JP3434088B2 - 画像データ変換装置およびその逆変換装置 - Google Patents

画像データ変換装置およびその逆変換装置

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JP3434088B2
JP3434088B2 JP17567795A JP17567795A JP3434088B2 JP 3434088 B2 JP3434088 B2 JP 3434088B2 JP 17567795 A JP17567795 A JP 17567795A JP 17567795 A JP17567795 A JP 17567795A JP 3434088 B2 JP3434088 B2 JP 3434088B2
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展郎 谷口
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,静止画像または動
画像のデジタル画像データを変換/逆変換する画像デー
タ変換装置およびその逆変換装置に関するものである。
【0002】例えば,ネットワークを介して画像情報
(動画像を含む)の取引きを行うような場合,購入者は
購入することのできる画像の検索,一覧のための見本あ
るいはデモとしての画像データを,対価の支払い前に入
手できることが取引上望ましい。これは購入対象である
オリジナルの画像を何らかの形で変形したものであり,
商品検索のためにオリジナルの画像の概略が理解できる
ものである必要がある。なお,デジタル化された画像情
報は画質の劣化なしに,コピーできることから,提供者
側では,画像情報取引において,支払いの保証が得られ
るまでオリジナルの画像データを何らかの形で保護しな
ければならない。
【0003】また,データ量が膨大となる映像情報にお
いてオリジナル画像を入手するための手間を少なくする
ことが重要である。さらに,オリジナルのコピーが容易
に作られることを防ぐため,変形された画像データを計
算機の処理装置内部でオリジナルに復元することが望ま
しい。表示の度にオリジナルの画像を高速に生成するた
めには,画像データの復元の計算量は少なくなければな
らない。
【0004】このようなデジタル画像データの取引きお
よび流通の円滑化を考えた場合には,画像データの新し
い変換技術が必要とされる。
【0005】
【従来の技術】従来のデジタル画像データ変換装置とし
て,(1)画像データを内容とは無関係にビット系列と
みなして,ビット系列変換関数によって変換するもの,
(2)一旦画像データを復号して画素ごとのデータを生
成し,これに対して元の画像の特徴をある程度保存した
形で変換を施して,変換後の画像を再び符号化すること
でデータ変換を行うもの,(3)画素毎のデータを符号
化途中で値を変換させる手法のもの,がある。
【0006】上記(1)の代表的な例がデータの暗号化
であり,例えば「暗号とデータセキュリティ」(培風
館,昭和63年6月)にその解説が行われている。この
種の暗号化手段は,変換の前後で画像データのフォーマ
ットが保存されないという欠点がある。すなわち,画像
データとしての意味が保たれなくなるという短所があ
る。
【0007】上記(2)の代表的な例としては,Adobe
Systems Incorporatedの Adobe Premiere 等のユーティ
リティがあり,これは広く使われている方法である(参
考:Adobe Premiere Users Guide,1991)。この種のも
のは,画像の画素の値を計算するための計算量が大きい
という欠点,また逆変換が困難であるという欠点があ
る。
【0008】上記(3)の代表的な例としては,特開平
7−79426号公報(スクランブル方式)に開示され
ているものがある。この種のものは,すでに符号化され
たデータを直接変換,逆変換することに多くの計算量が
必要となるという欠点がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
(a) 一般に画像データを任意の方法で変換した場合,変
換後のデータが元の画像の特徴(例えば大きさ,映像の
概略形状や画面内の配置,色の概要,動画として再生し
た場合の表示的な運動)を保存していることは保証でき
ない。
【0010】それのみならず, (b) 特定の形式で符号化されたデータを変換した場合,
変換後のデータが符号化の規則に合致しているとは限ら
ない。
【0011】よって,従来技術の(1)では変換後の画
像データは,実際に表示可能な画像データとして用いる
ことができない。また,従来技術の(2)の場合,以下
の問題が存在する。
【0012】(c) 一旦,データを復号して画素ごとのデ
ータを生成し,この画像に変換を加え再び符号化するに
は,多くの計算量が必要となる。 (d) 変換後のデータから元のデータを復元する場合にも
同様に多くの計算量が必要となる。
【0013】(e) 画像に対して行われた変換が複雑な場
合,復元は不可能である。従来技術の(3)の場合,既
に符号化されたデータの変換,逆変換に多くの計算量が
必要となるという問題がある。
【0014】本発明の目的は,これらの問題点の解決を
図り,元の画像の特徴を保存したまま少ない計算量でデ
ータ変換を行い,また逆変換のための情報なしには容易
に元の画像が復元されないというセキュリティ的な特徴
を備えつつ,逆変換のための情報を用いることで容易に
