JP2000253375A - ディジタル画像暗号化方法、画像暗号化システム及び暗号化画像解読システム - Google Patents
ディジタル画像暗号化方法、画像暗号化システム及び暗号化画像解読システムInfo
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- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Two-Way Televisions, Distribution Of Moving Picture Or The Like (AREA)
- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 画像の圧縮率に対して悪影響の少ないディジ
タル画像スクランブル方式を提供する。 【解決手段】 データルータ／バッファ１６０は変換係
数，動きベクトル（適応可能な場合）及び１つ以上の暗
号化キー又はシャッフルテーブルを取り込み、暗号化中
にこれらをキャッシュする。選択された暗号化コンフィ
グレーションに従い、ルータ／バッファ１６０はルータ
／バッファ１６０に接続された機能の１つ以上に適当な
シーケンスでデータを利用できるようにする。例えば各
変換係数ブロックの受信時にまずブロックを符号ビット
ハンドラ１６２及びビットスクランブラ１７０へ送って
符号ビットスクランブルを行うことができる。
タル画像スクランブル方式を提供する。 【解決手段】 データルータ／バッファ１６０は変換係
数，動きベクトル（適応可能な場合）及び１つ以上の暗
号化キー又はシャッフルテーブルを取り込み、暗号化中
にこれらをキャッシュする。選択された暗号化コンフィ
グレーションに従い、ルータ／バッファ１６０はルータ
／バッファ１６０に接続された機能の１つ以上に適当な
シーケンスでデータを利用できるようにする。例えば各
変換係数ブロックの受信時にまずブロックを符号ビット
ハンドラ１６２及びビットスクランブラ１７０へ送って
符号ビットスクランブルを行うことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル画像暗
号化方法、画像暗号化システム及び暗号化画像解読シス
テムに関し、より詳細には、ディジタル画像形成におけ
る、画像圧縮率に対して影響が少ないディジタル画像ス
クランブル技術を用いたディジタル画像暗号化方法、画
像暗号化システム及び暗号化画像解読システムに関す
る。
号化方法、画像暗号化システム及び暗号化画像解読シス
テムに関し、より詳細には、ディジタル画像形成におけ
る、画像圧縮率に対して影響が少ないディジタル画像ス
クランブル技術を用いたディジタル画像暗号化方法、画
像暗号化システム及び暗号化画像解読システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ディジタル動画を含むディジタル画像
は、非私的チャネル、例えば衛星リンク，ケーブルテレ
ビネットワーク，無線ホームネットワーク及びインター
ネットを通して通信、すなわち配信されることが多い。
多くのアプリケーション、例えば有料テレビ，秘密テレ
ビ会議，秘密ファックス伝送，医療画像の伝送及びデー
タベースへの蓄積に対し、私的ディジタル画像／動画伝
送又は蓄積を行うための条件的アクセスシステムが求め
られている。権限のない第三者がかかる私的な画像へア
クセスするのを防止しなければならない場合、非私的チ
ャネルと共にディジタル暗号化技術を使用しなければな
らない。
は、非私的チャネル、例えば衛星リンク，ケーブルテレ
ビネットワーク，無線ホームネットワーク及びインター
ネットを通して通信、すなわち配信されることが多い。
多くのアプリケーション、例えば有料テレビ，秘密テレ
ビ会議，秘密ファックス伝送，医療画像の伝送及びデー
タベースへの蓄積に対し、私的ディジタル画像／動画伝
送又は蓄積を行うための条件的アクセスシステムが求め
られている。権限のない第三者がかかる私的な画像へア
クセスするのを防止しなければならない場合、非私的チ
ャネルと共にディジタル暗号化技術を使用しなければな
らない。
【０００３】画像データへの不正なアクセスを防止する
のに、一般に動画スクランブラが使用されている。いく
つかの動画スクランブルシステムは、デスクランブルを
行わなければ、視聴者に動画が判読できなくなるように
ビジュアル画像を直接歪ませる方法に依存している。例
えば、１９７８年７月１１日に発行されたＮ．Jayant及
びＳ．Kakの米国特許第４,１００,３７４号“均一転移
プライバシーシステム（Uniform permitation privacy
system）”には、動画信号をＮ個の連続する動画サンプ
ルのグループに分割し、次にグループ内のサンプルを転
移させる方法が記載されている。１９９４年６月１４日
に発行されたＤ．Zeidler及びＪ．Griffinの米国特許第
５,３２１,７４８号“ブロックシャフリングを使用して
テレビ信号をスクランブルするための方法及び装置（Me
thod and apparatus for television signal scramblin
g using block shuffling）”には、動画ラインのブロ
ック及びブロック内のラインをシャッフルする別の方法
が記載されている。１９９８年９月２９日に発行され
た、Ｇ．Hobbsの米国特許第５,８１５,５７２号“動画
スクランブリング（Video scrambling）”は、ラインリ
バーサル，ラインインバージョン，ラインパーミュテー
ション，（ラインの）ブロックパーミュテーションを含
む動画パーミュテーションモードの組み合わせを含み、
使用するモードの組み合わせは時間が進むにつれ変化す
るようになっている。
のに、一般に動画スクランブラが使用されている。いく
つかの動画スクランブルシステムは、デスクランブルを
行わなければ、視聴者に動画が判読できなくなるように
ビジュアル画像を直接歪ませる方法に依存している。例
えば、１９７８年７月１１日に発行されたＮ．Jayant及
びＳ．Kakの米国特許第４,１００,３７４号“均一転移
プライバシーシステム（Uniform permitation privacy
system）”には、動画信号をＮ個の連続する動画サンプ
ルのグループに分割し、次にグループ内のサンプルを転
移させる方法が記載されている。１９９４年６月１４日
に発行されたＤ．Zeidler及びＪ．Griffinの米国特許第
５,３２１,７４８号“ブロックシャフリングを使用して
テレビ信号をスクランブルするための方法及び装置（Me
thod and apparatus for television signal scramblin
g using block shuffling）”には、動画ラインのブロ
ック及びブロック内のラインをシャッフルする別の方法
が記載されている。１９９８年９月２９日に発行され
た、Ｇ．Hobbsの米国特許第５,８１５,５７２号“動画
スクランブリング（Video scrambling）”は、ラインリ
バーサル，ラインインバージョン，ラインパーミュテー
ション，（ラインの）ブロックパーミュテーションを含
む動画パーミュテーションモードの組み合わせを含み、
使用するモードの組み合わせは時間が進むにつれ変化す
るようになっている。
【０００４】これら方法は、次のようないくつかの欠点
を有する。すなわち（１）これら方法は画像の圧縮率を
深刻に劣化させることがあること、及び（２）これら方
法は動画シーケンスに高度に空間的かつ時間的に相関化
した性質があるために、符号を不正に解読するような攻
撃を受け易いことが挙げられる。
を有する。すなわち（１）これら方法は画像の圧縮率を
深刻に劣化させることがあること、及び（２）これら方
法は動画シーケンスに高度に空間的かつ時間的に相関化
した性質があるために、符号を不正に解読するような攻
撃を受け易いことが挙げられる。
【０００５】ディジタル画像をスクランブルするための
多くのシステムでは、まず最初に画像を圧縮し、次に圧
縮された画像データを正規のデータとして扱い、伝統的
な暗号アルゴリズム、例えばデータ暗号化規格（ＤＥ
Ｓ）を使って暗号化／解読したりする。例えば、１９９
７年１１月４日，Ｈ．Pinder及びＭ．Palgonの米国特許
第５,６８４,８７６号“ＭＰＥＧトランスポートパケッ
トを暗号化する際の暗号を盗み出すための装置及び方法
（Apparatus and method for cipher stealing when en
crypting MPEG transmission system）”、１９９７年
４月１５日，Ｎ．Katta他の米国特許第５,６２１,７９
９号“スクランブルされた送信システム（Scrambled tr
ansmission system）”を参照されたい。動画（圧縮さ
れた動画も含む）の高いデータレートに起因し、これら
方法はリアルタイムの動画送出条件を満たすために、多
量の処理オーバーヘッドを追加している。
多くのシステムでは、まず最初に画像を圧縮し、次に圧
縮された画像データを正規のデータとして扱い、伝統的
な暗号アルゴリズム、例えばデータ暗号化規格（ＤＥ
Ｓ）を使って暗号化／解読したりする。例えば、１９９
７年１１月４日，Ｈ．Pinder及びＭ．Palgonの米国特許
第５,６８４,８７６号“ＭＰＥＧトランスポートパケッ
トを暗号化する際の暗号を盗み出すための装置及び方法
（Apparatus and method for cipher stealing when en
crypting MPEG transmission system）”、１９９７年
４月１５日，Ｎ．Katta他の米国特許第５,６２１,７９
９号“スクランブルされた送信システム（Scrambled tr
ansmission system）”を参照されたい。動画（圧縮さ
れた動画も含む）の高いデータレートに起因し、これら
方法はリアルタイムの動画送出条件を満たすために、多
量の処理オーバーヘッドを追加している。
【０００６】処理オーバーヘッドの量を低減するため
に、数人の研究者がＭＰＥＧで圧縮された動画データの
選択的暗号化を提案している。例えば、Ｔ．Maples及び
Ｇ．Spanos著“ネットワークされたリアルタイム動画の
安全性のための選択的暗号化方式の性能の研究（Perfor
mance study of a selective encyptior Scheme for th
e security of networked,real-time video）”、コン
ピュータ通信及びネットワークに関する第４回国際会議
議事録、ネバダ州ラスベガス（１９９５年９月）；Ｊ．
Meyer及びＦ．Gadegast“ＭＰＥＧ−１動画によるマル
チメディアデータのための安全機構（Security mechani
sm for multimedia data with the enableMPEG-1 vide
o）”http://www.cs.tuberlin.de/phade/phade/secmpe
g.html(1995)を参照されたい。例えば選択的暗号化で
は、エントロピ符号化されたＩフレーム又は予測（Ｐ／
Ｂ）フレームのエントロピ符号化されたＩフレームとイ
ントラ符号化されたブロックだけを暗号化するだけでよ
い。
に、数人の研究者がＭＰＥＧで圧縮された動画データの
選択的暗号化を提案している。例えば、Ｔ．Maples及び
Ｇ．Spanos著“ネットワークされたリアルタイム動画の
安全性のための選択的暗号化方式の性能の研究（Perfor
mance study of a selective encyptior Scheme for th
e security of networked,real-time video）”、コン
ピュータ通信及びネットワークに関する第４回国際会議
議事録、ネバダ州ラスベガス（１９９５年９月）；Ｊ．
Meyer及びＦ．Gadegast“ＭＰＥＧ−１動画によるマル
チメディアデータのための安全機構（Security mechani
sm for multimedia data with the enableMPEG-1 vide
o）”http://www.cs.tuberlin.de/phade/phade/secmpe
g.html(1995)を参照されたい。例えば選択的暗号化で
は、エントロピ符号化されたＩフレーム又は予測（Ｐ／
Ｂ）フレームのエントロピ符号化されたＩフレームとイ
ントラ符号化されたブロックだけを暗号化するだけでよ
い。
【０００７】Ｉ．Agi及びＬ．Gong両氏は“安全なＭＰ
ＥＧ動画伝送の経験的研究（An empirical study of se
cure MPEG video transmissions）”ネットワーク及び
配信システムの安全性に関するインターネット協会のシ
ンポジウム（１９９６年２月）において、あるケースで
はＩフレームだけを暗号化しても十分な安全性が得られ
ないことを証明した。これらシステムは、デジタル伝送
システムの誤り耐性を向上するための概知の同期化ワー
ドを利用している。このために明瞭なテキストデータへ
の攻撃、又は圧縮システムにしばしば使われるブロック
記号への攻撃に弱いかもしれない。イントラブロックの
ような圧縮されたデータの一部のセグメントを選択的に
暗号化することは、かかるセグメントを探すのに、更に
別のヘッダオーバーヘッドを必要とすることが多い（例
えばMeyer及びGodegastの方法を参照）。更に、トラン
ス符号化器は解読できなければならないので、このよう
な古典的な解決案は伝送チャネルの中間ルータでトラン
ス符号化するのに極めて安全であるとは言えない。
ＥＧ動画伝送の経験的研究（An empirical study of se
cure MPEG video transmissions）”ネットワーク及び
配信システムの安全性に関するインターネット協会のシ
ンポジウム（１９９６年２月）において、あるケースで
はＩフレームだけを暗号化しても十分な安全性が得られ
ないことを証明した。これらシステムは、デジタル伝送
システムの誤り耐性を向上するための概知の同期化ワー
ドを利用している。このために明瞭なテキストデータへ
の攻撃、又は圧縮システムにしばしば使われるブロック
記号への攻撃に弱いかもしれない。イントラブロックの
ような圧縮されたデータの一部のセグメントを選択的に
暗号化することは、かかるセグメントを探すのに、更に
別のヘッダオーバーヘッドを必要とすることが多い（例
えばMeyer及びGodegastの方法を参照）。更に、トラン
ス符号化器は解読できなければならないので、このよう
な古典的な解決案は伝送チャネルの中間ルータでトラン
ス符号化するのに極めて安全であるとは言えない。
【０００８】動画像を歪ませるのにより巧妙な手段を使
用する別のシステムもある。Ｂ．Macq及びＪ．Quisquat
er両氏は“ディジタル画像のマルチ解像度暗号化（Digi
talimages multiresolution encryption）”ジャーナル
オブインタラクティブマルチメディアアソシエーショ
ン，知的所有権プロジェクト，第１巻，第１号，１７９
〜１８６ページ（１９９４年１月）において、画像をス
クランブルするための３つのステップのプロセスを提案
している。これら著者によって提案された“線形マルチ
解像度変換”（ＬＭＴ）によって画像をまず変換する。
次に変換された画像の選択された行と列をシャッフル
し、次にこのシャッフルした変換画像に対して変換及び
ビットストリーム符号化を行う前に逆ＬＭＴを施す。元
の画像を回復するために復号器でこれらステップの逆を
行う。この方法は符号を解読するような攻撃を受けにく
く、あるレベルのトランスペアレンシを提供できる（す
なわちスクランブルされた信号では元画像の劣化したバ
ージョンを見ることができる）が、各エンドで更に必要
とされる２つの変換によって複雑さが増し、画像の圧縮
率が悪影響を受けるという欠点もある。
用する別のシステムもある。Ｂ．Macq及びＪ．Quisquat
er両氏は“ディジタル画像のマルチ解像度暗号化（Digi
talimages multiresolution encryption）”ジャーナル
オブインタラクティブマルチメディアアソシエーショ
ン，知的所有権プロジェクト，第１巻，第１号，１７９
〜１８６ページ（１９９４年１月）において、画像をス
クランブルするための３つのステップのプロセスを提案
している。これら著者によって提案された“線形マルチ
解像度変換”（ＬＭＴ）によって画像をまず変換する。
次に変換された画像の選択された行と列をシャッフル
し、次にこのシャッフルした変換画像に対して変換及び
ビットストリーム符号化を行う前に逆ＬＭＴを施す。元
の画像を回復するために復号器でこれらステップの逆を
行う。この方法は符号を解読するような攻撃を受けにく
く、あるレベルのトランスペアレンシを提供できる（す
なわちスクランブルされた信号では元画像の劣化したバ
ージョンを見ることができる）が、各エンドで更に必要
とされる２つの変換によって複雑さが増し、画像の圧縮
率が悪影響を受けるという欠点もある。
【０００９】ある研究者によって、画像の離散コサイン
変換（ＤＣＴ）の係数に対するあるグループのシャッフ
