Структурно-пространственная модель АКУРИ

Структурно-пространственная модель

Акустического канала утечки речевой информации (АКУРИ)

Модель источника акустического (речевого) сигнала

Значение стектрального уровня акустического сигнала в 1/3 ОП определяется выражением

 

, (3.1)

 

где — интегральный уровень АС, измеряемый на расстоянии 1 м;

— усредненный энергетический спектр АС;

— усредненная спектральная плотность мощности АС;

— весовой энергетический коэффициент i -й полосы, показывающий ее вклад полосы в интегральную мощность АС, при оценке в дБ он имеет отрицательный знак;

— среднегеометрическая частота i -й полосы;

и — соответственно нижняя и верхняя граничные частота i -й полосы.

Расчет значений данных частот производится по формулам, приведенным в ГОСТ Р 8.714-2010 (МЭК 61260:1995) [19].

 

, , , , (3.2)

 

где i — номер полосы;

N — число полос, равное 7 для ОП и 21 для 1/3 ОП;

X — число, равное 18 для ОП и19 для 1/3 ОП;

t — число, равное 1 для ОП и 3 для 1/3 ОП.

Таблица 3.1 — Типовые уровни речевого сигнала в октавных полосах

частотного диапазона речи L_s.i

Номер полосы	Частотные границы полосы, fн - fв, Гц	Среднегеометрическая частота полосы, fi, Гц	Типовые интегральные уровни речи Ls, измеренные на расстоянии 1 м от источника сигнала, дБ
Ls = 64	Ls = 70	Ls = 76	Ls = 84
	90 - 175
	175 - 355
	355 - 710
	710 - 1400
	1400 - 2800
	2800 - 5600
	5600 - 11200

 

Таблица 3.2 — Типовые уровни речевого сигнала в третьоктавных полосах

частотного диапазона речи L_s.i

Номер полосы	Частотные границы полосы, fн - fв, Гц	Среднегеометрическая частота полосы, fi, Гц	Типовые интегральные уровни речи Ls, измеренные на расстоянии 1 м от источника сигнала, дБ
Ls = 64	Ls = 70	Ls = 76	Ls = 84
	180 - 224
	224 - 280
	280 - 355
	355 - 450
	450 - 560
	560 - 710
	710 - 900
	900 - 1120
	1120 - 1400
	1400 - 1800
	1800 - 2240
	2240 - 2800
	2800 - 3550
	3550 - 4500
	4500 - 5600
	5600 - 7100
	7100 - 9000
	9000 - 11200

 

Итак, математическая модель ИАС описывается выражением (3.1), осуществляющим преобразование интегрального уровня речевого сигнала , в его спектральные уровни в 1/3 ОП. Результат преобразования представляет собой массив данных.

В лабораторном практикуме можем получить такой массив из экспериментальных данных, обработав речевой сигнал, поступивший на анализ, цифровыми октавными (или долеоктавными) фильтрами.

Разместив измерительный микрофон, подключенный к компьютеру, на расстоянии 1 м от источника можем получить интегральный уровень речевого сигнала, с помощью ПО произведем 1/3 октавный анализ, полученные значения спектральных уровней будем использовать в дальнейшей работе.

 

Структурно-пространственная модель

Акустического канала утечки речевой информации (АКУРИ)

Структурно-пространственная модель АКУРИ

Рис. А.1 — Структурно-пространственная модель АКУРИ [5]

 

 

Типовая система защиты речевой информации представляет собой выделенное помещение (могут быть определены контролируемые зоны), оборудованное пассивными средствами звукоизоляции и звукопоглощения, а также оснащенное активными средствами виброакустического зашумления. Для обеспечения эффективности защиты речи в выделенных помещениях необходимо еще на стадии его проектировании иметь возможность оценить состояние потенциальных акустических и виброакустических каналов утечки расчетным методом, а также оценить эффективность предлагаемых мер защиты. Реализация данной задачи возможна на основе математической модели, позволяющей расчетным методом априорно оценить состояния этих каналов для конкретного помещения [16].

