特開 2023-13262 画像圧縮装置、画像伸長装置、画像圧縮方法、および画像伸長方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023013262

(43)【公開日】2023-01-26

(54)【発明の名称】画像圧縮装置、画像伸長装置、画像圧縮方法、および画像伸長方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 1/64 20060101AFI20230119BHJP

   H03M 7/30 20060101ALI20230119BHJP

   H04L 9/14 20060101ALI20230119BHJP

   G06F 21/62 20130101ALI20230119BHJP

   H03M 7/40 20060101ALN20230119BHJP

【ＦＩ】

H04N1/64

H03M7/30 Z

H04L9/00 641

G06F21/62 309

H03M7/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021117303

(22)【出願日】2021-07-15

(71)【出願人】

【識別番号】392016432

【氏名又は名称】株式会社シキノハイテック

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹田 豊

(72)【発明者】

【氏名】鶴田 敦則

【テーマコード（参考）】

5C178

5J064

【Ｆターム（参考）】

5C178BC91

5C178CC55

5C178CC68

5C178DC28

5J064BA09

5J064BC03

5J064BC16

(57)【要約】

【課題】ＪＰＥＧデータのスクランブル強度の調整自由度を向上させる。
【解決手段】画像圧縮装置（１）は、画像入力部（１０）と、ＤＣＴ部（２０）と、量子化部（３０）と、係数暗号化部（４０）と、ハフマン符号化部（５０）とを備える。ＤＣＴ部（２０）は、画像入力部（１０）からの画像のデータを複数のブロックに分割し、複数のブロックの各々に対して周波数変換を行なって、各々が複数のビットで表現される１個のＤＣ係数と６３個のＡＣ係数とを生成する。量子化部（３０）は、生成されたＤＣ／ＡＣ係数データを量子化する。係数暗号化部（４０）は、量子化されたＤＣ／ＡＣ係数データの各々の一部のビットを、外部から取得されるキーコードを用いて暗号化する。ハフマン符号化部（５０）は、暗号化されたＤＣ／ＡＣ係数データを符号化して符号データを生成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像のデータを複数のブロックに分割し、前記複数のブロックの各々に対して周波数変換を行なって各々が複数のビットで表現される複数の係数データを生成する変換部と、
前記変換部によって生成された前記複数の係数データを量子化する量子化部と、
前記量子化部によって量子化された前記複数の係数データの各々の一部のビットを、外部から取得されるキーコードを用いて暗号化する暗号化部と、
前記暗号化部によって一部のビットが暗号化された前記係数データを符号化して符号データを生成する符号化部とを備える、画像圧縮装置。

【請求項2】

前記複数のブロックの各々は、二次元状に配列された複数の画素を有し、
前記複数の係数データは、前記複数の画素を周波数に変換したＤＣ係数およびＡＣ係数を含み、
前記暗号化部は、前記ＤＣ係数および前記ＡＣ係数のうちの少なくともいずれかの一部のビットを暗号化する、請求項１に記載の画像圧縮装置。

【請求項3】

前記暗号化部は、前記ＤＣ係数および前記ＡＣ係数のうちの少なくともいずれかの下位ビットを暗号化する、請求項２に記載の画像圧縮装置。

【請求項4】

前記複数のブロックの各々は、二次元状に配列された複数の画素を有し、
前記複数の係数データは、前記複数の画素を周波数に変換した１つのＤＣ係数および複数のＡＣ係数を含み、
前記暗号化部は、前記１つのＤＣ係数の下位ビットを暗号化するとともに、前記複数のＡＣ係数のうちの一部のＡＣ係数の下位ビットを暗号化する、請求項１に記載の画像圧縮装置。

【請求項5】

前記画像圧縮装置には、前記画像における特定の領域の座標を示す情報が外部から入力され、
前記暗号化部は、前記複数のブロックのうちの前記特定の領域に含まれるブロックに対して生成された前記係数データの一部のビットを暗号化する、請求項１～４のいずれかに記載の画像圧縮装置。

【請求項6】

前記変換部は、前記複数のブロックの各々に対して輝度の係数データと色差の係数データとを生成し、
前記暗号化部は、
前記輝度の係数データの一部のビットを暗号化し、
暗号化された前記一部のビットと、暗号化されていない残余のビットとを結合することによって、暗号化された前記輝度の係数データを生成する、請求項１～５のいずれかに記載の画像圧縮装置。

【請求項7】

前記暗号化部は、前記複数の係数データの各々の一部のビットを、外部から取得されるキーコードを用いて暗号化し、
前記符号化部は、符号化された前記符号データを前記特定の領域の座標を示す情報とともに外部に出力する、請求項１～６のいずれかに記載の画像圧縮装置。

【請求項8】

請求項７に記載の画像圧縮装置から出力される前記符号データおよび前記特定の領域の座標を示す情報を受信可能な画像伸長装置であって、
前記符号データを係数データに復号化する符号復号化部と、
前記符号復号化部によって復号化された前記係数データのうちの前記特定の領域に対応する係数データを、外部から入力されるキーコードを用いて復号化する係数復号化部と、
前記係数復号化部によって復号化された係数データを逆量子化する逆量子化部と、
前記逆量子化部によって逆量子化された係数データを逆周波数変換して画像のデータを生成する逆変換部とを備える、画像伸長装置。

