Программа для выявления следов цифровой обработки аналоговых и цифровых фонограмм при проведении судебно-акустической экспертизы

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Национальная академия внутренних дел Украины

Программа для выявления следов цифровой обработки аналоговых и цифровых фонограмм при проведении судебно-акустической экспертизы

О.В. Рыбальский

Аннотация

Представлено новое средство проведения судебно-акустической (фоноскопической) экспертизы, предназначенное для выявления следов цифровой обработки аналоговых и цифровых фонограмм при проверке их аутентичности -- программу «Академия», разработанную под руководством автора по результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований данной проблемы.

Ключевые слова: цифровая обработка, следы цифровой обработки, частота, спектр, аргумент функции, модуль функции.

Введение

аутентичность программа цифровой фонограмма

Проведенная теоретическая проработка проблемы выявления следов цифровой обработки (ЦО) аналоговых и цифровых фонограмм (АФ и ЦФ соответственно) показала, что ее решение лежит в применении вейвлет-анализа [1-3]. При экспериментальной проверке данных положений было необходимо выявить те устойчивые различия, которые проявляются в вейвлет-портретах обработанных и не обработанных фонограмм.

В процессе экспериментальной проработки методов выявления следов ЦО аналоговых и цифровых фонограмм с использованием вейвлет-анализа такие различия были выявлены, но появились проблемы автоматизации процесса экспертизы и представления результатов проверки в форме, доступной и наглядной для неподготовленных людей, не разбирающихся в тонкостях интерпретации вейвлет-портретов. Обе проблемы были решены с помощью программы «Академия», созданной под руководством автора на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований. Подана заявка на изобретение, ведется международное патентование нового способа проверки аутентичности фонограмм. В этой работе рассказано о построенных на новой методологии, способе и средстве проведения судебно-акустических (фоноскопических) экспертиз и их уникальных возможностях.

1. Основная часть

Экспериментальная проработка проблемы началась с поиска устойчивых идентификационных признаков ЦО, проявляющихся на вейвлет-портретах сигналов, выделяемых из фонограмм [4].

Первоначально для этого применялась известная программа MatLab R12, содержащая пакет для вейвлет-анализа сигналов. Именно с ее помощью были определены необходимые для последующей работы вейвлеты и параметры анализа. Для этого автором были сняты и проанализированы более 300 вейвлет-портретов сигналов, со следами ЦО и без них. В экспериментах использовалась аналоговая и цифровая аппаратура звукозаписи разных производителей. Аналоговая аппаратура магнитной записи (ААМЗ) была представлена разными классами аппаратов -- от низкокачественных диктофонов с полосой рабочих частот до 3,3 кГц, до профессиональных магнитофонов с полосой частот до 20 кГц (различные экземпляры диктофонов OLYMPUS Pearlcorder S724, OLYMPUS Pearlcorder L400 и магнитофон Marantz mod PMD221, зав. № AKE9T2-RC-N).

Цифровая аппаратура записи аналоговых сигналов (ЦАЗАС) также была представлена в широком спектре. Применялась ЦАЗАС с записью на жесткий магнитный диск в формате записи МР 3 -- цифровой магнитофон ARCHOS Jukerbox Recorder 10 с диапазоном частот до 20 кГц. Использовались и цифровые диктофоны разных типов с записью в разных форматах и с разными алгоритмами сжатия информации (Finctronic, Samsung SVR -- S820 820S2301978, Samsung SVR -- S820 № 820S2900147, Toshiba, Memory Recorder DMR-SX1, Toshiba, Memory Recorder DMR-SX2).

Для ЦО применялись ПЭВМ со звуковыми редакторами, работающими в формате wav. Фонограммы вводились в ПЭВМ и выводились из машины для перезаписи в аналоговой и цифровой форме. При этом в ряде случаев для перезаписи в цифровом виде обработанных фонограмм из ПЭВМ использовались специализированные программы преобразования сигналов из формата wav в форматы записи сжатых сигналов на ЦАЗАС.

