一种mp3音频压缩历史检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种数字音频取证方法，尤其是涉及一种MP3音频压缩历史检测方 法。
【背景技术】
[0002] 随着多媒体技术的不断发展，各种多媒体编辑软件应运而生，例如CoolEditPro、 GoldWave等。这些多媒体编辑软件的产生对完善多媒体信息、增强多媒体信息的视听效果 具有重要意义。但是，多媒体编辑软件给人们生活带来便利的同时也带来了一些负面的影 响，例如一些不法分子为达到不可告人的目的，通过操作多媒体编辑软件对多媒体信息进 行各种篡改和伪造，由于这些篡改和伪造往往具有恶意性且不易被察觉，因此会对个人乃 至国家的安全造成威胁，会严重影响社会稳定。
[0003] 音频是多媒体信息中的重要组成部分，它具有易获取、便于存储等特点。MP3作为 当今网络上最流行的音频格式，判定MP3音频是否被篡改是目前急需解决的问题。由于音 频的篡改必须在非压缩域的格式中才能有效进行，因此对压缩域音频如MP3音频的篡改就 必须先将其解压成非压缩域的WAV音频，然后才能对该WAV音频进行增加、删除、剪切、拼接 等其他篡改操作，最后再将篡改后的WAV音频压缩成MP3音频。从这一系列的篡改操作过 程中可以发现，被篡改的MP3音频必然经历过多次压缩解压的过程，因此通过研究MP3音频 的压缩历史，可以有效推测MP3音频是否有被篡改。而目前压缩历史检测研究主要针对图 像领域，且音频压缩历史检测研究主要针对MP3音频双压缩检测，对MP3音频两次以上的压 缩历史检测关注甚少。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种MP3音频压缩历史检测方法，其能够有效 地检测出MP3音频的压缩历史，即能够准确地确定待测MP3音频是经过一次、二次或者是三 次压缩的MP3音频。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种MP3音频压缩历史检测方 法，其特征在于包括以下步骤：
[0006] ①选取N个风格不同且未压缩的WAV音频样本，其中，N彡10 ;
[0007] ②获取与每个未压缩的WAV音频样本对应的一次压缩MP3音频样本，具体过程为： 利用MP3编码器对每个未压缩的WAV音频样本进行压缩编码，得到每个未压缩的WAV音频 样本经过一次压缩后形成的一次压缩MP3音频样本；
[0008] ③获取与每个未压缩的WAV音频样本对应的二次压缩MP3音频样本，具体过程为： ③-1、利用MP3编码器对每个未压缩的WAV音频样本进行压缩编码，得到每个未压缩的WAV 音频样本经过一次压缩后形成的一次压缩MP3音频样本，再利用MP3解码器将得到的每个 一次压缩MP3音频样本解压成WAV音频样本；③-2、利用MP3编码器对步骤③-1中解压成 的每个WAV音频样本进行压缩编码，得到与每个未压缩的WAV音频样本对应的二次压缩MP3 音频样本；
[0009] 其中，所述的步骤③-1和所述的步骤③-2中使用的MP3编码器均与所述的步骤 ②中使用的MP3编码器相同，且所述的步骤③-1中的MP3编码器的编码比特率与所述的步 骤②中的MP3编码器的编码比特率相同或不相同，所述的步骤③-2中的MP3编码器的编码 比特率与所述的步骤②中的MP3编码器的编码比特率相同；
[0010] ④获取与每个未压缩的WAV音频样本对应的三次压缩MP3音频样本，具体过程为： ④-1、利用MP3编码器对每个未压缩的WAV音频样本进行压缩编码，得到每个未压缩的WAV 音频样本经过一次压缩后形成的一次压缩MP3音频样本，再利用MP3解码器将得到的每个 一次压缩MP3音频样本解压成WAV音频样本；④-2、利用MP3编码器对步骤④-1中解压成 的每个WAV音频样本进行压缩编码，得到与每个未压缩的WAV音频样本对应的二次压缩MP3 音频样本，再利用MP3解码器将得到的每个二次压缩MP3音频样本解压成WAV音频样本； ④-3、利用MP3编码器对步骤④-2中解压成的每个WAV音频样本进行压缩编码，得到与每 个未压缩的WAV音频样本对应的三次压缩MP3音频样本；
[0011] 其中，所述的步骤④-1、所述的步骤④-2和所述的步骤④-3中使用的MP3编码 器均与所述的步骤②中使用的MP3编码器相同，所述的步骤④-1和所述的步骤④-2中使 用的MP3解码器均与所述的步骤③-1中使用的MP3解码器相同，且所述的步骤④-1中的 MP3编码器的编码比特率与所述的步骤③-1中的MP3编码器的编码比特率相同，所述的步 骤④-2和所述的步骤④-3中的MP3编码器的编码比特率均与所述的步骤③-2中的MP3 编码器的编码比特率相同；
[0012] ⑤将每个一次压缩MP3音频样本标记为-1，将每个二次压缩MP3音频样本标记为 〇,将每个三次压缩MP3音频样本标记为1，再将所有的一次压缩MP3音频样本、所有的二次 压缩MP3音频样本及所有的三次压缩MP3音频样本构成一个训练样本集合，其中，训练样本 集合中的每个子样本为一次压缩MP3音频样本或为二次压缩MP3音频样本或为三次压缩 MP3音频样本；
