JP2007068111A - 動画像再生装置、動画像再生方法及び動画像再生プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 デコードされた動画像データの不正な取得を防止できる手段を提供することで、デジタルコンテンツを保護する。
【解決手段】 ビデオデコーダ３２はエンコードされた動画像データをデコードする。暗号化部３２はビデオデコーダ３２によりデコードされた動画像データを部分的に暗号化する。暗号化部３２により部分的に暗号化された動画像データは、システムバス２を介してディスプレイコントローラ１４に入力される。ディスプレイコントローラ１４内に組み込まれた復号部１４０は、部分的に暗号化された動画像データを復号する。ディスプレイコントローラ１４は復号された動画像データに対応する動画像をＬＣＤ１４１に表示する。
【選択図】 図２

Description

本発明はエンコードされた映像コンテンツをデコード及び再生する動画像再生装置に関する。

ＤＶＤを代表とするデジタル形式の映像音声コンテンツ（以下、デジタルコンテンツという）を再生する機器は広く普及しており、これらデジタルコンテンツを編集することも一般的である。また、これらの技術はＰＣで実現されることもきわめて一般的である。デジタルコンテンツは品質劣化なしにコピーあるいは編集して記録することが可能である。

例えばＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏのような光ディスクを記録媒体とするデジタルコンテンツは、著作権保護を目的として、ＣＳＳ（Content Scramble System）等のフレームワークにより保護されている。このように保護されているデジタルコンテンツは、ＭＰＥＧ等の方式により圧縮された動画像データが、更にスクランブルされて光ディスクに記録されている。このようなデジタルコンテンツを再生する再生装置は、先ずスクランブルされたコンテンツをディスクから読出し、スクランブルを解く鍵を用いて該コンテンツをデスクランブル（スクランブル解除）する。この鍵は、このように保護されたデジタルコンテンツのスクランブルを解くことが許可されている装置に予め組み込まれている。下記特許文献１には、著作権保護を目的としてスクランブルされたデジタルコンテンツが、不正にスクランブル解除されることを防止する技術が開示されている。

再生装置は、デスクランブルされたコンテンツを更にＭＰＥＧ等の方式に従ってデコードする。デコードされたコンテンツはＤ／Ａ変換された後、ＬＣＤ等の表示装置に表示される。このとき使用されるデコーダとＤ／Ａ変換器は、例えば１つのＬＳＩ内に構成されており、デコードされたデジタル動画像データをＬＳＩ外部から取得することはできない。

フレームワークにより保護されている光ディスクは、一般にコピープロテクトされている。すなわち、このような光ディスクにはコピーを禁止する情報が書き込まれており、ＤＶＤレコーダのような記録装置を用いて、光ディスクに記録されているコンテンツを例えばＨＤＤにコピーすることはできない。
特開２００３−１５３２２７号公報

前述のように保護されているデジタルコンテンツを例えばＰＣ(personal computer)により再生する場合、光ディスクから読出された動画像データは、前述と同様にデスクランブル及びデコードされる。デコードされた動画像データはシステムバス上を通りディスプレイコントローラに入力される。ディスプレイコントローラは、入力された動画像データを表示に適した形式に加工し、映像信号としてＬＣＤ等の表示装置に供給し、動画像データに対応する映像が表示される。

このとき、特殊なプログラムを用いて、このシステムバス上のデータを取得することは、不可能ではない。従って、前述したようにコピープロテクトされたデジタルコンテンツであっても、コンテンツ作成者の意に反して、動画像データが取得されてしまう可能性がある。

このようにＰＣにおいては、フレームワークにより保護されたコンテンツであっても、品質劣化なしに、著作者の意図に反してコピーすることも、改変することも可能な状態にある。従って、デジタルコンテンツを保護するという前提に立たないで、ＰＣ等のシステムを設計した場合、それを悪用して前述のような、コンテンツの不正コピー、改変の危険はきわめて大きい。

