JP2010509820A - エンハンスメントフレームの符号化及び復号化を行うための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、送信機（５．１）から受信機（５．２）へ送信される符号化されたスケーラブルエンハンスメントフレーム（３．２）を暗号化する方法及び装置に関連し、エンハンスメントフレームは、品質レベル順に並んだ複数の相補ストリームを有し、各相補ストリームは、２以上のスケーラビリティタイプの組み合わせに対応し、下位の品質レベルの相補ストリームは、各スケーラビリティタイプにおける下位の品質に対応し、送信機で行われる当該方法は、総てのスケーラビリティタイプが同時に又は個々に使用可能であるように、相補ストリームを暗号化する鍵を相補ストリーム毎に生成するステップ（Ｓ１）を有する。該鍵は、相補ストリームの品質レベル未満の品質レベルの相補ストリームの鍵のみが、該相補ストリームの鍵から取得可能であるように生成される。当該方法は、ある品質レベルに対応する相補ストリームの鍵を受信機に送信するステップ（Ｓ３）を有し、鍵は、下位の品質レベルの相補ストリームの鍵だけを受信機が生成することを許容する。本発明は、エンコードされたスケーラブルな受信エンハンスメントフレームを解読する方法及び装置にも関連する。

Description

本発明は鍵の送信を管理する方法に関連する。

標準規格であるＭＰＥＧ４のパート２及びＭＰＥＧ２のパート１０には、微細粒度スケーラビリティ（ＦＧＳ： Ｆｉｎｅ Ｇｒａｉｎ Ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ）法が規定されている。以下、この技法をＭＰＥＧ−４ＦＧＳということにする。これは、データストリームを２つのレイヤに圧縮する方法を規定し、２つのレイヤは、スケーラブルでない部分である基本レイヤ、及びスケーラブルな部分であるエンハンスメントレイヤ（拡張レイヤ）である。圧縮ストリームの受信機は、基本レイヤだけをデコードしてもよいし、或いは基本レイヤ及び拡張レイヤをデコードしてもよい。基本レイヤだけがデコードされた場合、それはオリジナルコンテンツの低品質バージョンになる。拡張レイヤの部分がデコードされ、基本レイヤと組み合わされた場合、デコードされた拡張レイヤに応じて、改善された品質のコンテンツをもたらす。さらに、拡張レイヤは、ピーク信号対ノイズ比率（ＰＳＮＲ： Ｐｅａｋ Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）のスケーラビリティ及び時間スケーラビリティをサポートする。したがって、ＭＰＥＧ−４ＦＧＳは、ビットレートだけを増やして時間的スケーラビリティをサポートする点、同じビットレートを維持しつつＰＳＮＲスケーラビリティをサポートする点、又はＰＳＮＲ及び時間スケーラビリティの双方をサポートする点で柔軟性を提供する。ファイングレインスケーラビリティ（ＦＧＳ）は、拡張レイヤによってもたらされる。ピーク信号対ノイズ比率は、２つの画像を比較するのに使用される対象ビデオの品質基準（メトリック）とすることができ、ビデオの受信機で自動的に算出可能である。ビットレートは、ビデオを受信する受信機で利用可能なビットレートである。

スケーラブルマルチレイヤＦＧＳ符号化−以下、ＳＭＬＦＥ（Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｙｅｒ ＦＧＳ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ）という−は、階層化されたアクセス制御法であり、ＭＰＥＧ−４ＦＧＳ符号化の際、ＰＳＮＲ及びビットレートスケーラビリティ双方を同時にサポートする。ＳＭＬＦＥでは、拡張レイヤは、ＰＳＮＲ及びビットレートの値に応じて分けられた複数の品質レベルと共に、１つのストリームにエンコードされる。低品質レベルは、同じスケーラビリティタイプの高品質レベルによりアクセスされ再利用される。そして拡張レイヤはいくつかもの様々なセグメントで構成される。各セグメントを暗号化するためにセグメント毎に鍵（キー）が生成される。

ＭＰＥＧ−４ＦＧＳ圧縮コンテンツにアクセスする際、消費者は、必要なセグメント総てを解読するための鍵を必要とする。鍵の数はかなり多いかもしれない。したがって、総ての鍵を消費者に送ることは、煩雑であるし、送信するコンテンツにかなり多くのオーバーヘッドを付けることになる。したがって、効率的な鍵管理法を提供することが望まれている。

本発明は暗号鍵を管理する方法に関連し、本方法は、必要な品質に対応する拡張レイヤのセグメント総てを受信者が解読できるようにしつつ、他の総てのセグメントはその受信者にとってアクセスできないままであるようにする。本発明は、効率的で相補的な暗号化及び解読ストリームを意図する鍵管理システムに関連する。

