Система определения подлинности фонограмм

Полезная модель относится к инструментальным средствам криминалистического исследования звуковой информации или фоноскопической экспертизе аудиозаписей, а более конкретно к системе определения подлинности фонограмм. Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение разрешающей способности частотно-временного анализа сигналов аудиозаписей в заданной полосе частот с возможностью определения целостности фонограммы по результатам высокоточного вейвлет-анализа сигналов. При этом необходимость формирования и записи специальных маркировочных сигналов отсутствует. Технический результат достигается за счет того, что система определения подлинности фонограмм включает модуль ввода звукового сигнала, который соединен с модулем для аналого-цифрового преобразования, который соединен с модулем определения подлинности фонограмм, осуществляющим многоуровневое вейвлет-преобразование сигнала и визуализацию результатов анализа. 7 ил.

Система определения подлинности фонограмм

Полезная модель относится к инструментальным средствам криминалистического исследования звуковой информации или фоноскопической экспертизе аудиозаписей, а более конкретно к системе определения подлинности фонограмм с использованием высокоточного многоуровневого вейвлет-анализа речевых сигналов.

Фоноскопическая экспертиза проводится в целях установления личности говорящего по признакам голоса и речи, записанной на фонограмме; выявления признаков монтажа и иных изменений, привнесенных в фонограмму в процессе или после окончания звукозаписи; определение условий, обстоятельств, средств и материалов звукозаписи, а также иных фактов, имеющих значение судебных доказательств.

Особенно остро в последние годы в практике экспертов-фоноскопистов стоит проблема обнаружения следов нарушения достоверности фонограмм. Развитие и широкое распространение компьютерных средств обработки и монтажа аудиозаписей, доступность детальной информации о выполнении таких действий, привели к ситуации, когда создание смонтированной фонограммы с измененными текстами реплик, составом дикторов и привнесенной при монтаже фоновой акустической обстановкой является относительно простой задачей даже для непрофессионала. В то же время в отечественной судебной практике все чаще к уголовным и гражданским делам приобщаются цифровые фонограммы, так как в соответствии с Гражданским процессуальным и Уголовно-процессуальным кодексами РФ аудио- и видеозаписи включены в перечень допустимых доказательств (статья 55 ГПК РФ и статья 84 УПК РФ). В связи с этим создание новых высокоточных средств анализа аудиозаписей, обеспечивающих надежное определение подлинности фонограмм является актуальной научно-технической задачей.

Из уровня техники известны системы обнаружения признаков монтажа фонограмм, которые базируются на случайных или специальных добавленных постоянных фоновых помехах, не привязанных к оригинальной структуре контролируемого речевого сигнала.

Известен способ записи информации на носитель, при котором перед записью основных и управляющих данных в виде кадров на носителе записи формируют файл управляющих данных в виде N-идентичных групп в каждом пакете данных (патент РФ 2073913, 20.02.97).

Способ направлен на перенос обработки записанных данных со специализированной материальной части на программную.

Известен также способ размещения на носителе проверочных символов кода для исправления ошибок в информационных данных, таким образом, что каждая компонента информации и проверочных символов записываются на интервалах каждого сектора, чтобы рассредоточить вышеуказанные проверочные символы в каждом секторе (патент РФ 2154897, 20.08.00).

В данном патенте решается проблема помехозащищенного кодирования данных. Если при кодировании передачи или чтении этих данных происходят сбои, то они исправляются с помощью предложенного в данном патенте способа.

В патенте РФ 2095857 (10.11.97) описан способ передачи звуковой и/или видеоинформации с использованием носителя данных, при котором форматируют данные с добавлением к основной информации цифровых субкодовых данных, которые перед форматированием разделяют на пакеты информации и производят их перемежение. После переформатирования выбранные пакеты выделяют из субкодовой информации.

Способ, согласно данному патенту, предусматривает использование дополнительных дорожек цифровых записей с разноязычными текстами. Эти дополнительные данные не смешиваются с полезным сигналом.

Недостатком вышеописанных способов является то, что используемые в них маркировочные сигналы можно достаточно просто выявлять, удалять, заменять или добавлять при манипуляциях с монтируемой фонограммой с помощью цифровой или аналоговой техники звукозаписи. В случае с «водяным знаком» при контроле записи необходимо постоянно хранить эталонный маркировочный сигнал.