【請求項9】

請求項７に記載の画像圧縮装置から出力される前記符号データおよび前記特定の領域の座標を示す情報を受信可能な画像伸長装置であって、
前記符号データを係数データに復号化する符号復号化部と、
前記符号復号化部によって復号化された係数データを逆量子化する逆量子化部と、
前記逆量子化部によって逆量子化された係数データを逆周波数変換して画像のデータを生成する逆変換部とを備える、画像伸長装置。

【請求項10】

画像圧縮装置が行なう画像処理方法であって、
画像のデータを複数のブロックに分割し、前記複数のブロックの各々に対して周波数変換を行なって各々が複数のビットで表現される複数の係数データを生成し、
生成された前記複数の係数データを量子化し、
量子化された前記複数の係数データの一部のビットを、外部から入力されるキーコードを用いて暗号化し、
一部のビットが暗号化された前記係数データを符号化して符号データを生成する、画像圧縮方法。

【請求項11】

画像伸長装置が行なう画像伸長方法であって、
符号データを係数データに復号化し、
復号化された係数データを、外部から入力されるキーコードを用いて復号化し、
復号化された係数データを逆量子化し、
逆量子化された係数データを逆周波数変換して画像のデータを生成する、画像伸長方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）規格に従って処理される画像（以下「ＪＰＥＧ画像」ともいう）の一部をスクランブル化する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、写真などの画像を取り扱う分野では、通信における負担軽減等を目的として、画像データをＪＰＥＧ規格に従って圧縮したり、圧縮されたＪＰＥＧ画像データを伸長して元の画像に復元したりする装置が用いられている。

【0003】

ＪＰＥＧでは、画像データが、８×８の二次元状に配列された複数の画素を各々が有する複数のブロックに分割され、複数のブロックの各々に対して、周波数変換（離散コサイン変換）処理、量子化処理、ハフマン符号化処理が順次施されることで画像データの圧縮符号化が行われる。

【0004】

ハフマン符号化処理では、周波数変換処理、量子化処理で生成されたＤＣ（Direct Current）係数およびＡＣ（Alternating Current）係数に対してそれぞれグループ化処理が施されてグループ番号および付加ビットが付与され、グループ番号をハフマン符号化して符号語が生成される。生成された符号語が付加ビットとともに符号データ（以下「ＪＰＥＧデータ」ともいう）として出力される。

【0005】

近年では、犯罪発生の抑止、あるいは犯罪発生時の状況把握などの目的で、監視カメラが広汎に設置されており、その監視カメラの画像データとしてＪＰＥＧデータが多く用いられている。監視カメラによって撮像された画像の中に、人物の顔画像あるいは車両のナンバープレートなどの個人を特定可能な情報が撮像されていると、個人のプライバシを侵害するといった問題が生じ得る。個人情報の保護の観点から、画像をスクランブル化して個人を特定できないようにする技術の開発が進められている。

【0006】

画像をスクランブル化する技術に関して、たとえば、情報処理学会第５２回（平成８年前期）全国大会 ２－２０９～２１０頁の「ＪＰＥＧ半開示映像生成における開示度パラメータ」（非特許文献１）には、ＪＰＥＧによる画像圧縮過程において、ハフマン符号化処理で生成される付加ビットを変更することによって、画像のスクランブル強度を調整できることが開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】情報処理学会第５２回（平成８年前期）全国大会 ２－２０９～２１０頁「ＪＰＥＧ半開示映像生成における開示度パラメータ」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上述の非特許文献１に開示されるようにハフマン符号化処理で生成される付加ビットを変更することによってスクランブル強度を調整する場合、スクランブル強度を付加ビットの範囲内でしか調整できないところ、付加ビット数は数ビット程度と少ないため、スクランブル強度の調整自由度が小さくなってしまうことが懸念される。そのため、スクランブル強度の調整自由度を向上させる技術の開発が望まれる。

【0009】

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＪＰＥＧ画像のスクランブル強度の調整自由度を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

（１） 本開示による画像圧縮装置は、画像のデータを複数のブロックに分割し、複数のブロックの各々に対して周波数変換を行なって各々が複数のビットで表現される複数の係数データを生成する変換部と、変換部によって生成された複数の係数データを量子化する量子化部と、量子化部によって量子化された複数の係数データの各々の一部のビットを、外部から取得されるキーコードを用いて暗号化する暗号化部と、暗号化部によって一部のビットが暗号化された係数データを符号化して符号データを生成する符号化部とを備える。

【0011】

（２） ある態様においては、複数のブロックの各々は、二次元状に配列された複数の画素を有する。複数の係数データは、複数の画素を周波数に変換したＤＣ係数およびＡＣ係数を含む。暗号化部は、ＤＣ係数およびＡＣ係数のうちの少なくともいずれかの一部のビットを暗号化する。

【0012】

（３） ある態様においては、暗号化部は、ＤＣ係数およびＡＣ係数のうちの少なくともいずれかの下位ビットを暗号化する。

【0013】

（４） ある態様においては、複数のブロックの各々は、二次元状に配列された複数の画素を有する。複数の係数データは、複数の画素を周波数に変換した１つのＤＣ係数および複数のＡＣ係数を含む。暗号化部は、１つのＤＣ係数の下位ビットを暗号化するとともに、複数のＡＣ係数のうちの一部のＡＣ係数の下位ビットを暗号化する。

【0014】

（５） ある態様においては、画像圧縮装置には、画像における特定の領域の座標を示す情報が外部から入力される。暗号化部は、複数のブロックのうちの特定の領域に含まれるブロックに対して生成された係数データの一部のビットを暗号化する。

