CC BY
12
МАТЕМАТИЧНЕ ТА КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ
УДК 681.391
О. О. Архипова
Д0СЛ1ДЖЕННЯ К0РЕЛЯЦ1ЙН0Г0 МЕТОДУ 0Ц1НКИ ЕФЕКТИВН0СТ1 МАСКУВАННЯ М0ВН0Г0 СИГНАЛУ
В статт1 розглянутий кореляцшний метод ощнки ефективност1 адитивного маскування мовного сигналу. Проведено експериментальн1 досл1дження параметра ефективност1 маскування методом кореляцшноч. оброб-ки спектральноЧ щ1льност1 потужност1 маскуючого й тестового сигнал1в для украЧнськоЧ мови. Ощнена адек-ваттсть методу обробки.
ВСТУП. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧI
Як правило, гарантований захист мовного сигналу (МС) в!д несанкц!онованого доступу (НСД) не може бути забезпечений виконанням т!льки пасивних за-соб!в захисту. У таких ситуац!ях необх!дно викорис-тати активн! засоби захисту, що полягають у ство-ренн! додаткових акустичних завад у каналах вито-ку шформацп. У результат! ран!ше проведених до-сл!джень [1, 2] в!дзначена б!льш висока ефективн!сть сигнал!в маскування (СМ) з! спектром «рожевого шуму» в пор!внянн! !з рекомендованими [3] сигналами з! спектром «б!лого шуму». Однак виконати об'ек-тивний пор1вняльний анал1з результат1в проведених досл1джень неможливо, тому що 1х не можна по-р1вняти за методикою випробувань, щентичшстю ар-тикуляц1йно'1' бригади й вщсутноси адекватно'1' мате-матично'1' модел1 СМ.
При проектуванн! систем техшчного захисту мов-но' !нформац11 в1д витоку по каналах НСД засоб1в техн1чно1 розв1дки супротивника основним параметром, що визначае, як показник ефективноси, так ! категор1ю захисту, е залишкова словесна розб1рли-в1сть. Розрахунок даного параметра проводиться, покладаючись на наступш припущення, як1, на нашу думку [4, 5], попршують точшсть оц1нки параметра ефективност! маскування.
1. 1нформац1Йне. Запропоноваш методи використо-вують тестовий сигнал ! сигнал маскування, в яких вщсутня 1нформац1йна складова. Вважають, що про-цес на виход! тракту реестраци засоб1в техн1чно! розв1дки супротивника е випадковим з р!вном!рною спектральною щ!льн!стю потужност! в межах кожно' октавно! смуги («б!лий шум»). Також використову-ють окрем! гармон!ки, так званий «рожевий шум» (шум з тенденцию спаду спектрально1 щ!льност! 3 дБ на октаву уб!к високих частот), якому в!дпов!дають сигнали промислового генератора АЫС2200.
© Архипова О. О., 2009
Наявн!сть !нформац!йно' складово' в завад! ус-кладнюе методи п!двищення якост! й розб!рливост! мови, тому що в основ! багатьох метод!в (методи, заснован! на використанн! статистичних моделей мов-ного сигналу у часов!й област!; адаптивн! компенса-тори перешкод; методи, заснован! на використанн! окремих характерних властивостей мовного сигналу й оц!нц! спектральних характеристик шуму) лежить припущення про некорельован!сть маскуючого ! !н-формативного (мовного) сигнал!в.
2. Статистичне. Мовний сигнал (з врахуванням фр!кативних ! вибухових фонем) являе собою випад-ковий процес, тому прийняте припущення про стац!онарн!сть мовного сигналу на !нтервал! порядку десятк!в секунд е неправом!рним, оск!льки кваз!ста-ц!онарним можна вважати реал!зац!' мовного сигналу в !нтервал! часу Тр = 15-27 мс [6];
3. Методичне. У методиках оперують ампл!тудним спектром сигналу, вважаючи, що в точку каналу НСД приходить плоске акустичне поле з активним акустичним опором рецептора тиску, що можливо т!льки для моногармон!чних сигнал!в. Через те, що мовний сигнал е складним (хвильовим пакетом), у диспергуючому середовищ! (пов!тр!) в!н розпли-ваеться, оск!льки швидкост! його монохроматичних
.. (
складових в!др!зняються одна в!д одно' ^ьдт = —J .
Ф!зичний зм!ст мае спектральна щ!льн!сть потуж-ност! (СЩП), що характеризуе осереднену на !нтер-вал! Тр енерг!ю сигналу.
