噪声及其应用.docx

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噪声及其应用

第六章视听资料整体性检验

整体性（integrity）指的是诚实、正直，完全、完整，泛指完整性、原装性，真实性。

视听资料的整体性等价于前边多次提到的视听资料的原始性和真实性。

满足整体性要求，是一切证据资料被采纳的前提条件。

视听资料里的多数证据资料都具有脆弱性、易变性的不足，所以，视听资料的整体性检验尤其重要，本章集中讨论这个问题。

第一节噪声及其应用

一、视听资料整体性标准

对视听资料整体性的要求，原则上说就是保持原始状态不变，对目标事件的记录完整，既没有遗漏事件内容，也没有凭空增加什么内容。

根据这些要求，提出以下几条衡量整体性的标准。

（一）全记录要求

目标事件总是在一定时间、一定空间内发生的。

录音或录象应该把在这段时间和空间范围内发生的全部事件记录下来；

（二）确定时空范围原则

以确保能够把与案件有关的内容全部记录下来为标准，确定时间长度和空间范围；

（三）连续性

记录目标事件的过程，没有被任何方式中断过；

（四）完整性

在记录中，既没有遗漏任何发生过的内容或事件，也没有根据任何人意志添加的内容。

上述这些条件既是视听资料整体性的标准，也是进行视听资料整体性检验时的指南。

譬如已经得到授权对某个毒品交易实施监控，首先，必须确定监控对象，可能进行毒品交易的时间和地点，一切准备工作都是为了把发生的全部事件记录下来。

当刑事技术人员检验这份资料的整体性时，他们是根据记录内容作出判断的。

如果该记录能够完整地反映出事件的发端，中间阶段，直到最后结局的全部情况，并且经过技术手段检验，没有发现被任何方式中断过，从因果关系和逻辑关系上判断，没有发现被编辑加工的痕迹，则可以确认该资料的整体性是好的。

二、视听资料噪声

由于在制备视听资料过程中，许多类别的噪声通过各种途径进入拾音头、摄像头，与有用信息一起被记录下来，所以，在各类案件中的视听资料永远不可能达到广播台或电视台的质量水平（studioquality）。

视听资料里经常出现的有电噪声，磁噪声，机械噪声，环境噪声等。

（一）电子噪声

视听资料的记录、存储、传输、分析和拷贝过程使用的电子设备，都是电子噪声的来源。

所谓电子噪声指的是，在电子设备运行过程中，由于载流子的不规则涨落而出现的额外信号，相对于研究的主流信号，这些额外信号就是电子噪声（electronicnoise）。

电子噪声主要有以下几类

1．热噪声

电子在电路里运动与金属晶格不断碰撞，产生热量的不均匀变化而引起的噪声。

热噪声电压与电路系统元件的绝对温度的平方根成正比，这就是仪器设备采取措施降低运行温度的原因。

当元件的绝对温度为零时，电路电阻消失，进入超导状态，热噪声自然消失。

2．散粒噪声

电子器件（如电子管、晶体管）的载流子微粒的非平稳流动造成电流随机起伏，因此而引起的就是散粒噪声。

散粒噪声电压绝对温度的成正比。

3．光电管噪声

光电管噪声来源有二：

一是暗电流，一是光量子激发电子数目的涨落。

4．电路噪声

上述各类器件产生的噪声都表现为电路噪声。

此外，由于组成电路的部件如电阻、电感、晶体管等的非理想性质，工作时会产生噪声。

放大器线路内部产生的噪声，甚至会被放大器放大。

（二）磁介质噪声

1．本底噪声

磁带上的磁性层是由磁性微粒加上黏合剂经过涂抹形成的。

磁性微粒大小不均一，加上黏合剂涂抹之后，形成的磁性涂层面在较大范围内是均匀的。

但是，记录磁头与磁性涂层接触的缝隙只有1~2微米，它所“看到”的磁性层肯定是凹凸不平的。

因此，即使没有记录信号，磁头在磁带上运动，也会感应产生“沙沙”“咝咝”声。

这就是磁带的本底噪声。

由于这种噪声和记录信号无关，也被称为背景噪声。

2．颗粒噪声

磁粉颗粒越小、越均一，越有利于抑制噪声。

当磁粉颗粒的维度与记录波长相当时，就会引起所谓的颗粒噪声。

它是一种白噪声，统计分析证明由颗粒噪声导致的信噪比是

S/N=（2π）-1（nwc22）

（1）

其中，n是单位体积内的颗粒数，w是磁迹宽度，是磁介质表面的记录长度，c是记录深度比：

记录深度/磁性层厚度。

在录音机原理部分给出一个公式

=/f

（2）

其中，是磁头与磁带的相对速度，f录放信号的频率。

比较两个公式可知，为了保留信号的高频成分，又要得到高的信噪比，只有提高相对速度才行。

3．剩磁噪声

磁带去磁抹音不彻底，直流磁场在磁带留下饱和剩磁等，都会引起剩磁噪声，它也属于背景噪声

4．磁头噪声

磁头噪声起因较多。

例如如果有电路的漏电流耦合进入磁头线圈，将引起磁头出现附加磁化，开关动作时出现的噪声脉冲也会使磁头出现附加磁化，磁头铁芯的剩磁，磁头铁芯磁通耗散引起发热等，这些都是磁头噪声源。