本発明はＭＰＥＧ−４ＦＧＳの技術分野に特に適用可能であるが、暗号化された符号化フレームが伝送される他の技術分野にも一般的に適用可能である。

基本ストリーム及び２つの相補ストリームに分割されたストリームを示す図。 スケーラブル符号化相補ストリームを暗号化する様子を示す図。 スケーラブル拡張レイヤを示すブロック図。 拡張レイヤでスケーラビリティを使用する様々なモードを示す図。 暗号化及び解読を行う方法のフローチャート。 一実施例によるシステムを示す図。

上記の課題に対処するため、本発明の一形態は、送信機から受信機へ送信される符号化されたスケーラブルエンハンスメントフレームを暗号化する方法に関連し、前記エンハンスメントフレームは、品質レベル順に並んだ複数の相補ストリームを有し、各相補ストリームは、２以上のスケーラビリティタイプの組み合わせに対応し、下位の品質レベルの相補ストリームは、各スケーラビリティタイプにおける下位の品質に対応し、前記送信機で行われる当該方法は、
総てのスケーラビリティタイプが同時に又は個々に使用可能であるように、相補ストリームを暗号化する鍵を相補ストリーム毎に生成するステップを有する。該鍵は、相補ストリームの品質レベル未満の品質レベルの相補ストリームの鍵のみが、該相補ストリームの鍵から取得可能であるように生成される。当該方法は、ある品質レベルに対応する相補ストリームの鍵を前記受信機に送信するステップを有し、前記鍵は、前記下位の品質レベルの相補ストリームの鍵だけを受信機が生成することを許容する。

高い安全性、簡便性及び少ないオーバーヘッド等のような望ましい特徴がもたらされる。暗号化及び関連する鍵管理システムにより高い安全性が得られることは特に重要である：通常、高い安全性は、複雑さ及びデータオーバーヘッドを犠牲にして得られる。簡易な方法は、できるだけ少ない鍵を使用し、鍵のサイズを短縮し、限られた演算能力の装置でさえ有効に機能する。少ないデータオーバーヘッドは、本方法が、暗号化ストリームに多くのオーバーヘッドを追加しないことを意味する。鍵生成法は、ある１つの鍵から以後の鍵総てを生成することを可能にする。許容される鍵を受信機が導出するように、サーバは、１つの鍵を受信機に送信することだけを必要する。これは僅かなデータオーバーヘッドしか要しない。

本発明の一形態によれば、送信するステップの前に、前記品質レベルのストリームの受信を求めるリクエストを受信機から受信するステップをさらに有する。

本発明の一形態によれば、相補ストリーム毎に鍵を生成するステップは、
上位の品詞連れ別の相補ストリームのランダム鍵に生成するステップと、
少なくとも一方向置換アルゴリズムをランダム鍵に順に適用することで、下位の品質レベルの相補ストリームの鍵を取得するステップを有する。

１つの関数が、以後の鍵総てを生成することを可能にする。これは、演算リソースをほとんど要しない。

特に、第１スケーラビリティ及び第２スケーラビリティの２つのスケーラビリティタイプの組み合わせを使用する場合において、第１スケーラビリティの所与のレベルについて、下位の品質レベルの相補ストリームの鍵を取得する前記ステップは、
該レベルの鍵を左部分及び右部分に分割するステップと、
前記鍵の前記右部分に一方向性置換アルゴリズムを適用するステップと、
適用するステップで得られた前記鍵の前記右部分と前記鍵の左部分とを連結し、前記下位の品質レベルの鍵を取得するステップと
をさらに有する。

同様に、第１スケーラビリティ及び第２スケーラビリティの２つのスケーラビリティタイプの組み合わせを使用する場合において、第２スケーラビリティの所与のレベルについて、下位の品質レベルの相補ストリームの鍵を取得する前記ステップは、
該レベルの鍵を左部分及び右部分に分割するステップと、
前記鍵の前記左部分に一方向性置換アルゴリズムを適用するステップと、
取得された前記右部分と前記鍵の左部分とを連結し、前記下位の品質レベルの鍵を取得するステップと
をさらに有する。

本発明は、暗号化されたスケーラブルエンハンスメントフレームを解読するための解読鍵を算出する方法にも関連し、前記エンハンスメントフレームは、品質レベル順に並んだ複数の相補ストリームを有し、各相補ストリームは、２以上のスケーラビリティタイプの組み合わせに対応し、下位の品質レベルの相補ストリームは、各スケーラビリティタイプにおける下位の品質に対応し、受信機で行われる当該方法は、
要求した品質レベルに対応する相補ストリームの鍵を受信するステップと、
下位の品質レベル以下の相補ストリームの鍵を、受信した鍵から生成するステップと
を有する方法である。

