Спосіб виявлення слідів цифрової обробки аналогових і цифрових сигналограм

Винахід відноситься до області запису аналогових сигналів, зокрема до звукозапису, і може бути використане при перевірці автентичності аналогових і цифрових сигналограм у процесі проведення судовоакустичної експертизи. Відомий спосіб перевірки оригінальності й автентичності аналогових магнітних сигналограм, призначений для виявлення в них слідів цифрової обробки. Спосіб заснований на попередньому підсиленні сигналів, відтворених із сигналограм, перетворенні цих сигналів у цифрову форму і виділенні з посиленої сигналограми ділянок пауз між мовними інформаційними сигналами. Попереднє посилення сигналів роблять до максимального рівня, при якому сигнали в паузах не набувають нелінійних спотворень, що виникають при амплітудних обмеженнях. Отримані в паузах сигнали послідовно аналізують на наявність регулярних частотних складових в обмеженій смузі частот, яка відповідає стандартним частотам дискретизації цифрової апаратури магнітного запису, і частотам дискретизації в ЕОМ при обробці звукових сигналів у різних форматах. Аналіз проводять шляхом накопичення й усереднення у часі, при використанні спектральних вікон і лінійної чи експоненційної обробки, а при виділенні у процесі обробки регулярних частотних складових, враховують і відкидають частотні складові сигналів дискретизації, що використовують при перетворенні й обробці сигналів при проведенні досліджень. [див. Патент України №27206 МПК В G11В27/00,27/36, Спосіб перевірки оригінальності та автентичності аналогових магнітних сигналограм 15.08.2000 Бюл. №3 - аналог] Спосіб дозволяє виявляти сліди цифрової обробки аналогових сигналограм за умови, що частота дискретизації при їхній обробці не перевищує робочої смуги частот аналогового магнітофона, на якому відтворюється сигналограма при введенні в ЕОМ для перевірки її автентичності. Якщо частота дискретизації аналогових сигналів, використана при цифровій обробці сигналограми в процесі її фальсифікації перевищує верхню робочу частоту аналогової апаратури магнітного запису (ААМЗ), яка використовується при її перевірці (що трапляється досить часто, тому що верхнє значення смуги частот ААМЗ рідко перевищує 20кГц), то виявлення слідів цифрової обробки практично неможливо. Відомий також спосіб ідентифікації цифрової апаратури запису аналогових сигналів і перевірки автентичності цифрових сигналограм [див. Патент України №54627 МПК В G11В27/00, G11В27/36 Спосіб ідентифікації цифрової апаратури запису аналогових сигналів та перевірки автентичності цифрових сигналограм - прототип]. Спосіб заснований на порівнянні параметрів сигналів, відтворених в аналоговій формі зі зразкової і спірний цифрових сигналограм при їхньому попередньому посиленні лінійним підсилювачем до максимального рівня, при якому не виникає амплітудних обмежень у посилюваних сигналах, і пропущенням підсилених сигналів через фільтр нижніх частот. Для ідентифікації цифрової апаратури запису аналогових сигналів (ЦАЗАС) і перевірки автентичності цифрових сигналограм у сигналах однієї амплітуди і частоти, відтворених зі зразкової і досліджуваної сигналограм, виявляють ділянки немонотонності статичної характеристики аналого-цифрового та цифроаналогового перетворювачів, що виявляються в сигналах у виді спотворень форми і спектра цих сигналів. Потім перевіряють ідентичність розташування спотворень форми сигналів від різних сигналограм на амплітудній характеристиці й ідентичність розміщення на осі частот регулярних частотних складових, виникаючих при спотвореннях форми сигналів. Для забезпечення високої роздільної здатності, порівняльний аналіз сигналограм проводять шляхом порівняння вейвлет-портретів, що розраховуються для зразкової і досліджуваної сигналограм. Спосіб дозволяє робити ідентифікацію ЦАЗАС і виявлення слідів цифрової обробки цифрових сигналограм. Однак, виявлення слідів цифрової обробки, а, отже, перевірка автентичності сигналограм по цьому способі забезпечується тільки у випадку влучення дискретизированного при обробці сигналу на ділянку немонотонності статичної характеристики