面向数字取证的电网频率信号采集和存储方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向数字取证的电网频率信号采集和存储方法及系统，该方法包括以下步骤：利用降压变压器将电网信号降压，将降压后的电网信号传输给声卡；使用上位机开发工具编译的代码，读取声卡捕获的音频样本；采用高精度时钟源返回开始捕获音频样本时的时间值，得到音频样本相对应的时间戳信息；将采集到的音频样本和时间戳信息一同保存，构成音频数据库；将采集到的音频样本通过短时傅里叶变换加极值的方法转换成时频域的电网频率参考信号，并与时间戳信息一同保存，构成时频域数据库。本发明专利技术实现了电网频率参考信号的精准稳定采集，确保电网频率参考数据库的建立，为基于电网频率判据的多媒体数字取证工作切实有效进行提供了数据保障。行提供了数据保障。行提供了数据保障。

【技术实现步骤摘要】
面向数字取证的电网频率信号采集和存储方法及系统


[0001]本专利技术属于多媒体数字取证
，具体涉及一种面向数字取证的电网频率信号采集 和存储方法及系统。

技术介绍

[0002]当代科技的高速发展让人们进入了信息时代、智能时代，在信息化的同时，数字多媒体 内容也因其较为容易受到篡改与攻击，导致一些错误信息的传播。若有意识篡改或伪造的多 媒体文件被应用于法庭举证、媒体发布、刑事侦查、安保等领域，将会对社会安全与公正带 来恶劣影响。因此，多媒体数字取证的需求日益加剧，在很多行业中都起着至关重要的作用。 多媒体数字取证涵盖了多媒体文件的时间戳鉴定、产生地点鉴定、产生设备鉴定、篡改痕迹 检测等一系列鉴定目标，以保证文件的完整和真实可靠。
[0003]电网频率(ENF)可以为音、视频的取证提供部分解决方案。电网频率是电网中的供电 传输频率，其标称值为50或60Hz。但是在电力网络中，受到发电系统非理想性、总体负 载时变性、外部环境不确定性等复杂因素影响，电网频率并非是一个固定的值，而是会在中 心频率附近以一种随机的方式做微小变化。所以在标称值附近微小变化的电网频率会携带一 些信号，而这种电网频率信号会通过用电器的震动在空气中以声波的形式进行传播，且存在 多次谐波。这种信号在环境中广泛存在，虽然不能被人耳听到，但是在室内室外都很大程度 上能够被录音设备捕获到。电网频率的波动模式在同一电网内部保持一致，即同一电网内， 电网频率信号是相同的，而不同电网的电网频率信号不同。由于电网频率的随机性和同一电 网内的一致性，电网频率信号就像给录音加上了时间戳，成为了音频信号的“自然签名”， 或可将其视为关于时间的“数字水印”，这也就使基于电网频率的数字录音取证真伪鉴别成 为可能。通过将待检测音频文件中记录的电网频率信号和数据库中的电网频率信号进行精确 比较，便能够识别录音文件的创建时间，甚至帮助检测文件是否遭到人为的篡改编辑或破坏。
[0004]在电网频率检测与分析中，电网频率参考数据库的建立至关重要，如果没有电网频率参 考信号，则无法将从待验录音文件中提取出的电网信号进行对比以确定其时间戳信息，也难 以更好的开展围绕电网频率的其他取证工作。因此，建立并维护准确稳定的电网频率参考信 号采集系统是基于电网频率判据的多媒体数字取证工作切实有效进行的重要保障。此外，获 得准确和充足的电网频率参考信号也有助于对电网频率的统计分析，以确定其先验统计特性。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是提供一种面向数字取证的电网频率信号采集和存储方法及系统， 解决电网频率信号的采集和存储，以及电网频率参考数据库的建立问题。
[0006]本专利技术提供一种面向数字取证的电网频率信号采集和存储方法，包括以下步骤：
[0007]利用降压变压器将电网信号降压，将降压后的电网信号传输给声卡；
[0008]使用上位机开发工具编译的代码，从声卡采集电网频率信号，并将含有时间信息的数据 文件存储，形成数据库。
[0009]进一步地，不间断电源为电网频率信号采集和存储提供断电保护。
[0010]进一步地，从声卡采集电网频率信号，将含有时间信息的数据文件存储，形成数据库具 体包括以下步骤：
[0011]读取声卡捕获的音频样本；
[0012]采用高精度时钟源返回开始捕获音频样本时的时间值，得到音频样本相对应的时间戳信 息；
[0013]将采集到的音频样本和时间戳信息一同保存，构成音频数据库；
[0014]将采集到的音频样本通过短时傅里叶变换加极值的方法转换成时频域的电网频率参考信 号，并与时间戳信息一同保存，构成时频域数据库。
