JP4499631B2 - 画像受信装置及びプログラム - Google Patents

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本発明は、受信対象となる画像を受信する画像受信装置及びプログラムに関し、特に受信した画像を効果的に再生する画像受信装置及びプログラムに関する。
近年、映像をデジタル的に符号化(圧縮)して映像ストリームを作り、これをサーバからクライアント端末に配信することが盛んに行われている。さらに映像ストリームを配信する際、限られたクライアント端末にのみ限定的に映像を配信する方法として、映像ストリームの暗号化がある。これにより、暗号鍵を有する端末においては正しい映像の再生が可能であり、暗号鍵を持たないクライアント端末においては、画質の劣化した映像となる。
また、アプリケーションレベルで監視映像を暗号化して伝送し、暗号化したまま記録保存が可能な方式が本発明者らにより提案されている(特願2004-264611)。
図1には、第三者によって映像ストリームが改ざんされた場合の例を示してある。
図1において、映像配信システムは、ネットワークカメラ1と、ネットワーク2と、クライアント端末(画像受信装置)3と、悪意のある第三者の端末14から構成されている。ここで、悪意のある第三者は、端末14を用いてネットワークから改ざんされる前の映像ストリーム11を受信し、改ざん後、改ざんされた映像ストリーム12をネットワーク2へ送信する。
図2には、伝送途中で映像ストリームにパケットロスが発生した場合の例を示してある。映像配信システムの構成は、図1の例と同様であるため説明は省略する。ここで、ネットワークカメラからクライアント端末3へ伝送された映像ストリーム15は、ネットワーク2における伝送途中でパケットロスが発生するとする。この場合、クライアント端末3は、パケットロスした後の映像ストリーム16を受信することになる。
このように、インターネットのようなセキュアでないネットワーク2を用いて、映像ストリームをサーバ(図1と図2ではネットワークカメラ1)からクライアント端末3に配信する際、悪意のある第三者13によって映像ストリームが改ざんされた場合(図1参照)や、伝送途中でパケットロスが発生した場合(図2参照)、クライアント端末3は正しくない映像ストリームを受信し、その結果、クライアント端末3のデコーダは正しくない映像ストリームを伸長するため、再生画像が画質劣化するという問題点があった。
特に、映像ストリームがMPEG−4(Moving Picture Experts Group phase 4)の場合、デコーダが映像ストリームを伸長(復号)する際には、1つ前のVOP(Video Object Plane)を参照する。即ち、MPEG−4映像ストリームは、P(predictive)−VOP(フレーム間符号化:時間的に前のフレームとの間の差分だけを符号化したもので、前のフレームのデータがないと画像が再生されないもの)の間に、周期的なI(intra)−VOP(フレーム内符号化:自分自身のフレームのみのデータを用いて符号化したもの)が挿入される構成である。従って、あるVOPデータ(I−VOPやP−VOP)が誤った場合、これ以降のVOPデータ(P−VOP)を受信しても、次のI−VOPが来るまでは、正しく伸長することができないという、画質劣化の時間方向への伝搬が起こる。
更に、暗号化された映像ストリームの場合は、1ビットでもデータが誤ると、元の映像ストリームに戻すことができないため、デコーダは正しくない映像ストリームを伸長すると、再生画像が画質劣化するだけでなく、デコーダによってはハングアップするという問題点があった。
図3には、サーバの暗号鍵をクライアント端末の復号鍵と異なる値に変えた場合の例を示してある。映像配信システムの構成は、図1の例と同様であるため説明は省略する。
図3において、クライアント端末3は、通常時は、鍵1で暗号化した映像ストリーム17を受信している。しかし、クライアント端末3が、サーバ(図3ではネットワークカメラ1)に鍵を鍵1から鍵2に変更するよう指示した場合(図3参照)、クライアント端末3は、鍵を鍵1から鍵2に変更する前に、鍵2で暗号化された映像ストリーム18を受信して、鍵1で復号してしまう。そのため、デコーダは正しくない映像ストリームを伸長することになるため、上記と同じく、再生画像が画質劣化するだけでなく、デコーダによってはハングアップする。