ル演算のうちの１つ以上を実行することが提案されてい
る。Ｌ．Tangによる“ＭＰＥＧ動画データを効率的に暗
号化し、解読するための方法（Methods for encrypting
and decrypting MPEG video data efficiently）”第
４回ＡＣＭ国際マルチメディア会議（ＡＣＭマルチメデ
ィア’９６）の議事録（２１９〜２２９ページ）におい
ては、係数をＭＰＥＧエントロピ符号化器に入力する前
に、ＭＰＥＧ変換符号化中に得られるＤＣＴ係数の８×
８ブロックの各々をスクランブルしている。このスクラ
ンブルは、（１）各ブロック内でＡＣ係数をシャッフル
し、（２）各ブロックに適用するのはどのシャッフルテ
ーブルであるかを判断する第２ランダム変数と共に、２
つのシャッフルテーブルを使用してＡＣ係数をシャッフ
ルし、（３）８つのブロックからＤＣ係数をグループ分
けし、ＤＥＳによってグループを暗号化し、（４）各ブ
ロックからのＤＣ係数を２つのＤＣビットパターンにス
プリットし、ブロックの最終ＡＣ係数位置にこれらビッ
トパターンのうちの１つを入れ、ブロックに対するすべ
ての係数をスクランブルすることを必要とし得る。これ
ら技術は複雑ではなく、妥当なレベルの安全性を提供す
るが、ＤＣＴ係数の統計学的性質（例えばランレングス
特性）を変えてしまう。この結果、これら技術は圧縮さ
れた動画のビットレートを５０％も増加させ得る。再量
子化前に暗号化鍵を解読する必要があるので、このよう
な方法も中間ルータでトランス符号化するためには極め
て安全とは言えない。
変換（ＤＣＴ）の係数に対するあるグループのシャッフ
ル演算のうちの１つ以上を実行することが提案されてい
る。Ｌ．Tangによる“ＭＰＥＧ動画データを効率的に暗
号化し、解読するための方法（Methods for encrypting
and decrypting MPEG video data efficiently）”第
４回ＡＣＭ国際マルチメディア会議（ＡＣＭマルチメデ
ィア’９６）の議事録（２１９〜２２９ページ）におい
ては、係数をＭＰＥＧエントロピ符号化器に入力する前
に、ＭＰＥＧ変換符号化中に得られるＤＣＴ係数の８×
８ブロックの各々をスクランブルしている。このスクラ
ンブルは、（１）各ブロック内でＡＣ係数をシャッフル
し、（２）各ブロックに適用するのはどのシャッフルテ
ーブルであるかを判断する第２ランダム変数と共に、２
つのシャッフルテーブルを使用してＡＣ係数をシャッフ
ルし、（３）８つのブロックからＤＣ係数をグループ分
けし、ＤＥＳによってグループを暗号化し、（４）各ブ
ロックからのＤＣ係数を２つのＤＣビットパターンにス
プリットし、ブロックの最終ＡＣ係数位置にこれらビッ
トパターンのうちの１つを入れ、ブロックに対するすべ
ての係数をスクランブルすることを必要とし得る。これ
ら技術は複雑ではなく、妥当なレベルの安全性を提供す
るが、ＤＣＴ係数の統計学的性質（例えばランレングス
特性）を変えてしまう。この結果、これら技術は圧縮さ
れた動画のビットレートを５０％も増加させ得る。再量
子化前に暗号化鍵を解読する必要があるので、このよう
な方法も中間ルータでトランス符号化するためには極め
て安全とは言えない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ディジタル画像の暗号
化は安全性を別にすれば、データ暗号化分野でユニーク
な一セットの問題を生じさせることが理解されよう。デ
ィジタル画像スクランブル方式は、リアルタイムのイン
タラクティブなアプリケーションのために低コストの復
号機器及び少ない遅延を条件とするような、比較的簡単
な構成とすべきである。また、この方式は画像の圧縮率
に対する悪影響が最小でなければならない。また、画像
に対して選択されたビットストリーム圧縮と独立してい
ることが好ましく、暗号復号化をすることなく圧縮トラ
ンス符号化が可能でなければならない。また、一部のシ
ステムにおいて、許可されていないユーザが完全なトラ
ンスペアレンシを得るため料金を支払うよう誘導すると
共に、符号を不正に解読しようとする試みをなくさせる
ようなレベルのトランスペアレンシをこれら許可されて
いないユーザに与えることも好ましいが、全体に良好な
安全性を提供できるものでなければならない。
化は安全性を別にすれば、データ暗号化分野でユニーク
な一セットの問題を生じさせることが理解されよう。デ
ィジタル画像スクランブル方式は、リアルタイムのイン
タラクティブなアプリケーションのために低コストの復
号機器及び少ない遅延を条件とするような、比較的簡単
な構成とすべきである。また、この方式は画像の圧縮率
に対する悪影響が最小でなければならない。また、画像
に対して選択されたビットストリーム圧縮と独立してい
ることが好ましく、暗号復号化をすることなく圧縮トラ
ンス符号化が可能でなければならない。また、一部のシ
ステムにおいて、許可されていないユーザが完全なトラ
ンスペアレンシを得るため料金を支払うよう誘導すると
共に、符号を不正に解読しようとする試みをなくさせる
ようなレベルのトランスペアレンシをこれら許可されて
いないユーザに与えることも好ましいが、全体に良好な
安全性を提供できるものでなければならない。
【００１１】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたものであり、画像の圧縮率に対して悪影響が少ない
ディジタル画像スクランブル方法、すなわち一般的にサ
ブバンドごとに異なる係数分布の統計学的性質を破壊し
ない係数シャッフル方法を用いたディジタル画像暗号化
方法、画像暗号化システム及び暗号化画像解読システム
を提供することをその目的とする。
れたものであり、画像の圧縮率に対して悪影響が少ない
ディジタル画像スクランブル方法、すなわち一般的にサ
ブバンドごとに異なる係数分布の統計学的性質を破壊し
ない係数シャッフル方法を用いたディジタル画像暗号化
方法、画像暗号化システム及び暗号化画像解読システム
を提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】妥協することなく、これ
ら課題の各々を達成できるのは明らかにディジタル画像
スクランブル方法である。この発明は、ハフマン符号
化，ランレングス符号化，算術符号化，埋め込み符号
化，又は他のエントロピ符号化の前に変換された画像に
対してスクランブル処理を行うことにより、これら目的
を達成することが好ましい。本発明によって実行される
暗号化／復号化（暗号復号）演算は、エントロピ符号化
器が効率的に画像を圧縮できるようにする、変換された
画像の特性をできるだけ多く保存するようになってい
る。好ましい暗号化演算は、計算的に安価な演算、例え
ばビットのサブセットに対するブロックシャッフリング
やビットスクランブルである。
ら課題の各々を達成できるのは明らかにディジタル画像
スクランブル方法である。この発明は、ハフマン符号
化，ランレングス符号化，算術符号化，埋め込み符号
化，又は他のエントロピ符号化の前に変換された画像に
対してスクランブル処理を行うことにより、これら目的
を達成することが好ましい。本発明によって実行される
暗号化／復号化（暗号復号）演算は、エントロピ符号化
器が効率的に画像を圧縮できるようにする、変換された
画像の特性をできるだけ多く保存するようになってい
る。好ましい暗号化演算は、計算的に安価な演算、例え
ばビットのサブセットに対するブロックシャッフリング
やビットスクランブルである。
【００１３】本発明の第１の特徴によれば、ディジタル
画像を暗号化する方法が開示されている。この方法で
は、画像に対し空間−周波数変換を行うことによって変
換係数マップを発生する。次に、マップ内の係数の符号
ビットをスクランブルする技術，係数の更新ビットをス
クランブルする技術，マップを画像データのスライス単
位で集合したＰ又はＢフレームに対する動きベクトルと
予測フレームとの一組の二次元係数ブロックに区分け
し、マップ内で選択されたブロックをシャッフルする技
術，空間周波数のサブバンドから画像データのスライス
単位で集合した一組の変換係数をグループ分けし、グル
ープ内で変換係数をシャッフルする技術から選択された
１つ以上の暗号化技術を使用してマップを暗号化する。
画像を暗号化する方法が開示されている。この方法で
は、画像に対し空間−周波数変換を行うことによって変
換係数マップを発生する。次に、マップ内の係数の符号
ビットをスクランブルする技術，係数の更新ビットをス
クランブルする技術，マップを画像データのスライス単
位で集合したＰ又はＢフレームに対する動きベクトルと
予測フレームとの一組の二次元係数ブロックに区分け
し、マップ内で選択されたブロックをシャッフルする技
術，空間周波数のサブバンドから画像データのスライス
単位で集合した一組の変換係数をグループ分けし、グル
ープ内で変換係数をシャッフルする技術から選択された
１つ以上の暗号化技術を使用してマップを暗号化する。
【００１４】本発明の第２の特徴によれば、ディジタル
画像を暗号化するいくつかの方法が開示されている。１
つの方法では、１つのブロックのデータにわたって、ビ
ットの１グループを選択する。このグループは、全体に
データのブロックの予測される圧縮率と比較して、予測
される平均的圧縮率より低い圧縮率を有する。次にこれ
らビットをスクランブルする。第２の方法では、ディジ
タル動画ストリームの動き補償データ成分を選択的にス
クランブルする。
画像を暗号化するいくつかの方法が開示されている。１
つの方法では、１つのブロックのデータにわたって、ビ
ットの１グループを選択する。このグループは、全体に
データのブロックの予測される圧縮率と比較して、予測
される平均的圧縮率より低い圧縮率を有する。次にこれ
らビットをスクランブルする。第２の方法では、ディジ
タル動画ストリームの動き補償データ成分を選択的にス
クランブルする。
【００１５】本発明の別の特徴によれば、画像暗号化シ
ステムが開示される。このシステムは、バッファに蓄積
された変換データに演算を行う、少なくとも１つの暗号
化サブシステムと共に、変換された画像データを受け入
れる暗号化バッファを含んでいる。サブシステムは、符
号ビットスクランブラ，ブロックシャッフラ，ブロック
ローテータ，サブバンド係数シャッフラを含むことがで
きる。このシステムは、量子化器及び／又は暗号化され
た変換データの符号化処理を行うエントロピ符号化器を
更に含むことができる。
ステムが開示される。このシステムは、バッファに蓄積
された変換データに演算を行う、少なくとも１つの暗号
化サブシステムと共に、変換された画像データを受け入
れる暗号化バッファを含んでいる。サブシステムは、符
号ビットスクランブラ，ブロックシャッフラ，ブロック
ローテータ，サブバンド係数シャッフラを含むことがで
きる。このシステムは、量子化器及び／又は暗号化され
た変換データの符号化処理を行うエントロピ符号化器を
更に含むことができる。
【００１６】本発明の更に別の特徴によれば、暗号化さ
れた画像の解読システムが開示される。このシステムは
バッファに蓄積された暗号化された変換データに演算を
行う少なくとも１つの解読サブシステムと共に、暗号化
された変換データを受け入れる解読バッファを含む。こ
のサブシステムは、符号ビットデスクランブラ，ブロッ
クデシャッフラ，ブロックデローテータ，サブバンド係
数デシャッフラを含むことができる。このシステムは、
エントロピ符号化され、暗号化された変換データに演算
を行うエントロピ復号器及び／又は逆量子化器を更に含
むことができる。
れた画像の解読システムが開示される。このシステムは
バッファに蓄積された暗号化された変換データに演算を
行う少なくとも１つの解読サブシステムと共に、暗号化
された変換データを受け入れる解読バッファを含む。こ
のサブシステムは、符号ビットデスクランブラ，ブロッ
クデシャッフラ，ブロックデローテータ，サブバンド係
数デシャッフラを含むことができる。このシステムは、
エントロピ符号化され、暗号化された変換データに演算
を行うエントロピ復号器及び／又は逆量子化器を更に含
むことができる。
【００１７】本発明の第１の技術手段は、元のディジタ
ル画像に対して、空間−周波数変換を実行し、該ディジ
タル画像に対応する変換係数のマップを生成するステッ
プと、前記変換係数の符号ビットをスクランブルする処
理、前記変換係数の更新ビットをスクランブルする処
理、前記変換係数マップを二次元係数ブロックに区分
し、該係数マップ内で選択されたブロックをシャッフル
する処理、及び空間周波数サブバンドから一組の変換係
数をグループ分けし、グループ内で変換係数をシャッフ
ルする処理からなる群から選択した１つ以上の処理を使
って変換係数マップを暗号化するステップとを有するデ
ィジタル画像暗号化方法を特徴としたものである。
ル画像に対して、空間−周波数変換を実行し、該ディジ
タル画像に対応する変換係数のマップを生成するステッ
プと、前記変換係数の符号ビットをスクランブルする処
理、前記変換係数の更新ビットをスクランブルする処
理、前記変換係数マップを二次元係数ブロックに区分
し、該係数マップ内で選択されたブロックをシャッフル
する処理、及び空間周波数サブバンドから一組の変換係
数をグループ分けし、グループ内で変換係数をシャッフ
ルする処理からなる群から選択した１つ以上の処理を使
って変換係数マップを暗号化するステップとを有するデ
ィジタル画像暗号化方法を特徴としたものである。
【００１８】本発明の第２の技術手段は、第１の技術手
段において、前記暗号化された変換係数マップをエント
ロピ符号化するステップを更に含むことを特徴としたも
のである。
段において、前記暗号化された変換係数マップをエント
ロピ符号化するステップを更に含むことを特徴としたも
のである。
【００１９】本発明の第３の技術手段は、第１の技術手
段において、元の変換係数マップの１つ以上の空間周波
数サブバンドは前記暗号化ステップをバイパスすること
を特徴としたものである。
段において、元の変換係数マップの１つ以上の空間周波
数サブバンドは前記暗号化ステップをバイパスすること
を特徴としたものである。
【００２０】本発明の第４の技術手段は、画像データの
ブロックの全体として予測される圧縮率と比較して、予
測される圧縮率の平均値よりも低い圧縮率を有するビッ
トのグループを画像データのブロックにわたって選択す
るステップと、該ビットのグループをスクランブルする
ステップとを有するディジタルデータのブロックを暗号
化するためのディジタルデータブロック暗号化方法を特
徴としたものである。
ブロックの全体として予測される圧縮率と比較して、予
測される圧縮率の平均値よりも低い圧縮率を有するビッ
トのグループを画像データのブロックにわたって選択す
るステップと、該ビットのグループをスクランブルする
ステップとを有するディジタルデータのブロックを暗号
化するためのディジタルデータブロック暗号化方法を特
徴としたものである。
【００２１】本発明の第５の技術手段は、第４の技術手
段において、前記ディジタルデータのブロックは空間−
周波数変換係数のマップを含むことを特徴としたもので
ある。
段において、前記ディジタルデータのブロックは空間−
周波数変換係数のマップを含むことを特徴としたもので
ある。
【００２２】本発明の第６の技術手段は、第５の技術手
段において、前記ビットのグループは前記変換係数マッ
プからの符号ビットを含むことを特徴としたものであ
る。
段において、前記ビットのグループは前記変換係数マッ
プからの符号ビットを含むことを特徴としたものであ
る。
【００２３】本発明の第７の技術手段は、第５の技術手
段において、前記ビットのグループは前記変換係数マッ
プからの更新ビットを含むことを特徴としたものであ
る。
段において、前記ビットのグループは前記変換係数マッ
プからの更新ビットを含むことを特徴としたものであ
る。
【００２４】本発明の第８の技術手段は、第４の技術手
段において、前記ディジタルデータのブロックは動き補
償データを含むことを特徴としたものである。
段において、前記ディジタルデータのブロックは動き補
償データを含むことを特徴としたものである。
【００２５】本発明の第９の技術手段は、動き補償デー
タ成分を含むディジタル動画ストリームを暗号化するた
めのディジタル動画スクランブル暗号化方法であって、
ディジタル動画ストリームのビットストリーム符号化前
に、該ディジタル動画ストリームの動き補償データ成分
を選択的にスクランブルすることを含むことを特徴とし
たものである。
タ成分を含むディジタル動画ストリームを暗号化するた
めのディジタル動画スクランブル暗号化方法であって、
ディジタル動画ストリームのビットストリーム符号化前
に、該ディジタル動画ストリームの動き補償データ成分
を選択的にスクランブルすることを含むことを特徴とし
たものである。
【００２６】本発明の第１０の技術手段は、第９の技術
手段において、前記動き補償データ成分を選択的にスク
ランブルするステップは、前記動き補償データ値の符号
ビットをスクランブルすることを含むことを特徴とした
ものである。
手段において、前記動き補償データ成分を選択的にスク
ランブルするステップは、前記動き補償データ値の符号