У рамках напрямку досл!джень, у якост! актуаль-них можна вид!лити наступн! завдання: провести ек-спериментальн! досл!дження параметра ефективност! адитивного маскування мовного сигналу методом ко-реляц!йно' обробки СЩП маскуючого ! тестового сигнал!в для укра1нсько1 мови, що усувае вище вка-зан! недол!ки [4]; по результатах досл!джень оц!нити адекватн!сть методу обробки.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Для оц!нки под!бност! м!ж досл!джуваними !нфор-мац!йним ^¿(Аю, Ь) й маскованим 5иг(Аю, Ь) сигналами, застосуемо метод кореляц!йного анал!зу спектрально' щ!льност! потужност! (СЩП), коеф!ц!ент ко-реляц!йного в!дношення П!рсона:
62
1607-3274 «Радюелектрошка. 1нформатика. Управл1ння» № 1, 2009
O. O. Apxunoea: ^OC.I^EHHH KOPE.^I0HOrO METO^Y OЦIHKH EOEKTHBHOCTI MACKYBAHHH MOBHOrO CHrHA.Y
V(xi - X)(yi - y)
(1)
M _ 2 I M _
V(x*-x) ¡Z(y*-y)2
fle x i y - floc^ifl^yBaHi C^n iH^opMaqiHHoro si(Am, t) h 3aMacKOBaHoro sn(Am, t) cnrHa^iB, Biflno-BiflHO, x i y - ix BH6ipKoBi cepeflHi 3HaneHHa, po3pa-1 M
xoBaHi (fl.na x) aK x = — V xi.
M ¿—t
i = 1
TaKHM hhhom, y aKocTi o6'eKTHBHoro napaMeTpa ceMaH-thhhoi afleKBaTHocTi cHraa.niB, rn;o BH3Hanae BiflnoBiflHicTb HaaBHHx y BHflmeHoMy npHMi^eHHi h oflep^aHHx 3aco6a-mh TexHiHHo'i po3BiflKH cynpoTHBHHKa cHraa.niB, Mo^Ha npHHHaTH Koe^iqieHT Kope^aqiHHoro BiflHomeHHa nipco-Ha, BH3HaneHHH BiflnoBiflHo flo ^opMy^H (1).
Po3paxyHoK BiflHomeHHa cHraa.n - 3aBafla S/N(Am, t) [3] BHKoHyeTtca 3a ^opMy^oro
mB
J Nsi(Am, t)dm
®H
S/N(Am, t) = 10lg-, roe[roB, roH], (2)
mB
J Nsn(Am, t)dm
mH
fle Am - e^eKTHBHa cMyra nacToT; Nsi(Am, t), Nsn(Am,t) -cneKTpa^bHi m;i.nbHocTi noTy^HocTi iH^opMaqiHHoro
si(Am, t) h 3aMacKoBaHoro sn(Am, t) cHraa.niB BiflnoBiflHo. 3a TeopeMoro BiHepa - XiHHiHa:
T T
N(Am, t) = 1J J s(Am, t)s(Am, t + t)eimtdtdx, (3)
p 0 0
fle s(Am, t) - flocnifl^yBaHHH npoqec.
^oc^ifl^yBaHi cHrHa^H s(Am, t) npeflcTaBHMo Moflea-.nro y BHr^afli BnopaflKoBaHoro Ha6opy pea.ni3aqift Ha iHTepBa^i Tp = 23 mc, ti = ti_ 1 + Tp:
N
s(Am, t) = V Si (Am, t)
i = 1
(4)
is(Am, t), ti-1 < t < ti, . fle Si (Am, t) = ^ i = 1, N.
[0, t < ti-1 u t > ti,
A^ropHTM po6oTH nporpaMH qH^poBoi o6po6KH Mac-KoBaHoro i TecToBoro cHrHa^iB fl.na o6nHc.neHHa ko-e^iqieHTy Kope^aqii Mo^Ha npeflcTaBHTH y BHr^afli, BKa3aHoMy Ha pHc. 1.
