IMPLEMENTASI DAN ANALISIS METODE ZERO-WATERMARKING PADA FILE AUDIO
Aulia Fajar¹, Fazmah Arief Yulianto², Rimba Widhiana Ciptasari³
¹Teknik Informatika, Fakultas Teknik Informatika, Universitas Telkom
Abstrak
Watermarking adalah suatu konsep menyembunyikan suatu data atau pola ke dalam dokumen atau cover signal (host signal) yang umumnya dimanfaatkan untuk tujuan copyright protection, tamper proofing, annotation/labeling atau feature location.
Dalam tugas akhir ini diimplementasikan metode zero-watermarking pada data audio. Pada implementasinya zero-watermarking tidak melakukan modifikasi (penyisipan) data watermark pada data audio tetapi menyimpan pola biner yang membangun korelasi antara data audio dan data watermark pada kunci watermark dengan tujuan agar tidak terjadi degradasi kualitas pada data audio yang akan diwatermark. Metode zero-watermarking diimplementasikan pada domain frekuensi dengan memanfaatkan kombinasi DWT dan DCT.
Dari beberapa pengujian dan analisa didapatkan bahwa metode zero-watermarking terbukti memiliki tingkat imperceptibility maksimum yang terbukti dengan SNR audio setelah diwatermark yang bernilai infinite. Dari sisi robustness diketahui bahwa metode
zero-watermarking relatif robust terhadap proses pengolahan sinyal seperti echo addition, bandpass filtering dan resampling, namun tidak robust terhadap kompresi mp3. Dari pengujian diketahui pula bahwa metode zero-watermarking tidak dapat digunakan untuk copyright protection karena tidak memenuhi sifat unambiguity selain keterbatasan lainnya seperti ukuran kunci watermark yang cukup besar dan tidak dapat diimplementasikan pada sistem yang menggunakan kunci publik.
Kata Kunci : zero-watermarking, audio, DWT, DCT, imperceptibility
Abstract
Watermarking is a concept of hiding data or pattern into a document or a cover signal (host signal) which is usually used for copyright protection, tamper proofing, annotation/labeling or feature location.
In this final project zero-watermarking method was implemented in audio data.
Zero-watermarking works by saving a binary pattern that establishes a correlation between watermark and audio data into the watermark key instead of modified the audio data by embedding
watermark data into it in order to prevent audio quality degradation. Zero-watermarking method was implemented in frequency domain by using the combination of DWT and DCT.
The experiments and analysis shows that zero-watermarking method had maximum imperceptibility level which is indicated by infinite SNR value of watermarked audio. The
experiments also shows that zero-watermarking method is relatively robust against echo addition, bandpass filtering and resampling but weak against mp3 compression. Zero-watermarking
method has several limitation such as : it can't be used for copyright protection because of it's ambiguity, big watermark key's size and it can't be implemented for systems that require public key.
Keywords : zero-watermarking, audio, DWT, DCT, imperceptibility
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
1 Pendahuluan
1.1
Latar Belakang
Watermarking merupakan suatu metode yang sangat lazim digunakan untuk menyembunyikan sebuah data ke dalam media lain. Antara lain manfaat watermarking adalah untuk tamper-proofing, feature-location, copyright protection, maupun annotation. Teknik watermarking yang berkembang saat ini didasarkan pada pendekatan penyisipan dimana data watermark yang umumnya telah dipecah atau diacak terlebih dahulu kemudian akan disisipkan pada media induk(host). Penyisipan ini menyebabkan terjadinya perubahan pada media yang menyebabkan degradasi kualitas pada media, semakin besar perubahan pada media induk(host) maka level degradasi yang terjadi akan semakin tinggi dan semakinperceptible(jelas) watermark yang disisipkan.
Untuk mengatasi masalah degradasi kualitas yang menyebabkan perceptibility watermark yang tinggi ,maka diperkenalkan sebuah pendekatan watermarking baru yaitu zero-watermarking, disebut zero karena tidak ada penyisipan data watermarkcover signal(host signal) sehingga media induk tidak berubah. Dengan pendekatan ini pada cover signal tidak akan terjadi degradasi kualitas dan imperceptibility dari teknik watermarkingpun menjadi maksimum.
