基于量子遂穿效應(yīng)的數(shù)字錄音資料真實(shí)性鑒別

田庚++潘平++劉琦

摘 要：為了進(jìn)一步探索數(shù)字錄音資料真?zhèn)舞b別的技術(shù)，論文在簡(jiǎn)要介紹現(xiàn)有的錄音資料真實(shí)性鑒別的相關(guān)理論與方法的基礎(chǔ)上，探討了在實(shí)際運(yùn)用中所存在的缺陷，結(jié)合量子力學(xué)中的隧穿效應(yīng)機(jī)制與量子勢(shì)阱的投射與折射現(xiàn)象，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種新的數(shù)字錄音資料真實(shí)性與原始性鑒別模型與方法。通過仿真證實(shí)，該方法具備良好的無(wú)監(jiān)督鑒別能力，能有效解決說(shuō)話人錄音資料的魯棒性和鑒別誤差大等問題，為說(shuō)話人數(shù)字錄音資料的真實(shí)性和原始性鑒別提供了一個(gè)新的研究途徑。

關(guān)鍵詞：數(shù)字錄音資料；真實(shí)性；量子遂穿效應(yīng)；鑒別；相位

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）06-0197-04

The Authenticity of Digital Recording Data Identification Based on Quantum Tunnelling Effect

TIAN Geng1， PAN Ping2， LIU Qi1

（1.College of Big Data and Information Engineering， Guizhou University， Guiyang 550025， China； 2.College of Computer Science and Technology， Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract： In order to further explore the authenticity identification of digital recording data，This paper begins with a brief introduction， which about the authenticity of some of the existing identification methods for recording information， They are discussed the existence of defects in the practical application， then， combine Quantum tunnelling effect with medium refraction theory， A new model to identify the authenticity and the originality about digital recording data by designed and implemented. Through simulation results proved that the model specific good unsupervised ability to identify， effectively solve speaker robustness and reduce the identification errors for recording data，which provides a new research approach to identify the authenticity and the originality of the speaker digital recording.

Key word： recording； authenticity； quantum tunneling effect； identification； phase

1 概述

數(shù)字錄音技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域、行業(yè)和家庭生活。然而，正是由于數(shù)字錄音技術(shù)的超高速發(fā)展，使得隨意的編輯變得越來(lái)越容易，人們不得不意識(shí)到對(duì)數(shù)字語(yǔ)錄音資料真實(shí)性和原始性鑒別的重要性，因此，對(duì)于數(shù)字錄音資料，特別是說(shuō)話人的數(shù)字錄音資料，是否存在對(duì)原始語(yǔ)音的篡改的識(shí)別備受關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)數(shù)字錄音資料的篡改識(shí)別，主要是根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)的理論與技術(shù)和邏輯方法加以檢測(cè)和識(shí)別，主要表現(xiàn)在：基于電網(wǎng)頻率準(zhǔn)則（ENF）[1]-[2]，并且開始運(yùn)用于司法實(shí)踐[3]、基于離散傅里葉變換（DFT）后相位的檢測(cè)方法[4]等方法。但是，量子理論尚未運(yùn)用在該領(lǐng)域，事實(shí)上，量子理論在處理多種通信及信號(hào)領(lǐng)域上已經(jīng)有了很大的發(fā)展[5]，基于此，本文將量子力學(xué)的理論與方法運(yùn)用于說(shuō)話人數(shù)字錄音資料篡改識(shí)別的檢測(cè)中，仿真表明，該方法在結(jié)果的直觀性，檢測(cè)的穩(wěn)定性、識(shí)別率等方面改善比較明顯，為說(shuō)話人數(shù)字錄音資料真實(shí)性鑒別理論與方法提供了一種解決方案，對(duì)司法鑒定、安全取證具有重要的意義。

4 仿真結(jié)果

由（22）式可知，當(dāng)頻率估計(jì)所得的每一幀的頻率[fen]可以得到通過勢(shì)阱后的相位差的變化，仿真的實(shí)驗(yàn)條件為選取了一段5min的錄音資料，原始采樣頻率為44100[Hz]，進(jìn)行20倍的降采樣，然后對(duì)下采樣后信號(hào)進(jìn)行分幀處理，以256個(gè)點(diǎn)為幀長(zhǎng)、步距為80的分幀。仿真軟件為Matlab7.0。