【0015】

（６） ある態様においては、変換部は、複数のブロックの各々に対して輝度の係数データと色差の係数データとを生成する。暗号化部は、輝度の係数データの一部のビットを暗号化し、暗号化された一部のビットと、暗号化されていない残余のビットとを結合することによって、暗号化された輝度の係数データを生成する。

【0016】

（７） ある態様においては、暗号化部は、複数の係数データの各々の一部のビットを、外部から取得されるキーコードを用いて暗号化する。符号化部は、符号化された符号データを特定の領域の座標を示す情報とともに外部に出力する。

【0017】

（８） 本開示による画像伸長装置は、上記（７）に記載の画像圧縮装置から出力される符号データおよび特定の領域の座標を示す情報を受信可能な画像伸長装置であって、符号データを係数データに復号化する符号復号化部と、符号復号化部によって復号化された係数データのうちの特定の領域に対応する係数データを、外部から入力されるキーコードを用いて復号化する係数復号化部と、係数復号化部によって復号化された係数データを逆量子化する逆量子化部と、逆量子化部によって逆量子化された係数データを逆周波数変換して画像のデータを生成する逆変換部とを備える。

【0018】

（９） 本開示による他の画像伸長装置は、上記（７）に記載の画像圧縮装置から出力される符号データおよび特定の領域の座標を示す情報を受信可能な画像伸長装置であって、符号データを係数データに復号化する符号復号化部と、符号復号化部によって復号化された係数データを逆量子化する逆量子化部と、逆量子化部によって逆量子化された係数データを逆周波数変換して画像のデータを生成する逆変換部とを備える。

【0019】

（１０） 本開示による画像処理方法は、画像圧縮装置が行なう画像処理方法であって、画像のデータを複数のブロックに分割し、複数のブロックの各々に対して周波数変換を行なって各々が複数のビットで表現される複数の係数データを生成し、生成された複数の係数データを量子化し、量子化された複数の係数データの一部のビットを、外部から入力されるキーコードを用いて暗号化し、一部のビットが暗号化された係数データを符号化して符号データを生成する。

【0020】

（１１） 本開示による画像伸長方法は、画像伸長装置が行なう画像伸長方法であって、符号データを係数データに復号化し、復号化された係数データを、外部から入力されるキーコードを用いて復号化し、復号化された係数データを逆量子化し、逆量子化された係数データを逆周波数変換して画像のデータを生成する。

【発明の効果】

【0021】

本開示によれば、ＪＰＥＧ画像のスクランブル強度の調整自由度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】画像処理システムの全体構成の一例を模式的に示す図である。

【図2】各ブロックの係数データの配列の一例を模式的に示す図である。

【図3】係数暗号化部の詳細構成の一例を示す図である。

【図4】ＡＥＳ変換用ビットの抽出例を示す図である。

【図5】ハフマン符号化部の詳細構成の一例を示す図である。

【図6】ＡＣ係数のグループ番号および付加ビットの生成に用いられるテーブルの一例を示す図である。

【図7】本実施の形態によるスクランブル画像の一例を模式的に示す図である。

【図8】本実施の形態に対する比較例のスクランブル画像の一例を模式的に示す図である。

【図9】係数復号化部の詳細構成の一例を示す図である。

【図10】付加ビット変更によって生成されたスクランブル画像の圧縮率よりも、ＤＣ／ＡＣ係数暗号化によって生成されたスクランブル画像の圧縮率を向上させた例を示す図である。

【図11】人物の頭部のみを含む領域がスクランブル領域に設定されたスクランブル画像の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0024】

＜システム全体構成＞
図１は、本実施の形態による画像処理システムの全体構成の一例を模式的に示す図である。この画像処理システムは、画像圧縮装置１と、画像伸長装置２，３とを備える。

【0025】

画像圧縮装置１は、監視カメラ等の撮像装置によって撮像された画像データをＪＰＥＧ規格に従って圧縮する。画像圧縮装置１は、画像入力部１０と、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform、離散コサイン変換）部２０と、量子化部３０と、係数暗号化部４０と、ハフマン符号化部５０とを備える。

【0026】

画像入力部１０には、撮像装置によって撮影された画像データが外部から入力される。画像入力部１０に入力された画像データは、ＤＣＴ部２０に送られる。

【0027】

ＤＣＴ部２０は、画像入力部１０からの画像データを各々が８×８個の画素を有する複数のブロックに分割し、分割された複数のブロックの各々に対して、各画素に対応する画像データを周波数成分に変換して、１個のＤＣ係数と、６３個のＡＣ係数とを生成する処理を行う。したがって、複数のブロックの各々について、合計６４個の係数データ（１個のＤＣ係数と６３個のＡＣ係数）が生成される。各係数データの数値は、複数のビット（たとえば１０ビット）で表現される。なお、本実施の形態においはＤＣ係数の個数が１つである例について説明するが、ＤＣ係数の個数は必ずしも１つに限定されるものではない。たとえば、画像データを周波数成分に変換するサイズが８×８よりも大きいサイズ（たとえば１６×１６、あるいは３２×３２等）である場合には、ＤＣ係数の個数が複数である場合も想定される。

【0028】

図２は、各ブロックの係数データの配列の一例を模式的に示す図である。各ブロックは、８×８の二次元状に配列された６４個の画素を有する。８×８個の画素が周波数変換されて８×８個の係数データが生成される。図２に示される数値は、係数データの配列番号を示す。図２において、配列番号が０番である係数データが「ＤＣ係数」であり、配列番号が１番から６３番までの係数データが「ＡＣ係数」である。なお、ＤＣＴ部２０は、複数のブロックの各々に対して、輝度の係数データと色差の係数データとを別々に生成する。

