JPH0654325A - 画像暗号化伝送方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】画像符号化装置で直交変換した後の周波数成分
データを、部分的に暗号化処理して伝送路に送出し、暗
号解読機能の有無によって再生画像の品質を制御し、同
一の送信画像に複数の画像品質クラスのサービスを提供
する。 【構成】画像スイッチ２および９、変換器３、量子化器
４、逆量子化器６、逆変換器７、動き補償機能付フレー
ムメモリ８および減算器１２、加算器１３は、動画像に
対して動き補償を併用した時間軸方向の相関を利用し、
かつ直交変換を用いて動画像の符号化を行う。量子化器
４の出力のうち、直交変換によって得られた演算結果の
高周波成分は、暗号化器５に入力して暗号化する。一
方、低周波成分、サイド情報については暗号化を行なう
ことなく暗号化高周波成分とともに多重化出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像暗号化伝送方式に関
し、特にブロックに分割された入力画素に対する直交変
換を用いて動画像を符号化し、伝送・受信する有料の画
像伝送システムを形成する画像符号化復号化装置におい
て、暗号化を含む画像符号化による伝送受信を可能とし
た画像暗号化伝送方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像伝送システムで暗号化機能を
有するシステムにおいては、暗号化の実行／停止は、一
般に切り替えて不能であり、仮に切り替えが可能な場合
であっても長い時間単位（例えば映画の伝送においては
最低でも２時間程度）での切替を行なっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の画像暗
号化伝送方式では、復号化機能を備えていない画像復号
化装置では、送信側で暗号化が行われている時間内で
は、正しい画像の復号・表示は一切不可能であるという
問題点があった。

【０００４】本発明の目的は上述した問題点を解決し、
画像復号化装置の暗号解読能力の有無に対応して異なる
品質の再像再生を可能として有料で映像を送出する画像
暗号化伝送方式を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の画像暗号化伝送
方式は、ブロックに分割した入力画素に対して直交変換
を施し、動画像を符号化して伝送・受信する画像符号化
復号化装置において、直交変換後の前記ブロックを伝送
路に出力する以前でいくつかの小領域に分割し、前記各
小領域に対して任意に暗号化処理の実行および実行停止
を可能とする手段を備え、画像復号化装置の暗号解読能
力に対応して異なる品質の画像を供給できるものとした
構成を有する。

【０００６】また本発明の画像暗号化伝送方式は、フレ
ーム内符号化モードとフレーム間符号化モードの切替併
用を可能とした構成を有する。

【０００７】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【０００８】図１は、本発明の画像暗号化伝送方式の画
像符号化装置の一実施例の構成図である。

【０００９】図１における画像スイッチ２、画像スイッ
チ９、変換器３、量子化器４、逆量子化器６、逆変換器
７、動き補償機能付きフレームメモリ８および減算器１
２、加算器１３は、同画像データに対して動き補償を併
用した時間軸方向の相関を利用し、かつ直交変換（例え
ばＤＣＴ，離散コサイン変換）を用いて動画像の符号化
を実行する符号化処理部である。

【００１０】画像入力１００は、画像情報が２次元的な
ブロック（例えば１６画素×１６ライン）単位でこの符
号化処理部に入力される。

【００１１】画像スイッチ２と９とは連動しており、と
もに接点ａに接続された場合は、時間軸方向の相関を利
用せず、符号化対象フレームのフレーム内画像データの
みで符号化を行うフレーム内符号化モードとして機能
し、接点ｂに接続された場合は、前フレームとの差分を
符号化するフレーム間符号化モードとして機能する。フ
レーム内符号化モードとフレーム間符号化モードは、１
つのフレームの中で１６画素×１６ライン単位に混在す
ることができる。

【００１２】変換器３は、画像スイッチ２から入力され
る１６画素×１６ラインのブロック化された画像を直交
変換し、その結果を１６×１６の空間周波数成分マトリ
ックスとして出力する。

