JP4233876B2

JP4233876B2 - 下流側の要件に応じてセキュアでスケーラブルなパケットを中流側でトランスコーディングする方法およびシステム

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Publication number: JP4233876B2
Application number: JP2002588008A
Authority: JP
Inventors: スージー・ジェイ・ウィー; ジョン・ジー・アポストロポウロス
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2009-03-04
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Also published as: EP1384347A2; US20030018664A1; WO2002091665A3; WO2002091665A2; JP2004538677A; US7516243B2; US20020163911A1; US7054335B2; EP1384347B1; DE60239796D1

Description

本発明は、ストリーミングメディアの分野に関する。
詳細には、本発明は、データのトランスコーディングに関する。

無線ストリーミング環境は、システム設計者に対して多くの難題を提示する。
たとえば、クライアントは、異なる表示、電力、通信および計算能力を有する可能性がある。
さらに、無線通信リンクは、異なる最大帯域幅、品質レベルおよび時間変化する特質を有する可能性がある。
有用な無線ビデオストリーミングシステムは、時間変化する無線通信リンクにより異質のクライアントにビデオをストリーミングすることができなければならず、このストリーミングは、スケーラブルかつセキュアな方法で行われなければならない。
スケーラビリティは、異なる装置能力を有する多数のクライアントに対するストリーミングを可能にするために必要である。
セキュリティは、特に、無線ネットワークにおいてコンテンツを盗聴者から保護するために重要である。

無線ストリーミング環境においてスケーラビリティと効率とを達成するためには、中間ネットワークノードにおいて圧縮ビデオストリームを容易に適合させるかまたはトランスコーディングすることができなければならない。
トランスコーダは、圧縮ビデオシステムを入力として受取り、それを処理して出力として別の圧縮ビデオストリームを生成する。
サンプルトランスコーディング操作には、ビットレート低減、レートシェーピング、空間ダウンサンプリング、フレームレート低減および圧縮フォーマットの変更がある。
ネットワークトランスコーディングは、たとえば、特定のクライアントの表示能力に対しビデオストリームの空間解像度を適合させることにより、またはビデオストリームのビットレートを無線チャネルの時間変化する特質に一致するように動的に調整することにより、システムのスケーラビリティおよび効率を向上させることができる。

ネットワークトランスコーディングは、ビデオストリーミングシステムにおけるスケーラビリティを促進するが、複数の難題も提示する。
第１に、計算効率のよいトランスコーディングアルゴリズムが開発されたが、これらでさえ、中間有線ネットワークノードにおいて何百または何千ものストリームを処理する場合にも、または中間低電力無線ネットワーキングリレーノードにおいて数ストリーム処理する場合でさえも、適していない。
さらに、暗号化されたストリームに対して実行される従来のトランスコーディング操作には、一般的には、ストリームを解読すること、解読されたストリームをトランスコーディングすること、その後結果を再度暗号化すること、とが必要であるため、ネットワークトランスコーディングは、ストリーミングシステムのセキュリティに深刻な脅威を与える。
すべてのトランスコーダがストリームを解読しなければならないため、各ネットワークトランスコーディングノードは、システム全体のセキュリティにおいてあり得る侵害を提示する。

詳細には、アプリケーションレベル暗号化を用いる従来のビデオストリーミング手法では、ビデオはまずフレーム間圧縮アルゴリズムを使用してビットストリームにエンコードされる。
これらのアルゴリズムには、たとえば、ムービング・ピクチャ・エキスパート・グループ（Moving Picture Experts Group（ＭＰＥＧ））規格、国際電気通信連合（International Telecommunications Union（ＩＴＵ））規格、Ｈ．２６３、もしくはたとえばジョイント・フォトグラフィック・エキスパート・グループ（Joint Photographic Experts Group（ＪＰＥＧ））またはＪＰＥＧ２０００規格等のフレーム内圧縮アルゴリズムがある。
そして、結果としてのビットストリームは暗号化され、結果としての暗号化されたストリームはパケット化されて、信頼性のないデータグラムプロトコル（unreliable datagram protocol（ＵＤＰ））等の転送プロトコルを使用してネットワークにより伝送される。
従来技術の図１は、従来のアプリケーションレベル暗号化が実行される順序（すなわち、エンコード１０２、暗号化１０４およびパケット化１０６）を示すブロック図１００である。
この従来の手法による１つの問題は、パケットが喪失された場合に発生する。
特に、喪失したパケットからのデータがなければ、解読および／またはデコードが、不可能でなくても困難である可能性があるため、エラー回復は困難である。

従来技術の図２は、ネットワークレベル暗号化を使用する別の従来のセキュアレベルビデオストリーミングシステム（すなわち、エンコード２０２、パケット化２０４および暗号化２０６）を示すブロック図２００である。
従来技術の図２のシステムは、従来技術の図１のシステムと同じビデオ圧縮アルゴリズムを使用することができる。
しかしながら、従来技術の図２のシステムでは、パケット化を、符号化されたビデオのコンテンツを考慮しそのためより優れたエラー回復をもたらす方法で実行することができ、それはアプリケーションレベルフレーミングとしてネットワーキングコミュニティには既知の概念である。
たとえば、一般的な手法は、信頼性のないデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）で構築されるＲＴＰ転送プロトコルとともにＭＰＥＧ圧縮を使用するというものであり、ＲＴＰは、タイムスタンプ等のストリーミングパラメータを提供し、パケットが喪失または遅延した場合にエラー回復を容易にするためにＭＰＥＧペイロードデータをパケット化する方法を提案する。
しかしながら、エラー回復は依然として困難であり、喪失したパケットからのデータがなければ、解読および／またはデコードは依然として、不可能ではなくても困難である。

従来技術の図１および従来技術の図２の従来の手法はともに、暗号化形式でビデオデータを転送するという点でセキュアである。
しかしながら、これらの従来の手法では、ネットワークトランスコーディングが必要である場合、それを従来技術の図３の方法にしたがって実行しなければならない。
すなわち、ブロック図３００に示すように、必要なトランスコーディング操作は、解読３０２、デコーディング３０４、処理３０６、再エンコーディング３０８および再暗号化３１０プロセスである。
従来技術の図４のブロック図４００に示すように、別の従来の手法では、従来技術の図３の動作の計算要件を、解読４０２、トランスコーディング４０４および再暗号化４０６プロセスにまで低減する。
特に、この計算上の低減を、従来技術の図３のデコーディング３０４、処理３０６および再エンコーディング３０８モジュールの代りに効率的なトランスコーディングアルゴリズム（すなわち、トランスコーディングモジュール４０４）を組込むことによって達成する。
しかしながら、かかる改良された従来のトランスコーディングアルゴリズムでさえ、ネットワークノードにおいて多くのストリームをトランスコーディングするためには適していない計算要件がある。
さらに、すべてのトランスコーディング操作に対してストリームを解読するための基本的な必要から、より重要な欠点が発生する。
上述したように、ストリームは、解読される度に別のあり得る攻撃点を開き、そのため、システムの脆弱性を増大させる。
このため、各トランスコーダはさらに、システム全体のセキュリティを脅かす。

さらに別の問題として、無線ストリーミングシステムは、無線帯域幅およびクライアント資源によって制限される。
無線帯域幅は、その共有された性質と無線スペクトルの基本的な制限とにより不足する。
クライアント資源は、電力制約により、ならびに表示、通信および計算能力により、実際的に制限されることがしばしばである。
例として、一般に、無線送信および無線受信のみでさえ、大量の電力を消費する。
無線帯域幅とクライアント資源とを最も効率的に使用するために、クライアントに対してそのクライアントの表示および通信能力に一致する最低帯域幅ビデオストリームを送信することが望ましい。
送信機が、異なる資源を有する複数の異種のクライアントに対してビデオをストリーミングする無線ストリーミングシステムでは、ネットワークトランスコーダを使用してエンド・ツー・エンドシステム効率およびスケーラビリティを達成するのを支援することができる。

ハイブリッド有線／無線ネットワークでは、しばしば、有線ネットワークにおける固定クライアントと無線ネットワークにおける移動クライアントとに同時にビデオをストリーミングすることが必要である。
かかるハイブリッドシステムでは、固定有線クライアントに対してフル帯域幅の高解像度ビデオストリームを送信し、移動無線受信機に対してそれより低い帯域幅の中間解像度ビデオストリームを送信することが、しばしば望ましい場合がある。
しかしながら、従来のビデオストリーミング手法は、ハイブリッド有線／無線ネットワークに対応するビデオストリーミングに容易に適応するために必要な効率、セキュリティおよびスケーラビリティを達成しない。