PE3yflbTATH EKCnEPHMEHTAMbHHX HOCMiftXEHb
MeToflHKa nepefl6anae po3paxyHoK Koe^iqieHTa ko-pe^aqii (1), Horo MaTeMaTHHHoro cnofliBaHHa Ta flHc-nepcii fl^a 25 BH6paHHx yKpai'HcbKHx c.niB npH 3MiHi
SnfO
SiT(l)
Sn,
N(Sn,i BijUiOEjeiiii» C/3
lH$opManiKimB CHTKflJl
Si(t)
AKOfKn,)
1 leiTC IHOpCIIIW i|>YpV I 1)
N{Sii)+ N(Sni,)
Koe^iniorr KOpeiraijil (I)
MareMamraHe owyBaHHS ra iuiciicptui Koe<(iiiucHTa Bopciffiui: K i I \ k i
HopMyBaHH» Aim
(2)
i
HopiiVBainia
■ I
PosSmtts ha Kiia-iit i EinioJiapiii (JparMeHTH
N
sobachho»tp: s(t) = (4)
t=l
I
ABTOKO]X^IHTOP
Siftd) Sf(1a)
Si,
AKO(Sii) N(Sii)
PucynoK 1 - AmopumM poSomu npoipaMu
r
i = 1
i = 1
MATEMATÈ4HE TA KOMП'ЮTEPHE MOДEЛЮBAHHЯ
iнтeгpaльнoгo вiднoшeння cигнaл - зaвaдa (2) вщ 10 дo -25 дБ. Koнтpoльнi cлoвa пpoмoвляютьcя тpьoмa диктopaми: чoлoвiкoм тa двoмa жiнкaми. Для ук-païнcькoï мoви нeмae apтикyляцiйниx тaблиць, тoмy cлoвa для дocлiджeння вибиpaлиcя з apтикyляцiйниx тaблиць, cклaдeниx для pocm^^'i мoви [7], i rnpe^ лaдaлиcя нa yкpaïнcькy, бeз вpaxyвaння чacтocтi ви-кopиcтaння фoнeм. У якocтi мoвнoгo cигнaлy aнaлi-зуюты;я кoнтpoльнi cлoвa, зaзнaчeнi у тaбл. 1.
Taблuця 1 - Koнmрoльнi cлoвa
Aнaлiз cигнaлiв пpoвoдивcя m пepcoнaльнoмy там-п'ютepi з дiaпaзoнoм квaнтyвaння 1б бiт i чacтoтoю диcкpeтизaцiï fs = 44,1 кГц. Чacтoтний дiaпaзoн crn-нaлiв нe oбмeжeний фiльтpaцieю. Пpoгpaмyвaння aл-гopитмy мeтoдa кopeляцiйнoï oбpoбки пpoвoдитьcя в cepeдoвищi MatLab б.5.
B якocтi cигнaлy мacкyвaння sn(Am, t) дocлiджyвa-лиcя двa випaдкoвi пpoцecи: зi cпeктpaльнoю шдль-нicтю пoтyжнocтi «б^ш шуму» («HG»), щo фopмy-вaвcя cтaндapтнoю пpoцeдypoю пaкeтa MatLab, i cm--
1) л1то б) ягожць 11) caлo 1б) нeвжe 21) мapгaнцeвий
2) п'ятcoт 7) чopниця 12) пoзицiя 17) тeopeтичний 22) пaлiння
3) Hoßa S) зoвнiшнiй 13) œapra 1S) випpaвляти 23) пpoxoлoдa
4) квiткa 9) вiднoвлeння 14) пyxнacтий 19) зм1я 24) вoвк
5) чoвник 10) ceлo 15) пoштa 20) тpaвичкa 25) гapбyз
1
09 0.8 0.7
Ш 0.6
5 0.5
S
í «
/ /
---------—
/ г'
--------- -----"У
_ — White noise - ANG noise
-10 -5
SN(db)
a)
1
0.9 O.B 07
I 0.8 : fl
Й 0.5 t i-
ï 0.4 w
03 02 01
i
__________-у White noise WG noise
^^^......... - - ,
•
•10 -S
SNWfc)
б)
, ' '
■—-----¡ ' /,
1 - White nas* ANG notse
' 1
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
SNUfc]
s)
Puc-унок 2:
чoлoвiчий гoлoc, мacкyючi cигнaли «б1лий шум» ia «Ang»; б - œmoqHË гoлoc 1, мacкyючi cигнaли «б1лий шум» ia «Ang»; в - жiнoчий гoлoc 2, мacкyючi cигнaли «б1лий шум» ia «Ang»
64
ISSN 1б07-3274 «Paдioeлeктpoнiкa. Iнфopмaтикa. Упpaвлiння» № 1, 2009
a
О. О. Архипова: ДОСЛ1ДЖЕННЯ КОРЕЛЯЦ1ЙНОГО МЕТОДУ ОЦ1НКИ ЕФЕКТИВНОСТ1 МАСКУВАННЯ МОВНОГО СИГНАЛУ
Рисунок 3 - Осереднет значения коефщ1ента кореляцп по вс1м контрольним словам трьох диктор1в для двох сигнал1в завад
Рисунок 4 - Осереднет значення дисперсп коефщ1ента кореляцп по вс1м контрольним словам трьох диктор1в для двох сигнал1в завад
нал промислового генератора типу «АКС2200» («А^»). Маскування сигналу з1(Ат, £) виконуеться на штервал1 тривалост контрольного слова методом адитивного (в спектральнш областО маскування: 5пг(Аю, £) = 5 1(Ат, £) + 5п(Ат, £). На кожному штер-вал1 Тр розраховувалися точков! оцшки коефщ1ента кореляцп г (БЫ) (1).
