JP3834364B2 - Image information transmission or recording method, apparatus and system - Google Patents
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Description
【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for transmitting / recording and reproducing image information in an image communication / broadcasting / database system.
[0002]
[Prior art]
Due to advances in electronic device technology and the like, video and audio are generally digitized and transmitted and 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. At this time, in order to correctly perform image reproduction, it is necessary to employ a common image encoding method on the encoding side and the reproduction side. For this reason, H.264 is an international standard for image coding. Systems such as H.261, MPEG1, and MPEG2 have already been determined.
[0003]
MPEG4 is one of the image coding methods currently being standardized. In this system, it has been studied to incorporate new functions that were not available in the conventional standard encoding system. One of these is content-based coding. This is a technique aimed at facilitating processing such as image editing and composition by independently encoding objects in an image. 1 and 2 show examples of terminals that perform content-based coding processing. Parts indicated by common numbers indicate the same thing. First, in the transmission /
[0004]
In the receiving /
[0005]
In FIGS. 1 and 2, an example of reproducing an image signal input on the transmission / recording side as it is on the reception / reading side was taken up, but Content-based coding was originally devised for the purpose of using such a method. It is not a thing. In Content-based coding, objects in an image are encoded separately, so editing processing that deletes, adds, enlarges, reduces, or deforms specific objects can be performed on the encoded bitstream . On the other hand, the conventional encoding method is H.264. In H.261, MPEG1, and MPEG2, encoding is performed in units of small blocks in an image, and generally, the boundary lines of the small blocks do not coincide with the contour of an object in the image. For this reason, in order to perform the above-described editing process, the encoded image information must be once decoded into an analog signal.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
If the encoded image information is encrypted, the entire range of the image cannot be viewed unless there is a key for decryption.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The image is encoded by content-based coding, and encryption processing is performed only on information about a specific object. When reproducing information encoded by this method, a part of the image can be viewed even if there is no key for decryption. Further, by switching the object to be encrypted, the encryption process can be effectively performed without increasing the processing amount (= terminal complexity).
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In pay broadcasting such as analog TV broadcasting and CATV, a method called line rotation is often used to encrypt TV signals. This is a method of scrambling the image signal within the same line (scanning line) (changing the order of signals to make the contents unknown). The paying user (subscriber) has the key to unscramble this, so that the correct image can be reproduced. On the other hand, a recipient (non-subscriber) who has not paid a fee cannot view the correct image because he / she cannot scramble. However, if there is a restriction on the severity of the scramble (for example, a restriction on the displacement of the signal position before and after the scramble), even if the scramble is applied, a small amount of information can be obtained from the reproduced image. Can do. This “slight information” is said to have the effect of generating the willingness to join non-subscribers.
[0009]
On the other hand, when the digitized image information is encrypted and transmitted, a method of encrypting and transmitting the encoded bit stream can be considered. In this case, however, a recipient who does not normally have a key for decryption cannot see the image information contained in the received encoded bitstream. This is because the bit stream that has not been decrypted is completely meaningless information for the decryption device of the receiving terminal. In order to prevent this, a method of encoding and transmitting a scrambled image signal can be considered. However, in this method, since the statistical properties of the image signal after being scrambled are greatly changed from those of a normal image signal, there arises a problem that the information compression rate in encoding is lowered.
[0010]
FIG. 3 shows an example of a transmission /
[0011]
FIG. 4 shows a configuration example of the receiving /
[0012]
The above is the processing when the playback side has key information for decrypting the encryption. On the other hand, if the playback side does not have this key, the cipher cannot be correctly decrypted. Therefore, the
[0013]
The transmitting / recording device and the receiving / reading device described with reference to FIGS. 3 and 4 can be used as components of a communication / broadcasting system and a database (video on demand) system. In this case, the key for decryption is distributed only to the subscriber. On the other hand, since a non-subscriber can obtain limited information related to image information that is broadcast / transmitted or recorded, it is easy to determine whether or not to subscribe. In particular, in a pay-per-view system that pays a fee for each program, it is frequently determined whether or not to pay a fee. Therefore, the function of reproducing an image incompletely is also effective in reducing the burden on the user side who makes the determination.
[0014]
In a video-on-demand system, for example, when reading information recorded on a remote server through a pay public network, the user must bear the communication cost. For this reason, it is unlikely that a user who does not have a key will bother to access this information even though the image cannot be viewed at all. However, if the method shown in the present invention is used, even a user who does not have a key can view at least a part of the image, so that there is a high possibility of accessing the encrypted information even if the communication cost is borne. Become. This also leads to effective promotion to non-subscribers and is effective in increasing the number of subscribers.
[0015]
In general, an object appearing in an image changes with time, and the importance of each object changes depending on the situation of the place. Therefore, if an object to be encrypted (for example, a specific character) is fixed, there is a high possibility that the effect of encryption is insufficient. This problem can be addressed by switching the object to be encrypted. However, if a large number of objects are encrypted at the same time, the amount of processing for encryption and descrambling increases, resulting in a problem that the terminal becomes complicated and expensive. As a practical countermeasure against this problem, a method of limiting the number of objects encrypted at the same time can be considered. When the encryption and descrambling processing is performed by hardware, the number of encryptors and descramblers can be reduced, or the processing can be realized even by a relatively low-speed device. Also, when this process is performed in software, the required processing speed can be reduced, so that the processing can be realized by a slower CPU or the processing speed can be spared for other processes. Is possible.
[0016]
FIG. 5 shows a configuration example of an image transmission or
[0017]
FIG. 6 shows a configuration example of the receiving /
[0018]
At this time, this apparatus knows in advance that the number of encoded bit streams related to an input object is always 1 or less. Unless such an arrangement exists in advance between the encoding side and the playback side, the playback side will have a large number of encoded bitstreams to cope with the worst case (when many bitstreams are encrypted). Must have the ability to simultaneously unlock the cipher. Therefore, the restriction on the number of encrypted bitstreams is effective in simplifying the terminal hardware or reducing the processing amount of the terminal software.
[0019]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the encrypted digital image information is received, it is possible to see the important parts in the image except for the encryption process, and the sender of the image information has the key for decrypting. Certain information can be provided to recipients who do not have it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an image transmission / recording apparatus that performs content-based coding.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an image reproducing device that receives and reads image information encoded by content-based coding.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an image transmission / recording apparatus that performs encryption processing on a specific object in an image.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of an image reproducing apparatus that receives and reads out image information obtained by performing encryption processing on a specific object in an image.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of an image transmission / recording apparatus that performs encryption processing while switching a target object with respect to one or less objects in an image.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of an image reproducing apparatus that receives and reads out image information obtained by performing encryption processing while switching a target object with respect to one or less objects in an image.
[Explanation of symbols]
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