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【期刊名称】 《中国司法鉴定》
数字录音真实性司法鉴定研究现状
【英文标题】 The State of Art in Digital Audio Forensic Authentication
【作者】 曾锦华施少培杨旭奚建华卞新伟李岩卢启萌
【作者单位】 司法部司法鉴定科学技术研究所【分类】 司法鉴定学
【中文关键词】 数字录音;真实性鉴定;电子数据检验;模式识别
【英文关键词】 digital recording; forensic authentication; digital forensic examination; pattern recognition
【文章编码】 1671-2072-(2014)04-0057-05【文献标识码】 A
【期刊年份】 2014年【期号】 4
【页码】 57
【摘要】

随着数字录音设备的普及,以及音频编辑技术的大众化趋势,传统的检验方法和技术在当前数字录音真实性司法鉴定实践中面临着极大的挑战。模式识别和人工智能等领域的最新进展为数字录音真实性鉴定提供了有效的检验角度。通过分析和总结当前机器学习和模式识别等研究领域在数字录音真实性研究方面的前沿探索性成果,结合对当前录音真实性司法鉴定实践应用中的关键技术和方法的论述,分析和探讨数字录音真实性司法鉴定领域研究所面临的问题、挑战及未来发展趋势。指出专家经验判断分析技术和统计量化检验方法的协作并存是数字录音真实性鉴定的必然趋势和高效解决方案。

【英文摘要】

With the popularity of digital recorders, and the popular trend of audio tampering methods, the traditional techniques have met great challenges in the current practice of digital audio forensic authentication. The latest progress in the field of the pattern recognition and artificial intelligence offers a feasible way for digital audio forensic authentication. In this paper, the latest achievements of digital audio forensic authentication in the fields of the machine learning and pattern recognition were reviewed and the current main methods in the practice of digital audio forensic authentication were analyzed. Then, problems,challenges, and future trends of digital audio forensic authentication were discussed. It was concluded that the collaborative coexistence of traditional methods based on expert experience and statistical quantitative computation techniques would be an inevitable trend and an efficient solution for digital audio forensic authentication.