元の画像が復元可能な装置を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は,JPEGで符
号化された画像データのビット列中の一部分を抽出し,
この部分について,この抽出部分以外を参照せず,か
つ,抽出部分以外を書き変えずに,元のデータとは別
の,JPEG符号化の規則を満たす新たな値に置換する
手段を持ち,特にJPEGデータについて,画像フォー
マットを乱さずにビット変換できる部分を正確に抽出す
る手段を持つことを最も主要な特徴とする。以下の説明
では,本発明の関連発明であるMPEG符号化データの
変換についても説明するが,本発明は,JPEGで符号
化された画像データの変換に関する技術を要旨とする。
【0016】抽出部分の変換において,指定された位置
に格納されるビット列に対する制約条件とは,例えばデ
ジタル画像データがJPEG符号化データである場合に
は,変換後もJPEGのデータ形式になっていること,
MPEG符号化データである場合には,変換後もMPE
Gのデータ形式になっていることである。
【0017】抽出部分の変換では,変換対象としている
デジタル画像データ形式に応じて,元の抽出ビット列の
長さを保存した変換と,元の抽出ビット列の長さを保存
しない変換がある。詳しくは後述するが,例えばMPE
Gで符号化された画像データの場合には,抽出ビット列
の長さを保存して,抽出部分と長さの等しい別のビット
系列に変換することができる。一方,例えばJPEGで
符号化された画像データのような場合には,長さの等し
い任意のビット列に置き換えることが可能であるとは限
らず,変換において特定のビット列と置き換えた場合に
は,あるビット系列(8ビット)を挿入しなければなら
ないことがあるので,単純なビットの置き換えでは必ず
しも変換できないこともある。
【0018】本発明は,画像データに対して,データ形
式,元の画像の特徴を保存したまま画像データのビット
列に対して直接変換を行い,また,復元を行う点が従来
技術と異なる。
【0019】本発明の作用は,以下のとおりである。デ
ジタル符号化された画像データのビット列の部分pに対
して,データ形式の制約を満たしたまま置換することの
できるビット列は,ある集合Dp をとる。集合Dp の要
素であるすべてのビット列dは,元のデータの部分pの
値と置換しても画像データとして正しい形式を保つ。
【0020】元の画像データのpの値doriginal∈Dp
と置き換える新たな値dnew ∈Dpとの差によって画像
が変化する。dnew の値を適当に選べば,元の画像の特
徴を保存した画像が得られる。また,画像データの部分
1 ,p2 ,…,pn の値d original,1
original,2,…,doriginal,nを新たな値に変換する
ために,d new,1 =f(doriginal,1),dnew,2 =f
(doriginal,2),…,dnew,n =f(doriginal,n
という変換fを用いると,この変換は各pi にのみに依
存し,結果はpi の値のみ書き変えるので,他の部分に
独立であり副作用は及ぼさない。また,変換fに逆変換
-1が存在するものを選べば,逆変換f-1によってオリ
ジナル画像が復元できる。なお,ビット系列の変換f
は,逆変換f-1を持つものなら何でもよいが,オリジナ
ル画像の不当な復元を容易に行うことができないように
するときには,暗号化関数が望ましい。
【0021】例えば,符号Bは,{0,1}をアルファ
ベットとし,符号Bの任意の符号語に対してその長さを
Nとしたとき,長さNの任意の系列もまた符号Bの符号
語であるような符号であるとする。そして,{0,1}
をアルファベットとする符号Aの符号語aと符号Bの符
号語bとの組(a,b)によって表される符号を用いて
表されるデジタル画像データ形式のデータを変換するも
のとする。このデジタル画像データ形式のデータのう
ち,符号Bにあたる部分pに対して,データ形式の制約
を満たしたまま置換することのできるビット系列の集合
は,pの長さをNとして,0,1からなる長さNのすべ
ての系列集合Dp である。Dp の要素であるすべてのビ
ット系列dは,元のデータの部分pの値と置換しても画
像データとして正しい形式を保つ。このようなデジタル
画像データ形式のデータ変換の場合,元の画像のデータ
長を保存したまま,画像データのビット系列に対して直
接変換を行っているので,デジタル動画像への適用にも
有効となる。
【0022】本発明による画像データの変換は,画素ご
とのデータを生成せず,データ形式の制約を満たしたま
ま行うため,変換された部分の位置の計算と変換関数の
計算だけで変換が可能であり,高速に処理ができる。ま
た,変換されるビット系列の選び方によって変換結果の
画像とオリジナル画像との差を制御できる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下,本発明をJPEGの符号化
データに適用した場合と,本発明の関連発明をMPEG
の符号化データに適用した場合の実施の形態を説明す
る。
【0024】<第1の実施の形態(JPEGデータへの
適用例)>図1は,本発明の第1の実施の形態を説明す
るための画像データ変換装置および画像データ逆変換装
置の構成図である。
【0025】図1(a)に示す画像データ変換装置11
において,変換部分抽出部12は,JPEG(デジタル
画像圧縮符号化の方法でISO/IEC 10918−
1による方法)で符号化された画像データを構文解析