ビットをスクランブルすることを含むことを特徴とした
ものである。
【００２７】本発明の第１１の技術手段は、第９の技術
手段において、前記動き補償データ成分を選択的にスク
ランブルするステップは、画像データのマクロブロック
ごとの動きベクトルを画像データのスライス単位グルー
プを選択し、該グループ内で前記ベクトルをシャッフル
することを含むことを特徴としたものである。
手段において、前記動き補償データ成分を選択的にスク
ランブルするステップは、画像データのマクロブロック
ごとの動きベクトルを画像データのスライス単位グルー
プを選択し、該グループ内で前記ベクトルをシャッフル
することを含むことを特徴としたものである。
【００２８】本発明の第１２の技術手段は、暗号化バッ
ファと、該暗号化バッファに蓄積された変換データに演
算を行う少なくとも１つの暗号化サブシステムとを有
し、該暗号化サブシステムは、符号の付いた係数を有す
る空間−周波数変換係数のマップを受け入れ、該係数の
符号ビットをスクランブルする符号ビットスクランブラ
と、空間−周波数変換係数のマップを受け入れ、変換係
数ブロックを二次元マップで構成した二次元係数ブロッ
クを該マップ内の擬似ランダムロケーションへシャッフ
ルするブロックシャッフラと、空間−周波数変換係数の
マップを受け入れ、二次元係数ブロックを擬似ランダム
配列に巡回させるブロックローテータと、空間−周波数
変換係数マップを受け入れ、空間周波数サブバンドの変
換係数を、擬似ランダムロケーションへシャッフルする
係数シャッフラとからなる群から選択されていることを
特徴としたものである。
ファと、該暗号化バッファに蓄積された変換データに演
算を行う少なくとも１つの暗号化サブシステムとを有
し、該暗号化サブシステムは、符号の付いた係数を有す
る空間−周波数変換係数のマップを受け入れ、該係数の
符号ビットをスクランブルする符号ビットスクランブラ
と、空間−周波数変換係数のマップを受け入れ、変換係
数ブロックを二次元マップで構成した二次元係数ブロッ
クを該マップ内の擬似ランダムロケーションへシャッフ
ルするブロックシャッフラと、空間−周波数変換係数の
マップを受け入れ、二次元係数ブロックを擬似ランダム
配列に巡回させるブロックローテータと、空間−周波数
変換係数マップを受け入れ、空間周波数サブバンドの変
換係数を、擬似ランダムロケーションへシャッフルする
係数シャッフラとからなる群から選択されていることを
特徴としたものである。
【００２９】本発明の第１３の技術手段は、第１２の技
術手段において、前記暗号化サブシステムが供給する暗
号化変換されたデータを処理するエントロピ符号化器を
更に含むことを特徴としたものである。
術手段において、前記暗号化サブシステムが供給する暗
号化変換されたデータを処理するエントロピ符号化器を
更に含むことを特徴としたものである。
【００３０】本発明の第１４の技術手段は、第１２の技
術手段において、前記符号ビットスクランブラは符号の
付いた動きベクトルをビットスクランブル処理するステ
ップをさらに含むことを特徴としたものである。
術手段において、前記符号ビットスクランブラは符号の
付いた動きベクトルをビットスクランブル処理するステ
ップをさらに含むことを特徴としたものである。
【００３１】本発明の第１５の技術手段は、第１２の技
術手段において、前記係数シャッフラは動きベクトル成
分のグループをシャッフル処理するステップをさらに含
むことを特徴としたものである。
術手段において、前記係数シャッフラは動きベクトル成
分のグループをシャッフル処理するステップをさらに含
むことを特徴としたものである。
【００３２】本発明の第１６の技術手段は、暗号解読バ
ッファと、該暗号解読バッファに蓄積された暗号化され
た変換データに演算を行う少なくとも１つの暗号解読サ
ブシステムとを有し、該暗号解読サブシステムは、空間
−周波数変換係数のマップ及び／又は暗号化された符号
ビットを有する動きビットアレイを受け入れ、暗号化さ
れた符号ビットに暗号解読鍵を適用し、元の符号ビット
を再形成する符号ビットデスクランブラと、シャッフル
された二次元の係数ブロックを有する空間−周波数変換
係数のマップを受け入れ、該係数ブロックのパターンに
暗号解読鍵を適用し、該ブロックを元のロケーションに
蓄積し直すブロックデシャッフラと、巡回された変換係
数ブロックを２次元マップで構成した二次元の係数ブロ
ックを有する空間−周波数変換係数のマップを受け入
れ、該係数ブロックのパターンに暗号解読鍵を適用し、
該ブロックを元の配置に蓄積し直すブロックデローテー
タと、空間周波数サブバンドの変換係数がシャッフルさ
れたパターンに暗号解読鍵を適用し、グループ内の前記
係数を元のロケーションに蓄積し直す係数デシャッフラ
とからなる群から選択されたものであることを特徴とし
たものである。
ッファと、該暗号解読バッファに蓄積された暗号化され
た変換データに演算を行う少なくとも１つの暗号解読サ
ブシステムとを有し、該暗号解読サブシステムは、空間
−周波数変換係数のマップ及び／又は暗号化された符号
ビットを有する動きビットアレイを受け入れ、暗号化さ
れた符号ビットに暗号解読鍵を適用し、元の符号ビット
を再形成する符号ビットデスクランブラと、シャッフル
された二次元の係数ブロックを有する空間−周波数変換
係数のマップを受け入れ、該係数ブロックのパターンに
暗号解読鍵を適用し、該ブロックを元のロケーションに
蓄積し直すブロックデシャッフラと、巡回された変換係
数ブロックを２次元マップで構成した二次元の係数ブロ
ックを有する空間−周波数変換係数のマップを受け入
れ、該係数ブロックのパターンに暗号解読鍵を適用し、
該ブロックを元の配置に蓄積し直すブロックデローテー
タと、空間周波数サブバンドの変換係数がシャッフルさ
れたパターンに暗号解読鍵を適用し、グループ内の前記
係数を元のロケーションに蓄積し直す係数デシャッフラ
とからなる群から選択されたものであることを特徴とし
たものである。
【００３３】本発明の第１７の技術手段は、第１６の技
術手段において、入力ビットストリームに演算を行い、
暗号化された変換データを前記暗号解読バッファに供給
するエントロピ復号器を更に含むことを特徴としたもの
である。
術手段において、入力ビットストリームに演算を行い、
暗号化された変換データを前記暗号解読バッファに供給
するエントロピ復号器を更に含むことを特徴としたもの
である。
【００３４】本発明の第１８の技術手段は、第１６の技
術手段において、前記符号ビットデスクランブラは暗号
化された符号ビットを有する動きベクトルアレイを元の
符号ビットを有する動きベクトルアレイに処理すること
をを特徴としたものである。
術手段において、前記符号ビットデスクランブラは暗号
化された符号ビットを有する動きベクトルアレイを元の
符号ビットを有する動きベクトルアレイに処理すること
をを特徴としたものである。
【００３５】本発明の第１９の技術手段は、第１６の技
術手段において、前記係数デシャッフラはシャッフルさ
れた動きベクトルデータを有する動きベクトルアレイを
元の動きベクトルデータを有する動きベクトルアレイに
処理することを特徴としたものである。添付図面を参照
し、本明細書を読めば、本発明について最良に理解でき
よう。
術手段において、前記係数デシャッフラはシャッフルさ
れた動きベクトルデータを有する動きベクトルアレイを
元の動きベクトルデータを有する動きベクトルアレイに
処理することを特徴としたものである。添付図面を参照
し、本明細書を読めば、本発明について最良に理解でき
よう。
【００３６】
【発明の実施の形態】（１）ＪＰＥＧ，ＭＰＥＧ−１，
ＭＰＥＧ−２，Ｈ.２６Ｘ規格に記載のようなＤＣＴに
基づく画像コーデック及び、（２）ウェーブレットベー
スによる画像コーデックに対して適用されるような好ま
しい実施形態を以下に開示する。これら実施形態は説明
のために選択したものであり、発明を限定するために選
択したものではない。開示した実施形態は本発明で利用
する性質を示す他の画像コーデックにも等しく適用され
る。
ＭＰＥＧ−２，Ｈ.２６Ｘ規格に記載のようなＤＣＴに
基づく画像コーデック及び、（２）ウェーブレットベー
スによる画像コーデックに対して適用されるような好ま
しい実施形態を以下に開示する。これら実施形態は説明
のために選択したものであり、発明を限定するために選
択したものではない。開示した実施形態は本発明で利用
する性質を示す他の画像コーデックにも等しく適用され
る。
【００３７】本明細書に記載したいくつかの用語は所定
の意味を有する。空間−周波数変換とは一セットの係数
としての画像を示し、各係数は空間周波数と空間ロケー
ション情報の双方を含む。ブロックベースによる空間周
波数変換及びウェーブレット変換はこれらの例として挙
げられる。変換係数マップは空間−周波数変換係数を含
む。マップは一般に二次元アレイに蓄積されるが、実際
には所望する任意のフォーマットで蓄積できる。マップ
の定義にはサブマップ及び空間−周波数−時間変換係数
マップが含まれる。
の意味を有する。空間−周波数変換とは一セットの係数
としての画像を示し、各係数は空間周波数と空間ロケー
ション情報の双方を含む。ブロックベースによる空間周
波数変換及びウェーブレット変換はこれらの例として挙
げられる。変換係数マップは空間−周波数変換係数を含
む。マップは一般に二次元アレイに蓄積されるが、実際
には所望する任意のフォーマットで蓄積できる。マップ
の定義にはサブマップ及び空間−周波数−時間変換係数
マップが含まれる。
【００３８】シャッフリングとは、順序を変えた出力を
発生するように、入力の順序をランダムにするプロセス
を意味する。スクランブルとは出力を発生するのに任意
の方法で入力をランダムにするプロセスを意味する。鍵
（キー）とは、ユーザが暗号化／復号シーケンスにアク
セスできるようにする任意のシンボル又はデバイスを意
味する。
発生するように、入力の順序をランダムにするプロセス
を意味する。スクランブルとは出力を発生するのに任意
の方法で入力をランダムにするプロセスを意味する。鍵
（キー）とは、ユーザが暗号化／復号シーケンスにアク
セスできるようにする任意のシンボル又はデバイスを意
味する。
【００３９】図１は、従来のＭＰＥＧ動画符号化器を示
す図で、ＭＰＥＧ同様の動画符号化器３０のための一般
的アーキテクチャを示す図である。入力画像ストリーム
はシステムへ入力するためにＩ，Ｐ，Ｂフレームに分割
される。Ｉ（イントラ符号化）フレームは直接符号化さ
れ、Ｐ（予測）フレーム及びＢ（双方向に予測）フレー
ムは他のフレームからの情報を使って部分的に間接的に
符号化される。オペレータは少なくとも一部のＩフレー
ムを使用しなければならないとする制限と共に、画像シ
ーケンス内のＩ，Ｐ，Ｂフレームの周波数を選択でき
る。Ｉフレーム及びそれに従属するＰ及びＢフレームを
一般に画像のグループ（ＧＯＰ）と称す。
す図で、ＭＰＥＧ同様の動画符号化器３０のための一般
的アーキテクチャを示す図である。入力画像ストリーム
はシステムへ入力するためにＩ，Ｐ，Ｂフレームに分割
される。Ｉ（イントラ符号化）フレームは直接符号化さ
れ、Ｐ（予測）フレーム及びＢ（双方向に予測）フレー
ムは他のフレームからの情報を使って部分的に間接的に
符号化される。オペレータは少なくとも一部のＩフレー
ムを使用しなければならないとする制限と共に、画像シ
ーケンス内のＩ，Ｐ，Ｂフレームの周波数を選択でき
る。Ｉフレーム及びそれに従属するＰ及びＢフレームを
一般に画像のグループ（ＧＯＰ）と称す。
【００４０】図２は、ＭＰＥＧ動画フレームのためのデ
ータ構造を示す図である。ＤＣＴ３２は入力画像の８×
８ピクセルブロック５６ａに対して演算を行う。ＤＣＴ
３２への入力端で、入力画像フレーム５０は水平スライ
ス５２ａ〜５２ｆへ分割される（図示されているスライ
スの数は説明のために選択されたものであり、一般に固
定されない）。カラー画像の輝度成分に対して、各スラ
イスは１６ピクセル幅である。画像の対応する色度成分
は、色度スライスが８ピクセル幅となるように、輝度成
分の空間周波数の半分でサンプリングされる。更に各ス
ライス（スライス５２ａ参照）は、マクロブロック５４
ａ〜５４ｆへ更に区分けされる（図示されているマクロ
ブロックの数は説明のために選択したものであり、一般
に固定されない）。各マクロブロックは６つのブロック
（例えばブロック５６ａ〜５６ｆ）を含むので、最初の
４つのブロック５６ａ〜５６ｄは現在のスライスの輝度
成分からの１６×１６ピクセルエリアをカバーし、５番
目のブロック５６ｅ及び６番目のブロック５６ｆは、ス
ライスの２つの色度成分からそれぞれ取り込まれた対応
する８×８エリアをカバーする。
ータ構造を示す図である。ＤＣＴ３２は入力画像の８×
８ピクセルブロック５６ａに対して演算を行う。ＤＣＴ
３２への入力端で、入力画像フレーム５０は水平スライ
ス５２ａ〜５２ｆへ分割される（図示されているスライ
スの数は説明のために選択されたものであり、一般に固
定されない）。カラー画像の輝度成分に対して、各スラ
イスは１６ピクセル幅である。画像の対応する色度成分
は、色度スライスが８ピクセル幅となるように、輝度成
分の空間周波数の半分でサンプリングされる。更に各ス
ライス（スライス５２ａ参照）は、マクロブロック５４
ａ〜５４ｆへ更に区分けされる（図示されているマクロ
ブロックの数は説明のために選択したものであり、一般
に固定されない）。各マクロブロックは６つのブロック
（例えばブロック５６ａ〜５６ｆ）を含むので、最初の
４つのブロック５６ａ〜５６ｄは現在のスライスの輝度
成分からの１６×１６ピクセルエリアをカバーし、５番
目のブロック５６ｅ及び６番目のブロック５６ｆは、ス
ライスの２つの色度成分からそれぞれ取り込まれた対応
する８×８エリアをカバーする。
【００４１】図３は、ＭＰＥＧ動画ブロックのためのＤ
ＣＴ及び変換係数の順序付けを説明するための図で、ブ
ロック係数をジグザグ順序に出力するＤＣＴ３２の作動
を示す図である。ＤＣＴ３２は、８×８のピクセルブロ
ック５６ａに二次元の離散コサイン変換を実行して、８
×８のブロックで表わす変換係数６０を生成する。上部
の最も左側の係数ＤＣはブロック５６ａの平均強度を示
す。係数ブロック６０内で下方及び／又は右側に移動す
るにつれ、係数が示す空間周波数は高くなる。従って、
ブロック６０内の係数のナンバリングによって示される
ジグザグ順序によって、最も低い空間周波数から最も高
い空間周波数へ係数の順序がほぼ決まる。
ＣＴ及び変換係数の順序付けを説明するための図で、ブ
ロック係数をジグザグ順序に出力するＤＣＴ３２の作動
を示す図である。ＤＣＴ３２は、８×８のピクセルブロ
ック５６ａに二次元の離散コサイン変換を実行して、８
×８のブロックで表わす変換係数６０を生成する。上部
の最も左側の係数ＤＣはブロック５６ａの平均強度を示
す。係数ブロック６０内で下方及び／又は右側に移動す
るにつれ、係数が示す空間周波数は高くなる。従って、
ブロック６０内の係数のナンバリングによって示される
ジグザグ順序によって、最も低い空間周波数から最も高
い空間周波数へ係数の順序がほぼ決まる。
【００４２】ブロック６０の係数がジグザグ順に一旦配
列されると、図１の量子化器３４は係数をスケーリング
する（量子化後にジグザグ状の順序とすることも可能で
あることに留意されたい）。ＤＣ係数量子化のステップ
サイズは固定してもよい。係数はこれらの範囲の値に合
わせたスケールに量子化される。
列されると、図１の量子化器３４は係数をスケーリング
する（量子化後にジグザグ状の順序とすることも可能で
あることに留意されたい）。ＤＣ係数量子化のステップ
サイズは固定してもよい。係数はこれらの範囲の値に合
わせたスケールに量子化される。
【００４３】ビットストリーム符号化器３６は別の方法
でＤＣ係数を処理することもできる。各スライス内でＤ
Ｃ係数は差分符号化し、可変長符号を使って伝送でき
る。所定の場合のＤＣ係数と共に、他の６３の係数は、
特に最高周波数において、代表的なブロック６０内の非
ゼロ係数がまばらに分布することを活用するために、ラ
ンレングス符号化される。ビットストリーム符号化器３
６のビットストリーム出力はこれまで説明したようにブ
ロックごとの符号化を含む、すなわち、マクロブロッ
ク，スライス，フレーム及びピクチャレベルのグループ
にヘッダが挿入された状態になっている。
でＤＣ係数を処理することもできる。各スライス内でＤ
Ｃ係数は差分符号化し、可変長符号を使って伝送でき
る。所定の場合のＤＣ係数と共に、他の６３の係数は、
特に最高周波数において、代表的なブロック６０内の非
ゼロ係数がまばらに分布することを活用するために、ラ
ンレングス符号化される。ビットストリーム符号化器３
６のビットストリーム出力はこれまで説明したようにブ
ロックごとの符号化を含む、すなわち、マクロブロッ
ク，スライス，フレーム及びピクチャレベルのグループ
にヘッダが挿入された状態になっている。
【００４４】符号化器３０への動画フレーム入力端で
は、ピクチャシーケンスのグループが使用され、次の着
信フレームがＩフレーム，Ｐフレーム，Ｂフレームとな
るかどうかを判断する。Ｉフレームは直接ＤＣＴ３２へ
入力される（ＪＰＥＧ符号化器は符号化器３０における