Вейвлет-портреты обработанных и не обработанных сигналов снимались с помощью комплексного вейвлета Морле в программе MatLab R12. Верхнее, нижнее значения параметра а частоты вейвлет-преобразования и шаг его изменения при анализе были определены экспериментально и составляли:

-- верхнее значение параметра а -- 3;

-- нижнее значение параметра а -- 0,1;

-- шаг параметра а -- 0,001.

Исследования проводились по количеству смен направления приращения на графике функции аргумента вейвлет-портретов исследуемых сигналов, полученных для фиксированного значения параметра а = 1,505. Такая величина фиксации значения параметра а в программе обеспечивается автоматически. И хотя такой режим измерения позволил выявить различия между обработанными и необработанными сигналами, он, как выяснилось в последствии, не является оптимальным с точки зрения достоверности и наглядности получения и представления результа-

тов анализа фонограмм. Кроме того, он не полностью отвечает требованиям полноты анализируемой информации и, следовательно, достоверности полученных результатов.

При проведении исследований в программе MatLab R12 было установлено, что количество смен направления приращения на графике функции аргумента вейвлет-портретов обработанных и необработанных сигналов, воспроизводимых как с ЦФ, так и с АФ, отличаются между собой, и эти различия носят устойчивый характер. При этом такие различия выявлялись для всех вариантов ввода, обработки и перезаписи сигналов и выявлялись как в АФ, так и в ЦФ.

Одновременно выяснились два главных недостатка программы MatLab R12 применительно к дальнейшим исследованиям и проведению экспертиз. Во-первых, сама универсальность программы приводит к ее большой емкости и длительному выполнению расчетных операций, кроме того, ее применение требует от оператора использования дополнительных операций преобразования сигналов из формата wav в формат mat, которые должны производиться вручную со значительными непроизводительными временными затратами. Во-вторых, измерения, производимые на одном, фиксированном значении параметра а (т.е. при одном фиксированном значении частоты) не отвечают физическому смыслу исследований по выявлению дополнительных высокочастотных составляющих в сигналах, возникающих в процессе ЦО, и не позволяют выявить полную физическую картину искажений сигналов. При этом измерение на одном уровне не обеспечивает стопроцентную достоверность анализа и не дает достаточной простоты представления и наглядности полученных результатов, столь необходимых при оформлении заключения эксперта. Все это, вместе взятое, не устраняло влияние человеческого фактора на результаты экспертизы.

Последующие шаги были направлены на отработку методов проведения экспертизы и создание специализированного программного обеспечения, позволяющего с наибольшей достоверностью, полнотой, наглядностью и простотой представления полученных результатов проводить подобные экспертизы.

Для этого на первом этапе были определены требования к специализированному программному обеспечению. Среди них следует выделить:

-- возможность снятия значений количества смен изменений направления приращения на графике аргумента вейвлет портрета при различных значениях параметра а с минимальными временными затратами;

-- возможность задания шага изменения параметра а в широких пределах;

-- отсутствие вспомогательных операций, производимых оператором, при загрузке сигнала в формате wav в программу;

-- автоматизацию расчетных процессов для получения конечных операций;

-- достоверность, наглядность и простоту представления получаемых результатов и т.п.

Разумеется, что эти требования уточнялись по результатам промежуточных этапов разработки программы.

Возможность ручной перестройки шага параметра а, введенная на первом

этапе разработки, позволила снять зависимость количества смен направления приращения на графике аргумента вейвлет-портрета исследуемой функции (сигнала), т.е. размещение на шкале частоты высокочастотных спектральных составляющих, содержащихся в сигнале.

Последующие доработки были направлены на автоматизацию процесса снятия этой зависимости и представления ее результатов в табличной и графической формах.

На этом разработка программы, получившей название «Академия», была завершена.

Ее проверка также была проведена экспериментальным путем. Были повторены все опыты по сравнению вейвлет-портретов сигналов, воспроизводимых с обработанных и не обработанных фонограмм. Полученные при этом результаты полностью подтвердили, во-первых, все теоретические положения, определенные ранее, и, во-вторых, пригодность программы «Академия» для проведения экспертных исследований аутентичности аналоговых и цифровых фонограмм. Программа внедрена в экспериментальный образец аппаратно-программного комплекса «Теорема-1». На комплексе выполнен ряд экспертиз.

