[發明專利]基于對ENF相位譜和瞬時頻率譜分析的音頻鑒定方法

有效

• 申請號: 201810585686.3
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108806718B
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發明（設計）人: 王志鋒;王靜;左明章;葉俊民;閔秋莎;田元;夏丹;陳迪;羅恒;寧國勤
• 申請（專利權）人: 華中師范大學
• 主分類號: G10L25/51
• 分類號: G10L25/51;G10L25/27;G10L25/03
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明屬于數字音頻信號處理技術領域，公開了一種基于對ENF相位譜和瞬時頻率譜分析的音頻鑒定方法，對待測信號進行預處理，接著對ENF信號進行特征提取，分析ENF信號的相位譜和瞬時頻率譜，提取ENF信號的相位譜波動特征，相位譜和頻率譜擬合參數特征；通過判別相關分析DCA方法進行特征融合，最大化不同的特征集之間的相關性；最后應用深度隨機森林對融合后的特征進行模型建構，訓練好的模型進行遷移學習。本發明使用的特征級融合技術進行特征數據處理，降低了特征維數的同時提高識別差距，應用深度學習方法進行模型訓練，大大提高了數字音頻被動篡改檢測的準確率。

技術領域

本發明屬于數字音頻信號處理技術領域，尤其涉及一種基于對ENF相位譜和瞬時頻率譜分析的音頻鑒定方法。

背景技術

目前，業內常用的現有技術是這樣的：

隨著計算機及互聯網相關技術的發展，人們更加依賴于使用數字多媒體數據。數字多媒體數據易于保存、編輯和傳播的優點給人們日常生活帶來諸多便利和樂趣。比如人們不需要任何專業知識就可以簡單快捷地使用音頻編輯軟件對數字音頻文件進行拼接、加入噪聲和變換等操作，這是互聯網時代盛行的娛樂方式。但是技術的發展是一把雙刃劍，同時讓一些不法分子有機可乘。不法分子可以對數字音頻進行惡意地篡改并進行廣泛傳播，且僅憑感官難以察覺出來。若將這樣的數字音頻文件應用在法庭錄音舉證、虛假新聞傳播等場合下，可能會導致嚴重的后果，損害法律公正和社會信任秩序。因此，保證數字音頻的真實性和完整性，對數字音頻進行篡改檢測是十分重要的。數字音頻篡改檢測是數字音頻取證的一個重要分支，在司法取證、新聞公正和科學發現等領域有著廣泛應用。

在目前的數字音頻篡改檢測方法中，最有效的方法是基于電網頻率一致性的檢測方法，在過去十年中幾乎成為數字音頻鑒定的公用標準，得到世界范圍內學術研究人員和執法機構的關注。其原理在于，如果錄音設備在接入電網的情況向下錄制音頻，那么音頻信號中必然會帶有電網頻率(Electirc Network Frequency，ENF)信息。這不僅令ENF成為一種天然嵌入到音頻信號中的水印信號，而且可以作為時間戳來使用。音頻文件中嵌入的ENF成分(ENF component，ENFC)，可以經過帶通濾波提取出來。利用ENFC的穩定性和唯一性進行數字音頻篡改檢測一般有兩個研究思路，第一是將提取出的ENFC與供電部門的電網頻率數據庫中的數據進行比對，確定音頻錄制時間與所宣稱的是否一致，建立和保存大范圍的ENF信號數據庫難度高、代價高，目前還沒有實用價值比較高的ENF數據庫。Grigoras最早在羅馬尼亞局部建立了ENF參考數據庫。劉育明等對北美電網檢測系統進行分析，提出建立標準電網頻率的方法；第二是提取ENF信號中的某些特征，進行一致性或者規律性分析。Grigoras最早提出基于ENF的音頻篡改檢測算法，主要通過待檢測音頻中ENF的波動和參考年份的數據進行比對，從而判斷音頻是否被篡改過。接著Grigoras驗證對音頻信號加短時窗進行分析，可以與數據庫進行更細致、精確的對比。Rodríguez等在Grigoras的研究基礎上，提出不需要使用ENF標準數據庫的方法，將ENF相位變化的一致性作為特征來檢測音頻篡改，選取邊界值對該特征進行分類決策。胡永健等在Rodríguez的基礎上，將一個理想的正弦信號作為參考信號，構造新的特征量來檢測ENF相位的不連續性。胡永健等接著對上述方法進行改進，提出不需要額外參考信號而直接計算ENF最大偏移量的方法，另外利用多特征聯合精確定位篡改區域。Esquef等根據篡改操作會引起篡改點ENF瞬時頻率突變，提出TPSW(Two-Pass Split-Window)方法估計ENF背景變化水平，將實際瞬時頻率變化超過背景變化水平的峰值點稱為篡改點。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

目前基于ENF進行數字音頻被動篡改檢測的研究存在一些問題：

1)沒有權威的ENF對比數據庫。使用待測信號中的ENF成分與ENF數據庫中進行對比來判斷語音信號是否經過篡改沒有可靠的結果；