本発明の一形態によれば、相補ストリームの鍵を受信する前記ステップの前に、ストリームの受信に要求する品質レベルを通知するステップをさらに有する。

本発明の一形態によれば、後の鍵を生成するステップは、一方向置換アルゴリズムを受信した鍵に順に適用するステップを有する。

本発明の一形態は、符号化されたスケーラブルエンハンスメントフレームを暗号化する装置にも関連し、前記エンハンスメントフレームは、品質レベル順に並んだ複数の相補ストリームを有し、各相補ストリームは、２以上のスケーラビリティタイプの組み合わせに対応し、下位の品質レベルの相補ストリームは、各スケーラビリティタイプにおける下位の品質に対応し、当該装置は、
上位の品質レベルの相補ストリームに対するランダム鍵を生成し、且つあるタイプの対称ハッシュアルゴリズムのみを前記ランダム鍵に順に適用することで、下位の品質レベルの相補ストリームの鍵を生成する暗号化手段
を有する装置である。

本発明の一形態は、暗号化されたスケーラブルエンハンスメントフレームを解読するため装置にも関連し、前記エンハンスメントフレームは、品質レベル順に並んだ複数の相補ストリームを有し、各相補ストリームは、２以上のスケーラビリティタイプの組み合わせに対応し、下位の品質レベルの相補ストリームは、各スケーラビリティタイプにおける下位の品質に対応し、当該装置は、
あるタイプの対称ハッシュアルゴリズムのみを、ランダム鍵に順に適用することで、下位の品質レベル以下の相補ストリームだけの鍵を、受信した鍵から生成する解読手段
を有する装置である。

本発明の他の対象は、プログラムコード命令を有するコンピュータプログラム製品であり、そのプログラム命令は、プログラムがコンピュータで実行された場合、本発明による方法ステップを実行する。「コンピュータプログラム製品（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ ｐｒｏｄｕｃｔ）」という語句が示すように、コンピュータプログラムは、ディスケットやカセットのようなプログラムを含む記憶スペースにおけるものだけではなく、電気的又は光学的な信号のような信号中におけるものをも含むことが意図されている。

以下、添付図面を参照しながら非限定的な実施形態及び実施例により、本発明はさらに明確に理解されるであろう。

図６に示されるブロックは単なる機能的なエンティティを示し、物理的に別々のエンティティに対応するとは限らない。すなわち、機能エンティティはソフトウエア形式で開発されてもよいし、或いは１つ以上の集積回路で実現されてもよい。

実施例はＭＰＥＧ−４ＦＧＳの枠組みの中にあるが、本発明はその特定の実施例に限定されず、暗号化された符号化フレーム群が伝送される他のシステムに適用されてもよい。

伝送されるディジタルサービスを様々なコンポーネントに分けるいくつもの方法がある：これらのコンポーネントは、クライアント固有のストリームで伝送される。例えば、追加的なコーダ等を利用することが可能であり、それらのコーダは、基本ストリームと呼ばれる狭い帯域の第１ストリーム及び相補ストリームの形式で、ビデオのような後のコンポーネントやサービスを符号化する。基本ストリームは、一般に、劣化した伝送形態のサービスを補償可能にする。それは常に独立にデコード可能である。ビデオを考察する場合、基本サービスは、低解像度のビデオを含む。音声（オーディオ）についても同様である。相補ストリーム（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｓｔｒｅａｍｓ）は、基本ストリームから欠落した情報を送信し、劣化していない形態のサービスを復元可能にする。相補ストリームは、下位のストリームと一緒にしかデコードできない。

図１には、そのようなサービス又は少なくともそのビデオコンポーネントが示されている。ビデオ１全体は、第１基本ストリーム１．１及びスケーラブル拡張レイヤに分解され、スケーラブル拡張レイヤは、それぞれ１．２及び１．３で示される２つの相補ストリームを含む。基本ストリームは、第１の低解像度のビデオを再構築可能にする。基本ストリーム及び相補ストリーム１をデコード（復号）することは、ビデオを中程度の解像度に復元できるようにする。３つのストリームをデコードすることは、最高解像度の完全なビデオを復元可能にする。

実際、エンコードする相補ストリームはスケーラブルであるが、エンコードする基本ストリームは概してスケーラブルでない。暗号化（ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ）の観点からは、基本レイヤを暗号化するには１つの鍵で充分であり、基本ストリームについての鍵の管理は必須でない。相補ストリームを暗号化するにはいくつもの鍵が必要であり、通常、鍵の管理が必要である。図２には、スケーラブルな符号化された相補ストリームの暗号化の様子が示されている。本実施例が提案する技法は、スケーラブルな符号化された相補ストリーム２．１を暗号化された相補ストリーム２．２に暗号化し、それら暗号化されたストリームはスケーラブルなままであることを可能にする。暗号化２．３はクリアビデオの部分（ｃｌｅａｒ ｖｉｄｅｏ ｐａｒｔ）２．１に適用され、暗号化されたビデオの部分をもたらす。