Ниже приводятся иллюстрации отдельных экспериментов (всего их было проведено более 300) и результаты отдельных экспертиз, поясняющих некоторые принципы работы программы.

На рис. 1 и 2 проиллюстрированы результаты эксперимента, произведенного на ЦАЗАС «Тошиба» при условии цифрового ввода фонограммы в ПЭВМ для обработки, ее обработке в программе Cool Pro 98 в формате wav, последующем преобразовании из формата wav в формат dmr сжатия в информации в ЦАЗАС и перезаписи в цифровой форме в этом формате на ЦАЗАС. Автору не известны другие методы и средства, позволяющие выявить следы подобной обработки.

Далее приводятся графики (рис. 3, 4), иллюстрирующие следы цифровой обработки аналоговой фонограммы, выявленные при проведении экспертизы по одному из уголовных дел. После выявления следов цифровой обработки в записях экспертами было высказано предположение, что первичная запись была про-изведена с телефонного канала на телефонном аппарате с цифровым автоответ-чиком. Это предположение было проверено и подтверждено следователем в процессе дополнительного допроса фигуранта дела, производившего запись. При этом выявлено характерное (определенное теоретически и проверенное экспери-ментально) свойство, возникающее при перезаписи на аналоговый магнитофон цифровой записи, -- отсутствие в графике спорной фонограммы высокочас-тотных составляющих, имеющихся в образцой фонограмме. Это явление по-ясняется различием в характере собственных шумов аналоговой и цифровой аппаратуры звукозаписи. Частота дискретизации в телефонном автоответчике -- 8 кГц, ввод фонограммы в ПЭВМ при анализе осуществлялся при частоте дискретизации 16 кГц при 16-разрядной оцифровке.

Рис. 1 Графики функций количества изменений направления приращения аргумента сигналов длительностью 25 выборок (1,92 кГц), выделенных из оригинальной записи, записанной на ЦАЗАС Тошиба-2 (красный), и обработанной записи (синий) при цифровом вводе/выводе в ПЭВМ и ЦАЗАС при перезаписи фальсификата. В области параметра a = (2-2,1) видны явные различия в количестве спектральных составляющих (в фальсификате их больше). Первичная запись на ЦАЗАС проводилась при частоте дискретизации 16 кГц, ввод в ПЭВМ для анализа при частоте дискретизации 48 кГц

Рис. 2 Графики функций количества изменений направления приращения аргумента двух разных реализаций сигналов длительностью 25 выборок (1,92 кГц), выделенных из оригинальной записи, записанной на ЦАЗАС Тошиба-2 (красный и синий графики). Запись на ЦАЗАС производилась на частоте дискретизации 16 кГц, ввод в ПЭВМ для анализа на частоте 48 кГц

Рис. 3 Графики функций количества изменений направления приращения аргумента исследуемых сигналов спорной и образцовой фонограмм (вся исследуемая область)

Рис. 4 Графики функций количества изменений направления приращения аргумента исследуемых сигналов спорной и образцовой фонограмм (растяжение области исследования по оси параметра а).

Выводы

По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований под руководством автора создана программа «Академия», позволяющая выявлять следы цифровой обработки в аналоговых и цифровых фонограммах при проведении судебно-акустической (фоноскопической) экспертизы.

Литература

1. Рыбальский О.В., Жариков Ю.Ф. Современные методы проверки аутентичности магнитных фонограмм в судебно-акустической экспертизе / Монография. -- К.: НАВСУ, 2003. -- 300 с.

2. Рыбальский О.В., Мовчан Т.В. Неизбежные следы монтажа цифровых сигналограмм // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. -- 2002. -- Т.4, № 2. -- С. 51-61.

3. Рыбальский О.В., Мовчан Т.В. Особенности применения вейвлет-анализа при проведении экспертиз подлинности цифровых фонограмм // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. -- 2003. -- Т. 5, № 1. -- С. 22-31.

4. Рыбальский О.В., Мовчан Т.В., Писаренко Л.Д., Путилов Ю.В. Выявление признаков обработки цифровых фонограмм с помощью вейвлет-анализа сигналов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. -- 2002. -- Т. 4, № 3. -- С. 89-103.

Размещено на Allbest.ru