Осереднет значення коефщента кореляцп М(г(£)) по вим контрольним словам трьох диктор1в для двох сигнал1в завад при зм1ш штегрального параметра сигнал - завада вщ 10 до -25 дБ подаш на рис. 2.
Для пор1вняння осереднених значень коефщ1енту кореляцп для р1зних диктор1в, побудовано залеж-ност на одному графжу (рис. 3, 4).
Виходячи з рисунюв, можна зробити висновки про те, що маскуючий сигнал «А^» б1льш ефективний, шж «б1лий шум», особливо на д1лянщ в1дношення сигнал - завада -15...+5 дБ (спостер1гаемо швид-ший спад коефщ1ента кореляцп для сл1в, що маску-ються завадою «Ang», особливо для вокал1зованих звуюв). Форма залежностей в1др1зняеться для чо-ловШв та жшок: маскування «б1лим шумом» ефек-тившше для жшочих голоив шж для чолов1чого. На д1лянках невокал1зованих звуюв та низьких в1дно-шень сигнал - завада спостер1гаемо б1льш1 значення коефщента кореляцп для завади «А^» через те, що завада корелюе з шформацшним сигналом.
Характеристики залежност коефщ1ента кореляцп г = /(БЫ, Та) вщр1зняються для р1зних диктор1в, що особливо пом1тно для значень дисперсп коефщ1ента кореляцп. Цей факт вказуе на кореляцшш зв'язки мовного та маскуючого сигнал1в, часов! характеристики яких впливають на ефектившсть шформацшного маскування.
Артикуляцшш випробування мають таю недолжи, як трудом1стюсть та суб'ектившсть експертно! оцш-ки, яка залежить вщ термшу тренування, втоми, се-реднього в1ку й шдивщуальних акустичних характеристик мови й слуху члешв бригади. Проте необ-хщно перев1рити адекватшсть методу артикуляцшни-ми випробуваннями, як1 е найприродшшою м1рою якост передач! мовного сигналу, для виявлення зв'язку м1ж поведшкою значень дисперсп коеф1-щента кореляцп та розб1рлив1стю мови, що вимагае додаткових дослщжень.
ВИСНОВКИ
Проведено експериментальш дослщження ефектив-ност маскування методом кореляцшного анал1зу 25 укра'нських сл1в промовлених трьома дикторами та розроблено методику дослщжень. Параметр ефектив-ност маскування г = ДТа), визначений вщповщно до виразу (1), е м1рою оцшки зв'язку м1ж дослщжува-ними шформацшним сигналом з1(Аю, £) й маскова-ним сигналом зт(Ат, £).
Визначено б1льшу ефектившсть для украшсько! мови завади промислового генератора «АЫС2200» шж «бшого шуму».
Спад шформацшно! компоненти (коефщ1ента кореляцп) спостер1гаеться при значеннях сигнал - завада 0 дБ для завади «АКС2200» та -4 дБ для «б1лого шуму», що може бути непрямим шдтвердженням адекватност запропонованого методу [8, 9].
Адекватшсть метода до загальноприйнятих пара-метр1в словесно! розб1рливост1 можна оцшити прове-денням артикуляцшних випробувань за стандартною методикою для украшсько! мови.
МАТЕМАТИЧНЕ ТА КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ
ПЕРЕЛ1К ПО СИ ЛАНЬ
1. Дворянкин С. В. Обоснование критериев эффективности защиты речевой информации от утечки по техническим каналам / Дворянкин С. В., Макаров Ю. К., Хорев А. А. // Защита информации. INSIDE. - 2007. -№ 2. - С. 18-25.
2. Хорев А. А. Оценка эффективности защиты информации от утечки по техническим каналам / Хорев А. А. // Специальная техника. - 2007. - № 1. - С. 51-64.
3. НД T3i-P-001-2000. Засоби активного захисту мовноТ шформаци з акустичними та в1броакустичними дже-релами випромшювання. Класиф1кац1я та загальш техшчш вимоги. - [Чинний в1д 2000-04-12]. - КиТв : ДСTС3i СБ УкраТни, 2000. - 23 с.
