録装置と受信・読み出し装置は、通信・放送システムおよびデータベース（ビデオオンデマンド）システムの構成要素として使用することができる。この場合、暗号を解くための鍵は加入者にのみ配布される。一方、非加入者は放送・伝送または記録されている画像情報に関する限定された情報を得ることができるため、加入するか否かの判断が行いやすくなる。特に番組ごとに料金を支払うペイパービューシステムでは、料金を支払うか否かの判断は頻繁に行われる。したがって、不完全に画像を再生する機能は判断を行う利用者側の負担を軽減する意味でも有効である。
【００１４】
ビデオオンデマンドシステムでは、例えば遠隔地のサーバに記録された情報を有料の公衆網を通じて読み出す場合に利用者は通信費を負担しなければならない。このため、画像をまったく見ることができないにもかかわらず、鍵を持たない利用者がこの情報にわざわざアクセスするとは考えにくい。しかし、本発明で示した方法を利用すれば、鍵を持たない利用者も少なくとも画像の一部を見ることできるため、通信費用を負担してでも暗号化された情報にアクセスする可能性が高くなる。このことは、非加入者に対する宣伝を効果的に行うことにもつながり、加入者を増やす上でも効果的である。
【００１５】
一般に画像に登場する物体は時間と共に変化し、かつその場の状況によって物体ごとの重要性は変化する。したがって、暗号化される物体（例えば特定の登場人物）を固定しておくと暗号化の効果という意味で不十分となる可能性が高い。この問題は暗号化される物体を切り換えることによって対処することができる。しかし、同時に多数の物体を暗号化しようとすると暗号化や暗号解除の処理量が増加し、端末が複雑、高価になってしまう問題が発生する。この問題に対する現実的な対応策として、同時に暗号化される物体の数を制限する方法が考えられる。暗号化や暗号解除の処理をハードウェア的に行う場合には暗号化器、暗号解除器の数を抑えたり、比較的低速な装置でも処理を実現することが可能になる。また、ソフトウェア的にこの処理を行う場合も要求される処理速度を低くすることができるため、より低速なＣＰＵによって処理を実現したり、処理速度に余裕ができた分を他の処理に廻すことが可能となる。
【００１６】
図５に暗号化される物体の数が常に１個以下である画像の伝送または記録装置５０１の構成例を示す。図１〜４と共通の番号により示される部分は同じものを指している。入力の原画像信号１０２に対して領域分割部１０３で領域分割の処理が行われる。図１の場合と同様に、領域分割部の出力１０４、１０５、１０６はそれぞれ領域分割された物体に関する画像信号である。この領域分割された信号それぞれに対して、符号化部１０７、１０８、１０９で符号化の処理が行われ、符号化ビットストリーム１１０、１１１、１１２が出力される。これらの符号化ビットストリームは切り換えスイッチ５０２に入力される。この切り換えスイッチは常に一個以下の物体に関する符号化ビットストリームが暗号化部３０３を通過するように制御される。暗号化部では、暗号化鍵情報３０６により暗号化の処理が行われる。したがって、切り換えスイッチの出力ビットストリーム５０３、５０４、５０５の中で常に一個以下が暗号化されていることになる。この情報はデータ多重化部５０６に供給され、多重化ビットストリーム５０７が通信路または記録装置に出力される。なお、これまでと同様に物体ごとの符号化ビットストリームにはそのビットストリームが暗号されているか否かの識別情報が組み込まれる。また、暗号化する物体の選択を行う処理に関しては、特にリアルタイム性が要求されない場合には視聴者への暗号化の効果を考えながら手動で行う方法が最も効果的であると考えられる。このリアルタイム性が要求されない場合には、画像データベースやビデオオンデマンドシステムにおいて、記録装置に記録するための符号化画像情報を作成する場合などが相当する。
【００１７】
図６は図５の装置で送信または記録されたビットストリームに対する受信・読み出し装置６０１の構成例を示している。図１〜５と共通の番号により示される部分は同じものを指している。多重化ビットストリーム５０７は受信または読み出された後、データ分割部６０２において３個のビットストリーム５０３、５０４、５０５にデータ分割される。それぞれの符号化ビットストリームにはそのビットストリームが暗号化されているか否かを示す識別情報が組み込まれている。この識別信号を元に切り換えスイッチ６０３は３個のビットストリームの中の一個以下を暗号解除部４０３に供給する。暗号解除部では、暗号を解く鍵に関する情報４０４を用いて暗号が解除される。こうして得られた符号化ビットストリーム１１０、１１１、１１２は復号化器２０４、２０５、２０６で復号化される。各復号化器の出力である画像信号１０４、１０５、１０６は画像信号合成部２０６において合成され、再生画像信号２０７を得る。
