Выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов
Рассмотрен экспериментальный пример выявления следов цифровой обработки в цифровой фонограмме аппаратно-программным комплексом «Теорема-1». Фонограмма была обработана с помощью специальной программы, разработанной для проведения проверки возможностей средств экспертизы при выявлении следов обработки...
Saved in:
| Published in: | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50648 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов / О.В. Рыбальский, Е.В. Тимко, К.Ю. Усков // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2004. — Т. 6, № 1. — С. 99-109. — Бібліогр.: 4 назв. — pос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860268244794867712 |
|---|---|
| author | Рыбальский, О.В. Тимко, Е.В. Усков, К.Ю. |
| author_facet | Рыбальский, О.В. Тимко, Е.В. Усков, К.Ю. |
| citation_txt | Выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов / О.В. Рыбальский, Е.В. Тимко, К.Ю. Усков // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2004. — Т. 6, № 1. — С. 99-109. — Бібліогр.: 4 назв. — pос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| description | Рассмотрен экспериментальный пример выявления следов цифровой обработки в цифровой фонограмме аппаратно-программным комплексом «Теорема-1». Фонограмма была обработана с помощью специальной программы, разработанной для проведения проверки возможностей средств экспертизы при выявлении следов обработки фонограмм.
Розглянуто експериментальний приклад виявлення у цифровій фонограмі слідів цифрової обробки за допомогою апаратно-програмного комплексу «Теорема-1». Фонограму було оброблено за допомогою спеціальної програми, яку розроблено для проведення перевірки можливостей засобів експертизи для виявлення слідів обробки фонограм.
The experimental example of detecting traces of digital processing in a digital soundtrack by a hardware-software complex «Theorem-1» is considered. The soundtrack was processed with the help of a special program. The program was developed for realization the checking the opportunities of examination means for detecting traces of soundtrack processing.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:03:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
Технічні засоби отримання й обробки даних
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2004, Т. 6, № 1 99
УДК 681.3
О. В. Рыбальский1, Е. В. Тимко2, К. Ю. Усков2
1Национальная академия внутренних дел Украины
2Киевский научно-исследовательский институт судебных экспертиз
Выявление следов цифровой обработки цифровых
фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов
Рассмотрен экспериментальный пример выявления следов цифровой
обработки в цифровой фонограмме аппаратно-программным ком-
плексом «Теорема-1». Фонограмма была обработана с помощью спе-
циальной программы, разработанной для проведения проверки воз-
можностей средств экспертизы при выявлении следов обработки фо-
нограмм.
Ключевые слова: цифровая обработка, формат записи, преобразова-
ние формата.
Введение
Современный уровень развития цифровых технологий и их доступность соз-
дали условия для их использования с целью изменения первоначального состоя-
ния фонограммы без явных признаков такой цифровой обработки (ЦО). Это по-
служило стимулом к разработке специальных средств и методов экспертного ис-
следования фонограмм для выявления следов изменения первоначального состоя-
ния фонограмм, в том числе и следов ЦО.
В рамках решения этой проблемы учеными и специалистами Национальной
академии внутренних дел Украины и факультета электроники Национального тех-
нического университета Украины «КПИ» были проведены исследования и создан
экспериментальный образец аппаратно-программного комплекса «Теорема-1»,
позволяющий выявлять следы ЦО аналоговых и цифровых фонограмм. Теорети-
ческие и аппаратные разработки данного комплекса базируются на применении
вейвлет-анализа процессов, неизбежно возникающих при любой обработке пер-
воначальной фонограммы: перезаписи, переоцифровке и перекодировании.
После ряда предварительных экспериментов (их всего было проведено более
300), построенных на моделях обработки сигналов, предложенных в [1, 2], экс-
перты получили возможность отработки методики применения новых методов и
оборудования в экспертизах. Эти модели предполагали, что обрабатываемые сиг-
налы подвергались не менее чем двукратному аналого-цифровому (или цифро-
аналоговому) преобразованию. Они распространялись на случаи записи обработан-
© О. В. Рыбальский, Е. В. Тимко, К. Ю. Усков
О. В. Рыбальский, Е. В. Тимко, К. Ю. Усков
100
ных сигналов как в аналоговой, так и в цифровой формах.
Основная часть
Цель отработки заключалась в проверке возможностей данного комплекса, а
также определения граничных условий достоверного выявления конкретных из-
менений фонограмм.
