JP2005184536A - 画像伝送装置、方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 画像伝送の安全性を向上させることができる画像伝送装置及びシステムを提供することにある。
【解決手段】 画像伝送システムは、ネットワーク２０８を介して互いに接続された画像伝送装置２００及び画像保存装置２５０を備える。画像伝送装置２００は、入力画像データをデジタル化して圧縮する画像圧縮部２０２と、圧縮された画像データの認証子を計算する認証子計算部２０７と、計算された認証子を圧縮された画像データに付加するＣＰＵ２０４と、ネットワーク２０８を介して、認証子が付加された画像データを画像保存装置２５０に送信するネットワークＩ／Ｆ２１０とを備える。画像保存装置２５０は、送信された画像データを一旦保存する保存部と、記録された画像データに付加された認証子を検証する検証部とを備える。また、画像伝送装置２００に対して、指定された画像データに付加された認証子の検証を要求する検証要求部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像伝送装置、方法及びシステムに関し、特にネットワーク経由で伝送された画像に対する改竄又は捏造を検出することができる画像伝送装置、方法及びシステムに関する。

近年の情報処理技術とネットワーク技術の発達に伴い、大容量のデジタル画像データをネットワーク経由で伝送する画像伝送装置が普及している。このようなデジタル画像伝送装置は、ＣＣＴＶ等のアナログ画像を用いる監視装置に代えて、遠隔からの監視も可能とする高機能且つ高信頼性の次世代監視システムで用いられる他に、観光地や公共施設からのライブ映像の発信装置等にも用いられる。このようなデジタル画像伝送方式の問題点としては、画像の改竄や捏造が容易であるということがあり、これを防止する手段としては、デジタル署名方式を用いる方法（例えば、特許文献１）、又はＩＥＴＦのＲＦＣ２１０４で定義されている鍵付きハッシュ関数方式を用いる方法がある。
米国特許第５４９９２９４号明細書

しかしながら、上記従来技術においては、以下のような問題点があった。

前者のデジタル署名方式は、公開鍵暗号を用いるが、公開鍵暗号は一般に処理負荷が高く、画像伝送装置における高速大容量の画像伝送に適用するには高速の暗号化処理装置が必要になるため、装置のコストが増大する。また、公開鍵暗号では、公開鍵の正当性を保証するため証明書の発行と登録が必要であり、運用上のコストが増大する。

一方、後者の鍵付きハッシュ関数方式は、認証子の計算は高速に行うことができるので、高速大容量の画像伝送においても、特別なハードウェアを用いる必要がないが、認証子の生成と検証に共通の秘密鍵が用いられるため、鍵の管理は公開鍵を用いる場合にくらべて困難である。従来は、例えばデジタルカメラで画像を撮影する際に認証子を生成して付加し、検証は専用の検証装置や検証ソフトウェアを用いて行っている。生成側の装置と検証側の装置で同じ鍵を用いる必要があるが、装置間で鍵の一貫性を保証するのが難しいため、通常は同一の秘密鍵が用いられることが多い。その場合、各装置や検証ソフトウェアの耐タンパー性にもよるが、一旦同一の秘密鍵が漏洩すると、画像の改竄検知機能が破綻する。

本発明の目的は、画像伝送の安全性を向上させることができる画像伝送装置及びシステムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の画像伝送装置は、ネットワークを介して画像保存装置に接続され、前記ネットワークを介して前記画像保存装置に画像データを伝送する画像伝送装置であって、入力画像データをデジタル化して圧縮する画像圧縮手段と、前記圧縮された画像データの認証子を計算する認証子計算手段と、前記計算された認証子を前記圧縮された画像データに付加する認証子付加手段と、前記ネットワークを介して前記認証子が付加された画像データを前記画像保存装置に送信する送信手段とを備え、前記画像保存装置は、前記送信された画像データを一旦保存する保存手段と、前記保存された画像データに付加された認証子を検証する検証手段とを備えることを特徴とする画像伝送装置を提供する。

