Унифицированная речеподобная помеха для средств активной защиты речевой информации
Ключевые слова:
защита речевой информации, разборчивость речи, унифицированная речеподобная помеха, базы слогов и слов, спектральная плотность мощности, плотность распределения вероятностей, автокорреляционная функция, артикуляционные испытанияАннотация
Рассматривается возможность создания речеподобной помехи для средств виброакустической защиты речевой информации на основе таблиц слогов и слов русского языка. Обосновывается выбор направлений исследований и условий проведения эксперимента: синтез звуковых файлов путем случайной выборки элементов речи из базы данных, исследование спектров синтезированных помех, алгоритм создания помехи типа «речевой хор», исследование автокорреляционных функций синтезированных РП-помех, а также их плотности распределения вероятностей. Показано, что спектральные и статистические характеристики синтезированных речеподобных помех типа «речевой хор» из пяти голосов близки к аналогичным характеристикам реальных речевых сигналов. При этом речевой хор формировался путем усреднения мгновенных значений временных реализаций звуковых файлов. Показано, что спектральная плотность мощности речеподобной помехи типа «речевой хор» практически не изменяется при числе усредняемых «голосов» начиная с пяти. Плотность распределения вероятностей значения речеподобной помехи при увеличении числа голосов в «речевом хоре» приближается к нормальному закону (в отличие от реального речевого сигнала, чья плотность вероятности близка к распределению Лапласа). Оценка автокорреляционной функции показала интервал корреляции в несколько миллисекунд. Проведенные артикуляционные испытания разборчивости речи при использовании синтезированных речеподобных помех с различными отношениями «сигнал/шум» показали возможность снижения интегрального уровня помехи на 12-15 дБ по сравнению с шумоподобной помехой. Построены зависимости словесной разборчивости от интегрального отношения «сигнал/помеха» на основе полиномиальной и кусочно-линейной аппроксимации. Проведена предварительная оценка возможного влияния речеподобных помех на психоэмоциональное состояние человека. Обсуждается направление дальнейших исследований по повышению эффективности алгоритмов формирования речеподобных помех.
Литература
2. Алдошина И., Притц Р. Музыкальная акустика // СПб.: Композитор. 2006. 720 с.
3. Blintsov V., Nuzhniy S., Kasianov Y., Korytskyi V. Development of a mathematical model of scrambler-type speech-like interference generator for system of prevent speech information from leaking via acoustic and vibration channels // Technology audit and production reserves. 2019. vol. 5. no. 2(49). pp. 19–26.
4. Davydau H.V. et al. Method for protecting speech information // Doklady BGUIR. 2015. vol. 8(94). pp. 107–110.
5. Blintsov V., Nuzhniy S., Parkhuts L., Kasianov Y. The objectified procedure and a technology for assessing the state of complex noise speech information protection // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. vol 5. no. 9(95). pp. 26–34.
6. Ахатаева С.М. и др. Способ формирования речеподобного помехового сигнала // Патент Республики Казахстан №26413. 2012. Бюл.11.
7. Воробьев В.И., Давыдов А.Г., Давыдов Г.В. Речеподобные сигналы: разновидности, основные параметры, способы формирования, области применения // Минск: Доклады БГУИР. 2009. №3. С. 9-16.
8. Зельманский О.Б. Методика синтеза речеподобных сигналов на разных языках для систем защиты информации // Информационные системы и технологии. 2012. № 4. С. 122–133.
9. Гордиевич П., Средяк В., Омельчук Я., Порошин И. Формирование защитной речеподобной помехи путем генерации фонемных последовательностей // Правове, нормативне та метрологiчне забеспечения захисту iнформацiiв. 2009. С. 129–132.
10. Horev A.A, Tsarev N.V. The method and algorithm of speech-like noise formation // 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). 2017. pp. 419–422.
11. Трушин В.А., Попов Д.Е., Кунгуров М.А., Марченко Д.Л. Создание речеподобной помехи на основе связных текстов // Проблемы правовой и технической защиты информации. 2018. Вып. 6. С.79–85.
12. Асяев Г.Д., Антясов И.С. Оценка эффективности применения шумовых «речеподобных» помех для защиты акустической информации // Вестник УрФО 2018. № 2(28). С. 19–24.
13. Mostafa T. et al. An efficient speech generative model based on deterministic/stochastic separation of spectral envelopes // Doklady BGUIR. 2020. vol. 18(2). pp. 23–29.
