ABSTRACT
AYI DIANITASARI. The Implementation of Audio Watermarking Technique using Phase Coding Method. Supervised by SHELVIE NIDYA NEYMAN.
Today, digital data has substituted analog data in various applications. The digital data is easier to make, manipulate and distribute, these are the advantages of the digital data. Otherwise, copyright protection is one of the problems using the digital data. The wider of the use of computer network and technology make digital data easier to distribute illegally at the lower cost and qualified content. This problem could be handled by the digital watermarking, a technology which allows a secret message to be hidden in digital data, without the detection of a user. The watermark is not apparent to the user, and does not affect in any way, the use of the original data.
Audio watermarking is the part of digital watermarking. Audio watermarking is the information insertion process to the audio and the extraction process to retrieve the information without influence the audio quality. In this research, implemented audio watermarking to the wav audio data using Phase Coding method that works in the frequency domain. The phase coding method works by substituting the phase of an initial audio segment with a reference phase that represents the watermark data.
Phase coding method resulted the PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) value as the quality measurement. Based on the analysis result, the watermarked audio quality using this method is above 30 db and the watermark file can be extracted in the value of BER (Bit Error Rate) = 0%. Phase coding method has passed 5 (five) attacks as an analysis benchmarking, the attacks are resampling, cropping, noise addition, time stretching, and multiple watermark with the same information and also different information. Based on the analysis benchmarking result, phase coding method only robust to the resampling and noise addition attacks. This audio watermarking technique using phase coding method implemented using Matlab 7.0.1
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penggunaan teknologi data digital telah mengalami perkembangan yang pesat karena kelebihannya dalam penyimpanan data yang efisien, kemudahannya untuk dimanipulasi dan didistribusikan. Data digital berupa citra, audio, dan video merupakan aset komersial yang harus dikendalikan, didistribusikan, dan dilindungi. Pesatnya perkembangan transmisi data menimbulkan banyaknya penyalahgunaan data digital salah satunya seperti pelanggaran hak cipta atau pemalsuan kepemilikan data digital. Teknik digital watermarking merupakan salah satu solusi untuk perlindungan hak cipta dari suatu data digital. Teknik digital watermarking diterapkan pada berbagai data digital dengan memanfaatkan kekurangan-kekurangan sistem indera manusia seperti mata dan telinga.
Audio watermarking, bagian dari digital watermarking, adalah suatu proses penyisipan pesan yang berisikan informasi dari data audio seperti nama pencipta, tanggal pembuatan, tujuan, atau informasi lainnya tanpa mempengaruhi kualitas audio. Ada beberapa metode yang digunakan untuk melakukan watermarking pada data audio, salah satunya dengan metode Phase Coding.
Metode Phase Coding termasuk dalam kelompok teknik audio watermarking berbasis domain frekuensi yang bekerja dengan cara membuang komponen frekuensi tertentu atau menambahkan data sebagai noise dengan amplitudo rendah sehingga tidak terdengar. Phase Coding memanfaatkan kelemahan sistem pendengaran manusia yang secara umum tidak dapat mendengar suara pada amplitudo yang lebih lemah, suara yang lebih lemah akan diabaikan jika dua suara itu datang bersamaan. Ide dasar metode Phase Coding adalah menyembunyikan data dengan cara menukarkan fase asli segmen inisial dari sinyal suara dengan fase absolut dari sinyal watermark dengan tetap menjaga fase relatif antara segmen sinyal menggunakan beda fase segmen dari sinyal asli. Ketika beda fase antara sinyal asli dan sinyal yang dimodifikasi adalah kecil, maka perbedaan suara yang dihasilkan tidak terdeteksi oleh pendengaran manusia.
Selain metode Phase Coding, ada metode Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) yang telah diteliti oleh Fahamalathi (2008).
Metode DSSS memiliki ketahanan terhadap serangan resampling dan penambahan noise (Fahamalathi 2008). Pada penelitian ini akan diketahui kualitas watermarked audio yang dihasilkan dengan metode Phase Coding sekaligus membandingkan ketahanannya dengan metode DSSS. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
1 Menerapkan teknik audio watermarking dengan metode Phase Coding pada berkas audio berformat wave (*.wav).
2 Menganalisis kualitas berkas audio yang telah diberi watermark.
3 Menganalisis ketahanan berkas audio yang telah diberi watermark terhadap beberapa jenis serangan. Ketahanan dengan menggunakan metode Phase Coding dibandingkan dengan metode DSSS yaitu penelitian yang dilakukan oleh Fahamalathi (2008).