【0029】

図１に戻って、量子化部３０は、ＤＣＴ部２０によって生成された各係数データを量子化する処理を行なう。

【0030】

係数暗号化部４０は、量子化部３０によって量子化された係数データを暗号化する処理を行なう。係数暗号化部４０には、外部からスクランブル座標情報が入力される。スクランブル座標情報は、画像入力部１０に入力される画像全体における、スクランブル化の対象となる領域である「スクランブル領域」の座標を示す情報である。たとえば、画像入力部１０に入力される画像中に個人を特定可能な人物の画像が存在する場合、スクランブル座標は、その人物が映る領域の座標であることが想定される。

【0031】

なお、スクランブル座標は、たとえば、人工知能（ＡＩ；Artificial Intelligence）にて自動的に抽出された座標であってもよい。また、スクランブル座標を自動的に抽出するＡＩ機能が画像圧縮装置１の内部に設けられるようにしてもよい。

【0032】

係数暗号化部４０は、外部から入力されるスクランブル座標情報に基づいて、量子化部３０から入力される係数データを、スクランブル領域に含まれるブロックの係数データと、スクランブル領域に含まれないブロックの係数データとに層別する。

【0033】

係数暗号化部４０は、スクランブル領域に含まれるブロックの係数データの一部のビットを外部から入力されるキーコードを用いて暗号化してハフマン符号化部５０に出力する。このようにスクランブル領域に含まれるブロックの係数データの一部のビットを暗号化することによって、スクランブル領域内の画像がスクランブル化されることになる（後述の図７参照）。

【0034】

なお、係数暗号化部４０は、スクランブル領域に含まれないブロックの係数データについては暗号化せずにそのままハフマン符号化部５０に出力する。このようにスクランブル領域に含まれないブロックの係数データについては暗号化しないことによって、スクランブル領域外の画像についてはスクランブル化されない。

【0035】

ハフマン符号化部５０は、係数暗号化部４０から入力される係数データを、ハフマン符号を用い符号化することによって符号データ（ＪＰＥＧデータ）を生成する。ハフマン符号化部５０によって生成される符号データには、一般的に、圧縮画像データと各種マーカとが含まれる。圧縮画像データは、ゼロラン情報およびグループ番号情報を定義するハフマン符号と、係数値を表す可変長符号である付加ビットとによって各係数データを表したものである。なお、符号データ中においては、各ブロックの圧縮画像データの集合であるＭＣＵ（Minimum Coded Unit）毎の最後にリスタートマーカＲＳＴが挿入されることがある。

【0036】

次に、画像伸長装置２について説明する。画像伸長装置２は、画像圧縮装置１からの符号データ（ＪＰＥＧデータ）を、スクランブル領域内がスクランブル化された画像である「スクランブル画像」に復元する。画像伸長装置２は、たとえば、ＪＰＥＧ規格による一般的な伸長用ソフトウェアによって実現することができる。

【0037】

画像伸長装置２は、ハフマン復号化部７０と、逆量子化部８０と、ＩＤＣＴ（Inverse Discrete Cosine Transform、逆離散コサイン変換）部９０と、画像出力部１００とを備える。

【0038】

ハフマン復号化部７０は、画像圧縮装置１から入力される符号データを解析してハフマン符号、ゼロラン情報、グループ番号および付加ビットを認識し、ゼロラン情報、グループ番号および付加ビットに基づいて、量子化された各係数データを復元する。

【0039】

逆量子化部８０は、ハフマン復号化部７０によって復元された各係数データを、量子化前の各係数データに変換する処理を行なう。

【0040】

ＩＤＣＴ部９０は、逆量子化部８０によって生成された量子化前の係数データに対して逆離散コサイン変換を行なって元の画像を復元する。上述したように、画像圧縮装置１から入力される符号データにおいては、スクランブル領域に含まれるブロックの係数データの一部のビットが暗号化されている。そのため、画像伸長装置２のＩＤＣＴ部９０によって復元される画像は、スクランブル領域の画像がスクランブル化された「スクランブル画像」となる。

【0041】

画像出力部１００は、ＩＤＣＴ部９０によって復元されたスクランブル画像を出力する。

【0042】

次に、画像伸長装置３について説明する。画像伸長装置３は、画像圧縮装置１からの符号データ（ＪＰＥＧデータ）を、スクランブル領域内のスクランブル化が解除された画像である「スクランブル解除画像」に復元する。画像伸長装置２は、たとえば、ＪＰＥＧ規格による一般的な伸長用ソフトウェアに対してスクランブル解除機能を追加した特殊なソフトウェアによって実現することができる。

【0043】

画像伸長装置３は、上述の画像伸長装置２に対して、係数復号化部１１０を追加したものである。すなわち、画像伸長装置３は、上述のハフマン復号化部７０、逆量子化部８０、ＩＤＣＴ部９０、画像出力部１００に加えて、スクランブル解除機能を有する係数復号化部１１０を備える。

【0044】

ハフマン復号化部７０は、上述のように画像圧縮装置１から入力される符号データを解析して、量子化された各係数データを復元する。

【0045】

係数復号化部１１０は、ハフマン復号化部７０によって復元された係数データを、スクランブル領域に含まれるブロックの係数データと、スクランブル領域に含まれないブロックの係数データとに層別する。なお、スクランブル領域の座標情報は、画像圧縮装置１から入力される符号データ内に含まれている。