従来のビデオストリーミング手法に関する欠点のさらに別の例を、無線アプライアンスネットワークに関連して論証する。
多くの無線アプライアンスネットワークでは、移動送信機および受信機は無線リンクにより互いに通信する。
送信機のカバレッジエリアは、送信された信号の電力によって制限される。
意図された受信機が送信機の当座のカバレッジエリアを越える場合、リレー装置を使用して、無線カバレッジエリアを広げることができる。
しかしながら、同じ無線ネットワーク内の異種のクライアントの場合、高電力無線受信機に対しては高めの帯域幅の高解像度ビデオストリームを提供し、低電力無線受信機に対しては低めの帯域幅の低解像度ビデオストリームを提供することが望ましい場合がある。
しかしながら、ここでもまた、従来のビデオストリーミング手法は、無線アプライアンスネットワークにおいてかかるビデオストリーミング要求に容易に適応するために必要な効率、セキュリティおよびスケーラビリティを達成しない。
上に列挙した論考は特に、ビデオデータのストリーミングに関する従来技術による手法の欠点を述べているが、かかる欠点は、ビデオデータのストリーミングのみには限定されない。
むしろ、従来技術の問題は、限定されないが、音声ベースデータ、画像ベースデータ、グラフィックデータ、ウェブページベースデータ等を含むあらゆるタイプのメディアに及ぶ。

したがって、セキュアかつ計算効率のよい方法でメディアデータをストリーミングすることができる方法および／またはシステムが必要とされている。
また、上記の必要性を満足させることができ、異なる表示、電力、通信および計算能力ならびに特質を有する可能性のある異種のクライアント（「受信ノード」）にメディアデータをストリーミングすることもできる方法および／またはシステムが必要とされている。
本発明は、これらの必要性に対して新規な解決法を提供する。
国際特許公開公報ＷＯ００７２５１７Ａ (GRAVES DAVID; TOTH JOE (CA); EDGE NETWORKS CORP (CA); SCHELLENBERG) 30 November 2000 (2000-11-30) KELLER R et. al. "An active router architecture for multicast video distribution", IFOCOM 2000, NINETEEN ANNUAL JOINT CONFERENCE OF IEEE COMPUTER AND COMMUNICATIONS SOCIETIES. PROCEEDINGS. IEEE TEL AVIV, ISRAEL 26-30 MARCH 2000, PISCATWAY, NJ USA, IEEE, US, 26 March 2000 (2000-03-26), pages 1137-1146, XP010376049 ISBN 0-7803-5880-5

［発明の開示］
本発明は、一実施形態では、異なる能力および特質を有する種々の受信ノードに対しメディアデータをトランスコーディングする、セキュアかつ計算効率のよい方法およびシステムを提供する。
別の実施形態では、本発明は、通信チャネルの属性にしたがってメディアデータをトランスコーディングする、セキュアかつ計算効率のよい方法およびシステムを提供する。

本発明の一実施形態では、データパケットのストリームをソースノードから受取る。
データパケットは、暗号化されたデータを含む。
データパケットのストリームを、受信ノードかまたは通信チャネルの属性等、下流側の属性にしたがってストリームを構成する機能により操作する。
重大なことは、その機能を、暗号化されたメディアデータを解読することなく実行する、ということである。
下流側の属性と互換性のあるデータパケットのストリームを、受信ノードに送信する。

別の実施形態では、データを暗号化するとともにエンコードし、データパケットのストリームを構成する機能を、メディアデータを解読またはデコードすることなく実行する。

本発明の様々な実施形態では、データパケットのストリームを、下流側の属性にしたがってデータパケットをトランケートまたは除去する機能によって操作する。
データパケットは、受取られた時に下流側の属性と互換性がある場合、変更なしにトランスコーディングシステムを通過してもよい。

一実施形態では、ストリームのデータパケットは、各々、ペイロード部とヘッダ部とを有する。
ペイロード部はメディアデータを含み、ヘッダ部は、ペイロード部のトランケーションポイントを識別する情報を含む。
ヘッダ部を暗号化しても暗号化しなくてもよく、暗号化する場合、ヘッダ部は解読されるがペイロード部は暗号化されたままである。

一実施形態では、各データパケットに対し、ペイロード部のトランケーションポイントを、それぞれのヘッダ部の情報から選択する。
トランケーションポイントを、下流側の属性の属性にしたがって選択する。
そして、ペイロード部を、選択されたトランケーションポイントでトランケートする。

一実施形態では、トランケーションポイントを、ヘッダにおいて識別し、受信ノードの様々な特性かまたはデータパケットのストリームの特質にしたがって指定する。
一実施形態では、トランケーションポイントを、レート歪み（ＲＤ）曲線を生成するＲＤ解析等の解析にしたがって指定する。

別の実施形態では、トランケーションポイントを、ヘッダ情報の解析によって導出する。
たとえば、ヘッダは、ＲＤ曲線を記述するデータを含んでもよく、これらのデータの解析を、ＲＤ曲線に基づいてトランケーションポイントを確定するように実行する。

このため、一実施形態では、データパケットのストリームを、データパケットのヘッダ部を使用して識別されたトランケーションポイントにしたがって、下流側の属性に合うように構成する。
別の実施形態では、データパケットのストリームを、ストリームからデータパケットを除去することにより、下流側の属性に合うように構成する。
ヘッダ情報を使用して、除去されるデータパケットを識別してもよく、あるいは、除去するデータパケットを選択する何らかの他の方式を利用してもよい。

暗号化されたメディアデータを解読しその後再び暗号化する必要がないため、データパケットのストリームをトランスコーディングするために必要な計算資源が大幅に低減され、メディアデータのセキュリティが脅かされない。
本発明のこれらおよび他の技術的利点は、当然ながら、当業者には、様々な図面に例示されている好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後に明らかとなろう。

本明細書に組込まれかつその一部を形成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。

この説明において参照する図面を、特に言及する場合を除き一定の比率で縮小するようには描かれていないと理解すべきである。

ここで、例が添付図面に示される本発明の好ましい実施形態を、詳細に参照する。
本発明を好ましい実施形態に関して説明するが、それらが発明をこれらの実施形態に限定するようには意図されていない、ということが理解されよう。
逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される発明の精神および範囲内に含まれてもよい代替物、変更態様および等価物を包含するように意図されている。
さらに、本発明の以下の詳細な説明において、本発明の完全な理解を提供するために多数の特定の詳細を示す。
しかしながら、当業者には、本発明をこれらの特定の詳細なしに実施してもよい、ということが明らかとなろう。
一方で、本発明の態様を不要に曖昧にしないように、周知の方法、手順、構成要素および回路は詳細に説明していない。

しかしながら、これらおよび同様の用語のすべては、適当な物理量に関連するものであり、これらの量に適用される単に都合のよいラベルである、ということを留意すべきである。
以下の論考から明らかであるように特に指定のない限り、本発明を通して「受信」、「確定」、「実行」、「送信」、「トランケート」、「解読」、「選択」、「蓄積」、「構成」、「除去」等の用語を利用する論考は、コンピュータシステムかまたは同様の電子コンピューティング装置の動作およびプロセスを言う。
コンピュータシステムまたは同様の電子コンピューティング装置は、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ内の物理（電子）量として表されるデータを操作し、コンピュータシステムメモリまたレジスタもしくは他のかかる情報記憶、伝送または表示装置内の物理量として同様に表現される他のデータに変換する。
また、本発明は、たとえば光および機械コンピュータ等の他のコンピュータシステムの使用にも適している。

［本セキュアでスケーラブルなストリーミング発明のコンピュータシステム環境］
ここで図５を参照すると、本割込みイベント連鎖方法およびシステムの一部は、たとえばコンピュータシステムのコンピュータ使用可能媒体に存在するコンピュータ読取可能およびコンピュータ実行可能命令からなる。
図５は、本セキュアでスケーラブルなストリーミング発明の一実施形態によって使用される例示的なコンピュータシステム５００を示す。
図５のシステム５００は単に例示的なものであり、汎用ネットワークコンピュータシステム、組込み(embedded)コンピュータシステム、ルータ、スイッチ、サーバ装置、クライアント装置、あらゆる中間装置／ノード、スタンドアロンコンピュータシステム等を含む複数の異なるコンピュータシステムにおいてまたはその中で動作することができる、ということが理解されよう。
さらに、図５のコンピュータシステム５００は、たとえば、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク等のコンピュータ読取可能媒体が連結されるようによく適合している。
図５では、明確にするために、コンピュータシステム５００にかかるコンピュータ読取可能媒体を連結するようには示していない。

図５のシステム５００は、情報を通信するアドレス／データバス５０２と、情報および命令を処理するバス５０２に連結された中央処理装置５０４と、を有する。
中央処理装置５０４は、８０×８６ファミリマイクロプロセッサであってもよい。
また、システム５００は、中央処理装置５０４のための情報および命令を格納する、バス５０２に連結されたコンピュータ使用可能揮発性メモリ５０６、たとえばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、中央処理装置５０４のための静的情報および命令を格納する、バス５０２に連結されたコンピュータ使用可能不揮発性メモリ５０８、たとえばリードオンリメモリ（ＲＯＭ）と、情報および命令を格納する、バス５０２に連結されたデータ記憶装置５１０（たとえば、磁気または光ディスクおよびディスクドライブ）と、を有する。
本発明のシステム５００はまた、情報およびコマンド選択を中央処理装置５０４に伝達する、バス５０２に連結された、英数字およびファンクションキーを含むオプションの英数字入力装置５１２も有する。
システム５００はまた、任意に、ユーザ入力情報およびコマンド選択を中央処理装置５０４に伝達する、バス５０２に連結されたオプションのカーソル制御装置５１４も有する。
本発明のシステム５００はまた、情報を表示する、バス５０２に連結されたオプションの表示装置５１６も有する。

