基于量子遂穿效应的数字录音资料真实性鉴别

田庚++潘平++刘琦

摘 要：为了进一步探索数字录音资料真伪鉴别的技术，论文在简要介绍现有的录音资料真实性鉴别的相关理论与方法的基础上，探讨了在实际运用中所存在的缺陷，结合量子力学中的隧穿效应机制与量子势阱的投射与折射现象，设计实现了一种新的数字录音资料真实性与原始性鉴别模型与方法。通过仿真证实，该方法具备良好的无监督鉴别能力，能有效解决说话人录音资料的鲁棒性和鉴别误差大等问题，为说话人数字录音资料的真实性和原始性鉴别提供了一个新的研究途径。

关键词：数字录音资料；真实性；量子遂穿效应；鉴别；相位

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：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

数字录音技术被广泛应用于各领域、行业和家庭生活。然而，正是由于数字录音技术的超高速发展，使得随意的编辑变得越来越容易，人们不得不意识到对数字语录音资料真实性和原始性鉴别的重要性，因此，对于数字录音资料，特别是说话人的数字录音资料，是否存在对原始语音的篡改的识别备受关注。目前，国内外针对数字录音资料的篡改识别，主要是根据经典物理学的理论与技术和逻辑方法加以检测和识别，主要表现在：基于电网频率准则（ENF）[1]-[2]，并且开始运用于司法实践[3]、基于离散傅里叶变换（DFT）后相位的检测方法[4]等方法。但是，量子理论尚未运用在该领域，事实上，量子理论在处理多种通信及信号领域上已经有了很大的发展[5]，基于此，本文将量子力学的理论与方法运用于说话人数字录音资料篡改识别的检测中，仿真表明，该方法在结果的直观性，检测的稳定性、识别率等方面改善比较明显，为说话人数字录音资料真实性鉴别理论与方法提供了一种解决方案，对司法鉴定、安全取证具有重要的意义。

4 仿真结果

由（22）式可知，当频率估计所得的每一帧的频率[fen]可以得到通过势阱后的相位差的变化，仿真的实验条件为选取了一段5min的录音资料，原始采样频率为44100[Hz]，进行20倍的降采样，然后对下采样后信号进行分帧处理，以256个点为帧长、步距为80的分帧。仿真软件为Matlab7.0。

首先需要对原始信号（未篡改的）的通过势阱后相位，获得在允许误差范围内的相关信息的相位差图，如图4所示：

由图4所显示的图可以看出，除了存在某些由于信号的不稳定带来的微小偏移外（本文为了尽量减小对原始语音资料的影响，并没有进行端点检测），并没有明显的相位突变。通常对数字录音资料的篡改方式，主要表现为删除一段语音信号与插入一段语音信号，所以试验中分别对原始信号进行了删除（约10秒）的处理与插入（约10秒）的处理，得到了另外两段篡改信号，通过本文方法可获得如图5，如图6的结果所示：

由图5可明显看到，删除语音后的信号经过量子势阱后得到的相位差的变化，删除其中一段语音后，从篡改点的位置开始，到篡改结束为止一段，相位差的变化发生了与其余段不同的陡变。图6则显示的是插入一段语音后的信号经过量子势阱后得到的相位差的变化，可以明显看到，插入其中一段语音后，在篡改的一段引起了相位点的剧烈的变化，而且与删除语音相比，插入的篡改操作有两个变化点，实际上，由于插入语音的连接点是两个，自然地，带来了两个变化点。

由[2]-[4]文献资料可知，电网频率的变化往往带来的变化较小，本文的方法得到的鉴别结果更为明显，而且由于电网本身存在一定的不稳定因素，需要与标准电网进行对比，所以在准确性和实时性上都有一定的局限性；将本文方法与DFT相位检测法在不同时间长度条件下进行相位变化率的比较，其中，数字录音资料的时间分别为3分钟，5分钟，10分钟，20分钟各10组数据，下表结构为10组数据的算术平均：

从表1、表2得到的不同录音时间长度的对比情况可以看出，在录音时间较短的时候，DFT相位法对不同的篡改方式分辨的能力不足，同时，该方法的稳定性较差，不同时间的分辨能力差异较大，相反，本文提出的方法有效地改进了这两方面的能力。

5 结束语

本文在量子遂穿效应的基础上，创新性地尝试试用量子理论结解决传统的数字录音资料的真伪鉴别问题，拓展了数字录音资料真伪鉴别技术的内容，同时本文还将经典物理理论与量子物理理论做了结合应用，得到了穿过量子势阱前后波的相位差表达式用于鉴别。仿真结果表明，这种探索能有效解决ENF和DFT相位法的不足，相较于已有的其他数字录音资料的真伪鉴别方法，取得了较大的进步，真伪鉴别的判定变得简易与明显，同时说明了相位信息也可以在数字录音资料的鉴别中发挥强有力的作用。

参考文献：

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