【００１８】
このとき、この装置は入力される物体に関する符号化ビットストリームの中で暗号化されているものの数が常に１個以下であることを事前に知っている。このような取り決めが事前に符号化側と再生側の間に存在しない限り、再生側は最悪の場合（多数のビットストリームが暗号化されている場合）に対応するために多数の符号化ビットストリームの暗号を同時に解除する能力を持たなければならない。したがって上記の暗号化されているビットストリームの数に関する制約は、端末のハードウェアの簡略化、あるいは端末のソフトウェアの処理量を減らす上で有効である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、暗号化されたディジタル画像情報を受信した場合、画像内で本当に暗号化の処理が必要である重要な部分以外は見ることが可能となり、画像情報の送信者は暗号を解く鍵を持たない受信者に対しても一定の情報を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Content-based codingを行う画像送信・記録装置の構成例を示した図である。
【図２】  Content-based codingによって符号化された画像情報の受信・読み出しを行う画像再生装置の構成例を示した図である。
【図３】画像内の特定の物体に対して暗号化処理を行う画像送信・記録装置の構成例を示した図である。
【図４】画像内の特定の物体に対して暗号化処理が行われた画像情報の受信・読み出しを行う画像再生装置の構成例を示した図である。
【図５】画像内の一個以下の物体に対し、対象となる物体を切り換えながら暗号化処理を行う画像送信・記録装置の構成例を示した図である。
【図６】画像内の一個以下の物体に対し、対象となる物体を切り換えながら暗号化処理が行われた画像情報の受信・読み出しを行う画像再生装置の構成例を示した図である。
【符号の説明】
１０１…Content-based codingに基づく画像情報の送信・記録装置、１０２…原画像情報、１０３…領域分割部、１０４…背景に関する画像信号、１０５…人物Ａに関する画像信号、１０６…人物Ｂに関する画像信号、１０７、１０８、１０９…画像符号化部、１１０…背景に関する符号化ビットストリーム、１１１…人物Ａに関する符号化ビットストリーム、１１２…人物Ｂに関する符号化ビットストリーム、１１３、３０４、５０６…データ多重化部、１１４…多重化ビットストリーム、２０１…Content-based codingに基づく画像情報の受信・読み出し装置、２０２、４０２、６０２…データ分割部、２０３、２０４、２０５…画像復号化部、２０６…画像信号合成部、２０７…再生画像出力、３０１…暗号化機能を持つContent-based codingに基づく画像情報の送信・記録装置、３０２…暗号化部、３０３…人物Ｂに関する暗号化された符号化ビットストリーム、３０５、５０７…暗号化された多重化ビットストリーム、３０６…暗号化のための鍵情報、４０１…暗号解除機能を持つContent-based codingに基づく画像情報の受信・読み出し装置、４０３…暗号解除部、４０４…暗号を解くための鍵情報、５０１…対象物体を切り換えるながら暗号化を行う機能を持つContent-based codingに基づく画像情報の送信・記録装置、５０２、６０３…ビットストリーム切り換えスイッチ、５０３、５０４、５０５…暗号化の適用／不適用を切り換えた符号化ビットストリーム、６０１…対象物体を切り換えるながら暗号解除を行う機能を持つContent-based codingに基づく画像情報の受信・読み出し装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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