し,データ変換の対象となる部分を抽出する。すなわ
ち,JPEGデータを量子化されたDCT係数の属する
カテゴリを表すハフマン符号語とそれに続く付加ビット
(additional bit)に分解し,付加ビットにおける変換
部分を抽出する。この変換部分抽出部12は,入力とし
て変換対象となるJPEGデータと変換部分抽出のため
のパラメータをとる。
【0026】抽出部分変換部13は,変換部分抽出部1
2の出力を与えられた変換方法に基づいて変換する手段
である。また,抽出部分変換部13は同時に画像データ
の復元に必要な情報(逆変換のための情報)も記録す
る。書き戻し部14は,抽出部分変換部13の出力をJ
PEGデータ内に書き戻し,新たなJPEGデータを生
成する。この変換後のJPEGデータは,オリジナルの
画像の特徴をある程度保存したものであり,例えばオリ
ジナル画像の見本として用いることができる。
【0027】一方,図1(b)に示す画像データ逆変換
装置15によって,オリジナル画像を復元することもで
きる。画像データ逆変換装置15は,画像データ変換装
置11の出力である変換後のJPEGデータの他に,逆
変換のための情報入力部16により,逆変換のための情
報,すなわちデジタル画像データの変換において変換の
対象となったビット列の位置と変換されたビット列を復
元するための情報を入力する。変換部分抽出部17は,
変換後のJPEGデータから,変換時に記録されたビッ
ト位置情報を用いて,変換されたビット列を抽出し,変
換部分復元部18は,変換時に記録されたビット列を復
元するための情報を用いて,変換部分を変換前のビット
列と置き換える。
【0028】変換部分抽出部12および抽出部分変換部
13の実現方法はそれぞれ複数存在する。以下に各々の
実現方法について説明する。 [変換部分抽出部12の実現例] 〔抽出例1−1〕 (a) JPEGで符号化された画像データのDCT係数の
エントロピー符号化部分(すなわち圧縮された画像デー
タ(Compressed Image Data) の部分)のAC係数部分の
各ハフマン符号語に続く付加ビットの下位nビットを,
変換部分pとして抽出する。付加ビットはビット数の等
しい任意のビット列に置き換えてもJPEGデータとし
ての形式を満たすため,抽出部分の変換はビット数を保
存する任意の方法をとることができる。ただし,変換部
分の属するバイトが変換前に全ビットとも1の場合,そ
の次に全ビットが0の1バイトが挿入されているため,
変換によってそのバイト中に値が0のビットが出現した
ときには,次のバイトを削除しなければならない。逆
に,変換前に変換部分の属するバイトに値が0のビット
があり,変換によってバイト中の全ビットが1になると
き,その直後に全ビットが0の1バイトを挿入しなけれ
ばならない。
【0029】(b) 上記(a) の抽出部分を変換する際に,
全ビットが1のバイトの出現または消滅によって1バイ
トを挿入,削除する必要が生じるのを防ぐために,バイ
ト中の8ビットに順序を付け,(a) で選択された変換部
分であり,かつ,バイト中の決められた順序において,
最初に0であったビットより後の順番のビットのみを変
換部分pとして抽出する。このとき,ビット数を保存す
る任意の変換によって,全ビットが1のバイトの数は変
化しないので,データ長を変化させずにJPEGデータ
の形式を満足したままデータ変換が行なえる。順序付け
の方法としては,バイトの最上位ビットから下位に向か
って順序を決めるといった方法がある。AC係数の大ま
かな値はハフマン符号語によって規定されているので,
任意の関数によって変換されたデータは元の画像の特徴
を保持している。nが変換部分抽出のためのパラメータ
となる。よって,画像データの復元のために,nを変換
対象のビット列の位置を表わすパラメータとして記録す
る。
【0030】〔抽出例1−2〕JPEGデータのDCT
係数を表わすマトリクスを一列に並べたZZ(0),Z
Z(1),…,ZZ(63)のうち,0でないものにハ
フマン符号語と付加ビットの組が対応している。この付
加ビットのうち置換の対象となるものをZZのインデク
スの値によって決定する。つまり,ある整数kがあり,
整数jがkより大きいときのみ,ZZ(j)に対応する
下位の付加ビットn個を変換部分として抽出する。kが
大きいほど画像のより高周波成分に対応する部分のみを
変換することになるため,人間の目にとっては小さなイ
ンデクスiのZZ(i)を置き換える場合より元の画像
に近い画像が生成される。kとnが変換部分抽出のため
のパラメータとなる。よって,画像データの復元のため
にkとnを変換対象のビット列の位置を表わすパラメー
タとして記録する。
【0031】この例においても〔抽出例1−1〕と同様
に,抽出部分の変換はビット数を保存する任意の方法を
とることができる。 〔抽出例1−3〕JPEGデータは,図2に示すとおり
画像を方形のブロックにマトリクス状に分割して各々を
別々に符号化する。ここで付加ビット置換の対象となる
ブロックを選択し,選択されたブロック内のみ,上記
〔抽出例1−1〕または〔抽出例1−2〕の抽出対象と
する。これによって画像の一部分のみを変化させ,任意
の模様を元の画像に重ね合せることができる。
【0032】図3はブロック選択の例である。斜線部分
が選択されたブロックで,この部分の画像のみが元の画
像から変化する。選択されたブロック位置および〔抽出
例1−1〕,〔抽出例1−2〕のkとnを変換対象のビ
ット列の位置を表わすパラメータとして記録する。
【0033】[抽出部分変換部13の実現例]上記の