さらに図５を参照すると、図５のオプションの表示装置５１６は、液晶装置、ブラウン管、もしくはユーザが認識可能なグラフィックイメージおよび英数字文字を生成するために適した他の表示装置であってもよい。
オプションのカーソル制御装置５１４により、コンピュータユーザは、表示装置５１６の表示画面上に可視記号（カーソル）の２次元移動を動的に信号入力することができる。
本技術分野では、トラックボール、マウス、タッチパッド、ジョイスティック、もしくは変位の所与の方向または方法の移動を信号入力することができる英数字入力装置５１２を含む、カーソル制御装置５１４の多くの実施態様が知られている。
代替的に、特別なキーおよびキーシーケンスコマンドを使用して英数字入力装置５１２からの入力を介して、カーソルを指示しかつ／または起動することができる、ということが理解されよう。
本発明はまた、たとえば音声コマンド等の他の手段によりカーソルを指示することにも適している。
本セキュアでスケーラブルなストリーミング発明について、以下より詳細に論考する。

［本セキュアでスケーラブルなストリーミング発明の全般的な説明］
次に図６、図１１および図１９を参照すると、フローチャート６００、１１００および１９００はそれぞれ、本発明の様々な実施形態によって使用される例示的なステップを示す。
フローチャート６００、１１００および１９００は、一実施形態では、コンピュータ読取可能およびコンピュータ実行可能命令の制御の下でプロセッサによって実施される本発明のプロセスを含む。
コンピュータ読取可能およびコンピュータ実行可能命令は、たとえば、図５のコンピュータ使用可能揮発性メモリ５０６、コンピュータ使用可能不揮発性メモリ５０８および／またはデータ記憶装置５１０等のデータ記憶機構に存在する。
コンピュータ読取可能およびコンピュータ実行可能命令を使用して、たとえば図５の中央処理装置５０４に関連して制御または操作を行う。

概観として、本発明は、スケーラブルにエンコードすることができる任意のデータと、特にスケーラブルなエンコードを漸進的な暗号化と結合する任意のデータと、に関する。
本出願の目的のために、スケーラブル符号化を、オリジナルデータを入力としスケーラブルに符号化されたデータを出力として生成するプロセスとして定義する。
ここでは、スケーラブルに符号化されたデータは、その一部を、あらゆる品質レベルのオリジナルデータを復元するために使用することができる、という特性を有する。
特に、スケーラブルに符号化されたデータを、しばしば埋込みビットストリームとみなす。
ビットストリームの第１の部分を使用して、ビットストリームの残り部分からのいかなる情報も必要とすることなく、オリジナルデータの基準品質復元をデコードすることができ、ビットストリームの漸進的に大きい部分を使用して、オリジナルデータのより品質の向上した復元をデコードすることができる。
本出願の目的のために、漸進的暗号化を、オリジナルデータ（平文）を入力とし、出力として漸進的に暗号化されたデータ（暗号文）を生成するプロセスとして定義する。
ここで、漸進的に暗号化されたデータは、第１の部分を、オリジナルデータの残り部分からの情報を必要とすることなく単独で解読することができる、という特性を有する。
そして、漸進的に大きい部分を、この同じ特性を用いて解読することができ、解読には、ビットストリームの後の部分ではなく先の部分からのデータを必要としてもよい。

［エンコーディング方法およびシステム］
図６のフローチャート６００には特定のステップを開示するが、かかるステップは例示的なものである。
すなわち、本発明は、他のあらゆるステップまたは図６に列挙するステップの変形を実行するのに適している。
さらに、明確かつ簡潔にするために、以下の論考および例は、特にビデオデータを扱う。
しかしながら、本発明は、ビデオデータでの使用にのみ限定されない。
代りに、本発明は、音声ベースデータ、画像ベースデータ、ウェブページベースデータ、グラフィックデータ等（「メディアデータ」）での使用にも適している。
特に、本発明は、スケーラブル符号化が漸進的暗号化と結合される任意のデータに向けられる。
図６のステップ６０２において、一実施形態では、本発明は、ビデオデータを受取ることを述べている。
一実施形態では、ビデオデータは、図７のエンコーダシステム７００のセグメンタ７０２によって受取られる非圧縮ビデオフレームのストリームから構成される。

本発明の別の実施形態では、ビデオデータは、ビデオ予測ユニット（video prediction unit（ＶＰＵ））によって生成される予測エラービデオデータから構成される。
図８に示すように、本発明の一実施形態では、エンコーダシステム７００にはＶＰＵ８００が連結されている。
ＶＰＵ８００は、予測エラービデオデータを生成しエンコーダシステム７００のセグメンタ７０２に転送する。
図８のＶＰＵ８００を、エンコーディングシステム７００の外側に配置しているが、本発明はまた、ＶＰＵ８００がエンコーディングシステム７００と一体化したものにも適している。
図９は、ＶＰＵ８００がエンコーディングシステム７００と一体化した本発明の一実施形態を示す。

ここで図６のステップ６０４を参照すると、次に本実施形態は、受取ったビデオデータを対応する領域にセグメント化する。
図１０Ａは、ビデオフレーム１０００の概略図を提供する。
ビデオフレーム１０００に対応するビデオデータは、図７、図８および図９のセグメンタ７０２によって受取られる。
図１０Ｂは、セグメンタ７０２がビデオフレーム１０００を対応する領域１００２、１００４、１００６、１００８、１０１０および１０１２にセグメント化した後の同じビデオフレーム１０００を示す。
かかる量および構成の領域を図１０Ｂに示すが、かかるタイル化の量および構成は単に例示的であることが意図されている。
一例として、図１０Ｃは、セグメンタ７０２がビデオフレーム１００をあらゆる非矩形領域１０１４、１０１６、１０１８、１０２０および１０２２にセグメント化したセグメント化の別の例を示す。
別の例として、図１０Ｄは、セグメンタ７０２がビデオフレーム１００をあらゆる非矩形のオーバーラップした領域１０２４、１０２６、１０２８、１０３０および１０３２にセグメント化したセグメント化の別の例を示す。
オーバーラップ部分を点線で示す。
本発明はまた、セグメンタ７０２があらゆる矩形領域をオーバーラップした配置で構成する手法にも適している。
さらに、本発明はまた、領域がフレーム毎に異なる実施形態にも適している。
かかる実施形態を、たとえば移動する前景の人間を追跡するために用いる。

ここでステップ６０６を参照すると、図７、図８および図９のエンコーダ７０４は、領域をスケーラブルにエンコードしてスケーラブルビデオデータにする。
本出願の目的のために、スケーラブル符号化を、オリジナルデータを入力とし、出力としてスケーラブルに符号化されたデータを生成するプロセスとして定義する。
ここで、スケーラブルに符号化されたデータは、その一部を使用してオリジナルデータをあらゆる品質レベルで復元することができる、という特性を有する。
特に、スケーラブルに符号化されたデータを、しばしば埋込みビットストリームとみなす。
ビットストリームの第１の部分を使用して、ビットストリームの残りの部分からいかなる情報も必要とすることなく、オリジナルデータの基準品質復元をデコードすることができ、ビットストリームの漸進的に大きい部分を使用して、オリジナルデータの品質が向上した復元をデコードすることができる。
すなわち、ビデオフレームの別々の領域を１つまたは複数のデータパケットにエンコードする。
本実施形態によって生成されるスケーラブルなビデオデータは、データの最初の小さい部分を基準品質ビデオにデコードするこができ、より大きい部分を品質の向上したビデオにデコードすることができる、という特性を有する。
この特性により、単にデータパケットをトランケートすることによって、データパケットをより低いビットレートかまたは空間解像度にトランスコーディングすることができるようになる。
このトランケーションのプロセスを、下により詳細に論考する。

さらにステップ６０６を参照すると、本発明の一実施形態では、エンコーダ７０４により各領域を２つの部分、すなわちヘッダデータとスケーラブルビデオデータとに符号化する。
このため、かかる実施形態では、各データパケットは、ヘッダデータとスケーラブルビデオデータとを含む。
ヘッダデータは、たとえば、データパケットが表す領域（たとえば、ビデオフレーム内の領域の位置）と、本発明による後続のトランスコーディングおよびデコーディング操作に使用される他の情報と、を記述する。
さらに、一実施形態では、ヘッダデータは、データパケットトランスコーダのための一続きの推奨されたトランケーションポイント等の情報を含む。
スケーラブルビデオデータは、実際の符号化ビデオを含む。
フレーム内符号化の場合、ビデオデータは符号化ピクセルであってもよく、フレーム間符号化の場合、動き補償予測からもたらされる動きベクトルと符号化残差とであってもよい。
本実施形態では、スケーラブル符号化技術を、両場合において、符号化ビデオデータの解像度または忠実度を低下させるようにトランケートすることができる埋込みまたはスケーラブルデータパケットを生成するために使用する。
本発明のさらに別の実施形態では、エンコーダ７０４により、対応するヘッダデータなしにスケーラブルにエンコードされたビデオデータを用意する。