ＭＰＥＧ−４ＦＧＳ符号化は、標準規格（ＭＰＥＧ−４のパート２ ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４９６−２：２００３）で規定されている。ＦＧＳの場合、データストリームは２つのレイヤに符号化及び圧縮され、２つのレイヤは、スケーラブルパートでない基本レイヤ、及びスケーラブルパートである拡張レイヤである。基本レイヤのみがデコードされた場合、それはオリジナルコンテンツの低品質バージョンになる。しかしながら、拡張レイヤの部分がデコードされ、基本レイヤと組み合わされた場合、デコードされた拡張レイヤに応じて、改善された品質のコンテンツをもたらす。さらに、拡張レイヤはＰＳＮＲ及び時間スケーラビリティ双方をサポートしている。図３はそのようなサービスを表すブロック図であり、ビデオ全体は、不図示の基本レイヤ及びスケーラブル拡張レイヤ３．２に分解され、スケーラブル拡張レイヤは、２つのスケーラビリティ（ＰＳＮＲ３．３及びビットレート３．４）に基づく複数の相補ストリームを有する。拡張レイヤ各々は、Ｔ個のＰＳＮＲレベル及びＭ個のビットレートレベルに個々に分けられる。そして、拡張レイヤは、Ｍ×Ｔ個の個々のセグメント（すなわち、相補ストリーム）で構成される。図３では、Ｔ＝３及びＭ＝５であり、あるＰＳＮＲレベルとあるビットレートレベルの交点にセグメントＳ_ｍ，ｔ各々があり、ｍは｛１，．．．，Ｍ｝に属し、ｔは｛１，．．．，Ｔ｝に属する。

ＭＰＥＧ−４ＦＧＳコンテンツの品質は、時間スケーラビリティのビットレート及びＰＳＮＲスケーラビリティ双方に依存する。要求された品質に関し、ビットレートだけを利用することで、ビットレートの同じレベルを維持するＰＳＮＲレイヤのみを利用することで、或いはＰＳＮＲ及びビットレートレイヤ双方を同時に使用することで、コンテンツプロバイダは、あるレベルのレイヤへのアクセス権を与えることができる。したがって、同じコンテンツ品質を得るのに３つのモードが存在する。これは図４に示されており、図４は、図３に示されるものと同様なブロック図を示す。４．１の場合、ＰＳＮＲについて同一レベルを維持しつつビットレートスケーラビリティのみが使用される。４．２の場合、ビットレートについて同一レベルを維持しつつＰＳＮＲスケーラビリティのみが使用される。４．３の場合、双方のスケーラビリティが同時に使用される。双方のスケーラビリティを利用することは、行又は列の一部のセグメントにだけユーザがアクセスすることを許可し、行又は列のセグメント総てにアクセス権を与える必要がない。実際、コンテンツプロバイダは、Ｓ_１，１，Ｓ_２，１，Ｓ_３，１，Ｓ_１，２，Ｓ_２，２，Ｓ_３，２のセグメントに対するアクセス権を消費者に付与するが、例えばＳ_４，１，Ｓ_５，１，Ｓ_４，２，Ｓ_５，２のセグメントに対する消費者のアクセス権を制限し続ける。４．１及び４．２では、ある種類（タイプ）のスケーラビリティのみが使用され、ある品質タイプのレイヤのあるセグメントについて消費者がアクセス権を持っていた場合、消費者はそのレイヤの総てのセグメントに対するアクセス権を有する。４．１の場合、消費者はレベル２のビットレートへのアクセス権を有し、したがって４．１．１で示されるようにレベル２以下のビットレートのレイヤのどのセグメントへのアクセス権も有する。４．２の場合、消費者はレベル２のＰＳＮＲへのアクセス権を有し、したがって４．２．１で示されるようにレベル２以下のＰＳＮＲのレイヤのどのセグメントへのアクセス権も有する。

本実施例の暗号化法は、これら３つのモードが、暗号化された拡張レイヤにアクセスすることを許容する。これは、暗号化されたセグメントと共にスケーラビリティを維持することを許容する。スケーラビリティを利用可能にするために、拡張レイヤのどのセグメントも解読することを要しない。したがって鍵の管理が簡易になり、ＭＰＥＧ−４ＦＧＳスケーラビリティが、暗号化されたコンテンツと共に充分に活用可能になる。総てのスケーラビリティの種別が、同時に又は個々に使用可能である。

