JP2946470B2 - 暗号化符号化装置 - Google Patents
暗号化符号化装置Info
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- JP2946470B2 JP2946470B2 JP2108903A JP10890390A JP2946470B2 JP 2946470 B2 JP2946470 B2 JP 2946470B2 JP 2108903 A JP2108903 A JP 2108903A JP 10890390 A JP10890390 A JP 10890390A JP 2946470 B2 JP2946470 B2 JP 2946470B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は暗号化符号化装置、特に、音声や画像信号
などをデジタル伝送する暗号化符号化装置に関するもの
である。
などをデジタル伝送する暗号化符号化装置に関するもの
である。
近年、画像の高精細化が進み、例えば日常目にするテ
レビ画像もNTSC方式からハイビジョン方式へと移行しつ
つある。このような高精細化画像をテープ，ディスクな
どの記録媒体に記録したり、或いは衛星，光ファイバ，
ケーブルなどを介して遠隔地に送信する場合には、S/N,
ジッタ等の画質劣化要因を考慮すると、アナログ伝送よ
りは、デジタル伝送の方が有利である。
レビ画像もNTSC方式からハイビジョン方式へと移行しつ
つある。このような高精細化画像をテープ，ディスクな
どの記録媒体に記録したり、或いは衛星，光ファイバ，
ケーブルなどを介して遠隔地に送信する場合には、S/N,
ジッタ等の画質劣化要因を考慮すると、アナログ伝送よ
りは、デジタル伝送の方が有利である。
一方、デジタル伝送はテープやディスク等の記録系に
おいては何回ダビングを繰り返しても画質劣化を生じな
いメリットがある反面、違法複写や複製が大きい社会問
題となる。また、衛星，光ファイバやケーブル等の通信
・放送系においては、料金未納者や外部からの盗視聴が
発生するという問題がある。
おいては何回ダビングを繰り返しても画質劣化を生じな
いメリットがある反面、違法複写や複製が大きい社会問
題となる。また、衛星，光ファイバやケーブル等の通信
・放送系においては、料金未納者や外部からの盗視聴が
発生するという問題がある。
そこで、従来こうしたデジタル伝送では、コンピュー
タ等のデータ伝送をする場合は、データを全て暗号化し
て送信し、受信側で暗号鍵を用いて解読するという手法
が用いられてきた。
タ等のデータ伝送をする場合は、データを全て暗号化し
て送信し、受信側で暗号鍵を用いて解読するという手法
が用いられてきた。
次にこれらの暗号化の従来例について、第12図および
第13図を用いて説明する。
第13図を用いて説明する。
図面第12図は1977年１月15日付FIPS公報46に開示され
た米国のデータ暗号化規格（Data encryption standar
d;以下DES又は従来例という）の暗号化を示す構成図、
第13図は第12図の暗号化の関数を示す図である。
た米国のデータ暗号化規格（Data encryption standar
d;以下DES又は従来例という）の暗号化を示す構成図、
第13図は第12図の暗号化の関数を示す図である。
この従来例のデータ暗号化のアルゴリズムは、前記の
ように「データ暗号化規格」として公刊されている。
ように「データ暗号化規格」として公刊されている。
以下、このDES（従来例）について、第12図および第1
3図を用いて説明する。
3図を用いて説明する。
先ず、このDESは0,1からなる２元データに対するブロ
ック暗号である。DESでは、２元データを64ビットのブ
ロックにわけ、各ブロックに対し、転置と換字を繰り返
すことにより暗号化を行っている。鍵は64ビットである
が、そのうち８ビットは誤り検出のための検査ビットで
あり、56ビットが有効である。この鍵によって、各回の
換字が制御される。図面第12図はDESの暗号化の過程を
示している。また、第13図は暗号化の中心となる関数fK
（Ｒ）を示している。
ック暗号である。DESでは、２元データを64ビットのブ
ロックにわけ、各ブロックに対し、転置と換字を繰り返
すことにより暗号化を行っている。鍵は64ビットである
が、そのうち８ビットは誤り検出のための検査ビットで
あり、56ビットが有効である。この鍵によって、各回の
換字が制御される。図面第12図はDESの暗号化の過程を
示している。また、第13図は暗号化の中心となる関数fK
（Ｒ）を示している。
図面第12図において、64ビットの平文はまず転置され
る。これは鍵には無関係で固定した転置である。次に64
ビットが左半分Loと右半分Roとにわけられる。その後16
段にわたり、 という演算が繰り返される。ここに、＋は各ビットごと
のmod2の和を表わす。また、Ln,Rnはそれぞれｎ段目の
演算を終えたときの左半分の32ビットと右半分の32ビッ
トである。
る。これは鍵には無関係で固定した転置である。次に64
ビットが左半分Loと右半分Roとにわけられる。その後16
段にわたり、 という演算が繰り返される。ここに、＋は各ビットごと
のmod2の和を表わす。また、Ln,Rnはそれぞれｎ段目の
演算を終えたときの左半分の32ビットと右半分の32ビッ
トである。
Knは鍵から第12図の右側に示すようにして構成され
る。第12図において、s1,…,s16は１または２である。
また、縮約形転置2aは、入力のうちのいくつかを除いて
転置を行うことである。この場合、入力の56ビットのう
ち８ビットが除かれ、出力は48ビットとなる。縮約形転
置は非可逆な変換であり、出力から入力を完全に復元す
ることはできない。これにより、鍵の推定をより難しい
ものにしているのである。
る。第12図において、s1,…,s16は１または２である。
また、縮約形転置2aは、入力のうちのいくつかを除いて
転置を行うことである。この場合、入力の56ビットのう
ち８ビットが除かれ、出力は48ビットとなる。縮約形転
置は非可逆な変換であり、出力から入力を完全に復元す
ることはできない。これにより、鍵の推定をより難しい
ものにしているのである。
次に第12図における関数fK（Ｒ）について第13図を用
いて説明する。
いて説明する。