[変換部分抽出部12の実現例]では,抽出する部分は
すべてハフマン符号の付加ビットである。よって,変換
方法はビット数を保存する任意の関数が許される。ここ
では,そのような変換方法の具体例を挙げる。
【0034】〔変換例1−1〕図4は,この〔変換例1
−1〕による抽出部分変換部13のデータ変換とその復
元の模式図である。
【0035】ここでは,変換部分のビットをすべて0に
置換する。すなわち,付加ビットの下位nビットをすべ
て0にする。ただし,付加ビットのビット数mがn以下
のときはmビットすべてを0にする。新たな符号によっ
て表されるAC係数の値ZZは小さくなる。具体的には
対応する付加ビットが(n+1)ビット以上のとき,ま
たはZZの値が負のとき,0に置き換えられるnビット
が B=2進“b1 2 …bn ” であるとすると, ZZ′=ZZ−B である。また,このときの減少量の最大値は,(2n
1)である。
【0036】付加ビットのビット数mがn以下かつZZ
が正のときは, ZZ′=ZZ−(B+2m −1) である。このときの減少量の最大値は,(2m+1 −2)
である。
【0037】以上に示すとおり,この変換によってAC
係数の値は変化するが,変化後の値はオリジナルの近傍
にとどまる。よって,変換後の画像はオリジナルの画像
の特徴をある程度保存している。
【0038】〔変換例1−1の画像の復元〕画像データ
逆変換装置15における画像の復元は,次のように行
う。 0に置き換えられたビット B=2進“b1 2 …bn ” と,変換対象のビット列の位置を表わすパラメータと
を,画像データ復元のための情報として記録しておき,
0に置換された部分に書き戻すことによって元の画像を
復元する。画像データの変換,復元のための計算量は,
JPEGデータの構文解析の計算量と同じで高速に処理
できる。
【0039】0に置換するビット数と元の画像と変換後
の画像の差の関係は,次のようになる。下位n1ビット
を0にしたときのZZの値をZZn1,下位n2ビットを
0にしたときのZZの値をZZn2とすると,n1<n2
のとき, ZZ−ZZn1≦ZZ−ZZn2 となる。つまり,0に置換するビット数が大きいほど,
オリジナルの画像データから遠くなる。もとの非零のZ
Zからの値の変化量の最大値は,(2n −1)である。
【0040】よって,変換後の画像とオリジナルの画像
との違いは0に置換する付加ビット数nに依存して増大
する。したがって,nを変形度のパラメータとして用い
て画像の変形度を制御できる。
【0041】〔変換例1−2〕図5は,この〔変換例1
−2〕による抽出部分変換部13のデータ変換とその復
元の模式図である。
【0042】ビット長を変えず,かつ逆関数を持つよう
な関数fを用意し,変換部分として抽出された付加ビッ
ト列 Bi =“bi,1 i,2 …bi,n ” 毎にビット数を変えない関数fによって B′i =“b′i,1 b′i,2 …b′i,n ”=f(Bi ) なるB′i を求め,これをBi と入れ替える。
【0043】この操作でZZ(i)は付加ビットの数を
miとして最大で2mi+1−2だけ変化する。よってmi
をパラメータとして用いて画像の変形度を制御できる。 〔変換例1−2の画像の復元〕画像データ逆変換装置1
5における画像の復元は,次のように行う。
【0044】関数fの逆関数f-1を得て, Bi =“bi,1 i,2 …bi,n ”=f-1(B′i ) として,Bi ′をBi と置き換えることでオリジナルの
画像を復元する。
【0045】関数fまたは逆関数f-1と変換対象のビッ
ト列の位置を表わすパラメータを,画像データの復元の
ために記録しておく。関数fを暗号化関数とすると,暗
号解読鍵を与えることにより逆関数f-1を用いて画像デ
ータを復元することができる。
【0046】〔変換例1−3〕上記〔変換例1−2〕の
変形として,各ZZの付加ビットに関数fを作用させる
のではなく,すべての付加ビットをつなげたビット列B
=B1 2 …に対して関数fを作用させる。変換結果
B′=f(B)を分割して,B′=B′1 B′2…と
し,B′1 ,B′2 …をオリジナルの付加ビットと入れ
替える。
【0047】これは〔変換例1−2〕の方法に比べて,
短い付加ビットも有効に変換できるという利点がある。 〔変換例1−3の画像の復元〕これに対する画像の復元
は,次のように行う。
【0048】関数fの逆関数f-1によって B=f-1(B′) を求め,Bを分割して B=B1 2 … とし,B′1 ,B′2 …をB1 ,B2 …と置き換える。
【0049】関数fまたは逆関数f-1と変換対象のビッ
ト列の位置を表わすパラメータを画像データ復元のため
に記録しておく。上記〔変換例1−2〕,〔変換例1−
3〕において,関数fを暗号化関数とすると,画像デー
タを暗号化することができ,暗号解読鍵を与えることに
より逆関数f-1を用いて画像データを復元することがで
きる。
【0050】関数fを,変換部分と同じ長さの0,1か
らなる乱数系列との排他的論理和をとる変換とすると,
同様にデータを暗号化することができる。画像データの
復元は,変換に用いたものと同じ乱数系列との排他的論
理和をとることで行なえる。復元のための鍵としては,
乱数系列もしくは乱数系列を発生させるための鍵が用い
られる。
【0051】[システム構成の例]図6は,本発明の第
1の実施の形態を実現するシステム構成図である。図1
に示す変換部分抽出部12は,図6のJPEG構文解析
部21および変換部22の一部に対応し,図1に示す抽