Ｉフレーム動画処理に類似する方法で、単一の画像フレ
ームを処理することに留意されたい）。Ｐフレーム及び
ＢフレームはＤＣＴ３０へは直接入力されず、むしろほ
とんどの動画シーケンスで見られる時間的冗長性を利用
しようとする予測チャネルを通過する。
は、ピクチャシーケンスのグループが使用され、次の着
信フレームがＩフレーム，Ｐフレーム，Ｂフレームとな
るかどうかを判断する。Ｉフレームは直接ＤＣＴ３２へ
入力される（ＪＰＥＧ符号化器は符号化器３０における
Ｉフレーム動画処理に類似する方法で、単一の画像フレ
ームを処理することに留意されたい）。Ｐフレーム及び
ＢフレームはＤＣＴ３０へは直接入力されず、むしろほ
とんどの動画シーケンスで見られる時間的冗長性を利用
しようとする予測チャネルを通過する。
【００４５】動き補償器４４はＰ又はＢフレームのブロ
ックと予測フレーム（単数又は複数）のブロックとを一
致させようとする。例えばＩフレームに続く最初のＰフ
レームをＩフレームから予測する。量子化器３４の出力
端に生じる量子化されたＩフレームは、逆量子化器４０
及び逆ＤＣＴ４２によって“復号”され、符号化器３０
のビットストリーム出力を演算する復号器において見ら
れるようなＩフレームを示す。動き補償器４４は量子化
された予測フレームに基づき、Ｐフレームの各マクロブ
ロックに対する最良適合予測を見つけようとする。マク
ロブロックのロケーションから最良適合する予測ロケー
ションまでのオフセットを動きベクトルによって記述す
る。シーンに新しいオブジェクトが導入された場合のよ
うな所定のケースでは、予測が不良となることがあり、
動き予測器４４は、そのマクロブロックを予測しないよ
うに選択し、マクロブロックをＩフレームのようにイン
トラ符号化させる。
ックと予測フレーム（単数又は複数）のブロックとを一
致させようとする。例えばＩフレームに続く最初のＰフ
レームをＩフレームから予測する。量子化器３４の出力
端に生じる量子化されたＩフレームは、逆量子化器４０
及び逆ＤＣＴ４２によって“復号”され、符号化器３０
のビットストリーム出力を演算する復号器において見ら
れるようなＩフレームを示す。動き補償器４４は量子化
された予測フレームに基づき、Ｐフレームの各マクロブ
ロックに対する最良適合予測を見つけようとする。マク
ロブロックのロケーションから最良適合する予測ロケー
ションまでのオフセットを動きベクトルによって記述す
る。シーンに新しいオブジェクトが導入された場合のよ
うな所定のケースでは、予測が不良となることがあり、
動き予測器４４は、そのマクロブロックを予測しないよ
うに選択し、マクロブロックをＩフレームのようにイン
トラ符号化させる。
【００４６】動き補償器４４は各入力Ｐ又はＢフレーム
に対する２つの出力を発生する。すなわち動きベクトル
と予測フレームの一セットを発生する。動きベクトルは
ビットストリーム出力の符号化のためにビットストリー
ム符号化器３６へ供給される。画像加算器３８において
入力Ｐ又はＢフレームから予測フレームが減算されて、
残差フレームを形成する。次に、Ｉフレームと同じ方法
でＤＣＴ３２に残差フレームが入力される。
に対する２つの出力を発生する。すなわち動きベクトル
と予測フレームの一セットを発生する。動きベクトルは
ビットストリーム出力の符号化のためにビットストリー
ム符号化器３６へ供給される。画像加算器３８において
入力Ｐ又はＢフレームから予測フレームが減算されて、
残差フレームを形成する。次に、Ｉフレームと同じ方法
でＤＣＴ３２に残差フレームが入力される。
【００４７】図４は、従来のＭＰＥＧ動画復号器を示す
図で、図中、動画復号器６２は動画符号化器３０によっ
て発生されたビットストリームを復号するのに適した復
号器である。ビットストリーム復号器６４は符号化され
たビットストリームから変換係数及び動きベクトル情報
を復号する。変換係数情報は逆量子化器４０及び逆ＤＣ
Ｔ４２を通過する。この時点でＩフレームは完全に再構
成され、出力されるだけでなく、動き補償器６６へ送る
こともできる。動き補償器６６は動きベクトル情報及び
適当なＩ及びＰフレームデータを使って予測フレームを
構成し、画像加算器６８は予測フレームと残差フレーム
とを組み合わせ、Ｐ及びＢフレームを再構成する。
図で、図中、動画復号器６２は動画符号化器３０によっ
て発生されたビットストリームを復号するのに適した復
号器である。ビットストリーム復号器６４は符号化され
たビットストリームから変換係数及び動きベクトル情報
を復号する。変換係数情報は逆量子化器４０及び逆ＤＣ
Ｔ４２を通過する。この時点でＩフレームは完全に再構
成され、出力されるだけでなく、動き補償器６６へ送る
こともできる。動き補償器６６は動きベクトル情報及び
適当なＩ及びＰフレームデータを使って予測フレームを
構成し、画像加算器６８は予測フレームと残差フレーム
とを組み合わせ、Ｐ及びＢフレームを再構成する。
【００４８】図５及び図６は、それぞれ、本発明に係わ
る画像暗号化兼符号化器７０及び暗号化された画像の復
号器８０を一般的に示すブロック図である。符号化器７
０では、画像変換器７２とビットストリーム符号化器７
６との間に暗号化器７４が挿入されている。復号器８０
ではビットストリーム復号器８２と逆画像変換器８６と
の間に対応する暗号復号器（暗号解読器）８４が挿入さ
れている。
る画像暗号化兼符号化器７０及び暗号化された画像の復
号器８０を一般的に示すブロック図である。符号化器７
０では、画像変換器７２とビットストリーム符号化器７
６との間に暗号化器７４が挿入されている。復号器８０
ではビットストリーム復号器８２と逆画像変換器８６と
の間に対応する暗号復号器（暗号解読器）８４が挿入さ
れている。
【００４９】本発明においては、画像フレームがブロッ
クＤＣＴまたはウェーブレット変換のような空間−周波
数変換処理を受けた後であって、このフレームがエント
ロピ符号化のためのビットストリーム符号器へ送られる
前に暗号化処理が施される。変換係数マップは１つ以上
の暗号化処理を受け、この暗号化処理はその後、復号化
される（しかしながら解読はされない）画像を理解でき
ないようにする。これら処理は小さい計算オーバーヘッ
ドおよび圧縮されたビットレートにわずかな影響しか与
えないように行われるようになっている。これら処理は
暗号化キーがなくても伝送チャンネルの中間ルータにお
ける安全なトランス符号化を可能にする。一つの処理で
は、変換係数の符号ビットがスクランブルされる。他の
処理では、共通のサブバンドからの係数の二次元ブロッ
クが擬似ランダムのロケーションと配列にシャッフル及
び／又は巡回される。さらに、他の処理では、共通の
“サブバンド”を占めるが異なるＤＣＴブロックからの
係数がシャッフルされる。さらに、他の処理では、動き
ベクトルをシャッフルし、及び／又は、動きベクトル係
数の符号ビットをスクランブルする。これらの処理は、
エントロピ符号化器に表れるデータのエントロピを大い
に乱すことなく、ビジュアル的に表れるデータを乱す。
クＤＣＴまたはウェーブレット変換のような空間−周波
数変換処理を受けた後であって、このフレームがエント
ロピ符号化のためのビットストリーム符号器へ送られる
前に暗号化処理が施される。変換係数マップは１つ以上
の暗号化処理を受け、この暗号化処理はその後、復号化
される（しかしながら解読はされない）画像を理解でき
ないようにする。これら処理は小さい計算オーバーヘッ
ドおよび圧縮されたビットレートにわずかな影響しか与
えないように行われるようになっている。これら処理は
暗号化キーがなくても伝送チャンネルの中間ルータにお
ける安全なトランス符号化を可能にする。一つの処理で
は、変換係数の符号ビットがスクランブルされる。他の
処理では、共通のサブバンドからの係数の二次元ブロッ
クが擬似ランダムのロケーションと配列にシャッフル及
び／又は巡回される。さらに、他の処理では、共通の
“サブバンド”を占めるが異なるＤＣＴブロックからの
係数がシャッフルされる。さらに、他の処理では、動き
ベクトルをシャッフルし、及び／又は、動きベクトル係
数の符号ビットをスクランブルする。これらの処理は、
エントロピ符号化器に表れるデータのエントロピを大い
に乱すことなく、ビジュアル的に表れるデータを乱す。
【００５０】（暗号化方法）従来のほとんどの画像暗号
化では、画像変換前か、又はビットストリーム符号化後
のいずれかにスクランブルを実行している。従来技術の
説明において説明したように、タング（Ｌ．Tang）著
“ＭＰＥＧ動画データを効率的に暗号化し、暗号復号す
るための方法”（Methods of Encrypting and decrypti
ng MPEG videodata efficiaty）において、ある研究者
は、画像変換とビットストリーム符号化との間でスクラ
ンブルを実行したが、本発明の利点の多くはタングの方
法では見られないほど、この研究者の方法は本発明と大
幅に異なっている。
化では、画像変換前か、又はビットストリーム符号化後
のいずれかにスクランブルを実行している。従来技術の
説明において説明したように、タング（Ｌ．Tang）著
“ＭＰＥＧ動画データを効率的に暗号化し、暗号復号す
るための方法”（Methods of Encrypting and decrypti
ng MPEG videodata efficiaty）において、ある研究者
は、画像変換とビットストリーム符号化との間でスクラ
ンブルを実行したが、本発明の利点の多くはタングの方
法では見られないほど、この研究者の方法は本発明と大
幅に異なっている。
【００５１】（サブバンドシャッフル）本発明は暗号化
の２つの一般的なサブ方法を含み、各サブ方法は変換係
数データの異なる特徴に基づくものである。第１のサブ
方法は、シャッフルがマップのエントロピが低いという
特徴を破壊しない様に、ビットストリーム符号化器に依
存されている。圧縮率を破壊することなく、変換係数マ
ップにおける係数の配置をシャッフルすることによって
効率的な安全性を提供できることを認知している。係数
を暗号化することは複雑さを増し、低エントロピ係数デ
ータの圧縮率を破壊するので、第２のサブ方法は個々の
変換係数を規模の大きな方式に暗号化することは一般に
望ましくないが、個々の変換係数の一部のビットはエン
トロピが高いので、圧縮率に大きな影響を与えることな
く、暗号化が可能である。
の２つの一般的なサブ方法を含み、各サブ方法は変換係
数データの異なる特徴に基づくものである。第１のサブ
方法は、シャッフルがマップのエントロピが低いという
特徴を破壊しない様に、ビットストリーム符号化器に依
存されている。圧縮率を破壊することなく、変換係数マ
ップにおける係数の配置をシャッフルすることによって
効率的な安全性を提供できることを認知している。係数
を暗号化することは複雑さを増し、低エントロピ係数デ
ータの圧縮率を破壊するので、第２のサブ方法は個々の
変換係数を規模の大きな方式に暗号化することは一般に
望ましくないが、個々の変換係数の一部のビットはエン
トロピが高いので、圧縮率に大きな影響を与えることな
く、暗号化が可能である。
【００５２】次に、いくつかの例によって本発明が圧縮
率を破壊することなく、変換係数をどのようにシャッフ
ルするかを説明する。図７は、空間周波数の関数として
量子化されたＤＣＴ係数に対する（ライン９０及び９２
によって境界が定められた）仮想的な既知の信頼区間を
示す図である。固定された量子化後、低い周波数のター
ムよりも高い周波数のタームのほうが１／２ＬＳＢカッ
トオフライン９３よりも低く低下し易くなる。従って、
これらタームは符号化器によってゼロとして表示される
可能性がより高くなる。
率を破壊することなく、変換係数をどのようにシャッフ
ルするかを説明する。図７は、空間周波数の関数として
量子化されたＤＣＴ係数に対する（ライン９０及び９２
によって境界が定められた）仮想的な既知の信頼区間を
示す図である。固定された量子化後、低い周波数のター
ムよりも高い周波数のタームのほうが１／２ＬＳＢカッ
トオフライン９３よりも低く低下し易くなる。従って、
これらタームは符号化器によってゼロとして表示される
可能性がより高くなる。
【００５３】ほとんどのＭＰＥＧタイプのビットストリ
ーム符号化器が平均的な係数ブロックの統計量に依拠し
て、効率的な符号化を行う。ジグザグ状に順序を定めた
後に、係数はほぼ周波数が高くなるように配置されるこ
とに留意されたい。このビットストリーム符号化器は図
７に示された概念に基づき、より可能性の高い係数値及
びランレングスの組み合わせに対し、一般により短い符
号語を割り当てる可変長の符号語ランレングス符号化技
術を使用している。従って、より短い符号語は後に小さ
い係数が続くランを好む性質がある。
ーム符号化器が平均的な係数ブロックの統計量に依拠し
て、効率的な符号化を行う。ジグザグ状に順序を定めた
後に、係数はほぼ周波数が高くなるように配置されるこ
とに留意されたい。このビットストリーム符号化器は図
７に示された概念に基づき、より可能性の高い係数値及
びランレングスの組み合わせに対し、一般により短い符
号語を割り当てる可変長の符号語ランレングス符号化技
術を使用している。従って、より短い符号語は後に小さ
い係数が続くランを好む性質がある。
【００５４】タングが提案した係数シャッフル方法で
は、ジグザグ状の係数の順序が破壊される。これにより
一般に、平均ランレングスが短くなり、一部の大きな係
数は符号順序で可能性のない場所におかれることとな
る。この結果、ランレングス符号化器は効率的には作動
しない。タングの方法によると、主にこの効果によって
ビットレートが５０％まで増加することが観察される。
は、ジグザグ状の係数の順序が破壊される。これにより
一般に、平均ランレングスが短くなり、一部の大きな係
数は符号順序で可能性のない場所におかれることとな
る。この結果、ランレングス符号化器は効率的には作動
しない。タングの方法によると、主にこの効果によって
ビットレートが５０％まで増加することが観察される。
【００５５】図８は、画像スライスの輝度成分からのＤ
ＣＴ係数に対するサブバンドの順序付けを説明するため
の図である。本発明はランレングス符号化器が依存する
統計量を破壊することなく、効果的なスクランブルを行
う係数シャッフル方法を含む。図８に示された実施例で
は、係数シャッフル器にＤＣＴ係数マップのスライス９
４が入力される。ブロックは、行を横断するようにジグ
ザグ順序で配列し直される。この場合、ブロックはマッ
プ９６に示されるように列の下方に向けてスタックされ
る。
ＣＴ係数に対するサブバンドの順序付けを説明するため
の図である。本発明はランレングス符号化器が依存する
統計量を破壊することなく、効果的なスクランブルを行
う係数シャッフル方法を含む。図８に示された実施例で
は、係数シャッフル器にＤＣＴ係数マップのスライス９
４が入力される。ブロックは、行を横断するようにジグ
ザグ順序で配列し直される。この場合、ブロックはマッ
プ９６に示されるように列の下方に向けてスタックされ
る。
【００５６】ＤＣＴ係数がマップ９６に示されるように
配列された場合、各列は元画像スライスにおける異なる
８×８の空間ロケーションで測定したのと同じ空間周波
数を示す。マップ９６のうちの所定の列内の係数は同一
の値を有することは予想されないが、これら係数は同様
な既知の統計的分布を有していなければならない。従っ
て、列内の係数はランレングス符号化器が依存する統計
量を大幅に劣化することなく、多くの場合、シャッフル
し直すことができる。
配列された場合、各列は元画像スライスにおける異なる
８×８の空間ロケーションで測定したのと同じ空間周波
数を示す。マップ９６のうちの所定の列内の係数は同一
の値を有することは予想されないが、これら係数は同様
な既知の統計的分布を有していなければならない。従っ
て、列内の係数はランレングス符号化器が依存する統計
量を大幅に劣化することなく、多くの場合、シャッフル
し直すことができる。
【００５７】一実施形態においては、マップ９６は同様
な空間周波数の大きさを有する係数のサブバンドに分割
される。サブバンドは単一の列と同じ程度に小さくでき
るが、図８に示される便利なサブバンド分割法は、１つ
以上の“ジグザグ”に対応する元の係数ブロックの１本
以上の対角線に沿って係数をグループ分けする。
な空間周波数の大きさを有する係数のサブバンドに分割
される。サブバンドは単一の列と同じ程度に小さくでき
るが、図８に示される便利なサブバンド分割法は、１つ
以上の“ジグザグ”に対応する元の係数ブロックの１本
以上の対角線に沿って係数をグループ分けする。
【００５８】各サブバンド内の係数は、このサブバンド
内でシャッフルされる。シャッフルテーブルは異なるサ
ブバンド及び異なるスライスの同じサブバンドに対して
一般に異なる。図９は、本発明におけるサブバンドシャ
ッフル技術の一実施例を説明するための図で、係数Ａ〜
Ｘを含む特定のサブバンド１００のためのサブバンドシ
ャッフルの例を示す図である。このサブバンドは１つの
鍵（キー）と共にサブバンド係数シャッフラ９８へ送ら
れる。このキーはシャッフルマップを作成するのに使用
される。もしくはシャッフルマップを直接シャッフラ９
８へ送ることも可能である。シャッフル器９８はシャッ