図面第13図において、関数fK（Ｒ）を作るには、まず
Ｒに拡大形転置3aを行う。拡大形転置とは入力のいくつ
かを重複させて転置を行うことである。この場合、32ビ
ットの入力のうち16ビットは出力に重複して現れる。つ
ぎに、この出力に鍵から構成されたＫをビットごとにmo
d2で加える。この結果得られる48ビットを８個の６ビッ
トからなる小ブロックに分割し、各６ビットをS1,S2,
…,S8によりそれぞれ４ビットに変換する。これは、６
ビットを一つの文字とみると換字の一種と考えることが
できる。ただし、出力は４ビットに圧縮されているか
ら、この変換は非可逆変換である。したがって、fK
（Ｒ）は一般には非可逆関数である。しかし、このこと
は、前記式（１）の変換が非可逆であることを意味する
のではない。実際、式（１）は、 と変形できるから、Ln,RnからLn-1,Rn-1が計算できるこ
とがわかる。
Ｒに拡大形転置3aを行う。拡大形転置とは入力のいくつ
かを重複させて転置を行うことである。この場合、32ビ
ットの入力のうち16ビットは出力に重複して現れる。つ
ぎに、この出力に鍵から構成されたＫをビットごとにmo
d2で加える。この結果得られる48ビットを８個の６ビッ
トからなる小ブロックに分割し、各６ビットをS1,S2,
…,S8によりそれぞれ４ビットに変換する。これは、６
ビットを一つの文字とみると換字の一種と考えることが
できる。ただし、出力は４ビットに圧縮されているか
ら、この変換は非可逆変換である。したがって、fK
（Ｒ）は一般には非可逆関数である。しかし、このこと
は、前記式（１）の変換が非可逆であることを意味する
のではない。実際、式（１）は、 と変形できるから、Ln,RnからLn-1,Rn-1が計算できるこ
とがわかる。
さて、式（１）の演算を16回繰り返し、L16,R16を求
めたら、これを最後にもう一度転置して暗号化を終る。
めたら、これを最後にもう一度転置して暗号化を終る。
次に復号について説明する。
復号は、暗号化のほぼ逆の操作を行えばよい。簡単に
いえば、第12図で下から上に進めればよいのである。ま
ず最初に、暗号化の最後の転置の逆の転置を行い、以下
式（２）によりRn-1,Ln-1を求めていき、Ro,Loが得られ
たら、暗号化の最初の転置の逆の転置を行えばもとの64
ビットが得られる。
いえば、第12図で下から上に進めればよいのである。ま
ず最初に、暗号化の最後の転置の逆の転置を行い、以下
式（２）によりRn-1,Ln-1を求めていき、Ro,Loが得られ
たら、暗号化の最初の転置の逆の転置を行えばもとの64
ビットが得られる。
DESの暗号文を解読するには、これまでのところ、鍵
を一つずつ調べていくという方法以外は知られていな
い。いま、一つの鍵について、それが正しい鍵かどうか
を調べるのに１μ秒かかったとしよう。このとき、256
個の鍵全部を調べるには2283年かかる。かなり運が良く
ても、数百年は要する。
を一つずつ調べていくという方法以外は知られていな
い。いま、一つの鍵について、それが正しい鍵かどうか
を調べるのに１μ秒かかったとしよう。このとき、256
個の鍵全部を調べるには2283年かかる。かなり運が良く
ても、数百年は要する。
〔発明が解決しようとする課題〕 以上説明したように、従来例においては、ハイビジョ
ンのような高精細ビデオ画像の場合、単にアナログ画像
信号をA/D変換して送信しようとすると、例えば、ビデ
オ信号の帯域を30M Hz以上確保しようとした場合、標本
化定理により、少なくとも60M Hz以上のレートで標本化
を行わなければならず、74.25M Hz,8ビットでA/D変換す
ると伝送レートは74.25（ＭHz）×８（bit）＝594（Mbi
t/s）となる。そこで伝送容量を節約する為に情報量を1
/5に圧縮したとしても約120（Mbit/s）の伝送レートと
なってしまう。このような膨大な情報量全てを暗号化し
て伝送することは暗号化部の高速処理，ハードウェアの
大きさ，コストの面で非常に困難であるという問題点が
あった。
ンのような高精細ビデオ画像の場合、単にアナログ画像
信号をA/D変換して送信しようとすると、例えば、ビデ
オ信号の帯域を30M Hz以上確保しようとした場合、標本
化定理により、少なくとも60M Hz以上のレートで標本化
を行わなければならず、74.25M Hz,8ビットでA/D変換す
ると伝送レートは74.25（ＭHz）×８（bit）＝594（Mbi
t/s）となる。そこで伝送容量を節約する為に情報量を1
/5に圧縮したとしても約120（Mbit/s）の伝送レートと
なってしまう。このような膨大な情報量全てを暗号化し
て伝送することは暗号化部の高速処理，ハードウェアの
大きさ，コストの面で非常に困難であるという問題点が
あった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、符号化方式による符号化データの初期値の
みを暗号鍵で暗号化し、伝送することによって、秘密性
を高くし、暗号化部を低速処理し、ハードウェアを小型
化し、コストを低廉化した暗号化符号化装置を提供する
ことを目的とする。
れたもので、符号化方式による符号化データの初期値の
みを暗号鍵で暗号化し、伝送することによって、秘密性
を高くし、暗号化部を低速処理し、ハードウェアを小型
化し、コストを低廉化した暗号化符号化装置を提供する
ことを目的とする。
このため、この発明においては、デジタル信号を入力
する入力手段と、前記信号を符号化方式により圧縮する
データ圧縮手段と、前記符号化データを伸張するために
必須な初期値のみを暗号鍵により暗号化する暗号化手段
と、前記暗号化手段の出力を伝送系に出力する出力手段
とを具備して成る暗号化符号化装置により、前記目的を
達成しようとするものである。
する入力手段と、前記信号を符号化方式により圧縮する
データ圧縮手段と、前記符号化データを伸張するために
必須な初期値のみを暗号鍵により暗号化する暗号化手段
と、前記暗号化手段の出力を伝送系に出力する出力手段
とを具備して成る暗号化符号化装置により、前記目的を
達成しようとするものである。
この発明における暗号化符号化装置は、入力したデジ
タル信号を符号化方式により圧縮し、その符号化データ
を伸張するために必須な初期値のみを暗号鍵により暗号
化して伝送系に出力する。
タル信号を符号化方式により圧縮し、その符号化データ