Ruang Lingkup
Ruang lingkup penelitian ini dibatasi pada: 1 Metode Phase Coding dengan menggunakan Fast Fourier Transform (FFT).
2 Berkas audio dan berkas watermark yang digunakan sama dengan penelitian Fahamalathi (2008).
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah:
1 Memberikan alternatif metode untuk teknik audio watermarking.
2 Mengetahui kualitas dan ketahanan berkas audio yang telah diberi watermark dengan metode Phase Coding.
TINJAUAN PUSTAKA
Digital Watermarking
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penggunaan teknologi data digital telah mengalami perkembangan yang pesat karena kelebihannya dalam penyimpanan data yang efisien, kemudahannya untuk dimanipulasi dan didistribusikan. Data digital berupa citra, audio, dan video merupakan aset komersial yang harus dikendalikan, didistribusikan, dan dilindungi. Pesatnya perkembangan transmisi data menimbulkan banyaknya penyalahgunaan data digital salah satunya seperti pelanggaran hak cipta atau pemalsuan kepemilikan data digital. Teknik digital watermarking merupakan salah satu solusi untuk perlindungan hak cipta dari suatu data digital. Teknik digital watermarking diterapkan pada berbagai data digital dengan memanfaatkan kekurangan-kekurangan sistem indera manusia seperti mata dan telinga.
Audio watermarking, bagian dari digital watermarking, adalah suatu proses penyisipan pesan yang berisikan informasi dari data audio seperti nama pencipta, tanggal pembuatan, tujuan, atau informasi lainnya tanpa mempengaruhi kualitas audio. Ada beberapa metode yang digunakan untuk melakukan watermarking pada data audio, salah satunya dengan metode Phase Coding.
Metode Phase Coding termasuk dalam kelompok teknik audio watermarking berbasis domain frekuensi yang bekerja dengan cara membuang komponen frekuensi tertentu atau menambahkan data sebagai noise dengan amplitudo rendah sehingga tidak terdengar. Phase Coding memanfaatkan kelemahan sistem pendengaran manusia yang secara umum tidak dapat mendengar suara pada amplitudo yang lebih lemah, suara yang lebih lemah akan diabaikan jika dua suara itu datang bersamaan. Ide dasar metode Phase Coding adalah menyembunyikan data dengan cara menukarkan fase asli segmen inisial dari sinyal suara dengan fase absolut dari sinyal watermark dengan tetap menjaga fase relatif antara segmen sinyal menggunakan beda fase segmen dari sinyal asli. Ketika beda fase antara sinyal asli dan sinyal yang dimodifikasi adalah kecil, maka perbedaan suara yang dihasilkan tidak terdeteksi oleh pendengaran manusia.
Selain metode Phase Coding, ada metode Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) yang telah diteliti oleh Fahamalathi (2008).
Metode DSSS memiliki ketahanan terhadap serangan resampling dan penambahan noise (Fahamalathi 2008). Pada penelitian ini akan diketahui kualitas watermarked audio yang dihasilkan dengan metode Phase Coding sekaligus membandingkan ketahanannya dengan metode DSSS. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
1 Menerapkan teknik audio watermarking dengan metode Phase Coding pada berkas audio berformat wave (*.wav).
2 Menganalisis kualitas berkas audio yang telah diberi watermark.
3 Menganalisis ketahanan berkas audio yang telah diberi watermark terhadap beberapa jenis serangan. Ketahanan dengan menggunakan metode Phase Coding dibandingkan dengan metode DSSS yaitu penelitian yang dilakukan oleh Fahamalathi (2008).
Ruang Lingkup
Ruang lingkup penelitian ini dibatasi pada: 1 Metode Phase Coding dengan menggunakan Fast Fourier Transform (FFT).
2 Berkas audio dan berkas watermark yang digunakan sama dengan penelitian Fahamalathi (2008).
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah:
1 Memberikan alternatif metode untuk teknik audio watermarking.
2 Mengetahui kualitas dan ketahanan berkas audio yang telah diberi watermark dengan metode Phase Coding.
TINJAUAN PUSTAKA
Digital Watermarking
2 itu watermark yang telah disisipkan tidak
dapat dipersepsi oleh indera manusia, tetapi dapat dideteksi oleh komputer dengan menggunakan kunci yang benar. Watermark yang telah disisipkan tidak dapat dihapus dari dalam data digital sehingga jika data digital tersebut disebar dan diduplikasi maka otomatis watermark di dalamnya akan ikut terbawa. Watermark di dalam data digital harus dapat diekstraksi kembali. Watermarking berguna untuk membuktikan kepemilikan, copyright protection, authentication, fingerprinting, dan tamper proofing.