フルされたサブバンドを発生するのに、シャッフルマッ
プを使用する。簡略化された実施例では、シャッフル後
も同じブロックから取り込まれたサブバンド係数が残っ
ており、拘束されてシャッフルされたサブバンド、例え
ばサブバンド１０２が発生する。これによってシャッフ
ルマップのサイズをサブバンドの幅と無関係とすること
ができる。より複雑な実施例では、限定することなく係
数をシャッフルし、拘束されずにシャッフルされたサブ
バンド、例えばサブバンド１０４を発生する。
内でシャッフルされる。シャッフルテーブルは異なるサ
ブバンド及び異なるスライスの同じサブバンドに対して
一般に異なる。図９は、本発明におけるサブバンドシャ
ッフル技術の一実施例を説明するための図で、係数Ａ〜
Ｘを含む特定のサブバンド１００のためのサブバンドシ
ャッフルの例を示す図である。このサブバンドは１つの
鍵（キー）と共にサブバンド係数シャッフラ９８へ送ら
れる。このキーはシャッフルマップを作成するのに使用
される。もしくはシャッフルマップを直接シャッフラ９
８へ送ることも可能である。シャッフル器９８はシャッ
フルされたサブバンドを発生するのに、シャッフルマッ
プを使用する。簡略化された実施例では、シャッフル後
も同じブロックから取り込まれたサブバンド係数が残っ
ており、拘束されてシャッフルされたサブバンド、例え
ばサブバンド１０２が発生する。これによってシャッフ
ルマップのサイズをサブバンドの幅と無関係とすること
ができる。より複雑な実施例では、限定することなく係
数をシャッフルし、拘束されずにシャッフルされたサブ
バンド、例えばサブバンド１０４を発生する。
【００５９】図１０は、本発明におけるサブバンドシャ
ッフル技術の一実施例を説明するための図で、より簡単
なサブバンドシャッフル方法の例を示す図である。シャ
ッフラは基本的にはサブバンドローテータ１０６に縮小
されており、このローテータは可能なシャッフル出力の
小さいセットを使用し、キーはシャッフルテーブルを選
択するのに使用される。例えば可能なシャッフルの結果
は２ビットキーと共に４つの値のうちの１つに限定でき
る。すなわち係数を下方にハーフシフトし（出力サブバ
ンド１１６）、係数を垂直にフリップし（出力サブバン
ド１１４）、係数を水平にフリップし（出力サブバンド
１１２）、もしくは係数を２つの方向にフリップする
（出力サブバンド１１０）ことに限定できる。一般に、
符号解読者が試みなければならない置換が少なくなる
が、少数のシャッフル置換は認識できない逆変換された
画像（暗号復号を行うことがない）を提供する。
ッフル技術の一実施例を説明するための図で、より簡単
なサブバンドシャッフル方法の例を示す図である。シャ
ッフラは基本的にはサブバンドローテータ１０６に縮小
されており、このローテータは可能なシャッフル出力の
小さいセットを使用し、キーはシャッフルテーブルを選
択するのに使用される。例えば可能なシャッフルの結果
は２ビットキーと共に４つの値のうちの１つに限定でき
る。すなわち係数を下方にハーフシフトし（出力サブバ
ンド１１６）、係数を垂直にフリップし（出力サブバン
ド１１４）、係数を水平にフリップし（出力サブバンド
１１２）、もしくは係数を２つの方向にフリップする
（出力サブバンド１１０）ことに限定できる。一般に、
符号解読者が試みなければならない置換が少なくなる
が、少数のシャッフル置換は認識できない逆変換された
画像（暗号復号を行うことがない）を提供する。
【００６０】この同じシャッフル原理は他のタイプの画
像符号化器、例えばウェーブレット変換符号化器にも同
じように使用できる。ウェーブレット変換符号化器は異
なる空間周波数を示すサブバンドとなるように１つの画
像を分離し、この場合、各サブバンドは原画像の空間配
置を（異なる解像度で）維持する。
像符号化器、例えばウェーブレット変換符号化器にも同
じように使用できる。ウェーブレット変換符号化器は異
なる空間周波数を示すサブバンドとなるように１つの画
像を分離し、この場合、各サブバンドは原画像の空間配
置を（異なる解像度で）維持する。
【００６１】図１１は、ウェーブレット変換係数マップ
のためのサブバンドの構成を示す図で、入力フレームの
行及び列に沿った分離可能なウェーブレットフィルタリ
ングによって得られる入力フレームの３つのレベルのウ
ェーブレット分解を示す１０個のサブバンド（ＬＨ１−
３，ＨＬ１−３，ＨＨ１−３，ＬＬ−３）を示してい
る。
のためのサブバンドの構成を示す図で、入力フレームの
行及び列に沿った分離可能なウェーブレットフィルタリ
ングによって得られる入力フレームの３つのレベルのウ
ェーブレット分解を示す１０個のサブバンド（ＬＨ１−
３，ＨＬ１−３，ＨＨ１−３，ＬＬ−３）を示してい
る。
【００６２】上述のＤＣＴに基づく変換の場合と同じよ
うに、係数分布の統計量は一般にサブバンドごとに異な
る。更に、サブバンドの係数は原画像の空間配列で配置
されるので、ビットストリーム符号化器が利用できるよ
うな隣接する係数の相関性が存在する。本発明の目的
は、これら統計学的性質を破壊しない係数シャッフル方
法を提供することにある。
うに、係数分布の統計量は一般にサブバンドごとに異な
る。更に、サブバンドの係数は原画像の空間配列で配置
されるので、ビットストリーム符号化器が利用できるよ
うな隣接する係数の相関性が存在する。本発明の目的
は、これら統計学的性質を破壊しない係数シャッフル方
法を提供することにある。
【００６３】図１２は、ウェーブレット変換のサブバン
ドをシャッフルするためのプロセスを示す図である。一
実施形態においては、シャッフルのために各サブバンド
を別個に検討する。サブバンドが異なればシャッフルテ
ーブルも一般に異なる。各サブバンドは同じサイズの多
数のブロック、例えば図１２にサブバンドＬＨ１に対し
て示されている１６個のブロックＡ〜Ｐに分割される。
次に、シャッフルキー、すなわちシャッフルマップと共
にブロックされたサブバンドがブロックシャッフラ１２
２に入力され、このブロックシャッフラ１２２はシャッ
フルされたサブバンド１２４を出力する。
ドをシャッフルするためのプロセスを示す図である。一
実施形態においては、シャッフルのために各サブバンド
を別個に検討する。サブバンドが異なればシャッフルテ
ーブルも一般に異なる。各サブバンドは同じサイズの多
数のブロック、例えば図１２にサブバンドＬＨ１に対し
て示されている１６個のブロックＡ〜Ｐに分割される。
次に、シャッフルキー、すなわちシャッフルマップと共
にブロックされたサブバンドがブロックシャッフラ１２
２に入力され、このブロックシャッフラ１２２はシャッ
フルされたサブバンド１２４を出力する。
【００６４】ブロックシャッフラ１２２によって実行さ
れるスクランブルはブロックをベースとしているので、
このスクランブルはサブバンド信号の局部的な二次元統
計量のほとんどを維持する。従って、暗号化され、復号
化された画像に対するシャッフルの視覚的効果がドラマ
ティックな状態で、その後の統計学的符号化に与える否
定的な影響が最小となる。一般に、統計学的符号化の影
響に対する安全性に妥協するようにブロックサイズを選
択することができ、ブロックが大きくなり、かつ少数に
なれば、安全性が低下するが、統計的符号化に対する影
響は少なくなる。
れるスクランブルはブロックをベースとしているので、
このスクランブルはサブバンド信号の局部的な二次元統
計量のほとんどを維持する。従って、暗号化され、復号
化された画像に対するシャッフルの視覚的効果がドラマ
ティックな状態で、その後の統計学的符号化に与える否
定的な影響が最小となる。一般に、統計学的符号化の影
響に対する安全性に妥協するようにブロックサイズを選
択することができ、ブロックが大きくなり、かつ少数に
なれば、安全性が低下するが、統計的符号化に対する影
響は少なくなる。
【００６５】統計学的符号化に対する影響がほとんどな
いように安全性を更に改善するために、シャッフルキ
ー、すなわちシャッフルマップと共に、シャッフルされ
たサブバンド１２４をブロックローテータ１２６に入力
することができる。ブロックローテータ１２６は各ブロ
ックに対し、８つの可能な配置（ブロックシャフラ１２
２を機能させた場合をさせない場合に対し、０，９０，
１８０及び２７０度の回転）のうちの１つを選択し、ブ
ロックをその配置となるように回転／転置し、回転さ
れ、シャッフルされたサブバンド１２８を発生する。
いように安全性を更に改善するために、シャッフルキ
ー、すなわちシャッフルマップと共に、シャッフルされ
たサブバンド１２４をブロックローテータ１２６に入力
することができる。ブロックローテータ１２６は各ブロ
ックに対し、８つの可能な配置（ブロックシャフラ１２
２を機能させた場合をさせない場合に対し、０，９０，
１８０及び２７０度の回転）のうちの１つを選択し、ブ
ロックをその配置となるように回転／転置し、回転さ
れ、シャッフルされたサブバンド１２８を発生する。
【００６６】（ビットスクランブル）図１３は、係数の
グループのビットをスクランブルするためのプロセスを
示す図である。いくつかの例は変換係数内の選択された
ビットをスクランブルし、画像を暗号化するための発明
の第２のサブ方法を示している。８つの係数値ｗ０〜ｗ
７の任意グループからなるテーブル１３２を示してお
り、各係数値は７つの振幅ビットｂ０〜ｂ６及び符号ビ
ットｓをを有しており、ビットｂ６が最有意ビットであ
り、ｂ０が最も有意でないビットである。暗号化は係数
値をランダムにするので、テーブル内の各係数を直接暗
号化することは、係数を暗号復号するのに必要な計算パ
ワー及び圧縮率の双方の点でコストがかかる。
グループのビットをスクランブルするためのプロセスを
示す図である。いくつかの例は変換係数内の選択された
ビットをスクランブルし、画像を暗号化するための発明
の第２のサブ方法を示している。８つの係数値ｗ０〜ｗ
７の任意グループからなるテーブル１３２を示してお
り、各係数値は７つの振幅ビットｂ０〜ｂ６及び符号ビ
ットｓをを有しており、ビットｂ６が最有意ビットであ
り、ｂ０が最も有意でないビットである。暗号化は係数
値をランダムにするので、テーブル内の各係数を直接暗
号化することは、係数を暗号復号するのに必要な計算パ
ワー及び圧縮率の双方の点でコストがかかる。
【００６７】係数の各ビットを３つのタイプのうちの１
つとして見ることができる。係数のための有意ビットは
１の値を有する最有意ビットであり、先行する任意のビ
ットは０の値を有する。これらビットは係数の大きさを
既知のレンジに制限する。更新ビットは既知のレンジ内
の係数を更新するのに使用される残りの振幅ビットであ
り、符号ビットは既知のレンジが正であるか負であるか
を決定する。
つとして見ることができる。係数のための有意ビットは
１の値を有する最有意ビットであり、先行する任意のビ
ットは０の値を有する。これらビットは係数の大きさを
既知のレンジに制限する。更新ビットは既知のレンジ内
の係数を更新するのに使用される残りの振幅ビットであ
り、符号ビットは既知のレンジが正であるか負であるか
を決定する。
【００６８】本発明では、符号化されるビットタイプに
応じてビットストリーム符号化器の効率が異なる。ほと
んどの変換は大きさの小さい多数の係数を発生するが、
このことは有意ビットは１の値ではなく、０の値を有す
る可能性がより高いことを意味している。ジグザグ状の
順序及びウェーブレット変換も、小さい大きさの定数を
ひとまとめにグループ化する傾向がある。従って、有意
ビットは比較的低いエントロピを有するので、高度に圧
縮可能である。他方、ほとんどの変換は１又は０のほぼ
等しい確率を有し、隣接する係数の符号ビットと大きな
相関性がない符号ビットを有する係数を発生する。更新
ビットも１又は０のほぼ等しい確率を有する傾向があ
り、隣接する更新ビットと大きな相関性はない。これら
ビットはエントロピが高く、予測性が限られているの
で、符号ビット及び更新ビットは極めて圧縮率があると
は言えない。
応じてビットストリーム符号化器の効率が異なる。ほと
んどの変換は大きさの小さい多数の係数を発生するが、
このことは有意ビットは１の値ではなく、０の値を有す
る可能性がより高いことを意味している。ジグザグ状の
順序及びウェーブレット変換も、小さい大きさの定数を
ひとまとめにグループ化する傾向がある。従って、有意
ビットは比較的低いエントロピを有するので、高度に圧
縮可能である。他方、ほとんどの変換は１又は０のほぼ
等しい確率を有し、隣接する係数の符号ビットと大きな
相関性がない符号ビットを有する係数を発生する。更新
ビットも１又は０のほぼ等しい確率を有する傾向があ
り、隣接する更新ビットと大きな相関性はない。これら
ビットはエントロピが高く、予測性が限られているの
で、符号ビット及び更新ビットは極めて圧縮率があると
は言えない。
【００６９】一実施形態において、本発明は、各係数か
ら個々の有意でないビットを選択し、これらビットをス
クランブルする。これらビットは開始するための予測性
が限られているので、これらビットをスクランブルする
結果、ビットストリームの符号化効率が無視できる程度
に低下する。図１３では、テーブル１３２からの係数は
暗号化鍵（暗号化キー）と共に符号ビットスクランブラ
１３０へ送られる。このキーは、例えば、符号ビットと
擬似ランダムビットストリームとを排他的ＯＲ演算する
ことにより、符号ビットをスクランブルし、歪んだ係数
ｗ０〜ｗ７を発生するのに使用される。テーブル１３４
内の係数のほぼ半分は誤った符号を有するが、符号を解
読しようとする侵入者はどれが誤った符号を有するかを
知ることはできない。符号を反転した係数はそれらを誘
導したピクセルの全ブロックにわたってそれらのエネル
ギを分散させているので、画質が深刻に劣化する際には
符号ビットスクランブルは極めて効果的である。
ら個々の有意でないビットを選択し、これらビットをス
クランブルする。これらビットは開始するための予測性
が限られているので、これらビットをスクランブルする
結果、ビットストリームの符号化効率が無視できる程度
に低下する。図１３では、テーブル１３２からの係数は
暗号化鍵（暗号化キー）と共に符号ビットスクランブラ
１３０へ送られる。このキーは、例えば、符号ビットと
擬似ランダムビットストリームとを排他的ＯＲ演算する
ことにより、符号ビットをスクランブルし、歪んだ係数
ｗ０〜ｗ７を発生するのに使用される。テーブル１３４
内の係数のほぼ半分は誤った符号を有するが、符号を解
読しようとする侵入者はどれが誤った符号を有するかを
知ることはできない。符号を反転した係数はそれらを誘
導したピクセルの全ブロックにわたってそれらのエネル
ギを分散させているので、画質が深刻に劣化する際には
符号ビットスクランブルは極めて効果的である。
【００７０】すべて正のピクセル値を有する画像を変換
する際には、タームから画像の平均値を除かないなら
ば、ローパス係数又は“ＤＣ”係数の符号は常に正とな
る。かかる係数に対する符号ビットを単にスクランブル
することは、安全性の点で効率的でない形態になり得
る。その理由は、ＤＣ係数のロケーションは既知である
か又は容易に推測できるからである。この場合、ターム
の符号は予め定められた値の周辺、例えば係数に対する
最大値の半分の周りで係数の大きさを反転することによ
って切り換えできる。これとは異なり、ＤＣ係数を差分
符号化すべき場合には、差分符号化の後に符号ビットを
スクランブルすることができる。
する際には、タームから画像の平均値を除かないなら
ば、ローパス係数又は“ＤＣ”係数の符号は常に正とな
る。かかる係数に対する符号ビットを単にスクランブル
することは、安全性の点で効率的でない形態になり得
る。その理由は、ＤＣ係数のロケーションは既知である
か又は容易に推測できるからである。この場合、ターム
の符号は予め定められた値の周辺、例えば係数に対する
最大値の半分の周りで係数の大きさを反転することによ
って切り換えできる。これとは異なり、ＤＣ係数を差分
符号化すべき場合には、差分符号化の後に符号ビットを
スクランブルすることができる。
【００７１】他の実施形態では、係数の更新ビットをス
クランブルできる。有意ビット及び符号ビットは大きさ
のレンジを定め、その後、更新ビットは係数値に多くて
±３３％を加えるだけにすぎないので、このようなスク
ランブルは符号ビットスクランブルと同じレベルの劣化
を発生しない。それにもかかわらず、更新ビットのスク
ランブルは、複雑さはあまり増すことなく、更に画像劣
化及び安全性を大きくする。更新ビットスクランブラは
符号ビットスクランブラ１３０と同じように実現でき
る。唯一の差異は更新ビットがテーブル１３２内の特定
の列を占有しないことである。従って、更新ビットスク
ランブラは、各係数からの最有意（最上位）の更新ビッ
ト又は２つの最有意の更新ビットしかスクランブルしな
いように選択できる。後者のオプションはテーブル１３
２の特定のケースにおいて、次のビット、すなわち係数
ｗ０のｂ４及びｂ５，ｗ１のビットｂ２及びｂ３，ｗ２
のビットｂ４及びビットｂ３，ｗ３及びｗ４のビットｂ
０及びｂ１，ｗ７のビットｂ０をスクランブルすること
に対応する（ｗ５及びｗ６に対するビットは無し）。
クランブルできる。有意ビット及び符号ビットは大きさ
