論錄音音頻降噪處理在辦案中的應(yīng)用

摘 要 隨著科技的快速發(fā)展，微型話筒、小型攝像機(jī)、可拍照手機(jī)等錄音、攝像設(shè)備的不斷普及，為人們生活帶來極大方便。但錄音過程中，由于各種原因，所錄音頻出現(xiàn)一定響度噪聲的情況時(shí)有發(fā)生，有時(shí)甚至出現(xiàn)噪聲比目標(biāo)聲音更響的窘境，進(jìn)而影響到音頻內(nèi)容的清晰度與可懂度。本文針對辦案證據(jù)中出現(xiàn)的音頻降噪問題進(jìn)行分類描述，并就相關(guān)常用處理手段予以總結(jié)歸納。

關(guān)鍵詞 音頻 降噪 噪聲 電子證據(jù)

作者簡介：劉瑩，天津市和平區(qū)人民檢察院檢察技術(shù)科干部。

中圖分類號：D925 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-0592（2014）12-109-02

隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的迅猛發(fā)展，多媒體技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，人們可以更加便捷地利用計(jì)算機(jī)、手機(jī)、攝像機(jī)、監(jiān)控?cái)z像頭等數(shù)字化媒介進(jìn)行錄音錄像操作。近幾年來，在檢察實(shí)務(wù)中，經(jīng)常會(huì)遇到一些以監(jiān)控錄像、通話錄音等形式存在的辦案證據(jù)，尤其是監(jiān)控錄像的音頻部分、手機(jī)錄音的音頻文件等，其出現(xiàn)頻率正在逐年遞增。但這類證據(jù)材料的內(nèi)容辨識與鑒定過程，往往會(huì)伴隨著一個(gè)普遍存在且令人頭痛的問題——噪聲問題。

筆者早年曾經(jīng)遇到一起自偵案件，犯罪嫌疑人胡某為某醫(yī)院窗口收費(fèi)人員，她利用醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)升級改造期間醫(yī)院化驗(yàn)室無法確認(rèn)化驗(yàn)單據(jù)的漏洞，利用職務(wù)便利單獨(dú)或伙同他人多次冒用該醫(yī)院多名醫(yī)生的工號及網(wǎng)絡(luò)密碼登陸醫(yī)生工作系統(tǒng)并修改醫(yī)生工作記錄，以退還本院患者化驗(yàn)費(fèi)等名義虛假退費(fèi)，截留門診收費(fèi)現(xiàn)金數(shù)萬元。在偵查取證過程中，胡某僅供認(rèn)其利用自己的工號、密碼實(shí)施虛假退費(fèi)，對于同案其他嫌疑人對其主犯地位的指認(rèn)均予以否認(rèn)。由于醫(yī)院監(jiān)控設(shè)備年久失修，雖成功錄到胡某與同案其他嫌疑人交流犯罪手段與犯罪進(jìn)度的監(jiān)控視頻，但畫面清晰度不高、音質(zhì)嘈雜，幾乎只能看清二人在進(jìn)行交流、聽到二人在說話，但無法聽清到底說了什么。鑒于這一情況，筆者與同事嘗試多種音頻降噪處理手段與算法，依然無法取得較好效果，最終只得無奈放棄。

由此，隨著錄音環(huán)境的逐漸復(fù)雜化與錄音設(shè)備的急劇多樣化，辦案證據(jù)中的錄音音頻降噪問題愈加凸顯出來，如何在保證音頻數(shù)據(jù)完整性的前提下，最大限度實(shí)現(xiàn)音頻證據(jù)的有效降噪處理，愈加成為檢察技術(shù)實(shí)務(wù)中必須面對的一大挑戰(zhàn)。

一、音頻噪聲的分類

由于各種原因，在錄音、擴(kuò)聲或音頻傳輸過程中，噪聲問題一直存在。音頻噪聲的形成機(jī)理比較復(fù)雜，從不同角度和領(lǐng)域理解，會(huì)有不同解釋和不同意義。一般情況下，組成音頻系統(tǒng)的設(shè)備越多或信號傳輸距離越長，系統(tǒng)的噪聲就越大，甚至使得音頻系統(tǒng)無法進(jìn)行正常的錄音或擴(kuò)音工作。音頻噪聲的來源大致可以分類為三種：

