Деркач М.Ю., к.т.н. Пасльон В.В., д.п.н. Стефаненко П.В.
Донецький національний технічний університет, Україна
Аналіз
ефективності захисту мови з використанням модуляційних методів оцінки
розбірливості
На даному етапі
розвитку суспільства все ширше застосовуються автоматизовані системи обробки та
обміну інформацією. Однак найважливішим методом інформаційного обміну все ще
залишається людська мова. У зв'язку з цим зростає необхідність забезпечення
конфіденційності обміну мовною інформацією. Даний тип інформації, в основному,
вимагає використання засобів захисту при організації переговорів осіб,
допущених до конфіденційної інформації. Складність розробки технічних засобів
складається, зокрема, в тому, що в процесі переговорів важливими елементами,
крім змісту, є інтонація і тембр голосу.
Існує дві групи
методів захисту мовної інформації - спотворення акустичного сигналу за
допомогою технічних засобів і виключення можливості фізичного доступу. Сутність
методів спотворення акустичного сигналу залежить від перетворення форми
звукових коливань таким чином, щоб виключити сприйняття стандартними технічними
засобами, а в разі використання спеціальної апаратури - зробити відновлення
інформації зловмисником безглуздим з точки зору витрат матеріальних,
інтелектуальних та часових ресурсів.
В теперішній час
захист від несанкціонованого зйому акустичної інформації нормативно визначений
в двох напрямках: пошук і нейтралізація закладних пристроїв у приміщенні і
виключення можливості прослуховування з неконтрольованої зони. Проте, крім цих
методів необхідно враховувати ймовірність того, що в приміщенні знаходиться
пристрій несанкціонованого зйому мовної інформації. У цьому випадку виникає
необхідність маскування мови для забезпечення низького співвідношення
сигнал/шум з метою виключення можливості фіксації інформації, що захищається,
звукозаписними пристроями при достатній розбірливості для людей, що знаходяться
в приміщенні. Це зумовлює необхідність застосування інших методів маскування
мови, таких, як, наприклад, використання ефекту реверберації.
Для оцінки
ефективності захисту інформації даним методом проведемо дослідження на основі
використання модуляційного методу розрахунку розбірливості мови, проведемо
розрахунок індексу передачі мови STI.
Визначення
STI-значення засноване на вимірюванні зниження коефіцієнту модуляції сигналу
джерела звуку і точкою вимірювання з частотами центрів октав від 125 Гц до 8000
Гц.
Для обчислення
індексу передачі використовують функцію передачі модуляції (MTF) для акустики.
Доступний корисний сигнал S зв’язується з сигналом перешкоди N. Визначений
таким чином коефіцієнт зменшення модуляції m(F) є фактором, який характеризує
зв'язок з розбірливістю мови:
де:
F - частота
модуляції (Гц),
RT - час
реверберації (с),
S/N - співвідношення
сигнал/шум (дБ).
Для цієї мети
використовуються частоти модуляції від 0,63 Гц до 12,5 Гц в третій октаві. При
цьому функція передачі модуляції ділиться на 7 діапазонів частот, кожен з яких
модулюється сигналом певної частоти. Це призводить до появи матриці з 7х14=98
коефіцієнтів зменшення модуляції mi.
Ефективне відношення
сигнал-шум X може бути згодом розраховане на основі цих виправлених
коефіцієнтів зменшення модуляції mi:
Ці значення
усереднюються і в 7 октавних смугах розраховуються індекси передачі модуляції
MTI. Після частотного зважування в 7 октавних полосах (частково розділені для
чоловічого чи жіночого мовлення) обчислюється індекс передачі мови STI.
Згідно з визначенням,
значення STI обчислюється за наступним співвідношенням:
Грунтуючись на
зіставленні суб'єктивних результатів обстеження з максимально можливою
розбірливістю складів 96%, значення STI ставляться у відповідність до
суб'єктивних оцінок розбірливості згідно з таблицею 1.
Таблиця 1.
Відповідність обчислених значень STI суб’єктивним критеріям розбірливості.
|
Складова розбірливість |
значення STI |
|
Погана |
0 до 0,3 |
|
Задовільна |
0,3 до 0,45 |
|
Добра |
0,45 до 0,6 |
|
Дуже добра |
0,6 до 0,75 |
|
Відмінна |
0,75 до 1,0 |
У таблиці 2 приведені значення
коефіцієнтів mi при використанні методу захисту мовної інформації на основі ефекту реверберації
Таблиця 2. Матриця значень коефіцієнта
зменшення модуляції mi
|
№ |
Частоти модуляції |
Центральні частоти октавних полос, Гц |
||||||
|
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
||
|
1.
|
0,63 Гц |
0,154 |
0,137 |
0,129 |
0,142 |
0,104 |
0,126 |
0,118 |
|
2.
|
0,8 Гц |
0,154 |
0,134 |
0,124 |
0,164 |
0,175 |
0,151 |
0,199 |
|
3.
|
1 Гц |
0,118 |
0,148 |
0,158 |
0,165 |
0,199 |
0,124 |
0,105 |
|
4.
|
1,25 Гц |
0,127 |
0,133 |
0,181 |
0,187 |
0,144 |
0,106 |
0,138 |
|
5.
|
1,6 Гц |
0,143 |
0,194 |
0,188 |
0,18 |
0,134 |
0,101 |
0,165 |
|
6.
|
2 Гц |
0,148 |
0,142 |
0,119 |
0,152 |
0,154 |
0,139 |
0,122 |
|
7.
|
2,5 Гц |
0,157 |
0,163 |
0,183 |
0,124 |
0,162 |
0,113 |
0,124 |
|
8.
|
3,15 Гц |
0,143 |
0,186 |
0,131 |
0,118 |
0,138 |
0,164 |
0,119 |
|
9.
|
4 Гц |
0,192 |
0,129 |
0,124 |
0,176 |
0,171 |
0,1 |
0,148 |
|
10. |
5 Гц |
0,188 |
0,118 |
0,163 |
0,138 |
0,131 |
0,195 |
0,108 |
|
11. |
6,3 Гц |
0,161 |
0,199 |
0,108 |
0,131 |
0,164 |
0,197 |
0,103 |
|
12. |
8 Гц |
0,135 |
0,166 |
0,182 |
0,148 |
0,146 |
0,185 |
0,1 |
|
13. |
10 Гц |
0,175 |
0,148 |
0,198 |
0,165 |
0,141 |
0,161 |
0,13 |
|
14. |
12,5 Гц |
0,11 |
0,17 |
0,172 |
0,1 |
0,19 |
0,195 |
0,192 |
На основі отриманих
даних обчислимо коефіцієнт передачі мови STI, який для методу використання ревербераційної перешкоди дорівнює 0,267, що
за суб’єктивним критерієм відповідає поганій розбірливості. Для порівняння,
розрахунок індексу передачі мови для методу штучного зашумлення з використанням
рожевого шуму дає результат 0,279, що також відповідає поганій розбірливості,
але за числовим значенням свідчить про менш ефективний захист мовної
інформації.
Отже, використання
ефекту реверберації для маскування мови дає позитивні результати у порівнянні з
традиційними методами зашумлення. Також для мінімізації коефіцієнту передачі
мови STI та покращення захищеності
мови можливим є використання комбінованих методів захисту.
Література:
1.
Рашевский
Я.П., Каргашин В.Л. Обзор зарубежных методов определения разборчивости речи. –
Специальная техника, 2002 – № 3–6; 2003 – № 1
2.
Дидковский
В.С., Дидковская М.В., Продеус А.Н. Акустическая экспертиза каналов речевой
коммуникации: монография. – Киев, 2008.