При отработке методики было необходимо экспериментально проверить спо-
собность комплекса к выявлению следов ЦО в сигналах, которые хотя и подвер-
гались только однократному аналого-цифровому и цифро-аналоговому преобра-
зованию, но в процессе обработки претерпевали изменения формата их представ-
ления в цифровой форме, которые вносили необратимые искажения в обрабаты-
ваемые сигналы.
Фонограмма записывалась в формате со сжатием информации (например,
mp3). Эта фонограмма вводилась в ПЭВМ через цифровой порт, где она сперва
преобразовывалась в формат wav, а затем, после обработки в этом формате, под-
вергалась дополнительному преобразованию из формата wav в первоначальный
формат. Обработанная фонограмма в этом формате через цифровой порт ПЭВМ
записывалась на ту же цифровую аппаратуру записи аналоговых сигналов
(ЦАЗАС), на которой была записана первоначальная фонограмма. В самой
ЦАЗАС использовался стандартный кодек (использовалась аппаратура с разными
типами кодеков). При эксперименте такое преобразование информации произво-
дилось непосредственно в ПЭВМ, на которой обрабатывалась введенная фоно-
грамма.
Программы преобразования форматов для разных типов кодеков были разра-
ботаны в Киевском НИИ судебных экспертиз специально для изучения возмож-
ности такой обработки и методов ее выявления.
При эксперименте преобразование форматов производилось программными
эквивалентами различных кодеков. Функциональная схема проведения экспери-
мента показана на рис. 1. Сравнивались разные способы обработки фонограмм в
формате wav:
Рис. 1. Функциональная схема проведения эксперимента
— при той же частоте дискретизации, с которой она производилась в ЦАЗАС;
— с изменением частоты дискретизации при обработке в формате wav, но с по-
Источник
звуковой
информа-
ции
ЦАЗАС
ПЭВМ
Комплекс
«Теорема-1»
Выявление следов цифровой обработки
цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2004, Т. 6, № 1 101
следующей передискретизацией на ту же частоту, при которой производилась
первичная запись в процессе перекодировки из формата wav в формат записи в
ЦАЗАС.
Таким образом, проведенные эксперименты позволяли проверить способ-
ность комплекса выявлять следы ЦО для случая перекодировки обрабатываемых
сигналов из формата в формат, при условии использования кодеков, вносящих
искажения в обрабатываемые сигналы.
Первоначальные и обработанные фонограммы вводились по аналоговому
входу/выходу в комплекс «Теорема-1» в программе Cool Pro 98 в формате wav и
исследовались с помощью программы Academy, входящей в состав программного
обеспечения комплекса [3].
Программа построена на вейвлет-анализе и позволяет выявлять искажения
формы, а, следовательно, и спектров, сигналов, подвергнутых ЦО.
Ее работа основана на известном свойстве вейвлетов выявлять малый сигнал
(на уровне младшего разряда аналого-цифрового преобразования) на фоне маски-
рующего большого сигнала. В программе используется комплексный вейвлет
Морле [4]. Необходимость его применения обусловлена возможностью представ-
ления вейвлет-портрета как модуля, так и аргумента (т.е. фазы) исследуемого сиг-
нала. Поскольку искажения, вызванные ЦО, проявляются в исследуемых сигналах
в виде всплесков малой амплитуды высокой частоты, то в сигнале будут образо-
вываться дополнительные фазовые переходы, проявляющиеся на вейвлет-
портрете аргумента.
Это свойство позволяет после дополнительной обработки представлять ре-
зультаты анализа исследуемых фонограмм в виде эквивалентов спектрограмм, т.е.
спектрограмм, получаемых при использовании вейвлетов.
Из исследуемых фонограмм отбирались отдельные реализации квазигармо-
нических сигналов, которые подвергались последующему анализу.
Для чистоты эксперимента каждая из фонограмм записывалась одновременно
на два разных экземпляра ЦАЗАС, а проверке подвергались сигналы одного и то-
го же вида и длительности, выделенные из одной фонемы одного звука одного и
того же слова одной и той же фразы, записанной на образцовых и обработанных
фонограммах.
