JP5221288B2 - 画像伝送装置 - Google Patents
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Description
この画像表示の単位時間内に画像処理が終わらなければ、フレームレートを維持することができず、フレーム抜けとなる。但し、長時間で平均して画像表示の単位時間内に画像処理が終わればフレーム抜けにはならないシステムもある。
MAC処理は、入力データが書き換えられていないことを確認し認証を行う改ざん検知に使用される技術である。このMAC処理を行うために入力するデータのことをメッセージと呼ぶ。メッセージに対してMAC処理を行うことで固定長のMAC値を取得する。
MAC処理ではメッセージのデータ内容は書き換えず、改ざん検知処理を行う受信側にデータを渡す場合には、送信側から受信側へメッセージとMAC値の2つを渡す。受信側では、受信したメッセージに対して送信側と同じMAC処理を行ってMAC値を取得し、そして、この処理結果のMAC値と、メッセージと共に受信したMAC値とを比較して、これらが同一の値である場合にはメッセージは改ざんされていないと判定する。
(なお、MAC処理の詳細な説明については、図9や図10を用いて後述する。)
図6には、このような処理(画面分割と並列処理)の時間的な流れの一例を示してある。
本例では、画像処理として画像圧縮処理を行うものとする。
(なお、以降の全ての説明においても、同様に、画像処理として画像圧縮処理を行うものとして説明する。)
本例では、順次走査で構成された画面を垂直方向に4分割している。通常、本例で挙げたような順次走査の画像データは左上から始まりライン毎に水平方向に進み、右下で終わる。従って、(1)と(2)の画像データを取り込むには、(1)の画像データを全て取り込んでから、(2)の画像データの取り込みが始まる。このため、(1)の画像データの圧縮処理((1)圧縮処理)と(2)の画像データの圧縮処理((2)圧縮処理)の開始時間は、(2)の方が遅れて始まる。同様に、(3)の圧縮処理、(4)の圧縮処理を遅らせて処理する。
(1)、(2)、(3)、(4)の並列処理については、送信のみ順次処理していくが、その他の圧縮処理やMAC処理とは(1)、(2)、(3)、(4)の間で独立しているため、互いの処理タイミングで重なっている時間が存在しても構わない。並列処理は、このような処理時間の流れになる。
本例の画像圧縮装置は、フレームメモリ101、3個のスレーブ処理部103a、103b、103c、1個のマスター処理部103d、フレームメモリ102を備えている。
各スレーブ処理部103a〜103cには、圧縮処理部111a〜111c、MAC処理部112a〜112cを備えている。
マスター処理部103dには、圧縮処理部111d、MAC処理部112d、全体制御処理部113を備えている。
4個の並列処理部のうち、(4)には全体制御処理部113を搭載してあり、これにより(4)と残りの(1)、(2)、(3)の制御を行う。このため、本例では、(4)をマスター処理部103dと定め、それ以外をスレーブ処理部103a〜103cと定めている。
画像データd1を入力し、フレームメモリ101に蓄積する。この画像データd1を、本例では4分割するために、フレームメモリ101から読み出すための制御を、マスター処理部103dの全体制御処理部113が出力するメモリ制御信号d4で行う。また、3個のスレーブ処理部103a〜103cについては、全体制御処理部113が出力するスレーブ制御信号d3で制御することで、分割した画像データの対象となる画像領域を各々の並列処理部により取り込む。
(1)、(2)、(3)の各スレーブ処理部103a〜103cの内部構成は同じであり、圧縮処理を行う圧縮処理部111a〜111cと、MAC処理を行うMAC処理部112a〜112cから成る。入力はフレームメモリ101が出力した画像データであり、処理後は、MAC値付き圧縮データをフレームメモリ102へ出力する。
4個の並列処理部が出力したMAC値付き圧縮データは、フレームメモリ102に集められ、全体制御処理部113が出力するメモリ制御信号d5により、順次、MAC値付き圧縮データd2として出力される。
(1)から(4)までの4個の並列処理部(本例では、3個のスレーブ処理部103a〜103c及び1個のマスター処理部103d)が出力したデータでは、画像圧縮データの直後にMAC値が付いている。このMAC値は、圧縮データから唯一生成されるものであり、他の圧縮データでは別のMAC値が生成される。更に、MAC値は暗号処理されており、暗号鍵の値を知らない第三者が同じMAC値を生成することができない。また、MAC値から生成元の圧縮データを導き出すことはできない。
以上の特徴から、受信側では、圧縮データからMAC値を生成して、伝送されてきたMAC値と比較することで、この圧縮データとMAC値とのペアが正しいものであるか否かを判断する。仮に第三者が圧縮データを改ざんした場合には、受信側で生成したMAC値と異なるため、改ざんを検知することができる。
また、データ構造2では、圧縮データとMAC値を分離して格納して別々に出力する。この構造は、例えば、パケット単位でデータを伝送するネットワーク回線を用いたアプリケーションで使用することができる。