Pada tugas akhir ini akan dianalisis teknik zero-watermarking dengan cover signalberupa audio yang diimplementasikan pada domain frekuensi dengan memanfaatkan kombinasi transformasi DWT dan DCT dengan harapan karakteristik DWT yangmulti resolution danenergy compression dari DCT dapat menghasilkan sebuah metode watermarking yang robust terhadap operasi sinyal dasar selain level imperceptibility tinggi yang telah menjadi keunggulan zero-watermarking.
1.2
Perumusan Masalah
Pada tugas akhir ini diimplementasikan dan diuji performansi teknik zero-watermarking pada file audio. Adapun masalah-masalah yang menjadi perhatian dalam menyelesaikan tugas akhir ini diantaranya :
1. Bagaimana proses pembentukan kunci zero-watermarking dengan data inputan berupa file audio, file watermark dan parameter wavelet.
2. Bagaimana proses ekstraksi data watermark pada teknik zero-watermarking dari sebuah file audio berdasarkan file kunci yang diinputkan oleh user.
3. Bagaimana mengimplementasikan DWT (Discrete Wavelet Transform) dan DCT (Discrete Cosine Transform) untuk merubah file audio ke dalam domain frekuensi.
4. Bagaimana melakukan pengujian dan analisa untuk mendapatkan informasi mengenai tingkat perceptibility, recovery (ekstraksi) dan robustness dari teknikzero-watermarking.
2
Adapun batasan masalah yang dimiliki oleh tugas akhir ini diantaranya :
1. File audio yang digunakan adalah file audio tidak terkompresi berformat WAVE (*.wav)
2. Datawatermark berupa citra binary
3. Untuk merubah file audio ke domain frekuensi akan digunakan kombinasi transformasi wavelet diskrit dan transformasi kosinus diskrit.
4. Filter yang digunakan pada transformasi wavelet adalah filter daubechies,dimana filter daubechies yang diimplementasikan pada tugas akhir ini adalah db1(Haar), db4 dan db6.
5. Level wavelet yang digunakan pada pengujian adalah 1, 2 dan 3
1.3
Tujuan
Adapun tujuan yang ingin dicapai pada tugas akhir ini adalah menganalisis performansi teknik zero-watermarking, adapun hal-hal yang akan dianalisis dan parameter analisanya dapat dijabarkan sebagai berikut :
1. Analisisfidelity/perceptibility yaitu perubahan kualitas audio sebelum dan sesudah dilakukan proses watermarking dengan melakukan analisa SNR (Signal to Noise Ratio) untuk menghitung rasio noise yang terjadi pada setiap sample audio setelah dilakukan proses watermarking.
2. Analisis recovery/ekstraksi yaitu (seberapa besar tingkat keutuhan data hasil ekstraksi jika dibandingkan dengan data yang asli).
3. Analisis robustness (ketahanan) teknik watermarking dalam mempertahankan tingkat recovery data watermark setelah dikenai beberapa operasi sinyal seperti : kompresi MP3, resampling, bandpass filtering dan penambahan echo. Adapun parameter yang akan digunakan pada analisa adalah BER (Bit Error Rate).
1.4
Metodologi Penyelesaian Masalah
Metode penyelesaian masalah yang digunakan padatugas akhir ini adalah sebagai berikut :
a. Identifikasi Masalah
Menganalisa latar belakang, rumusan masalah, dan tujuan akhir yang ingin dicapai pada tugas akhir ini.
b. Studi Literatur
Mengumpulkan mempelajari literatur-literatur yang relevan dan diperlukan untuk memecahkan permasalahan yang telah dirumuskan, seperti : referensi mengenai audio terutama yang berformat wav, dasar watermarking, Zero-Watermarking, transformasi DWT (Discrete Wavelet Transform), DCT (Discrete Cosine Transform), dan parameter-parameter analisa performansi watermarking.
c. Analisa masalah
Pada tahap ini akan dilakukan analisa terhadap permasalahan yang ada pada zero-watermarking dan kebutuhan proses atau metode untuk menyelesaikannya.
d. Implementasi
Tahap pembuatan perangkat lunak yang mengimplementasikan teknik Zero-Watermarkingdengan bahasa pemrograman MATLAB.
e. Proses pengujian dan analisis hasil
Pengujian sistem dilakukan dengan membandingkan hasil yang diperoleh dari implementasi metodeZero-Watermarking dan menganalisanya.
f. Penyusunan laporan tugas akhir dan kesimpulan akhir.