Menurut Kipper (2004), berdasarkan persepsi manusia, watermarking dapat dibedakan menjadi:
1 Visible watermarking, watermark pada berkas digital terlihat dengan jelas.
2 Invisible watermarking, watermark pada berkas digital tidak terlihat.
Menurut Cvejic (2004), kriteria yang harus dipenuhi oleh aplikasi watermarking adalah: 1 Imperceptibility yaitu berkas hasil
penyisipan watermark harus dibuat semirip mungkin dengan berkas aslinya. 2 Robustness yaitu berkas hasil penyisipan
watermark harus tahan terhadap berbagai teknik manipulasi digital dan watermark harus dapat dideteksi kembali.
3 Security yaitu keberadaan watermark tidak mudah dideteksi dan dihilangkan. Keberadaan watermark seperti pada suatu teknik enkripsi, tidak dapat dirusak oleh pihak yang tidak berhak.
Digital Audio
Menurut Boomkamp (2003), suara adalah sebuah gelombang yang dilewatkan oleh sebuah medium dan sampai ke telinga manusia sehingga dapat didengarkan. Medium perantara yang biasa digunakan adalah udara. Karena gelombang suara adalah gelombang fisik, maka gelombang suara bersifat analog, sehingga untuk dapat diolah dengan peralatan elektronik, gelombang analog tersebut harus direpresentasikan dalam bentuk digital.
Digital audio adalah sinyal elektrik digunakan untuk membawa unsur bunyi. Istilah ini juga biasa digunakan untuk menjelaskan sistem yang berkaitan dengan proses perekaman dan transmisi yaitu sistem pengambilan/perekaman suara, sambungan
transmisi pembawa bunyi, amplifier dan lainnya.
Audio Watermarking
Audio watermarking, bagian dari digital watermarking, adalah suatu proses penyisipan informasi ke dalam data audio dan pengambilan informasi dari data audio tanpa mempengaruhi kualitas data audio tersebut. Informasi dari data audio bisa berupa nama pencipta, tanggal pembuatan, tujuan, dan data lain (Cvejic 2004). Menurut Bender et al. (1998), secara umum metode dalam audio watermarking berdasarkan domain penyisipannya dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu:
Domain Waktu
Metode ini bekerja dengan cara mengubah data audio yang akan disisipkan watermark. Contohnya dengan mengubah LSB (Least Significant Bit) dari data tersebut. Secara umum metode ini rentan terhadap proses kompresi, transmisi dan encoding. Beberapa metode yang termasuk dalam domain waktu adalah:
- Compressed-Domain Watermarking - Bit Dithering
- Amplitude Modulation - Echo Hiding
Domain Frekuensi
Metode ini bekerja dengan cara mengubah spectral content dari sinyal. Misalnya dengan cara membuang komponen frekuensi tertentu atau menambahkan data sebagai noise dengan amplitudo rendah sehingga tidak terdengar. Secara umum metode ini bekerja dengan cara mengubah spektrum frekuensi atau dengan cara menambah noise. Beberapa metode yang termasuk dalam domain frekuensi adalah: - Phase Coding
- Frequency Band Modification - Spread Spectrum
Metode Phase Coding
3 Phase Coding bekerja berdasarkan
karakteristik sistem pendengaran manusia HAS (Human Auditory System) yang mengabaikan suara yang lebih lemah jika dua suara itu datang bersamaan. Secara garis besar data watermark dibuat menjadi noise dengan amplitudo yang lebih lemah dibandingkan amplitudo data audio, lalu digabungkan (Bender et al 1996).
Ide dasar metode Phase Coding adalah menyembunyikan data dengan cara menukarkan fase asli segmen inisial dari sinyal suara dengan fase absolut dari sinyal watermark dengan tetap menjaga fase relatif antara segmen sinyal menggunakan beda fase segmen dari sinyal asli. Ketika beda fase antara sinyal asli dan sinyal yang dimodifikasi adalah kecil, maka perbedaan suara yang dihasilkan tidak terdeteksi oleh pendengaran manusia (Bender et al 1996).
