專利名稱：對根據有優選次序的像素傳輸方法所傳輸或存儲的數字數據進行編碼和解碼的方法
如權利要求1的前序部分所述，本發明涉及一種用于對根據有優選次序的像素傳輸方法所傳輸或存儲的數字數據進行編碼和解碼的方法。
提供信息內容，例如圖像、視頻、音頻數據以及文檔，是非常費事的。在許多應用情況下，在對這種信息內容進行傳輸和存儲時，對信息內容進行編碼以對其進行保護避免未經授權的訪問是很有意義的，并且是必要的。為此已有一系列能夠滿足該任務的編碼方法和應用。
其中對信息內容的編碼可以在不同層面上完成。
-直接在應用中，例如通過個人計算機上的口令保護或者用于程序訪問，-與應用無關，例如借助于在E-Mail應用中已知的PGP編碼方法，-在傳輸信息時，例如借助于IPSec(互聯網協議安全)通過互聯網傳輸信息。
目前已知的編碼方法不能夠靈活地、可定標地對信息內容進行編碼。這就是說，不能進行靈活的調節，例如根據信息內容和特定應用實現相匹配的編碼。然而有意義的是，例如當人們希望根據需求提供視頻(視頻點播)時，其中對于不同的視頻質量，例如根據圖像分辨率，能夠收取不同的費用。
本發明的任務在于給出一種對根據有優選次序的像素傳輸方法所傳輸或存儲的數字數據進行編碼和解碼的方法，該方法可以對信息內容進行靈活的、可定標的編碼。
根據本發明該任務通過權利要求1所述的特征來解決。
適用作本發明所述方法的基礎的是借助于有優先次序的像素傳輸對圖像或視頻數據進行壓縮和解壓的方法，這種方法在德國專利申請DE10113880.6(對應于PCT/DE02/00987)和DE10152612.1(對應于PCT/DE02/00995)中進行了描述。在這種方法中，例如由單個像點(像素)的矩陣組成的數字圖像或視頻數據被處理，其中每個像素具有一個隨時間變化的像素值，這個像素值表示該像素的顏色信息或亮度信息。根據本發明，為每個像素或每個像素組分配一個優先權，對應于其優先權的像素被記錄在一個優先權矩陣中。這個矩陣在每一時刻包含根據優先權排序的像素值。對應于優先權，這些像素以及為計算優先權所使用的像素值被傳輸或存儲。當一個像素與其相鄰的像素差別很大時，這個像素得到一個高優先權。為了進行重建，當前的像素值分別被顯示在顯示器上。還未傳輸的像素由已經傳輸的像素計算得到。
申請DE10113880.6和DE10152612.1所公開的內容將全部引入到本發明的公開內容中作為參考。
根據本發明，有優先次序的像素組的傳輸或存儲以數據包的形式實現，其中所述數據包不僅可以包含像點(像素)形式的圖像數據，還可以包含各種能夠存儲在一個矩陣中的數字數據。其中一個數據包由一個數據值組成，該數據值表示像素組在矩陣中的位置，并由像素組的單個像素的值構成。通過對像素組的位置值和/或像素組的像素值進行編碼，可以保護數據內容免于受到未經授權的訪問。根據所采用的密鑰，并且根據信息內容被加密的部分，例如位置值和/或像素組值，在編碼時可以考慮到各種各樣的需求。數據包根據其重要性按照相反的順序被傳輸和/或存儲。通過至少在統計上不隨時間改變的n維矩陣，根據本發明，也可以按照像素組的重要性對像素組進行編碼和解碼。
相對于現有技術，本發明的優點在于編碼方法能夠可定標地實現。與常規方法不同的是，根據不同的需求對位置值和/或像素組值進行獨立的編碼提供了這樣的優點即只需在相應的應用和設備中采用該方法。只要執行一次這種方法，就可以在不同的需求情況下使用共同的方法。這減少了執行的次數，節省了存儲空間，而存儲空間特別是在移動終端設備中是很有限的。減少執行次數可以用相同的方法實現對音頻、圖像和視頻數據的編碼。
本發明具有優點的實施例和改進在從屬權利要求中給出。
對附圖簡要說明如下
圖1由20×21個像素構成的圖像矩陣的圖示；圖2不同形狀的像素組的圖示；圖3通過將像素組插入到圖像角中所新生成的圖像矩陣；圖4填補已經插入的像素組之間的空白；圖5插入另外的像素組，并且填補其間的空白。