本発明の画像伝送システムによれば、計算された認証子を圧縮された画像データに付加した上で、この圧縮データを画像伝送装置に送信すると共に、画像保存装置が、送信された画像データを一旦保存し且つこの保存された画像データには付加された認証子を検証するので、画像伝送の安全性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳述する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像伝送システムの概略構成を示す図である。

図１において、本発明の実施の形態に係る画像伝送システムは、ネットワーク１０を介して互いに接続された画像伝送装置２００（送信元）及び画像保存装置２５０（送信先）を備える。画像伝送装置２００には、カメラ１００とセンサー１５０が接続されている。

カメラ１００は、典型的には、ＮＴＳＣやＰＡＬ等のアナログビデオ信号を出力するものであるが、画像データ取得装置のビデオ信号インタフェースによっては、ＣＣＤ等から出力されるデジタルビデオ信号を出力するものであってもよい。画像伝送装置２００に接続されるカメラ１００は、本実施の形態では、１台であるが、複数台であってもよい。また、カメラ１００と画像データ取得装置は一体であってもよく、同一の筐体に格納され、１つの電源によって駆動されるものであってもよい。以下の説明は、カメラ１００と画像データ取得装置の接続とは無関係に、全く同じ方法で適用される。

センサー１５０は、画像伝送装置２００と共に補助的に用いられる外部機器であり、ドアセンサーや煙センサー等の任意の二値出力型センサーである。

画像伝送装置２００は、カメラ１００で撮影して得られた画像データを受信して、この受信した画像データをネットワーク１０を介して画像保存装置２５０に伝送する。画像保存装置２５０は、画像伝送装置２００から伝送された画像データを保存する。

図２は、図１における画像伝送装置の内部構成を示すブロック図である。

図２において、図１における画像伝送装置２００は、カメラ１００に接続された画像入力部（ＧＲＡＢ）２０１と、センサー１５０に接続されたセンサーＩ／Ｆ２０９と、ネットワーク１０に接続されたネットワークＩ／Ｆ２１０とを備える。ネットワークＩ／Ｆ２１０は、イーサネット（登録商標）インタフェースやモデム等である。

画像伝送装置２００は、また、画像入力部に接続された画像圧縮部（ＣＯＭＰ）２０２と、一時記憶装置（ＴＥＭＰ）２０３と、システムコントローラとしてのＣＰＵ２０４と、ＲＡＭ２０５と、ＲＯＭ２０６と、認証子計算部（ＨＭＡＣ）２０７とを備え、これらは、バス２０８を介して互いに接続されている。

画像入力部２０１は、Ａ／Ｄコンバータ、色調整回路、輝度調整回路等で構成され、カメラ１００から入力された画像データをデジタル化する。画像伝送装置１０２は、ＣＰＵ２０４のプログラム処理によって制御される。ＲＡＭ２０５はプログラムの実行に用いられ、ＲＯＭ２０６はプログラムや各種設定値を保持する。

画像圧縮部２０２は、例えば、ＪＰＥＧエンコーダであり、画像入力部２０１でデジタル化された画像データを圧縮する。一時記憶装置２０３は、例えば、フラッシュＲＯＭであり、小容量の被圧縮画像データを一時的に記憶する。認証子計算装置２０７は画像圧縮部２０２で圧縮された画像データの認証子の計算を行う。

なお、複数台のカメラ１００を接続する場合は、画像入力部２０１において入力系統を切替える形態や、入力系統毎に画像入力部２０１を設け、画像圧縮部２０２において系統を切替える形態がある。これらの形態は、画像データ取得装置のコストや画像入力部２０１の仕様等に応じて選択される。

画像入力部２０１に入力され、画像圧縮部２０２によって圧縮された画像データは、ＲＡＭ２０５に書き込まれた後ＣＰＵ２０４に通知され、認証子計算装置２０７によって認証子が計算され、この認証子が画像データに付加されたのち、ネットワークＩ／Ｆ２１０から送信されるか、又は一時記憶装置２０３に記憶される。