スケーラブルマルチレイヤＦＧＳ暗号化階層制御法（ＳＭＬＦＥ： Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｍｕｌｔｉ Ｌａｙｅｒ ＦＧＳ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ ｌａｙｅｒｅｄ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ）は、ＭＰＥＧ−４ＦＧＳ符号化に関し、ＰＳＮＲ及びビットレートのスケーラビリティ両方をサポートする。ＳＭＬＦＥについては、非特許文献１に記載されている。ＳＭＬＦＥでは、拡張レイヤは、ＰＳＮＲ及びビットレートの値に応じて分けられた複数の品質レベルと共に、１つのストリームにエンコードされる。低品質レベルは、同じスケーラビリティタイプの高品質レベルによりアクセスされ再利用されるが、その逆は成り立たない。２つの異なるスケーラビリティタイプの保護（プロテクション）は直行している、すなわち、一方のスケーラビリティタイプのあるレベルに対するアクセス権が、他方のスケーラビリティタイプのそのレベルにアクセス可能にするわけではない。

図３の各セグメントは、対応するセグメントキーＫ_ｍ，ｔ（図示せず）と共に暗号化される。この場合、セグメント総てを暗号化するため、Ｍ×Ｔ個の鍵がビデオの送信機によりランダムに生成される。これらの鍵は、管理される必要があり、且つＭＰＥＧ−４ＦＧＳ圧縮コンテンツにアクセスするビデオ受信機に送られる必要がある。

セグメントを暗号化及び解読する方法、及び本実施例による暗号鍵を生成する方法が、以下で説明される。符号化（エンコード）及び暗号化は、サーバ又は送信機で実行される。復号（デコード）及び解読はクライアント又はビデオ受信機で実行される。

ＳＭＬＦＥの場合と同様に、拡張レイヤはＭ×Ｔ個の個々のセグメントで構成される。セグメントＳ_ｍ，ｔを暗号化するため、個々の鍵Ｋ_ｍ，ｔ各々が使用され、ｍは｛１，．．．，Ｍ｝に属し、ｔは｛１，．．．，Ｔ｝に属する。Ｓ_Ｍ，Ｔは、双方のスケーラビリティタイプ関し、高品質のセグメントである。

サーバにおいて、先ず鍵（キー）がランダムに生成される。これは、最高品質のセグメントＳ_Ｍ，Ｔの鍵Ｋ_Ｍ，Ｔに対応する。この鍵は左側及び右側の半分ずつに二分される。そして、下位のＰＳＮＲ品質セグメントに関する鍵は、鍵Ｋ_Ｍ，Ｔの左半分と、鍵Ｋ_Ｍ，Ｔの右半分をある方法で（ある方向に）置換したものとを連結することで得られる。下位のビットレート品質セグメントに関する鍵は、鍵Ｋ_Ｍ，Ｔの左半分をある方法で（ある方向に）置換したものと、鍵Ｋ_Ｍ，Ｔの右半分とを連結することで得られる。最低品質セグメントＳ１，１の暗号鍵であるＫ_１，１を算出するまで、そのプロセスを反復することで、総ての鍵Ｋ_ｍ，ｔ（ｍ＝１，．．．，Ｍ及びｔ＝１，．．．，Ｔ）が得られる。

明示的に考察するに、ｈを一方向性置換（ｏｎｅ−ｗａｙ ｐｅｒｍｕｔａｉｏｎ）であるとする。所与の鍵Ｋに関し、一方向性置換をＫにｎ回適用した結果がｈ^ｎ（Ｋ）であるとする。拡張レイヤ中の所与のセグメントＳ_ｍ，ｔの暗号鍵Ｋ_ｍ，ｔが、以下の手順により生成されるものとする：
− Ｋ_Ｍ，Ｔ＝（ＬＫ_Ｍ，Ｔ‖ＲＫ_Ｍ，Ｔ）をランダムに生成する。ＬＫ_Ｍ，Ｔは左側の鍵の値を表す。ＲＫ_Ｍ，Ｔは右側の鍵の値を表す。記号‖は連結することを表す。

− Ｍ−ｍ＝ｘ 及び Ｔ−ｔ＝ｙ により差分ｘ，ｙを計算する。

− 以下の鍵生成式を用いて鍵Ｋ_ｍ，ｔを生成する：
Ｋ_ｍ，ｔ＝（ｈ^ｘ（ＬＫ_Ｍ，Ｔ）‖ｈ^ｙ（ＲＫ_Ｍ，Ｔ））。

本実施例の場合、鍵Ｋ_ｍ，ｔは１２８ビット長であり、ｈ^ｘ（ＬＫ_Ｍ，Ｔ）及びｈ^ｙ（ＲＫ_Ｍ，Ｔ）は６４ビット長である。

異なるセグメントについて同じセグメント鍵を持たないようにするため、Ｋ_Ｍ，Ｔの右半分の値は、左半分の値と異なっていなければならない。そうでなかった場合、相応しい鍵が得られるまで、鍵Ｋ_Ｍ，Ｔを生成し直す。