В данной работе представлена методика, предназначенная для оценки эффективности защиты речевой информации, обсуждаемой в ВП от утечки по акустическим и виброакустическим каналам (АВАК). Данная методика также применима на стадиях предварительного специального обследования ВП. В основу методики положены структурно-пространственная модель акустического канала утечки речевой информации (АКУРИ) и реализующая ее математическая модель.

С учетом специфики распространения акустических колебаний, существует 2 простых (несоставных) АКУРИ: воздушный и виброакустический каналы. В обоих каналах основным оцениваемым информационным параметром, влияющим на защищенность информации, является разборчивость речи, которая основана на оценке биологического сигнала, генерируемого человеком и воспринимаемого органами слуха [17, 19].

Разборчивость речи в АКУРИ непосредственно зависит от структурно-пространственных условий, т.е. от составных элементов канала, влияющих на распространение речевого сигнала и его разборчивость за пределами КЗ, а также от взаимного пространственного расположения источника и приемника АС и других влияющих элементов.

Обобщенная структурно-пространственная модель АКУРИ приведена в приложении А. Из которой следует, что создаваемые источниками акустические поля, ослабленные средой распространения, замаскированные естественными шумами и преднамеренными помехами, распространяются за пределы КЗ, и могут быть перехвачены ТСАР, располагаемыми в ВП, или за его пределами в соседнем помещении (СП) или даже на открытом пространстве.

В зависимости от энергетических условий разведывательного контакта речевая информация может быть распознана с определенным качеством или не распознана. Следовательно, математическая модель АКУРИ должна представлять собой совокупность взаимосвязанных математических выражений, адекватно и достаточно точно описывающих состояние разборчивости речи на выходе ТСАР при различных пространственных и энергетических условиях разведывательного контакта.

Уточним обобщенную модель АКУРИ (рис.3.1.) — добавим источники непреднамеренного шума в помещение и приёмники (закладные устройства) непосредственно в выделенном помещении, выделим приёмники, размещаемые в смежных помещениях и на открытом пространстве (узконаправленные микрофоны).

 

Рис. 3.1 — Структурно-пространственная модель АКУРИ

Адекватность и точность математической модели АКУРИ зависит от выбора метода оценки словесной разборчивости речи. В настоящее время на практике используются три группы объективных методов оценки: формантные, модуляционные и эмпирические. В [16, 18] установлено, что наиболее адекватным методом оценки является формантный метод, в котором анализ речи осуществляется в 20-и частотных полосах с равноартикуляционным распределением разборчивости либо в 21-й третьоктавных полосах (в упрощенном варианте в 7-и октавных полосах). В пределах октавных полос (ОП) спектры речи и шума, а также плотность распределения вероятностей формант, принято считать практически неизменными [18].

В связи с тем, что получение октавных полос проще и удобнее, то математическая модель АКУРИ должна представлять собой математическое выражение зависимости словесной разборчивости речи, от описываемых в виде массива спектральных уровней речевого сигнала в 21-й третьоктавной полосе (1/3 ОП).

Значения спектральных уровней речевого сигнала в заданной полосе можно получить экспериментально, используя полосовые октавные фильтры (или фильтры на доли октавы) либо расчетным путем. Здесь в качестве лабораторного практикума студентам предлагается производить анализ акустического (речевого) сигнала, используя ПО «MatLAB».

Необходимо разработать программу расчета и методику проведения исследований, позволяющие определить разборчивость речи в зависимости от конкретных условий АКУРИ.

С учетом специфики структурно-пространственной модели АКУРИ математическая модель декомпозирована на 4 взаимосогласованные частные модели: источника акустического сигнала (ИАС); акустических помех и шумов (АПШ); среды распространения (СР) АС и акустического приемника (АПрм).