本発明は、このような事情に鑑み為されたもので、受信した画像を効果的に再生することができる画像受信装置及びプログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る画像受信装置は、フレーム内符号化とフレーム間符号化とを用いた符号化方式により処理した動画像データであって、各フレーム毎に該フレームに対応するハッシュ値が付加された前記動画像データを受信する画像受信装置であって、受信した前記動画像の各フレーム毎にハッシュ値を計算するハッシュ値計算手段と、前記動画像に付加されたハッシュ値と、前記ハッシュ値計算手段により計算されたハッシュ値とを比較するハッシュ値比較手段と、該ハッシュ値比較手段による比較の結果、ハッシュ値が一致しなかった場合に、以降の前記フレーム間符号化によるフレームの復号化を行わず、次のフレーム内符号化によるフレームから再びハッシュ値の比較を行う復号化制御手段を備えるように構成される。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る画像受信装置は、フレーム内符号化とフレーム間符号化とを用いた符号化方式により処理した動画像データであって、各フレーム毎に該フレームに対応するハッシュ値が付加された前記動画像データを受信する画像受信装置であって、受信した前記動画像の各フレーム毎にハッシュ値を計算するハッシュ値計算手段と、前記動画像に付加されたハッシュ値と、前記ハッシュ値計算手段により計算されたハッシュ値とを比較するハッシュ値比較手段と、該ハッシュ値比較手段による比較の結果、ハッシュ値が一致しなかった場合に、以降の前記フレーム間符号化によるフレームの復号化を行わず、ダミーの画像の再生を行い、次のフレーム内符号化によるフレームから再びハッシュ値の比較を行う復号化制御手段を備えるように構成される。
また、上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、フレーム内符号化とフレーム間符号化とを用いた符号化方式により処理した動画像データであって、各フレーム毎に該フレームに対応するハッシュ値が付加された前記動画像データを受信する画像受信装置を構成するコンピュータに実行させるプログラムであって、受信した前記動画像の各フレーム毎にハッシュ値を計算するハッシュ値計算機能と、前記動画像に付加されたハッシュ値と、前記ハッシュ値計算機能により計算されたハッシュ値とを比較するハッシュ値比較機能と、該ハッシュ値比較機能による比較の結果、ハッシュ値が一致しなかった場合に、以降の前記フレーム間符号化によるフレームの復号化を行わず、次のフレーム内符号化によるフレームから再びハッシュ値の比較を行う復号化制御機能を、当該コンピュータにより実現するように構成される。
また、上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、フレーム内符号化とフレーム間符号化とを用いた符号化方式により処理した動画像データであって、各フレーム毎に該フレームに対応するハッシュ値が付加された前記動画像データを受信する画像受信装置を構成するコンピュータに実行させるプログラムであって、受信した前記動画像の各フレーム毎にハッシュ値を計算するハッシュ値計算機能と、前記動画像に付加されたハッシュ値と、前記ハッシュ値計算機能により計算されたハッシュ値とを比較するハッシュ値比較機能と、該ハッシュ値比較機能による比較の結果、ハッシュ値が一致しなかった場合に、以降の前記フレーム間符号化によるフレームの復号化を行わず、ダミーの画像の再生を行い、次のフレーム内符号化によるフレームから再びハッシュ値の比較を行う復号化制御機能を、当該コンピュータにより実現するように構成される。
以上説明したように、本発明に係る画像受信装置及びプログラムによると、ハッシュ値比較手段による比較の結果、動画像に付加されたハッシュ値と、ハッシュ値計算手段により計算されたハッシュ値とが一致しなかった場合に、以降のフレーム間符号化によるフレームの復号化を行わず、次のフレーム内符号化によるフレームから再びハッシュ値の比較をするようにしたため、受信した画像を効果的に再生することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、MPEG−4のストリーム構成について説明する。図4には、MPEG−4の映像ストリーム構成の概略を示してある。