Критерием наличия следов ЦО в проверяемых таким методом фонограммах,
является различие в размещении вдоль оси параметра масштабирования a (пара-
метр, эквивалентный частоте при вейвлет-анализе) спектральных составляющих
исследуемых сигналов, выделенных из первоначальных и обработанных фонограмм.
Для определения граничных условий достоверного выявления конкретных
изменений фонограмм был проведен дополнительный эксперимент.
Предпосылкой для проведения подобного эксперимента являлась необходи-
мость отработки методики проведения экспертизы и выяснения тех областей
сравнения частот на спектрограммах, в которых расхождения, образовавшиеся в
спектрограммах исследуемых фонограмм, явно обусловлены следами обработки,
а не различием вводимых сигналов, условий их записи-воспроизведения или ввода
фонограмм.
Эксперимент был проведен на аналоговых и цифровых фонограммах, записан-
О. В. Рыбальский, Е. В. Тимко, К. Ю. Усков
102
санных на различной аппаратуре, используемой в предыдущих экспериментах.
На каждом из аппаратов, участвующих в эксперименте, производились запи-
си речевых сигналов. Каждая из них минимум дважды вводилась в ПЭВМ с ана-
логового выхода аппаратуры звукозаписи, на которой записывались эти фоно-
граммы. Они сохранялись в разных файлах, в каждом из которых отбирались реа-
лизации одних и тех же сигналов, являющихся фрагментами одной и той же фор-
манты одного и того же слова, произнесенного одним и тем же диктором.
Отобранные фрагменты подвергались вейвлет-анализу в программе Academy,
а по его результатам строились спектрограммы [3]. Полученные спектрограммы
сравнивались между собой.
Таким образом, проведенный эксперимент позволил проверить устойчивость
предлагаемого метода и отработать элементы методики проведения экспертизы
фонограмм на отсутствие в них (или присутствие) следов цифровой обработки.
В результате экспериментов установлено, что в некоторых областях спектро-
грамм, полученных из вейвлет-портретов сигналов одной частоты одной и той же
фонограммы, не подвергавшейся ЦО, имеются незначительные расхождения в
расположении частотных составляющих на оси частот.
Эксперименты, проведенные на различных видах и экземплярах ЦАЗАС и
аналоговой аппаратуры магнитной записи (ААМЗ), используемых в предыдущих
исследованиях, показали, что данные области примерно близки для разных сигна-
лов, воспроизводимых с разных видов аппаратуры звукозаписи, т.е. имеет место
систематическая ошибка, осложненная вариативностью канала записи-воспроиз-
ведения. Ее происхождение может быть пояснено влиянием токов утечки конден-
саторов аналоговых фильтров нижних частот на выходе аппаратуры звукозаписи
и входе аналого-цифрового преобразователя ПЭВМ, используемой при исследо-
ваниях.
Исходя из этого, предложена методика проведения экспертизы аналоговых и
цифровых фонограмм, обеспечивающая корректность исследований. Для этого
экспериментальная фонограмма, записанная на аппарате, представленном на экс-
пертизу (на котором, по версии тех, кто представил материалы на экспертизу, за-
писана исследуемая фонограмма) дважды вводится в ПЭВМ и записывается в
разные файлы. Из этих файлов отбираются по несколько пар квазигармонических
сигналов разных частот, с которых снимаются вейвлет-портреты, по которым
строятся эквиваленты спектрограмм. Эти спектрограммы одинаковых сигналов,
полученных из разных фонограмм, попарно сравниваются между собой. Опреде-
ляются области несоответствия, которые исключаются из рассмотрения, при про-
ведении дальнейших исследований. Той же процедуре подвергаются исследуемые
фонограммы. Кроме того, из исследуемой (т.е. той, что подлежит экспертной
оценке) фонограммы отбираются по несколько реализаций сигналов одной часто-
ты, расположенные на различных ее участках. С них также снимаются вейвлет-
портреты и получают эквиваленты спектрограмм, при сравнении которых опреде-
ляются области несоответствия, обусловленные некоторым различием амплитуды
и частоты этих сигналов. Таким образом, производится уточнение корректных
областей исследования спектрограмм сигналов, полученных из исследуемой и
экспериментальной фонограмм. В этих областях полученные результаты сравне-
ния расположения спектральных составляющих на оси частот, полученных из
Выявление следов цифровой обработки
цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2004, Т. 6, № 1 103
квазигармонических сигналов одной частоты, выделенных из исследуемой и экс-
периментальных фонограмм, будут отвечать требованиям корректности.