Из уровня техники известна система обнаружения признаков монтажа фонограмм, «привязанная» к оригинальной структуре контролируемого речевого сигнала (Способ формирования фонограмм речевой информации, патент 002728, 29.08.2002. Евразийская патентная организация). Данное изобретение заключается в создании способа формирования фонограммы речевой информации с записью на носителе, который при изменении записи позволяет обнаружить внесенные корректировки или монтаж фонограммы, а в случае их отсутствия подтвердить достоверность оригинальной записи. Другими словами, задача определения подлинности фонограммы решается за счет внесения в основной речевой сигнал контрольного маркировочного сигнала, модулированного спектральной мощностью кадров сонофильма по гармоникам со случайным распределением их фаз. В результате, сигнал фонограммы со следами речи помечается специальной дополнительной сигнальной структурой, располагающейся в том же частотном диапазоне, что и сам речевой сигнал, что не позволяет бесследно менять или удалять фрагменты фонограммы. Способ формирования фонограммы речевой информации заключается в том, что на носитель одновременно записывают речевые и контрольные маркировочные сигналы для определения целостности фонограммы по результатам ее частотно-временной визуализации (сонофильма).

К недостаткам рассмотренных способов определения подлинности фонограмм относится необходимость на этапе регистрации речи дикторов формирования и записи специальных маркировочных сигналов.

Кроме того из уровня техники известны аппаратно-программные комплексы исследования фонограмм «ИкарЛаб», Justiphone, OTExpert, использующие алгоритмы быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Известные из уровня техники аппаратно-программные средства криминалистического исследования фонограмм используют преобразование Фурье, которое не обеспечивает необходимую разрешающую способность при изменении параметров процесса во времени (нестационарности) поскольку дает усредненные коэффициенты для всего исследуемого сигнала.

Заявляемая система определения подлинности фонограмм отличается от вышеизложенных тем, что не требует записи специальных маркеров на этапе регистрации речевых сигналов, выявление фактов монтажа осуществляется за счет высокоточного многоуровневого вейвлет-преобразования зарегистрированного сигнала, выделения из него сигналов фона сети питания и его гармоник малого уровня.

Полезная модель является развитием инструментальных средств криминалистического исследования фонограмм на базе новой технологии многоуровневого вейвлет-анализа сигналов с повышенным частотно-временным разрешением.

Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение разрешающей способности частотно-временного анализа сигналов аудиозаписей в заданной полосе частот.

Технический результат достигается за счет того, что система определения подлинности фонограмм включает в себя модуль ввода звукового сигнала, который соединен с модулем для аналого-цифрового преобразования, который соединен с модулем определения подлинности фонограмм, осуществляющим многоуровневое вейвлет-преобразование сигнала и визуализацию результатов анализа.

На фигуре 1 показана структурная схема системы определения подлинности фонограмм.

На фигуре 2 представлен внешний вид четырехканального модуля аналого-цифрового преобразования звуковых сигналов N1 9234 (National Instruments, USA); 24 бита, 51.2 кС/с, динамический диапазон 102 дБ.

На фигурах 3-7 представлены примеры выявления фактов монтажа фонограмм с использованием многоуровневого вейвлет-анализа.

Система определения подлинности фонограмм (фиг. 1) включает в себя модуль ввода звукового сигнала (1), модуль для аналого-цифрового преобразования (2) и модуль определения подлинности фонограмм (3).

Модулем ввода звукового сигнала могут являться устройство воспроизведения аналоговой магнитной записи, телефонный канал сети общего пользования, сотовый канал стандарта GSM, микрофон для записи речевых сигналов идентифицируемого диктора.

Модуль аналого-цифрового преобразования осуществляет аналого-цифровое преобразование сигналов фонограмм. На рисунке 2 показан пример модуля АЦП, который может принимать и обрабатывать одновременно сигналы от четырех различных модулей ввода звукового сигнала.

Модуль определения подлинности фонограммы выполняет многоуровневое вейвлет-преобразование выбранного участка сигнала и визуализацию результатов анализа.

Для выполнения анализа нестационарного процесса (например, для акустического сигнала) необходимо использовать базовые функции, имеющие способность выявлять в анализируемом сигнале как частотные, так и его временные характеристики. Другими словами, сами функции должны обладать свойствами частотно-временной локализации. В большей степени перечисленным требованиям отвечают вейвлеты. Вейвлет-спектрограммы намного более информативны, чем обычные фурье-спектрограммы, и в отличие от последних позволяют выявлять тончайшие локальные особенности акустических сигналов.