MPEG−4の映像ストリーム構成の実際については、ISO/IEC 14496−2に規定されている通りであるが、概略を模式的に示すと、図4に示すように、MPEG−4の符号化画像データは、video object start codeから始まるVO(Video Object)ヘッダ、アプリケーションに合わせてユーザが使用可能な領域でありuser data start codeから始まるユーザデータ領域、vop start codeから始まるVOPヘッダ、フレームに相当する画像本体の符号化情報であるVOPデータから構成される。なお、図4に示すように、ユーザデータ領域の後にはVOPヘッダ、VOPデータが繰り返し続く構成となっている。
図5には、本発明の一実施例に係る映像配信システムの構成例を示してある。なお、映像配信システムの構成は、図1の例と同様であるため説明は省略する。
図5において、ネットワークカメラ1は、入力映像を圧縮して映像ストリームを作り、各VOPデータに対するMAC(Message Authentication Code)値を付加した後に、ネットワーク2に出力する。なお、MACとは、例えば、2003年にナツメ社より発行された伊藤正史氏による『暗号理論』と題する書籍のP195で解説されているように、任意長のメッセージと、送受信者が共有する鍵との2つの入力を元にして、固定ビット長の計算する関数で、鍵に依存した一方向ハッシュ関数と考えられるものである。クライアント端末3のデコーダは、映像ストリームに付加されたMAC値と、デコーダで計算したMAC値が一致する場合は、VOPデータを伸長することで、映像を再生することができる。一方、両者が一致しない場合は、次のVOヘッダを検出するまで、VOPデータを伸長しない。
なお、映像配信システムの構成は、図5に示すものには限られず、例えば、更に、映像蓄積配信サーバを備えた構成が用いられてもよい。この場合、例えば、映像蓄積配信サーバは、ネットワーク2を介してネットワークカメラ1から映像ストリームを取得し、映像データの記録を行う。また、例えばクライアント端末3からの要求に応じて記録された映像ストリームをネットワーク2を介してクライアント端末3に送信(配信)する。また、例えば、クライアント端末3が映像ストリームを蓄積する機能を備えていて、記録された映像ストリームを再生する際にMAC値の比較やVOPデータの伸張等を行うようにしてもよい。また、ネットワークカメラ1は、例えば、カメラとWebエンコーダとに分離した構成としてもよい。
図6には、MAC値が付加された映像ストリームの構成例を示してある。図6に示すように、ネットワークカメラ1は、例えば、各VOPヘッダ+VOPデータに対してMAC値の計算を行い、例えば、各VOPデータの直後にMAC値を付加する。
図7には、暗号化した映像ストリームの構成例を示してある。図7に示すように、ネットワークカメラ1は、例えば、映像ストリームの非ヘッダー部分(この場合はVOPデータ)を暗号化する。
図8には、MAC値が付加された映像ストリームの構成例を示してある。図8に示すように、ネットワークカメラ1は、例えば、各VOPヘッダ+暗号化VOPデータに対してMAC値の計算を行い、例えば、各暗号化VOPデータの直後にMAC値を付加する。
図9には、クライアント端末3のデコーダの構成例を示してある。
図9において、デコーダは、ヘッダ検出処理部4と、MAC値抽出処理部5と、MAC値計算処理部6と、MAC値比較処理部7と、スイッチ8と、暗号復号処理部9と映像復号処理部10から構成されている。
図10には、デコーダの動作手順の1つ目の例を示してある。まず、ヘッダ検出処理部4は、受信した映像ストリームの中から、VOヘッダ(00 00 01 01h)を探索する(不図示)。次に、受信した映像ストリームの中から、ユーザデータ・スタートコード(00 00 01 B2h)を検出すると、この中に格納された動作モードフラグ(暗号・非暗号の区別、本実施例ではネットワークカメラ1で格納されるものとする)から、映像ストリームが暗号又は非暗号のどちらかであるか否かを調べる(不図示)。次に、受信した映像ストリームの中から、VOPヘッダ(00 00 01 B6h)を検出すると、MAC値抽出処理部5は、VOPヘッダと次のVOPヘッダ間のデータ(最初のVOPヘッダを検出した場合は、VOヘッダと2番目のVOPヘッダ間のデータ)の中から、格納されているMAC値を抽出する。
