1.1.1 硬件

Gnome-p专业录音器（采样频率8 kHz/16 kHz, 截止频率为16 kHz）、研华科技610H工控机（CPU i7-4790 3.60 G双核, 内存16 GB）。

1.1.2 软件

Adobe Audition语音编辑软件、STC降噪系统、俄罗斯法庭语音分析系统OT-Expert 5.1。

源音频文件中发音人分为2组, 共10人, 均为江苏警官学院大学四年级的男生, 年龄分布在22~24岁之间, 分别来自江苏省内的中原官话区、江淮官话区和吴语区, 但采录时均用普通话进行录制。录音文本内容为中央电视台新闻联播的评论报道, 录制时长约3 min。

录制地点选择于江苏省公安厅物证鉴定中心的语音采集室, 录音设备为Gnome-p专业录音器, 通过人工设置录音器参数分别按照8 kHz和16 kHz进行采样。1组采用8 kHz采样率, 2组采用16 kHz采样率, 各录制一遍分别得到10份源音频文件。按照常用篡改方法, 利用Adobe Audition软件对源语音进行同一文件的复制拼接、不同采样属性文件间的复制拼接、转采样率、转采样位数、拉伸、变调操作, 进而得到共60份测试样本。其中不同采样属性文件间的复制拼接既有不同采样率文件间的拼接, 也有不同采样位数文件间的拼接。

对60份测试样本, 根据各频谱分析方法的基本原理, 使用法庭语音分析系统对每份录音资料分别使用“ 平均频谱分析模块” “ 区域平均频谱对比模块” “ 采样直方图分析模块” “ DC偏移检验分析模块” “ 相位分析模块” “ 采样一致点分析模块” 共6种特有的频谱检验手段进行分析。因OT为成品商业软件, 不同于Praat开源软件可撰写脚本进行自动半自动化测试, 即需人工将待测试文件依次加入工程进行测试, 得到实验频谱结果后利用人工经验判断某位置是否存在编辑痕迹。一名实验员进行测试操作条件下, 360次鉴定试验的一轮测试预计花费30 h。为避免测试失误与实验误差, 要求两名实验员分别对所有测试项目各进行一轮测试, 最后对实验结果进行对比分析统计。

1.4.1 平均频谱分析

对一段长度的音频信号进行长时平均功率谱分析, 产生平均频谱曲线, 进而分析出数字音频文件有无进行过重新采样的处理。从平均频谱分析方法对60份录音材料的实验结果来看, 每组录音样本中“ 不同采样率文件的复制拼接” 、“ 转采样率” 操作共20份录音样本出现频谱曲线陡降的现象, 如图1所示, 可认作真实性检出成功。而其余40份录音样本未出现频谱曲线陡降的现象。但平均频谱分析不能找到“ 剪辑点” 位置。

图1

Fig.1

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	图1 平均频谱分析结果Fig.1 Utilizing average spectrum analysis to reveal the tampering trace

1.4.2 区域平均频谱对比

在数字音频文件中选取一段音频分析其区域平均频谱, 再将区域平均频谱和整个数字音频文件的平均频谱或者另一区域的平均频谱进行对比, 比较频谱之间的差异分析数字音频文件是否经过处理。从区域平均频谱对比分析方法对60份录音材料的实验结果来看, 每组录音样本中“ 不同采样率文件的复制拼接” “ 转采样率” 操作共20份录音样本出现部分区域频谱的高频部分曲线陡降的现象, 如图2所示, 可认作真实性检出成功。而其余40份录音样本未出现频谱曲线陡降的现象。其中, 如果存在检出不成功的情况, 可能是由于选取的疑似编辑时间段不正确造成的。同时, 区域平均频谱对比可进一步明确“ 剪辑点” 可疑时间段, 但尚不能锁定“ 剪辑点” 位置。

图2

Fig.2

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	图2 区域平均频谱对比结果Fig.2 By contrast of regional average spectrums to disclose the tampering trace