【００１３】量子化器４は、符号化データの発生量等に
より量子化ステップを適応的に変化させながら変換器３
の出力の量子化を行う。

【００１４】動き補償機能付きフレームメモリ８は、フ
レーム１枚分の容量を持つフレームメモリであり、量子
化器４の出力を逆量子化器６および逆変換器７によって
画像情報に再生した信号（局部復号信号）を蓄積し、次
に入力される画像フレームの各１６画素×１６ラインの
ブロックについて蓄積した局部復号信号の予め定められ
た範囲において、予め定められた評価関数による計算値
が最適となるような動きベクトルを検出する。フレーム
間符号化モードにおける前フレームとの差分は、この動
きベクトルにより指定されたブロックとの差分を意味す
る。

【００１５】以上説明した符号化処理において、フレー
ム内符号化モードとフレーム間符号化モードの切替、お
よび量子化ステップを含むパラメータの変更は、符号化
制御部１により指示される。

【００１６】これらのパラメータおよび動き補償機能付
きフレームメモリ８にて検出された動きベクトルを、あ
わせてサイド情報と呼び、これらは画像復号化装置にお
いて画像再生の際に必要となる。

【００１７】次に、本実施例の動作について説明する。

【００１８】上述したように、量子化器４は、１６画素
×１６ラインの小領域の画像を変換器３によって直交変
換した結果を量子化して１６×１６の空間周波数成分マ
トリックスとして出力する。

【００１９】図３は、直交変換後のブロックの周波数領
域分割を模式的に示す図である。図３において、左上の
要素は変換前の画像の直流成分を示し、以下右の要素ほ
ど高くなるＸ方向の高周波成分を、下の要素ほど高くな
るＹ方向の高周波成分を示す。

【００２０】本実施例における暗号化では、図３におけ
る太枠を施した低周波成分については暗号化を実行せ
ず、太枠を施していない高周波成分のみを対象として暗
号化処理を実行する。

【００２１】よく知られるように、直交変換によって低
周波数から高周波数までの周波数成分で表現される変換
係数による空間周波数成分マトリックスの低周波成分は
画像の概形や明暗を表わし、一方高周波成分は細かな部
分を表わして、人間の視覚的特性とも比較的よい適合を
示す。また、高周波成分が忠実に復元されなくても極端
な画像劣化にはつながらないことが多い。

【００２２】本実施例では、このような背景を勘案し、
暗号解読機能を持たない画像復号化装置においては、低
周波成分のみを有効データとして画像復号化を行うこと
とし、比較的低品質の画像を再生する。図１において、
暗号化器５は量子化器４の出力の内、図３の太枠を施し
ていない高周波成分を入力し、所定の暗号化処理を施し
た後多重化部１１に出力する。

【００２３】一方、量子化器４の出力の内、図３の太枠
によって示す低周波成分は、逆量子化器６と多重化部１
０に入力する。

【００２４】逆量子化器６に対して低周波成分のみを入
力する理由は、暗号解読機能を持たに画像復号化装置に
おいてフレーム間符号化モードで符号化された符号を復
号する場合、前フレームデータとして参照されるのは、
低周波成分のみから復号された画像であるためである。
また、多重化部１０には、空間周波数成分マトリックス
の内、低周波成分と前述したサイド情報とが入力されて
多重化されるが、これは暗号解読機能を有さない画像復
号化装置で符号を復号化する場合、サイド情報が必要と
なるので、これを暗号化対象外とすることにもとづく。

【００２５】多重化部１１では、暗号化器５の出力する
暗号化された高周波成分と、多重化部１０の出力す暗号
化されていない低周波成分およびサイド情報とを多重化
し伝送路に出力する。

