本技術(shù)涉及數(shù)字信號(hào)檢測與處理，特別涉及一種面向音頻取證的深度電網(wǎng)頻率增強(qiáng)方法、裝置及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著數(shù)字化技術(shù)的飛速進(jìn)步，音頻的錄制、傳播與利用變得前所未有的便捷與高效，極大地拓寬了數(shù)字音頻文件的應(yīng)用領(lǐng)域，其數(shù)量也隨之激增。然而，這一便利性也伴隨著隱患，音視頻編輯工具的普及賦予了用戶強(qiáng)大的處理能力，使得音頻文件修改變得輕而易舉，從而加劇了音頻信息安全的風(fēng)險(xiǎn)，為不法分子偽造與散布虛假信息提供了土壤。在軍事情報(bào)分析、案件偵查、司法取證等關(guān)鍵領(lǐng)域，對(duì)音頻文件的真實(shí)性與完整性要求極高，因此，深入研究數(shù)字音頻取證技術(shù)，對(duì)于維護(hù)國家信息安全和促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定具有舉足輕重的意義。

2、電網(wǎng)頻率作為電網(wǎng)配電網(wǎng)絡(luò)的基本特征之一，其穩(wěn)定性由渦輪轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，普遍維持在50hz或60hz的標(biāo)稱值附近，并呈現(xiàn)出微小的隨機(jī)波動(dòng)。這一特性使得電網(wǎng)頻率信號(hào)廣泛存在于音頻、視頻及圖片等多媒體內(nèi)容中，成為數(shù)字多媒體取證領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵被動(dòng)指標(biāo)。電網(wǎng)頻率取證技術(shù)憑借其獨(dú)特的波動(dòng)模式與地域一致性，在地理位置追溯、時(shí)間戳驗(yàn)證及篡改檢測等方面展現(xiàn)出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。

3、目前，基于電網(wǎng)頻率的取證研究主要聚焦于精確估計(jì)電網(wǎng)頻率及其后續(xù)在取證實(shí)踐中的應(yīng)用探索。然而，對(duì)于從復(fù)雜多媒體環(huán)境中提取的電網(wǎng)頻率信號(hào)質(zhì)量是否足以支撐高標(biāo)準(zhǔn)的取證需求，研究尚顯不足。電網(wǎng)頻率信號(hào)的增強(qiáng)處理，特別是噪聲抑制技術(shù)，近年來逐漸成為研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的增強(qiáng)方法主要是rfa(robust?filtering?algorithm，魯棒濾波算法)、hrfa(harmonic?robust?filtering?algorithm，諧波魯棒濾波算法)和魯棒媒體時(shí)間戳法，均植根于傳統(tǒng)信號(hào)處理技術(shù)，雖能有效減輕加性噪聲干擾，提升低信噪比環(huán)境下的電網(wǎng)頻率信號(hào)質(zhì)量，但普遍存在計(jì)算復(fù)雜度高、處理耗時(shí)長的問題。特別是去片段算法，雖通過剔除噪聲片段來優(yōu)化信號(hào)質(zhì)量，卻犧牲了信號(hào)的完整性與篡改檢測能力，限制了其取證應(yīng)用的廣泛性，并且在處理短時(shí)長信號(hào)時(shí)易產(chǎn)生誤導(dǎo)性結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種面向音頻取證的深度電網(wǎng)頻率增強(qiáng)方法、裝置及設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)中信號(hào)提取困難、質(zhì)量不足、計(jì)算復(fù)雜度高、應(yīng)用范圍受限以及標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性不足等問題。

2、本技術(shù)第一方面實(shí)施例提供一種面向音頻取證的深度電網(wǎng)頻率增強(qiáng)方法，包括以下步驟：獲取取證應(yīng)用所需的音頻數(shù)據(jù)；對(duì)所述音頻數(shù)據(jù)預(yù)處理，并估計(jì)預(yù)處理后的音頻數(shù)據(jù)的電網(wǎng)頻率信號(hào)；將所述電網(wǎng)頻率信號(hào)輸入生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)，所述生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)輸出增強(qiáng)后的電網(wǎng)頻率信號(hào)，其中，所述生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)包括生成器和鑒別器，所述生成器和所述鑒別器輸入通道數(shù)量不同，所述生成器的編碼器部分使用多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的一維卷積層，所述生成器的編碼器部分與解碼器部分互為鏡像；基于所述增強(qiáng)后的電網(wǎng)頻率信號(hào)和參考信號(hào)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行目標(biāo)取證。

3、可選地，在將所述電網(wǎng)頻率信號(hào)輸入生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)之前，還包括：獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，其中，所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包括參考電網(wǎng)頻率信號(hào)和從實(shí)際錄音數(shù)據(jù)匯總提取出的帶噪電網(wǎng)頻率信號(hào)；將所述參考電網(wǎng)頻率信號(hào)和所述帶噪電網(wǎng)頻率信號(hào)輸入鑒別器，所述鑒別器學(xué)習(xí)所述參考電網(wǎng)頻率信號(hào)和所述帶噪電網(wǎng)頻率信號(hào)的第一數(shù)據(jù)分布，基于所述第一數(shù)據(jù)分布進(jìn)行二元?dú)w類得到真實(shí)樣本，并通過反向傳播更新所述鑒別器的參數(shù)；將所述帶噪電網(wǎng)頻率信號(hào)和潛在樣本向量輸入生成器，所述生成器輸出去噪電網(wǎng)頻率信號(hào)，將所述帶噪電網(wǎng)頻率信號(hào)和去噪電網(wǎng)頻率信號(hào)輸入鑒別器，所述鑒別器學(xué)習(xí)所述帶噪電網(wǎng)頻率信號(hào)和所述去噪電網(wǎng)頻率信號(hào)的第二數(shù)據(jù)分布，基于所述第二數(shù)據(jù)分布進(jìn)行二元?dú)w類得到假樣本，并通過反向傳播更新所述鑒別器的參數(shù)；凍結(jié)所述鑒別器的參數(shù)，基于鑒別器輸出與所述真實(shí)樣本計(jì)算訓(xùn)練損失值，并允許生成器反向傳播學(xué)習(xí)所述參考電網(wǎng)頻率信號(hào)的數(shù)據(jù)分布。