のレンジを定め、その後、更新ビットは係数値に多くて
±３３％を加えるだけにすぎないので、このようなスク
ランブルは符号ビットスクランブルと同じレベルの劣化
を発生しない。それにもかかわらず、更新ビットのスク
ランブルは、複雑さはあまり増すことなく、更に画像劣
化及び安全性を大きくする。更新ビットスクランブラは
符号ビットスクランブラ１３０と同じように実現でき
る。唯一の差異は更新ビットがテーブル１３２内の特定
の列を占有しないことである。従って、更新ビットスク
ランブラは、各係数からの最有意（最上位）の更新ビッ
ト又は２つの最有意の更新ビットしかスクランブルしな
いように選択できる。後者のオプションはテーブル１３
２の特定のケースにおいて、次のビット、すなわち係数
ｗ０のｂ４及びｂ５，ｗ１のビットｂ２及びｂ３，ｗ２
のビットｂ４及びビットｂ３，ｗ３及びｗ４のビットｂ
０及びｂ１，ｗ７のビットｂ０をスクランブルすること
に対応する（ｗ５及びｗ６に対するビットは無し）。
【００７２】特定の既知のビットストリーム符号化器と
共に作動する、本発明による選択的ビットスクランブル
の他の形態を考え付くことができる。例えば、ＭＰＥＧ
１はランレングス及び係数値に基づき、既知の可変長符
号と共にＤＣＴ係数を伝送する。所定のランレングスに
対し、多くの係数値は同じ長さの可変長符号を発生でき
る。かかる任意の係数値はＭＰＥＧ１のビットストリー
ム符号化器のビットレートを増すことなく、他の任意の
かかる係数値に置換できる。先の実施形態は静止画像，
イントラ符号化された動画フレーム及び時間予測に関連
する残差動画フレームに対する空間−周波数変換の暗号
化を可能にする。別の実施形態では、処理パワー又はバ
ンド幅のペナルティがほとんどない状態で、予測動画に
対する暗号化を大幅に改善する。この実施形態では、例
えば上述の方法のうちの１つを使って動きベクトル情報
をスクランブルする。
共に作動する、本発明による選択的ビットスクランブル
の他の形態を考え付くことができる。例えば、ＭＰＥＧ
１はランレングス及び係数値に基づき、既知の可変長符
号と共にＤＣＴ係数を伝送する。所定のランレングスに
対し、多くの係数値は同じ長さの可変長符号を発生でき
る。かかる任意の係数値はＭＰＥＧ１のビットストリー
ム符号化器のビットレートを増すことなく、他の任意の
かかる係数値に置換できる。先の実施形態は静止画像，
イントラ符号化された動画フレーム及び時間予測に関連
する残差動画フレームに対する空間−周波数変換の暗号
化を可能にする。別の実施形態では、処理パワー又はバ
ンド幅のペナルティがほとんどない状態で、予測動画に
対する暗号化を大幅に改善する。この実施形態では、例
えば上述の方法のうちの１つを使って動きベクトル情報
をスクランブルする。
【００７３】（動きベクトルスクランブル）動き補償
は、動きベクトルのアレイ、例えば符号化すべきフレー
ムのマクロブロックにつき１つのベクトルを発生する。
これらベクトルは符号化すべきマクロブロックに対する
最適適合を有する基準フレーム（すなわち直前のＩフレ
ーム）における位置を基準とする。復号器は動きベクト
ルを使って同じ基準フレームにオフセットし、動きベク
トルが示す位置にある基準フレームからピクセルを抽出
し、新フレーム内でこれらピクセルを組み合わせること
によって予測フレームを構成する。
は、動きベクトルのアレイ、例えば符号化すべきフレー
ムのマクロブロックにつき１つのベクトルを発生する。
これらベクトルは符号化すべきマクロブロックに対する
最適適合を有する基準フレーム（すなわち直前のＩフレ
ーム）における位置を基準とする。復号器は動きベクト
ルを使って同じ基準フレームにオフセットし、動きベク
トルが示す位置にある基準フレームからピクセルを抽出
し、新フレーム内でこれらピクセルを組み合わせること
によって予測フレームを構成する。
【００７４】従って、動きベクトルの符号ビットを変え
（動きベクトルを差分符号化する場合には、差分符号化
の後に符号ビットをスクランブルできる）、動きベクト
ルアレイ内の動きベクトルをシャッフルするか、又は他
の方法で動きベクトルを歪ませることによって、予測フ
レーム（及び出力フレーム）を歪ませることができる。
（動きベクトルを差分符号化する場合には、差分符号化
の後に符号ビットをスクランブルできる）、動きベクト
ルアレイ内の動きベクトルをシャッフルするか、又は他
の方法で動きベクトルを歪ませることによって、予測フ
レーム（及び出力フレーム）を歪ませることができる。
【００７５】（ハードウェアによる構成）図１４は、本
発明の一実施形態に係わる動画符号化器を示す図であ
る。この符号化器１４０はＭＰＥＧ動画符号化とコンパ
ーチブルであり、図１の動画符号化器３０に見られる機
能の多くを含む。しかしながら、符号化器１４０では量
子化器３４の出力及び動き補償器４４の動きベクトル出
力は上述の方法の１つ以上によって暗号化するために暗
号化器１４２へ送られる。暗号化後、暗号化されたＤＣ
Ｔ変換係数及び動きベクトルはビットストリーム符号化
器１４４へ送られる。
発明の一実施形態に係わる動画符号化器を示す図であ
る。この符号化器１４０はＭＰＥＧ動画符号化とコンパ
ーチブルであり、図１の動画符号化器３０に見られる機
能の多くを含む。しかしながら、符号化器１４０では量
子化器３４の出力及び動き補償器４４の動きベクトル出
力は上述の方法の１つ以上によって暗号化するために暗
号化器１４２へ送られる。暗号化後、暗号化されたＤＣ
Ｔ変換係数及び動きベクトルはビットストリーム符号化
器１４４へ送られる。
【００７６】図１５は、本発明の一実施形態に係わる暗
号化器を示す図である。暗号化器はハードワイヤによる
シーケンスの機能として存在し得るが、図１５のブロッ
ク図に示されるように構成可能な暗号化器１４２を実現
できる。データルータ／バッファ１６０は変換係数，動
きベクトル（適応可能な場合）及び１つ以上の暗号化キ
ー又はシャッフルテーブルを取り込み、暗号化中にこれ
らをキャッシュする。選択された暗号化コンフィグレー
ションに従い、ルータ／バッファ１６０はルータ／バッ
ファ１６０に接続された機能の１つ以上に適当なシーケ
ンスでデータを利用できるようにする。例えば各変換係
数ブロックの受信時にまずブロックを符号ビットハンド
ラ１６２及びビットスクランブラ１７０へ送って符号ビ
ットスクランブルを行うことができる。スライスのすべ
てのブロックが受信され、符号ビットがスクランブルさ
れると、このスライスはサブバンドブロック１６８へ向
けられ、次に係数シャッフラ１７２にサブバンドブロッ
クの１つ以上を送ることができる。ビットスクランブル
及び係数シャッフルを行った後に、ビットストリーム符
号化器１４４へバッファ化されたスライスが出力され
る。
号化器を示す図である。暗号化器はハードワイヤによる
シーケンスの機能として存在し得るが、図１５のブロッ
ク図に示されるように構成可能な暗号化器１４２を実現
できる。データルータ／バッファ１６０は変換係数，動
きベクトル（適応可能な場合）及び１つ以上の暗号化キ
ー又はシャッフルテーブルを取り込み、暗号化中にこれ
らをキャッシュする。選択された暗号化コンフィグレー
ションに従い、ルータ／バッファ１６０はルータ／バッ
ファ１６０に接続された機能の１つ以上に適当なシーケ
ンスでデータを利用できるようにする。例えば各変換係
数ブロックの受信時にまずブロックを符号ビットハンド
ラ１６２及びビットスクランブラ１７０へ送って符号ビ
ットスクランブルを行うことができる。スライスのすべ
てのブロックが受信され、符号ビットがスクランブルさ
れると、このスライスはサブバンドブロック１６８へ向
けられ、次に係数シャッフラ１７２にサブバンドブロッ
クの１つ以上を送ることができる。ビットスクランブル
及び係数シャッフルを行った後に、ビットストリーム符
号化器１４４へバッファ化されたスライスが出力され
る。
【００７７】図１６は本発明の一実施形態に係わる動画
復号器を示す図で、図１７は本発明の一実施形態に係わ
る暗号解読器を示す図である。復号器１５０及び関連す
る暗号復号器（暗号解読器）１５４は、基本的には上述
のプロセスの逆を実行して、最初に、暗号器１４２に供
給された変換係数及び動きベクトルを回復する。解読器
１５４はデータルータ／バッファ１６０と同様な機能を
実行するデータルータ／バッファ１８０を有する。ビッ
トデスクランブラ１９０，係数デシャッフラ１９２，ブ
ロックデシャッフラ１９４及びブロックデローテータ１
９６は、図１５における対応するブロックのプロセスの
逆を実行する。
復号器を示す図で、図１７は本発明の一実施形態に係わ
る暗号解読器を示す図である。復号器１５０及び関連す
る暗号復号器（暗号解読器）１５４は、基本的には上述
のプロセスの逆を実行して、最初に、暗号器１４２に供
給された変換係数及び動きベクトルを回復する。解読器
１５４はデータルータ／バッファ１６０と同様な機能を
実行するデータルータ／バッファ１８０を有する。ビッ
トデスクランブラ１９０，係数デシャッフラ１９２，ブ
ロックデシャッフラ１９４及びブロックデローテータ１
９６は、図１５における対応するブロックのプロセスの
逆を実行する。
【００７８】図４の復号器６２のような従来の復号器
は、動画符号化器１４０が発生したビットストリームを
受信でき、これをＭＰＥＧビットストリームとして理解
する。しかしながら復号された動画信号はスクランブル
された状態で生じる。同様に、本発明に係わる復号器１
５０は適当な暗号化キーにアクセスすることなく、かか
るビットストリームをＭＰＥＧビットストリームとして
理解できるが、動画信号をデスクランブルすることはで
きない。低周波サブバンド情報を暗号化しないように選
択することによって、適当なキーを用いることなく従来
技術の復号器及び暗号用復号器のユーザに、あるレベル
のトランスペアレンシを与えることができる。これらユ
ーザは動画のノイズの多い低ディテールのバージョンを
見ることができる。同様に、ユーザが１つのキーを有す
る劣化した動画及びユーザがすべてのキーを有する場合
にはクリアな動画を受信できるように、クリアな画像は
異なるサブバンドに対する異なるキーを必要とすること
がある。
は、動画符号化器１４０が発生したビットストリームを
受信でき、これをＭＰＥＧビットストリームとして理解
する。しかしながら復号された動画信号はスクランブル
された状態で生じる。同様に、本発明に係わる復号器１
５０は適当な暗号化キーにアクセスすることなく、かか
るビットストリームをＭＰＥＧビットストリームとして
理解できるが、動画信号をデスクランブルすることはで
きない。低周波サブバンド情報を暗号化しないように選
択することによって、適当なキーを用いることなく従来
技術の復号器及び暗号用復号器のユーザに、あるレベル
のトランスペアレンシを与えることができる。これらユ
ーザは動画のノイズの多い低ディテールのバージョンを
見ることができる。同様に、ユーザが１つのキーを有す
る劣化した動画及びユーザがすべてのキーを有する場合
にはクリアな動画を受信できるように、クリアな画像は
異なるサブバンドに対する異なるキーを必要とすること
がある。
【００７９】開示された実施形態の別の特徴は、キーの
知識がなくても出力ビットストリームをトランス符号化
できることである。例えば、適当なビットストリーム復
号器に暗号化された出力ビットストリームを通過させ、
次に新しいビットストリーム符号化器に通過させること
ができる。これとは異なり、埋め込み符号化器のような
符号化器では、本発明に係わる暗号復号器の能力に影響
することなく、任意の点でフレームのための出力ビット
ストリームを切り捨てて、残っているビットストリーム
のどの部分も暗号復号することができる。
知識がなくても出力ビットストリームをトランス符号化
できることである。例えば、適当なビットストリーム復
号器に暗号化された出力ビットストリームを通過させ、
次に新しいビットストリーム符号化器に通過させること
ができる。これとは異なり、埋め込み符号化器のような
符号化器では、本発明に係わる暗号復号器の能力に影響
することなく、任意の点でフレームのための出力ビット
ストリームを切り捨てて、残っているビットストリーム
のどの部分も暗号復号することができる。
【００８０】スクランブルプロセスの安全性は次のよう
に分析できる。符号ビットの暗号化を行うには、符号解
読攻撃者が１つの原フレームを完全に回復しなければな
らない場合、２M回の試行の消尽的サーチが必要であ
る。この場合、Ｍはフレーム内の０でない係数の数であ
る。５１２×５１２のフレームでは２５６個の０でない
係数しか存在していないと従来通り仮定した場合、必要
な試行回数は約１０75回となる。攻撃者が原符号ビット
の最良推定値をサーチするのに、空間的領域内のスムー
ズネス制約を使用した場合、各試行は１回の逆変換（少
なくとも１回の局部的逆変換）を含む。当然ながら、符
号の暗号化は画像を完全に認識できないようにすること
はできないので、攻撃者は完全な画像を回復するのにか
かる努力はしない。
に分析できる。符号ビットの暗号化を行うには、符号解
読攻撃者が１つの原フレームを完全に回復しなければな
らない場合、２M回の試行の消尽的サーチが必要であ
る。この場合、Ｍはフレーム内の０でない係数の数であ
る。５１２×５１２のフレームでは２５６個の０でない
係数しか存在していないと従来通り仮定した場合、必要
な試行回数は約１０75回となる。攻撃者が原符号ビット
の最良推定値をサーチするのに、空間的領域内のスムー
ズネス制約を使用した場合、各試行は１回の逆変換（少
なくとも１回の局部的逆変換）を含む。当然ながら、符
号の暗号化は画像を完全に認識できないようにすること
はできないので、攻撃者は完全な画像を回復するのにか
かる努力はしない。
【００８１】次のステップ、すなわちブロックシャッフ
リングは経験的な結果において示すように、画像を完全
に判読不能にする。理論的にはシャッフリングテーブル
を知ることなく画像フレームを回復することは極めて困
難である。６４個のブロックを含むサブバンドを検討す
る。これら６４個のブロックは６４！の可能な置換のう
ちの１つにシャッフルされる。当然ながら、特に高周波
サブバンドに対し、ゼロ係数しか含まない多数のブロッ
クが存在し得る。ｎ個のゼロブロックがあり、他のすべ
てのブロックは互いに異なると仮定すると、異なる置換
の数は６４！／ｎ！となる。ｎ＝４８であれば、異なる
置換の数は約１０28となり、各置換はサブバンドの置換
によって影響されるすべてのブロックに対し、逆変換す
ることを必要とする。
リングは経験的な結果において示すように、画像を完全
に判読不能にする。理論的にはシャッフリングテーブル
を知ることなく画像フレームを回復することは極めて困
難である。６４個のブロックを含むサブバンドを検討す
る。これら６４個のブロックは６４！の可能な置換のう
ちの１つにシャッフルされる。当然ながら、特に高周波
サブバンドに対し、ゼロ係数しか含まない多数のブロッ
クが存在し得る。ｎ個のゼロブロックがあり、他のすべ
てのブロックは互いに異なると仮定すると、異なる置換
の数は６４！／ｎ！となる。ｎ＝４８であれば、異なる
置換の数は約１０28となり、各置換はサブバンドの置換
によって影響されるすべてのブロックに対し、逆変換す
ることを必要とする。
【００８２】変換ブロックのグループごとに多数のサブ
バンドがあり、フレームごとに多数のグループがあり、
１秒ごとに多数のフレームがあると仮定した場合、ブロ
ックシャッフルされた変換画像に対し、かなりの量の符
号の不正解読を実行することがすぐに不可能となる。ウ
ェーブレット変換データを用いた場合、攻撃者は例えば
エッジの連続性のような係数画像の一部の構造を利用す
ることによって変換領域内の最良の予測値を直接サーチ
することを潜在的に試みることができる。しかしなが
ら、このような攻撃は特に動画のコンテンツに関する予
備的な知識がない場合、係数画像の相関性のない性質の
ため、構成することは困難である。回復を助けるには人
手による相互作用が必要である。しかしながら、このこ
とはコンピュータによって自動化された回復と比較し
て、試行ごとに、より長い時間が必要である。
バンドがあり、フレームごとに多数のグループがあり、
１秒ごとに多数のフレームがあると仮定した場合、ブロ
ックシャッフルされた変換画像に対し、かなりの量の符
号の不正解読を実行することがすぐに不可能となる。ウ
ェーブレット変換データを用いた場合、攻撃者は例えば
エッジの連続性のような係数画像の一部の構造を利用す
ることによって変換領域内の最良の予測値を直接サーチ
することを潜在的に試みることができる。しかしなが
ら、このような攻撃は特に動画のコンテンツに関する予
備的な知識がない場合、係数画像の相関性のない性質の
ため、構成することは困難である。回復を助けるには人
手による相互作用が必要である。しかしながら、このこ
とはコンピュータによって自動化された回復と比較し
て、試行ごとに、より長い時間が必要である。
【００８３】ブロックローテーションはキーがない場
合、原フレームの回復を更に困難にする。このケースで
は、８つの巡回（回転）方法が可能であるとすると、６
４のローテーションを満たすには潜在的に５１２個（６
４×８）の候補ブロックがある。再度、解凍されたサブ