図9には、スレーブ処理部103a〜103cにおけるMAC処理部112a〜112cの構成例を示してある。始めに、スレーブ処理部103a〜103cによる処理(スレーブ処理)について説明する。
この処理では、入力した圧縮データに対するMAC値を計算し、圧縮データと合わせて出力する。本例では、一方向ハッシュ関数と暗号処理の組み合わせでメッセージ認証コードを生成しているが、他の構成例として、ブロック暗号を用いた方式など多数存在するいずれかが用いられてもよい。
MAC処理部(スレーブ)112a〜112cの主な構成としては、メモリ121、一方向ハッシュ関数部122、共通鍵部123、暗号処理部124、メモリ125、制御処理部126から成る。
(特徴2)では、メッセージが1ビットでも変化すればハッシュ値は非常に高い確率で異なる値になる。異なるメッセージを入力し、同一のハッシュ値を出力する確率はハッシュ値の長さによるが、長いほど同一になる確率が低く20バイトであれば同じハッシュ値を探し出すことはできないと一般に定義されている。この性質によりメッセージの唯一性を確認することができる。
(特徴3)では、ハッシュ値からメッセージを逆算できないため一方向と呼ばれる。この性質は、改ざんしてあってもハッシュ値が同一になるようなメッセージを計算で導き出せないという点で重要である。
暗号処理部124は、ハッシュ値e3と共通鍵を入力して、メッセージe2に対して暗号処理を実行し、この結果をMAC値e4としてメモリ125へ出力する。暗号処理の方式としては、送信側と受信側で同じ方式を用いて、受信側で暗号データを復号化して元のデータが得られればどのような方式でも良い。共通鍵部123に保持される共通鍵は、その暗号方式に付随したビット長などの制約により定められた鍵データであり、送信側と受信側で共通に使用される。この鍵の値は第三者には秘密である。
マスター処理部103dの構成としては、概略的には、スレーブ処理部103a〜103cと同様な圧縮処理部111d及びMAC処理部112dの外部に、全体制御処理部113が追加されたものとなっている。
ここで、本例では、全体制御処理部113をMAC処理部112dの外部に配置してあるが、例えば、回路を同じ基板上に配置するように物理的にまとめても構わない。全体制御処理部113に対して、少なくとも1個のMAC処理部が存在すればよく、このため、特別にマスター処理部103dとして他のスレーブ処理部103a〜103cと区別している。
図11には、このような様子の一例を示してある。
図11の上半分には、図8を用いて説明したのと同様に、(1)処理、(2)処理、(3)処理、(4)処理の各々が出力した圧縮データとMAC値とのペアを連結して1個のMAC値付き圧縮データにした様子を示してある。
すなわち、分割手段が、所定の単位の画像データを複数に分割する。第1のMAC値取得手段が、前記分割手段により得られた複数の分割画像データのうちの1個以外について、それぞれ、分割画像データのMAC値を取得する。第2のMAC値取得手段が、前記分割手段により得られた複数の分割画像データのうちの前記1個について、分割画像データと前記第1のMAC値取得手段により取得されたMAC値から成るデータのMAC値を取得する。伝送手段が、前記分割手段により得られた複数の分割画像データと前記第1のMAC値取得手段により取得されたMAC値と前記第2のMAC値取得手段により取得されたMAC値を伝送(例えば、送信)する。
従って、画像を伝送するに際して、例えば、1画面を複数の領域に分割し、画像処理を並列で動作させ、MAC値を付加することを効果的に行うことができ、受信側における改ざん検知の精度を向上させることができる。
また、画像データとしては、例えば、圧縮処理などの任意の処理が行われたものが用いられてもよく、或いは、分割された後における画像データ(分割画像データ)に圧縮処理などの任意の処理が行われてからMAC値取得処理が行われてもよい。
また、画像伝送装置としては、例えば、送信側の装置が用いられてもよく、或いは、送信側の装置と受信側の装置の両方を有するものが用いられてもよい。
また、分割対象となる所定の単位の画像データとしては、種々な単位が用いられてもよく、例えば、1フレーム(1画面)の単位などを用いることができる。
また、画像データを分割する数としては、種々な数が用いられてもよい。
また、データ(分割画像データ)のMAC値を取得する仕方としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、当該データに一方向ハッシュ関数をかける処理などによりMAC値を取得する仕方を用いることができ、また、更に、暗号化の処理が用いられてもよい。
また、複数の分割画像データと複数のMAC値(データ)を伝送する仕方としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、これら全てのデータをまとめて伝送する仕方が用いられてもよく、或いは、分割画像データとMAC値を別々に伝送する仕方が用いられてもよい。
図1には、本発明の一実施例に係る画像伝送装置を構成する送信側の画像圧縮装置の構成例を示してある。
本例の画像圧縮装置は、フレームメモリ1、3個のスレーブ処理部3a、3b、3c、1個のマスター処理部3d、フレームメモリ2を備えている。
各スレーブ処理部3a〜3cには、圧縮処理部11a〜11c、MAC処理部12a〜12cを備えている。