квантувача рівня. Це знижує вірогідність виявлення слідів цифрової обробки в сигналограмі при проведенні судово-акустичної експертизи. Даний недолік усувається при використанні способу виявлення слідів цифрової обробки сигналограм, заснованого на порівнянні параметрів вейвлет-портретів сигналів, відтворених в аналоговій формі зі зразкової і спірної сигналограм. Мета винаходу - підвищення вірогідності перевірки автентичності сигналограм при проведенні експертизи. Поставлена мета досягається тим, що порівняння вейвлет-портретів роблять з використанням комплексних вейвлет-функцій по кількості високочастотних складових у досліджуваних сигналах однієї частоти, які виділяють зі зразкової та спірної сигналограм, при чому ознакою цифрової обробки сигналограми є різниця у кількості змін напрямку прирощення аргументу, що припадають на фіксований інтервал спостереження досліджуваного сигналу, виділеного зі спірної сигналограми, відносно кількості змін напрямку прирощення аргументу, що припадають на такий же інтервал спостереження сигналу, виділеного зі зразкової сигналограми, отриманих при різних рівнях зрізу параметру частоти вейвлет-перетворення. При цьому граничні рівні та крок змінення зрізів параметру частоти для визначення кількості змін напрямків прирощення аргументу визначають по вейвлет-портрету тієї ділянки модуля досліджуваного сигналу, де у ньому наявна велика кількості високочастотних складових. Спосіб заснований на властивостях вейвлет-функцій, виділяти малі екстремуми в сигналах великого рівня, тобто виділяти малі сигнали на фоні великих. Сутність способу полягає в наступному. Цифровий сигнал, виведений через цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) має східчасту форму. Рівень сходинок у сигналі при (умові правильного проектування ЦАЗАС) не перевищує величини молодшого розряду аналого-цифрового перетворювача (АЦП), що використовується при його перетворенні в цифрову форму. Оскільки при аналізі автентичності сигналограми використовується вейвлет-аналіз, у результаті якого виходять вейвлет-портрети сигналів, що виділяються з сигналограми, то на цих портретах відображаються (завдяки вищевказаній властивості вейвлетів) екстремуми, які відповідають сходинкам, що утворилися в сигналі при його дискретизації в часі і квантуванні за рівнем. У зразкової сигналограмі, що не піддавалася попередній цифровій обробці, кількість таких екстремумів, виявлених на визначених рівнях зрізу параметру частоти вейвлет-перетворення (тобто параметру а) на фіксованому інтервалі спостереження, буде іншою, відносно кількості екстремумів, що спостерігаються на тих же рівнях зрізу параметру а на такому ж інтервалі в сигналах, виділених з попередньо обробленої сигналограми. Такий ефект пояснюється тим, що цифрова обробка при виготовленні фальсифікату завжди провадиться в окремому цифровому пристрої, а не в самої ЦАЗАС чи ААМЗ, на якій записана спірна сигналограма. Самі сигналограми при перевірці також піддаються перетворенню в цифрову форму при їхньому введенні в аналізатор. При цьому дійсні значення тактових частот двох різних цифрових пристроїв, що беруть участь в обробці сигналограми (наприклад, ЦАЗАС та ПЕОМ) завжди будуть розрізнятися між собою, незважаючи на те, що їхні номінальні частоти будуть однакові. Тому при цифровій обробці, використовуваної в процесі створення фальсифікованої сигналограми, будуть утворюватися додаткові частотні складові. Будуть утворюватися додаткові частотні складові в сигналах і при їхньому введенні в аналізатор. При цьому будуть утворюватися додаткові спотворення форми сигналів на рівні молодшого розряду перетворення, які виявляються на вейвлет-портреті. Оскільки на експертизу надається спірна сигналограма й апаратура, на якій вона була записана, то на цій же апаратурі записують зразкову сигналограму. Спірну і зразкову сигналограми відтворюють з ААМЗ чи аналогового виходу ЦАЗАС (у залежності від виду сигналограми) в аналоговій формі і через АЦП вводять в аналізатор. З цих сигналограм відбирають сигнали (реалізації) для наступного аналізу. По відібраним зі зразкової і спірний