を伸張するために必須な初期値のみを暗号鍵により暗号
化して伝送系に出力する。
以下、この発明の二実施例を図面に基づいて説明す
る。
る。
図面第１図はこの発明の第１および第２実施例の暗号
化符号化伝送システムの構成図、第２図は第１図の伝送
データフォーマットを示す図、第３図はこの発明の第１
の実施例における圧縮器の構成図、第４図は第３図の符
号判定型復号回路の構成図、第５図はこの第１の実施例
における復号化装置の構成図、第６図はこの発明の第２
の実施例における圧縮器の構成図、第７図は第２の実施
例における全画素データを画素ブロックに分割する状態
を示す図、第８図は第７図の各画素ブロックを示す図、
第９図は第６図の圧縮器を説明する図であり、第９図
（ａ）は第６図の分割値変換部における量子化の状態、
第９図（ｂ）は復号する状態、のそれぞれを示す。第10
図は１つの画素ブロックに対する伝送データを示す図、
第11図は第６図のデータ送信側に対応する受信側の構成
図である。
化符号化伝送システムの構成図、第２図は第１図の伝送
データフォーマットを示す図、第３図はこの発明の第１
の実施例における圧縮器の構成図、第４図は第３図の符
号判定型復号回路の構成図、第５図はこの第１の実施例
における復号化装置の構成図、第６図はこの発明の第２
の実施例における圧縮器の構成図、第７図は第２の実施
例における全画素データを画素ブロックに分割する状態
を示す図、第８図は第７図の各画素ブロックを示す図、
第９図は第６図の圧縮器を説明する図であり、第９図
（ａ）は第６図の分割値変換部における量子化の状態、
第９図（ｂ）は復号する状態、のそれぞれを示す。第10
図は１つの画素ブロックに対する伝送データを示す図、
第11図は第６図のデータ送信側に対応する受信側の構成
図である。
なお、前記のように第１図は、この発明の暗号化符号
化伝送システムの実施例であり、まず、初期値として８
ビットのPCMデータを暗号化して送信し、その後、初期
値に基く４ビットの圧縮データを順次送信する暗号化符
号化装置の構成図である。
化伝送システムの実施例であり、まず、初期値として８
ビットのPCMデータを暗号化して送信し、その後、初期
値に基く４ビットの圧縮データを順次送信する暗号化符
号化装置の構成図である。
まず、発信側について説明する。
図面第１図において、Ａは信号変換手段であり、ビデ
オ信号を８ビットのPCM信号に変換するA/D変換器１で構
成され、画像・音声信号をアナログ・デジタル変換する
手段である。Ｂはデータ圧縮手段であり、８ビットのデ
ジタル信号を４ビットの符号に圧縮する圧縮器２で構成
され、前記信号変換手段４で変換された信号を符号化方
式により圧縮して伝送する手段（詳細後述）である。Ｃ
は暗号化手段であり、初期値のみに予め送受信者間で秘
密に決めておいた64ビットの鍵により前記初期値のみを
暗号化する暗号化器で構成され、前記のように符号化デ
ータの初期値のみを暗号鍵により暗号化する手段である
（詳細後述）。
オ信号を８ビットのPCM信号に変換するA/D変換器１で構
成され、画像・音声信号をアナログ・デジタル変換する
手段である。Ｂはデータ圧縮手段であり、８ビットのデ
ジタル信号を４ビットの符号に圧縮する圧縮器２で構成
され、前記信号変換手段４で変換された信号を符号化方
式により圧縮して伝送する手段（詳細後述）である。Ｃ
は暗号化手段であり、初期値のみに予め送受信者間で秘
密に決めておいた64ビットの鍵により前記初期値のみを
暗号化する暗号化器で構成され、前記のように符号化デ
ータの初期値のみを暗号鍵により暗号化する手段である
（詳細後述）。
また、４はスイッチであり、第２図（後述）に示す伝
送データフォーマットに従って暗号化された初期値（第
１図中ｂ側端子）と圧縮データ（第１図中ａ側端子）を
切り換えるスイッチ、５は前記暗号化初期値と圧縮デー
タを伝送フォーマットに従って直列データに変換する並
直列変換器（P/S）である。並直列変換器５による１ビ
ットの直列データは第１図中伝送路６を通して受信側へ
送られる。ここで、伝送路６は言うまでもなく、テープ
やディスク等の記録系、あるいは衛星，光ファイバ，ケ
ーブル等の通信・放送系である。
送データフォーマットに従って暗号化された初期値（第
１図中ｂ側端子）と圧縮データ（第１図中ａ側端子）を
切り換えるスイッチ、５は前記暗号化初期値と圧縮デー
タを伝送フォーマットに従って直列データに変換する並
直列変換器（P/S）である。並直列変換器５による１ビ
ットの直列データは第１図中伝送路６を通して受信側へ
送られる。ここで、伝送路６は言うまでもなく、テープ
やディスク等の記録系、あるいは衛星，光ファイバ，ケ
ーブル等の通信・放送系である。
次に受信側について説明する。
図面第１図において、７は受信データを並列データに
変換する直並列変換器（S/P）、８はスイッチであり、
第２図に示す伝送データフォーマットに従いSYNCを検出
し、暗号化された初期値（第１図中ｂ側）と圧縮データ
（第１図中ａ側）を切り換えるスイッチ、９は暗号化さ
れた初期値を解読する解読器、10は４ビットの圧縮デー
タを解読器９により解読された初期値によって８ビット
のPCM信号に伸長する復号器、11は８ビットPCMデータを
アナログ信号に変換するDA変換器（D/A）である。
変換する直並列変換器（S/P）、８はスイッチであり、
第２図に示す伝送データフォーマットに従いSYNCを検出
し、暗号化された初期値（第１図中ｂ側）と圧縮データ
（第１図中ａ側）を切り換えるスイッチ、９は暗号化さ
れた初期値を解読する解読器、10は４ビットの圧縮デー
タを解読器９により解読された初期値によって８ビット
のPCM信号に伸長する復号器、11は８ビットPCMデータを
アナログ信号に変換するDA変換器（D/A）である。
次にこの実施例の動作についてデータ圧縮手段Ｂと暗
号化手段Ｃを中心にして第１図ないし第11図を用いて説
明する。
号化手段Ｃを中心にして第１図ないし第11図を用いて説
明する。
先ず、データ圧縮手段Ｂと暗号化する初期値について
説明する。
説明する。
画像信号等の情報量の多い信号を標本化して得たデー
タを伝送する場合に用いられる圧縮手段（方式）とし
て、例えば差分PCM（Pulse Code Modulation）方式（以
下DPCMという）が一般によく知られている。前記DPCM