（一）設(shè)備內(nèi)部元器件產(chǎn)生的固有噪聲

電路中幾乎所有元器件（如晶體管、電阻、電容）在工作時(shí)均會(huì)產(chǎn)生一定噪聲，其特點(diǎn)是連續(xù)的、基本上固定不變的，且頻譜分布較廣泛。這種噪聲除了通過改進(jìn)元器件材質(zhì)與生產(chǎn)工藝外，幾乎沒有任何辦法消除。值得慶幸的是，隨著科技水平的不斷提高，現(xiàn)階段諸多優(yōu)質(zhì)元器件的固有噪聲已變得很小，在設(shè)計(jì)電路時(shí)選擇優(yōu)質(zhì)元器件即可將這類噪聲壓制到極小水平，小到聽眾基本不會(huì)聽見。在實(shí)際生活中，有些低檔次設(shè)備因內(nèi)部電源濾波不好，使得設(shè)備本身交流聲很大，在音頻系統(tǒng)中有時(shí)會(huì)形成極其嚴(yán)重的噪聲。

（二）源于電路本身的設(shè)計(jì)失誤或安裝工藝上的缺陷

電路設(shè)計(jì)失誤往往會(huì)導(dǎo)致電路的輕微自激（一種自由振蕩狀態(tài)），這種自激一般在人類可聽到的聲音范圍之外，但在某些特定條件下它們會(huì)對聲音的中高頻（2000Hz-4000Hz）產(chǎn)生斷續(xù)影響，從而產(chǎn)生噪聲。此外，安裝工藝失誤，如接插件接觸不良，接觸表面形成二極管效應(yīng)或接觸電阻隨溫度、振動(dòng)等影響發(fā)生變化而導(dǎo)致信號傳輸特性變化也會(huì)產(chǎn)生噪聲。此外，元器件排布上的失誤，例如將高熱的元器件排布在對溫度敏感的元器件旁邊，或?qū)⒁恍┯休p微振動(dòng)的元器件排布在對振動(dòng)敏感的元器件旁邊，或者沒有足夠的避震措施等情況，都會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲。

（三）干擾噪聲

這類噪聲來源極為復(fù)雜，主要包括以下幾個(gè)方面：

1.空間輻射干擾噪聲：任何導(dǎo)體通過交變電流時(shí)均會(huì)引起周圍電場強(qiáng)度的變化，這種變化就是電場輻射。同理，諸如變壓器之類的磁體亦會(huì)引起周圍磁場強(qiáng)度的交替變化。交變電場和磁場中的閉合導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生和電場磁場變化頻率相同的交變電流，即感應(yīng)電流。音響設(shè)備中所有元器件、導(dǎo)線、電路板上的銅箔均為電導(dǎo)體，因此不可避免地會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流疊加在信號中就會(huì)產(chǎn)生噪聲。在實(shí)際生活中，諸如手機(jī)、對講機(jī)等通信設(shè)備的高頻電磁波輻射干擾，電梯、空調(diào)、汽車點(diǎn)火、電焊等電脈沖輻射，大型會(huì)議場所的燈光控制用可控硅整流控制設(shè)備的輻射等，均會(huì)通過傳輸線直接混入傳輸信號中形成噪聲，或穿過屏蔽不良的設(shè)備外殼干擾機(jī)內(nèi)電路產(chǎn)生干擾噪聲。

2.線路串?dāng)_噪聲：日常生活中，某些電器設(shè)備會(huì)產(chǎn)生干擾信號，這些干擾信號通過電源、信號線等線路直接竄入音頻設(shè)備中。例如，接在同一電網(wǎng)中的空調(diào)、電機(jī)等設(shè)備會(huì)在電源線路上產(chǎn)生尖峰脈沖、浪涌電流、不同頻率的紋波電壓等，通過電源線路竄入音頻設(shè)備的供電電源，總有會(huì)一部分干擾噪聲電壓無法通過音頻設(shè)備的電源電路有效濾除，因此勢必會(huì)在設(shè)備內(nèi)部形成噪聲。