下面描述本發明的幾個實施例。
由作為2維圖像文件(圖像矩陣)的信息內容出發。圖像矩陣的每個像點(像素)例如通過一個32位的值(像素值)來表示。這個32位的值例如劃分為分別具有8位的4個值(透明、紅、綠、藍)。圖像矩陣的像點被逐一點數，其中每個像素的位置通過整數來確定。這樣形成了由一個參考像素和其他圍繞著參考像素的像素構成的像素組，其中所述參考像素規定了該像素組在矩陣內的位置。為每個像素組根據其“圖像重要性”分別分配一個優先權，其中首先存儲或傳輸具有最高優先權的像素組。
現在根據本發明可以通過不同的編碼級來傳輸或存儲像素組。
無編碼可以自由訪問整個信息內容，即像素組未經過加密地被傳輸。
采用一重密鑰為編碼和解碼采用一個單個的密鑰，即采用對稱編碼方法。其中例如一個像素組的參考像素的位置值可以被編碼，使得如果沒有匹配的密鑰就不能再對像素組在圖像矩陣中的位置進行正確的定位。密鑰可以通過第二條傳輸路徑來傳輸，例如通過E-Mail或郵遞來傳輸。不需要其他的基礎設施。對稱編碼方法比非對稱編碼方法(例如PGP)要快。
采用非對稱編碼方法為了對信息內容進行編碼和解碼分別采用了一個私鑰和一個公鑰。與對稱方法相比這種編碼方法開銷更大，并且僅限制在點對點的關系。但不需要用于傳輸密鑰的第二條傳輸路徑。
采用多重密鑰在多重密鑰中，密鑰由單個密鑰組合而成。這種密鑰可以和信息內容、時間、發起源、傳輸媒介或其他特征有關。
這樣可以根據需要任意限制對信息內容的再現，并且信息可以根據特定情況來顯示。為此舉出了一些例子-密鑰中的時間分量信息內容只有在某一時刻之后/直到某一時刻才能被解碼，-與傳輸媒介有關的密鑰信息內容只有當傳輸媒介具有某種特定的標識特征時才能被解碼，-與發起源有關的密鑰信息內容只有在這樣的設備上才能被解碼-在該設備上信息內容例如在提供保密拷貝時作為防止濫用的保護被記錄。
采用級聯的密鑰可以使用級聯的密鑰，以實現對信息內容的部分編碼。例如可以采用這種方法在相同的數據流中傳輸加密形式的正常品質和例如用于圖像預覽的未加密形式的變差的品質，其中不會出現冗余。其中例如圖像的分辨率可以向下調整。這種情況下“分辨率”不是指“圖像高度×圖像寬度”，因為這在采用這種方法時不會改變。更確切地說，用向下調整的分辨率來表示與原始圖像的偏差，這種偏差在重建時可能由于還未被傳輸和/或解碼的像素組而出現。這種級聯密鑰的方法根據洋蔥剝皮(Zwiebleschalen)原理來工作。在采用有優先次序的像素傳輸方法時，例如可以減小像素組的大小來形成級聯的編碼。一個像素組由一個通過其位置值唯一確定的(參考)像素和多個其他像素構成。例如當一個像素組總共由9個像素構成時，例如可以傳輸5個未經過編碼的像素和4個經過編碼的像素。包含5個未經過編碼的像素的外層不包括任何編碼，它例如允許無需密鑰地觀看郵票大小的視頻。在下一層中傳輸一個或多個經過編碼的像素。對于另外的每個層采用一個另外的密鑰。層的類型在傳輸之前在發送方和接收方之間商定。通過這種方式和方法，可以占用所有的密鑰，并且所有的層都可以被解碼，以最佳的品質來觀看視頻。
為了降低通過各個層的數據之間的相關性可能產生的干擾，在這種類型的編碼中，除了位置值和像素組的值之外還可以傳輸一個散列值(Hash-Wert)，它由位置值和像素組的值計算得到。如果在接收方計算得到的散列值與所傳輸的散列值不一致，則該像素組不會被解碼。這樣就不會出現通過其他層產生的干擾。
可以對不同密鑰和方法進行組合。
很顯然，根據本發明的編碼方法不僅可以應用于圖像和視頻數據，還可以用于各種與像點數據塊類似的數據塊形式的數字數據。
下面借助于一個簡單的例子更詳細地說明本發明。