【0046】

係数復号化部１１０は、スクランブル領域に含まれるブロックの係数データの暗号化されたビットを、外部から入力されるキーコードを用いて復号化して逆量子化部８０に出力する。これにより、スクランブル領域内のスクランブル化が解除されることになる。なお、係数復号化部１１０は、スクランブル領域に含まれないブロックの係数データについてはそのまま逆量子化部８０に出力する。

【0047】

逆量子化部８０は、係数復号化部１１０から入力される各係数データを、量子化前の各係数データに変換する処理を行なう。

【0048】

ＩＤＣＴ部９０は、逆量子化部８０によって変換された量子化前の係数データに対して逆離散コサイン変換を行なって元の画像を復元する。上述したように、スクランブル領域に含まれるブロックの係数データは係数復号化部１１０によって復号化されている。そのため、画像伸長装置３のＩＤＣＴ部９０によって復元される画像は、スクランブル領域内のスクランブル化が解除された「スクランブル解除画像」となる。

【0049】

画像出力部１００は、ＩＤＣＴ部９０によって復元されたスクランブル解除画像を出力する。

【0050】

＜係数暗号化部４０の詳細構成＞
図３は、画像圧縮装置１における係数暗号化部４０の詳細構成の一例を示す図である。なお、図３には、輝度の係数データと色差の係数データとのうち、輝度の係数データを暗号化する例が示されている。また、図３には、暗号化アルゴリズムとしてＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）を用いる例が示されている。なお、暗号化アルゴリズムは、ＡＥＳに限定されるものではなく、他の暗号化アルゴリズムを用いてもよい。

【0051】

係数暗号化部４０は、判定部４１，４２と、抽出部４３と、変換部４４と、結合部４５と、選択部４６とを備える。

【0052】

判定部４１は、ＤＣＴ部２０から入力される係数データが輝度の係数データであるか否かを判定する。暗号化の対象である輝度の係数データは、判定部４２に送られる。一方、暗号化の対象ではない色差の係数データは、判定部４２ではなく選択部４６に送られる。

【0053】

判定部４２は、判定部４１から入力される輝度の係数データが、スクランブル領域に含まれるブロックに対して生成された係数データ（以下「スクランブル領域内の係数データ」ともいう）であるか否かを判定する。スクランブル領域内の係数データは、暗号化の対象であるため、抽出部４３および結合部４５に送られる。一方、スクランブル領域に含まれないブロックに対して生成された係数データ（以下「スクランブル領域外の係数データ」ともいう）は、暗号化の対象ではないため、選択部４６に送られる。

【0054】

抽出部４３は、判定部４２から入力されるスクランブル領域内の係数データから、暗号化の対象となるビットである「ＡＥＳ変換用ビット」を抽出する。なお、ＡＥＳでは１２８ビット単位で暗号化するため、抽出部４３は、ブロック毎に、１２８ビットのＡＥＳ変換用ビットを抽出する。

【0055】

図４は、ＡＥＳ変換用ビットの抽出例を示す図である。上述したように、各ブロックには６４個の係数データ（１個のＤＣ係数と６３個のＡＣ係数）が含まれ、各係数データの値は、たとえば１０ビットで表現される。

【0056】

本実施の形態においては、ＡＥＳ変換用ビットを、６４個の係数データのうちのどの係数データのどのビットから抽出するのかによって、スクランブル強度を調整することができる。図４に示す例では、抽出部４３は、１個のＤＣ係数の下位のビット、および、１～２７番までの２７個のＡＣ係数の各々の下位のビットから、合計１２８ビットを抽出してＡＥＳ変換用ビットとする。

【0057】

より具体的には、１個のＤＣ係数については下位の４ビット（小計１×４＝４ビット）、１～５番の５個のＡＣ係数については各々の下位５ビット（小計５×５＝２５ビット）、６～１４番の９個のＡＣ係数については各々の下位６ビット（小計９×５＝５４ビット）、１５～２０番の６個のＡＣ係数については各々の下位４ビット（小計６×４＝２４ビット）、２１～２７番の７個のＡＣ係数については各々の下位３ビット（小計７×３＝２１ビット）が、ＡＥＳ変換用ビットとして抽出される。

【0058】

なお、２８～６３番のＡＣ係数については、量子化部３０による量子化によって０に近い値となり暗号化によるスクランブル強度の調整にはほとんど寄与しないため、本実施の形態においてはＡＥＳ変換用ビットには抽出されない。

【0059】

図３に戻って、変換部４４は、抽出部４３によって抽出されたＡＥＳ変換用ビットを、外部から入力されるキーコードを用いてＡＥＳ変換することによって暗号化する。変換部４４は、暗号化されたＡＥＳ変換後ビットを結合部４５に出力する。

【0060】

結合部４５は、係数データの各々について、変換部４４によって暗号化された下位ビット（ＡＥＳ変換後ビット）と、変換部４４によって暗号化されていない残余のビットとを結合することによって、暗号化されたＡＥＳ変換後の輝度の係数データを生成する。

【0061】

選択部４６は、暗号化されたスクランブル領域内の輝度の係数データと、暗号化されていないスクランブル領域外の輝度の係数データと、暗号化されていない色差の係数データとを適宜選択してハフマン符号化部５０に出力する。

【0062】

＜ハフマン符号化部５０の詳細構成＞
図５は、画像圧縮装置１におけるハフマン符号化部５０の詳細構成の一例を示す図である。ハフマン符号化部５０は、判定部５１，５７と、遅延部５２と、比較部５３と、グループ化処理部５４，６０と、符号化部５５，５９と、ジグザグスキャン部５６と、カウント部５８とを備える。