ステップ６０８において述べるように、本実施形態は、スケーラブルビデオデータを漸進的に暗号化することにより、漸進的に暗号化されたスケーラブルビデオデータを生成する。
すなわち、図７、図８および図９のパケッタイザ・エンクリプタ７０６は、漸進的暗号化技術を用いてスケーラブルビデオデータを暗号化する。
本出願の目的のために、漸進的暗号化を、オリジナルデータ（平文）を入力とし、出力として漸進的に暗号化されたデータ（暗号文）を生成するプロセスとして定義する。
ここで、漸進的に暗号化されたデータは、第１の部分を、オリジナルデータの残りの部分からの情報を必要とすることなく単独で解読することができる、という特性を有する。
また、漸進的に大きい部分を、この同じ特性により解読することができ、解読には、ビットストリームの後の部分ではなく先の部分からのデータを必要としてもよい。
漸進的暗号化技術には、たとえば、暗号ブロック連鎖かまたはストリーム暗号がある。
これらの漸進的暗号化方法は、データの最初の部分が独立して暗号化され、後の部分が先の部分に基づいて暗号化される、という特性を有する。
漸進的暗号化は、スケーラブル符号化およびパケット化と適当に整合する場合、単純なデータパケットトランケーションによりデータパケットをトランスコーディングする能力を保存する。
より詳細には、漸進的暗号化方法は、データのより小さいブロックが漸進的に暗号化される、という特性を有する。
小さいブロックサイズでのブロック符号暗号化はそれほどセキュアではないが、漸進的暗号化方法は、先のブロックの暗号化データを後のブロックの暗号化に供給することによりある程度のセキュリティを付加する。
そして、解読を同様に漸進的に実行することができる。
一実施形態では、暗号文の最初の小さいブロックは、単独で平文に解読されるが、暗号文の後のブロックは、先のブロックからの解読された平文に依存する。
このため、暗号文の先のブロックを暗号文セグメント全体の知識なしに解読することができる。
この暗号ブロック連鎖およびストリーム暗号の漸進的性質は、スケーラブル符号化の漸進的または埋込まれた性質と正確に一致する。
エンコーディングシステム７００は、組合されたパケッタイザ・エンクリプタモジュール７０６を示すが、かかる記述は単に例示的なものであり、本発明のエンコーディングシステム７００は、別々の異なるパケッタイザモジュールとエンクリプタモジュールとを有することにも適している。

従来技術の手法の場合のように、データパケット全体を１つの長いブロック符号で暗号化した。
その結果、データパケットを全体として受取らない限り解読は不可能であった。
しかしながら、本発明は、スケーラブルデータパケットを使用しており、データパケットトランケーションによりスケーラブルデータパケットのストリームをトランスコーディングすることが望ましい。
したがって、本発明は、データパケットを同様に漸進的な方法で暗号化する。
このため、従来の手法とは異なり、本発明はデータパケット喪失に対して回復力がある。
すなわち、データパケットが喪失した場合に、残りのデータパケットの解読はそれ以上複雑化せず、まだ容易に達成可能である。
このスケーラブルエンコードと漸進的暗号化との組合せにより、下に詳細に説明する有利なトランスコーディング操作が可能になる。

さらにステップ６０８を参照すると、本発明の一実施形態では、ペイロードデータ（すなわち、スケーラブルビデオデータ）は漸進的に暗号化されるが、ヘッダデータは、トランスコーディングノードがこの情報を使用してトランスコーディング判断を行うことができるように暗号化されないままである。
たとえば、一実施形態では、非暗号化ヘッダは、暗号化されたペイロードデータ内の推奨されたトランケーションポイント等の情報を含む。
別の実施形態では、このヘッダデータを使用して中間トランスコーディングノードにより準レート歪み（ＲＤ）−最適ビットレート低減を達成する。
さらに、本実施形態では、トランスコーディングノードは、ヘッダデータを使用して、漸進的に暗号化されたスケーラブルビデオデータかまたはヘッダデータの解読を必要とすることなくトランスコーディング判断を行うことができる。
本発明のさらに別の実施形態では、ヘッダデータを暗号化することにより、さらなるセキュリティを付加する。

ここでステップ６１０を参照すると、本発明は、漸進的に暗号化されたスケーラブルビデオデータをパケット化する。
一実施形態では、図７、図８および図９のパケッタイザ・エンクリプタ７０６は、非暗号化ヘッダデータを漸進的に暗号化されたスケーラブルビデオデータと結合してパケット化する。
そして、結果としてのセキュアなスケーラブルデータパケットは、所望の受信機にストリーミングすることが可能になる。
別の実施形態では、パケッタイザ・エンクリプタ７０６は、漸進的に暗号化されたスケーラブルビデオデータと暗号化ヘッダデータとをパケット化する。
さらに、ヘッダデータを含まない実施形態では、パケッタイザ・エンクリプタ７０６は、漸進的に暗号化されたスケーラブルビデオデータのみをパケット化する。

エンコーディングシステム７００は、セキュアかつスケーラブルにビデオデータをエンコードする。
より詳細には、エンコーディングシステム７００は、スケーラブル符号化を漸進的暗号化技術と結合する。
結果としてのスケーラブルにエンコードされ漸進的に暗号化されパケット化されたビデオストリームは、パケット化されたデータを解読することなく、そのためシステムのセキュリティを維持しながら、ビットレート低減および空間ダウンサンプリング等の後続するトランスコーディング操作を（たとえばデータパケットトランケーションまたはデータパケット除去を介して）実行することができる、という特徴を有する。
本発明はまた、セグメンタ７０２によって形成された領域のすべてではなく一部のみがエンコーディングシステム７００から最終的に転送される実施形態にも適している。
例として、一実施形態では、ビデオデータイメージの背景イメージは先の伝送以来変化していない可能性があり、あるいは恐らくは重要なデータを含まないため、前景が転送される。

［デコーディング方法およびシステム］
図１１のフローチャート１１００には特定のステップを開示するが、かかるステップは例示的なものである。
すなわち、本発明は、他のあらゆるステップかまたは図１１に列挙したステップの変形を実行することにも適している。
図１１のステップ１１０２において、本発明は、漸進的に暗号化されスケーラブルにエンコードされたビデオデータを含むデータパケットを受取る。
より詳細には、デコーディングシステム１２００のデクリプタ１２０２（ともに図１２）は、漸進的に暗号化されスケーラブルにエンコードされたビデオデータを含むデータパケットを受取る。
一実施形態では、受取られたデータパケットはヘッダデータも含み、そのヘッダデータは、スケーラブルにエンコードされたビデオデータに対応する情報を提供する。
さらに別の実施形態では、受取られたデータパケットはまた、スケーラブルにエンコードされたビデオデータに対応する情報を提供する暗号化されたヘッダデータも含む。

ステップ１１０４に示すように、その後本発明は、漸進的に暗号化されスケーラブルにエンコードされたビデオデータを含むデータパケットを解読することにより、スケーラブルにエンコードされた領域を生成する。
すなわち、図１２のデクリプタ１２０２は、漸進的に暗号化されスケーラブルにエンコードされたビデオデータを解読することにより、スケーラブルにエンコードされた領域を生成する。
さらに、受取られたデータパケットが暗号化されたヘッダデータを含む実施形態では、デクリプタ１０２０は暗号化されたヘッダデータも解読する。

ここでステップ１１０６を参照すると、その後本発明は、スケーラブルにエンコードされた領域をデコードすることにより、デコードされた領域を提供する。
図７、図８および図９のエンコーディングシステム７００の説明に関連して上述したように、図１０Ａに示すようなビデオフレーム１０００を、図１０Ｂに示すように複数の対応する領域１００２、１００４、１００６、１００８、１０１０および１０１２にセグメント化することができる。

その後、ステップ１１０８において、本発明は、デコードされた領域をアセンブルすることによりビデオデータを提供する。
さらに、図１２のデコーディングシステム１２００のアセンブラ１２０６は、デコードされた領域をアセンブルすることによりビデオデータを提供する。
本発明の一実施形態では、その後、デコーディングシステム１２００は、出力として非圧縮ビデオストリームの形態でビデオデータを提供する。
本発明の別の実施形態では、アセンブラ１２０６は、ビデオ予測ユニット（ＶＰＵ）に適した予測エラービデオデータから構成されるビデオデータを出力する。
図１３に示すように、本発明の一実施形態では、デコーダシステム１２００にはＶＰＵ１３００が連結されている。
ＶＰＵ１３００は、アセンブラ１２０６の出力を使用して、最終的にビデオフレームデータの非圧縮ストリームを提供する。
図１３のＶＰＵ１３００はデコーディングシステム１２００の外部に配置するが、本発明は、ＶＰＵ１３００がデコーディングシステム１２００と一体化したものにも適している。
図１４は、ＶＰＵ１３００がデコーディングシステム１２００と一体化した本発明の一実施形態を示す。
このため、本発明は、セキュアかつスケーラブルにエンコードされたビデオデータをデコードする方法およびシステムを提供する。