4. Журавлев В. Н. Анализ метода расчета параметра эффективности маскирования речи в технических каналах утечки / Журавлев В. Н., Архипова Е. А. // Ра-дюелектрошка, ¡нформатика, управлшня. - 2007. -№ 15. - С. 57-64.
5. Архипова О. О. Метод розрахунку функцп ефектив-ност1 маскування мови / О. О. Архипова // Теоре-тичш i прикладш проблеми ф1зики, математики та ¡нформатики : VI Всеукр. наук.-практ. конф, 18 кв^ня 2008 р. : тези допов^ей. - К., 2008. - С. 76-77.
6. Цвикер Э. Ухо как приемник информации : пер. с нем. / Цвикер Э., Фельдкеллер Р. ; под редакцией Б. Г. Белкина. - М. : Связь, 1971. - 255 с.
7. Покровский Н. Б. Расчет и измерение разборчивости речи / Покровский Н. Б. - М. : Связьиздат, 1962. - 392 с.
8. Прокофьев М. И. Анализ результатов артикуляционных и сегментальных испытаний сигналов маскирования речи / Прокофьев М. И., Журавлев В. Н. // Пра-вове, нормативне та метролопчне забезпечення сис-теми захисту ¡нформаци в УкраУш. - 2006. - № 13. -С. 14-23.
9. Вемян Г. В. Передача речи по сетям электросвязи / Вемян Г. В. - М. : Радио и связь, 1985. - 272 с.
Надшшла 1.10.2008
В статье рассмотрен корреляционный метод оценки эффективности аддитивного маскирования речевого сигнала. Проведены экспериментальные исследования параметра эффективности маскирования методом корреляционной обработки спектральной плотности мощности маскирующего и тестового сигналов для украинского языка. Оценена адекватность метода обработки.
In the paper the correlation method of effectiveness estimation of verbal sig-nals addition masking is considered. The experimental researches of mask-ing effectiveness parameter by the method of correlation processing of spectral density of the masking and test signals power for the Ukrainian language is performed. The adequacy of processing method is estimated..
УДК 519.711
В. С. Бабков
М0ДИФ1КАЦ1Я 16РАРХ1ЧН0Г0 МЕТОДУ RBF ДЛЯ ОТРИМАННЯ 30-М0ДЕЛЕЙ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ ЛАЗЕРНОГО СКАНУВАННЯ
У робот1 розглядаеться задача побудови поверхш у простор1 3D на основ1 даних тривим1рного лазерного сканування. Викладено суттсть модиф1кованого алгоритму, який базуеться на метод1 1ерарх1чноЧ RBF, але адаптований до тривим1рного простору i мае покра-щент часовi характеристики. Ефективтсть методу пiдтверджено експериментально.
ВСТУП
У наш час у багатьох галузях науки i техшки важ-ливу роль вдаграе використання триви]шрних ком-п'ютерних моделей, побудованих за результатами досл^ження реальних об'екпв складно! форми. По-дiбна задача виникае, наприклад, у таких випадках: пошук дефекпв у структурi об'екпв, вивчення внут-ршньо!' структури об'екта без його руйнування, вщ-новлення об'екту за неповними даними, побудова тривимiрних моделей рухливих об'екив у реальному чаи; оцшка, реконструкщя i проектування великих промислових об'екив i дтянок мксцевость
1снуе велика юльюсть методiв одержання про-екцшних даних для побудови тривимiрних моделей. Загальна риса цих методiв - видача результапв сканування у виглядi «хмари» точок, що описують по© Бабков В. С., 2009
66
верхню об'екта або системи взаемопов'язаних об'ек-пв. Зокрема при одержанш проекцшних даних про досить велию об'екти складно'' форми (шженерш споруди, будинки, дтянки мшцевостО застосовуеться метод лазерного сканування зовшшньо!' поверхш [1].
АНАЛ13 СТАНУ ПИТАНИЯ
За результатами аналiзу алгорштшв та методiв побудови тривимiрних поверхневих моделей реальних об'екпв за проекцшними даними, який було зробле-но у [2], можна вид^ити наступш етапи обробки, яю здiйснюють найбiльший внесок у загальний час реконструкци:
- розрахунок функци RBF для всiх пар проекцшних точок;
- розв'язання системи лшшних рiвнянь велико'' розмiрностi;
- обчислення поверхш за допомогою штерполянта.
На кожному з цих етатв обчислювальна склад-
нiсть та час виконання операцш визначаються зна-ченням N - кшьюстю проекцiйних точок.
Проаналiзувавши вiдомi методи побудови поверхневих моделей, можна зробити висновок, що змен-
ISSN 1607-3274 «Радюелектрошка. 1нформатика. Управл1ння» № 1, 2009
