基于图片转为音频分析鉴定修改痕迹探讨

【摘要】通过实验，尝试将无线电领域的慢扫电视（SSTV）技术常用算法中的Scottie算法和Martin算法运用到公安侦查活动中，鉴定图片是否存在被修改痕迹。将过去凭借人工肉眼分辨的工作，通过计算机制作的频谱图和数据资料，直观且客观的展现出来。同时能减少对图片鉴定人员的知识量以及经验的要求。

【关键词】鉴定  频谱图  直观

【中图分类号】TN912.3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）14-0255-02

1.引言

慢扫描电视（SSTV）的一个术语名称是窄带电视。由于帧速为25到30fps，通常广播电视都需要6MHz的带宽，而慢扫描电视的带宽仅有3kHz，因此SSTV是一种相对特别慢的静态图像传输方法，一般每一帧都需要持续8秒甚至若干分钟。SSTV使用模拟调频，其中在图像中的每一个亮度得到的音频频率值都是对应且不相同的。

基于将图片通过Scottie1（欧洲倾向使用，每帧需要114秒）、Scottie2、Martin1（美国倾向使用，每帧需要110秒）及Martin2四种不同调制方式（及不同频率）转换为声音信号，以及对频谱图对频率的分析及spectral pitch display图对于所转换声音信号的音高及相应频率频谱的分析，从中找出修改（或伪造）图片（本文主要以添加文字的修改方式为主）与对应声音频率及频谱，Spectral Pitch Display图中的关联，并确定此关联的稳定性，甚至可以通过截取可疑频谱图片段，播放读取该部分图片，达到可以通过此方式鉴定甚至将图片中修改伪造部分缩小并确定范围的目的。

2.支持图片转音频鉴定图片的技术理论

2.1频谱图概念的简单介绍

频谱图（spectrogram）是信号的表示方式。信号若随着时间变化，且可以用振幅来表示，都有其对应的频谱。包括可见光（颜色）、音乐、无线电波、振动等都有这様的性质。当这些物理现象用频谱表示时，可以提供一些此信号产生原因的相关资讯。

频谱是指一个时域的信号在频域下表示方式，可以针对信号进行傅立叶变换而得，所得的结果会分别以振幅及相位为纵轴，频率为横轴的两张图，不过有时也会省略相位的资讯，只有不同频率下对应振幅的资料。有时也以“振幅频谱”表示振幅随频率变化的情形，“相位频谱”表示相位随频率变化的情形。

2.2 SSTV传输的频谱图介绍

图1为通过调制后所得的频谱图，图中：

1表示VIS code，即一种可见代码（图2），不表示认可颜色或亮度，代表扫描开始信号。

2表示RGB sacnlines，即顏色扫描线。RGB色彩模式是目前工业界的一种颜色标准，通过对红色（R）、绿色（G）、蓝色（B）三个颜色通道的变化，以及它们相互之间的叠加来得到各种各样的颜色的。RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，这个标准几乎囊括了人类视力所能感知的颜色，是目前运用最为广泛的颜色系统之一。因此颜色扫描线，代表图片各种颜色调制出来的频谱线。

3表示sync pulse，即同步脉冲，是一种为了确保接收和发送扫描能达到同步的一种制约信号。按照中国电视的标准，行同步脉冲的宽度为行周期的0.08倍，场同步的脉宽为行周期的2.5倍。由于行周期定为64微秒，故行同步脉宽为5.12微秒，场同步脉宽为160微秒。

3.实验过程及结论

3.1 实验材料

电脑一台，Adobe audition软件，MMSSTV软件，Audio Repeater1.20虚拟声卡，修改过的图片若干。

3.2 实验过程介绍

首先选择TX选项，将被鉴定图片放入其中，并将窗口尽可能填满;选择主窗口右边选项中所需的调制方式（TX Mode），如图中选择为Scottie2算法调制;准备好一款录音软件（本次实验只用的为Adobe公司的Adobe audition软件），先在录音软件上点击录音，然后回到MMSSTV软件上点击红色TX按钮。得到录制的声音后，打开频谱频率显示，然后观察频谱图特征并记录;打开Show Spectral Pitch Display，然后观察音高图特征并记录。

3.3可行性实验

3.3.1实验过程：

图片转为声信号

3.3.2放大观察细节

此图较为频距线较为连贯，偶有断开，可能系因图本身构图，色彩分布有关，因此，有可能修改部分分布在音频9s-27s处。

3.3.3实验结论

通过播放音频9s-26s部分，确定修改痕迹在此范围。

3.3.4总结

由于实验素材修改部分明显，而且实验使用图片数量较少，可能得出实验结果为特例。由现有资料可知，图片中颜色由黑到白分别处于spectral pitch display 中1.5kHz～2.5KHz（大概数据），因此断层可以确定是由于颜色差异导致。

4.结论

4.1实验中存在的误差的的原因

实际工作中，纸质照片扫描入电脑，颜色会出现损耗或者误差，因此也会导致实验存在误差。在实验中，将图片颜色亮度信号转换为声音信号后，该声音信号无法直接储存或者鉴定使用，需要通过电脑内录或者其他尽可能减小损耗的方式储存或者鉴定使用，然而电脑内录无法避免随机出现的电流影响。实验器材未用到专业电脑和集中声卡，因此无法保证录下声音的还原度，无法达到高质量还原的将转换的声音信号记录。

4.2结论

4.2.1通过MMSSTV软件将图片转换的声音信号不稳定（通过反向将声音信号还原色彩光亮信号得知），虽然整体表面能将相当大一部分（有时几乎误差肉眼观察不出）色彩和光亮信号转换为声音信号，但是偶尔出现较大误差可能导致鉴定错误。

4.2.2 通过观察DPS图片，暂时未发现稳定特征能鉴定图片修改部分，但是能通过鉴定DPS图片中音高线断开部分了解图片中颜色以及光亮程度是否出现落差。

4.2.3 通过观察频谱图能清楚的发现图片中被修改部分大致范围，能准确明确修改部分大致范围（除修改部分颜色和背景颜色出现一致时会出现较大误差），并能将修改部分频谱图反向还原成图片，进行确认。

参考文献：

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

作者简介：

杜号军（1975年9月-），湖南临湘人，副教授，硕士，主要从事刑事影像技术研究。