Введение к работе
Актуальность темы. Важное место в группе специальных технических средств правоохранительных органов занимает звукозаписывающая аппаратура. Аудиозапись активно используется как одно из средств обеспечения безопасности в различных направлениях жизнедеятельности. Общедоступные и скрытые средства фиксации аудиосигналов используются для протоколирования оперативной информации в ходе переговоров, встреч, лекций, совещаний, а также во время розыскных, контролирующих и других действий. В ряде случаев низкое качество проведенной записи создает определенные трудности при понимании и осмыслении полученной аудиоинформации. Причины этого обусловлены как неудачным или неумелым выбором и использованием технических средств, так и объективными трудностями, выражающимися в невозможности получения высококачественной, «чистой» записи звука в некоторых конкретных обстоятельствах.
Аудиозапись, полученная в ходе проведения оперативно-розыскных мероприятий с помощью специальных средств и методов, может служить источником информации (нередко единственным) о явлениях и процессах, имеющих криминогенный или криминальный характер. Известно, что более половины специальных технических средств правоохранительных органов, предназначенных для добывания оперативно-розыскной информации, так или иначе связаны с получением оперативных сведений из переговоров и акустической обстановки их проведения. В этом контексте оперативные аудиозаписи можно рассматривать как наиболее значимую компоненту оперативно-розыскной информации.
Однако получение данного вида оперативно-розыскной информации в большинстве случаев связано с воздействием различного рода мешающих факторов, большинство из которых можно определить как искажающие воздействия среды распространения акустических сигналов. В связи с этим возникает задача защиты акустических компонент оперативно-розыскной информации от вышеназванных факторов воздействия.
Защите аудиоинформации уделяется в последнее время большое значение. Теоретическое обоснование необходимости данной защиты от различного вида угроз и решение целого ряда возникающих при этом проблем дано в работах ученых Дворянкина СВ., Женило В.Р., Макарова В.Ф., Минаева В. А., Петракова А.В., Чудновского Л.С. и др.
Однако в этих работах защита аудиоинформации рассматривается в основном с позиций предотвращения ее утечки, в то время как вопросам обеспечения целостности оперативной аудиоинформации уделяется недостаточно внимания.
Таким образом, актуальность настоящего диссертационного исследования обусловлена необходимостью применения в практике правоохранительных органов современных достижений науки и техники в области цифровой обработки аудиосигналов с целью коррекции и компенсации иска-
жающих воздействия среды распространения акустических сигналов для увеличения объема и качества извлекаемой из оперативной аудиозаписи информации.
Проблемные задачи защиты оперативных аудиозаписей от искажающих воздействий охватывают широкий круг вопросов. Его можно разделить на три различные группы:
-
Фильтрация помех, которые могут иметь сосредоточенный, шумо-и/или речеподобный характер.
-
Компенсация искажений, вносимых активным воздействием на среду распространения акустических сигналов.
-
Коррекция пассивных искажающих воздействий, которым подвергается речевой сигнал в ходе проведения аудиозаписи.
Количество существующих методов фильтрации обширно, все они широко используют априорную информацию о помехах и сигнале (Архангельский СВ. Локтев Н.А, Минин А.В., Ребгун Э.К., Шаров В.А). Определенный интерес с точки зрения решения первой группы вопросов представляет адаптивная обработка сигналов. Метод использует не априорные сведения о помехе, а производит ее оценку в процессе обработки. Благодаря этому он эффективен при фильтрации не одного, а разного типа помех, в том числе широкополосных и нестационарных. Однако, существующие системы, которые основаны на методе адаптивной фильтрации, не учитывают условия реального оперативно-розыскного мероприятия, где получить «чистый» вспомогательный сигнал, по которому производится оценка помехи, одновременно с полезным сигналом, практически невозможно.
Что же касается решения второй и третьей группы обозначенных вопросов, то задача защиты речевых сигналов от искажений, путем выделения неизвестной передаточной функции искажающей системы, в качестве которой рассматриваются влияние реверберирующей акустической среды, а также жестких сред распространения звука, влияние которых весьма значительно при съеме аудиоинформации по виброакустическому каналу, практически остается не исследованной.
Объект исследования - современные технологии фиксации, обработки и анализа аудиосигналов в условиях проведения оперативно-розыскных мероприятий и методика применения аудиозаписей в раскрытии и расследовании преступлений.
