基于圖片轉為音頻分析鑒定修改痕跡探討

【摘要】通過實驗，嘗試將無線電領域的慢掃電視（SSTV）技術常用算法中的Scottie算法和Martin算法運用到公安偵查活動中，鑒定圖片是否存在被修改痕跡。將過去憑借人工肉眼分辨的工作，通過計算機制作的頻譜圖和數據資料，直觀且客觀的展現出來。同時能減少對圖片鑒定人員的知識量以及經驗的要求。

【關鍵詞】鑒定? 頻譜圖? 直觀

【中圖分類號】TN912.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）14-0255-02

1.引言

慢掃描電視（SSTV）的一個術語名稱是窄帶電視。由于幀速為25到30fps，通常廣播電視都需要6MHz的帶寬，而慢掃描電視的帶寬僅有3kHz，因此SSTV是一種相對特別慢的靜態圖像傳輸方法，一般每一幀都需要持續8秒甚至若干分鐘。SSTV使用模擬調頻，其中在圖像中的每一個亮度得到的音頻頻率值都是對應且不相同的。

基于將圖片通過Scottie1（歐洲傾向使用，每幀需要114秒）、Scottie2、Martin1（美國傾向使用，每幀需要110秒）及Martin2四種不同調制方式（及不同頻率）轉換為聲音信號，以及對頻譜圖對頻率的分析及spectral pitch display圖對于所轉換聲音信號的音高及相應頻率頻譜的分析，從中找出修改（或偽造）圖片（本文主要以添加文字的修改方式為主）與對應聲音頻率及頻譜，Spectral Pitch Display圖中的關聯，并確定此關聯的穩定性，甚至可以通過截取可疑頻譜圖片段，播放讀取該部分圖片，達到可以通過此方式鑒定甚至將圖片中修改偽造部分縮小并確定范圍的目的。

2.支持圖片轉音頻鑒定圖片的技術理論

2.1頻譜圖概念的簡單介紹

頻譜圖（spectrogram）是信號的表示方式。信號若隨著時間變化，且可以用振幅來表示，都有其對應的頻譜。包括可見光（顏色）、音樂、無線電波、振動等都有這様的性質。當這些物理現象用頻譜表示時，可以提供一些此信號產生原因的相關資訊。

頻譜是指一個時域的信號在頻域下表示方式，可以針對信號進行傅立葉變換而得，所得的結果會分別以振幅及相位為縱軸，頻率為橫軸的兩張圖，不過有時也會省略相位的資訊，只有不同頻率下對應振幅的資料。有時也以“振幅頻譜”表示振幅隨頻率變化的情形，“相位頻譜”表示相位隨頻率變化的情形。

2.2 SSTV傳輸的頻譜圖介紹

圖1為通過調制后所得的頻譜圖，圖中：

1表示VIS code，即一種可見代碼（圖2），不表示認可顏色或亮度，代表掃描開始信號。

2表示RGB sacnlines，即顏色掃描線。RGB色彩模式是目前工業界的一種顏色標準，通過對紅色（R）、綠色（G）、藍色（B）三個顏色通道的變化，以及它們相互之間的疊加來得到各種各樣的顏色的。RGB即是代表紅、綠、藍三個通道的顏色，這個標準幾乎囊括了人類視力所能感知的顏色，是目前運用最為廣泛的顏色系統之一。因此顏色掃描線，代表圖片各種顏色調制出來的頻譜線。

3表示sync pulse，即同步脈沖，是一種為了確保接收和發送掃描能達到同步的一種制約信號。按照中國電視的標準，行同步脈沖的寬度為行周期的0.08倍，場同步的脈寬為行周期的2.5倍。由于行周期定為64微秒，故行同步脈寬為5.12微秒，場同步脈寬為160微秒。

3.實驗過程及結論

3.1 實驗材料

電腦一臺，Adobe audition軟件，MMSSTV軟件，Audio Repeater1.20虛擬聲卡，修改過的圖片若干。

3.2 實驗過程介紹

首先選擇TX選項，將被鑒定圖片放入其中，并將窗口盡可能填滿;選擇主窗口右邊選項中所需的調制方式（TX Mode），如圖中選擇為Scottie2算法調制;準備好一款錄音軟件（本次實驗只用的為Adobe公司的Adobe audition軟件），先在錄音軟件上點擊錄音，然后回到MMSSTV軟件上點擊紅色TX按鈕。得到錄制的聲音后，打開頻譜頻率顯示，然后觀察頻譜圖特征并記錄;打開Show Spectral Pitch Display，然后觀察音高圖特征并記錄。

3.3可行性實驗

3.3.1實驗過程：

圖片轉為聲信號

3.3.2放大觀察細節

此圖較為頻距線較為連貫，偶有斷開，可能系因圖本身構圖，色彩分布有關，因此，有可能修改部分分布在音頻9s-27s處。

3.3.3實驗結論

通過播放音頻9s-26s部分，確定修改痕跡在此范圍。

3.3.4總結

由于實驗素材修改部分明顯，而且實驗使用圖片數量較少，可能得出實驗結果為特例。由現有資料可知，圖片中顏色由黑到白分別處于spectral pitch display 中1.5kHz～2.5KHz（大概數據），因此斷層可以確定是由于顏色差異導致。

4.結論

4.1實驗中存在的誤差的的原因

實際工作中，紙質照片掃描入電腦，顏色會出現損耗或者誤差，因此也會導致實驗存在誤差。在實驗中，將圖片顏色亮度信號轉換為聲音信號后，該聲音信號無法直接儲存或者鑒定使用，需要通過電腦內錄或者其他盡可能減小損耗的方式儲存或者鑒定使用，然而電腦內錄無法避免隨機出現的電流影響。實驗器材未用到專業電腦和集中聲卡，因此無法保證錄下聲音的還原度，無法達到高質量還原的將轉換的聲音信號記錄。

4.2結論

4.2.1通過MMSSTV軟件將圖片轉換的聲音信號不穩定（通過反向將聲音信號還原色彩光亮信號得知），雖然整體表面能將相當大一部分（有時幾乎誤差肉眼觀察不出）色彩和光亮信號轉換為聲音信號，但是偶爾出現較大誤差可能導致鑒定錯誤。

4.2.2 通過觀察DPS圖片，暫時未發現穩定特征能鑒定圖片修改部分，但是能通過鑒定DPS圖片中音高線斷開部分了解圖片中顏色以及光亮程度是否出現落差。

4.2.3 通過觀察頻譜圖能清楚的發現圖片中被修改部分大致范圍，能準確明確修改部分大致范圍（除修改部分顏色和背景顏色出現一致時會出現較大誤差），并能將修改部分頻譜圖反向還原成圖片，進行確認。

參考文獻：

[1]“Slow scan definition.” On-line Medical Dictionary. Accessed on April 28， 2005.

作者簡介：

杜號軍（1975年9月-），湖南臨湘人，副教授，碩士，主要從事刑事影像技術研究。