バンド内にｎ個のゼロブロックがあり、他のすべてのブ
ロックが互いに異なると仮定すると、異なるコンフィギ
ュレーションの数は５１２！／（８ｎ）！となり、この
数は６４！／ｎ！よりもかなり多い。
合、原フレームの回復を更に困難にする。このケースで
は、８つの巡回（回転）方法が可能であるとすると、６
４のローテーションを満たすには潜在的に５１２個（６
４×８）の候補ブロックがある。再度、解凍されたサブ
バンド内にｎ個のゼロブロックがあり、他のすべてのブ
ロックが互いに異なると仮定すると、異なるコンフィギ
ュレーションの数は５１２！／（８ｎ）！となり、この
数は６４！／ｎ！よりもかなり多い。
【００８４】各開示された方法を好ましい順序で別々
に、又は組み合わせて使用することができる。異なる動
画フレームに対してシャッフル／ローテーションテーブ
ルは同じにすることはできない。より安全な動画伝送を
するには、単一キーを使用し、連続的な動画フレームを
スクランブルするための一セットの異なるシャッフル／
ローテーションテーブルを発生できる。トレードオフは
若干複雑さが増すことであるが、よりダイナミックなシ
ャッフル／ローテーションテーブルによってシステムを
より安全にできる。時間が進むにつれてキーを更新して
ダイナミックなキーに基づくスクランブルシステムを提
供することも可能である。このシステムではキー発生、
伝送及び利用のための公知の方法を使用できる。
に、又は組み合わせて使用することができる。異なる動
画フレームに対してシャッフル／ローテーションテーブ
ルは同じにすることはできない。より安全な動画伝送を
するには、単一キーを使用し、連続的な動画フレームを
スクランブルするための一セットの異なるシャッフル／
ローテーションテーブルを発生できる。トレードオフは
若干複雑さが増すことであるが、よりダイナミックなシ
ャッフル／ローテーションテーブルによってシステムを
より安全にできる。時間が進むにつれてキーを更新して
ダイナミックなキーに基づくスクランブルシステムを提
供することも可能である。このシステムではキー発生、
伝送及び利用のための公知の方法を使用できる。
【００８５】シャッフルされたブロックはフレームにわ
たって隣接していてもよいし、空間的に分散していても
よいし、またランダムに位置していてもよい。隣接ブロ
ックは復号器のメモリ条件及びシステムの潜在能力を低
減する傾向があるので隣接ブロックが好ましい。一般
に、Ｉフレームをスクランブルすることにより、Ｉフレ
ームに対するＰ／Ｂフレームの依存性に起因して、次の
Ｐ／Ｂフレームを認識することがより困難となる。これ
により、Ｐ／Ｂフレームをスクランブルする必要はない
という結論が得られる。Ｐ及びＢフレームのすべてをス
クランブルする必要はないが、これらフレームの少なく
ともイントラ符号化されたブロックをスクランブルする
ことが好ましく、動きベクトル情報もスクランブルする
ことがより好ましい。
たって隣接していてもよいし、空間的に分散していても
よいし、またランダムに位置していてもよい。隣接ブロ
ックは復号器のメモリ条件及びシステムの潜在能力を低
減する傾向があるので隣接ブロックが好ましい。一般
に、Ｉフレームをスクランブルすることにより、Ｉフレ
ームに対するＰ／Ｂフレームの依存性に起因して、次の
Ｐ／Ｂフレームを認識することがより困難となる。これ
により、Ｐ／Ｂフレームをスクランブルする必要はない
という結論が得られる。Ｐ及びＢフレームのすべてをス
クランブルする必要はないが、これらフレームの少なく
ともイントラ符号化されたブロックをスクランブルする
ことが好ましく、動きベクトル情報もスクランブルする
ことがより好ましい。
【００８６】（実験結果） ・ウェーブレットベースによるシステム 一セットの特定の例に対する実験結果を、表及び画像と
してレポートする。図１８及び図１９は本発明の性能を
示す画像を示した図であるが、これら画像は本発明を完
全に理解する上で必要なものではない。
してレポートする。図１８及び図１９は本発明の性能を
示す画像を示した図であるが、これら画像は本発明を完
全に理解する上で必要なものではない。
【００８７】第１のセットの実験では、入力画像フレー
ムに対し５レベルのウェーブレット分解を実行する。ま
ず、所定のキーから発生された１及び−１の等しい確率
を有する一連の独立した同一の分散した（ｉ．ｉ．
ｄ．）擬似ランダムビットを使用して、ウェーブレット
係数の符号ビットを暗号化する。これら擬似ランダムビ
ットは原符号ビットと排他的ＯＲ演算され、この結果得
られるビットを係数のスクランブルされた符号ビットと
して使用する。キー及びスクランブルされた符号が過程
されると、原符号は同じシーケンスの擬似ランダムビッ
トとの別の排他的ＯＲ演算によって完全に回復できる。
図１８の画像１（ａ）は原画像を示すが、画像１（ｂ）
は符号暗号化及び暗号復号を行わない復号後の同じ画像
を示す。画像１（ｂ）は大幅に歪んでいるが、画像のコ
ンテンツの主な構造はまだ認識可能である。この暗号化
された画像はトランスペアレンシを所定のレベルとす
る。
ムに対し５レベルのウェーブレット分解を実行する。ま
ず、所定のキーから発生された１及び−１の等しい確率
を有する一連の独立した同一の分散した（ｉ．ｉ．
ｄ．）擬似ランダムビットを使用して、ウェーブレット
係数の符号ビットを暗号化する。これら擬似ランダムビ
ットは原符号ビットと排他的ＯＲ演算され、この結果得
られるビットを係数のスクランブルされた符号ビットと
して使用する。キー及びスクランブルされた符号が過程
されると、原符号は同じシーケンスの擬似ランダムビッ
トとの別の排他的ＯＲ演算によって完全に回復できる。
図１８の画像１（ａ）は原画像を示すが、画像１（ｂ）
は符号暗号化及び暗号復号を行わない復号後の同じ画像
を示す。画像１（ｂ）は大幅に歪んでいるが、画像のコ
ンテンツの主な構造はまだ認識可能である。この暗号化
された画像はトランスペアレンシを所定のレベルとす
る。
【００８８】安全性を更に高めるためには、ウェーブレ
ット係数のブロックをシャッフルする。各サブバンドに
対し、係数を同じサイズの６４個のブロックに分割す
る。例えば画像サイズが５１２×５１２であれば、最高
レベルのサブバンドは２５６×２５６のサイズを有し、
最低レベルのサブバンドは１６×１６のサイズを有す
る。本発明では、各サブバンドを６４個のブロックに分
割し、最低サブバンドに対し、２×２のブロックを発生
し、最高サブバンドに対し、３２×３２のブロックを発
生する。
ット係数のブロックをシャッフルする。各サブバンドに
対し、係数を同じサイズの６４個のブロックに分割す
る。例えば画像サイズが５１２×５１２であれば、最高
レベルのサブバンドは２５６×２５６のサイズを有し、
最低レベルのサブバンドは１６×１６のサイズを有す
る。本発明では、各サブバンドを６４個のブロックに分
割し、最低サブバンドに対し、２×２のブロックを発生
し、最高サブバンドに対し、３２×３２のブロックを発
生する。
【００８９】シャッフルテーブルを発生するには多数の
方法がある。これら実験では次の手順を使用する。ブロ
ックのロケーションに番号１，２，....，６４を付け
る。シードとしてキーを使ってＡ［０，１］で均一に分
散した擬似ランダム数を発生する。インターバル［０，
１］を等しい長さの６４個のサブインターバル１〜６４
に分割する。ランダム数はこのサブインターバルｊ内に
入ると仮定すると、最初のブロックはｊ番目のロケーシ
ョンにマッピングされる。次にインターバル［０，１］
を等しい長さの６３個のサブインターバルに分割し、第
２のランダム数を発生する。ランダム数がどのサブイン
ターバルに位置するかに応じ、第２ブロックは残りの６
３個のロケーションのうちの１つにマッピングされる。
すべてのブロックがマッピングされるまでこのプロセス
が続く。異なるサブバンドに対しては、異なるシャッフ
ルテーブルを発生する。ブロックローテーションも使用
する場合、サブインターバルの各々は更にサブ分割され
て、各ブロックのローテーションを決定する。
方法がある。これら実験では次の手順を使用する。ブロ
ックのロケーションに番号１，２，....，６４を付け
る。シードとしてキーを使ってＡ［０，１］で均一に分
散した擬似ランダム数を発生する。インターバル［０，
１］を等しい長さの６４個のサブインターバル１〜６４
に分割する。ランダム数はこのサブインターバルｊ内に
入ると仮定すると、最初のブロックはｊ番目のロケーシ
ョンにマッピングされる。次にインターバル［０，１］
を等しい長さの６３個のサブインターバルに分割し、第
２のランダム数を発生する。ランダム数がどのサブイン
ターバルに位置するかに応じ、第２ブロックは残りの６
３個のロケーションのうちの１つにマッピングされる。
すべてのブロックがマッピングされるまでこのプロセス
が続く。異なるサブバンドに対しては、異なるシャッフ
ルテーブルを発生する。ブロックローテーションも使用
する場合、サブインターバルの各々は更にサブ分割され
て、各ブロックのローテーションを決定する。
【００９０】画像１（ｃ）は、変換係数をブロックシャ
ッフルし、逆変換した後の画像１（ａ）を示す。原フレ
ームの特徴は実質的に認識できない。画像１（ｄ）はブ
ロックローテーションだけを示し、画像１（ｅ）は符号
の暗号化とブロックのシャッフルとの組み合わせを示
す。最後に、画像１（ｆ）は符号の暗号化と、ブロック
のシャッフルと、ブロックのローテーションの組み合わ
せの後の結果を示す。画像１（ｃ），１（ｅ）及び１
（ｆ）におけるスクランブルされた画像は、ほとんど同
じように理解できないが、安全性レベルが異なってい
る。
ッフルし、逆変換した後の画像１（ａ）を示す。原フレ
ームの特徴は実質的に認識できない。画像１（ｄ）はブ
ロックローテーションだけを示し、画像１（ｅ）は符号
の暗号化とブロックのシャッフルとの組み合わせを示
す。最後に、画像１（ｆ）は符号の暗号化と、ブロック
のシャッフルと、ブロックのローテーションの組み合わ
せの後の結果を示す。画像１（ｃ），１（ｅ）及び１
（ｆ）におけるスクランブルされた画像は、ほとんど同
じように理解できないが、安全性レベルが異なってい
る。
【００９１】比較のために、画像１（ｇ）は各サブバン
ド内でウェーブレット係数のラインをシャッフルする簡
単な方式の応用を実行した後の画像１（ａ）のバージョ
ンを示す。原画像は一部の垂直構造を有するが、ライン
のシャッフル方式は判読不能としない。
ド内でウェーブレット係数のラインをシャッフルする簡
単な方式の応用を実行した後の画像１（ａ）のバージョ
ンを示す。原画像は一部の垂直構造を有するが、ライン
のシャッフル方式は判読不能としない。
【００９２】表１に圧縮効率に対するこれらスクランブ
ル方法の各々の影響を示す。使用した圧縮方式は当技術
レベルの圧縮方式、すなわちレート−歪み最適化埋め込
み符号化（ＲＤＥ）及びレイヤゼロ符号化（ＬＺＣ）で
あった。符号の暗号化だけを行った場合、ピークの信号
対雑音比（ＰＳＮＲ）の損失はないことが、表１から理
解できる。ブロックシャッフリング又はブロックローテ
ーションを行うと、元のＰＳＮＲから０.２〜０.４ｄＢ
の損失（すなわち等価的には５％までのビットレートの
増加）しか生じない。これら３つの方式の組み合わせで
は、同様な量のＰＳＮＲの損失が観察されている。他
方、ラインスクランブル方式はＰＳＮＲの１.１ｄＢま
での損失を生じさせるが、これは等価的には２２％のビ
ットレートの増加である。
ル方法の各々の影響を示す。使用した圧縮方式は当技術
レベルの圧縮方式、すなわちレート−歪み最適化埋め込
み符号化（ＲＤＥ）及びレイヤゼロ符号化（ＬＺＣ）で
あった。符号の暗号化だけを行った場合、ピークの信号
対雑音比（ＰＳＮＲ）の損失はないことが、表１から理
解できる。ブロックシャッフリング又はブロックローテ
ーションを行うと、元のＰＳＮＲから０.２〜０.４ｄＢ
の損失（すなわち等価的には５％までのビットレートの
増加）しか生じない。これら３つの方式の組み合わせで
は、同様な量のＰＳＮＲの損失が観察されている。他
方、ラインスクランブル方式はＰＳＮＲの１.１ｄＢま
での損失を生じさせるが、これは等価的には２２％のビ
ットレートの増加である。
【００９３】
【表１】
【００９４】・８×８ブロックのＤＣＴに基づくシステ
ム 提案されたスクランブル方法をブリティッシュコロンビ
ア大学によって維持されているＨ．２６３証明モデル符
号化器に組み込む。これら実験ではテスト動画はＱＣＩ
Ｆサイズ（１７６×１４４）である。サブバンドシャッ
フリングのためにこれら実験はスライスとしてマクロブ
ロックの１行を扱う。スライス内で係数及び動きベクト
ルをシャッフルする。換言すれば、各サブバンド（周波
数ロケーション）に対し、輝度ブロックのこのバンドか
ら４４（１１×４）個の係数をシャッフルし、各色度成
分のこのバンドからの１１個の係数をシャッフルする。
２つの色度成分の特定のバンドから２２個の係数をグル
ープ化し、これらをシャッフルすることもできるが、か
かるテストに関し、この章では結果をレポートしない。
シャッフルするための１つのユニットとしてのスライス
を選択することは、スクランブルのためのメモリ条件を
制限することが目的である。
ム 提案されたスクランブル方法をブリティッシュコロンビ
ア大学によって維持されているＨ．２６３証明モデル符
号化器に組み込む。これら実験ではテスト動画はＱＣＩ
Ｆサイズ（１７６×１４４）である。サブバンドシャッ
フリングのためにこれら実験はスライスとしてマクロブ
ロックの１行を扱う。スライス内で係数及び動きベクト
ルをシャッフルする。換言すれば、各サブバンド（周波
数ロケーション）に対し、輝度ブロックのこのバンドか
ら４４（１１×４）個の係数をシャッフルし、各色度成
分のこのバンドからの１１個の係数をシャッフルする。
２つの色度成分の特定のバンドから２２個の係数をグル
ープ化し、これらをシャッフルすることもできるが、か
かるテストに関し、この章では結果をレポートしない。
シャッフルするための１つのユニットとしてのスライス
を選択することは、スクランブルのためのメモリ条件を
制限することが目的である。
【００９５】シャッフルテーブルの数を低減するため
に、いくつかのバンドからのＡＣ係数をグループにまと
め、同じシャッフルテーブルを使ってシャッフルする。
特にＤＣ係数は１つのシャッフルテーブルを使用する。
ジグザグ順序の最初の２つのＡＣバンド／係数は別のシ
ャッフルテーブルを共用する。次に、ジグザグ順序の次
の３つのＡＣバンドは１つのシャッフルテーブルを共用
し、次の４つのＡＣバンドは１つのシャッフルテーブル
を共用し、次々に同様なことを行う。次にレポートする
実験結果では、ジグザグ順序の最初の４５個のバンドし
かシャッフルしなかった。その他のバンドはそのままに
残した。
に、いくつかのバンドからのＡＣ係数をグループにまと
め、同じシャッフルテーブルを使ってシャッフルする。
特にＤＣ係数は１つのシャッフルテーブルを使用する。
ジグザグ順序の最初の２つのＡＣバンド／係数は別のシ
ャッフルテーブルを共用する。次に、ジグザグ順序の次
の３つのＡＣバンドは１つのシャッフルテーブルを共用
し、次の４つのＡＣバンドは１つのシャッフルテーブル
を共用し、次々に同様なことを行う。次にレポートする
実験結果では、ジグザグ順序の最初の４５個のバンドし
かシャッフルしなかった。その他のバンドはそのままに
残した。
【００９６】最初のテストではＩフレームのスクランブ
ルをテストした。画像２（ａ）は“自動車電話”のシー
ケンスからの原Ｉフレームを示す。画像２（ｂ）は係数
値に対する符号ビットの暗号化及び逆変換を行った後の
対応するフレームを示す。画像は大幅に歪んでいるが、
（可能性としては正しい符号を維持したＤＣ係数に大き
く起因し）画像の多くは判読可能なままである。符号の
暗号化を用いた場合／用いない場合（それぞれ画像２
（ｃ）及び２（ｄ））のスライス方法によるシャッフリ
ングによって、フレームは完全に理解できないものとな
ることが判る。比較のために、画像２（ｅ）は８×８ブ
ロック内で係数をシャッフルするTangの方法によって得
られた結果も示されている。この特定のシーケンスに対
し、Tangの方法を用いると、シーン内の人物はその人の
シャツが均一に暗くなっていることに起因し、多少認識
できるままである（ブロック内で係数をシャッフルして
も暗さは変化しない）。
ルをテストした。画像２（ａ）は“自動車電話”のシー
ケンスからの原Ｉフレームを示す。画像２（ｂ）は係数
値に対する符号ビットの暗号化及び逆変換を行った後の
対応するフレームを示す。画像は大幅に歪んでいるが、
（可能性としては正しい符号を維持したＤＣ係数に大き
く起因し）画像の多くは判読可能なままである。符号の
暗号化を用いた場合／用いない場合（それぞれ画像２
（ｃ）及び２（ｄ））のスライス方法によるシャッフリ
ングによって、フレームは完全に理解できないものとな
ることが判る。比較のために、画像２（ｅ）は８×８ブ
ロック内で係数をシャッフルするTangの方法によって得
られた結果も示されている。この特定のシーケンスに対
し、Tangの方法を用いると、シーン内の人物はその人の
シャツが均一に暗くなっていることに起因し、多少認識