【0063】

判定部５１は、係数暗号化部４０から入力される係数データがＤＣ係数であるか否かを判定する。

【0064】

ＤＣ係数は、遅延部５２および比較部５３とに送られる。遅延部５２は、判定部５１から入力されるＤＣ係数のブロックを現在のブロックとして、現在のブロックよりも１つ前のブロックのＤＣ係数を比較部５３に出力する。

【0065】

比較部５３は、判定部５１から入力される現在のブロックのＤＣ係数と、遅延部５２から入力される１つ前のブロックのＤＣ係数とを比較し、その差分をＤＣ差分としてグループ化処理部５４に出力する。

【0066】

グループ化処理部５４は、比較部５３から入力されるＤＣ差分が属するグループ番号と、ＤＣ差分の値を表す付加ビットとを生成する。

【0067】

符号化部５５は、グループ化処理部５４によって生成されたグループ番号をハフマン符号化してＤＣ符号語を生成する。

【0068】

一方、ＡＣ係数は、ジグザグスキャン部５６に送られる。ジグザグスキャン部５６は、ＡＣ係数を図２あるいは図４に示した配列番号順にジグザグにスキャンして判定部５７に出力する。

【0069】

判定部５７は、ＡＣ係数の値が０であるか否かを判定する。ＡＣ係数の値が０である場合、カウント部５８によって値が０であるＡＣ係数の数を示すパラメータである「ランレングス」がカウントアップされ、カウントアップされたランレングスが符号化部５９に送られる。一方、値が０でないＡＣ係数は、グループ化処理部６０に送られる。

【0070】

グループ化処理部６０は、判定部５７から入力されるＡＣ係数が属するグループ番号と、ＡＣ係数の値を表す付加ビットとを生成する。

【0071】

図６は、グループ化処理部６０がＡＣ係数のグループ番号および付加ビットを生成する際に用いられるテーブルの一例を示す図である。図６に示すテーブルにおいては、係数値が－１，１の２個の値のどちらかであるＡＣ係数はグループ番号「１」に層別され、係数値が－３，－２，２，３の４個の値のいずれかであるＡＣ係数はグループ番号「２」に層別され、係数値が－３，…，－４，４，…，３の８個の値のいずれかであるＡＣ係数はグループ番号「３」に層別され、係数値が－１５，…，－８，８，…，１５の１６個の値のいずれかであるＡＣ係数は、グループ番号「４」に層別される。

【0072】

付加ビットは、係数値が各グループ番号に属する値のいずれに該当するのかを特定するための情報である。そのため、付加ビット長は、各グループ番号に属する値の個数に応じて設定される。すなわち、２（＝２^１）個の値が属するグループ番号「１」の付加ビット長は１ビットに設定され、４（＝２^２）個の値が属するグループ番号「２」の付加ビット長は２ビットに設定され、８（＝２^３）個の値が属するグループ番号「３」の付加ビット長は３ビットに設定され、１６（＝２^４）個の値が属するグループ番号「４」の付加ビット長は４ビットに設定される。

【0073】

グループ化処理部６０は、図６に示すようなテーブルを参照して、ＡＣ係数の値が属するグループ番号と付加ビットとを生成する。

【0074】

図５に戻って、符号化部５９は、カウント部５８からのランレングス、およびグループ化処理部５４からのグループ番号をハフマン符号化してＡＣ符号語を生成する。

【0075】

符号化部５５によって生成されたＤＣ符号語、グループ化処理部５４によって生成された付加ビット、符号化部５９によって生成されたＡＣ符号語、グループ化処理部６０によって生成された付加ビットは、符号データ（ＪＰＥＧデータ）として画像伸長装置２あるいは画像伸長装置３に出力される。

【0076】

＜スクランブル画像＞
画像圧縮装置１で圧縮されたＪＰＥＧ画像データを画像伸長装置２で伸長することによって、スクランブル領域内がスクランブル化された「スクランブル画像」が生成される。

【0077】

本実施の形態による画像圧縮装置１は、ハフマン符号化部５０によって生成される付加ビットを変更するのではなく、ハフマン符号化前に生成される複数の係数データ（図４に示す例では１個のＤＣ係数および２７個のＡＣ係数）の一部のビットを暗号化することで、画像をスクランブル化している。そのため、付加ビットを変更する場合に比べて、スクランブル強度の調整自由度を向上させることができる。

【0078】

すなわち、仮に上述の非特許文献１のように付加ビットを変更することによってスクランブル強度を調整すると、付加ビット長の範囲内でしかスクランブル強度を調整できないところ、付加ビット長は数ビット程度（上述の図６参照）で少ないため、スクランブル強度を大きくしたり細かく調整したりすることができない。

【0079】

これに対し、本実施の形態においては、上述の図４に示したように、ハフマン符号化部５０による符号化前に生成される複数の係数データのビットから合計１２８ビットを抽出して暗号化している。そのため、付加ビットを変更する場合に比べて、スクランブル強度の調整自由度を向上させることができる。その結果、スクランブル強度を大きくしたり、より細かく調整したりすることが可能となる。

【0080】

さらに、本実施の形態においては、暗号化するビットを各係数データの上位ビットではなく下位のビットを暗号化している。そのため、撮像対象の輪郭を認識可能な視覚情報を残しつつ個人を特定できないようなスクランブル強度に容易に調整することができる。

