2018 Fiscal Year Research-status Report
Privacy preserved acoustic-falsification detection and speaker verification
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18K18052
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
黄 緒平 明治大学, 研究・知財戦略機構, 研究推進員 (20734114)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電子透かし / なりすまし検出 / 改ざん検出 / プライバシー保護 / 音声信号処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ソーシャルネットワーク及び自由に移動・撮影できる携帯やドローンなどの録音・録画装置が高速に普及し，その場で採取したデータが高速通信方式にて転送・共有される．また，機械学習による音声合成手法が開発され，短時間の機械学習により原話者の声を模擬・再現・発声できる音声合成プロジェクトの開発・研究が進んでいる．個人の顔画像や動画が許可なく成りすまし詐欺などに悪用されることが懸念され，今まで横行したオレオレ詐欺などの不正利用が社会的な脅威に成り得る．従来の解決策として話者識別が提案されているが，音声合成技術の発展により，原音と最大限に近似できる模擬音声が合成され，今までの話者識別に使われる混合ガウス分布モデルなどを用いて分析しても，オリジナル話者と偽話者の特徴値の違いを区別出来なくなった．
申請者はこれまで，原音の音質を維持したまま，高周波数成分の拡張により特徴値を埋め込むことで，改竄検出を可能にする研究を行ってきた．本研究は話者の個人プライバシー情報を保護し，録音データから取得する声紋などの個人情報から話者を特定されにくいよう，音声匿名化手法を提案する．更に，音声コンテンツの偽造の検出，話者の成りすましを高精度に識別出来る電子透かし手法を新たに提案する．また，攻撃への耐性を考慮しながら埋め込み領域をアダプティブに選定し，原音に依存せず話者成りすましの判別とデータの真偽をブラインドかつ高精度に検出できる電子透かし手法を確立する．
本研究は公共の場でも自由に会話できるプライバシー保護を実現する．また，冤罪防止のため，データの音質を保証しながら，話者成りすまし及びコンテンツへの不正加工を高精度に識別できる技術を提案することで，より安心な社会基盤の構築に役に立つ．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請者は研究計画書に沿って研究を遂行し，その成果を国内外の会議にて口頭発表をし，査読付き国際会議2報（内最優秀賞論文賞1報）のプロシーディングを出版した．また，情報処理学会が主催する国内会議にもポスター発表を1件行った．
主な発表概要について，業績1)では音声信号の成りすまし検出及び声紋保護について問題提起をし，周波数領域での差分プライバシー手法を用いた雑音付加手法を提案した．理論式の導出及び証明を行い，周波数領域でのGaussian及びLaplace雑音を付加し，音質評価を行った．整数変換後の周波数領域のDCT成分により雑音を算出し摂動することによって，従来法よりセキュリティユーティリティを確保したまま声紋の匿名化を実現でき，音質への影響を抑えることができた．業績2)では可逆圧縮手法Huffmanを部分的に適応した手法を実装し，周波数領域での埋め込みとの比較研究を行った．今までのアルゴリズムを踏襲したが，時系列及び周波数領域両方に対する攻撃への耐性を考慮した埋め込み場所選定に工夫した．性能比較のパラメータとして，改ざん検出の精度，攻撃に対するロバスト性，音質及び計算性能について比較評価を行った結果，圧縮を用いた手法の計算が高速だが，データの構成に依存することが分かった．また，攻撃へのロバスト性については符号誤り率を用い評価したが，優劣を付け難い．業績3)は埋め込み後の劣化を予測しながら，埋め込み場所をアダプティブに選定できるアルゴリズムを提案し，実装を行い，音質評価及び攻撃への耐性等をまとめ，発表を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は2018年度の業績に残っている課題の解決と共に，新たに進歩を遂げた機械学習手法による音声偽造技術に対抗できるよう，新規手法の提案を果敢に取り組んでいきたい．具体的には，下記のタスクで研究を遂行していきたい．
課題解決について，1)周波数成分の整数回転手法を提案し，埋め込みのアルゴリズムを新たに提案したい．2) 2018年度業績の延長戦として残っている課題を解決し，主に声紋保護のため，差分プライバシー手法による音声匿名化の有効性検証を行い，音声合成による偽造音に対抗できるか実証実験を行いたい．これらの成果をまとめジャーナル投稿を行い，成果公開に努めたい．
新しい手法の提案について，敵対的生成ネットワーク(GAN)を用いた精巧な音声合成技術に対抗できる音声偽造検出対抗手法を新たに提案したい．また敵対攻撃手法を用いた誤検出回避手法を検討したい．上記についてアルゴリズムの提案・実装，実証実験を行い，その成果を国内外の学会にて公表していきたい．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由としては物品費と人件費・謝金が計画通りに使用していなかったためである．計画の際にはこれらを信号採集及び処理の際に使用する設備備品，音質の主観評価を行う際の謝金などに充当する予定であるが，初年度に研究実施の際には，主にアルゴリズムの開発を行い，評価に関しては公開データベースの音声データを利用し，プログラミングによる客観評価手法を用いたため，経費の利用をしていなかった．
次年度には計画通り，設備備品費については音声サンプル採集時に様々な使用場面を想定した各端末対応の集音マイクの収録，音質の主観評価の際に，公正公平な評価を行うため，ハードウェアによる誤差を引き起こさないように，再生帯域の広いスピーカーを必要備品として購入する予定である．また，実際の使用シナリオを想定した録音データの採集も計画の実施により適宜な段階で行いたい．その際に音声サンプルの採集や主観評価などの謝金に経費を利活用していきたい．
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Research Products
(3 results)