сигналограм сигналах проводять порівняльний аналіз. Порівнянню піддають сигнали близьких частот, наприклад, виділені з тих самих фрагментів фонем мови того самого диктора. Порівнюють вейвлет-портрети сигналів. Для одержання вейвлет-портретів використовують комплексні вейвлет-функції, наприклад, вейвлет Морле. Для одержання оцінки результату аналізу застосовують графічне представлення змін напрямку прирощення аргументу вейвлет-портрету, взятих на різних рівнях (зрізах) параметра а частоти вейвлету. Значення границь та кроку змінення рівня зрізу параметра частоти обирають виходячи з меж ділянки з великою кількістю високочастотних складових у вейвлет-портреті досліджуваного сигналу сигналограми. Ці складові утворяться як за рахунок цифрової обробки сигналів, так і за рахунок введення аналізованих сигналограм в аналізатор. Вони лежать біля частоти Найквіста введення сигналограм в аналізатор. На кожній частоті зрізу роблять підрахунок кількості змін напрямку прирощення графіка аргументу в порівнюваних сигналах на обраному фіксованому інтервалі спостереження. Якщо кількість змін напрямку прирощення графіка аргументу та їх розміщення по осі параметру частоти вейвлет-перетворення в спірний сигналограмі відрізняється від їхньої кількості та розміщення по осі параметру α, що спостерігається в зразкової сигналограмі на тому самому інтервалі спостереження, то приймають рішення про наявність у спірної сигналограмі слідів цифрової обробки. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє виявляти сліди цифрової обробки в аналогових і цифрових сигналограмах, наданих на судово-акустичну експертизу. Спосіб може бути реалізований, наприклад, за допомогою наступного пристрою, що показаний на кресленні. Він складається з вхідного АЦП 1, пристрою, що запам'ятовує ЗП 2, блоку виділення реалізацій БВР 3, блоку індикації БІ 4, блоку вейвлет-аналізу БВА 5, блоку завдання рівня БЗР 6, блоку розрахунку кількості змін напрямків прирощення аргументу БРНПА 7, блоку порівняння параметрів БПП 8 спірної і зразковий сигналограм та блоку керування і синхронізації БКС 9 процесів обробки сигналограм. Вихід АЦП 1 з'єднаний із входом ЗП 2, вихід якого підключений до входу БІ 4. До другого входу ЗП 2 і другого входу БІ 4 підключений вихід БВР 3. Входи і виходи БВА 5 через двоспрямовану шину з'єднані з додатковими входами і виходами ЗП 2. До таких же додаткових входів/виходів ЗП 2 підключені двоспрямованими шинами БРНПА 7 і БПП 8. Вихід БВА 5 з'єднаний із входом БРНПА 7, на другий вхід якого підключений вихід БЗР 6. БКС 9 підключається по шині синхронізації 10 і по шині керування 11 до всіх блоків пристрою. Пристрій працює наступним чином. Сигналограма з виходу апаратури звукозапису (на кресленні умовно не показана) надходить на вхід АЦП 1, де перетвориться в цифрову форму з частотою дискретизації, обумовленої оператором (обирається заздалегідь вище можливої частоти дискретизації, що використовується при можливій обробці чи при запису сигналограми). З виходу АЦП 1 сигналограма в цифровому виді надходить на вхід ЗП 2, де і запам'ятовується. З виходу ЗП 2 сигналограма надходить на вхід БІ 4, де індикується. З сигналограми, що індикується у БІ 4, оператор відбирає окремі короткі реалізації сигналів для наступного аналізу, що запам'ятовуються під своїми адресами в ЗП 2. По команді, що надходить з БКС 9, ці peaлізації послідовно надходять у БВА 5, де здійснюється їхній аналіз. Результати аналізу запам'ятовуються в ЗП 2 і з його виходу по двоспрямованій шині надходять на вхід БРНПА 7, на другий вхід якого з виходу БЗР 6 приходять сигнали величин рівнів зрізу, межі та крок змінення яких виставляється оператором. Розраховані для кожного рівня зрізу кількості змін напрямків прирощення аргументу для-спірної і зразкової сигналограм надходить по двоспрямованій шині в ЗП 2, де запам'ятовується. Ці значення надходять у БПП 8, порівнюються, а результати порівняння з виходу БПП 8 надходять на вхід БІ 4, де індикуються. За результатами порівняння оператором приймається рішення щодо відсутності або наявності слідів цифрової обробки в спірної сигналограмі.