次に、MAC値計算処理部6は、VOPヘッダと次のVOPヘッダ間のデータ(最初のVOPヘッダを検出した場合は、VOヘッダと2番目のVOPヘッダ間のデータ)の中から、MAC値を除いたデータに対するMAC値を計算する。次に、MAC値比較処理部7は、映像ストリームに格納されていたMAC値と、MAC値計算処理部6が計算したMAC値を比較する(ステップS10a)。比較した結果、両者が一致する場合は(ステップS10bでYES)、動作モードフラグに応じてスイッチ8を切り替え、映像ストリームが非暗号である場合は、映像復号処理部10がVOPデータの復号化を行い、映像ストリームが暗号である場合は、暗号復号処理部9が暗号化VOPデータの暗号を復号後、映像復号処理部10がVOPデータの復号化を行う(ステップS10c)。
一方、両者が一致しない場合は(ステップS10bでNO)、再びヘッダ検出処理部4でVOヘッダの検出を開始し(ステップS10d)、次のVOヘッダを検出するまで、VOPデータを伸長しない。即ち、MAC値が一致しないVOPデータを復号せず、次のVOヘッダまでフレームスキップする。つまり、これは、MAC値が一致しない場合は、データが正常な状態で受信されていないため、復号しても画質の劣化した映像となる。そして、更に、前のVOPデータを参照するP−VOPの復号化を行うと、画質劣化の影響が伝搬するため、次のI−VOPが出現する目印となるVOヘッダの検出まで、MAC値の比較や映像の復号化をスキップするということである。
以上のような処理により、クライアント端末3が、正しくない映像ストリームを受信した場合でも、画質劣化した映像を伸長しない(画質劣化の伝搬は起こらない)ために、画質劣化の時間方向への伝搬が防げる。
図11には、デコーダの動作手順の2つ目の例を示してある。MAC値比較処理部7が、映像ストリームに格納されていたMAC値と、MAC値計算処理部6が計算したMAC値を比較し、両者が一致する場合の処理までは、図10と同じである(ステップS11a〜ステップS11c)。両者が一致しない場合は(ステップS11bでNO)、VOヘッダ検出フラグをオフとし、さらにダミーのVOPデータ(I−VOP:例えば黒画面)を映像復号処理部10に送る(ステップS11d)。そして、再びヘッダ検出処理部4でVOヘッダの検出を開始し(ステップS11e)、次のVOヘッダを検出するまで、ネットワークカメラ1から受信した映像ストリーム中のVOPデータを伸長しない。ただし、ダミーのVOPデータを映像復号処理部10に送ることで、ダミーの画像(例えば黒画面)が再生されるため、クライアント端末3が、正しくない映像ストリームを受信したことが視覚的にわかる。
以上の例では、MPEG−4の映像ストリームを前提としていたが、これ以外の映像ストリームを用いた場合も本願に含まれることは明白である。
次に、本発明の他の実施例について説明する。この実施例では、JPEG(Joint Photographic Experts Group)の映像ストリームを前提とする。
まず、JPEGのストリーム構成について説明する。図12には、JPEGの映像ストリーム構成の概略を示してある。図12に示すように、JPEGの符号化画像データは、SOI(Start Of Image)、EOI(End Of Image)などの単独マーカと、APP0(Application type0)、APP1(Application type1)などのマーカと付加情報からなるマーカセグメントと、ユーザデータ領域と、画像本体であるハフマン符号化されたイメージデータから構成される。
図13には、MAC値が付加された映像ストリームの構成例を示してある。図13に示すように、ネットワークカメラ1は、例えば、SOIからEOIまでのデータに対してMAC値の計算を行い、例えば、ユーザデータ領域にMAC値を付加する。
図14には、暗号化した映像ストリームの構成例を示してある。図14に示すように、ネットワークカメラ1は、例えば、映像ストリームのAPP1からEOIまでのデータを暗号化する。
図15には、MAC値が付加された映像ストリームの構成例を示してある。図15に示すように、ネットワークカメラ1は、例えば、SOIから暗号化データまでのMAC値の計算を行い、例えば、ユーザデータ領域にMAC値を付加する。
次に、本実施例について、図9に示したデコーダの動作ブロックの例を用いて説明する。