［トランスコーディング方法およびシステム］
図１５Ａは、本発明の実施形態を実施してもよい、例示的なハイブリッド有線／無線ネットワーク１５００のブロック図である。
ハイブリッド有線／無線ネットワーク１５００では、メディア（たとえば、ビデオ）データを、有線リンクを介して固定クライアント（固定型受信ノード）に、および無線リンクを介して移動クライアント（移動型受信ノード）にストリーミングする。

本実施形態では、ハイブリッド有線／無線ネットワーク１５００は、有線送信機（ソース１５１０）と、有線高解像度受信機１５２０と、無線中間解像度受信機１５４０と、を有する。
このシステムでは、ソース１５１０は、高解像度受信機１５２０に送信されるフル帯域幅の高解像度ビデオストリーム１５５０ａを生成する。
ソース１５１０、中間解像度受信機１５４０または有線／無線ゲートウェイ等の中間ノードに配置されたトランスコーダ１５３０は、ストリーム１５５０ａをより低い帯域幅の中間解像度ビデオストリーム１５５０ｂにトランスコーディングし、それはその後、中間解像度受信機１５４０に送信される。

図１５Ｂは、本発明の実施形態を実施してもよい例示的な無線ネットワーク１５０１（たとえば、無線アプライアンスネットワーク）のブロック図である。
無線アプライアンスネットワークでは、移動型送信機および受信機は、無線リンクを介して互いに通信する。
送信機のカバレッジエリアは、伝送信号の電力によって制限される。
意図された受信機が送信機の当座のカバレッジエリアを越える場合、リレー装置を使用して無線カバレッジエリアを広げることができる。
異種の受信機（たとえば、異なる表示、電力、計算および通信特質ならびに能力を有する受信ノード）の場合、トランスコーダを使用してビデオストリームを特定の受信機または通信リンクに適合させることができる。
トランスコーディングを、リレー装置かまたはリレーとしても作用する受信機において実行することができる。
また、トランスコーディングを、送信機によるかまたは受信ノードによって実行することも可能である。

本実施形態において、無線ネットワーク１５０１は、無線送信機（ソース１５１０）と、高解像度受信機・トランスコーダ１５６０と、中間解像度（低帯域幅）受信機１５４０と、を含む。
無線ネットワーク１５０１では、高解像度受信機１５６０は、高解像度ビデオストリーム１５５０ａを受取りトランスコーディングし、結果としての低帯域幅ストリーム１５５０ｂを中間解像度受信機１５４０に中継する。

図１５Ａおよび図１５Ｂを参照すると、ハイブリッド有線／無線ネットワーク１５００と無線ネットワーク１５０１とはともに、ネットワークトランスコーダを使用してビデオストリーム１５５０ａを、ターゲット無線ノード（たとえば、中間解像度受信機１５４０）の表示能力に一致するよりも低い帯域幅のストリーム１５５０ｂにトランスコーディングする。
概して、これらのネットワークは、ネットワークトランスコーディングが、メディア（たとえば、ビデオ）ストリームを特定のチャネルに亙る伝送に対しおよび受信ノードの能力に対しより適したフォーマットにトランスコーディングすることにより、無線スペクトルと受信機資源とをいかに効率よく使用することができるかを示す。

図１６は、本発明の一実施形態によるソースノード１６１０と、中間（トランスコーダ）ノード１６２０と、受信ノード１６３０と、を含むシステム１６００のブロック図である。
この実施形態では、トランスコーダ１６２０は、ソースノード１６１０と受信ノード１６３０との間で置換えられた別個のノードである。
しかしながら、トランスコーダ１６２０によって実行される機能を、代りにソースノード１６１０かまたは受信ノード１６３０によって実行してもよい。

本実施形態では、ソースノード１６１０は、上述したように、データパケットのストリームをエンコードかつ／または暗号化し、これらのデータパケットをトランスコーダ１６２０に送信する。
一実施形態では、ストリームのデータパケットの各々は、ヘッダ部とペイロード部とを有し（後に図２０を参照）、別の実施形態では、データパケットは、ペイロード部のみを有する（後に図２１を参照）。
ペイロード部はデータを伝送し、ヘッダ部は、トランスコーダ１６２０がペイロード部をトランスコーディングするために使用する情報を伝送する。
ヘッダ部によって伝送される情報を含むデータパケットと、トランスコーダ１６２０が使用するトランスコーディング方法とについては後述する。
一実施形態では、ペイロード部のみが暗号化されエンコードされる。
別の実施形態では、ペイロード部は暗号化されエンコードされ、ヘッダ部もまた暗号化される。

本実施形態では、トランスコーダ１６２０は、ソースノード１６１０から受取ったデータパケットに対するトランスコーディング機能を実行する。
トランスコーダ１６２０が実行するトランスコーディング機能については、後に図１９に関して説明する。
トランスコーディング機能の目的は、受信ノード１６３０の属性かまたはトランスコーダ１６２０と受信ノード１６３０とを連結する通信チャネル１６２５の属性等、トランスコーダ１６２０の下流側の属性にしたがってデータパケットのストリームを構成することである。
トランスコーディング機能は、たとえば、データパケットのトランケーションかまたはストリームからのいくつかのデータパケットの除去を含むことができる。
ストリームが受信ノード１６３０に合うようにまたは通信チャネル１６２５に合うようにすでに構成されている場合、トランスコーディング機能は、変更なしにストリームのデータパケットを通過させることからなる。

特に重要なことは、本発明によれば、トランスコーダ１６２０は、データパケット（特に、データパケットのメディアデータ）を解読かつ／またはデコードすることなくトランスコーディング機能を実行する、ということである。
データパケットがヘッダ部とペイロード部とを有し、ヘッダ部が暗号化される実施形態では、トランスコーダ１６２０は、ヘッダ部のみを解読する。
いずれの場合も、従来のトランスコーダと比較して、本発明のトランスコーダ１６２０では、メディアデータを解読する必要がないため、必要とする計算資源が少なくなる。
さらに、本発明は、エンド・ツー・エンドセキュリティを提供するとともに、非常に複雑性が低いトランスコーディングを、メディアデータのセキュリティを脅かすことなく中間の恐らくは信頼性の低いノードで実行することができるようにする。

続けて図１６を参照すると、トランスコーダ１６２０は、受信ノード１６３０および／または通信チャネル１６２５の属性の知識を有する。
これら属性には、限定されないが、受信ノード１６３０の表示、電力、通信および計算能力ならびに特質かまたは通信チャネル１６２５における利用可能な帯域幅がある。
たとえば、一実施形態では、トランスコーダ１６２０は、受信ノード１６３０から属性情報を受取るか、または受信ノード１６３０からこの情報を読出す。
別の実施形態では、トランスコーダ１６２０を、ネットワークにおけるルータとして実施してもよく、ルータは、次の「ホップ」に輻輳があるか否かを判断しそれにしたがってデータパケットのストリームをトランスコーディングすることができる。

本実施形態では、トランスコーダ１６２０は、トランスコーディング後、エンコードされ暗号化されたデータパケットを含むデータパケットの結果としてのストリームを受信ノード１６３０に送信する。

図１７は、本発明の実施形態を実施してもよいトランスコーダ装置１６２０の一実施形態のブロック図である。
この実施形態では、トランスコーダ１６２０はそれぞれ、ソースノード１６１０（図１６）からデータパケットのストリームを受取り、データパケットのストリームを受信ノード１６３０（図１６）に送信する、受信機１７１０および送信機１７２０を含む。
受信機１７１０および送信機１７２０は、有線かまたは無線通信のいずれかを行うことができる。
有線通信に１つおよび無線通信に１つという別個の受信機および送信機を使用してもよい。
受信機１７１０および送信機１７２０を単一装置（たとえば、送受信機）として統合してもよい、ということが理解されよう。

続けて図１７を参照すると、トランスコーダ装置１６２０は、オプションのコントローラ１７３０（たとえば、プロセッサまたはマイクロプロセッサ）、オプションのデクリプタ１７４０およびオプションのメモリ１７５０、またはそれらの組合せを含んでもよい。
一実施形態では、デクリプタ１７４０を使用してヘッダ情報を解読する。
別の実施形態では、メモリ１７５０を使用して、ソースノード１６１０から受取ったデータパケットを受信ノード１６３０（図１６）に転送する前に蓄積する。

図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃ、図１８Ｄおよび図１８Ｅは、本発明によりデータパケットをトランスコーディングする方法の様々な実施形態を示すデータフロー図である。
図１８Ａないし図１８Ｄの実施形態では、データパケットは各々、ヘッダ部とペイロード部とを有し、図１８Ｅの実施形態では、データパケットはヘッダ部を有していない。
図１８Ａないし図１８Ｅの実施形態の各々では、データパケット（特に、メディアデータ）を暗号化するが、エンコードしてもよい。
本発明のいくつかの態様をより明確に説明するために、図１８Ａないし図１８Ｅの実施形態を別々に説明するが、本発明をこれらの実施形態の要素を結合することによって実施してもよい、ということが理解されよう。