Результаты проведенных экспериментов иллюстрируются эквивалентами
спектрограмм, приведенными на рис. 2–12.
Все фонограммы вводились в комплекс «Теорема-1» по аналоговому входу
при частоте дискретизации 48 кГц с 16-разрядной оцифровкой с аналогового вы-
хода ЦАЗАС.
Рис. 2. Спектрограммы сигналов длительностью 40 выборок (1,2 кГц), выделенных из
оригинальной (красный) и обработанной (синий) фонограмм, записанных
на ЦАЗАС Toshiba, при цифровом вводе/выводе в ПЭВМ и перезаписи
обработанной фонограммы в ЦАЗАС в формате dmr
Рис. 3. Спектрограммы этих же сигналов при растянутой шкале параметра а.
Видны несоответствия спектральных составляющих слева от провала
О. В. Рыбальский, Е. В. Тимко, К. Ю. Усков
104
Рис. 4. Спектрограммы этих же сигналов при растянутой шкале параметра а.
Видны несоответствия спектральных составляющих справа от провала
Рис. 5. Спектрограммы двух реализаций сигналов длительностью 25 выборок (1,92 кГц),
выделенных из оригинальной записи, записанной на ЦАЗАС Toshiba
(красный и синий графики)
Выявление следов цифровой обработки
цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2004, Т. 6, № 1 105
Рис. 6. Спектрограммы этих же сигналов при растянутой шкале параметра а.
Соответствие спектральных составляющих справа от провала
Рис. 7. Спектрограммы этих же сигналов при более растянутой шкале параметра а.
Соответствие спектральных составляющих справа от провала
О. В. Рыбальский, Е. В. Тимко, К. Ю. Усков
106
Рис. 8. Спектрограммы этих же сигналов при растянутой шкале параметра а.
Соответствие спектральных составляющих слева от провала
Рис. 9. Область несовпадения пиков при сравнении одинаковых сигналов одной и той же
оригинальной фонограммы, записанной на ААМЗ Olympus S-724, при условии
дублирования ее ввода в ПЭВМ для проверки
Выявление следов цифровой обработки
цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2004, Т. 6, № 1 107
Рис. 10. Область несовпадения пиков (на уровне шумов) при сравнении одинаковых сигналов
одной и той же оригинальной фонограммы, записанной на ЦАЗАС Toshiba,
при условии дублирования ее ввода в ПЭВМ для проверки
Рис. 11. Область несовпадения пиков в пределах от 0,1 до 0,31 значений параметра а
при сравнении одинаковых сигналов одной и той же оригинальной фонограммы,
записанной на ЦАЗАС Samsung, при условии дублирования ее ввода в ПЭВМ для проверки
О. В. Рыбальский, Е. В. Тимко, К. Ю. Усков
108
Рис. 12. Область несовпадения пиков в пределах от 3,1 до 3,4 значений параметра а при
сравнении одинаковых сигналов одной и той же оригинальной фонограммы, записанной
на ЦАЗАС Samsung, при условии дублирования ее ввода в ПЭВМ для проверки
Выводы
Программа Academy, входящая в комплекс «Теорема-1», способна выявлять
следы ЦО в цифровых фонограммах, во всех случаях, когда происходят необра-
тимые искажения информационных сигналов (либо за счет многократных анало-
го-цифровых преобразований, либо за счет математической обработки), в том
числе и при условии преобразования в ПЭВМ обработанных сигналов в формат
записи фонограмм на ЦАЗАС и их перезаписи в цифровой форме.
Идентификационными признаками цифровой обработки цифровой фоно-
граммы, при условии перекодировки из формата в формат с использованием ко-
деков, искажающих сигналы, и цифрового ввода/вывода обрабатываемой фоно-
граммы являются несоответствие размещения на оси частот спектральных состав-
ляющих сигналов, выделенных из исследуемой и экспериментальной фонограмм.
При проведении каждой конкретной экспертизы необходимо уточнять в
сравниваемых спектрограммах корректные области сравнения расположения на
оси частот спектральных составляющих сигналов, получаемых из исследуемой и
экспериментальной фонограмм.
1. Рыбальский О.В. Проверка аутентичности фонограмм при проведении судебно-
акустической экспертизы, как одна из составляющих информационной безопасности страны.