画像データを一時記憶装置２０３に記憶するか否かは、ＲＯＭ２０６に保持された後述する図３及び図４の設定値に基づくＣＰＵ２０４のプログラム処理によって決定される。

認証子計算装置２０７は、耐タンパー性を有するデバイスであるのが好ましいが、一般には、この限りではなく、ＣＰＵ２０４を用いて認証子の計算を行ってもよい。ただし、この場合は、ＲＡＭ２０５やバス２０８に秘密鍵に関する情報が現れることになるので、耐タンパー性は失われる。

図３は、図２における一時記憶装置が画像データを記憶する条件を与える設定値の構造を示す図であり、センサーの場合のパラメータを示す。

図３のパラメータは、センサー１５０の入力があった場合に参照される条件である。

図３において、センサー入力オン検知時刻に保存開始パラメータを加えた時刻から、センサー入力オフ検知時刻に保存終了パラメータを加えた時刻まで、保存間隔パラメータで指定された時間間隔で、画像データを画像一時記憶装置２０３に格納するというものである。入力設定は、複数台のカメラが接続されている場合に、カメラを指定する付加的パラメータである。雲台設定、露出設定、画角設定は、外部からコマンド制御可能なカメラ１００を用いる場合に指定する付加的パラメータであり、センサー入力オン検知時に当該パラメータを参照してカメラの制御を行う。

図４は、図２における一時記憶装置が画像データを記憶する条件を与える設定値の構造を示す図であり、タイマーの場合のパラメータを示す。

図４のパラメータは、タイマー予約に関して参照される条件である。

図４において、開始日時パラメータで指定された時刻から、保存回数パラメータで指定された回数だけ、保存間隔パラメータで指定された時間間隔で、画像データを画像一時記憶装置２０３に格納するというものである。入力設定、雲台設定、露出設定、画角設定は、センサー１５０の場合と同様である。

以上において、カメラの制御を行う場合に、ＲＳ２３２Ｃインタフェースを用いた通信が用いられることがあるが、必要なインタフェース回路等は予め備わっているものとする。またカメラ１００と画像伝送装置２００が一体である場合は、必要な駆動装置と駆動回路が予め備わっているものとする。これらはいずれも公知の技術であって、本発明における本質的な問題ではない。

画像圧縮部２０２によって圧縮された画像データは、一旦ＲＡＭ２０５の記憶領域に書き込まれるが、画像圧縮部２０２はセンサー入力オン検知前の画像データを扱うために、ＲＡＭ２０５の記憶領域にリングバッファ状に設けられ、センサー入力オン検知前に遡って保持すべき個数の画像バッファに、圧縮画像を順次格納する。格納された圧縮画像は、次に上書きされるまで画像バッファに保持されるが、この間にセンサー１５０やタイマーによる画像保存の条件が成立すれば、該当する画像バッファに保存フラグを設定する。このセンサー１５０による条件として、センサー入力オン検知前に画像バッファに既に格納された数フレームの画像データから、入力オフ検知までに画像バッファに格納される画像データまでのものが保存の対象となり、そのうち指定の保存間隔で間引いたものが保存される。タイマーによる条件についても、ほぼ同様である。

一方、ＣＰＵ２０４が画像圧縮部２０２から圧縮画像の書き込み通知を受けると、次の画像バッファを検査して、保存フラグが設定されていれば画像バッファの内容を一時記憶装置２０３に格納する。

センサー１５０やタイマーを設定することなく、所定の間隔で無条件に画像データを保存する場合もあり、これは論理的にはタイマーの一種として実現される。例えば５秒間隔で無条件に画像データを保存する場合は、開始日時が毎日毎時毎分、保存回数が１２回、保存間隔が５秒であるようなタイマーが用いられる。