図３に示されるセグメントの場合、Ｓ_５，３が、ＰＳＮＲ及びビットレートのスケーラビリティ双方について最高品質のセグメントである。

先ず、関連する鍵Ｋ_５，３がランダムに生成される。

次に、鍵は半分ずつ２つに分けられ、Ｋ_５，３＝（ＬＫ_５，３）‖（ＲＫ_５，３）、一方向置換を用いて処理され、他の総ての鍵が取得される。

以下の表１は、上記の鍵生成式と共に、他の総てのセグメント鍵がどのように導出されるかを示す。

ある品質のコンテンツに対するアクセス権を受信機が要求している場合、要求品質に関連付けられる最高品質セグメントの鍵が送信機で算出され、受信機に送信される。最高品質セグメントがＳ_３，２であり、鍵Ｋ_３，２がそれに関連するものとする。Ｍ−ｍ＝５−３及びＴ−ｔ＝３−２による差分は、それぞれ２及び１に等しい。Ｋ_３，２＝（ｈ^２（ＬＫ_５，３）‖ｈ（ＲＫ_５，３））は、上記の鍵生成式及び一方向置換アルゴリズムを利用して、送信機がＫ_５，３から算出したセグメント鍵である。Ｋ_３，２は受信機に送信される。図３の３．１で示されているように、受信機でアクセス可能なセグメントは、Ｓ_３，２，Ｓ_３，１，Ｓ_２，２，Ｓ_２，１，Ｓ_１，２，Ｓ_１，１である。すなわち、最高品質セグメントがＳ_ｍ，ｔであった場合、アクセス可能なセグメントはＳ_ｕ，ｖである（１≦ｕ≦ｍ及び１≦ｖ≦ｔ）。

Ｋ_３，２は受信機で受信され、ＬＫ_３，２及びＲＫ_３，２に半分ずつ２つに分けられる。ＬＫ_３，２及びＲＫ_３，２をハッシュ処理（ｈａｓｈｉｎｇ）及び連結することで、セグメント鍵Ｋ_３，１，Ｋ_２，２，Ｋ_２，１，Ｋ_１，２及びＫ_１，１が得られる。これは、送信機で使用されたものと同じ一方向性置換アルゴリズムを利用することでなされる。処理は、総てのセグメント鍵を算出するまで反復される。算出される鍵は、表２に示されるように、Ｋ_３，２から得られる。

セグメント鍵の右側又は左側それぞれをハッシュ処理することで、ある品質レベルへのアクセス権は、異なるＰＳＮＲ又はビットレートスケーラビリティの下位の品質レベルへのアクセス権ももたらす。一方向性基準によるハッシュ関数を用いることで、及びハッシュ関数は単射（ｉｎｊｅｃｔｉｖｅ）でないという事実により、上位の品質レベルにアクセスすることはできない。最高品質セグメントがＳ_ｍ，ｔであった場合、（アクセス可能な）セグメントは、Ｓｕ，ｖである（ｕ≦ｍ及びｖ≦ｔ）。鍵管理法のセキュリティは、ハッシュ関数の選択及びロバスト性（ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）に全く依存している。

図５には、暗号化及び解読の方法が要約されている。

ステップＳ１。サーバがランダムキーを生成し、ランダムキーから後続のキーを生成する。

ステップＳ２。ある品質レベルのコンテンツを受信するリクエストを受信機が送信する。サーバはリクエストを受信し、最高品質に合うセグメントを特定する。

ステップＳ３。最高品質に合うセグメントに対応するキーを、サーバが受信機に送信する。

ステップＳ４。受信機がキーを受信し、アクセス可能なセグメントに対応するキーを生成する。

上述したように、固有の一方向性置換関数が両側で使用される。代替的に、異なる一方向性置換が右側及び左側に使用されてもよい。その場合、鍵生成式は、ｈ１及びｈ２関数と共に次のようになる：
Ｋ_ｍ，ｔ＝（ｈ１^ｘ（ＬＫ_Ｍ，Ｔ）‖ｈ２^ｙ（ＲＫ_Ｍ，Ｔ））。

一実施例では、Ｋ_Ｍ，Ｔは、ＬＫ_Ｍ，Ｔ及びＲＫ_Ｍ，Ｔを連結することで得られ、ＬＫ_Ｍ，Ｔは鍵の左側の値であり、ＲＫ_Ｍ，Ｔは鍵の右側の値である。或いは、ＬＫ_Ｍ，ＴがＫ_Ｍ，Ｔの偶数ビットを表し、ＲＫ_Ｍ，ＴがＫ_Ｍ，Ｔの奇数ビットと表してもよい。