出部分変換部13は,変換部22の一部に対応し,図1
に示す書き戻し部14は,変換部22およびJPEGデ
ータ結合部24の一部に対応する。
【0052】JPEG構文解析部21は,入力されたJ
PEGデータを構文解析する。そのうち付加ビットは変
換部22へ送られる。その他の部分は画素データ生成部
23とJPEGデータ結合部24へ送られる。変換部2
2は,一時記憶221と変換制御部222から構成され
る。一時記憶221には,JPEG構文解析部21から
送られてきた付加ビットを格納する。変換制御部222
は,一時記憶221内の付加ビットの変換を制御する。
【0053】具体的には,変換制御部222は,前述し
た所定の変換部分抽出方法に基づいて,JPEG構文解
析部21から送られてきた付加ビットのうち変換対象と
なる付加ビットを検出する。さらに検出された付加ビッ
トを前述した抽出部分変換方法に基づいて変換する。変
換結果のデータは,画素データ生成部23とJPEGデ
ータ結合部24へ送られる。変換対象となる付加ビット
および変換方法は,変換制御情報として外部から与えら
れる。変換対象として検出されなかった付加ビットは,
そのまま画素データ生成部23とJPEGデータ結合部
24へ送られる。さらに変換部22からは復元情報(逆
変換のための情報)が出力される。
【0054】JPEGデータ結合部24は,付加ビット
と付加ビット以外のデータとを結合し,再びJPEGデ
ータを生成する。これは見本画像のJPEGデータとし
て出力される。
【0055】画素データ生成部23は,変換部22およ
びJPEG構文解析部21より送られてきた,構文解析
されたJPEGデータをもとに画素毎のデータを生成す
る。これはVRAM30等に出力され,ディスプレイ3
1への見本画像の表示等に用いられる。
【0056】画像データ逆変換装置15のシステム構成
(図示省略)も,図6とほぼ同様である。画像データ逆
変換装置15の場合,入力JPEGデータとしては図6
に示す画像データ変換装置11の出力JPEGデータを
入力する。また,変換制御情報として復元情報を入力す
る。変換部22に相当する部分では,付加ビットのうち
変換されたビット列を抽出し,これを変換前のビット列
と置き換えて,オリジナルの画像データの付加ビット部
分を復元する。JPEGデータ結合部24に相当する部
分で結合されたJPEGデータは,オリジナルの画像デ
ータと同じものとなる。
【0057】<第2の実施の形態(MPEGデータへの
適用例)> 図7は,本発明の関連発明の第2の実施の形態を説明す
るための画像データ変換装置および画像データ逆変換装
置の構成図である。
【0058】図7(a)に示す画像データ変換装置41
において,固定長変換部分抽出部42は,MPEG(デ
ジタル動画像圧縮符号化の方法でISO/IEC111
72−2による方法)で符号化された動画像データを構
文解析し,データ変換の対象となる部分を抽出する。す
なわち,画像の量子化されたDCT係数または動きベク
トルを符号化する部分について,それぞれ前述した符号
Aと符号Bに当たるビット系列の組に分解し,符号Bに
当たるビット系列のうち変換対象となる部分を抽出す
る。この固定長変換部分抽出部42は,入力として変換
対象となるMPEGデータと変換対象として抽出する位
置の情報を用いる。
【0059】抽出部分変換部43は,固定長変換部分抽
出部42の出力を,与えられた変換方法に基づいて変換
する手段である。また,同時に画像データの復元に必要
な情報(逆変換のための情報)も記録する。書き戻し部
44は,抽出部分変換部43の出力をMPEGデータ内
に書き戻し,新たなMPEGデータを生成する。この変
換後のMPEGデータは,オリジナルの画像の特徴をあ
る程度保存したものであり,例えばオリジナル画像の見
本として用いることができる。
【0060】一方,図7(b)に示す画像データ逆変換
装置45によって,オリジナル画像を復元することもで
きる。画像データ逆変換装置45は,画像データ変換装
置41の出力である変換後のMPEGデータの他に,逆
変換のための情報入力部46により逆変換のための情
報,すなわちデジタル画像データの変換において変換の
対象となったビットの位置と,変換されたビットを復元
するための情報を入力する。
【0061】固定長変換部分抽出部47は,変換後のM
PEGデータから,変換時に記録されたビット位置情報
を用いて変換されたビット系列を抽出し,変換部分復元
部48は,変換時に記録されたビットを復元するための
情報を用いて,変換部分を変換前のビットと置き換え
る。
【0062】固定長変換部分抽出部42および抽出部分
変換部43の実現方法は,それぞれ複数存在する。以下
に各々の実現方法について説明する。 [固定長変換部分抽出部42の実現例] 〔抽出例2−1〕MPEGデータでは,画像データ自身
もしくは他のフレームの画像との差の量子化されたDC
T係数を表すマトリクスの要素を一列に並べることで一
次元化した系列が符号化されている。この一次元化した
系列のうち値が0でないAC成分が,前述した符号Aに
当たる可変長符号の符号語と,それに続く,前述した符
号Bの符号語に当たる正負を表す1ビットの組で符号化
されている。このうちの正負を表すビットが変換部分と
なる。任意の正負を表すビットは,0または1と置き換
えてもMPEGデータとしての形式を満たすため,抽出
部分の変換にはビット数を保存する任意の方法をとるこ
とができる。また,正負を表すビットはAC係数の正負