図５は、図２における一時記憶装置に記憶されている一連の画像データを管理するための管理ファイルの内容を示す図である。

図５の管理ファイルには、画像固有の識別子（画像ＩＤ）、撮影した時刻と理由のほか、撮影に用いられたカメラと、その時の雲台、露出、画角等の設定情報が記録される。個々の画像ファイルは、画像固有の識別子と一対一に対応つけられる。紛れがなければ、画像識別子として撮影時刻を用いてもよい。管理ファイルに記録される一連の情報は、個々の画像ファイル中にも記録してもよい。これにより、管理ファイルが破壊された場合、一連の画像ファイルから管理ファイルを修復することが可能になる。例えば画像ファイルがＪＰＥＧファイルであれば、付加情報はＪＰＥＧのアプリケーションマーカーを用いて記録することが可能である。

画像データを一時記憶装置２０３に記憶せず、ネットワークＩ／Ｆ２１０から送信する場合についても、上記付加情報に相当する情報を画像ファイルに添付するようにしてもよい。ただし、この場合は、画像の撮影理由は無効となる。

画像保存装置２５０は、送信された画像データを一旦保存する保存部と、記録された画像データに付加された認証子を検証する検証部とを備える。また、画像保存装置２５０は、保存部に保存された１つ又は複数の画像データを指定する画像指定部と、画像伝送装置２００に対して、指定された画像データに付加された認証子の検証を要求する検証要求部とを備える（いずれも不図示）。

ここで、画像伝送装置２００の認証子計算部２０７の処理について説明する。認証子計算部２０７は、画像データに付加されたハッシュ関数を適用して得られるハッシュ値に対して鍵付きハッシュ関数を適用することによって認証子計算を行う。または、認証子計算部２０７は、鍵付きハッシュ関数の鍵を画像伝送装置２００の識別子と画像伝送装置２５０共通の秘密情報を用いて算出する。後者場合、画像伝送装置２００は、さらに秘密情報を設定する設定部を有し、認証子計算部２０７は、鍵付きハッシュ関数の鍵を秘密情報と画像伝送装置２００の識別子を用いて算出する。

さらに、認証子計算部２０７は、画像データにハッシュ関数を適用して得られるハッシュ値に対して共通鍵暗号を適用することによって認証子計算を行い、又は共通鍵暗号の暗号鍵を画像伝送装置２００の識別子と画像伝送装置２５０共通の秘密情報を用いて算出する。この場合、画像伝送装置２００は、さらに秘密情報を設定する設定部を有し、認証子計算部２０７は、共通鍵暗号の暗号鍵を秘密情報と画像伝送装置の識別子を用いて算出する。

認証子計算部２０７が認証子を計算する方法は、具体的には、以下の通りである。

第１の認証子計算方法は、画像データに鍵付きハッシュ関数を適用する方法である。鍵付きハッシュ関数はＲＦＣ２１０４で定義されており、一般には、ＨＭＡＣ＿ＭＤ５やＨＭＡＣ＿ＳＨＡ−１等が用いられる。鍵付きハッシュ関数の適用範囲は、通常は圧縮画像データ全体であって、例えば、ＪＰＥＧファイルの場合は、ＳＯＩマーカーからＥＯＩマーカーまでのバイト列である。ただし、改竄と判定しないような付加データの追加・編集を許すために、特定のマーカーセグメントについては除外してもよい。ただし、その場合も、上記付加情報は不変であることが求められるため、除外はされないものとする。

第２の認証子計算方法は、画像データにハッシュ関数を適用して得られるハッシュ値に対して鍵付きハッシュ関数を適用する方法である。初めに用いられるハッシュ関数は、ＭＤ５やＳＨＡ−１等であり、適用範囲は第１の認証子計算方法と同様である。このハッシュ関数は、通常は鍵付きハッシュ関数で用いられるハッシュ関数と同じものを用いるが、一般には独立である。

第３の認証子計算方法は、画像データにハッシュ関数を適用して得られるハッシュ値に対して共通鍵暗号による暗号化を適用する方法である。用いられる共通鍵暗号は、ＤＥＳやＡＥＳ等任意のブロック暗号である。また初めに用いられるハッシュ関数とその適用範囲は、第２の認証子計算方法と同様である。