できるままである（ブロック内で係数をシャッフルして
も暗さは変化しない）。
【００９７】表２は、Ｉフレームにおける圧縮効率に対
するスクランブル方法の影響を示す。予想されるよう
に、符号の暗号化は圧縮効率に影響しない。符号の暗号
化を行った場合／行わない場合のスライスに沿ったシャ
ッフルは、圧縮されたＩフレームのサイズを約１０％だ
け増加する。他方、ブロック内のシャッフルはフレーム
のサイズを１００％より多く増加する。
するスクランブル方法の影響を示す。予想されるよう
に、符号の暗号化は圧縮効率に影響しない。符号の暗号
化を行った場合／行わない場合のスライスに沿ったシャ
ッフルは、圧縮されたＩフレームのサイズを約１０％だ
け増加する。他方、ブロック内のシャッフルはフレーム
のサイズを１００％より多く増加する。
【００９８】
【表２】
【００９９】表３は、シーケンスの圧縮率に対するスク
ランブル方法の影響を示す。再び符号の暗号化は圧縮効
率に影響しない。符号の暗号化を行ったり／行わない、
スライスに沿ったシャッフル方法は、平均として圧縮さ
れたシーケンスのビットレートを約２０％だけ増加す
る。このことは、圧縮効率に対するスライスに沿ったシ
ャッフリング方法の影響はＩフレームよりもＰフレーム
でより深刻であること示唆している。Ｉフレーム（及び
イントラ符号化されたブロック）に対し、スライスに沿
ったシャッフルと符号の暗号化の双方を使用し、Ｐフレ
ームに対しては符号の暗号化しか使用しない場合、圧縮
されたシーケンスのビットレートは１.６％しか増加し
ない。比較として、ブロック内のタングのシャッフル方
法はビットレートを約５０％増加する。
ランブル方法の影響を示す。再び符号の暗号化は圧縮効
率に影響しない。符号の暗号化を行ったり／行わない、
スライスに沿ったシャッフル方法は、平均として圧縮さ
れたシーケンスのビットレートを約２０％だけ増加す
る。このことは、圧縮効率に対するスライスに沿ったシ
ャッフリング方法の影響はＩフレームよりもＰフレーム
でより深刻であること示唆している。Ｉフレーム（及び
イントラ符号化されたブロック）に対し、スライスに沿
ったシャッフルと符号の暗号化の双方を使用し、Ｐフレ
ームに対しては符号の暗号化しか使用しない場合、圧縮
されたシーケンスのビットレートは１.６％しか増加し
ない。比較として、ブロック内のタングのシャッフル方
法はビットレートを約５０％増加する。
【０１００】
【表３】
【０１０１】この実験では、テストしたすべてのスクラ
ンブル方式において、動きベクトル情報を暗号化しない
場合、詳細は見ることができなかったが、誰かがシーン
内でしゃべっていることを認識できた。一部のアプリケ
ーションでは動き情報の暗号化は重要となり得る。再構
成されたＰ／Ｂフレームは動きベクトルの精度に大きく
依存しているので、Ｐ／Ｂフレームをスクランブルする
ことは極めて効果的な方法でもある。
ンブル方式において、動きベクトル情報を暗号化しない
場合、詳細は見ることができなかったが、誰かがシーン
内でしゃべっていることを認識できた。一部のアプリケ
ーションでは動き情報の暗号化は重要となり得る。再構
成されたＰ／Ｂフレームは動きベクトルの精度に大きく
依存しているので、Ｐ／Ｂフレームをスクランブルする
ことは極めて効果的な方法でもある。
【０１０２】表３は、すべての係数の符号及びすべての
動きベクトルの符号を暗号化し、Ｉフレーム／ブロック
に対して、スライスに沿ったシャッフリングだけを行う
こと（Ｉ（符号＋スライス）＋Ｐ（符号＋ＭＶ＿符
号））によって安全性と符号化の効率とを極めて良好に
妥協できることを示している。この方法は、ビットレー
トを４.６％しか増加せず、動きベクトルの符号の暗号
化を実行した場合、動画シーケンスは完全に認識できな
い。上述のスクランブル方法の別の組み合わせも可能で
ある。例えばスライス内の動きベクトルをシャッフルす
る方法と、他の係数暗号化方式を組み合わせることがで
きる。
動きベクトルの符号を暗号化し、Ｉフレーム／ブロック
に対して、スライスに沿ったシャッフリングだけを行う
こと（Ｉ（符号＋スライス）＋Ｐ（符号＋ＭＶ＿符
号））によって安全性と符号化の効率とを極めて良好に
妥協できることを示している。この方法は、ビットレー
トを４.６％しか増加せず、動きベクトルの符号の暗号
化を実行した場合、動画シーケンスは完全に認識できな
い。上述のスクランブル方法の別の組み合わせも可能で
ある。例えばスライス内の動きベクトルをシャッフルす
る方法と、他の係数暗号化方式を組み合わせることがで
きる。
【０１０３】本明細書に示した暗号化システムは、完全
な動画伝送又は蓄積システムの１構成部品として使用で
きる。基本的にはこのシステムは圧縮及び伝送のような
他の部品と独立している。暗号化器と符号化器の別のブ
ロックを統合することによって性能を改善できる状況も
ある。例えば、コンテクストによって予測可能な符号化
器はシャッフルテーブルを活用して、ブロックの“実
際”のロケーションに基づき、コンテクスト及び係数の
符号化順序を決定し、これによりブロックシャッフルで
生じるエッジ効果によって生じる符号化の非効率性を低
減できる。かかるシステムにおける妥協点はフレキシビ
リティ（例えばトランス符号化性）である。当業者であ
れば、本明細書に示した概念は他の多くの、明らかで、
かつ有利な方法で拡張できることが理解できよう。かか
るわずかな変更は、本発明の範囲内に含まれるものであ
り、請求の範囲に入るものである。
な動画伝送又は蓄積システムの１構成部品として使用で
きる。基本的にはこのシステムは圧縮及び伝送のような
他の部品と独立している。暗号化器と符号化器の別のブ
ロックを統合することによって性能を改善できる状況も
ある。例えば、コンテクストによって予測可能な符号化
器はシャッフルテーブルを活用して、ブロックの“実
際”のロケーションに基づき、コンテクスト及び係数の
符号化順序を決定し、これによりブロックシャッフルで
生じるエッジ効果によって生じる符号化の非効率性を低
減できる。かかるシステムにおける妥協点はフレキシビ
リティ（例えばトランス符号化性）である。当業者であ
れば、本明細書に示した概念は他の多くの、明らかで、
かつ有利な方法で拡張できることが理解できよう。かか
るわずかな変更は、本発明の範囲内に含まれるものであ
り、請求の範囲に入るものである。
【０１０４】
【発明の効果】本発明によれば、リアルタイムのインタ
ラクティブなアプリケーションのために低コストの復号
機器及び少ない遅延を条件とするような、比較的簡単な
構成のディジタル画像スクランブル方式を、全体に良好
な安全性を伴って提供でき、この方式は画像の圧縮率に
対する悪影響が最小となる。また、本発明によれば、画
像に対して選択されたビットストリーム圧縮と独立し
て、暗号復号化をすることなく圧縮トランス符号化が可
能となる。
ラクティブなアプリケーションのために低コストの復号
機器及び少ない遅延を条件とするような、比較的簡単な
構成のディジタル画像スクランブル方式を、全体に良好
な安全性を伴って提供でき、この方式は画像の圧縮率に
対する悪影響が最小となる。また、本発明によれば、画
像に対して選択されたビットストリーム圧縮と独立し
て、暗号復号化をすることなく圧縮トランス符号化が可
能となる。
【図１】従来のＭＰＥＧ動画符号化器を示す図である。
【図２】ＭＰＥＧ動画フレームのためのデータ構造を示
す図である。
す図である。
【図３】ＭＰＥＧ動画ブロックのためのＤＣＴ及び変換
係数の順序付けを説明するための図である。
係数の順序付けを説明するための図である。
【図４】従来のＭＰＥＧ動画復号器を示す図である。
【図５】本発明に係わる画像符号化器を示すブロック図
である。
である。
【図６】本発明に係わる画像復号器を示すブロック図で
ある。
ある。
【図７】空間周波数の関数としてのＤＣＴ係数の大きさ
に対する信頼区間のトレンドを示す図である。
に対する信頼区間のトレンドを示す図である。
【図８】画像スライスの輝度成分からのＤＣＴ係数に対
するサブバンドの順序付けを説明するための図である。
するサブバンドの順序付けを説明するための図である。
【図９】本発明におけるサブバンドシャッフル技術の一
実施例を示す図である。
実施例を示す図である。
【図１０】本発明におけるサブバンドシャッフル技術の
一実施例を示す図である。
一実施例を示す図である。
【図１１】ウェーブレット変換係数マップのためのサブ
バンドの構成を示す図である。
バンドの構成を示す図である。
【図１２】ウェーブレット変換のサブバンドをシャッフ
ルするためのプロセスを示す図である。
ルするためのプロセスを示す図である。
【図１３】係数のグループのビットをスクランブルする
ためのプロセスを示す図である。
ためのプロセスを示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係わる動画符号化器を
示す図である。
示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係わる暗号化器を示す
図である。
図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係わる動画復号器を示
す図である。
す図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係わる暗号解読器を示
す図である。
す図である。
【図１８】本発明の性能を示す画像を示した図である。
【図１９】本発明の性能を示す画像を示した図である。
３４…量子化器、４４…動き補償器、７２…画像変換
器、７４，１４２…暗号化器、７６，１４４…ビットス
トリーム符号化器、８２，１５２…ビットストリーム復
号器、８４，１５４…暗号解読器、８６…逆画像変換
器、１４０…符号化器、１５０…復号器、１６０，１８
０…データルータ／バッファ、１６２…符号ビットハン
ドラ、１７０…ビットスクランブラ、１７２…係数シャ
ッフラ、１７４…ブロックシャッフラ、１７６…ブロッ
クローテータ、１９０…ビットデスクランブラ、１９２
…係数デシャッフラ、１９４…ブロックデシャッフラ、
１９６…ブロックデローテータ。
器、７４，１４２…暗号化器、７６，１４４…ビットス
トリーム符号化器、８２，１５２…ビットストリーム復
号器、８４，１５４…暗号解読器、８６…逆画像変換
器、１４０…符号化器、１５０…復号器、１６０，１８
０…データルータ／バッファ、１６２…符号ビットハン
ドラ、１７０…ビットスクランブラ、１７２…係数シャ
ッフラ、１７４…ブロックシャッフラ、１７６…ブロッ
クローテータ、１９０…ビットデスクランブラ、１９２
…係数デシャッフラ、１９４…ブロックデシャッフラ、
１９６…ブロックデローテータ。
Claims (19)
- 【請求項１】 ディジタル画像暗号化方法において、元
のディジタル画像に対し、空間−周波数変換を実行し、
該ディジタル画像に対応する変換係数のマップを生成す
るステップと、 前記変換係数の符号ビットをスクランブルする処理、 前記変換係数の更新ビットをスクランブルする処理、 前記変換係数マップを二次元係数ブロックに区分し、該
係数マップ内で選択されたブロックをシャッフルする処
理、及び空間周波数サブバンドから一組の変換係数をグ
ループ分けし、グループ内で変換係数をシャッフルする
処理からなる群から選択した１つ以上の処理を行って変
換係数マップを暗号化するステップとを有することを特
徴とするディジタル画像暗号化方法。 - 【請求項２】 前記暗号化された変換係数マップをエン
トロピ符号化するステップを更に含むことを特徴とする
請求項１記載のディジタル画像暗号化方法。 - 【請求項３】 元の変換係数マップの１つ以上の空間周
波数サブバンドは前記暗号化ステップをバイパスするこ
とを特徴とする請求項１記載のディジタル画像暗号化方
法。 - 【請求項４】 画像データのブロック全体として予測さ
れる圧縮率と比較して、予測される圧縮率の平均値より
も低い圧縮率を有するビットのグループを画像データの
ブロックにわたって選択するステップと、 該ビットのグループをスクランブルするステップとを有
することを特徴とするディジタルデータのブロックを暗
号化するためのディジタル画像データブロック暗号化方
法。 - 【請求項５】 前記ディジタルデータのブロックは空間
−周波数変換係数のマップを含むことを特徴とする請求
項４記載のディジタルデータブロック暗号化方法。 - 【請求項６】 前記ビットのグループは前記変換係数マ
ップからの符号ビットを含むことを特徴とする請求項５
記載のディジタルデータブロック暗号化方法。 - 【請求項７】 前記ビットのグループは前記変換係数マ
ップからの更新ビットを含むことを特徴とする請求項５
記載のディジタルデータブロック暗号化方法。 - 【請求項８】 前記ディジタルデータのブロックは動き
補償データを含むことを特徴とする請求項４記載のディ
ジタルデータブロック暗号化方法。 - 【請求項９】 動き補償データ成分を含むディジタル動
画ストリームを暗号化するためのディジタル動画スクラ
ンブル暗号化方法であって、ディジタル動画ストリーム
のビットストリーム符号化前に、該ディジタル動画スト
リームの動き補償データ成分を選択的にスクランブルす
るステップを有することを特徴とするディジタル動画ス
クランブル暗号化方法。 - 【請求項１０】 前記動き補償データ成分を選択的にス
クランブルするステップは、前記動き補償データ値の符
号ビットをスクランブルするステップを有することを特
徴とする請求項９記載のディジタル動画スクランブル暗
号化方法。 - 【請求項１１】 前記動き補償データ成分を選択的にス
クランブルするステップは、動きベクトルのグループを
選択し、該グループ内で前記ベクトルをシャッフルする
ステップを有することを特徴とする請求項９記載のディ
ジタル動画スクランブル暗号化方法。 - 【請求項１２】 暗号化バッファと、 該暗号化バッファに蓄積された変換データに演算を行う
少なくとも１つの暗号化サブシステムとを有し、該暗号
化サブシステムは、 符号の付いた係数を有する空間−周波数変換係数のマッ
プを受け入れ、該係数の符号ビットをスクランブルする
符号ビットスクランブラと、 空間−周波数変換係数のマップを受け入れ、二次元係数
ブロックを該マップ内の擬似ランダムロケーションへシ
ャッフルするブロックシャッフラと、 空間−周波数変換係数のマップを受け入れ、二次元係数
ブロックを擬似ランダム配列に巡回させるブロックロー
テータと、 空間周波数サブバンドの変換係数を、擬似ランダムロケ
ーションへシャッフルする係数シャッフラとからなる群
から選択されていることを特徴とする画像暗号化システ
ム。 - 【請求項１３】 前記暗号化サブシステムが供給する暗
号化変換されたデータを処理するエントロピ符号化器を
更に含むことを特徴とする請求項１２記載の画像暗号化
システム。 - 【請求項１４】 前記符号ビットスクランブラは符号の
付いた動きベクトルをビットスクランブル処理するステ
ップを含むことを特徴とする請求項１２記載の画像暗号
化システム。 - 【請求項１５】 前記係数シャッフラは動きベクトル成
分のグループをシャッフル処理するステップを含むこと
を特徴とする請求項１２記載の画像暗号化システム。 - 【請求項１６】 暗号解読バッファと、 該暗号解読バッファに蓄積された暗号化された変換デー
タに演算を行う少なくとも１つの暗号解読サブシステム
とを有し、該暗号解読サブシステムは、 空間−周波数変換係数のマップ及び／又は暗号化された
符号ビットを有する動きビットアレイを受け入れ、暗号
化された符号ビットに暗号解読鍵を適用し、元の符号ビ
ットを再形成する符号ビットデスクランブラと、 シャッフルされた二次元の係数ブロックを有する空間−
周波数変換係数のマップを受け入れ、該係数ブロックの
パターンに暗号解読鍵を適用し、該ブロックを元のロケ
ーションに蓄積し直すブロックデシャッフラと、 巡回された二次元の係数ブロックを有する空間−周波数
変換係数のマップを受け入れ、該係数ブロックのパター
ンに暗号解読鍵を適用し、該ブロックを元の配置に蓄積
し直すブロックデローテータと、 空間周波数サブバンドの変換係数がシャッフルされたパ
ターンに暗号解読鍵を適用し、グループ内の前記係数を
元のロケーションに蓄積し直す係数デシャッフラとから
なる群から選択されたものであることを特徴とする暗号
化された画像を解読することを特徴とする暗号化画像解
読システム。 - 【請求項１７】 入力ビットストリームに演算を行い、
暗号化された変換データを前記暗号解読バッファに供給
するエントロピ復号器を更に含むことを特徴とする請求
項１６記載の暗号化画像解読システム。 - 【請求項１８】 前記符号ビットデスクランブラは暗号
化された符号ビットを有する動きベクトルアレイを元の
符号ビットを有する動きベクトルアレイに処理すること
を特徴とする請求項１６記載の暗号化画像解読システ
ム。 - 【請求項１９】 前記係数デシャッフラはシャッフルさ
れた動きベクトルデータを有する動きベクトルアレイを
元の動きベクトルデータを有する動きベクトルアレイに
処理することを特徴とする請求項１６記載の暗号化画像
解読システム。
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