在表1中示出了根據具有優先次序的像素傳輸方法所提供的數據流的一部分。值“Pos x”表示像素組的相應位置，值“Px_n”表示包含在像素組中的像素的相應像素值。每個像素組例如由5個像素構成。
表1
表2示出了只對位置值的編碼。其優點是只需要對數據流的一部分進行編碼，這樣相對于對所有數據的完整編碼顯著提高了性能。無需知道密鑰而重建如此編碼的數據不會產生計算開銷或者只有很大的計算開銷。
表2
表3示出了對一部分像素組的編碼。其優點是基于對像素的不同編碼，在重建圖像、音頻或視頻數據時同樣允許有不同的品質。在下面所述的例子中，接收方可以無需密鑰地使用位置值和像素值Px_0至Px_2。為了對像素值Px_3至Px_5進行解碼，分別需要相匹配的密鑰。如果接收方沒有一個或多個用于像素值Px_3至Px_5的密鑰，則應用程序必須從可自由提供的值Px_0至Px_2中重建像素值。但由于接收方缺少多個像素值，重建的質量(分辨率)明顯降低。
表3 在所述的例子中，經過編碼和未經過編碼的數據在相同的數據流中傳輸。為了識別出傳輸錯誤，并且為了識別出是否有效地完成了解碼，解碼形式的像素組的每一部分(像素值和Px_n)包含一個CRC校驗。如果出現傳輸錯誤，CRC校驗失敗，則相應像素值不會被用于重建。另外可以使用像素組的另一部分。以這種方式和方法同時提供了傳輸方法防止傳輸錯誤的可靠性。除了CRC校驗之外也可以采用散列函數。這提供了更好的安全保護，但需要更高的計算負荷。
權利要求
1.用于對根據有優選次序的像素傳輸方法所傳輸或存儲的數字數據進行編碼和解碼的方法，其中要編碼或解碼的信息內容由單個的像素組構成，其中每個像素組具有一個位置值、至少一個像素值、以及一個分配給它的優先權值，其特征在于，使用至少一個密鑰，利用該密鑰以選擇的方式對像素組的位置值和/或一個或多個像素值進行編碼或者解碼。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述密鑰以選擇的方式與要編碼的信息內容的類型、和/或與發起源、和/或與所采用的傳輸媒介相關聯，或者與時間相關。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，每個像素值或者一個或多個所選擇的像素值分別用一個獨立的密鑰來編碼或解碼。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，執行對稱編碼方法。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，執行非對稱編碼方法。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述像素組由音頻信號的數字化采樣值構成。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，文件包含圖像數據、視頻數據或音頻數據。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，像素值的顏色深度按照色差用獨立的密鑰來編碼或解碼。
全文摘要
本發明涉及一種用于對根據有優選次序的像素傳輸方法所傳輸或存儲的數字數據進行編碼和解碼的方法，其中要編碼或解碼的信息內容由單個的像素組構成，其中每個像素組具有一個位置值、至少一個像素值、以及一個分配給它的優先權值，其中使用至少一個密鑰，利用該密鑰以選擇的方式對像素組的位置值和/或一個或多個像素值進行編碼或者解碼。根據所使用的密鑰，并且根據信息內容被編碼的部分，例如位置值和/或像素組值，可以在編碼時考慮到不同的需求。
文檔編號H04N7/167GK1666522SQ03815652
公開日2005年9月7日 申請日期2003年7月2日 優先權日2002年7月3日
發明者格爾德·莫薩科夫斯基 申請人:T-移動網德國有限公司