噪聲及其應(yīng)用

第六章視聽資料整體性檢驗(yàn)整體性（integrity）指的是誠(chéng)實(shí)、正直，完全、完整，泛指完整性、原裝性，真實(shí)性。視聽資料的整體性等價(jià)于前邊多次提到的視聽資料的原始性和真實(shí)性。滿足整體性要求，是一切證據(jù)資料被采納的前提條件。視聽資料里的多數(shù)證據(jù)資料都具有脆弱性、易變性的不足，所以，視聽資料的整體性檢驗(yàn)尤其重要，本章集中討論這個(gè)問題。第一節(jié)噪聲及其應(yīng)用一、 視聽資料整體性標(biāo)準(zhǔn)對(duì)視聽資料整體性的要求，原則上說就是保持原始狀態(tài)不變，對(duì)目標(biāo)事件的記錄完整，既沒有遺漏事件內(nèi)容，也沒有憑空增加什么內(nèi)容。根據(jù)這些要求，提出以下幾條衡量整體性的標(biāo)準(zhǔn)。（一） 全記錄要求目標(biāo)事件總是在一定時(shí)間、一定空間內(nèi)發(fā)生的。錄音或錄象應(yīng)該把在這段時(shí)間和空間范圍內(nèi)發(fā)生的全部事件記錄下來；（二） 確定時(shí)空范圍原則以確保能夠把與案件有關(guān)的內(nèi)容全部記錄下來為標(biāo)準(zhǔn)，確定時(shí)間長(zhǎng)度和空間范圍；（三） 連續(xù)性記錄目標(biāo)事件的過程，沒有被任何方式中斷過；（四） 完整性在記錄中，既沒有遺漏任何發(fā)生過的內(nèi)容或事件，也沒有根據(jù)任何人意志添加的內(nèi)容。上述這些條件既是視聽資料整體性的標(biāo)準(zhǔn)，也是進(jìn)行視聽資料整體性檢驗(yàn)時(shí)的指南。譬如已經(jīng)得到授權(quán)對(duì)某個(gè)毒品交易實(shí)施監(jiān)控，首先，必須確定監(jiān)控對(duì)象，可能進(jìn)行毒品交易的時(shí)間和地點(diǎn)，一切準(zhǔn)備工作都是為了把發(fā)生的全部事件記錄下來。當(dāng)刑事技術(shù)人員檢驗(yàn)這份資料的整體性時(shí)，他們是根據(jù)記錄內(nèi)容作出判斷的。如果該記錄能夠完整地反映出事件的發(fā)端，中間階段，直到最后結(jié)局的全部情況，并且經(jīng)過技術(shù)手段檢驗(yàn)，沒有發(fā)現(xiàn)被任何方式中斷過，從因果關(guān)系和邏輯關(guān)系上判斷，沒有發(fā)現(xiàn)被編輯加工的痕跡，則可以確認(rèn)該資料的整體性是好的。二、 視聽資料噪聲由于在制備視聽資料過程中，許多類別的噪聲通過各種途徑進(jìn)入拾音頭、攝像頭，與有用信息一起被記錄下來，所以，在各類案件中的視聽資料永遠(yuǎn)不可能達(dá)到廣播臺(tái)或電視臺(tái)的質(zhì)量水平（studioquality）o視聽資料里經(jīng)常出現(xiàn)的有電噪聲，磁噪聲，機(jī)械噪聲，環(huán)境噪聲等。（一）電子噪聲視聽資料的記錄、存儲(chǔ)、傳輸、分析和拷貝過程使用的電子設(shè)備，都是電子噪聲的來源。所謂電子噪聲指的是，在電子設(shè)備運(yùn)行過程中，由于載流子的不規(guī)則漲落而出現(xiàn)的額外信號(hào)，相對(duì)于研究的主流信號(hào)，這些額外信號(hào)就是電子噪聲(electronicnoise)o電子噪聲主要有以下幾類熱噪聲電子在電路里運(yùn)動(dòng)與金屬晶格不斷碰撞，產(chǎn)生熱量的不均勻變化而引起的噪聲。熱噪聲電壓與電路系統(tǒng)元件的絕對(duì)溫度的平方根成正比，這就是儀器設(shè)備采取措施降低運(yùn)行溫度的原因。當(dāng)元件的絕對(duì)溫度為零時(shí)，電路電阻消失，進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，熱噪聲自然消失。散粒噪聲電子器件(如電子管、晶體管)的載流子微粒的非平穩(wěn)流動(dòng)造成電流隨機(jī)起伏，因此而引起的就是散粒噪聲。散粒噪聲電壓絕對(duì)溫度的成正比。光電管噪聲光電管噪聲來源有二：一是暗電流，一是光量子激發(fā)電子數(shù)目的漲落。電路噪聲上述各類器件產(chǎn)生的噪聲都表現(xiàn)為電路噪聲。此外，由于組成電路的部件如電阻、電感、晶體管等的非理想性質(zhì)，工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲。放大器線路內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲，甚至?xí)环糯笃鞣糯?。磁介質(zhì)噪聲本底噪聲磁帶上的磁性層是由磁性微粒加上黏合劑經(jīng)過涂抹形成的。磁性微粒大小不均一，加上黏合劑涂抹之后，形成的磁性涂層面在較大范圍內(nèi)是均勻的。但是，記錄磁頭與磁性涂層接觸的縫隙只有1~2微米，它所“看到”的磁性層肯定是凹凸不平的。因此，即使沒有記錄信號(hào)，磁頭在磁帶上運(yùn)動(dòng)，也會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生“沙沙”“咝咝”聲。這就是磁帶的本底噪聲。由于這種噪聲和記錄信號(hào)無關(guān)，也被稱為背景噪聲。顆粒噪聲磁粉顆粒越小、越均一，越有利于抑制噪聲。當(dāng)磁粉顆粒的維度與記錄波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，就會(huì)引起所謂的顆粒噪聲。它是一種白噪聲，統(tǒng)計(jì)分析證明由顆粒噪聲導(dǎo)致的信噪比是S/N=(2n)-i(nwc2入2) (1)其中，n是單位體積內(nèi)的顆粒數(shù)，w是磁跡寬度，入是磁介質(zhì)表面的記錄長(zhǎng)度，c是記錄深度比：記錄深度/磁性層厚度。在錄音機(jī)原理部分給出一個(gè)公式X=u/f (2)其中，u是磁頭與磁帶的相對(duì)速度，f錄放信號(hào)的頻率。比較兩個(gè)公式可知，為了保留信號(hào)的高頻成分，又要得到高的信噪比，只有提高相對(duì)速度才行。剩磁噪聲磁帶去磁抹音不徹底，直流磁場(chǎng)在磁帶留下飽和剩磁等，都會(huì)引起剩磁噪聲，它也屬于背景噪聲磁頭噪聲磁頭噪聲起因較多。例如如果有電路的漏電流耦合進(jìn)入磁頭線圈，將引起磁頭出現(xiàn)附加磁化，開關(guān)動(dòng)作時(shí)出現(xiàn)的噪聲脈沖也會(huì)使磁頭出現(xiàn)附加磁化，磁頭鐵芯的剩磁，磁頭鐵芯磁通耗散引起發(fā)熱等，這些都是磁頭噪聲源。（三） 機(jī)械噪聲凡是錄音錄像設(shè)備工作時(shí)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的聲音被記錄進(jìn)視聽資料的都稱為機(jī)械噪聲。例如各類按鈕的開關(guān)、轉(zhuǎn)換，麥克風(fēng)的插把，拾音頭、攝像頭的運(yùn)動(dòng)，冷卻風(fēng)傘的轉(zhuǎn)動(dòng)等。（四） 環(huán)境噪聲錄音錄像設(shè)備要在一定條件和環(huán)境下工作，由于它們產(chǎn)生的噪聲都屬于環(huán)境噪聲。這里最重要的是交流噪聲。任何電子設(shè)備都以電流電源作為其動(dòng)力源，電流電源的周期是50赫芝，雖然頻率不高，但是設(shè)備任何時(shí)刻都存在由它產(chǎn)生的低頻背景噪聲。設(shè)備工作場(chǎng)所的電器、交通工具、動(dòng)物，以及大自然的風(fēng)雨雷聲等等，都構(gòu)成環(huán)境噪聲。可以把噪聲定義為：凡是所關(guān)心、所研究的聲音之外的其他聲音都是噪聲，在具體的電子儀器上，上述各類噪聲不會(huì)一個(gè)個(gè)單獨(dú)表現(xiàn)出來，電子儀器客觀存在的，以及通過圖譜表現(xiàn)出來的噪聲，是各類噪聲綜合后的結(jié)果。可以將噪聲分為兩類：與記錄信號(hào)無關(guān)的稱為本底噪聲，或背景噪聲，絕大多數(shù)電、磁噪聲都是背景噪聲；與記錄信號(hào)有關(guān)，或者對(duì)記錄信號(hào)形成某種調(diào)制作用的噪聲，稱為調(diào)制噪聲。如果磁頭與磁帶接觸不穩(wěn)定，引起輸出信號(hào)忽大忽小，這種變化相當(dāng)于對(duì)輸出信號(hào)的幅值作了調(diào)制。錄音機(jī)走帶速度不均勻，忽快忽慢，這種變化相當(dāng)于對(duì)輸出信號(hào)的頻率作了調(diào)制，在原有頻率上增加一個(gè)調(diào)制頻率。三、 噪聲在視聽資料整體性檢驗(yàn)中的應(yīng)用一方面，噪聲會(huì)影響對(duì)目標(biāo)聲音、語音的研究；另一方面，噪聲在視聽資料整體性檢驗(yàn)上，有時(shí)會(huì)發(fā)揮很大作用。