Предмет исследования - методы защиты оперативных аудиозаписей, учитывающие особенности их получения при наличии искажающих воздействий среды распространения акустических сигналов.
Цель исследования - увеличение объема и качества извлекаемой из оперативных аудиозаписей информации.
Научная задача заключается в реализации комплексного подхода к обеспечению целостности оперативной аудиоинформации на основе разработки и совершенствования методов защиты от искажающих воздействий среды распространения акустических сигналов.
Для этого были поставлены и решены следующие частные задачи:
анализ искажений, вносимых средой распространения акустических сигналов и получение теоретической зависимости влияния этих искажений на эффективность деконволюции с целью последующего выбора предлагаемых методов;
разработка и совершенствование методов деконволюции аудиосигналов, подвергшихся искажающему воздействию среды распространения акустических сигналов с априорно неизвестной передаточной функцией;
разработка методов компенсации влияния искажающих факторов, возникающих вследствие активного воздействия на среду распространения акустических сигналов;
компьютерная реализация предложенных методов и экспериментальное исследование
Методы исследования. Методы исследования основаны на акустической теории речеобразования, теории слухового восприятия, теории оптимальных систем, теории функционального анализа и теории вероятностей, теории восстановления сигналов, теории гомоморфных систем.
В диссертации также использовались методы системного анализа, математические методы цифровой обработки сигналов, численные методы оптимального управления, элементы системного программирования, методы акустической теории речеобразования, численные методы оптимизации и эксперименты.
Научная новизна. Рассмотрены особенности применения аудиозаписи в деятельности оперативных аппаратов правоохранительных органов и угрозы целостности оперативной аудиоинформации.
Проанализированы составляющие качества речи и рассмотрены причины его снижения. На базе проведенного анализа существующих методов восстановления аудиосигналов сделан вывод, что в настоящее время недостаточно исследованы и разработаны методы выделения из полученной аудиозаписи сигнала, максимально приближенного к исходному, что достигается путем выделения и последующего удаления спектральных составляющих импульсных характеристик искажающей акустической среды.
Для синтеза алгоритма рассмотрены широко распространенные в оперативной практике искажения сигналов, которые характерны в условиях воздействия реверберирующей акустической среды, а также при снятии аудиоинформации по виброакустическому каналу; исследована зависимость влияния воздействий искажающих систем на эффективность методов деконволюции.
Впервые разработан метод, осуществляющий разложение искаженного речевого сигнала на собственно исходный сигнал и характеристики среды распространения акустических сигналов с учетом ее фазовых характеристик.
Предложен метод асинхронной компенсации активных помех, на основе синтеза и вычитания из исходною сигнала «новой помехи», получаемой
по параметрам составляющих спектра в местах перекрытий полезной смеси и вспомогательного сигнала.
Практическая значимость исследования заключается в том, что полученные результаты позволяют осуществлять защиту оперативной аудиоинформации посредством применения разработанных методов на основе их комплексного использования.
Обоснованность и достоверность результатов. Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается применением апробированного аппарата исследований и подтверждается экспериментальными данными, полученными в ходе компьютерной реализации предлагаемых методов.
Реализация результатов работы. Разработанные методы восстановления речевых сигналов, искаженных воздействием акустической среды распространения применялась для обработки оперативной аудиоинформации в практической деятельности оперативно-технических служб ГУБОП МВД РФ, ТУ МВД РФ, экспертно-криминалистического отдела МВД Чувашской Республики.
Положения, выносимые на защиту:
классификация искажающих факторов среды распространения акустических сигналов;
классификация методов защиты оперативных аудиозаписей от искажений, вносимых средой распространения акустических сигналов и оценка их применимости в решении задач повышения качества и информативности оперативной аудиоинформации;
усовершенствованный метод деконволюции искаженных аудиосигналов, основанный на применении модифицированного метода неопределенной инверсной свертки;
'- метод деконволюции, использующий априорные сведения об импульсной характеристике искажающей системы;
- метод компенсации искажений, вносимых активным воздействием
на среду распространения акустических сигналов;
Апробация результатов исследования:
Результаты диссертационного исследования доложены и получили одобрение на Международных научных конференциях «Информатизация правоохранительных систем» (Москва, Академия управления МВД России) в 1998 - 2000 г.г., на постоянно действующем семинаре «Речевая связь с машинами» МНТО РЭС им. А.Попова в 1998 г.
По теме диссертации опубликовано пять печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка литературы, включающего 124 наименования. Объем диссертации 150 листов.