本発明によれば、データパケットをトランスコーディングする方法を、暗号化されたデータパケットに対して実行する。
すなわち、メディアデータは解読しない。
トランスコーディング機能は、データパケット（特に、データパケットのペイロード部）のトランケーションか、ストリームからいくつかのデータパケットを除去することか、またはデータパケットを変更なしに通過させることを含むことができる。

まず図１８Ａを参照すると、暗号化されかつ／またはエンコードされた到着データパケットを、トランスコーダ１６２０が受取る。
この実施形態では、各データパケットのヘッダ部は暗号化されていない。
トランスコーダ１６２０はヘッダ部を読取るが、これには、トランスコーディング判断を行うために使用することができる情報が含まれる。
一実施形態では、ヘッダ部の情報には、トランケーションポイントの指定が含まれる。
別の実施形態では、トランケーションポイントを、ヘッダに提供される情報から導出する。

たとえば、ヘッダ部は、データパケットのペイロード部をトランケートする推奨ポイント（たとえば複数のビット）を指定する情報を含んでもよい。
各データパケットが異なるトランケーションポイントを有してもよい、ということが理解されよう。
推奨トランケーションポイントを、種々の技術を使用して選択することができる。
一実施形態では、各データパケットのトランケーションポイントを、レート歪み（ＲＤ）解析等の解析にしたがって指定し、それにより、データパケットのストリームをＲＤ最適かまたは準ＲＤ最適であるレートにまで圧縮することができる。
別の実施形態では、ヘッダ部は、ＲＤ解析によって生成されたＲＤ曲線を記述する情報を含み、トランケーションポイントをＲＤ曲線のさらなる解析から導出する。

本実施形態では、ＲＤ最適符号化を、ビデオイメージの各領域に対してＲＤプロットを生成し、その後所望の総ビットレートを生成する同じ勾配におけるすべての領域に対して操作することにより、達成する。
データパケットのヘッダ部に複数の品質レベルに対する最適なＲＤカットオフポイントを配置することによって、準最適トランスコーディングをデータパケットレベルで達成することができる。
そして、トランスコーダ１６２０（図１６）は、適当なカットオフポイントにおいて各パケットをトランケートすることができる。
そのため、結果としてのパケットは、イメージの各領域に対し所望の品質レベルに対して適当な数のビットを含む。
トランスコーダ１６２０は、各パケットヘッダを読出し、その後、適当なポイントでパケットをトランケートする。
たとえば、イメージの３つの領域を別個のパケットに符号化する場合、各領域に対し３つのＲＤ最適トランケーションポイントを識別し、それらの位置をそれぞれのパケットヘッダに配置する。
トランスコーダ１６２０は、３つのＲＤポイントのいずれか（または間のポイント）において作用するように選択することができ、その後、適当なカットオフポイントにおいて各パケットをトランケートすることができる。

また、ヘッダ部は、各データパケットを例えば番号で識別する情報を含んでもよい。
したがって、トランスコーダ１６２０は、ストリームからいくつかのデータパケットを除去することができる。
たとえば、１つおきのパケット（たとえば、奇数パケット）が除去される場合、トランスコーダ１６２０は、ヘッダ情報を使用して奇数データパケットを識別することができ、それらをデータパケットのストリームから除去することができる。

図１８Ｂの実施形態は、図１８Ａと同様であるが、各データパケットのヘッダ部を暗号化する。
この場合、トランスコーダ１６２０は、ヘッダ情報を読出し、上述したようにデータパケットのストリームに対して作用する前に、ヘッダ部をまず解読する。

図１８Ｃの実施形態では、データパケットをメモリに蓄積する。
すなわち、先入れ／先出しタイプの手法の代りに、ストリームのデータパケットのサブセットを、受信ノードに転送する前にメモリ（たとえば、図１７のメモリ１７５０）に蓄積し格納する。
この実施形態では、サブセットの蓄積されたデータパケットのすべてに対するヘッダ情報を使用してトランスコーディング判断を行う。
トランスコーディング判断を、本明細書において先に説明したように、受信ノード１６３０かまたは通信チャネル１６２５（図１６）の属性に基づいて行う。
ストリームのすべてのデータパケットに対して作用することなく、受信ノードかまたは通信チャネルの属性にしたがってデータパケットのストリームを構成することが可能であってもよく、おそらくは望ましい。
たとえば、サブセットのデータパケットのすべてをトランケートする代りに、サブセットのパケットの一部のみをトランケートするか、または推奨トランケーションポイントとは異なるポイントでパケットをトランケートするよう判断してもよい。

図１８Ｄの実施形態では、トランスコーダ１６２０は、下流側の受信ノード（たとえば、図１６の受信ノード１６３０）から情報を受取る。
一実施形態では、情報は、表示、電力、計算および通信能力ならびに特質等、受信ノード１６３０の属性を記述する。
受信ノード１６３０から受取った情報に基づいて、トランスコーダ１６２０は、データパケットのヘッダ部の情報に基づいてトランスコーディング判断を行うことができる。
たとえば、トランスコーダ１６２０は、受信ノード１６３０が中間または低解像度装置であるか否かによってトランケーションポイントを選択することができ、受信ノード１６３０が高解像度装置である場合、データパケットのストリームを変更しないように選択することができる。
同様に、トランスコーダ１６２０は、通信チャネル１６２５（図１６）の属性を記述する情報を受取ることができる。

図１８Ｅの実施形態では、到着データパケットはヘッダ部を有していない。
したがって、トランスコーダ１６２０は、事前定義されたルールのセットに基づいてトランスコーディング判断を行う。
すなわち、ヘッダ部の情報によって指定される異なるポイントにおいて各データパケットをトランケートする代りに、トランスコーダ１６２０は、受信ノードかまたは通信チャネルの属性により、同じポイントにおけるストリームのすべてのデータパケットをトランケートしてもよい。

図１９は、本発明の一実施形態によるデータパケットをトランスコーディングするプロセス１９００のステップのフローチャートである。
一実施形態では、プロセス１９００を、トランスコーダ装置１６２０（図１７）によりメモリ１７５０に格納されコントローラ１７３０によって実行されるコンピュータ読取可能プログラム命令として実施する。
図１９には特定のステップを開示するが、かかるステップは例示的なものである。
すなわち、本発明は、他のあらゆるステップかまたは図１９に列挙するステップの変形を実行するのにも適している。

図１９のステップ１９１０において、ソースノード（たとえば、図１６のソース１６１０）からデータパケットのストリームを受取る。
本実施形態では、データパケットは、暗号化されたデータを含む。
一実施形態では、データはまたエンコードされている。
別の実施形態では、データパケットは、ヘッダ部とペイロード部とを含む。
一実施形態では、ヘッダ部もまた暗号化されている。

図１９のステップ１９１５において、一実施形態では、下流側の受信ノード（たとえば、図１６の受信ノード１６３０）かまたは通信チャネル（たとえば、図１６の通信チャネル１６２５）の属性を記述する情報を受取る。
別の実施形態では、受信ノード１６３０または通信チャネル１６２５の属性は既知である。

図１９のステップ１９２０において、受信ノード１６３０の属性にしたがってストリームを構成するように、データパケットのストリームに対してトランスコーディング機能を実行する。
重要なことは、データパケットのデータを解読することなくトランスコーディング機能を実行する、ということである。
一実施形態では、各データパケットのヘッダ部によって提供される情報に対して、トランスコーディング機能を実行する。
かかる一実施形態では、ヘッダ情報は、それぞれのデータパケットのペイロード部に対して推奨トランケーションポイントを提供する。
別の実施形態では、トランケーションポイントをヘッダ部に提供される情報から導出する。

ステップ１９２２において、一実施形態では、トランスコーディング機能はストリームからいくつかのデータストリームを除去する。
ステップ１９２４において、一実施形態では、トランスコーディング機能はデータパケットのデータをトランケートする。
各データパケットが異なるトランケーションポイントを有してもよい、ということが理解されよう。
ステップ１９２６において、一実施形態では、トランスコーディング機能はデータパケットを変更なしに通過させる。

ステップ１９３０において、トランスコーディングされたデータパケット（まだ暗号化されかつ／またはエンコードされている）を、受信ノード１６３０に送信する。

要約すると、本発明の上述した実施形態は、異なる能力および特質を有する受信ノードの属性かまたはトランスコーダと受信ノードとの間の通信の属性等、種々の下流側の属性に対しデータをトランスコーディングするセキュアな方法およびシステムを提供する。
暗号化されたデータを解読し、その後再び暗号化する必要がないため、データパケットのストリームをトランスコーディングするために必要な計算資源が大幅に低減し、データのセキュリティが脅かされない。