【００２６】図４は、図１の多重化信号成分のデータ構
成例を示す図である。

【００２７】図４において、Ａｎ、Ａｎ＋１、Ａｎ＋
２、Ａｎ＋３、Ａｎ＋４と示した（ａ）は、暗号化器５
の出力する高周波成分であり、それぞれ小領域としての
画像ブロックｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、ｎ＋３、ｎ＋４を変
換器３で直交変換し、量子化器４で量子化した周波成分
の内、図３で太枠を付していない成分である。これを暗
号化フレーム（例えば２５６ビット）単位で暗号化し、
フレーム毎にフレームヘッダを付加したものが（ｂ）に
示す暗号化器５出力である。

【００２８】また、Ｂｎ、Ｂｎ＋１、Ｂｎ＋２、Ｂｎ＋
３、Ｂｎ＋４と示した（ｃ）は、量子化器４の出力の
内、図３の太枠で示した低周波成分とサイド情報とを多
重化したものであり、多重化部１０ではこれを暗号化フ
レームに相当するビット数にフレーム化し、（ｄ）に示
す多重化部１０出力として各フレームにフレームヘッダ
を付与して多重化部１１に出力する。

【００２９】フレームヘッダに関しては、暗号化器５、
多重化部１０の出力ともに暗号化せず、またフレームヘ
ッダの中にそのフレームが暗号化されたものである暗号
化実行か、暗号化されていないものである暗号化停止で
あるかを示す情報を含む。これを、図４ではそれぞれＨ
（Ｅ）およびＨ（Ｄ）と表現した。また（ｅ）に多重化
部１１出力を示す。

【００３０】次に、画像復号装置の実施例を示す。図２
は、本実施例の画像暗号化伝送方式の画像復号化装置の
一実施例を示す図である。

【００３１】図１の画像復号化装置によって符号化され
た信号は、伝送路を介して画像復号化装置のデマルチプ
レクサ１４に入力される。

【００３２】デマルチプレクサ１４では、図４（ｅ）の
多重化部１１出力と示したデータを入力すると、これの
フレームを検出し、フレームヘッダに含まれる暗号化実
行／停止の情報に従い、暗号化実行フレームは暗号復号
器１５に、暗号化停止フレームは復号化制御部１６にそ
れぞれ出力する。

【００３３】復号化制御部１６は、入力信号からサイド
情報と低周波成分を分離し、低周波成分とサイド情報の
１つである量子化ステップを逆量子化器１９に出力す
る。さらに逆量子化器１９による処理結果は逆変換器２
０に入力されて画像情報に変換され、その出力は加算器
２３を経て動き補償機能付きフレームメモリ２２に入力
される。

【００３４】加算器２３では、逆変換器２０の出力と画
像スイッチ２１の出力とが加算される。

【００３５】画像スイッチ２１は、復号制御部１４から
サイド情報の１つとして指示されるフレーム内符号化モ
ード／フレーム間符号化モード信号に対応する符号化モ
ード切替信号によって切り替えられる。即ち、フレーム
内符号化モードの場合は、画像スイッチ２１は接点ｂ側
に接続され、フレーム間符号化モードの場合は、前フレ
ームと加算しないと画像が得られないため、動き補償機
能付きフレームメモリ２２の出力側たる接点ａに接続さ
れる。

【００３６】動き補償機能付きフレームメモリ２２の出
力は、復号制御部１６からサイド情報の１つとして出力
される動きベクトル分ずれた位置のブロックを画像スイ
ッチ２１の接点ａを介して加算器２３に出力する。これ
は、符号化装置において、フレーム間差分を計算すると
き動き補償を用いたことに対応する。

