Поиск устойчивых признаков цифровых диктофонов..
Иванов И.Л.
Поиск устойчивых признаков цифровых диктофонов.
Широкое использование в оперативно-розыскных мероприятиях цифровых устройств аудиозаписи для экспертов, производящих экспертизы с таким исходным материалом, накладывают дополнительные требования к производству исследований и ответе на поставленные вопросы. В последнее время, исследуя экспертную практику в течение последнего времени, выявило ряд моментов, которые необходимо знать эксперту в своей повседневной деятельности.
Для того, что бы производить исследования на материале, поставленном на лазерном компакт-диске или представленном в виде цифрового диктофона (или флэш), так же представленного на исследование, надо всесторонне представлять эксперту принцип записи, сжатия в цифровых диктофонах. При исследовании нескольких диктофонов, стоящих на вооружении в правоохранительных органах было выявлено, что первичный формат сжатия, используемый во внутренних алгоритмах диктофонов, относится к подобию формата MP3, с различными битрейтами сжатия оцифрованного сигнала. Формат сигнала MP3 в спектральном представлении хорошо уже знаком экспертам и типичное его представление приведено на рисунке ниже. (Реальная экспертиза)
Детальное исследование представленной спектрограммы, может выявить ряд существенных признаков, относящихся к форматам сжатия, типичным алгоритму MP3.
а. Неравномерность спектральной плотности. Т.е. имеются в наличии квадратные окна отсутствия спектральной плотности. Эти окна по длине, как правило, кратны 64 отсчётам.
б. Имеется фильтрация верхних частот, обусловленная именно форматом сжатия, подобным MP3. На представленном рисунке мы её видим на усреднённом спектре рис. ниже: На конкретном файле мы наблюдаем её срез на 7500Hz.
Такие усреднённые спектры, крутизна спада, достижение апогея спада фильтра до -123 dB, как мы видим на рисунке, именно характерно для цифровых устройств записи, имеющих внутренний алгоритм сжатия, что является недостижимым для аналоговых устройств записи, использующих в качестве носителя магнитную ленту.
в. В моменты перегрузки тракта записи, а часто используемая фильтрация бывает выполнена на цифровых фильтрах, имеются в наличии кратковременные факты как бы перегрузки канала, иногда связанные с появлением Алиазинга, видимые на первом рисунке статьи (в полосе отфильтрованного спектра мы наблюдаем три узких столба не отфильтрованного спектра).
г. Отдельные модели цифровых диктофонов, в начале записываемой фонограммы, иногда могут ещё и в конце фонограммы, оставлять признак начала (конец) фонограммы в виде тонального сигнала. Но по тональности они могут отличаются друг от друга.
(На одной реальной экспертизе конец фонограммы был вырезан, затем был скопирован тональный участок из конца фонограммы и вставлен в исходную. Но, по длине (в количестве периодов) он оказался меньше положенного (не точно был захвачен при копировании) – а так быть не может в цифровых диктофонах. Это оказался первый найденный признак компьютерного монтажа фонограммы. В дальнейшем было найдено место вырезки и т.д. Таким образом, появилась первая реальная экспертиза с найденными признаками компьютерного монтажа на материале, представленном с цифрового устройства записи.)
д. Исследования внутреннего представления файлов в цифровом диктофоне выявило, что многие диктофоны, во внутреннем представлении используют тот же формат, подобный формату MP3, но во внутреннем представлении (в памяти диктофона). Они могут быть представлены с различными расширениями файлов (в некоторых исследуемых диктофонах использовалось расширение *.rec). Данный формат, наряду с кодированием в формате MP3 имеет дополнительную служебную информацию. Adobe Audition и Sound Forge отказываются воспринимать специфический стандарт *.rec вообще, или воспринимает его некорректно с нарушением битрейта, скорости воспроизведения и т.д. Но данный формат является читаемым для программного обеспечения эксперта (Justiphone 2.3 и выше). Это связано со служебной информацией в заголовке файла, которую не могут воспринять стандартные звуковые редакторы. Таким образом, мы имеем оригинал с расширением *.rec. В связи с этим, при выявлении таких устройств записи в правоохранительных органах, можно им рекомендовать представлять исходный материал именно в таком формате, а так же в форматах *.amr, *.mmf and so on. (Теперь можете представить каким образом можно сделать монтаж на такой фонограмме:
1. Переконвертировать его в Wav.
2. Сделать монтаж.
3. Переконвертировать его в Rec или подобный со сжатием MP3 с добавлением служебной информации. И тут вопрос? А как это сделать? Тут надо очень хорошо разбираться в заголовках служебной информации во внутреннем представлении в устройстве записи. Доступных, широко известных редакторов пока нет).
Следующее надо обратить внимание, что однозначного алгоритма кодирования и раскодирования формата MP3 не существует в природе. Существуют только рекомендации стандартов по его реализации. Таким образом, каждая фирма, разрабатывающая программное обеспечение кодирования/декодирования разрабатывает своё программное обеспечение. Внизу статьи приведён обзор стандартов MPEG.
2. При получении и первичном исследовании оцифрованного сигнала, представленного на исследование необходимо затребовать характеристики устройства записи, используемом при записи исследуемой фонограммы (если эксперт впервые сталкивается с данной моделью или не может по найденным свойствам аудиофайла однозначно принять решение о модели диктофона, и его сопровождающего программного обеспечения).
3. Исследуется программное обеспечение, поставляемое с устройством записи.