［セキュアでスケーラブルなデータパケット］
ここで図２０を参照すると、本発明の一実施形態によって形成されたデータパケット２００の概略表現を示す。
さらに、上述したように、明確かつ簡潔にするために、以下の論考および例は特にビデオデータを扱う。
しかしながら、本発明を、ビデオデータでの使用にのみ限定しない。
代りに、本発明は、音声ベースデータ、画像ベースデータ、ウェブページベースデータ等にも適している。
本実施形態では、データパケット２０００を、図７、図８および図９のエンコーディングシステム７００によって生成し、図１６、図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃ、図１８Ｄおよび図１８Ｅのトランスコーダ１６２０によって操作し、その後、最終的に図１２、図１３および図１４のデコーディングシステム１２００に転送する。
上述したプロセス中、データパケット２０００を、たとえばトランスコーダ１６２０および／またはデコーダ１２００を実施する装置（たとえば、汎用ネットワークコンピュータシステム、組込みコンピュータシステム、ルータ、スイッチ、サーバ装置、クライアント装置、あらゆる中間装置／ノード、スタンドアロンコンピュータシステム等）に存在するコンピュータ読取可能媒体に格納し、データパケット２０００は、それら装置の機能的変化をもたらすかまたはそれらの動作を命令する。

図２０の実施形態では、データパケット２０００は、ヘッダデータ部２００２と、スケーラブルにエンコードされ漸進的に暗号化されたビデオデータ部２００４と、を含む。
上述したように、ヘッダデータ部２００２は、トランスコーダ１６２０が、スケーラブルにエンコードされ漸進的に暗号化されたビデオデータ部２００４をトランスコーディングするために使用する情報を含む。
たとえば、ヘッダデータ部２００２は、データパケット２０００のペイロード部（すなわち、スケーラブルにエンコードされ漸進的に暗号化されたビデオデータ部２００４）をトランケートするための推奨ポイント（たとえば、複数のビット）を指定する情報を含んでもよい。
また、ヘッダデータ部２００２は、各データパケットをたとえば数字で識別する情報を含んでもよい。
したがって、トランスコーダ１６２０は、ストリームからいくつかのデータパケットを除去することができる。
たとえば、１つおきのパケット（たとえば、奇数パケット）が除去される場合、トランスコーダ１６２０は、ヘッダデータ部２００２の情報を使用して奇数データパケットを識別し、データパケットのストリームからそれらを除去することができる。

さらに図２０を参照すると、データパケット２０００は、スケーラブルにエンコードされ漸進的に暗号化されたビデオデータ部２００４内に潜在的なトランケーションポイント２００６、２００８および２０１０も含む。
かかるトランケーションポイントを図２０に示すが、トランケーションポイント２００６、２００８および２０１０の構成は単なる例示的なものである。
すなわち、本発明は、より少ないかまたはより多いトランケーションポイントを有すること、図２０に示す場合とは異なる場所に配置されるトランケーションポイントを有すること、とにも適している。
この場合もまた、上述したように、トランケーションポイント２００６、２００８および２０１０を、トランスコーダ１６２０がパケット２０００に対するその操作中に使用する。
さらに、本発明の一実施形態では、ヘッダデータ部２００２を暗号化する。

図２１の実施形態では、データパケット２１００は、ヘッダデータ部を有しておらず、代りにスケーラブルにエンコードされ漸進的に暗号化されたビデオデータ部２１０４のみを有する。
さらに図２１を参照すると、データパケット２１００はまた、スケーラブルにエンコードされ漸進的に暗号化されたビデオデータ部２１０４内に潜在的なトランケーションポイント２１０４、２１０６および２１０８も含む。
かかるトランケーションポイントを図２１に示すが、トランケーションポイント２１０４、２１０６および２１０８の構成は単に例示的なものである。
すなわち、本発明は、より少ないかまたはより多いトランケーションポイントを有すること、図２１に示す場所とは異なる場所に位置するトランケーションポイントを有すること、とにも適している。
この場合もまた、上述したように、トランケーションポイント２１０４、２１０６および２１０８を、トランスコーダ１６２０がパケット２１００に対するその動作中に使用する。

このように、本発明は、一実施形態において、データのストリーミングに使用するセキュアかつスケーラブルなエンコーディング方法およびシステムを提供する。
本発明は、さらに、一実施形態において、セキュアかつスケーラブルにエンコードされたデータをデコードする方法を提供する。

本発明の特定の実施形態の上述した説明は、例示および説明の目的のために提供した。
それらは、網羅的であるように、または本発明を開示した厳密な形態に限定するようには、意図されておらず、明らかに、上記教示に鑑みて、多くの変更および／または変形が可能である。
本発明の原理とその実際的な適用を最もよく例示することにより、当業者が、企図された特定の使用に適するよう、本発明および様々な実施形態を様々な変更態様で最もよく利用することができるように、実施形態を選択し説明した。
発明の範囲は、添付の特許請求の範囲とその等価物とによって定義される、ということが意図されている。

従来のアプリケーションレベル暗号化を実行する順序を示すブロック図である。ネットワークレベル暗号化を使用する別の従来のセキュアなストリーミングシステムを示すブロック図である。従来のトランスコーディング方法を示すブロック図である。別の従来のトランスコーディング方法を示すブロック図である。本発明の様々な実施形態による本方法のステップを実行するために使用する例示的なコンピュータシステムの概略図である。本発明の一実施形態によるセキュアかつスケーラブルなエンコーディング方法において実行するステップのフローチャートである。本発明の一実施形態によるエンコーディングシステムのブロック図である。本発明の一実施形態によるビデオ予測ユニット（ＶＰＵ）が連結されたエンコーディングシステムのブロック図である。本発明の一実施形態によるビデオ予測ユニット（ＶＰＵ）が一体化されたエンコーディングシステムのブロック図である。本発明の一実施形態によるビデオデータのフレームの概略図である。本発明の一実施形態による対応する領域へのセグメント化後の図１０Ａのビデオデータのフレームの概略図である。本発明の一実施形態による対応する非矩形領域へのセグメント化後の図１０Ａのビデオデータのフレームの概略図である。本発明の一実施形態による対応するオーバーラップする非矩形領域へのセグメント化後の図１０Ａのビデオデータのフレームの概略図である。本発明の一実施形態によるセキュアかつスケーラブルにエンコードされたデータをデコードする際に実行するステップのフローチャートである。本発明の一実施形態によるデコーディングシステムのブロック図である。本発明の一実施形態によるビデオ予測ユニット（ＶＰＵ）が連結されたデコーディングシステムのブロック図である。本発明の一実施形態によるビデオ予測ユニット（ＶＰＵ）が一体化したデコーディングシステムのブロック図である。本発明の実施形態を実施してもよい例示的なハイブリッド有線／無線ネットワークのブロック図である。本発明の実施形態を実施してもよい例示的な無線ネットワークのブロック図である。本発明の一実施形態によるソースノード、中間（トランスコーダ）ノードおよび受信ノードのブロック図である。本発明の一実施形態により本発明の実施形態を実施してもよいトランスコーダ装置の一実施形態のブロック図である。本発明の一実施形態によるデータパケットをトランスコーディングする方法の様々な実施形態を示すデータフロー図である。本発明の一実施形態によるデータパケットをトランスコーディングする方法の様々な実施形態を示すデータフロー図である。本発明の一実施形態によるデータパケットをトランスコーディングする方法の様々な実施形態を示すデータフロー図である。本発明の一実施形態によるデータパケットをトランスコーディングする方法の様々な実施形態を示すデータフロー図である。本発明の一実施形態によるデータパケットをトランスコーディングする方法の様々な実施形態を示すデータフロー図である。本発明の一実施形態によるデータパケットをトランスコーディングするプロセスにおけるステップのフローチャートである。本発明の一実施形態によるヘッダデータとスケーラブルにエンコードされ漸進的に暗号化されたデータを含むデータパケットの概略図である。本発明の一実施形態によるスケーラブルにエンコードされ漸進的に暗号化されたデータを含むデータパケットの概略図である。

符号の説明

５００・・・コンピュータシステム、
５０２・・・アドレス／データバス、
５０４・・・中央処理装置、
５０８・・・不揮発性メモリ、
５１０・・・データ記憶装置、
５１２・・・英数字入力装置、
５１４・・・カーソル制御装置、
５１６・・・表示装置、
６０２・・・セグメンタ，
７０４・・・エンコーダ、
７０６・・・パケッタイザ・エンクリプタ、
１０００・・・ビデオフレーム、
１００２，１００４，１００６，１００８，１０１０，１０１２・・・領域、
１０１４，１０１６，１０１８，１０２０，１０２２・・・非矩形領域、
１０２４，１０２６，１０２８，１０３０，１０３２・・・オーバーラップした領域、
１２００・・・デコーディングシステム、
１２０６・・・アセンブラ、
１３００・・・ＶＰＵ、
１５００・・・ハイブリッド有線／無線ネットワーク、
１５０１・・・無線ネットワーク、
１５１０・・・ソース、
１５２０・・・有線高解像度受信機、
１５４０・・・無線中間解像度受信機、
１５２０・・・高解像度受信機、
１５５０・・・ビデオストリーム、
１５４０・・・中間解像度（低帯域幅）受信機、
１５６０・・・高解像度受信機・トランスコーダ、
１６１０・・・ソースノード、
１６２０・・・中間（トランスコーダ）ノード、
１６３０・・・受信ノード、
１７１０・・・受信機、
１７２０・・・送信機、
１７３０・・・コントローラ、
１７４０・・・デクリプタ、
１７５０・・・メモリ、
２０００・・・データパケット、
２００２・・・ヘッダデータ部、
２００４・・・ビデオデータ部、
２００６，２００８，２０１０・・・トランケーションポイント、
２１００・・・データパケット、
２１０４，２１０６，２１０８・・・トランケーションポイント、