【００３７】このようにして、動き補償機能付きフレー
ムメモリ２２には、低周波成分のみを用いて符号化され
た画像が蓄積される。

【００３８】一方、暗号復号器１５に入力された信号
は、暗号の復号化が施され、図３の太枠を施していない
高周波成分として、逆量子化器１７に入力される。

【００３９】逆量子化器１７には、同時に復号化制御部
１６から低周波成分とサイド情報の１つである量子化ス
テップとが入力され、高周波成分とともに逆量子化され
る。処理結果は、逆変換器１８に入力され、低周波成分
および高周波成分双方を対象として直交逆変換を施す。
この逆変換処理の結果は、後段の加算器２４に入力され
るが、加算器２４、画像スイッチ２１および動き補償機
能付きフレームメモリ２２の動作は上述した加算器２３
に関する動作と同様である。ここで、高周波成分を含め
た画像復号処理において、前フレームの画像として低周
波成分のみを用いた画像、即ちフレームメモリ２２の内
容を使用するのは、符号化装置において局部復号信号を
生成するさい、低周波成分のみを用いたことを対応す
る。このようにして、高周波成分を含んだ信号から画像
が再生される。

【００４０】以上説明したのは、暗号化されていた高周
波成分までを含んだ信号を復号する装置についてである
が、暗号化解読機能を持たない画像復号装置は、図２中
の暗号復号器１５、逆量子化器１７および逆変換器１８
を削除し、加算器２３の出力を画像出力として取り出す
ことにより構成される。

【００４１】また、図２とハードウェアを同一構成と
し、暗号復号器１５の動作を停止し全て０を出力するよ
うに動作させることによっても、実現される。いずれの
場合においても、暗号解読機能を持たない画像復号装置
では、低周波成分のみから再生された低品質の画像が得
られる。

【００４２】このようにして、暗号解読機能を有する画
像復号装置では、直交変換の高周波成分と低周波成分と
を含む復号画像を再生し、暗号解読機能を持たない画像
復号装置では、低周波成分のみによる比較的低品質の画
像を再生し、画像復号化装置の暗号解読能力に対応して
異なる品質の有料画像供給が可能となる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ブロック
に分割された画素に対する直交変換を用いて動画像を符
号化し伝送するシステムにおいて、直交変換後のブロッ
クを伝送路に出力する以前でいくつかの領域に分割し、
分割された各領域に対して任意に暗号化の実行、停止を
可能とすることにより、受信端末の暗号解読能力に応じ
て再生画像品質の異なる画像再生を可能とし、これを利
用して、有料で映像を提供する画像伝送システムにおい
て、受信者に対する課金ランクに応じて暗号解読機能を
変更することにより、受信画像の品質を制御することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像暗号化伝送方式の画像符号化装置
の一実施例の構成図である。

【図２】本発明の画像暗号化伝送方式の画像復号化装置
の一実施例の構成図である。

【図３】図１における直交変換後のブロックの周波数領
域分割を模式的に示す図である。

【図４】図１の多重化信号成分の構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 符号化制御部 ２，９ 画像スイッチＡ ３ 変換器 ４ 量子化器 ５ 暗号化器 ６ 逆量子化器 ７ 逆変換器 ８ 動き補償機能付フレームメモリ １０，１１ 多重化部 １２ 減算器 １３ 加算器 １４ デマルチプレクサ １５ 暗号復号器 １６ 復号化制御部 １７，１９ 逆量子化器 １８，２０ 逆変換器 ２１ 画像スイッチ ２２ 動き補償機能付きフレームメモリ ２３ 加算器 ２４ 加算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブロックに分割した入力画素に対して直
   交変換を施し、動画像を符号化して伝送・受信する画像
   符号化復号化装置において、直交変換後の前記ブロック
   を伝送路に出力する以前でいくつかの小領域に分割し、
   前記各小領域に対して任意に暗号化処理の実行および実
   行停止を可能とする手段を備え、画像復号化装置の暗号
   解読能力に対応して異なる品質の画像を供給できること
   を特徴とする画像暗号化伝送方式。
2. 【請求項２】 フレーム内符号化モードとフレーム間符
   号化モードの切替併用を可能としたことを特徴とする請
   求項１記載の画像暗号化伝送方式。