図16には、デコーダの動作手順の3つ目の例を示してある。まず、ヘッダ検出処理部4は、受信した映像ストリームのユーザデータの中に格納された動作モードフラグ(暗号・非暗号の区別)から、映像ストリームが暗号又は非暗号のどちらかであるか調べる(不図示)。次に、MAC値抽出処理部5は、受信した映像ストリームのユーザデータ領域の所定の位置に格納されているMAC値を抽出する(不図示)。次に、MAC値計算処理部6は、MAC値を除いたデータに対するMAC値を計算する。次にMAC値比較処理部7は、映像ストリームに格納されていたMAC値と、MAC値計算処理部6が計算したMAC値を比較する(ステップS16a)。
比較した結果、両者が一致する場合は(ステップS16bでYES)、動作モードフラグに応じてスイッチ8を切り替え、映像ストリームが非暗号である場合は、映像復号処理部10が映像ストリームを復号し、映像ストリームが暗号である場合は、暗号復号処理部9が暗号化データ部分を復号し、元の映像ストリームを、映像復号処理部10が復号する(ステップS16c)。
一方、両者が一致しない場合は(ステップS16bでNO)、映像ストリームを復号しない(ステップS16d)。つまり、MAC値が一致しない映像ストリームを復号しない。
以上のような処理により、クライアント端末3が、正しくない映像ストリームを受信した場合でも、画質劣化した映像を伸長しないために、画質劣化した映像の再生を防ぐことができる。なお、JPEGの場合も、MAC値が一致しない場合は、ダミーの映像ストリームを映像復号処理部10に送る場合も本願に含まれることは明白である。また、以上の例では、JPEGの映像ストリームを前提としていたが、これ以外の映像ストリームを用いた場合も本願に含まれることは明白である。
また、本実施例では、MAC値を使用する構成例を示したが、他の構成例として、MAC値以外のその他のハッシュ値を使用する構成としてもよい。
なお、本実施例の画像受信装置では、MAC値計算処理部6の機能によりハッシュ値計算手段が構成されており、MAC値比較処理部7の機能によりハッシュ値比較手段が構成されており、スイッチ8等の機能により復号化制御手段が構成されている。
ここで、本発明に係る画像受信装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。例えば、画像受信装置は、PC(パーソナルコンピュータ)であってもよいし、Webデコーダ等であってもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々な装置やシステムとして提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係る画像受信装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがROM(Read Only Memory)に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー(登録商標)ディスクやCD(Compact Disc)−ROM等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム(自体)として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
第三者によって映像ストリームが改ざんされた場合の例を示す図である。 伝送途中で映像ストリームにパケットロスが発生した場合の例を示す図である。 サーバの暗号鍵をクライアント端末の復号鍵と異なる値に変えた場合の例を示す図である。 MPEG−4の映像ストリーム構成の概略を示す図である。 本発明の一実施例に係る映像配信システムの構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係るMAC値が付加された映像ストリームの構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係る暗号化した映像ストリームの構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係るMAC値が付加された映像ストリームの構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係るクライアント端末3のデコーダの構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係るデコーダの動作手順の一例を示す図である。 本発明の一実施例に係るデコーダの動作手順の一例を示す図である。 