一方向性置換は、ある方向の計算が逆方向の計算より遙かに容易な関数である；すなわち、ある入力について一方向置換により出力が得られた場合、その出力から入力に戻ることは容易でない。例えば、順方向なら数秒で関数を計算できるかもしれないが、逆方向の演算は、仮に可能であったとしても、何ヶ月もあるいは何年もかかってしまう。様々な一方向置換アルゴリズムが使用可能である：
− ＭＤ５、ＲＩＰＥＭＤ−１６０、ＳＨＡ１等のような当該技術分野で既知のハッシュ関数。

− メルセンヌツイスタ（Ｍｅｒｓｅｎｎｅ Ｔｗｉｓｔｅｒ）のような当該技術分野で既知の擬似乱数生成器（ＰＲＮＧ： Ｐｓｅｕｄｏ Ｒａｎｄｏｍ Ｎｕｍｂｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）。セグメント鍵又はセグメント鍵の一部分は、ＰＲＮＧのシードとして使用される。ｈ（Ｋ）＝ＰＲＮＧ（Ｋ）。出力は所定のサイズに合うように打ち切られてもよい。

− 対称暗号化（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｃｉｐｈｅｒｓ）。ＤＥＳやＲＣ４等のようなブロック暗号化又はストリーム暗号化。対称暗号化は２つの入力、メッセージ及び鍵を要するが、一方向性置換として使用される場合、２つの入力は等しくてよい。本発明において、対称暗号化がセグメント鍵Ｋに適用される場合、Ｋは、暗号化するメッセージ及び暗号化に使用される鍵として双方に使用される。その場合、ｈ（Ｋ）＝Ｅ_｛Ｋ｝（Ｋ）となる。

− 離散対数又は公開鍵暗号アルゴリズムＲＳＡ。

− 離散対数の場合、乗法群（ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｖｅ ｇｒｏｕｐ）Ｚ^＊ _ｐの生成子ｇが選択され、ｇは大きな素数である。下位の品質セグメントに関連するセグメント鍵は、上位の品質セグメント鍵の値と共に、ｇのべき乗（モジュロＰ）により得られる。

− ＲＳＡの場合、公開値（ｅ，ｎ）が生成され、ｎは２つの素数の積であり、ｅは公開されている指数である（秘密鍵は対象外である。）。下位の品質セグメントに関するセグメント鍵は、上位品質セグメント鍵Ｋの値と公開指数ｅのべき乗（モジュロｎ）により得られる。この場合、
ｈ（Ｋ）＝Ｋ^ｅ ｍｏｄ ｎ
となる。

置換に必要な性質は一方向性の性質のみである。ＭＤ５に関してある衝突が生じたとしてもセキュリティにとっては重要でない。

本実施例は、ＰＳＮＲ及びビットレートのスケーラビリティ双方をサポートする拡張レイヤに関連する。しかしながら、本発明は２より多くのスケーラビリティにも拡張可能である。Ｎ種類のスケーラビリティの場合、送信される鍵Ｋ_Ｍ，ＴはＮ個の部分に分割され、以後の鍵は、各部分に順に一方向性置換を適用することで得られる。

図６は一実施例によるシステムを示し、本システムは、送信部と言及されるサーバ５．１と、受信部と言及されるクライアント５．２とを有し、クライアントはネットワーク５．３を介してサーバと接続される。サーバは暗号化されたビデオコンテンツをクライアントに送信する。ネットワークは例えばインターネットである。サーバはビデオの送信部である。クライアントはビデオの受信部である。

サーバは圧縮手段５．１．５を有し、圧縮手段は、本発明の一実施例により、ストリームを圧縮し、基本レイヤ及び更なる拡張レイヤを生成する。サーバは暗号化手段５．１．２も有し、暗号化手段は、本実施例に従って暗号鍵を生成し、セグメントを暗号化する。サーバは、ネットワークを介してストリームをクライアントに送信する通信手段５．１．３を有する。サーバは、処理手段５．１．１及び格納手段５．１．４を有し、格納手段は、圧縮アルゴリズム及び暗号化アルゴリズムを実行するプログラムを格納する。サーバは、内部でデータを伝送するための内部バス５．１．６を有する。

クライアントは、ストリームの圧縮を解除（解凍）する解凍手段５．２．５を有する。クライアントは、本実施例に従って暗号鍵を生成し、暗号化セグメントを解読する解読手段５．２．２を有する。クライアントは、ネットワークを介してサーバからストリームを受信する通信手段５．２．３を有する。クライアントは、処理手段５．２．１及び格納手段５．２．４を有し、格納手段は、解凍アルゴリズム及び解読アルゴリズムを実行するプログラムを格納する。クライアントは、内部でデータを伝送するための内部バス５．２．６を有する。