のみを規定するので,任意の関数によって変換されたデ
ータは,元の画像の特徴を保持している。
【0063】DCT係数を表すマトリクスを1次元化し
た系列のうち,後ろの方の値は,元の画像の高周波成分
に対応する。人間の目は高周波成分に敏感でない。よっ
て,正負を表すビットを変換したときに画像に及ぼす影
響は,DCT係数を表すマトリクスを一次元化した系列
の前にあるものほど大きい。したがって,AC係数の行
列を一次元化したとき,n番目以降のものに対応する正
負を表すビットを変換部分として抽出するとき,nが大
きいほどオリジナルの画像と変換後の画像の差は小さく
なる。よって,nが変換度合のパラメータとなる。
【0064】また,画像データの復元のために実際に変
換対象となったビット系列の位置の情報を逆変換のため
に記録する。 〔抽出例2−2〕量子化されたDCT係数のDC係数
は,その値自身もしくは隣のブロックのDC係数の値と
の差が,前述した符号Aに当たる可変長符号と,それに
続く可変長符号語ごとに定まった長さNに対応する固定
長符号(長さN)によって符号化される。可変長符号に
よって大まかな値を表し,さらに後に続く固定長符号に
よって正確な値を指定する。この符号は前述した符号B
に当たり,決められた長さのすべてのビット系列が符号
語として正しいため,固定長符号に対するビット数を保
存する任意の変換に対して,MPEGデータとしての規
則を満足する。また,大まかな値は可変長符号で表され
ているため,変換後のデータは元の画像の特徴を保存し
ている。変換によって,DC係数の値が可変長符号で表
されている範囲で変化した画像データを生成できる。
【0065】固定長符号語は上位ビットほど大きな重み
をもつから,その各符号語の下位kビットを変換部分と
して抽出する。また,画像データの復元のために実際に
変換対象となったビット系列の位置の情報を逆変換のた
めに記録する。
【0066】ここで,kが画像の変形度を表すパラメー
タとなる。 〔抽出例2−3〕MPEGでは,画像の一部分を符号化
する場合に,動画像中の他のフレームの画像の一部を予
測値として用い,これと現在の値との差で符号化する。
このうち,予測に用いられる画像との位置に関するずれ
は,水平方向,垂直方向それぞれ,前述した符号Aに当
たる可変長符号と,フレームごとに長さの定まった固定
長符号との組み合わせで表される。可変長符号によって
位置のずれの大まかな値を表し,さらに後に続く固定長
符号によってその正確な値を表す。固定長符号部分は前
述した符号Bに当たり,決められた長さのすべてのビッ
ト系列が符号語として正しい。よって,固定長符号に対
するビット数を保存する変換を行っても,MPEGデー
タとしての規則を満足する。また,ベクトルの大まかな
値は可変長符号で表されており,画像は近くの画素は近
い値をとるという性質があるため,元の画像の概略を保
持した画像データを生成できる。
【0067】固定長符号語は上位ビットほど大きな重み
をもつから,その各符号語の下位mビットを変換部分と
して抽出する。また,画像データの復元のために,実際
に変換対象となったビット系列の位置の情報を逆変換の
ために記録する。
【0068】ここで,mが画像の変形度を表すパラメー
タとなる。 〔抽出例2−4〕MPEGデータは,図2に示すとおり
画像を正方形のブロックにマトリクス状に分割して各々
を別々に符号化する。ここでビットの変換の対象となる
ブロックを選択し,選択されたブロック内のみ上記〔抽
出例2−1〕,〔抽出例2−2〕,〔抽出例2−3〕の
抽出対象とする。これによって画像の一部分のみを変化
させ,模様を元の画像に重ね合せることができる。例え
ば,JPEGデータで説明した図3に示す例のように,
ブロックを選択することができる。斜線部分が選択され
たブロックで,この部分の画像のみが元の画像から変化
する。
【0069】選択されたブロック位置を変換対象のビッ
ト系列の位置を表すパラメータとして記録する。以上の
〔抽出例2−1〕〜〔抽出例2−4〕は,抽出方法とし
て独立に任意の組み合わせで用いることが可能である。
このとき,変換対象として抽出されたビット系列の位置
の情報は,〔抽出例2−1〕〜〔抽出例2−4〕での情
報の組として記録する。
【0070】[抽出部分変換部43の実現例]上記の
[固定長変換部分抽出部42の実現例]では,抽出する
部分はすべてその部分の符号語の長さをNとして,長さ
Nのすべての系列と置き換えたものも正しい画像データ
形式を満たす。よって変換方法は,ビット数を保存する
任意の関数が許される。ここではそのような変換方法の
具体例を挙げる。
【0071】〔変換例2−1〕図8は,この〔変換例2
−1〕による抽出部分変換部43におけるデータ変換と
復元の模式図である。
【0072】ここでは,変換部分ビット系列をあらかじ
め用意された長さの等しい別のビット系列と置換する。
例えば,変換部分として抽出された部分を連結したビッ
ト系列Sorg の長さをNとして,長さNの別のビット系
列Snew を用意し,画像のS org に当たるビットをS
new のビットと置換する。
【0073】〔変換例2−1の画像の復元〕画像データ
逆変換装置45における画像の復元は,次のように行
う。Snew に置き換えられたビット系列Sorg と変換対
象として抽出されたビットの位置を表すパラメータと
を,画像データ復元のための情報として記録しておき,
置換された部分を書き戻すことによって元の画像を復元
する。
【0074】画像データの変換,復元のための計算量