【0081】

すなわち、一般的に、ＤＣ係数およびＡＣ係数においては、上位のビットであるほど画像の復元に与える影響度は大きい。そのため、仮に各係数データの上位のビットを暗号化してしまうと、個人を特定できないだけでなく、撮像対象の輪郭が消えてしまって撮影対象が人物であることをも認識できないほどの大きなスクランブル強度になってしまう可能性がある。

【0082】

これに対し、本実施の形態においては、各係数データの上位のビットを暗号化するのではなく下位のビットを暗号化している。そのため、撮像対象の輪郭を認識可能な視覚情報を残しつつ個人を特定できないようなスクランブル強度に容易に調整することが可能となる。

【0083】

なお、撮像対象の輪郭を認識可能な視覚情報を残しつつ個人を特定できないようなスクランブル強度に調整可能であれば、暗号化の対象となるビットは、必ずしも各係数データの下位のビットに限定されるものではない。すなわち、各係数データの下位のビットに代えてあるいは加えて、各係数データの上位のビットあるいは中位のビットを暗号化するようにしてもよい。

【0084】

さらに、本実施の形態においては、画像データを分割して得られた複数のブロックのうち、スクランブル領域に含まれるブロックの係数データを暗号化し、スクランブル領域に含まれないブロックの係数データについては暗号化しない。これにより、スクランブル領域内の画像をスクランブル化しつつ、スクランブル領域外の画像についてはスクランブル化しないようにすることができる。

【0085】

図７は、本実施の形態によるスクランブル画像の一例を模式的に示す図である。上述のように、本実施の形態においては、スクランブル領域に含まれるブロックの係数データを暗号化することによってスクランブル領域がスクランブル化されている。なお、図７に示す例では、建物内を撮影した画像に人物が写っており、その人物全体が含まれる矩形状の領域がスクランブル領域に設定されてスクランブル化されている。

【0086】

図８は、本実施の形態に対する比較例のスクランブル画像の一例を模式的に示す図である。図８に示す比較例では、図７と同じ画像の同じスクランブル領域が、付加ビットを変更することによってスクランブル化されている。なお、図８においては、変更する付加ビット数を最大にしてスクランブル強度を最大にしている状態が示されている。

【0087】

図８に示す比較例のスクランブル画像では、付加ビット長の範囲内でしかスクランブル強度を調整できないために、スクランブル強度を最大にしているにも関わらず、図７に示す画像よりもスクランブル強度が小さく、スクランブル領域に映る人物の顔から個人を特定し易くなってしまっている。

【0088】

これに対し、図７に示す本実施の形態によるスクランブル画像では、ハフマン符号化前に生成される１個のＤＣ係数および２７個のＡＣ係数の各々の下位ビットから合計１２８ビットを抽出して暗号化している。そのため、図８に示す比較例に比べて、人物の輪郭を残しつつも、その人物の顔から個人を特定できないような強いスクランブル強度に調整することができる。

【0089】

さらに、本実施の形態においては、各係数データのビット値の変換手法としてＡＥＳのような一般的な暗号化手法を用いることで、個人情報のセキュリティ性を向上することができる。

【0090】

＜画像伸長装置３の係数復号化部１１０の詳細構成＞
上述したように、本実施の形態による画像伸長装置３は、係数復号化部１１０を備えることによって、スクランブル領域内のスクランブル化が解除された画像である「スクランブル解除画像」を生成することができる。

【0091】

図９は、画像伸長装置３における係数復号化部１１０の詳細構成の一例を示す図である。係数復号化部１１０は、判定部１１１，１１２と、抽出部１１３と、逆変換部１１４と、結合部１１５と、選択部１１６とを備える。

【0092】

判定部１１１は、ハフマン復号化部７０（図１参照）によって復元された係数データが輝度の係数データであるか否かを判定する。輝度の係数データは、判定部１１２に送られる。一方、色差の係数データは、復号化の対象ではないため、判定部１１２ではなく選択部１１６に送られる。

【0093】

判定部１１２は、判定部１１１から入力される係数データが、スクランブル領域に含まれるブロックの係数データであるか否かを判定する。スクランブル領域に含まれるブロックの係数データは、復号化の対象であるため、抽出部１１３および結合部１１５に送られる。一方、スクランブル領域に含まれないブロックの係数データは、復号化の対象ではないため、選択部１１６に送られる。

【0094】

抽出部１１３は、判定部１１２から入力される、スクランブル領域に含まれるブロックの係数データから、復号化の対象となるビットである「ＡＥＳ復号用ビット」を抽出する。なお、ＡＥＳ復号用ビットは、上述のＡＥＳ変換用ビットと同じである。

【0095】

逆変換部１１４は、抽出部１１３によって抽出されたＡＥＳ復号用ビットを、外部から入力されるキーコードを用いてＡＥＳ逆変換することによって復号化する。なお、逆変換部１１４に入力されるキーコードは、画像圧縮装置１の係数暗号化部４０で用いられたキーコードと同じコードである。逆変換部１１４は、復号化されたＡＥＳ復号後ビットを結合部１１５に出力する。

【0096】

結合部１１５は、係数データの各々について、逆変換部１１４によって復号化された下位ビット（ＡＥＳ復号後ビット）と、逆変換部１１４によって復号化されていない残余のビットとを結合することによって、復号化された輝度の係数データを生成する。