Ｃ．Ｙｕａｎ， Ｂ．Ｂ．Ｚｈｕ， Ｍ．Ｓｕ， Ｘ．Ｗａｎｇ， Ｓ．Ｌｉ， ａｎｄ Ｙ． Ｚｈｏｎｇ， "Ｌａｙｅｒｅｄ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ＭＰＥＧ−４ ＦＧＳ Ｖｉｄｅｏ，" ＩＥＥＥ Ｉｎｔ． Ｃｏｎｆ． Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， Ｂａｒｃｅｌｏｎａ， Ｓｐａｉｎ， Ｓｅｐｔ． ２００３， ｖｏｌ．１， ｐｐ．５１７−５２０

Claims (8)

1. 送信機から受信機へ送信される符号化されたスケーラブルエンハンスメントフレームを暗号化する方法であって、前記エンハンスメントフレームは、品質レベル順に並んだ複数の相補ストリームを有し、各相補ストリームは、２以上のスケーラビリティタイプの組み合わせに対応し、下位の品質レベルの相補ストリームは、各スケーラビリティタイプにおける下位の品質に対応し、前記送信機で行われる当該方法は、
   上位の品質レベルの相補ストリームに対するランダム鍵を生成するステップと、
   あるタイプの対称ハッシュアルゴリズムを前記ランダム鍵に順に適用することで、下位の品質レベルの相補ストリームの鍵を取得するステップと、
   ある品質レベルに対応する相補ストリームの鍵を前記受信機に送信するステップと
   を有し、前記鍵は、前記下位の品質レベルの相補ストリームの鍵だけを受信機が生成することを許容する、方法。
2. 前記送信するステップの前に、前記品質レベルのストリームの受信を求めるリクエストを受信機から受信するステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
3. 第１スケーラビリティ及び第２スケーラビリティの２つのスケーラビリティタイプの組み合わせを使用する場合において、第１スケーラビリティの所与のレベルについて、下位の品質レベルの相補ストリームの鍵を取得する前記ステップが、
   該レベルの鍵を左部分及び右部分に分割するステップと、
   前記鍵の前記右部分に一方向性置換アルゴリズムを適用するステップと、
   適用するステップで得られた前記鍵の前記右部分と前記鍵の左部分とを連結し、前記下位の品質レベルの鍵を取得するステップと
   をさらに有する、請求項２記載の方法。
4. 第１スケーラビリティ及び第２スケーラビリティの２つのスケーラビリティタイプの組み合わせを使用する場合において、第２スケーラビリティの所与のレベルについて、下位の品質レベルの相補ストリームの鍵を取得する前記ステップが、
   該レベルの鍵を左部分及び右部分に分割するステップと、
   前記鍵の前記左部分に一方向性置換アルゴリズムを適用するステップと、
   取得された前記右部分と前記鍵の左部分とを連結し、前記下位の品質レベルの鍵を取得するステップと
   をさらに有する、請求項２又は３に記載の方法。
5. 暗号化されたスケーラブルエンハンスメントフレームを解読するための解読鍵を算出する方法であって、前記エンハンスメントフレームは、品質レベル順に並んだ複数の相補ストリームを有し、各相補ストリームは、２以上のスケーラビリティタイプの組み合わせに対応し、下位の品質レベルの相補ストリームは、各スケーラビリティタイプにおける下位の品質に対応し、受信機で行われる当該方法は、
   要求した品質レベルに対応する相補ストリームの鍵を受信するステップと、
   あるタイプの対称ハッシュアルゴリズムのみを、受信した鍵に順に適用することで、下位の品質レベル以下の相補ストリームの鍵を、受信した鍵から生成するステップと
   を有する方法。
6. 相補ストリームの鍵を受信する前記ステップの前に、ストリームの受信に要求する品質レベルを通知するステップをさらに有する、請求項５記載の方法。
7. 符号化されたスケーラブルエンハンスメントフレームを暗号化する装置であって、前記エンハンスメントフレームは、品質レベル順に並んだ複数の相補ストリームを有し、各相補ストリームは、２以上のスケーラビリティタイプの組み合わせに対応し、下位の品質レベルの相補ストリームは、各スケーラビリティタイプにおける下位の品質に対応し、当該装置は、
   上位の品質レベルの相補ストリームに対するランダム鍵を生成し、且つあるタイプの対称ハッシュアルゴリズムのみを前記ランダム鍵に順に適用することで、下位の品質レベルの相補ストリームの鍵を生成する暗号化手段
   を有する装置。
8. 暗号化されたスケーラブルエンハンスメントフレームを解読するため装置であって、前記エンハンスメントフレームは、品質レベル順に並んだ複数の相補ストリームを有し、各相補ストリームは、２以上のスケーラビリティタイプの組み合わせに対応し、下位の品質レベルの相補ストリームは、各スケーラビリティタイプにおける下位の品質に対応し、当該装置は、
   あるタイプの対称ハッシュアルゴリズムのみを、ランダム鍵に順に適用することで、下位の品質レベル以下の相補ストリームだけの鍵を、受信した鍵から生成する解読手段
   を有する装置。

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