Menyusun laporan tertulis berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan dan memberikan kesimpulan serta saran mengenai hasil penelitian.
33
5
Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
Dari analisis yang dilakukan pada bab sebelumnya dan mengamati kinerja sistem yang dibuat untuk melakukan analisis, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
1. Metode zero-watermarking memiliki tingkat imperceptibility yang maksimum dalam artian bahwa metode watermarking tidak menyebabkan degradasi kualitas audio yang diwatermark hal ini dibuktikan dengan nilai SNR yang infinite yang berarti bahwa audio asli dan audio yang digunakan pada saat ekstraksi adalah audio yang identik.
2. Metodezero-watermarking memiliki tingkatrecovery (ekstraksi) yang sangat baik dengan tingkat error 0% pada audio yang tidak dikenai serangan. Hal ini dimungkinkan karena pada zero-watermarking transformasi (baik DWT maupun DCT) berjalan satu arah tanpa melakukan invers pada sinyal audio dan tidak ada step yang memungkinkan data audio berubah sehingga hasil transformasi pada audio akan selalu sama baik pada saat membangkitkan kunci maupun saat ekstraksi.
3. Dari pengujian tingkat robustnesss metode zero watermarking diperoleh kesimpulan bahwa metode zero watermarking relativerobust terhadap serangan berupa penambahan echo, bandpass filtering, maupun resampling dimana dari hasil pengujian diperoleh nilai BER hasil ekstraksi yang relatif kecil. Namun metode zero-watermarking tidak robust terhadap proses kompresi karena perubahan audio yang diakibatkan oleh serangan berupa kompresi cukup besar karena selain merubah nilai sampel juga merubah jumlah sampel sehingga nilai-nilai yang terlibat pada proseszero-watermarking terutama proses ekstraksi berubah secara signifikan.
4. Dari pengamatan terhadap pengaruh pemilihan parameter wavelet terhadap tingkat robustness metode zero-watermarking diketahui bahwa parameter wavelet tidak banyak berpengaruh pada tingkat robustness metode zero-watermarking terhadap serangan berupa echo addition, bandpass filtering, resampling dan kompresi mp3 hal ini terutama disebabkan karena proses zero-watermarking yang lossy terutama setelah dilakukan DWT yaitu pada proses DCT (yang dikenal bersifat energy compression) dan pembangkitan biner audio yang memetakan data audio ke dalam dua nilai yaitu 0 dan 1 sehingga perubahan nilai DWT yang disebabkan oleh pemilihan parameter wavelet tidak banyak mempengaruhi hasil akhir dari proses watermarking. Oleh sebab itu tiap parameter yang digunakan menunjukkan performansi yang sama terhadap tiap serangan yang dikenakan pada audio.
5. Dari pengamatan terhadap kinerja sistem ditemui pula beberapa keterbatasan dari metode zero-watermarking diantaranya :
a. Karena kunci watermark dibangkitkan untuk membangun korelasi antara data audio dan data watermark maka untuk data audio dan data watermark yang berbeda data watermark hampir dapat dipastikan unik sehingga metode zero-watermarking tidak dapat diimplementasikan pada sistem yang menggunakan kunci publik. b. Karena menyimpan biner key maka ukuran kunci watermark juga
berubah sesuai dengan ukuran data watermark yang akan disisipkan, sehingga semakin besar data watermark yang akan disisipkan maka semakin besar pula kunci watermark yang dibangkitkan.