マスター処理部3dには、圧縮処理部11d、MAC処理部12d、全体制御処理部13を備えている。
また、信号として、画像データa1、MAC値付き圧縮データa2、スレーブ制御信号a3、MAC値a4、メモリ制御信号a5、メモリ制御信号a6を示してある。
また、本例では、マスター処理部3dのMAC処理部12dが出力するMAC値は従来(例えば、図7に示される構成)とは異なるため、装置が出力するMAC値付き圧縮データa2も従来(例えば、図7に示される構成)とは異なる。他の部分については従来の構成(例えば、図7に示される構成)と同様であり同様な動作を行う。
本例のスレーブ処理部3a〜3cのMAC処理部12a〜12cは、メモリ21、一方向ハッシュ関数部22、共通鍵部23、暗号処理部24、ラッチ部25、メモリ26、制御処理部27を備えている。
また、信号として、圧縮データb1、メッセージb2、ハッシュ値b3、MAC値b4、MAC値付き圧縮データb5、圧縮データ読み出し制御信号b6、ハッシュ値出力制御信号b7、ラッチ制御信号b8、MAC値格納制御信号b9、MAC値b10を示してある。
本例のマスター処理部3dのMAC処理部12dは、メモリ31、一方向ハッシュ関数部32、共通鍵部33、暗号処理部34、メモリ35、制御処理部36を備えている。
また、信号として、圧縮データc1、MAC値c2(図1におけるMAC値a4、図2における全てのスレーブ処理部3a〜3cからのMAC値b10と同じ)、メッセージc3、ハッシュ値c4、MAC値c5、MAC値付き圧縮データc6、圧縮データ制御信号c7、ハッシュ値出力制御信号c8、MAC値格納制御信号c9を示してある。
また、制御処理部36は、メモリ31に圧縮データc1とスレーブ処理部3a〜3cからのMAC値c2を取り込み、圧縮データc1とMAC値c2を連結してメッセージc3として出力するように、圧縮データ制御信号c7を制御する。
図4を参照して、どのようにして、圧縮データc1とMAC値c2を連結して、MAC値付き圧縮データc6を出力するのかを説明する。
図4の上半分には、マスター処理部3dの処理(マスター処理)を示してあり、入力した圧縮データ(4)からどのようにしてMAC値(4)を計算するかを左から右への流れで示してある。また、図4の下半分の左側には、各スレーブ処理部3a〜3cが出力した圧縮データ(1)〜(3)とMAC値(1)〜(3)の入力を示してあり、そのうちMAC値(1)〜(3)はマスター処理部3dにも入力している。そして、図4の最下部には、MAC値付き圧縮データa2として全てのデータを連結している様子を示してある。
始めに、圧縮データ(1)だけが改ざんされたとする。この場合、受信側では、MAC値(1)と、改ざんされた圧縮データ(1)から計算したMAC値とが一致しないことから、改ざんを検知することができる。
次に、圧縮データ(1)とMAC値(1)のペアを、例えば過去のデータと入れ換えるような改ざん処理が行われたとする。この場合には、受信側では、圧縮データ(1)から計算したMAC値とMAC値(1)とは計算結果が合うが、MAC値(4)が、圧縮データ(4)、改ざんされたMAC値(1)、MAC値(2)、MAC値(3)から計算したMAC値とは異なるため、改ざんを検知することができる。
また、圧縮データ(4)とMAC値(4)のペアで改ざんした場合にも、同様に、MAC値(4)とMAC値の計算結果が異なるため、改ざんを検知することができる。
このように、本例では、1画面を分割したある領域の画像データとMAC値とをペアで改ざんした場合においても、受信側で改ざんを検知することができる画像伝送装置を実現することができる。
図5(a)には1画面の画像データを縦(垂直)方向に4分割した例を示してあり、図5(b)には1画面の画像データを縦(垂直)方向に2分割し横(水平)方向に2分割して計4分割した例を示してある。
ここで、入力画像データの分割方法としては、図5(a)に示した分割方法以外に、例えば図5(b)に示したような分割方法などがあり、必ずしも本例の説明で用いた分割方法である必要はなく、どのような領域の形に分割しても構わない。
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、本発明に係るシステムや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。
Claims (1)
- 画像データを伝送する画像伝送装置において、
所定の単位の画像データを複数に分割する分割手段と、
前記分割手段により得られた複数の分割画像データのうちの1個以外の複数の分割画像データそれぞれについて、分割画像データのMAC値を取得する第1のMAC値取得手段と、
前記分割手段により得られた複数の分割画像データのうちの前記1個について、分割画像データと前記第1のMAC値取得手段により取得されたMAC値から成るデータのMAC値を取得する第2のMAC値取得手段と、
前記分割手段により得られた複数の分割画像データと前記第1のMAC値取得手段により取得されたMAC値と前記第2のMAC値取得手段により取得されたMAC値を伝送する伝送手段と、
を備えたことを特徴とする画像伝送装置。
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