3.傳輸噪聲：此類噪聲是信號在傳輸過程中由于傳輸介質(zhì)問題而產(chǎn)生的，例如接插件的接觸不良、信號線材質(zhì)不佳、地電流串?dāng)_等。一般情況下，音頻信號線中傳輸?shù)男盘柡芪⑷酰@些變化足以使得信號線中傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生很大變化。這些變化除了產(chǎn)生失真外，也包含一定的噪聲，且由于接地不良，空間輻射對于信號傳輸?shù)挠绊懸矔?huì)隨之加劇。

另一方面，從音響技術(shù)角度而言，凡屬于傳聲器拾取來的或信號傳輸過程中設(shè)備帶來的，對音頻信號起干擾作用的聲音，均可以視為噪聲。在實(shí)際辦案中，需降噪的音頻證據(jù)所涉及的“噪聲”通常多限于語音錄制過程中產(chǎn)生的噪聲。這種情況下，噪聲一般分為環(huán)境噪聲和本底噪聲。環(huán)境噪聲是指錄音中自然環(huán)境產(chǎn)生的噪聲，例如室外的汽車、人聲，室內(nèi)墻壁的反射、機(jī)器設(shè)備發(fā)出的噪聲等。本底噪聲（ground noise），又稱為背景噪聲，是指除環(huán)境以外的噪聲，一般指電聲系統(tǒng)中除有用信號以外的總噪聲，主要由錄音過程中各種設(shè)備產(chǎn)生的規(guī)則或不規(guī)則噪聲組成。本底噪聲大體可分為低頻和高頻兩種：

（1）由于音頻電纜屏蔽不良、設(shè)備接地不實(shí)等原因產(chǎn)生的“嗡嗡”交流聲（50-100Hz）稱之為低頻噪聲；（2）由放大器、調(diào)頻廣播和錄音設(shè)備產(chǎn)生的“咝咝”聲（8kHz以上）稱之為高頻噪聲或白噪聲。過強(qiáng)的本底噪聲不僅會(huì)使人煩躁，而且會(huì)淹沒音頻中較弱的細(xì)節(jié)部分，使聲音的信噪比和動(dòng)態(tài)范圍減小，再現(xiàn)聲音質(zhì)量受到損傷。

二、常見降噪處理軟件：

目前，計(jì)算機(jī)降噪處理軟件種類繁多，在功能應(yīng)用上各具特色，從專業(yè)級的降噪插件套裝，到全功能獨(dú)立式降噪編輯器，再到內(nèi)置在音頻編輯軟件內(nèi)的降噪功能插件，基本覆蓋人們對降噪處理需求的方方面面。其中，較為常用的優(yōu)秀軟件有：

（一）BIAS Soundsoap插件

BIAS Soundsoap插件程序是一款專業(yè)級降噪插件工具，由老牌軟件制造商BIAS公司開發(fā)研制，雖然該公司已于2012年宣布停止運(yùn)營，但此款Soundsoap插件因其強(qiáng)大的降噪功能與“一鍵”降噪的簡便操作方式，依然廣泛應(yīng)用于專業(yè)降噪領(lǐng)域。在降噪處理過程中，使用者只需通過調(diào)整“Noise Tuner”和“Noise Reduction”兩個(gè)旋鈕，即可消除音頻中的顯著噪音，如房間內(nèi)的背景噪聲、模擬磁帶中的電子咝聲、交通工具中的運(yùn)行噪聲等。同時(shí)，該軟件還可消除一些低頻噪聲，如在諸多音頻中常有的50Hz - 60Hz各種電子嗡聲和隆隆聲。甚至還可通過"Learn Noise"按鈕，智能識別區(qū)分出噪聲與使用者想要的目標(biāo)聲音，從而達(dá)到驚人的工作效果。另外，使用該插件降噪后，能顯示出被刪除的音頻部分，使用者可根據(jù)實(shí)際需要，選擇性恢復(fù)其中的部分噪聲。作為插件， SoundSoap的插件規(guī)格為Mac OS X平臺上的VST格式，以及Windows XP平臺上的VST和Direct X兩種格式。其在Mac OS平臺上的宿主軟件主要包括Peak LE、Peak DV以及Cubase SX。在Windows平臺上的宿主軟件主要包括Premiere 、SONAR、Sound Forge、Wavelab、Cubase、Nuendo、Edius以及其它支持Direct X和VST規(guī)范的宿主軟件。