本発明の一実施例に係るJPEGの映像ストリーム構成の概略を示す図である。 本発明の一実施例に係るMAC値が付加された映像ストリームの構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係る暗号化した映像ストリームの構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係るMAC値が付加された映像ストリームの構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係るデコーダの動作手順の一例を示す図である。
符号の説明
1:ネットワークカメラ、2:ネットワーク、3:クライアント端末、4:ヘッダ検出処理部、5:MAC値抽出処理部、6:MAC値計算処理部、7:MAC値比較処理部、8:スイッチ、9:暗号復号処理部、10:映像復号処理部。

Claims (4)

  1. フレーム内符号化とフレーム間符号化とを用いた符号化方式により処理した動画像データであって、各フレーム毎に該フレームに対応するハッシュ値が付加された前記動画像データを受信する画像受信装置であって、
    受信した前記動画像の各フレーム毎にハッシュ値を計算するハッシュ値計算手段と、
    前記動画像に付加されたハッシュ値と、前記ハッシュ値計算手段により計算されたハッシュ値とを比較するハッシュ値比較手段と、
    該ハッシュ値比較手段による比較の結果、ハッシュ値が一致しなかった場合に、以降の前記フレーム間符号化によるフレームの復号化を行わず、次のフレーム内符号化によるフレームから再びハッシュ値の比較を行う復号化制御手段と、
    を備えたことを特徴とする画像受信装置。
  2. フレーム内符号化とフレーム間符号化とを用いた符号化方式により処理した動画像データであって、各フレーム毎に該フレームに対応するハッシュ値が付加された前記動画像データを受信する画像受信装置であって、
    受信した前記動画像の各フレーム毎にハッシュ値を計算するハッシュ値計算手段と、
    前記動画像に付加されたハッシュ値と、前記ハッシュ値計算手段により計算されたハッシュ値とを比較するハッシュ値比較手段と、
    該ハッシュ値比較手段による比較の結果、ハッシュ値が一致しなかった場合に、以降の前記フレーム間符号化によるフレームの復号化を行わず、ダミーの画像の再生を行い、次のフレーム内符号化によるフレームから再びハッシュ値の比較を行う復号化制御手段と、
    を備えたことを特徴とする画像受信装置。
  3. フレーム内符号化とフレーム間符号化とを用いた符号化方式により処理した動画像データであって、各フレーム毎に該フレームに対応するハッシュ値が付加された前記動画像データを受信する画像受信装置を構成するコンピュータに実行させるプログラムであって、
    受信した前記動画像の各フレーム毎にハッシュ値を計算するハッシュ値計算機能と、
    前記動画像に付加されたハッシュ値と、前記ハッシュ値計算機能により計算されたハッシュ値とを比較するハッシュ値比較機能と、
    該ハッシュ値比較機能による比較の結果、ハッシュ値が一致しなかった場合に、以降の前記フレーム間符号化によるフレームの復号化を行わず、次のフレーム内符号化によるフレームから再びハッシュ値の比較を行う復号化制御機能を、当該コンピュータにより実現する、
    ことを特徴とするプログラム。
  4. フレーム内符号化とフレーム間符号化とを用いた符号化方式により処理した動画像データであって、各フレーム毎に該フレームに対応するハッシュ値が付加された前記動画像データを受信する画像受信装置を構成するコンピュータに実行させるプログラムであって、
    受信した前記動画像の各フレーム毎にハッシュ値を計算するハッシュ値計算機能と、
    前記動画像に付加されたハッシュ値と、前記ハッシュ値計算機能により計算されたハッシュ値とを比較するハッシュ値比較機能と、
    該ハッシュ値比較機能による比較の結果、ハッシュ値が一致しなかった場合に、以降の前記フレーム間符号化によるフレームの復号化を行わず、ダミーの画像の再生を行い、次のフレーム内符号化によるフレームから再びハッシュ値の比較を行う復号化制御機能を、当該コンピュータにより実現する、
    ことを特徴とするプログラム。
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