[0013] ⑥提取出训练样本集合中的每个子样本的47个特征值，并将训练样本集合中的 每个子样本的47个特征值构成一个行向量，将训练样本集合中的第k个子样本的47个特 征值构成的行向量记为Fk;然后采用min-max归一化方法对训练样本集合中的每个子样本 的47个特征值进行归一化处理，得到训练样本集合中的每个子样本的47个归一化处理后 的特征值；其中，k的初始值为1，I<k<K，K表示训练样本集合中包含的子样本的总个 数，K= 3N;
[0014] ⑦利用LibSVM分类器对训练样本集合中的所有子样本各自的47个归一化处理后 的特征值进行训练，得到训练模板；其中，训练过程中采用交叉验证方式在[2 5, 25]区间内 选取最佳惩罚参数c和最佳RBF核参数g，其余参数均使用默认值；
[0015] ⑧任意选取M个待检测MP3音频，其中，M多1，每个待检测MP3音频为一次压缩 MP3音频或为二次压缩MP3音频或为三次压缩MP3音频，且每个待检测MP3音频的获取过程 中最后一次压缩编码所使用的MP3编码器的编码比特率与训练样本集合中的子样本的获 取过程中最后一次压缩编码所使用的MP3编码器的编码比特率相同；然后按照步骤⑥中提 取出训练样本集合中的每个子样本的47个特征值的过程，以相同的方式提取出每个待检 测MP3音频的47个特征值；接着采用min-max归一化方法对每个待检测MP3音频的47个 特征值进行归一化处理，得到每个待检测MP3音频的47个归一化处理后的特征值；再将每 个待检测MP3音频的47个归一化处理后的特征值输入到训练模板中进行检测，如果训练模 板的输出结果为-1，则确定对应的待检测MP3音频为一次压缩MP3音频，如果训练模板的输 出结果为〇,则确定对应的待检测MP3音频为二次压缩MP3音频，如果训练模板的输出结果 为1，则确定对应的待检测MP3音频为三次压缩MP3音频。
[0016] 所述的步骤⑥中Fk的获取过程为：
[0017] ⑥-1、将训练样本集合中的第k个子样本中利用长窗编码方式进行处理的帧定义 为长窗编码帧；然后利用步骤③-1中所使用的MP3解码器对训练样本集合中的第k个子样 本中的每帧进行解码处理，得到训练样本集合中的第k个子样本解码后的WAV音频，在解码 处理过程中，提取出训练样本集合中的第k个子样本中的每帧长窗编码帧的位置；接着根 据训练样本集合中的第k个子样本中的每帧长窗编码帧的位置，获取训练样本集合中的第 k个子样本中的所有长窗编码帧的位置的比例因子矩阵，记为Sfa，其中，如果训练样本集合 中的第k个子样本为单声道音频，则奸3的维数为2wX21，如果训练样本集合中的第k个子 样本为双声道音频，则维数为4wX21，w表示训练样本集合中的第k个子样本中的长 窗编码帧的总帧数；
[0018] ⑥-2、利用步骤②中所使用的MP3编码器对步骤⑥-1中得到的解码后的WAV音频 进行编码处理，得到新的MP3音频，在编码处理过程中，根据步骤⑥-1中提取出的训练样本 集合中的第k个子样本中的每帧长窗编码帧的位置，获取步骤⑥-1中得到的解码后的WAV 音频在编码处理过程中的所有长窗编码帧的位置的比例因子矩阵，记为sfb，其中，本步骤 中的MP3编码器的编码比特率与训练样本集合中的第k个子样本的获取过程中最后一次压 缩编码所使用的MP3编码器的编码比特率相同，如果训练样本集合中的第k个子样本为单 声道音频，则Sfb的维数为2wX21，如果训练样本集合中的第k个子样本为双声道音频，则 8&的维数为4wX21 ;
[0019] ⑥-3、计算sfa中的比例因子1至5转移为sfb中的比例因子0至3的转移概率矩 阵，记为P，其中，P的维数为5X4,P中的第1行第1列元素的值为sfa中的比例因子1转 移为sfb中的比例因子0的转移概率，P中的第1行第2列元素的值为sfa中的比例因子1 转移为Sfb中的比例因子1的转移概率，P中的第1行第3列元素的值为sfa中的比例因子 1转移为sfb中的比例因子2的转移概率，P中的第1行第4列元素的值为sfa中的比例因 子1转移为sfb中的比例因子3的转移概率，依次类推，P中的第5行第4列元素的值为sfa 中的比例因子5转移为sfb中的比例因子3的转移概率；然后将P中的20个元素的值按序 作为训练样本集合中的第k个子样本的前20个特征值；
[0020] ⑥_4、计算sf!^勺差值矩阵，记为Asf，Asf=sfa_sfb;然后计算Asf中 的所有元素的值的均值，将该均值作为训练样本集合中的第k个子样本的第21个特征值；
[0021] ⑥_5、计算sfa中的比例因子0至8的概率分布向量，记为。，其中，Aa的维数为 IX9, 4中的第1个元素的值为Sfa中的比例因子0的概率分布，仏中的第2个元素的值 为Sfa中的比例因子1的概率分布，依次类推，仏中的第9个元素的值为Sfa中的比例因子