従って本発明は、デコードされた動画像データの不正な取得を防止できる手段を提供することで、デジタルコンテンツを保護することを目的とする。

このようなデジタルコンテンツを保護するためには、データの暗号化が必要となる。しかし、圧縮解除（デコード）された動画像データは非常に大きなサイズであり、全データを暗号化することは現実的ではない。

１画面全体を暗号化するような暗号化対象範囲が広い場合、暗号化処理量は無視できないほど大きくなるので、画像の一部を暗号化するという方法が現実的である。デジタルコンテンツの一部を特定の方法により暗号化し、その暗号を解くことができる場合のみ、通常の再生ができる構成とする。これにより、暗号化及び復号のための処理量が削減し、かつ、復号処理を実施せずに表示した場合、部分的な暗号化でもオリジナルコンテンツとはかけ離れた映像しか再生できない状態を実現する。

デコードされた動画像データの不正な取得を防止し、デジタルコンテンツを保護することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る動画再生装置の一例として、パーソナルコンピュータを用いた場合の構成が示されている。このパーソナルコンピュータは、ＭＰＥＧ２、ＭＰＥＧ４等によってエンコードされたオーディオ・ビデオストリームをソフトウェアによってデコードして再生することができる。

図１のコンピュータシステムには、ＣＰＵ１１、ホスト−ＰＣＩブリッジ１２、メインメモリ１３、ディスプレイコントローラ１４、サウンドコントローラ１５、通信インターフェース１６、Ｉ／Ｏコントーラ１７、ＰＣＩ−ＩＳＡブリッジ１８、カメラ２０、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２１、ＨＤ ＤＶＤドライブ２２などが設けられている。

ＣＰＵ１１は本システム全体を制御するためのものであり、メインメモリ１３にロードされたオペレーティングシステムや他の各種プログラムを実行する。本システムではメモリアクセス方式としてキャッシュメモリ方式を採用している。キャッシュメモリ１１０に使用頻度の高いデータを蓄積しておくことにより、ＣＰＵ１１は低速なメインメモリへのアクセスを減らすことができ、処理を高速化することができる。

ホスト−ＰＣＩブリッジ１２はＣＰＵバス１とＰＣＩバス２を接続するバスブリッジであり、ここにはメインメモリ１３を制御するためのメモリコントロールロジックも内蔵されている。ディスプレイコントローラ１４は本コンピュータシステムのディスプレイモニタとして使用されるＬＣＤ１４１又は外部ＣＲＴディスプレイを制御する。ＡＶデータの再生時には、デコードされた映像データがディスプレイコントローラ１４を通じてディスプレイモニタに表示される。

サウンドコントローラ１５は、各種オーディオデータの入出力を制御する。ＡＶデータの再生時には、デコードされた映像データがサウンドコントローラ１５によりＤ／Ａ変換され、スピーカから再生されるか、あるいはラインアウト端子から外部オーディオ機器に出力される。

通信インターフェース１６は、たとえばＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４などのシリアルインターフェース規格に従って、外部または内蔵のカメラ２０と通信し、ビデオデータを取り込むことができる。カメラ２０によって撮影された動画像信号は、そのまま再生表示したり、あるいはＭＰＥＧ２、ＭＰＥＧ４、ＡＶＩ、ＤＶＩなどの各種圧縮形式に従って変換した後に、Ｉ／Ｏコントローラ１７を介してＨＤＤ２１、ＨＤ ＤＶＤドライブ２２、メモリカード２３などの各種記録メディアに記録することができる。ＨＤ ＤＶＤドライブ２２は、ＨＤ ＤＶＤの他、従来のＤＶＤあるいはＣＤを再生することができる。

ＰＣＩ−ＩＳＡブリッジ１８はＰＣＩバス２とＩＳＡバス３との間を接続するバスブリッジであり、ＩＳＡバス３には各種ＩＳＡデバイスが接続される。

次に、ＣＳＳ等で保護されたＤＶＤ−ＶｉｄｅｏディスクまたはＡＡＣＳにより保護されたＨＤ ＤＶＤ等の光ディスクに記録されたデジタルコンテンツの再生処理について説明する。