Часть 1 // Захист інформації. – К.: КМУЦА, 2003. — № 1. — С. 17– 28.
Выявление следов цифровой обработки
цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2004, Т. 6, № 1 109
2. Рыбальский О.В. Проверка аутентичности фонограмм при проведении судебно-акус-
тической экспертизы, как одна из составляющих информационной безопасности страны. Часть 2 //
Захист інформації. — К.: КМУЦА, 2003. — № 2. — С. 24–31.
3. Рыбальский О.В. Программа для выявления следов цифровой обработки аналоговых и
цифровых фонограмм при проведении судебно-акустической экспертизы // Реєстрація, зберігання і
оброб. даних. — 2003. — Т. 5, № 3. — С. 50–56.
4. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике. — М.: СОЛОН-Р, 2002. — 448 с.
Поступила в редакцию 29.12.2003
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50648 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1560-9189 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:03:15Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Рыбальский, О.В. Тимко, Е.В. Усков, К.Ю. 2013-10-26T20:40:31Z 2013-10-26T20:40:31Z 2004 Выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов / О.В. Рыбальский, Е.В. Тимко, К.Ю. Усков // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2004. — Т. 6, № 1. — С. 99-109. — Бібліогр.: 4 назв. — pос. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50648 681.3 Рассмотрен экспериментальный пример выявления следов цифровой обработки в цифровой фонограмме аппаратно-программным комплексом «Теорема-1». Фонограмма была обработана с помощью специальной программы, разработанной для проведения проверки возможностей средств экспертизы при выявлении следов обработки фонограмм. Розглянуто експериментальний приклад виявлення у цифровій фонограмі слідів цифрової обробки за допомогою апаратно-програмного комплексу «Теорема-1». Фонограму було оброблено за допомогою спеціальної програми, яку розроблено для проведення перевірки можливостей засобів експертизи для виявлення слідів обробки фонограм. The experimental example of detecting traces of digital processing in a digital soundtrack by a hardware-software complex «Theorem-1» is considered. The soundtrack was processed with the help of a special program. The program was developed for realization the checking the opportunities of examination means for detecting traces of soundtrack processing. ru Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Технічні засоби отримання і обробки даних Выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов Виявлення слідів цифрової обробки цифрових фонограм, яка проведена з перекодуванням форматів Detection of Digital Processing Traces for Digital Soundtracks Performed with Recording of Formats Article published earlier |
| spellingShingle | Выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов Рыбальский, О.В. Тимко, Е.В. Усков, К.Ю. Технічні засоби отримання і обробки даних |
| title | Выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов |
| title_alt | Виявлення слідів цифрової обробки цифрових фонограм, яка проведена з перекодуванням форматів Detection of Digital Processing Traces for Digital Soundtracks Performed with Recording of Formats |
| title_full | Выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов |
| title_fullStr | Выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов |
| title_full_unstemmed | Выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов |
| title_short | Выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов |
| title_sort | выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов |
| topic | Технічні засоби отримання і обробки даних |
| topic_facet | Технічні засоби отримання і обробки даних |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50648 |
| work_keys_str_mv | AT rybalʹskiiov vyâvleniesledovcifrovoiobrabotkicifrovyhfonogrammprovedennoisperekodirovkoiformatov AT timkoev vyâvleniesledovcifrovoiobrabotkicifrovyhfonogrammprovedennoisperekodirovkoiformatov AT uskovkû vyâvleniesledovcifrovoiobrabotkicifrovyhfonogrammprovedennoisperekodirovkoiformatov AT rybalʹskiiov viâvlennâslídívcifrovoíobrobkicifrovihfonogramâkaprovedenazperekoduvannâmformatív AT timkoev viâvlennâslídívcifrovoíobrobkicifrovihfonogramâkaprovedenazperekoduvannâmformatív AT uskovkû viâvlennâslídívcifrovoíobrobkicifrovihfonogramâkaprovedenazperekoduvannâmformatív AT rybalʹskiiov detectionofdigitalprocessingtracesfordigitalsoundtracksperformedwithrecordingofformats AT timkoev detectionofdigitalprocessingtracesfordigitalsoundtracksperformedwithrecordingofformats AT uskovkû detectionofdigitalprocessingtracesfordigitalsoundtracksperformedwithrecordingofformats |