6. Zero-watermarking tidak dapat dimanfaatkan untuk copyright protection karena tidak memenuhi sifat unambiguity, sedangkan untuk tamper proofing perlu melakukan modifikasi yang cukup besar pada proses zero-watermarking yang diimplementasikan pada tugas akhir ini mengingat tamper proofing memerlukan metode watermarking yang sifatnya fragile,namun zero-watermarking dapat dimanfaatkan untuk annotation/labeling danfeature location
5.2 Saran
Secara umum metode zero-watermarking yang diimplementasikan pada tugas akhir ini memiliki kinerja yang baik berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan dimana dengan memanfaatkan zero watermarking tingkat imperceptibility audio dapat dimaksimalkan dan metode ini juga cukup robust terhadap serangan berupa pengolahan sinyal dasar. Namun masih terdapat beberapa kelemahan yang perlu diperbaiki seperti :
1. Ukuran kunci yang relative besar dan ukurannya tidak tetap sehingga perlu suatu mekanisme kompresi terhadap kunci watermark.
2. Kunci watermark yang bersifat privat sehingga zero-watermarking tidak dapat digunakan untuk aplikasi yang menuntut penggunaan kunci yang bersifat publik.
3. Tingkatrobustness dapat lebih ditingkatkan terutama terhadap serangan kompresi seperti dengan memanfaatkan karakteristik serangan dalam memilih data audio yang terlibat dalam proses watermark sehingga error ekstraksi pada audio yang terkena serangan dapat dikurangi.
35
6 Daftar Pustaka
[1] Chen, Ning, Jie Zhu. 2007. ”A Robust Zero-Watermarking Algorithm for Audio”. http://www.hindawi.com/GetArticle.aspx?doi=10.1155/2008/45358-08=html diakses pada tanggal 5 April 2009.
[2] Correlation in statistics and data compression diunduh dari
http://www.davidsalomon.name/DC2advertis/Corr.pdf
[3] Cvejic, Nedeljko, Tapio Seppanen. 2008. “Introduction to Digital Audio Watermarking”. http://www.igi-pub.com/downloads/excerpts/reference/IGR-3857_ZbXHQeFUTg.pdf diakses pada tanggal 5 April 2009.
[4] Herianto.”Novel digital audio watermarking”. Institut Teknologi Bandung : Bandung.
[5] Jung, Chun Liu. 2008. "A robust watemark scheme for copyright protection" Tunghai University : Taiwan diunduh dari http://www.sersc.org/journals/IJSEIA/vol2_no4_2008/3.pdf
[6] Keamanan multimedia http://elista.akprind.ac.id/staff/catur/Sistem%20-Multimedia/12Keamanan%20Multimedia.pdf diakses pada tanggal 6 April 2009.
[7] Khayam, Syed Ali. 2003. “The Discrete Cosine Transform (DCT) : Theory and Application”. Michigan State University : USA
[8] MATLAB help file
[9] Miller, Matt L, dkk. 1999. ”A Review of Watermarking Principles and Practices” diunduh dari http://www.ee.ucl.ac.uk/~icox/papers/1999/-bookchapter99.pdf pada tanggal 20 Juli 2009
[10] Munir, Rinaldi. 2004. ”Steganografi dan Watermarking”. Institut Teknologi Bandung : Bandung.
[11] Nielsen, Ole. 2002. ”Introduction to Wavelet Analysis”. Center for Mathematics and its Application : ANU diunduh dari
http://datamining.anu.edu.au/~ole/work/teaching/pde2002/PDE2002_wavele t1.pdf pada tanggal 20 Juli 2009
[12] Supangkat, Suhono H, dkk. 2000. “Watermarking sebagai Teknik Penyembunyian Label Hak Cipta pada Data Digital”. Institut Teknologi Bandung : Bandung.
[13] Tzanetakis, George , dkk. “Audio Analysis using the Discrete Wavelet Transform”. Princeton : USA
[14] Watson, Andrew B. 1994.“Image Compression Using The Discrete Cosine Transform”. Mathematica Journal NASA Ames Research Center diunduh dari http://vision.arc.nasa.gov/publications/mathjournal94.pdf pada tanggal 20 Juli 2009
[15] WAV File Format http://technology.niagarac.on.ca/courses/ctec1631/-WavFileFormat.html diakses pada tanggal 7 April 2009
[16] Wu, Guo-min, dkk. 2004. ”Adaptive Audio Watermarking Based on SNR Localization”. Journal of Zhejiang University diunduh dari
http://www.zju.edu.cn/jzus/2005/A05S1/A05S109.pdf pada tanggal 30 Juli 2009
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