メインメモリ１３上に展開されたビデオデコーダを含む一連の動画像復号プログラム（後述される）がＣＰＵによって実行処理される。ＨＤ ＤＶＤドライブ２２から読み取られた圧縮された動画像データはメモリ１３上に展開され、ビデオデコーダによって圧縮が解除され、更にディスプレイコントローラを経由してＬＣＤモニタに出力される。

ＰＣの場合、圧縮が解除された動画像データはＰＣＩバス２（以下システムバス２という）上を通過する。このとき、不正なプログラムにより、システムバス２上に出力されたデータの取得が可能となる。つまり、コンテンツ作成者の意に反して、デジタルコンテンツが取得されてしまう危険性がある。

上記の危険を避けるため、以下のような対策を施すことが考えられる。

１．デジタルコンテンツの不正な取得ができないように、ソフトウェア、ハードウェア的な防護システムを構築する。

２．デジタルコンテンツが取得された場合でも、その再生映像が正常に再生された映像に比べて耐えがたい程度に品質が落ちるように、デジタルコンテンツを暗号化する。

例えば圧縮解除したコンテンツすなわち動画像データを暗号化してシステムバスに供給する場合、圧縮解除された動画像データは非常に大きなサイズであり、全データを暗号化することは現実的ではない。本発明では、部分的な動画像データの暗号化を実施してから、動画像データはシステムバス上を転送される。その暗号を解くことができる場合においてのみ、通常の再生ができるようにする。部分的な暗号化の単位をキャッシュライン１１１のデータ長に合わせることによって、ＣＰＵによる高速な暗号化処理を図ることができる。

図２は、本発明をＰＣ上で実現するための動画像復号プログラムの構成例を示す機能ブロック図である。このプログラムはメモリ１３上に展開される。勿論このような機能ブロックをハードウエアを用いて構成し、映像再生装置あるいは映像記録再生装置に組み込むことができる。

図２において、圧縮データ読み取り部３１は、ＨＤ ＤＶＤ等の光ディスクから圧縮された動画像データを取得する。取得された動画像データは、ビデオデコーダ３２に渡される。例えばＨＤ ＤＶＤのデジタルコンテンツは前述したように、著作権保護を目的として、ＡＡＣＳ等のフレームワークにより保護（スクランブル及びコピープロテクト）されている。ビデオデコーダ３２は、デスクランブル部３２ａを用いて動画像データのスクランブルを解除する。この段階で、スクランブル解除された動画像データは、まだ圧縮された状態であるので、ビデオデコーダ３２は動画像データの圧縮を解除（デコード）する。ビデオデコーダ３２は、ＭＰＥＧ２、Ｈ．２６４、ＶＣ−１など各種圧縮形式のビデオデータあるいはオーディオデータをデコード可能なデコーダである。デコードされた動画像データは暗号化部３３に出力される。

暗号化部３３は、圧縮解除された動画像データに対し、本発明による部分的な暗号化を施す。この部分的暗号化は、キャッシュメモリ１１０の処理ブロック単位すなわちキャッシュライン１１１単位で行われる。暗号化部３３の機能は、本発明ではＣＰＵ１１により実施される。ＣＰＵ１１はデータ処理をキャッシュメモリ方式で行っている。そこで、本発明による部分的暗号化をキャッシュライン単位で行うことにより、キャッシュメモリ方式の利点を有効に活用することができる。

圧縮解除され部分的に暗号化された動画像データは、動画像データ表示制御部３４、オペレーティングシステム３５、ディスプレイドライバ３６及びシステムバス２を経由して、ディスプレイコントローラ１４に送られる。このように本発明では、圧縮解除されたデータがそのままシステムバス２上を伝送されることはない。従って、例え不正なプログラムを用いてシステムバス２上の動画像データを取得したとしても、その動画像データから正常な映像を再生することはできない。つまり、そのようにして取得した動画像データを圧縮してＨＤＤ等の記録媒体に記録しても、正常な映像を再生することはできない。