上記第１〜第３の認証子計算方法で計算される認証子は、画像圧縮部２０２で圧縮された画像データに付加される。認証子の長さは、用いられる鍵付きハッシュ関数や共通鍵暗号、及びその適用方法によって異なる。適用方法とは、適用範囲全体から一個の認証子を計算するか、又は適用範囲を複数領域に分割して個々に認証値を計算し、最後に全体を結合して認証子とする等である。認証子の付加は、例えばＪＰＥＧファイルであれば、アプリケーションマーカーを用いてファイル中に格納してもよい。その場合、認証子部分は検証時の認証子計算からは除外される。

更に、上記第１〜第３の認証子計算方法では、秘密鍵が用いられる。秘密鍵の長さも、用いられる鍵付きハッシュ関数や共通鍵暗号等、及びその適用方法に依存して異なる。秘密鍵の算出方法は以下の通りである。

第１の秘密鍵算出方法は、予め決められた画像伝送装置２００共通の秘密情報を用いる方法であり、第２の秘密鍵算出方法は、ユーザが任意に設定した秘密情報を用いる方法である。

実際に用いられる秘密鍵は、秘密情報そのものとしてもよいが、通常は秘密情報をシードとして擬似乱数系列を発生させ、それによって秘密鍵の算出を行う。なお、上記秘密情報に加えて、画像伝送装置２００の識別子を秘密鍵の算出に用いるようにしてもよい。その場合該識別子は、画像とともに伝送されるものとする。

ネットワーク１０を介して画像保存装置２５０に保存された画像データについて、認証値を検証する手順は、上記認証子計算方法によって異なる。

第１の認証子計算方法を用いる場合は、初めに検証対象の画像をネットワーク１０経由で画像伝送装置２００に転送し、該転送された画像データの検証要求を行う。要求を受けた画像伝送装置２００は、第１の認証子計算方法に従って認証値を計算し、該認証値が付加された認証値と不一致であれば改竄ありと応答する。

第２の認証子計算方法を用いる場合は、初めに画像保存装置２５０側でハッシュ値の計算を行い、次いで、該ハッシュ値と画像に付加された認証値を画像伝送装置２００に送信することで、画像の検証要求を行う。要求を受けた画像伝送装置２００は、前記ハッシュ値に対して、第２の認証子計算方法における鍵付きハッシュ関数を適用して認証値を計算し、該認証値が送信された認証子と不一致であれば改竄ありと応答する。

第３の認証子計算方法を用いる場合は、上記第２の認証子計算方法を用いる場合と同様である。要求を受けた画像伝送装置２００は、受信した認証子に対して共通鍵暗号における復号を行い、結果が受信したハッシュ値と不一致であれば改竄ありと応答する。

以上において、同じ秘密鍵が用いられている場合は、画像の撮影に用いる画像伝送装置２００と、画像の検証に用いる画像伝送装置２００とは、必ずしも同一である必要はない。鍵の同一性は、予め決められた画像伝送装置２００共通の秘密情報を用いられる場合は明らかであり、ユーザが任意に設定した秘密情報を用いる場合も、同一の秘密情報を設定することで保証される。ただし、後者の場合は、ユーザの設定する秘密情報の同一性はユーザ自身が保証する必要がある。秘密情報が異なる場合、画像の改を竄検出することはできない。

本発明の実施の形態に係る画像伝送システムの概略構成を示す図である。 図１における画像伝送装置の内部構成を示すブロック図である。 図２における一時記憶装置が画像データを記憶する条件を与える設定値の構造を示す図であり、センサーの場合のパラメータを示す。 図２における一時記憶装置が画像データを記憶する条件を与える設定値の構造を示す図であり、タイマーの場合のパラメータを示す。 図２における一時記憶装置に記憶されている一連の画像データを管理するための管理ファイルの内容を示す図である。

符号の説明

１０１ カメラ
１０２ 画像伝送装置
１０３ 画像保存装置
１０４ ネットワーク
１０５ センサー
２０１ 画像入力部
２０２ 画像圧縮部
２０３ 一時記憶装置
２０４ ＣＰＵ
２０５ ＲＡＭ
２０６ ＲＯＭ
２０７ 認証子計算部
２０８ システムバス
２０９ センサーＩ／Ｆ
２１０ ネットワークＩ／Ｆ

