JP2010021931A - Video image transmitter and video image receiver - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a video transmission / reception apparatus that transmits and receives video safely and at high speed.
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。 Conventionally, video and audio are generally digitized and transmitted / stored. Since information such as video and audio has a very large amount of information as it is as the original information, it is often transmitted or stored as an encoded bit stream after being compressed (encoded) using an information compression technique. In order to correctly reproduce the video information compressed and transmitted or stored in such a manner, it is necessary to employ a common image encoding method on the encoding side and the reproduction side. For this reason, systems such as Motion-JPEG2000 and MPEG have already been established as international standards for image coding systems.
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。 In recent years, with the development of networks, it has become possible to transmit video content with a high bit rate that could not be transmitted due to the time taken over the network. As a result, there are increasing opportunities to transmit highly confidential images such as unpublished images, pre-edited images, and videos that have just been shot over a network. The eavesdropping of this highly confidential video on the network leads to a serious loss for the producer.
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。 It is conceivable to install a dedicated line as a method for preventing eavesdropping. However, since the dedicated line is expensive to introduce and run, VPN is a service that can use the public line as if it were a dedicated line. (Virtual Private Network) may be used. VPN is a technology for performing communication while encrypting communication contents using IPsec (Security Architecture for Internet Protocol), which is a standard for performing encrypted communication on the Internet, and suppressing tampering and wiretapping of communication data. .
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。
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to securely transmit data while suppressing an increase in the amount of data due to encryption when transmitting a video with a high bit rate over a network. It is to provide a mechanism to do.
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。 A video transmission apparatus according to the present invention includes a reduced image creating unit that generates a reduced image from an input original image, an encryption unit that encrypts the reduced image and generates encrypted data, an original image, and an image of the reduced image Difference means for obtaining the difference data, image compression means for compressing the difference data and generating compressed data, and transmission means for transmitting the encrypted data and the compressed data to the outside.
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。 A video receiving apparatus according to the present invention comprises: receiving means for receiving encrypted data obtained by encrypting a reduced image created from an original image; and compressed data obtained by compressing difference data between the original image and the reduced image. A first decryption unit that decrypts the compressed data received by the reception unit and obtains differential data; a second decryption unit that decrypts the encrypted data received by the reception unit and obtains a reduced image; and a first decryption unit Image synthesizing means for generating an image having the same size as the original image from the difference data obtained by the means and the reduced image obtained by the second decoding means.
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。
The first program according to the present invention is a program for controlling the control means of the video transmitting apparatus, and causes the control means to execute the following steps.
Generating a reduced image from the input original image and storing it in the first storage means;
Reading the reduced image from the storage means, encrypting it, generating encrypted data and storing it in the second storage means;
Obtaining difference data between the original image and the reduced image,
Compressing difference data, generating compressed data, and storing the compressed data in a third storage means;
A step of transmitting the encrypted data stored in the second storage means and the compressed data stored in the third storage means to the outside.
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。
The second program according to the present invention is a program for controlling the control means of the video receiving apparatus, and causes the control means to execute the following steps.
Receiving encrypted data obtained by encrypting a reduced image created from the original image and compressed data obtained by compressing difference data between the original image and the reduced image, and storing the received data in a storage unit;
Decoding the compressed data stored in the storage means to obtain difference data;
Decrypting the encrypted data received by the storage means to obtain a reduced image;
A step of generating an image having the same size as the original image from the difference data obtained by decoding and the reduced image obtained by the decoding.
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。 Since the image is separated into a reduced image and differential data, and only the reduced image is encrypted, the amount of encryption processing can be reduced and the amount of data after compression and encryption compared with the case where all areas are encrypted. Can be suppressed. This makes it possible to transmit video data safely and at high speed.
以下、添付の図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(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。
(Video compression / encryption device)
FIG. 1 shows the configuration of a video compression / encryption apparatus which is an embodiment of a video transmission apparatus of the present invention. In the following description, an example in which an image of 640 × 480 pixels is compressed and encrypted will be described. Further, the functions of the video compression / encryption apparatus described below can be realized by the CPU executing a predetermined program, that is, by software. Alternatively, it can be realized by hardware.
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。
The block dividing
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。
The
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。
The reduced
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。
The
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。
The
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。
The
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。
A VLC (Variable Length Code)
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。
The
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。
The transmitting
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。 By repeating the above processing for the number of frames to be transmitted, it is possible to construct a mechanism for encrypting only the reduced image and transmitting the video without encrypting the difference data. As a result, it is possible to provide a mechanism in which data cannot be restored even if eavesdropping while suppressing an increase in the amount of transmission data.
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。
In this embodiment, the reduced image is encrypted as it is. However, the reduced image may be encrypted after being compressed in advance through the
(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。
(Video decoding device)
Next, a video decryption device (one embodiment of the video reception device of the present invention) that receives and decrypts data transmitted from the video compression /
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。
The
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。
The
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。
The
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)。
The
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。
The
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。
An inverse DCT (Inverse DCT)
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)。
The
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。
The
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。
In this embodiment, the
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。 In addition, although the block size of the present embodiment is 8 × 8, another size such as 4 × 4 may be used. In this embodiment, both the block size and the range for obtaining the average value are matched with 8 × 8, but the range for obtaining the average value may be different from the block size, such as 16 × 16.
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。
The
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。 The present invention is useful for a video transmission / reception apparatus that transmits and receives video safely and at high speed.
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
10 Video compression / encryption device (video transmission device)
40 Video decoding device (video receiving device)
101
Claims (4)
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。 Reduced image creation means for generating a reduced image from the input original image;
Encryption means for encrypting the reduced image and generating encrypted data;
Difference means for obtaining difference data between the original image and the reduced image;
Image compression means for compressing the difference data and generating compressed data;
A video transmission apparatus comprising: transmission means for transmitting the encrypted data and the compressed data to the outside.
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。 Receiving means for receiving encrypted data obtained by encrypting a reduced image created from an original image, and compressed data obtained by compressing difference data between the original image and the reduced image;
First decoding means for decoding the compressed data received by the receiving means to obtain difference data;
Second decryption means for decrypting the encrypted data received by the reception means to obtain a reduced image;
The image processing apparatus includes: difference data obtained by the first decoding means; and image composition means for generating an image having the same size as the original image from the reduced image obtained by the second decoding means. Video receiver.
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。 A program for controlling the control means of the video transmission device,
In the control means,
Generating a reduced image from the input original image and storing it in the first storage means;
Reading and encrypting the reduced image from the storage means, generating encrypted data and storing it in the second storage means;
Obtaining difference data between the original image and the reduced image; and
Compressing the difference data, generating compressed data, and storing the compressed data in a third storage means;
Transmitting the encrypted data stored in the second storage means and the compressed data stored in the third storage means to the outside,
A program characterized by that.
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。 A program for controlling the control means of the video receiving device,
In the control means,
Receiving encrypted data obtained by encrypting a reduced image created from an original image, and compressed data obtained by compressing difference data between the original image and the reduced image, and storing the received data in a storage unit;
Decrypting the compressed data stored in the storage means to obtain difference data;
Decrypting the encrypted data received by the storage means to obtain a reduced image;
Causing the difference data obtained by the decoding and generating an image having the same size as the original image from the reduced image obtained by the decoding;
A program characterized by that.
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