は、既に符号化された標本点の値から現在符号化の対象
としている標本点の値を予測し、その予測値と本来の値
との差（予測誤差）を符号化する方式であり、画像信号
などのように近接する標本点における値同志の相関が大
きい信号に対しては、予測誤差信号の発生分布の偏り等
を考慮して非線形な量子化を行うことにより高能率を符
号化を行う事ができる。
タを伝送する場合に用いられる圧縮手段（方式）とし
て、例えば差分PCM（Pulse Code Modulation）方式（以
下DPCMという）が一般によく知られている。前記DPCM
は、既に符号化された標本点の値から現在符号化の対象
としている標本点の値を予測し、その予測値と本来の値
との差（予測誤差）を符号化する方式であり、画像信号
などのように近接する標本点における値同志の相関が大
きい信号に対しては、予測誤差信号の発生分布の偏り等
を考慮して非線形な量子化を行うことにより高能率を符
号化を行う事ができる。
前記のように、第３図は８ビットのデータを、４ビッ
トの符号に圧縮する第１図中２の圧縮器の構成を示す図
であり、第４図はこの符号化装置の符号判定型復号回路
の構成を示す図である。また、第５図はこの符号化装置
で得た符号を復号する復号化装置の構成を示している。
トの符号に圧縮する第１図中２の圧縮器の構成を示す図
であり、第４図はこの符号化装置の符号判定型復号回路
の構成を示す図である。また、第５図はこの符号化装置
で得た符号を復号する復号化装置の構成を示している。
図面第３図において、入力端子101には８ビットの画
像データが入力され、リミッタ108により所定のレンジ
内、例えば16〜235に制限され、減算回路102において、
予測係数乗算回路103から出力される予測値との差分値
（予測誤差）が算出される。この予測誤差は、符号多重
型量子化回路104に供給される。量子化回路104において
は、正負を示す符号を含む９ビットの予測誤差データ
を、下記第１表に例示する様な、正負を重ね合わせて同
じ符号を割り当てた量子化特性に基づき、４ビットに量
子化し、出力端子105より出力すると共に、符号判定型
復号回路106に供給する。
像データが入力され、リミッタ108により所定のレンジ
内、例えば16〜235に制限され、減算回路102において、
予測係数乗算回路103から出力される予測値との差分値
（予測誤差）が算出される。この予測誤差は、符号多重
型量子化回路104に供給される。量子化回路104において
は、正負を示す符号を含む９ビットの予測誤差データ
を、下記第１表に例示する様な、正負を重ね合わせて同
じ符号を割り当てた量子化特性に基づき、４ビットに量
子化し、出力端子105より出力すると共に、符号判定型
復号回路106に供給する。
第１表に示す量子化特性は、−219〜219の値をとる予
測誤差に対して、過去の復号値を用いて正負の判定を行
い、代表値を一つ選択できるテーブルの一例であり、正
負の各量子化ステップを１つずつ計２つの量子化ステッ
プに４ビットの符号を１つ付与することにより、５ビッ
ト相当の量子化ステップ数による符号化を実現できるも
のである。
測誤差に対して、過去の復号値を用いて正負の判定を行
い、代表値を一つ選択できるテーブルの一例であり、正
負の各量子化ステップを１つずつ計２つの量子化ステッ
プに４ビットの符号を１つ付与することにより、５ビッ
ト相当の量子化ステップ数による符号化を実現できるも
のである。
このテーブルは、同一符号に割り当てる正負の２つの
分割領域が、制限されている復号値のダイナミック・レ
ンジ（例えば220）に相当するレベル差を持つように設
定されており、領域下端を量子化代表値とするアンダー
シュート型となっているために、正負の代表値による復
号結果は220のレベル差を持ち、常に一方しかダイナミ
ック・レンジ（“０〜219"）内に入らない。これにより
後述する様に差分値の正負の判定が可能となる。また、
画像信号の場合０近辺の差分値が重要であり、非線形特
性の重ね合わせを実現する為に、正負とも中央で折り返
した対称構造となっているものである。
分割領域が、制限されている復号値のダイナミック・レ
ンジ（例えば220）に相当するレベル差を持つように設
定されており、領域下端を量子化代表値とするアンダー
シュート型となっているために、正負の代表値による復
号結果は220のレベル差を持ち、常に一方しかダイナミ
ック・レンジ（“０〜219"）内に入らない。これにより
後述する様に差分値の正負の判定が可能となる。また、
画像信号の場合０近辺の差分値が重要であり、非線形特
性の重ね合わせを実現する為に、正負とも中央で折り返
した対称構造となっているものである。
符号判定型復号回路106（第３図）では、予測係数乗
算回路103の出力である予測値を用いて、前記量子化回
路104の出力する符号の復号を行い、復号値を遅延回路1
07に供給する。復号値は遅延回路107で所定期間（例え
ば１サンプル期間分）遅延された後、予測係数回路103
で予測係数を乗ぜられ予測値として前記減算回路102、
および前記符号判定型復号回路106に供給する。
算回路103の出力である予測値を用いて、前記量子化回
路104の出力する符号の復号を行い、復号値を遅延回路1
07に供給する。復号値は遅延回路107で所定期間（例え
ば１サンプル期間分）遅延された後、予測係数回路103
で予測係数を乗ぜられ予測値として前記減算回路102、
および前記符号判定型復号回路106に供給する。
ここで、第３図の符号判定型復号回路106の動作を第
４図を用いて説明する。図面第４図において、端子201
には符号多重化された量子化回路104から出力された４
ビットの符号が入力され、＋側代表値設定回路202及
び、−側代表値設定回路203に供給される。回路202,203
それぞれの出力である正負の代表値は、加算回路205,20
6のそれぞれにおいて、端子204より供給される予測値に
各々加算され、正負の復号値として選択回路207に供給
される。代表値設定回路202,203それぞれの出力は常に
“220"のレベル差を保っているため、選択回路207に供
給される正負の復号値は常に一方が８ビット（“０〜25
5"）の中の制限されたダイナミック・レンジ“16〜235"
から外れている。よって、正負の復号値でレンジ内にあ
る方を選択すれば、符号多重化された入力より、正しい
復号値が得られる。このため、＋側加算回路205より出