（三）机械噪声

凡是录音录像设备工作时，机械运动产生的声音被记录进视听资料的都称为机械噪声。

例如各类按钮的开关、转换，麦克风的插把，拾音头、摄像头的运动，冷却风伞的转动等。

（四）环境噪声

录音录像设备要在一定条件和环境下工作，由于它们产生的噪声都属于环境噪声。

这里最重要的是交流噪声。

任何电子设备都以电流电源作为其动力源，电流电源的周期是50赫芝，虽然频率不高，但是设备任何时刻都存在由它产生的低频背景噪声。

设备工作场所的电器、交通工具、动物，以及大自然的风雨雷声等等，都构成环境噪声。

可以把噪声定义为：

凡是所关心、所研究的声音之外的其他声音都是噪声，在具体的电子仪器上，上述各类噪声不会一个个单独表现出来，电子仪器客观存在的，以及通过图谱表现出来的噪声，是各类噪声综合后的结果。

可以将噪声分为两类：

与记录信号无关的称为本底噪声，或背景噪声，绝大多数电、磁噪声都是背景噪声；与记录信号有关，或者对记录信号形成某种调制作用的噪声，称为调制噪声。

如果磁头与磁带接触不稳定，引起输出信号忽大忽小，这种变化相当于对输出信号的幅值作了调制。

录音机走带速度不均匀，忽快忽慢，这种变化相当于对输出信号的频率作了调制，在原有频率上增加一个调制频率。

三、噪声在视听资料整体性检验中的应用

一方面，噪声会影响对目标声音、语音的研究；另一方面，噪声在视听资料整体性检验上，有时会发挥很大作用。

电子仪器本底噪声图谱极具个体特征，可以说，它们是电子仪器在录音、录像带以及软硬磁盘等记录介质上留下的声音“签名”。

（一）录音磁带

1．本底噪声

不同型号的录音机，即使相同型号的，但是由于使用时间、环境、保管和维修等情况的不同，机器运行时产生的噪声谱都是不同的。

图6-1给出的是从送检光盘提取的背景噪声情况。

可以看到这些噪声谱完全可以作为区分特征使用。

当把由2台录音机制作的语音资料拷贝到一起的时候，即使语音内容看不出破绽，背景噪声谱也会明显地揭示出拼接的痕迹。

图6-1（A）：

MD与电脑对接形成的背景噪声差别，（B）：

CD与CD对接形成的背景噪声差别。

2．环境噪声

录音磁带里经常会记录一些环境噪声，出现最多的当属电话铃声。

图XX给出10部电话铃声两个参数的实验研究结果。

该图横坐标是时间，单位是毫秒，纵坐标是电压值，单位伏特。

它们分别表示电话铃声持续的时间长度和电话铃声激起的幅值。

从该图可以看到

（1）时间长度和幅度两个参数的变化方向和数值，各个电话机是不同的；

（2）电话机之间的时间长度和电压幅值的差异，足以将它们在这样的2维空间里区别开来。

图6-210部电话机铃声时长和幅度的分布

图6-33部不同型号手机铃声的时域图谱，彼此之间差异明显。

图6-3、图6-4分别给出3部手机铃声的时域图谱和2部座机电话铃声的频谱。

这些图谱的个体特征突出，彼此之间差异明显。

利用录音带里记录下来的电话铃声、手机铃声，可以确认它们的种属，实现“以物找人”。

结合其他案件信息，可以为案件的作出时间、空间定位。

录音带里记录下来的枪击声，轿车笛声，动物声音，甚至大自然的风雨声等，在某些特定情况下都可对刑事侦查工作提供许多有价值的信息。

图6-4不同话机的频谱形态、能量集中区的强度和所对应的频率值差别很大。

上：

10#座机的频谱图；下：

9#座机的频谱图

（二）录像磁带

对录像磁带的本底噪声的形成机理和表现形式作过详细研究，这些知识对鉴定录像带整体性很有用。

1．录像磁带本底噪声形态

图6-5最上边给出的是3台不同型号摄录一体机的录像磁带的本底噪声原始图，横坐标是时间，纵坐标是频率。

它们是些随着时间展开的不同灰度的乱纹，沿着频率方向，这些乱纹表现出一定的规律性；中间是这些乱纹经过时间平均得到的规律性更为明显的灰度带；最下边的是这些灰度带的频谱，即本底噪声随着频率的变化情况。

可以看到，型号不同，在上、中、下三幅图形里产生的图谱都是不同的，只是随着量化处理，分辨特征越来越清楚。

需要指出的是，一般情况下录像磁带本底噪声不会强烈地表现出来，为了观察噪声全貌，这里给出的噪声图谱是对正常值增益100倍之后得到的。

2．录像机的个体辨认

相同型号的录像机的本底噪声也是不同的。

图6-6给出从30台NV-M7任选出4台摄录一体机的本底噪声谱。

它们之间的差异是明显存在的。

图6-5不同型号的3台摄录一体的本底噪声

图6-6同型号摄录像一体机本底噪声声谱特征比较结果

造成相同型号录象机本底噪声不同的一个主要原因是使用时间的差异。

图6-7是一台摄录一体机在经过不同工作时间以后，得到的本底噪声图谱，随着时间发生了很容易觉察的变化。

当然，使用条件，保管条件以及维护水平等，都是使同样牌号录象机本底噪声出现差异的原因。

图6-7某台NV-M7摄录像一体机不同时刻本底噪声谱特征的变化