1.4.3 采样直方图分析

通过对比疑似剪辑时间段与其它时间段的采样直方图的区别, 可以检出是否存在采样点数区别, 进而得出检验结论。同时通过对采样直方图的平滑程度和对称性也可以看出数字音频文件的格式是否改变或者是否插入其他文件。

使用区域采样直方图对比分析方法, 如图3所示, 每组录音样本中“ 不同采样属性文件间的复制拼接” 中的不同采样位数文件间的拼接方法得到的录音样本可以被正确检出。

图3

Fig.3

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	图3 区域采样直方图对比分析Fig.3 By contrast of regional sampling histograms to show tampering trace

离散信号采样过程中大多数采样点数值趋近于零, 因此未经过篡改录音文件的平滑直方图曲线的波峰应位于x=0处且左右对称, 但经过篡改的录音文件的平滑直方图曲线对称中心则会产生偏移即不在x=0处, 称为“ y轴对称偏移的现象” 。因此利用采样直方图对称性, 如图4所示, 从60份录音材料的实验结果来看, 每组录音样本中“ 同一文件的复制拼接” 、“ 不同采样属性文件间的复制拼接” 操作, 共20份录音样本可观测到“ y轴对称偏移现象” , 认作真实性检出成功。而其余40份录音样本y轴平滑近似对称分布, 认定为未正确检出。其中, 如果存在检出不成功的情况, 可能是由于选取的疑似编辑时间段不正确造成的。同时, 使用区域采样直方图对比可进一步明确“ 剪辑点” 可疑时间段, 但尚不能锁定“ 剪辑点” 位置。

图4

Fig.4

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	图4 采样直方图对称性分析Fig.4 The symmetry of sampling histograms to expose tampering trace

1.4.4 DC偏移检验

使用DC偏移检验分析方法, 每组录音样本中“ 同一文件的复制拼接” “ 不同采样属性文件间的复制拼接” 操作共20份录音样本在y轴放大波形上可以发现断层式不连续位置, 如图5所示, 可认作真实性检出成功。其余40份录音样本未发现断层不连续处。使用DC偏移检验进一步明确了“ 剪辑点” 位置。

图5

Fig.5

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	图5 DC偏移位置分析Fig.5 DC offset analysis to discern tampering trace

1.4.5 相位分析

真实性识别窗口打开, 选取频谱分析界面, 同时设置帧长度大于400, 使用水平光标标记电网谐波频率, 选择在信号片段具有稳定的谐波进行相位分析形成新的图谱。选取帧长度为65 536（8192 ms）, 采样点数选择为帧长度的两倍131 072, 帧偏移为5 %。

通过相位分析方法, 每组录音样本中“ 同一文件的复制拼接” “ 不同采样属性文件间的复制拼接” 操作共20份录音样本在谐波相位曲线中出现突变的部分, 如图6所示, 可认作真实性检出成功。而其余40份录音样本在谐波相位曲线中未发现突变。通过相位分析方法进一步明确了“ 剪辑点” 位置。

图6

Fig.6

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	图6 谐波相位分析Fig.6 Phase analysis to unveil tampering trace

1.4.6 采样一致点分析

理论情况下, 一段未经过篡改的数字音频文件仅在开头和结尾中存在完全相同采样数值的片段。在一定采样范围内, 通过对离散信号的连续采样点数与数值进行分析比较并将检出结果输出到结果列表, 如图7所示。如果结果列表中存在采样一致点输出, 称为“ 采样一致现象” 。数字音频文件中间出现了采样一致现象则说明该数字音频文件可能经过了编辑处理。通过采样一致点分析, 每组录音样本中“ 同一文件的复制拼接” 、“ 不同采样属性文件间的复制拼接” 、“ 转采样率” 、“ 转采样位数” 、“ 拉伸” 共50份录音样本在音频中间时间段出现了采样一致现象, 可认作真实性检出成功。而“ 变调” 操作的10份录音样本未在音频中间时间段发现采样一致点。但采样一致点分析不能找到“ 剪辑点” 位置。

图7

Fig.7

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	图7 采样一致点分析Fig.7 Coincident sampling points to uncover tampering trace