力される復号値データのレベルを比較器209でしきい値
“236"と比較し、その出力信号によって選択回路207を
制御して正負の復号値を選択し、端子208より出力す
る。
４図を用いて説明する。図面第４図において、端子201
には符号多重化された量子化回路104から出力された４
ビットの符号が入力され、＋側代表値設定回路202及
び、−側代表値設定回路203に供給される。回路202,203
それぞれの出力である正負の代表値は、加算回路205,20
6のそれぞれにおいて、端子204より供給される予測値に
各々加算され、正負の復号値として選択回路207に供給
される。代表値設定回路202,203それぞれの出力は常に
“220"のレベル差を保っているため、選択回路207に供
給される正負の復号値は常に一方が８ビット（“０〜25
5"）の中の制限されたダイナミック・レンジ“16〜235"
から外れている。よって、正負の復号値でレンジ内にあ
る方を選択すれば、符号多重化された入力より、正しい
復号値が得られる。このため、＋側加算回路205より出
力される復号値データのレベルを比較器209でしきい値
“236"と比較し、その出力信号によって選択回路207を
制御して正負の復号値を選択し、端子208より出力す
る。
ここで、この実施例における符号判定動作について具
体例を挙げて説明する。今、予測値が“100"、現入力値
が“150"である場合を考える。予測誤差は“＋50"であ
るから、符号多重型量子化回路104においては、第１表
に示されるように４ビットの量子化値データとして“5"
が出力される。符号判定型復号回路106においては、＋
側復号値データは“136"、−側復号値データは“−84"
となるため適正ダイナミック・レンジ内である“136"が
復号値として選択される。同様に現入力値が“50"で、
予測誤差が“−50"である場合、量子化回路104の出力は
“11"となる。この場合、＋側復号値データは“284"、
−側復号値データは"64"となるため適正ダイナミック・
レンジ内である“64"が選択される。
体例を挙げて説明する。今、予測値が“100"、現入力値
が“150"である場合を考える。予測誤差は“＋50"であ
るから、符号多重型量子化回路104においては、第１表
に示されるように４ビットの量子化値データとして“5"
が出力される。符号判定型復号回路106においては、＋
側復号値データは“136"、−側復号値データは“−84"
となるため適正ダイナミック・レンジ内である“136"が
復号値として選択される。同様に現入力値が“50"で、
予測誤差が“−50"である場合、量子化回路104の出力は
“11"となる。この場合、＋側復号値データは“284"、
−側復号値データは"64"となるため適正ダイナミック・
レンジ内である“64"が選択される。
次に第３図に示した圧縮器で符号化され伝送された符
号を復号する復号器について、第５図を用いて説明す
る。
号を復号する復号器について、第５図を用いて説明す
る。
図面第５図において、前記符号化装置（圧縮器）によ
り符号化され４ビットの符号は、入力端子301に入力さ
れ、＋側代表値設定回路302及び、−側代表値設定回路3
03に供給される。前記回路302,303それぞれの出力であ
る正負の代表値は、加算回路304,305それぞれにおい
て、予測係数乗算回路309より供給される予測値に各々
加算され、正側負側の復号値として選択回路306に供給
される。代表値設定回路302,303それぞれの出力は、前
記符号の特性により常に“256"のレベル差を保っている
ため、選択回路306に供給される正負の復号値は常に一
方が制限されたダイナミック・レンジ“16〜235"から外
れている。よって、正負の復号値でレンジ内にある方を
選択すれば、前記符号の正しい復号値が得られる。この
ため、＋側加算回路304より出力される復号値を比較器3
10でしきい値“236"と比較し、その出力によって選択回
路306を制御して正負の復号値の一方を選択し、８ビッ
トの復号値を出力端子307より出力する。また、この復
号値は遅延回路308に供給され、１サンプル期間遅延さ
れて、予測係数乗算回路309に送出される。予測係数乗
算回路309では、遅延された復号値に予測係数を乗じて
予測値を算出し、後の入力される符号の復号を行うため
に加算回路304,305それぞれに供給する。以上のような
構成により復号器が実現できる。
り符号化され４ビットの符号は、入力端子301に入力さ
れ、＋側代表値設定回路302及び、−側代表値設定回路3
03に供給される。前記回路302,303それぞれの出力であ
る正負の代表値は、加算回路304,305それぞれにおい
て、予測係数乗算回路309より供給される予測値に各々
加算され、正側負側の復号値として選択回路306に供給
される。代表値設定回路302,303それぞれの出力は、前
記符号の特性により常に“256"のレベル差を保っている
ため、選択回路306に供給される正負の復号値は常に一
方が制限されたダイナミック・レンジ“16〜235"から外
れている。よって、正負の復号値でレンジ内にある方を
選択すれば、前記符号の正しい復号値が得られる。この
ため、＋側加算回路304より出力される復号値を比較器3
10でしきい値“236"と比較し、その出力によって選択回
路306を制御して正負の復号値の一方を選択し、８ビッ
トの復号値を出力端子307より出力する。また、この復
号値は遅延回路308に供給され、１サンプル期間遅延さ
れて、予測係数乗算回路309に送出される。予測係数乗
算回路309では、遅延された復号値に予測係数を乗じて
予測値を算出し、後の入力される符号の復号を行うため
に加算回路304,305それぞれに供給する。以上のような
構成により復号器が実現できる。
以上説明したように、差分PCM（DPCM）方式において
は近接する標本点の差分値を量子化して伝送するシステ
ムである為に、初期値が不定であるとそれに続く標本点
の復元は全く不可能となることがわかる。通常、この初
期値はテレビジョンの場合、１走査線毎、あるいは数分
の一走査線毎に初期値を与える為、この符号化データの
初期値のみを暗号鍵により暗号化することで秘密性が保
たれる。
は近接する標本点の差分値を量子化して伝送するシステ
ムである為に、初期値が不定であるとそれに続く標本点