ディスプレイコントローラ１４は復号部１４０を有する。復号部１４０はビデオデコーダ３２と予め取り決めておいた部分的な圧縮を解除するためのアルゴリズムを用いて、動画像データを復号する。ディスプレイコントローラ１４は、復号された動画像データを表示に適した形式に加工し、ＬＣＤモニタ等に出力する。このように、予め暗号化された部分を知っているコンテンツ受け取り側（ディスプレイコントローラ側）で、暗号化データを復号することで、意図しないデータの取得を防ぐことができる。

次に、暗号化部３３により行われる圧縮解除された動画像データの部分的暗号化について詳細に説明する。

先ず、デジタルコンテンツが一次元（ｐａｃｋｅｄ フォーマットあるいはオーディオデータ）の場合を説明する。

図３はデコードされたｐａｃｋｅdフォーマットの画像データをメモリ上に格納した様子を示す。各データはこの順序で転送される。画素はＹＵＶ（輝度Ｙ、色差Ｕ、色差Ｖ）で表現され、この例はＹＵＹ２（４：２：２）フォーマットの画素データを示している。このフォーマットでは、輝度、色差の各データは１６ビットで示され、４データで２画素が表現される。このように画像データは画素単位で１次元に配列されている。

図４は本発明による部分的暗号化の第１実施例に基づいて暗号化された動画像データを示す。ビデオデコーダ２２によりデコードされた動画像データは、キャッシュメモリ１１０のキャッシュライン１１１単位で部分的に暗号化される。図４はこのようにして暗号化した動画像データをメインメモリ１３に格納した様子を示している。斜線で示された矩形が暗号化された領域である。このように暗号化された領域が点在している。

前述したように、キャッシュメモリ１１０は複数のキャッシュライン（処理ブロック）１１１から構成され、ＣＰＵ１１はキャッシュライン単位にデータ処理を実行、すなわちデータを書き換える。キャッシュメモリ１１０の容量は例えば１Ｍバイト、キャッシュライン１１１の容量は例えば１２８バイトである。ここでＣＰＵ１１は、１つのキャッシュライン内のデータを全て暗号化する。このように、動画像データの暗号化をキャッシュライン単位で部分的に行うことにより、キャッシュメモリ方式の効率を向上し、高速暗号化処理が可能となる。

図５は本発明による部分的暗号化の第２実施例に基づいて暗号化された動画像データをフレーム（画面）単位で示している。ここでは連続する３フレーム（Ｆｎ、Ｆｎ＋１、Ｆｎ＋２）が示されている。この第２実施例では、各フレーム内で互いに対応する位置の領域（同一アドレス領域）が、連続するフレームにおいて暗号化される。ここでも、動画像データはキャッシュライン単位に暗号化される。

例えば複数のフレームにおいて、同一個所を暗号化したフレームと暗号化しなかったフレームが例えば交互に続くと、暗号化フレームとそれに前後する正常フレームから、暗号化の鍵が類推され暗号化データが復号される可能性がある。又、再生時は１秒間に３０フレーム表示されるので、例えば複数フレームにおいてランダムな位置の領域を暗号化しても、正常フレームと同様に表示されることがある。従って第２実施例では、各フレーム内の同一個所が、連続するフレームにおいて暗号化される。

次に、デジタルコンテンツが２次元（ｐｌａｎｎａｒ ｆｏｒｍａｔ）以上の場合に適用される実施例を説明する。

図６はデコードされたplannar フォーマットの画像データをメモリ上に格納した様子を示す。plannar フォーマットでは、輝度データＹ、色差データＵ、Ｖがそれぞれ１フレーム単位で格納される。例えば輝度データ４１、色差データ４２、４３が１画面分の画像データである。

図７は本発明による部分的暗号化の第３実施例を説明するための図である。斜線で示される矩形が暗号化領域であり、１キャッシュラインに相当する領域である。

一次元の場合と同様にキャッシュライン単位で、それぞれのプレーンすなわち空間（例、ＹＵＶ、ＲＧＢ）が暗号化される。ただし、次元が違う空間どうしは、視覚的に（合成プレーンにおいて）近接しているが、一致しない領域を暗号化することで、少ない暗号化処理量でできるだけ大きな視覚的空間を暗号化できる。