Claims (11)

1. ネットワークを介して画像保存装置に接続され、前記ネットワークを介して前記画像保存装置に画像データを伝送する画像伝送装置であって、
   入力画像データを圧縮する画像圧縮手段と、
   前記圧縮された画像データに付加するための認証子を計算する認証子計算手段と、
   前記計算された認証子を前記圧縮された画像データに付加する認証子付加手段と、
   前記ネットワークを介して前記認証子が付加された画像データを前記画像保存装置に送信する送信手段と、
   前記画像保存装置に保存された画像データに付加された認証子を検証する検証手段とを備えることを特徴とする画像伝送装置。
2. 画像伝送装置からネットワークを介して画像保存装置に画像データを伝送する画像伝送システムであって、
   前記画像伝送装置は、
   入力画像データを圧縮する画像圧縮手段と、
   前記圧縮された画像データに付加するための認証子を計算する認証子計算手段と、
   前記計算された認証子を前記圧縮された画像データに付加する認証子付加手段と、
   前記ネットワークを介して前記認証子が付加された画像データを前記画像保存装置に送信する送信手段とを備え、
   前記画像保存装置は、
   前記送信された画像データを保存する保存手段を有し、
   更に、前記画像伝送装置は、前記画像保存装置において保存された画像データに付加された認証子を検証する検証手段を備えることを特徴とする画像伝送システム。
3. 前記画像保存装置は、さらに、前記保存された１つ又は複数の画像データを指定する画像指定手段と、前記画像伝送装置に対して前記指定された画像データに付加された認証子の検証を要求する検証要求手段とを備えることを特徴とする請求項２記載の画像伝送システム。
4. 前記認証子計算手段は、前記画像データに鍵付きハッシュ関数を適用することによって認証子計算を行うことを特徴とする請求項１記載の画像伝送装置。
5. 前記認証子計算手段は、前記画像データにハッシュ関数を適用して得られるハッシュ値に対して鍵付きハッシュ関数を適用することによって認証子計算を行うことを特徴とする請求項１記載の画像伝送装置。
6. 前記認証子計算手段は、前記鍵付きハッシュ関数の鍵を前記画像伝送装置の識別子と前記画像伝送装置共通の秘密情報を用いて算出することを特徴とする請求項４又は５記載の画像伝送装置。
7. 前記画像伝送装置において、秘密情報を設定する設定手段を有し、前記認証子計算手段は、前記鍵付きハッシュ関数の鍵を前記秘密情報と前記画像伝送装置の識別子を用いて算出することを特徴とする請求項４又は５記載の画像伝送装置。
8. 前記認証子計算手段は、前記画像データにハッシュ関数を適用して得られるハッシュ値に対して共通鍵暗号を適用することによって認証子計算を行うことを特徴とする請求項１記載の画像伝送装置。
9. 前記認証子計算手段は、前記共通鍵暗号の暗号鍵を前記画像伝送装置の識別子と前記画像伝送装置共通の秘密情報を用いて算出することを特徴とする請求項８記載の画像伝送装置。
10. 前記画像伝送装置において、秘密情報を設定する設定手段を有し、前記認証子計算手段は、前記共通鍵暗号の暗号鍵を前記秘密情報と前記画像伝送装置の識別子を用いて算出することを特徴とする請求項９記載の画像伝送装置。
11. ネットワークを介して画像保存装置に接続され、前記ネットワークを介して前記画像保存装置に画像データを伝送する画像伝送方法であって、
    入力画像データを圧縮する圧縮された画像データに付加するための認証子を計算し、
    前記計算された認証子を前記圧縮された画像データに付加し、
    前記ネットワークを介して前記認証子が付加された画像データを前記画像保存装置に送信し、
    前記画像保存装置に保存された画像データに付加された認証子を検証することを特徴とする画像伝送方法。

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