Результатом вейвлет-преобразования некоторого сигнала будет свертка этого сигнала с базовой вейвлет-функцией. В качестве базовой вейвлет-функции при получении частотно-временного представления речевого сигнала может быть выбран, например, вейвлет Морле. Вейвлет-спектрограммы (результат преобразования) можно получить с использованием наборов низкочастотных и высокочастотных дискретных фильтров (их количество зависит от количества уровней вейвлет-преобразования). Дискретные фильтры могут быть реализованы на ПЛИС, визуализация результатов может быть осуществлена на жидкокристаллическом дисплее. Способы визуализации этой информации могут быть различными. Наибольшее распространение получило представление спектра вейвлет-преобразования в виде проекции на «плоскость время-частота» с изолиниями, позволяющими проследить изменения интенсивности амплитуд вейвлет-преобразования на разных масштабах и во времени, а также картины линий локальных экстремумов этих поверхностей, четко выявляющие структуру анализируемого процесса.

При выделении сигнала «фона» сети питания 50 Гц и его гармоник задается частотный диапазон 40-200 Гц, интервал анализа 1 сек.

На основании результатов высокоточного частотно-временного анализа, представленных в виде визуализированных вейвлет-сонограмм решение о целостности фонограммы принимается экспертом-фоноскопистом. На фигуре 3 (фонограмма 1) показана вейвлет-сонограмма аудиозаписи с двумя участками монтажа (соответствуют разрывам сигнала «фона» сети питания 50 Гц). Запись речи диктора выполнена в помещении и на улице. При регистрации речевого сигнала в помещении использован цифровой микрофон Labtec Verse-704 USB, частота дискретизации 8 кГц, 16 бит; две вставки речевого сигнала, зарегистрированы с использованием диктофона «Гном-2М». Запись обработана эквалайзером, подавление частот в полосе 0-100 Гц - 60 дБ.

На фигуре 4 (фонограмма 2) - вейвлет-сонограмма аудиозаписи с участком монтажа (в центре). Низкочастотная часть сонограммы «вставки» речевого сигнала, записанного в помещении, содержит «следы» «фона» сети питания 50 Гц и его гармоники. Запись речи диктора выполнена на улице, «вставка» -в помещении. При регистрации речевого сигнала на улице использован Диктофон OLYMPUS DS-2000, в помещении - цифровой микрофон Labtec Verse-704 USB, частота дискретизации 44.1 кГц, 16 бит. Запись обработана эквалайзером, подавление частот в полосе 0-100 Гц - 60 дБ.

На фигуре 5 (фонограмма 3) - вейвлет-сонограмма аудиозаписи с точкой монтажного перехода: виден разрыв сигнала «фона» сети питания 50 Гц - 442,5 сек; анализируемая полоса частот 5 Гц - 100 Гц.

На фигуре 6 (фонограмма 4) - вейвлет-сонограмма аудиозаписи сигнала установления соединения в канале ТфОП: тональная посылка «вызова» и начало речевого сообщения. Длительность тональной посылки «вызова» составляет 0.768 сек. (начало - 6.51 сек., окончание - 7.278 сек.), что на 0.232 сек. меньше ее стандартной длины 1 сек. В конце тональной посылки выявлен участок монтажного перехода; сигнал на интервале 7.22 сек. - 7.278 сек. не является его истинным продолжением, а «состыкован» с тональным сигналом и речевым сообщением, взятым из другого сеанса связи.

На фигуре 7 (фонограмма 5) - вейвлет-сонограмма аудиозаписи с участком монтажа: видны разрывы сигнала «фона» сети питания 50 Гц.

Таким образом, использование модуля определения подлинности фонограммы, выполняющего многоуровневое вейвлет-преобразование сигнала и визуализацию результатов анализа, позволяет повысить разрешающую способность частотно-временного анализа сигналов аудиозаписей в заданной полосе частот, что позволяет с более высокой точностью определять участки монтажа (нарушения целостности) фонограммы.

1. Система определения подлинности фонограмм, включающая модуль ввода звукового сигнала, который соединен с модулем для аналого-цифрового преобразования, который соединен с модулем определения подлинности фонограмм, осуществляющим многоуровневое вейвлет-преобразование сигнала и визуализацию результатов анализа.

2. Система по п. 1, в которой модулем ввода звукового сигнала является микрофон для записи речевых сигналов идентифицируемого диктора.

3. Система по п. 1, в которой модулем ввода звукового сигнала является телефонный канал сети общего пользования.

4. Система по п. 1, в которой модулем ввода звукового сигнала является сотовый канал связи.

5. Система по п. 1, в которой модулем ввода звукового сигнала является устройство воспроизведения аналоговой магнитной записи.

РИСУНКИ