の復元は全く不可能となることがわかる。通常、この初
期値はテレビジョンの場合、１走査線毎、あるいは数分
の一走査線毎に初期値を与える為、この符号化データの
初期値のみを暗号鍵により暗号化することで秘密性が保
たれる。
次にこの発明の第２実施例である暗号化符号化装置に
ついて、第６図ないし第11図を用いて説明する。
ついて、第６図ないし第11図を用いて説明する。
この第２実施例はデータ圧縮手段の符号化方式をブロ
ック符号化方式として、その符号化データの初期値のみ
を暗号鍵により暗号化するものである。
ック符号化方式として、その符号化データの初期値のみ
を暗号鍵により暗号化するものである。
上記ブロック符号化方式は、画面を構成する全画素を
夫々が複数の画素よりなる画素ブロック群に分割し、各
画素ブロックにおいて全画素データ中で最大値及び最小
値に係る一対のデータを伝送すると共に、該一対の画素
データに基づいて量子化した画素データを伝送するもの
である。
夫々が複数の画素よりなる画素ブロック群に分割し、各
画素ブロックにおいて全画素データ中で最大値及び最小
値に係る一対のデータを伝送すると共に、該一対の画素
データに基づいて量子化した画素データを伝送するもの
である。
図面第６図はこの第２実施例の画像伝送システムの構
成を示す図である。第６図において、601はテレビジョ
ン信号等のラスタースキャンされたアナログ画像信号を
所定の周波数で標本化し、デジタル化されたｎビットの
デジタル画像データが入力される端子である。この2n階
調のデジタル画像データは画素ブロック切出部602に供
給される。第７図は全画素データを画素ブロックに分割
する様子を示す図である。画素ブロック切出部602にお
いては第７図に示す様に、水平方向（以下Ｈ方向と称
す）にｌ画素、垂直方向（以下Ｖ方向と称す）にｍ画素
の（ｌ×ｍ）個の画素より構成される画素ブロックを切
出す。即ち、この切出された各画素ブロックのデータ毎
に出力を行う。
成を示す図である。第６図において、601はテレビジョ
ン信号等のラスタースキャンされたアナログ画像信号を
所定の周波数で標本化し、デジタル化されたｎビットの
デジタル画像データが入力される端子である。この2n階
調のデジタル画像データは画素ブロック切出部602に供
給される。第７図は全画素データを画素ブロックに分割
する様子を示す図である。画素ブロック切出部602にお
いては第７図に示す様に、水平方向（以下Ｈ方向と称
す）にｌ画素、垂直方向（以下Ｖ方向と称す）にｍ画素
の（ｌ×ｍ）個の画素より構成される画素ブロックを切
出す。即ち、この切出された各画素ブロックのデータ毎
に出力を行う。
第８図は各画素ブロックの構成を示す。図中、Ｄ1,1
〜Dm,lは各画素データを示している。画素ブロック切出
部602より出力される画像データは最大値検出部603,最
小値検出部604並びにタイミング調整部605に入力され
る。これによって各画素ブロック内の全画素データ（Ｄ
1,1〜Dm,l）中、最大値を有するもの（Dmax）と最小値
を有するもの（Dmin）が検出部603,604のそれぞれによ
り検出され、出力される。
〜Dm,lは各画素データを示している。画素ブロック切出
部602より出力される画像データは最大値検出部603,最
小値検出部604並びにタイミング調整部605に入力され
る。これによって各画素ブロック内の全画素データ（Ｄ
1,1〜Dm,l）中、最大値を有するもの（Dmax）と最小値
を有するもの（Dmin）が検出部603,604のそれぞれによ
り検出され、出力される。
一方、タイミング調整部605においては最大値検出部6
03、並びに最小値検出部604でDmax,Dminを検出するのに
必要な時間、全画素データを遅延し、各画素ブロック毎
に予め定められた順序で画素データを分割値変換部606
に送出する。例えば各画素ブロック毎にＤ1,1,D2,1,D
3,1……Dm,1,D1,2……Dm,2,……D1,(l-1)…Dm,(l-1)D1,
l…Dm,lという具合に送出する。
03、並びに最小値検出部604でDmax,Dminを検出するのに
必要な時間、全画素データを遅延し、各画素ブロック毎
に予め定められた順序で画素データを分割値変換部606
に送出する。例えば各画素ブロック毎にＤ1,1,D2,1,D
3,1……Dm,1,D1,2……Dm,2,……D1,(l-1)…Dm,(l-1)D1,
l…Dm,lという具合に送出する。
この様にして各画素ブロック内の全画素データ（Ｄ
1,1〜Dm,l）及びこれらの最大値（Dmax）及び最小値（D
min）は分割値変換部606に入力され、各画素データをDm
axとDminの間を2k分割された量子化レベルと比較された
ｋビットの分割符号（Δ1,1〜Δl,m）を得る。ここでｋ
はｎより小さい整数であり、その量子化の様子を第９図
（ａ）に示す。
1,1〜Dm,l）及びこれらの最大値（Dmax）及び最小値（D
min）は分割値変換部606に入力され、各画素データをDm
axとDminの間を2k分割された量子化レベルと比較された
ｋビットの分割符号（Δ1,1〜Δl,m）を得る。ここでｋ
はｎより小さい整数であり、その量子化の様子を第９図
（ａ）に示す。
第９図（ａ）にて示した様にΔi,jはｋビットの２値
符号として出力される。この様にして得たｋビットの分
割符号Δi,j及びｎビットのDmax及びDminは夫々パラレ
ル−シリアル（Ｐ−Ｓ）変換器607,607a,607bそれぞれ
にてシリアルデータとされ、データセレクタ608におい
て、第10図に示すようなシリアルデータとされる。尚、
第10図においては１つの画素ブロックに対する伝送デー
タを示している。
符号として出力される。この様にして得たｋビットの分
割符号Δi,j及びｎビットのDmax及びDminは夫々パラレ
ル−シリアル（Ｐ−Ｓ）変換器607,607a,607bそれぞれ
にてシリアルデータとされ、データセレクタ608におい
て、第10図に示すようなシリアルデータとされる。尚、
第10図においては１つの画素ブロックに対する伝送デー
タを示している。
データセレクタ608（第６図）より出力されたデータ
はファストインファストアウトメモリ（FIFO−先着順）
609にて一定のデータ伝送レートとなる様時間軸処理さ
れ、更に同期付加部610により同期信号が付加され、出