4、可選地，所述基于所述增強(qiáng)后的電網(wǎng)頻率信號(hào)和參考信號(hào)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行目標(biāo)取證，包括：計(jì)算所述電網(wǎng)頻率信號(hào)與參考信號(hào)數(shù)據(jù)庫中參考信號(hào)之間的均方誤差或相關(guān)系數(shù)；根據(jù)所述均方誤差中的最小均方誤差或者所述相關(guān)系數(shù)中的最大相關(guān)系數(shù)確定與所述電網(wǎng)頻率信號(hào)匹配的參考信號(hào)。

5、可選地，所述均方誤差的計(jì)算公式為：

6、

7、其中，n為長度，x(n)為從待測錄音文件提取的電網(wǎng)頻率信號(hào)，n為信號(hào)的第n個(gè)頻點(diǎn)，r(n)為搜索范圍內(nèi)的電網(wǎng)頻率參考信號(hào)，k為第k段參考信號(hào)；所述相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為：

8、

9、其中，為搜索時(shí)間范圍內(nèi)的電網(wǎng)頻率參考信號(hào)的均值，為待測音頻文件中提取出的電網(wǎng)頻率的均值。

10、可選地，在基于所述增強(qiáng)后的電網(wǎng)頻率信號(hào)和參考信號(hào)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行目標(biāo)取證之前，還包括：同步采集電網(wǎng)頻率信號(hào)和對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息；將電網(wǎng)頻率信號(hào)和對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息存儲(chǔ)到不同的存儲(chǔ)位置；根據(jù)所述不同存儲(chǔ)位置存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)生成所述參考信號(hào)數(shù)據(jù)庫。

11、可選地，所述估計(jì)預(yù)處理后的音頻數(shù)據(jù)的電網(wǎng)頻率信號(hào)，包括：對(duì)預(yù)處理后的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換；使用二次插值法對(duì)短時(shí)傅里葉變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行電網(wǎng)頻率信號(hào)估計(jì)得到電網(wǎng)頻率信號(hào)。

12、本技術(shù)第二方面實(shí)施例提供一種面向音頻取證的深度電網(wǎng)頻率增強(qiáng)裝置，包括：獲取模塊，用于獲取取證應(yīng)用所需的音頻數(shù)據(jù)；處理模塊，用于對(duì)所述音頻數(shù)據(jù)預(yù)處理，并估計(jì)預(yù)處理后的音頻數(shù)據(jù)的電網(wǎng)頻率信號(hào)；輸出模塊，用于將所述電網(wǎng)頻率信號(hào)輸入生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)，所述生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)輸出增強(qiáng)后的電網(wǎng)頻率信號(hào)，其中，所述生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)包括生成器和鑒別器，所述生成器和所述鑒別器輸入通道數(shù)量不同，所述生成器的編碼器部分使用多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的一維卷積層，所述生成器的編碼器部分與解碼器部分互為鏡像；取證模塊，用于基于所述增強(qiáng)后的電網(wǎng)頻率信號(hào)和參考信號(hào)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行目標(biāo)取證。

13、本技術(shù)第三方面實(shí)施例提供一種電子設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序，以實(shí)現(xiàn)如上述實(shí)施例所述的面向音頻取證的深度電網(wǎng)頻率增強(qiáng)方法。

14、本技術(shù)第四方面實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行，以用于實(shí)現(xiàn)如上述實(shí)施例所述的面向音頻取證的深度電網(wǎng)頻率增強(qiáng)方法。

15、本技術(shù)第五方面實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序或指令，所述計(jì)算機(jī)程序或指令被執(zhí)行時(shí)，以用于實(shí)現(xiàn)如上述實(shí)施例的面向音頻取證的深度電網(wǎng)頻率增強(qiáng)方法。

16、由此，本技術(shù)包括如下有益效果：

17、本技術(shù)實(shí)施例運(yùn)用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，特別是雙向條件最小二乘生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)框架，通過優(yōu)化生成器結(jié)構(gòu)和損失函數(shù)，有效處理大規(guī)模電網(wǎng)頻率數(shù)據(jù)集，顯著增強(qiáng)了電網(wǎng)頻率信號(hào)的質(zhì)量，尤其在低信噪比復(fù)雜環(huán)境中表現(xiàn)卓越，不僅簡化了計(jì)算過程，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)處理，還保障了電網(wǎng)頻率信號(hào)的完整性，進(jìn)一步擴(kuò)展了音頻取證技術(shù)的應(yīng)用邊界。由此，解決了現(xiàn)有技術(shù)中信號(hào)提取困難、質(zhì)量不足、計(jì)算復(fù)雜度高、應(yīng)用范圍受限以及標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性不足等技術(shù)問題。

18、本技術(shù)附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本技術(shù)的實(shí)踐了解到。