（二）Wave Arts Master Restoration插件套裝

Wave Arts公司是1998年成立的一家專于開發(fā)高端數(shù)字音頻處理軟件的技術(shù)公司。在降噪領(lǐng)域，該公司推出的Master Restoration Suite插件套裝是一組可清理磁帶、黑膠唱片等音頻媒介中音頻噪聲的插件工具，包括五個(gè)組成部分：MR Noise（強(qiáng)力寬頻噪音衰減器）、MR Click（影響音質(zhì)的磨損/喀喀聲清除工具）、MR Hum（嗡嗡聲清除工具）、MR Gate（噪音屏障）、Master Restoration降噪工具。其中，MR Noise帶有自動(dòng)動(dòng)態(tài)模式，可保證瞬時(shí)信號不被處理。該軟件幾乎可去除常見的各種噪聲，并可監(jiān)聽被去除掉的聲音部分，作為插件該軟件支持VST、AU、RTAS、MAS格式。

（三）WAVES Restoration Bundle插件套裝

以出品專業(yè)級音頻效果器而聞名于世的WAVES公司，其推出的各類效果器軟件品種豐富且質(zhì)量頗高，多年來受到業(yè)界廣泛好評。WAVES Restoration Bundle插件套裝是該公司隆重推出的一款專門用于降噪/修復(fù)音頻的效果器套裝，包括四個(gè)效果器：X-Noise（降噪）、X-Click（去除噼啪聲）、X-Crackle（去除爆破音）、X-Hum（降低氣聲）。該套效果器能應(yīng)用于要求極高的專業(yè)音頻處理領(lǐng)域，在業(yè)界具有極高使用率與頗高口碑，能在幾乎所有平臺上使用，支持的格式包括Mac OS平臺上的RTAS、AU、VST、MAS格式，以及Windows平臺上的RTAS、AU、VST、DirectX格式。

三、辦案中音頻降噪需注意的事項(xiàng)：

從純技術(shù)角度而言，任何降噪方法均會(huì)對原始音頻中的干聲（辦案中常見干聲為人聲語音）造成影響，降噪越厲害，失真程度越大。因此，在實(shí)際辦案中，必須注意把握以下幾個(gè)降噪原則：

一是降噪并不是必需要做的。因?yàn)榻翟雱荼匾獙υ家纛l造成破壞，與其花時(shí)間研究降噪，不如想辦法避免環(huán)境和設(shè)備造成的噪音。若噪聲對錄音音頻中的干聲未產(chǎn)生嚴(yán)重影響，應(yīng)盡量避免開展降噪處理，而應(yīng)直接采用原始音頻作為辦案證據(jù)。

二是盡量選用使原始音頻受損程度最小的降噪方式，以能聽辨出語音內(nèi)容為目的，不追求過高信噪比。在采樣降噪法作為主流降噪法的當(dāng)下，我們必須清醒地認(rèn)識到采樣降噪一方面具有能徹底去除噪聲的優(yōu)點(diǎn)，但另一方面其對原始音頻的語音音質(zhì)會(huì)造成較為明顯的影響，且信噪比越低破壞性越大，諸如鼻音、爆破音或音節(jié)間過渡音等易被噪聲掩蓋的弱語音，降噪處理后往往會(huì)丟失無法顯現(xiàn)。因此，應(yīng)以顯現(xiàn)出語音聲學(xué)特征為目標(biāo)，盡量使用低強(qiáng)度降噪處理方法，避免出現(xiàn)“金屬音”之類的變異語音。

三是宏觀考量比尋找精確降噪?yún)?shù)更重要。要想獲得最為理想的降噪效果必須了解噪聲的信號特性，在降噪處理過程中，若執(zhí)著于尋找最精確的某項(xiàng)降噪?yún)?shù)數(shù)值，則可能會(huì)對原始語音的某些特征信號產(chǎn)生較壞影響，進(jìn)而影響整體降噪效果。例如當(dāng)錄音中對話雙方距離錄音設(shè)備相差較大、話筒方向性強(qiáng)、通話一方信號受抑制等情況下，若想提升弱語音強(qiáng)度，勢必會(huì)導(dǎo)致該部分錄音本底噪聲與環(huán)境噪聲的提升，因此為實(shí)現(xiàn)提升弱語音并同時(shí)壓制強(qiáng)語音的目的，則必須慎重操作，采取多種處理方式綜合配比，最終取得契合實(shí)際需求的處理效果。