【0097】

選択部１１６は、復号化されたスクランブル領域内の輝度の係数データと、復号化の対象ではないスクランブル領域外の輝度の係数データと、復号化の対象ではない色差の係数データとを適宜選択して逆量子化部８０に出力する。

【0098】

このように、係数復号化部１１０は、画像圧縮装置１の係数暗号化部４０で暗号化された係数データを、画像圧縮装置１の係数暗号化部４０で用いられたキーコードと同じキーコードを用いて復号する。これにより、画像伸長装置３は、スクランブル領域内のスクランブル化が解除された「スクランブル解除画像」を生成することができる。

【0099】

＜スクランブル画像の圧縮効率の向上＞
画像全体のうちの一部であるスクランブル領域のみを上述の非特許文献１のように付加ビットを変更する方式でスクランブル化する場合、符号データ中におけるＭＵＣ毎の最後にリスタートマーカＲＳＴと呼ばれるマーカを挿入する必要がある。その理由は、ＤＣ係数の付加ビットがＤＣ差分（隣接するブロック間のＤＣ係数の差分）を表わす値であるため、スクランブル領域内のブロックからスクランブル領域外のブロックに処理対象を移す際にＤＣ係数の付加ビットをリセットしておかないと、スクランブル領域内で変更されたＤＣ係数の付加ビットがスクランブル領域外にも影響してしまい、スクランブル領域外の画像が正常に復元されなくなるためである。

【0100】

一方、本実施の形態においては、ＤＣ係数の付加ビット（ＤＣ差分）を変更するのではなく、ＤＣ差分を生成する前のＤＣ係数そのものを暗号化するため、リスタートマーカＲＳＴを挿入しなくても、スクランブル領域外の画像を正常に復元することができる。したがって、本実施の形態においては、画像全体のうちの一部のみをスクランブル化する場合であっても、リスタートマーカＲＳＴは不要であり、その分、スクランブル画像のデータサイズを小さくして圧縮効率を向上することが可能である。

【0101】

図１０は、付加ビット変更によって生成されたスクランブル画像の圧縮率よりも、ＤＣ／ＡＣ係数暗号化によって生成されたスクランブル画像の圧縮率を向上させた例を示す図である。

【0102】

図１０において、「ＢＭＰ」は、ＪＰＥＧ圧縮前の元の画像データである。「ＪＰＥＧ」は、ＢＭＰを圧縮したＪＰＥＧ画像のデータであり、リスタートマーカＲＳＴは挿入されておらず、かつスクランブル化もされていない。「ＢＭＰ」を１００％とした場合、「ＪＰＥＧ」は２％に圧縮される。

【0103】

また、図１０において、「比較例ＪＰＥＧ」は、ＢＭＰの一部を付加ビット変更によってスクランブル化したＪＰＥＧ画像のデータであり、リスタートマーカＲＳＴが挿入されている。「本開示ＪＰＥＧ」は、ＢＭＰの一部をＤＣ／ＡＣ係数の暗号化によってスクランブル化したＪＰＥＧ画像のデータである。

【0104】

「比較例ＪＰＥＧ」は、「ＪＰＥＧ」に対してリスタートマーカＲＳＴに相当するデータが増加する。そのため、「比較例ＪＰＥＧ」の圧縮率は、「ＪＰＥＧ」の圧縮率２％よりも大きい「３％」となる。

【0105】

これに対し、「本開示ＪＰＥＧ」は、リスタートマーカＲＳＴがないため、その分、データを低減できる。これにより、「本開示ＪＰＥＧ」の圧縮率は、「ＪＰＥＧ」の圧縮率２％とほぼ同じ２％程度にすることができる。すなわち、「比較例ＪＰＥＧ」の圧縮率（付加ビット変更によって生成されたスクランブル画像の圧縮率）よりも、「本開示ＪＰＥＧ」の圧縮率（ＤＣ／ＡＣ係数暗号化によって生成されたスクランブル画像の圧縮率）を向上させることができる。

【0106】

ただし、「比較例ＪＰＥＧ」は基本的にスクランブル領域の大きさとは無関係に圧縮率が決まるが、「本開示ＪＰＥＧ」はスクランブル領域が大きいほどデータサイズが大きくなり圧縮率が劣化するという特性を有する。そのため、「比較例ＪＰＥＧ」の圧縮率よりも「本開示ＪＰＥＧ」の圧縮率を向上させるためには、スクランブル領域の大きさを調整する必要がある。

【0107】

図１１は、人物全体ではなく人物の頭部のみを含む領域がスクランブル領域に設定されたスクランブル画像の一例を示す図である。このようにスクランブル領域を人物全体ではなく頭部のみを含むように小さくすることで、個人を特定できないようにしつつ、「比較例ＪＰＥＧ」の圧縮率よりも「本開示ＪＰＥＧ」の圧縮率を向上させることができる。

【0108】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0109】

１ 画像圧縮装置、２，３ 画像伸長装置、１０ 画像入力部、２０ ＤＣＴ部、３０ 量子化部、４０ 係数暗号化部、４１，４２，５１，５７，１１１，１１２ 判定部、４３，１１３ 抽出部、４４ 変換部、４５，１１５ 結合部、４６，１１６ 選択部、５０ ハフマン符号化部、５２ 遅延部、５３ 比較部、５４，６０ グループ化処理部、５５，５９ 符号化部、５６ ジグザグスキャン部、５８ カウント部、７０ ハフマン復号化部、８０ 逆量子化部、９０ ＩＤＣＴ部、１００ 画像出力部、１１０ 係数復号化部、１１４ 逆変換部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】