4. Контрольная запись на исследуемый диктофон может выявить множество признаков, которые при сопоставлении с признаками представленной на исследование фонограммой, могут выявить расхождения и признаки изменений произведённых после записи такие как:
а. Конвертация из одного формата в другой и представления фонограммы в виде файла с расширением *.wav (хотя мы видим, что он зажат внутренним форматом диктофона и используется расширение *.MP3, *.REC, *.amr, *.mmf и он может быть переписан на лазерный диск именно в этом формате. Переконвертация является недопустимым (при условии, что однозначно выявлено внутреннее представление в цифровом диктофоне подобное формату MP3). Не надо полагаться на программное обеспечение фирм, выпускающих устройства записи, что оно может некорректно произвести конвертацию из MP3 в Wav. В программное обеспечение может быть изначально заложено спектральное выравнивание (сглаживание), обрезка спектра, ошибки программиста и т.д. В экспертной терминологии это трактуется как изменения произведённые после записи. В этом случае, как правило, изменяется крутизна спада на частоте среза. В отдельных случаях (из за программного обеспечения) могут объявиться остатки частоты Найквиста (как мы видим на рисунке ниже (реальная экспертиза))
б. Конвертация из одного формата в другой с понижением частоты дискретизации. Это приводит к обрезанию спектра исследуемого сигнала и так же трактуется по пункту а. как изменения произведённые после записи.
Типичный спектр полученного сигнала при конвертации вышеуказанного файла приведён ниже в *.wav 11025:
Мы наблюдаем отсутствие полосы фильтрации, характерной для формата MP3 (как мы ранее видели ранее в районе 7500Hz) и обрезание полосы частот исследуемого сигнала на уровне 5500Hz.
Таким образом, предварительное исследование программного обеспечения, внутреннего представления файла в цифровом диктофоне формата записи, обнаружение и исследование гармоник канала записи и алгоритма сжатия может ответить на многие вопросы, стоящие перед экспертом.
Обзор стандартов MPEG:
MPEG-1
Стандарт ISO-11172, получивший наименование Стандарт кодирования движущегося изображения и связанного с ним звука для цифровых носителей информации со скоростью передачи данных до и около 1.5 Мбит/с- первый из стандартов группы MPEG. Общеизвестный как MPEG-1, он состоит из пяти частей, перечисленных в таблице
| Часть 1: системы | Описывает, как комбинировать множественные видео — и аудио системы и аудиопотоки |
| Часть 2: видео | Описывает, как сжимать последовательность изображений |
| Часть 3: аудио | Описывает, как сжимать одно или двух канальный звук |
| Часть 4: соответствие | Описывает, как тестировать реализацию на соответствие |
| Часть 5: программное обеспечение | Полная справочная реализация стандарта, сделанная, в частности, для устранения рассогласований, вызванных первыми неудачными реализациями стандарта. |
Раздел стандарта относящийся к компрессии звука, поделён на три уровня. Каждый последующий уровень позволяет получить более высокое качество за счёт более сложной реализации. Стандарт третьего уровня позволяет добиться максимального качества в случае критичности объёма данных, однако работа с ним подразумевает бо`льший объём вычислений для компрессии и декомпрессии. Расширение файлов *.МР3 чаще всего используется для аудиофайлов третьего уровня (Layer 3). Третья часть MPEG детально описывает соответствующий MPEG формат двоичного потока, однако в ней не описывается метод компрессии. Сначала это может показаться странным, однако на самом деле речь идёт о важном свойстве стандарта. Двоичный поток MPEG, по сути, определяет спектральный состав звука и его изменение с течением времени (кодируется спектр). Для экономии места компрессор выборочно отбрасывает информацию. Стандарт описывает, как кодируется остающаяся информация и как декомпрессор может восстановить ИКМ на основе данных из потока битов в кодировке MPEG. Так как процесс кодирования в стандарт не включён, разработчики могут свободно пользоваться разнообразными методами, что бы определить, какая информация является важной. Среди этих методов могли бы встретиться упрощённые кодировщики для приложений, работающих со звуком низкого качества, или кодировщики, предназначенные для работы со звуками особого типа (например, высококачественная компрессия оркестровой музыки, скорее всего, будет отличаться от компрессии разговорной речи).
MPEG-2
Следствием относительного успеха стандарта MPEG-1 стала заинтересованность в дальнейшем расширении стандарта для его использования в других приложениях. В результате появился стандарт ISO-13818, обычно называемый MPEG-2. Он является расширением и разъяснением стандарта MPEG-1, позволяющим применять его более широко. В частности, в этом стандарте указывается, что всякий декодер, поддерживающий стандарт MPEG-2, должен так же поддерживать и MPEG-1. Например, в третьей части стандарта MPEG-2 аудиокодирование MPEG-1 расширяется в двух направлениях. Для приложений, использующих высококачественный звук с эффектом присутствия, добавляется возможность применения до пяти каналов звука. Для приложений, работающих в условиях узкой полосы пропускания, например для радиовещания в Internet, обеспечивается возможность передачи битов (вплоть до 8 Кбит/с) и не столь высоких частот дискретизации (до 16000 выборок в секунду). MPEG-2 состоит из девяти частей. Наименования первых пяти совпадают с наименованиями частей стандарта MPEG-1, а части с 6 по 9 обеспечивают новые свойства и повышение точности воспроизведения.
MPEG-3
Изначально MPEG-3 был предназначен для поддержки телевидения высокой чёткости (HDTV). От него отказались, как только стало понятно, что MPEG-2 будет вполне достаточно.
MPEG-4
Представляет собой попытку разработать стандарт для системы с очень низкой скоростью передачи битов. Работа над ним продолжается и сегодня. Наличие этого стандарта позволило бы передавать низкокачественное видео по линиям связи со скоростью передачи на уровне модема.