Claims

ネットワークにおいてソースノードと複数の受信ノードとの間に配置された中間ノードにおいて、データパケットのストリームをトランスコーディングする方法であって、
ａ）前記ソースノードから、暗号化されたメディアデータを含む前記データパケットのストリームを受取るステップと、
ｂ）前記中間ノードの下流側の属性にしたがって選択された各データパケットのポイントにおいて、前記メディアデータを解読することなく前記データパケットのストリームを構成するために、前記中間ノードの下流側の属性にしたがって、前記データパケットのストリームをトランケートする機能を実行するステップと、
ｃ）受信ノードに、前記中間ノードの前記下流側の属性と互換性のある暗号化されたデータパケットのストリームを送信するステップと
を含み、
前記データパケットのストリームのデータパケットは、
ペイロード部と、
ヘッダ部と
を含み、
前記ペイロード部は、
前記メディアデータ
を含み、
前記ヘッダ部は、
前記中間ノードの前記下流側の属性にしたがって前記ペイロード部をトランケートするポイントを識別する情報
を含み、
前記ペイロード部を暗号化し、
前記ヘッダ部を暗号化しない
データパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
ネットワークにおいてソースノードと複数の受信ノードとの間に配置された中間ノードにおいて、データパケットのストリームをトランスコーディングする方法であって、
前記データパケットのストリームのデータパケットは、
ペイロード部と、
ヘッダ部と
を含み、
前記ペイロード部は、
前記メディアデータ
を含み、
前記ヘッダ部は、
前記中間ノードの前記下流側の属性にしたがって前記ペイロード部をトランケートするポイントを識別する情報
を含み、
前記ペイロード部と、前記ヘッダ部とが暗号化され、
ａ）前記ソースノードから、暗号化されたメディアデータを含む前記データパケットのストリームを受取るステップと、
ｂ）前記中間ノードの下流側の属性にしたがって選択された各データパケットのポイントにおいて、前記メディアデータを解読することなく前記データパケットのストリームを構成するために、前記中間ノードの下流側の属性にしたがって、前記データパケットのストリームをトランケートする機能を実行するステップと、
ｃ）受信ノードに、前記中間ノードの前記下流側の属性と互換性のある暗号化されたデータパケットのストリームを送信するステップと、
前記ヘッダ部を解読するステップと
を含むデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
前記データパケットのストリームは、エンコードされたメディアデータを含み、前記ステップｂ）の前記機能を、前記メディアデータをデコードすることなく実行する
請求項１または２に記載のデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
前記ペイロード部をトランケートするポイントを、前記ヘッダ部において指定する
請求項１または２に記載のデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
前記ペイロード部をトランケートするポイントを、前記ペイロード部をトランケートするポイントを識別する前記情報から導出する
請求項１または２に記載のデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
前記ステップｂ）は、
前記中間ノードの前記下流側の属性にしたがってトランケートするポイントを選択するステップと、
選択した前記トランケートするポイントにおいて前記データパケットのストリームのデータパケットのペイロード部をトランケートするステップと
を含む
請求項１または２に記載のデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
前記ペイロード部をトランケートするポイントを、受け取ったパケットに対する解析にしたがって指定する
請求項１または２に記載のデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
前記解析はレート歪み解析である
請求項７に記載のデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
前記ステップｂ）は、
前記データストリームのデータパケットのサブセットをメモリに蓄積するステップと、
前記データパケットのサブセットを、該サブセットが前記中間ノードの前記下流側の属性を満足するように構成するステップと、
をさらに含む
請求項１または２に記載のデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
前記ステップｂ）は、
前記データパケットのストリームからデータパケットを除去するステップ
を含む
請求項１または２に記載のデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
前記中間ノードの前記下流側の属性は、
前記受信ノードの属性
を含む
請求項１または２に記載のデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
前記受信ノードから情報を受取るステップと、
前記受信ノードからの前記情報を使用して該受信ノードの前記属性を確定するステップと
を含む請求項１１に記載のデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
前記中間ノードの前記下流側の属性は、
前記中間ノードと前記受信ノードとを連結する通信チャネルの属性
を含む
請求項１または２に記載のデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
前記メディアデータを、ビデオデータと、音声データと、画像データと、グラフィックデータと、ウェブページデータとを含むグループから選択する
請求項１または２に記載のデータパケットのストリームをトランスコーディングする方法。
データパケットのストリームをトランスコーディングする装置であって、ネットワークにおいてソースノードと複数の受信ノードとの間に配置された中間ノードである装置であり、
ソースノードから、暗号化されたメディアデータを含む前記データパケットのストリームを受取るように適合された受信機と、
該受信機に連結され、当該装置の下流側の属性にしたがって選択された各データパケットのポイントにおいて、前記メディアデータをデコードすることなく前記データパケットのストリームを構成するために、当該装置の下流側の属性にしたがって、前記データパケットのストリームをトランケートするように適合されたトランスコーダと、
該トランスコーダに連結され、当該装置の前記下流側の属性と互換性のある暗号化されたデータパケットのストリームを受信ノードに送信するように適合された送信機と
を具備し、
前記データパケットは、
ペイロード部と、
ヘッダ部と
を含み、
前記ペイロード部は、
前記メディアデータ
を含み、
前記ヘッダ部は、
当該装置の前記下流側の属性にしたがって前記ペイロード部をトランケートするポイントを識別する情報
を含み、
前記ペイロード部は暗号化され、
前記ヘッダ部は暗号化されない
装置。
データパケットのストリームをトランスコーディングする装置であって、ネットワークにおいてソースノードと複数の受信ノードとの間に配置された中間ノードである装置であり、
前記データパケットは、
ペイロード部と、
ヘッダ部と
を含み、
前記ペイロード部は、
前記メディアデータ
を含み、
前記ヘッダ部は、
当該装置の前記下流側の属性にしたがって前記ペイロード部をトランケートするポイントを識別する情報
を含み、
前記ペイロード部と、前記ヘッダ部とは暗号化され、
ソースノードから、暗号化されたメディアデータを含む前記データパケットのストリームを受取るように適合された受信機と、
該受信機に連結され、当該装置の下流側の属性にしたがって選択された各データパケットのポイントにおいて、前記メディアデータをデコードすることなく前記データパケットのストリームを構成するために、当該装置の下流側の属性にしたがって、前記データパケットのストリームをトランケートするように適合されたトランスコーダと、
該トランスコーダに連結され、当該装置の前記下流側の属性と互換性のある暗号化されたデータパケットのストリームを受信ノードに送信するように適合された送信機と、
前記ヘッダ部を解読するデクリプタと
を具備する装置。
前記データパケットのストリームは、
エンコードされたメディアデータ
を含み、
前記トランスコーダは、前記メディアデータをデコードすることなく前記受信ノードの前記属性にしたがって前記データパケットのストリームを構成するように適合された
請求項１５または１６記載の装置。
前記ペイロード部をトランケートするポイントは、前記ヘッダ部において指定される
請求項１６記載の装置。
前記ペイロード部をトランケートするポイントは、前記ペイロード部をトランケートするポイントを識別する前記情報から導出される
請求項１６記載の装置。
前記トランスコーダはさらに、当該装置の前記下流側の属性にしたがってトランケートするポイントを選択し、選択した該トランケーションポイントにおいて前記データパケットのストリームのデータパケットのペイロード部をトランケートするように適合された
請求項１６記載の装置。
前記ペイロード部をトランケートするポイントは、受け取ったパケットに対する解析にしたがって指定される
請求項１６記載の装置。
前記解析はレート歪み解析である
請求項２１記載の装置。
前記トランスコーダに連結され、前記データストリームのデータパケットのサブセットを蓄積するように適合された、メモリユニットを具備し、
前記トランスコーダはさらに、前記データパケットのサブセットを、該サブセットが当該装置の前記下流側の属性を満足するよう構成するように適合された
請求項１６記載の装置。
前記トランスコーダはさらに、前記データパケットのストリームからデータパケットを除去するように適合された
請求項１５または１６記載の装置。
当該装置の前記下流側の属性は、前記受信ノードの属性を含む
請求項１５または１６記載の装置。
前記トランスコーダはさらに、前記受信ノードから情報を受取り、該受信ノードからの該情報を使用して該受信ノードの前記属性を確定するように適合された
請求項２５記載の装置。
当該装置の前記下流側の属性は、前記中間ノードと前記受信ノードとを連結する通信チャネルの属性を含む
請求項１５または１６記載の装置。