力端子611より伝送路（例えばVTR等の磁気記録再生系）
に送出される。ここで同期信号の付加については各画素
ブロック毎、複数の画素ブロック毎に行えばよい。尚、
上述各部の動作タイミングはタイミングコントロール部
612より出力されるタイミング信号に基いて決定され
る。
はファストインファストアウトメモリ（FIFO−先着順）
609にて一定のデータ伝送レートとなる様時間軸処理さ
れ、更に同期付加部610により同期信号が付加され、出
力端子611より伝送路（例えばVTR等の磁気記録再生系）
に送出される。ここで同期信号の付加については各画素
ブロック毎、複数の画素ブロック毎に行えばよい。尚、
上述各部の動作タイミングはタイミングコントロール部
612より出力されるタイミング信号に基いて決定され
る。
図面第11図は第６図に示したデータ送信側に対応する
受信側の構成を示している。第11図において、621は前
述した送信側にて高能率符号化された伝送データが入力
される端子である。入力された伝送データ中の同期信号
は同期分離部622により分離され、タイミングコントロ
ール部623へ供給される。このタイミングコントロール
部623は同期信号に基づいて、この受信側の各部の動作
タイミングを決定している。
受信側の構成を示している。第11図において、621は前
述した送信側にて高能率符号化された伝送データが入力
される端子である。入力された伝送データ中の同期信号
は同期分離部622により分離され、タイミングコントロ
ール部623へ供給される。このタイミングコントロール
部623は同期信号に基づいて、この受信側の各部の動作
タイミングを決定している。
他方、データセレクタ624においては前述の伝送デー
タ中ｎビットのデータDmax,Dminと、各画素データをDma
x,Dmin間でｋビット量子化した符号Δi,jとに振り分け
られる。これは夫々シリアル−パラレル（Ｓ−Ｐ）変換
器625,625aそれぞれでパラレルデータに変換される。Ｓ
−Ｐ変換器625でパラレルデータとされた各画素ブロッ
ク内の最大値データDmax及び最小値データDminは夫々ラ
ッチ回路626,627それぞれでラッチされ、ラッチされた
最大値データDmax及び最小値データDminは夫々分割値逆
変換部628に出力される。他方各画素ブロック内の各画
素データに係る分割符号Δi,jは前述した様な所定の順
序でＳ−Ｐ変換器625aにより出力され、分割値逆変換部
628に供給される。
タ中ｎビットのデータDmax,Dminと、各画素データをDma
x,Dmin間でｋビット量子化した符号Δi,jとに振り分け
られる。これは夫々シリアル−パラレル（Ｓ−Ｐ）変換
器625,625aそれぞれでパラレルデータに変換される。Ｓ
−Ｐ変換器625でパラレルデータとされた各画素ブロッ
ク内の最大値データDmax及び最小値データDminは夫々ラ
ッチ回路626,627それぞれでラッチされ、ラッチされた
最大値データDmax及び最小値データDminは夫々分割値逆
変換部628に出力される。他方各画素ブロック内の各画
素データに係る分割符号Δi,jは前述した様な所定の順
序でＳ−Ｐ変換器625aにより出力され、分割値逆変換部
628に供給される。
第９図（ｂ）は分割符号Δi,j及びDmax,Dminから元の
画素データに係る代表値データＤ′i,jを復号する様子
を示す図で、図示のように、代表値は例えばDmax,Dmin
を2k分割した各量子化レベルの中間に設定する。この様
にして分割値逆変換部628より得たｎビットの代表値デ
ータ（Ｄ′1,1〜Ｄ′m,l）は前述の順序で各画素ブロッ
ク毎に出力されることになる。スキャンコンバータ部62
9（第11図）においては分割値逆変換部628の出力データ
を、ラスタースキャンに対応する順序にスキャンコンバ
ータ部629で変換し、復号画像データとして出力端子630
に出力する。
画素データに係る代表値データＤ′i,jを復号する様子
を示す図で、図示のように、代表値は例えばDmax,Dmin
を2k分割した各量子化レベルの中間に設定する。この様
にして分割値逆変換部628より得たｎビットの代表値デ
ータ（Ｄ′1,1〜Ｄ′m,l）は前述の順序で各画素ブロッ
ク毎に出力されることになる。スキャンコンバータ部62
9（第11図）においては分割値逆変換部628の出力データ
を、ラスタースキャンに対応する順序にスキャンコンバ
ータ部629で変換し、復号画像データとして出力端子630
に出力する。
以上説明したように、ブロック符号化方式において
は、初期値である最大値，最小値の両方あるいはいずれ
か一方が不定であると、そのブロック内の標本点の復元
は全く不可能となる。この符号化データの初期値のみを
暗号鍵により暗号化することで秘密性が保たれる。
は、初期値である最大値，最小値の両方あるいはいずれ
か一方が不定であると、そのブロック内の標本点の復元
は全く不可能となる。この符号化データの初期値のみを
暗号鍵により暗号化することで秘密性が保たれる。
以上説明したように、この発明によれば、符号化方式
における初期値のみを暗号鍵により暗号化し伝送するこ
とによって、秘密性が高く、暗号化部を低速処理し、ハ
ードウェアを小型化し、コストの低廉化を実現した暗号
化符号化装置の提供が可能となる効果がある。
における初期値のみを暗号鍵により暗号化し伝送するこ
とによって、秘密性が高く、暗号化部を低速処理し、ハ
ードウェアを小型化し、コストの低廉化を実現した暗号
化符号化装置の提供が可能となる効果がある。
第１図はこの発明の第１および第２実施例の暗号化符号
化伝送システムの構成図、第２図は第１図の伝送データ
フォーマットを示す図、第３図はこの発明の第１の実施
例における圧縮器の構成図、第４図は第３図の符号判定
型復号回路の構成図、第５図はこの第１の実施例におけ
る復号化装置の構成図、第６図はこの発明の第２の実施
例における圧縮器の構成図、第７図は第２の実施例にお
ける全画素データを画素ブロックに分割する状態を示す
図、第８図は第７図の各画素ブロックを示す図、第９図
は第６図の圧縮器を説明する図であり、第９図（ａ）は
第６図の分割値変換部における量子化の状態、第９図
（ｂ）は復号する状態の、それぞれを示す。第10図は１
つの画素ブロックに対する伝送データを示す図、第11図
は第６図のデータ送信側に対応する受信側の構成図、第
12図は従来例の暗号化を示す構成図、第13図は第12図の