図７（ａ）〜７（ｃ）のように、Ｙ（輝度）プレーン、Ｕ（色差）プレーン、Ｖ（色差）プレーンで異なる領域を暗号化する。この結果、Ｙプレーン、Ｕプレーン、Ｖプレーンで同一位置領域を暗号化した場合に比べ、図７（ｄ）のように合成プレーンでは暗号化領域が大きい。

このように、１キャッシュラインを暗号化した場合、ＹプレーンよりＵプレーン又はＶプレーンの方が、合成プレーンにおける領域が広くなる。従って、Ｕプレーンのみ又はＶプレーンのみを暗号化すると、効率が更に向上する。

上記の実施例では、ＨＤ ＤＶＤディスク等の光ディスクに記録されたデジタルコンテンツを再生する場合を例として説明したが、本発明は通信ネットワーク、デジタル放送等から受信したコピープロテクトされたデジタルコンテンツ等にも適用できることは明らかである。

以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。又、各実施形態における構成要素、機能、特徴あるいは方法ステップを適宜組み合わせて構成される装置又は方法も本発明に含まれるものである。

本発明に係る動画像再生装置を実施するＰＣの構成を示すブロック図である。 本発明をＰＣ上で実現するための動画像復号プログラムの構成例を示す機能ブロック図である。 デコードされたｐａｃｋｅdフォーマットの画像データをメモリ上に格納した様子を示す。 本発明による部分的暗号化の第１実施例に基づいて暗号化された動画像データを示す。 本発明による部分的暗号化の第２実施例に基づいて暗号化された動画像データを示す。 デコードされたplannar フォーマットの画像データをメモリ上に格納した様子を示す。 本発明による部分的暗号化の第３実施例を説明するための図である。

符号の説明

１１…ＣＰＵ、１３…メインメモリ、１４…ディスプレイコントローラ、２１…ＨＤＤ、２２…ＨＤ ＤＶＤドライブ、１１０…キャッシュメモリ、１１１…キャッシュライン、１４０…復号部。

Claims (7)

1. エンコードされた動画像データをデコードするデコード手段と、
   前記デコード手段によりデコードされた動画像データを部分的に暗号化する暗号化手段と、
   前記暗号化手段により部分的に暗号化された動画像データを復号する復号手段と、
   を具備することを特徴とする動画像再生装置。
2. 前記デコード手段によりデコードされた動画像データを格納するためのメインメモリと、複数の処理ブロックを有するキャッシュメモリとを更に具備し、
   前記暗号化手段は、前記デコードされた動画像データを部分的にかつ前記処理ブロック単位で暗号化することを特徴とする請求項１記載の動画像再生装置。
3. 前記暗号化手段は、前記デコードされた動画像データの連続するフレームにおいて、各フレーム内の同一領域を暗号化することを特徴とする請求項２記載の動画像再生装置。
4. 前記動画像データの１フレームは、Ｙプレーン、Ｕプレーン、Ｖプレーンからなり、前記暗号化手段は、Ｙプレーン、Ｕプレーン、Ｖプレーンにおいて互いに対応しない位置の領域を暗号化することを特徴とする請求項２記載の動画像再生装置。
5. 前記動画像データの１フレームは、Ｙプレーン、Ｕプレーン、Ｖプレーンからなり、前記暗号化手段は、Ｕプレーン又はＶプレーンのみを暗号化することを特徴とする請求項２記載の動画像再生装置。
6. キャッシュメモリを有する動画像再生装置に適用される動画像再生方法であって、
   エンコードされた動画像データをデコードするステップと、
   前記デコードされた動画像データを部分的かつ前記キャッシュメモリの処理ブロック単位で暗号化するステップと、
   前記部分的に暗号化された動画像データを復号するステップと、
   を具備することを特徴とする動画像再生方法。
7. キャッシュメモリを有する動画像再生装置に適用される動画像再生プログラムであって、
   エンコードされた動画像データをデコードするステップと、
   前記デコードされた動画像データを、部分的かつ前記キャッシュメモリの処理ブロック単位で暗号化するステップと、
   を具備することを特徴とする動画像再生プログラム。

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