[0015]进一步地，从声卡采集电网频率信号，将含有时间信息的数据文件存储具体包括以下步 骤：
[0016]声卡开始采集电网频率信号，同时开始计时；
[0017]判断采集时长是否达到预设阈值；若否，则继续采集；若是，则对该时长内采集到的电 网频率信号进行存储。
[0018]本专利技术还提供一种面向数字取证的电网频率信号采集和存储系统，该系统包括：
[0019]降压传输模块，用于利用降压变压器将电网信号降压，将降压后的电网信号传输给声卡；
[0020]采集存储模块，用于使用上位机开发工具编译的代码，从声卡采集电网频率信号，并将 含有时间信息的数据文件存储，形成数据库。
[0021]进一步地，采集存储模块包括：
[0022]采集子模块，用于读取声卡捕获的音频样本；
[0023]时间子模块，用于采用高精度时钟源返回开始捕获音频样本时的时间值，得到音频样本 相对应的时间戳信息；
[0024]音频子模块，用于将采集到的音频样本和时间戳信息一同保存，构成音频数据库；
[0025]时频子模块，用于将采集到的音频样本通过短时傅里叶变换加极值的方法转换成时频域 的电网频率参考信号，并与时间戳信息一同保存，构成时频域数据库。
[0026]本专利技术的有益效果是：本专利技术的面向数字取证的电网频率信号采集和存储方法及系统， 实现了电网频率参考信号的精准稳定采集，确保电网频率参考数据库的建立，为基于电网频 率判据的多媒体数字取证工作切实有效进行提供了数据保障。
[0027]进一步地，本专利技术采用双存储程序，一是采用高精度时钟源返回开始的时间值，将声卡 中读取的音频样本存储，构成音频数据库，以便之后对电网频率信号进行高精度慢速处理； 二是采用短时傅里叶变换(STFT)加极值的方法将采集到的音频样本存储为时频域的电网频 率信号，可以直接调用数据进行匹配，以便快速处理。
[0028]进一步地，本专利技术提出了一种新的程序结构：三线程程序，一个主线程负责录音(读取 数据)，一个副线程负责数据存储，另一个副线程负责时间判断。程序持续对数据进行采集 并计时，等到采集时长达到预设阈值时，采用存储线程直接对已读取的录音文件进行写入封 装的操作，降低了对程序即时性的要求。三线程程序每一个线程负责一个功能，
实现较好的 分工，相比现有的程序中通过对数据边读边写来实现采集和存储，三线程程序能够减少主程 序中数据读取操作的负担，提高采集精度。
附图说明
[0029]图1是本专利技术电网频率参考信号采集系统硬件配置示意图；
[0030]图2是本专利技术电网信号采集系统核心功能软件算法流程图；图3是本专利技术面向数字取证的电网频率信号采集和存储系统示意图。
具体实施方式
[0031]下面将结合附图对本专利技术作进一步的说明：
[0032]本专利技术提供了一种面向数字取证的电网频率信号采集和存储方法及系统，首先通过降压 变压器将供电网络的220V电网信号降压为0.1V的电网信号，再通过声卡接口将电网信号传 输给上位机，之后采用双存储程序，一是采用高精度时钟源返回开始采集时的时间值后，将 声卡设备中读取的音频样本存储，保留音频的时间戳信息，以便之后对电网频率信号进行高 精度慢速处理；二是采用短时傅里叶变换(S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向数字取证的电网频率信号采集和存储方法，其特征在于，包括以下步骤：利用降压变压器将电网信号降压，将降压后的电网信号传输给声卡；使用上位机开发工具编译的代码，从声卡采集电网频率信号，并将含有时间信息的数据文件存储，形成数据库。2.根据权利要求1所述的面向数字取证的电网频率信号采集和存储方法，其特征在于，不间断电源为电网频率信号采集和存储提供断电保护。3.根据权利要求1所述的面向数字取证的电网频率信号采集和存储方法，其特征在于，从声卡采集电网频率信号，将含有时间信息的数据文件存储，形成数据库，具体包括以下步骤：读取声卡捕获的音频样本；采用高精度时钟源返回开始捕获音频样本时的时间值，得到音频样本相对应的时间戳信息；将采集到的音频样本和时间戳信息一同保存，构成音频数据库；将采集到的音频样本通过短时傅里叶变换加极值的方法转换成时频域的电网频率参考信号，并与时间戳信息一同保存，构成时频域数据库。4.根据权利要求1所述的面向数字取证的电网频率信号，具体包括以...

【专利技术属性】
技术研发人员：华光，王清懿，张海剑，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：