は,変換された位置の検出,つまり最悪でMPEGデー
タの構文解析の計算量と,データの書き換えのための計
算量であり,高速に処理できる。
【0075】〔変換例2−2〕図9は,この〔変換例2
−2〕による抽出部分変換部43におけるデータ変換と
復元の模式図である。
【0076】変換部分として抽出された部分を連結した
ビット系列Sorg の長さをNとして,Sorg をビット系
列の長さを変化させない,あるビット系列変換fによっ
て,長さNのビット系列Snew に変換し,画像データの
org に当たるビットをSne w のビットと置換する。
【0077】〔変換例2−2の画像の復元〕画像データ
逆変換装置45における画像の復元は次のように行う。
変換fの逆変換f-1が与えられると,これによりSnew
からSorg を生成して,元の部分にSorg のビットを書
き戻すことでオリジナルの画像を復元する。
【0078】変換fまたは逆変換f-1と,変換対象のビ
ット系列の位置を表すパラメータを画像データ復元のた
めに記録しておく。上記〔変換例2−2〕において,変
換fを暗号化関数とすると画像データを暗号化すること
ができ,暗号解読鍵を与えることにより逆変換f-1を用
いて画像データを復元することができる。
【0079】画像データの変換,復元のための計算量
は,変換された位置の検出,つまり最悪でMPEGデー
タの構文解析の計算量と,fによる変換およびデータの
書き換えのための計算量であり,高速に処理できる。
【0080】[システム構成の例]図10は,本発明の
第2の実施の形態を実現するシステム構成図である。図
7に示す固定長変換部分抽出部42は,図10のMPE
G構文解析部51および変換部52の一部に対応し,図
7に示す抽出部分変換部43は,変換部52の一部に対
応し,図7に示す書き戻し部44は,変換部52および
MPEGデータ結合部54の一部に対応する。
【0081】MPEG構文解析部51は,入力されたM
PEGデータを構文解析する。そのうち,可変長符号の
後に続く固定長符号のビットは変換部52へ送られる。
その他の部分は画素データ生成部53とMPEGデータ
結合部54へ送られる。変換部52は,一時記憶521
と変換制御部522から構成される。一時記憶521に
は,MPEG構文解析部51から送られてきたビットを
格納する。変換制御部522は,一時記憶521内のビ
ットの変換を制御する。
【0082】具体的には,変換制御部522は,前述し
た所定の固定長変換部分抽出方法に基づいて,MPEG
構文解析部51から送られてきたビットのうち変換対象
となるものを検出する。さらに検出されたビットを前述
した抽出部分変換方法に基づいて変換する。変換結果の
データは,画素データ生成部53とMPEGデータ結合
部54へ送られる。変換対象となるビットの位置の情報
および変換方法は,変換制御情報として外部から与えら
れる。変換対象として検出されなかったビットは,その
まま画素データ生成部53とMPEGデータ結合部54
へ送られる。さらに変換部52からは復元情報(逆変換
のための情報)が出力される。
【0083】MPEGデータ結合部54は,可変長符号
の後に続く固定長符号のビットとそれ以外のデータを結
合し,再びMPEGデータを生成する。これは見本画像
のMPEGデータとして出力される。
【0084】画素データ生成部53は,変換部52およ
びMPEG構文解析部51より送られてきた,構文解析
されたMPEGデータをもとに画素毎のデータを生成す
る。これはVRAM30等に出力され,ディスプレイ3
1への見本画像の表示等に用いられる。画像データ逆変
換装置45のシステム構成(図示省略)も,図10とほ
ぼ同様である。画像データ逆変換装置45の場合,入力
MPEGデータとしては図10に示す画像データ変換装
置41の出力MPEGデータを入力する。また,変換制
御情報として復元情報を入力する。変換部52に相当す
る部分では,変換されたビット列を抽出し,これを変換
前のビット列と置き換えて,オリジナルの画像データの
ビットを復元する。MPEGデータ結合部54に相当す
る部分で結合されたMPEGデータは,オリジナルの画
像データと同じものになる。
【0085】MPEGデータ結合に相当する部分からの
出力を禁止すれば,オリジナル画像のMPEGデータが
外部に出力されず,画素データ生成部53に相当する部
分で生成された画素毎のデータを直接VRAM30等に
出力し,ディスプレイ31へのオリジナル画像の表示の
みが可能な状態にすることができ,オリジナル画像のコ
ピーの生成を防止することができる。
【0086】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば,
デジタル画像データをデータ形式の制約を満たしたま
ま,データ中のビット列の一部をその部分のみ参照して
変換を行い,その逆変換が可能であるため,少ない計算
量で元の画像の特徴を保存したまま画像を変換し,ま
た,少ない計算量で元の画像を復元することができる。
【0087】本発明によって,画像データの配布におけ
る,オリジナル画像の見本および復元のための情報の生
成,データ受信側におけるオリジナル画像の復元を高速
に行うことができる。
【0088】例えばJPEGデータの構文解析の計算量
をA,JPEGデータから画素ごとのデータを生成する
ための計算量をB1 ,画素ごとのデータをJPEG符号
化するための計算量をB2 とすると,(B1 +B2
A)の分だけ計算量が減少される。
【0089】同様に,例えば動画像の圧縮符号化方式で