電子儀器本底噪聲圖譜極具個(gè)體特征，可以說，它們是電子儀器在錄音、錄像帶以及軟硬磁盤等記錄介質(zhì)上留下的聲音“簽名”（一）錄音磁帶本底噪聲不同型號(hào)的錄音機(jī)，即使相同型號(hào)的，但是由于使用時(shí)間、環(huán)境、保管和維修等情況的不同，機(jī)器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲譜都是不同的。圖6-1給出的是從送檢光盤提取的背景噪聲情況。可以看到這些噪聲譜完全可以作為區(qū)分特征使用。當(dāng)把由2臺(tái)錄音機(jī)制作的語音資料拷貝到一起的時(shí)候，即使語音內(nèi)容看不出破綻，背景噪聲譜也會(huì)明顯地揭示出拼接的痕跡。

圖6-1(A)：MD與電腦對(duì)接形成的背景噪聲差別，(B)：CD與CD對(duì)接形成的背景噪聲差別。環(huán)境噪聲錄音磁帶里經(jīng)常會(huì)記錄一些環(huán)境噪聲，出現(xiàn)最多的當(dāng)屬電話鈴聲。圖XX給出10部電話鈴聲兩個(gè)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。該圖橫坐標(biāo)是時(shí)間，單位是毫秒，縱坐標(biāo)是電壓值，單位伏特。它們分別表示電話鈴聲持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度和電話鈴聲0 100 2Q0 3Q0 400 500 600 7Q0激起的幅值。從該圖可以看到時(shí)間長(zhǎng)度和幅度兩個(gè)參數(shù)的變化方向和數(shù)值，各個(gè)電話機(jī)是不同的；電話機(jī)之間的時(shí)間長(zhǎng)度和電壓幅值的差異，足以將它們?cè)谶@樣的2維空

間里區(qū)別10部電話機(jī)鈴聲時(shí)長(zhǎng)和幅度的分布圖6-2間里區(qū)別10部電話機(jī)鈴聲時(shí)長(zhǎng)和幅度的分布圖6-23176Hz,-64.04dB2580.7Hz(E7-37)圖6-3圖6-33部不同型號(hào)手機(jī)鈴聲的時(shí)域圖譜彼此之間差異明顯。圖6-3、圖6-4分別給出3部手機(jī)鈴聲的時(shí)域圖譜和2部座機(jī)電話鈴聲的頻譜。這些圖譜的個(gè)體特征突出，彼此之間差異明顯。利用錄音帶里記錄下來的電話鈴聲、手機(jī)鈴聲，可以確認(rèn)它們的種屬，實(shí)現(xiàn)“以物找人”。結(jié)合其他案件信息，可以為案件的作出時(shí)間、空間定位。錄音帶里記錄下來的槍擊聲，轎車笛聲，動(dòng)物聲音，甚至大自然的風(fēng)雨聲等，在某些特定情況下都可對(duì)刑事偵查工作提供許多有價(jià)值的信息。圖6-4不同話機(jī)的頻譜形態(tài)、能量集中區(qū)的強(qiáng)度和所對(duì)應(yīng)的頻率值差別很大。上：10#座機(jī)的頻譜圖；下：9#座機(jī)的頻譜圖（二）錄像磁帶對(duì)錄像磁帶的本底噪聲的形成機(jī)理和表現(xiàn)形式作過詳細(xì)研究，這些知識(shí)對(duì)鑒定錄像帶整體性很有用。錄像磁帶本底噪聲形態(tài)圖6-5最上邊給出的是3臺(tái)不同型號(hào)攝錄一體機(jī)的錄像磁帶的本底噪聲原始圖，橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是頻率。它們是些隨著時(shí)間展開的不同灰度的亂紋，沿著頻率方向，這些亂紋表現(xiàn)出一定的規(guī)律性；中間是這些亂紋經(jīng)過時(shí)間平均得到的規(guī)律性更為明顯的灰度帶；最下邊的是這些灰度帶的頻譜，即本底噪聲隨著頻率的變化情況?？梢钥吹剑吞?hào)不同，在上、中、下三幅圖形里產(chǎn)生的圖譜都是不同的，只是隨著量化處理，分辨特征越來越清楚。需要指出的是，一般情況下錄像磁帶本底噪聲不會(huì)強(qiáng)烈地表現(xiàn)出來，為了觀察噪聲全貌，這里給出的噪聲圖譜是對(duì)正常值增益100倍之后得到的。錄像機(jī)的個(gè)體辨認(rèn)相同型號(hào)的錄像機(jī)的本底噪聲也是不同的。圖6-6給出從30臺(tái)NV-M7任選出4臺(tái)攝錄一體機(jī)的本底噪聲譜。它們之間的差異是明顯存在的。圖6-5不同