首先需要對(duì)原始信號(hào)（未篡改的）的通過勢(shì)阱后相位，獲得在允許誤差范圍內(nèi)的相關(guān)信息的相位差圖，如圖4所示：

由圖4所顯示的圖可以看出，除了存在某些由于信號(hào)的不穩(wěn)定帶來(lái)的微小偏移外（本文為了盡量減小對(duì)原始語(yǔ)音資料的影響，并沒有進(jìn)行端點(diǎn)檢測(cè)），并沒有明顯的相位突變。通常對(duì)數(shù)字錄音資料的篡改方式，主要表現(xiàn)為刪除一段語(yǔ)音信號(hào)與插入一段語(yǔ)音信號(hào)，所以試驗(yàn)中分別對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行了刪除（約10秒）的處理與插入（約10秒）的處理，得到了另外兩段篡改信號(hào)，通過本文方法可獲得如圖5，如圖6的結(jié)果所示：

由圖5可明顯看到，刪除語(yǔ)音后的信號(hào)經(jīng)過量子勢(shì)阱后得到的相位差的變化，刪除其中一段語(yǔ)音后，從篡改點(diǎn)的位置開始，到篡改結(jié)束為止一段，相位差的變化發(fā)生了與其余段不同的陡變。圖6則顯示的是插入一段語(yǔ)音后的信號(hào)經(jīng)過量子勢(shì)阱后得到的相位差的變化，可以明顯看到，插入其中一段語(yǔ)音后，在篡改的一段引起了相位點(diǎn)的劇烈的變化，而且與刪除語(yǔ)音相比，插入的篡改操作有兩個(gè)變化點(diǎn)，實(shí)際上，由于插入語(yǔ)音的連接點(diǎn)是兩個(gè)，自然地，帶來(lái)了兩個(gè)變化點(diǎn)。

由[2]-[4]文獻(xiàn)資料可知，電網(wǎng)頻率的變化往往帶來(lái)的變化較小，本文的方法得到的鑒別結(jié)果更為明顯，而且由于電網(wǎng)本身存在一定的不穩(wěn)定因素，需要與標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)進(jìn)行對(duì)比，所以在準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性上都有一定的局限性；將本文方法與DFT相位檢測(cè)法在不同時(shí)間長(zhǎng)度條件下進(jìn)行相位變化率的比較，其中，數(shù)字錄音資料的時(shí)間分別為3分鐘，5分鐘，10分鐘，20分鐘各10組數(shù)據(jù)，下表結(jié)構(gòu)為10組數(shù)據(jù)的算術(shù)平均：

從表1、表2得到的不同錄音時(shí)間長(zhǎng)度的對(duì)比情況可以看出，在錄音時(shí)間較短的時(shí)候，DFT相位法對(duì)不同的篡改方式分辨的能力不足，同時(shí)，該方法的穩(wěn)定性較差，不同時(shí)間的分辨能力差異較大，相反，本文提出的方法有效地改進(jìn)了這兩方面的能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文在量子遂穿效應(yīng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地嘗試試用量子理論結(jié)解決傳統(tǒng)的數(shù)字錄音資料的真?zhèn)舞b別問題，拓展了數(shù)字錄音資料真?zhèn)舞b別技術(shù)的內(nèi)容，同時(shí)本文還將經(jīng)典物理理論與量子物理理論做了結(jié)合應(yīng)用，得到了穿過量子勢(shì)阱前后波的相位差表達(dá)式用于鑒別。仿真結(jié)果表明，這種探索能有效解決ENF和DFT相位法的不足，相較于已有的其他數(shù)字錄音資料的真?zhèn)舞b別方法，取得了較大的進(jìn)步，真?zhèn)舞b別的判定變得簡(jiǎn)易與明顯，同時(shí)說(shuō)明了相位信息也可以在數(shù)字錄音資料的鑒別中發(fā)揮強(qiáng)有力的作用。

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