あるMPEG1,MPEG2に対して適用した場合,M
PEGデータの構文解析の計算量をC,MPEGデータ
から画素ごとのデータを生成するための計算量をD1
画素毎のデータをMPEG符号化するための計算量をD
2 とすると,少なくとも(D1 +D2 −C)の分だけ計
算量が減少される。
【0090】また,復元のための情報が関数の場合,こ
のデータ量は非常に少なく,復元情報入手のための通信
量を非常に小さくすることができる。さらに,ビット系
列変換関数に暗号化のための関数を適用することによっ
て,安全に画像データの配布を行うことができる。
【0091】復元情報がビット列またはビット系列とし
て表される場合,画像データ復元のためのデータ量は画
像のデータ量に比例して増加し,動画像では非常に多く
なるが,これを暗号化して変換後の画像データに付加
し,復元のために暗号解読鍵のみ記録することによっ
て,画像復元の情報のデータ量を小さくすることが可能
で,復元情報入手のための通信量を非常に小さくするこ
とができ,安全に画像データの配布を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態(JPEGデータの
変換)の装置構成図である。
【図2】画像分割の模式図である。
【図3】変換部分抽出(斜線部分が抽出される部分)の
模式図である。
【図4】第1の実施の形態におけるデータ変換と復元の
模式図である。
【図5】第1の実施の形態におけるデータ変換と復元の
模式図である。
【図6】第1の実施の形態を実現するシステム構成図で
ある。
【図7】本発明の関連発明の第2の実施の形態(MPE
Gデータの変換)の装置構成図である。
【図8】第2の実施の形態におけるデータ変換と復元の
模式図である。
【図9】第2の実施の形態におけるデータ変換と復元の
模式図である。
【図10】第2の実施の形態を実現するシステム構成図
である。
【符号の説明】
11 画像データ変換装置 12 変換部分抽出部 13 抽出部分変換部 14 書き戻し部 15 画像データ逆変換装置 16 逆変換のための情報入力部 17 変換部分抽出部 18 変換部分復元部 41 画像データ変換装置 42 固定長変換部分抽出部 43 抽出部分変換部 44 書き戻し部 45 画像データ逆変換装置 46 逆変換のための情報入力部 47 固定長変換部分抽出部 48 変換部分復元部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 櫻井 紀彦 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−54325(JP,A) 特開 平6−38209(JP,A) 特開 平7−30855(JP,A) 特開 平7−79426(JP,A) 特開 平7−235131(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 7/10,7/14 - 7/173 H04N 7/00 - 7/088 H04N 7/24 - 7/68

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 JPEG符号化データ形式のデジタル画
    像データを変換する画像データ変換装置であって, 変換対象となるJPEGで符号化された画像データにお
    けるDCT係数のエントロピー符号化部分の付加ビット
    列中の指定された位置にある部分を抽出する変換部分抽
    出手段と, 格納されたデジタル画像データとは独立に定義された変
    換方式により,指定された位置に格納されるビット列に
    対するJPEG符号化データ形式が保存されるための制
    約条件を満足する範囲で,抽出されたビット列のうち所
    定の順番で順序付けられたビット列中の最初に0であっ
    たビットより後の順番のビット列のみに変換を加える抽
    出部分変換手段と,前記抽出して変換された ビット列を変換対象のデジタル
    画像データに書き戻す手段とを備えたことを特徴とする
    画像データ変換装置。
  2. 【請求項2】 前記変換部分抽出手段と前記抽出部分変
    換手段において,前記変換対象ビット列として指定する
    位置のパラメータを変化させることにより,変換結果の
    画像と元の画像との画素値の差を変化させることを可能
    としたことを特徴とする請求項1記載の画像データ変換
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の画像データ変換装置によ
    り,JPEG符号化データ形式のデジタル画像データの
    一部分を抽出して変換した画像データを逆変換する画像
    データ逆変換装置であって,JPEGで符号化された 画像データの変換において変換
    の対象となったビット列の位置と変換されたビット列を
    復元するための情報を入力する手段と, 変換によって生成された画像データから元の画像を復元
    するために,変換時に記録されたビット位置情報を用い
    て,変換されたビット列を抽出する変換部分抽出手段
    と, 変換時に記録されたビット列を復元するための情報を用
    いて,変換部分を変換前のビット列と置き換える変換部
    分復元手段とを備えたことを特徴とする画像データ逆変
    換装置。
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