暗号化の関数を示す図である。 Ａ……信号変換手段 Ｂ……データ圧縮手段 Ｃ……暗号化手段 １……A/D ２……圧縮器 ３……暗号化器 ６……伝送路 ９……解読器 10……復号器 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
化伝送システムの構成図、第２図は第１図の伝送データ
フォーマットを示す図、第３図はこの発明の第１の実施
例における圧縮器の構成図、第４図は第３図の符号判定
型復号回路の構成図、第５図はこの第１の実施例におけ
る復号化装置の構成図、第６図はこの発明の第２の実施
例における圧縮器の構成図、第７図は第２の実施例にお
ける全画素データを画素ブロックに分割する状態を示す
図、第８図は第７図の各画素ブロックを示す図、第９図
は第６図の圧縮器を説明する図であり、第９図（ａ）は
第６図の分割値変換部における量子化の状態、第９図
（ｂ）は復号する状態の、それぞれを示す。第10図は１
つの画素ブロックに対する伝送データを示す図、第11図
は第６図のデータ送信側に対応する受信側の構成図、第
12図は従来例の暗号化を示す構成図、第13図は第12図の
暗号化の関数を示す図である。 Ａ……信号変換手段 Ｂ……データ圧縮手段 Ｃ……暗号化手段 １……A/D ２……圧縮器 ３……暗号化器 ６……伝送路 ９……解読器 10……復号器 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】デジタル信号を入力する入力手段と、 前記信号を符号化方式により圧縮するデータ圧縮手段
と、 前記符号化データを伸張するために必須な初期値のみを
暗号鍵により暗号化する暗号化手段と、 前記暗号化手段の出力を伝送系に出力する出力手段とを
具備して成ることを特徴とする暗号化符号化装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2108903A JP2946470B2 (ja) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | 暗号化符号化装置 |
| US08/398,815 US5682425A (en) | 1990-04-23 | 1995-03-06 | Information signal transmission system |
| US08/870,461 US5852663A (en) | 1990-04-23 | 1997-06-06 | Information signal transmission system |
| US09/162,831 US6058186A (en) | 1990-04-23 | 1998-09-29 | Information signal transmission system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2108903A JP2946470B2 (ja) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | 暗号化符号化装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10124709A Division JPH10326077A (ja) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | 暗号化符号化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH048029A JPH048029A (ja) | 1992-01-13 |
| JP2946470B2 true JP2946470B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=14496554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2108903A Expired - Fee Related JP2946470B2 (ja) | 1990-04-23 | 1990-04-26 | 暗号化符号化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2946470B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100846255B1 (ko) * | 2000-11-06 | 2008-07-16 | 소니 가부시끼 가이샤 | 암호화 장치 및 방법, 복호 장치 및 방법과 기억 매체 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0787077A (ja) * | 1993-09-16 | 1995-03-31 | Canon Inc | データ暗号化装置 |
| EP1481878A4 (en) | 2002-03-01 | 2007-09-26 | Nissan Motor | FRONT STRUCTURE OF MOTOR VEHICLE CONSTRUCTION AND METHOD OF ASSEMBLING THE MOTOR VEHICLE FRONT |
| JP4996385B2 (ja) * | 2007-07-30 | 2012-08-08 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 信号遅延回路 |
-
1990
- 1990-04-26 JP JP2108903A patent/JP2946470B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100846255B1 (ko) * | 2000-11-06 | 2008-07-16 | 소니 가부시끼 가이샤 | 암호화 장치 및 방법, 복호 장치 및 방법과 기억 매체 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH048029A (ja) | 1992-01-13 |
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