14. Yerzhan N. et al. Intelligibility of the kazakh speechwhen it's PROTECTED with combined masking signals // Doklady BGUIR. 2015. vol. 8(94). pp. 67–73.
15. Koul R.K., Allen G.D. Segmental intelligibility and speech interference thresholds of high-quality synthetic speech // Journal of speech & hearing research, American Speech-Language-Hearing Association. 1993. vol. 36. no. 4. pp. 790–798.
16. ITU-T P.501 Test signals for use in telephonometry/ Series P: Telephone Transmission Quality. Objective measuring apparatus. 2004. pp. 27.
17. ГОСТ 16600-72. Межгосударственный стандарт. Передача речи по трактам радиотелефонной связи. Требования к разборчивости речи и методы артикуляционных измерений // М.: Стандарт Информ. 2007. 74 с.
18. Трушин В.А, Рева И.Л, Иванов А.В. Усовершенствованная методика оценки разборчивости речи в задачах защиты информации // Ползуновский вестник. 2012. №3/2. С. 238–241.
19. Покровский Н.Б. Расчет и измерение разборчивости речи // М.: Связь-издат. 1962.
20. Хорев А.А, Макаров Ю.К. К оценке эффективности защиты акустической (речевой) информации // Специальная техника. 2000. № 5. С. 46–56.
21. Авдеев В.Б. О некоторых направлениях совершенствования методических подходов, применяемых при оценке эффективности технической зашиты информации // Специальная техника. 2013. № 3. С. 26–36.
22. Trushin V.A., Khitsenko V.E. About the methods of forming a test signal in the instrumental evaluation // Journal of Physics: Conference Series of speaker clearance. 2020.
23. Кропотов Ю.А. Модель одномерной плотности вероятности речевых сигналов // Системы управления, связи и безопасности. 2015. № 4. С. 158–170.
24. Быков А.А., Кропотов Ю.А. Исследование автокорреляционных функций речевых сигналов // Радиотехника. 2008. № 9. С. 107–111.
25. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки // Санитарные нормы. М.: Минздрав России. 1996.
26. Хорев А.А., Царев Н.В. Способ и алгоритм формирования речеподобной помехи // Вестник ВГУ, серия: Системный анализ и информационные технологии. 2017. № 1. С. 57–67.
27. Вашкевич М.И., Азаров И.С. Определение патологии голосового аппарата человека на основе анализа модуляционного спектра речи в критических полосах // Труды СПИИРАН. 2020. Т. 19(2). С. 249–276.
28. Trushin V.A. The analysis of the formant method of speech intelligibility estimation as a method of performing indirect measurements // Научный вестник НГТУ. 2019. № 4 С. 135–146.
Unified Speech-Like Interference for Active Protection of Speech Information
Abstract
The paper considers the possibility of creating a speech-like interference for the means of vibro-acoustic protection of speech information based on tables of syllables and words of the Russian language. The choice of research directions and experimental conditions is substantiated: synthesis of sound files by random sampling of speech elements from a database, research of spectra of synthesized noise, algorithm for creating interference of the “speech choir” type, study of autocorrelation functions of synthesized speech-like interference, as well as their probability distribution density. It is shown that the spectral and statistical characteristics of the synthesized speech-like interference type "speech choir" of five voices are close to similar characteristics of real speech signals. At the same time, the speech choir was formed by averaging the instantaneous values of temporary realizations of sound files. It is shown that the spectral power density of the speech-like interference of the “speech choir” type practically is not changed with the number of averaged “voices” starting from five. The probability density distribution of the speech-like interference value with an increase in the number of voices in the “speech choir” approaches the normal law (unlike a real speech signal whose probability density is close to the Laplace distribution). Evaluation of the autocorrelation function gave a correlation interval of several milliseconds. The articulation tests of speech intelligibility using synthesized speech-like interference with different signal-to-noise ratios showed the possibility of reducing the integral noise level by 12-15 dB compared to noise-like interference. The dependencies of verbal intelligibility on the integral signal-to-noise ratio are constructed on the basis of polynomial and piecewise linear approximations. A preliminary assessment of a possible impact of speech-like interference on the psycho-emotional state of a person was performed. The direction of further research on increasing the efficiency of algorithms for generating speech-like interference is discussed.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) Виктор Александрович Трушин, Владимир Борисович Авдеев, Михаил Александрович Кунгуров
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).