【全文】法宝引证码CLI.A.1191451    
  1 数字录音真实性研究现状
  数字录音可分为目标语音要素、设备要素、环境要素以及数字信号要素等部分组成。数字录音真实性检验主要依据录音中各要素的真实性分析实现篡改检测和定位。目标语音要素中的说话人语音真实性分析可以通过声纹鉴定技术实现;设备要素中的本底噪声以及特征信号的真实性问题可以通过录音设备鉴定技术进行分析;录音环境和数字信号要素的真实性分析技术目前主要通过信号提取和统计计算实现。在此仅对录音中的设备要素、环境要素和数字信号要素的真实性检验和分析技术进行简要的论述。
  1.1 录音设备鉴定技术
  录音设备通常包含信号采集和量化部件即麦克风、信号编码和信号存储等基本组件。采用特定设备录制的录音必然会携带设备相关的附属信息,包括信号量化、编码和存储等设备软硬件特征。基于录音设备分析的检验技术为录音真实性鉴定提供了重要的检验角度。信号编码特征中,每个录音设备均具有特定的编码格式,如无损音频编码格式和MP3格式等;在信号存储部分,录音设备的操作系统赋予录音文件特定的属性,如文件名命名方式、创建和修改时间等文件属性信息。
  在录音设备识别研究方面,目前领域内更多的关注于麦克风的分类。Kraetzer等{1}利用数字录音信号中的7个时域特征和56个梅尔倒谱域特征进行麦克风和录制环境分类,实验中使用4个麦克风在10个不同的场景进行实验样本录音录制,实现贝叶斯分类器进行麦克风分类的准确性在61.37 %~75.99%范围。Buchholz等{2}通过分析录音的背景噪声片段中的傅里叶因子特征研究麦克风的分类问题,实验中使用2 048个频率因子统计特征并利用logistic回归模型对7个不同厂商的麦克风实现了93.5%的分类准确性。文献{3}通过线性和梅尔尺度倒谱因子使用支持向量机方法分别实现8个固定电话听筒和8个麦克风的准确分类,分类准确性均达到90%以上。Malik和Miller{4}利用多谱分析技术并使用基于距离和相关性的相似性度量方法,实现对8个麦克风的100%的分类。王志锋等{5}通过谱减法分析录音中静音段的设备相关特征实现了9个录音设备的平均识别率为87.42%的分类。
  1.2 录音环境的真实性分析技术
  录音环境信息包括背景声音和录音环境的客观特性信息,如时间、空间和电磁场等。传统的录音真实性鉴定技术中,环境相关的背景声音的连续性和一致性为基于听觉检验的真实性鉴定提供重要线索。录音环境的客观特性作为数字录音的无形“水印”,通过特定技术分析还原的录音环境客观特性,为数字录音真实性鉴定提供了可行的判断指标,成为当前该领域的研究热点。环境相关的空间信息特性研究中,目前主要利用声音的反射特性{6},通过建模计算声音信息的衰减系数,以此来还原录音环境的不同空间配置信息,该技术目前还停留于理想条件下的音频信息处理,对现实场景的应用缺乏更准确的计算模型。环境相关的电磁场信息提取研究中,鉴于电磁场分布的普及程度和一致性,目前研究对象主要集中于电网频率(ENF)的提取{7-10},主要计算步骤包括音频信号下采样、电网频率范围带通滤波、信号分帧、帧内短时傅里叶变换以及帧内峰值频率估计等。通过一定时间范围内的电力网络频率估计值与对照值的比对,实现录音时间的估计。基于ENF技术的音频真实性鉴定,主要是验证检材录音的完整性和录音时间与检材描述的一致性问题。该技术存在的缺陷包括检材录音的时长要求和电力网络频率数据库的维护等,且特定的压缩算法会破坏该特征的信号提取。
  1.3 录音数字信号的真实性分析技术
  录音数字信号要素的真实性分析技术目前主要研究录音信号的相似性检测、压缩特征以及其它的信号统计特性等,具体包括重压缩特征识别{11-14}、录音文件初始比特率计算{15}、针对特定压缩算法的帧偏移检测{16},以及信号高阶统计特性分析等。压缩格式的数字录音篡改通常伴随着信号压缩、解压和重压缩的处理过程{17}。重压缩特征识别主要是分析基于信号量化操作引起的、区别于单次压缩操作的特定指标的增减,实现音频文件压缩特征的判断。针对特定压缩算法的帧偏移检测技术,目前主要针对MP3等基于分帧操作的压缩处理算法的音频信号分析,可以实现删减、插入、替换和拼接等伪造手段的检测。另一方面,自然的、未经过篡改的音频信号被认为是只具有微弱的高阶关联特性,对音频信号的人为篡改会引入其它的高阶关联特征{18},通过分析数字音频信号的高阶统计特性可以检测录音是否经过人为篡改。离婚不离婚是人家自己的事
  2 数字录音真实性司法鉴定实践技术
  2.1 专家经验检验技术
  人耳与大脑组合被认为是世界上最精密的声音感知“设备”,听觉检验是录音真实性分析的基本且重要的方法。通过听觉检验,可以对检材录音的总体情况、目标语音、背景声音以及特殊信号等要素进行感知理解;对录音中的底层信息如录音质量、背景噪音、声音连贯性以及特殊信号等进行评估。同时,对录音中的高层信息如对话内容、语义连贯性和情感感知等进行分析。其不足之处在于性能的不稳定性和处理效率问题上:一方面,个体的听觉信息处理能力的差异性以及大脑的警觉程度都会影响听觉检验的效果;另一方面,在处理长时录音的听觉检验上,检验者耗时较长且任务繁重。
  波形和频谱图检验是数字录音真实性分析的又一重要手段,通过数字信号处理软硬件支持,检验者可以直观的对数字录音信号的波形随时间变化关系,以及信号的能量、频率以及时间相互间的关联进行视觉检验(见图1~2)。该方法可以对目标声音和背景噪声的连续性和一致性进行很好的视觉评估,同时,对底层的录音信息,如录音质量、

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【注释】                                                                                                     
【参考文献】

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