Fast Fourier Transform (FFT)
Menurut Proakis dan Manolakis (1997), FFT merupakan algoritme yang efisien secara komputasional karena memanfaatkan dua sifat dasar yaitu sifat simetri dan sifat keperiodikan pada faktor fase.
FFT adalah algoritme transformasi Fourier yang dikembangkan dari algoritme Discrete Fourier Transform (DFT). Dengan FFT, laju komputasi dari perhitungan Fourier dapat ditingkatkan. FFT bekerja dengan membagi sinyal menjadi beberapa bagian kecil yang bertujuan untuk mendapatkan waktu proses yang lebih cepat. FFT mengonversi tiap frame dengan N sampel dari domain waktu menjadi domain frekuensi, yang dirumuskan pada Persamaan 1 berikut:
� = � �−2� / −1
=0
(1)
N berupa bilangan bulat 0, 1, 2, .., N-1, adalah banyaknya FFT poin, j digunakan untuk menotasikan unit imajiner, yaitu
1
j
dan Xn adalah bilangan kompleks.Peak Signal to Noise Ratio (PSNR)
Metode proses pengukuran kualitas audio akan dilakukan secara subjektif dan objektif. Cara subjektif yaitu dengan melakukan pengamatan langsung terhadap audio yang telah disisipi dan audio yang asli. Cara objektif akan memakai perhitungan nilai PSNR untuk mengukur rasio antara berkas audio asli dengan watermarked audio.
Menurut Pelton (1993), nilai PSNR yang rendah menunjukkan bahwa berkas audio telah mengalami distorsi yang cukup besar. Kualitas audio yang baik yaitu dengan nilai PSNR minimal 30 db. Perhitungan PSNR dapat dilihat pada Persamaan 2 dan Persamaan 3 :
� = 10 log10 �� 2
�
= 20 log10 ��� (2) Nilai MSE dapat dihitung dengan rumus:
�= 1 =0−1 =0−1 � , − � , 2 (3)
Bit Error Rate (BER)
Bit error rate didefinisikan sebagai perbandingan bit watermark hasil deteksi yang berbeda dari bit watermark yang disisipkan (Acevedo 2005). BER digunakan untuk menghitung persentase bit watermark yang dideteksi berbeda saat proses deteksi watermark. BER dihitung dengan menggunakan Persamaan 4.
� =100 1,� ≠ �( ) 0,� =�( )
−1
=0
(4)
dengan, B adalah jumlah bit watermark, w bit watermark yang disisipkan dan � bit watermark hasil deteksi (Gordy & Bruton 2000).
Serangan terhadap Audio Watermarking
Menurut Kipper (2004) serangan terhadap audio watermarking merupakan suatu teknik yang dapat digunakan untuk mengetahui ketahanan watermark pada watermarked audio yang dihasilkan. Watermark harus dapat dideteksi walaupun watermarked audio telah mengalami degradasi kualitas. Berikut ini adalah beberapa jenis serangan yang digunakan untuk menguji ketahanan watermarked audio:
Resampling
Adalah mengubah frekuensi sampling dari suatu berkas audio. Resampling bekerja dengan menransformasikan kembali berkas audio dari continous time ke discrete time (Rochesso 2007).
Cropping
4 akan menggunakan bantuan aplikasi
pemrosesan audio (Rochesso 2007). Penambahan Derau
Derau merupakan suara-suara yang tidak diinginkan. Munculnya derau dapat menurunkan kualitas suatu berkas audio. Penambahan derau dapat dilakukan pada dua domain yaitu domain waktu dan domain frekuensi. Penambahan derau pada domain waktu dilakukan dengan menambahkan sinyal data dengan frekuensi derau yang telah dimultiplikasi dengan amplitudo tertentu. Untuk penambahan derau pada domain frekuensi, dapat dilakukan dengan mengubah sinyal ke domain frekuensi menggunakan transformasi Fourier dan menambahkan sinyal hasil transformasi tersebut dengan frekuensi derau yang telah dimultiplikasi dengan amplitudo tertentu, kemudian ditransformasi lagi menjadi domain waktu dengan transformasi Fourier (Vawter 2005 dalam Fahamalathi 2008)
Time Stretching
Adalah operasi digital untuk mengubah kecepatan atau tempo dari sebuah sinyal. Salah satu metode time stretching yang umum digunakan yaitu phase vocoder
yang bekerja dengan
mengimplementasikan resampling pada data, lalu memanipulasi fase sinyal pada domain STFT (Short Time Fourier Transform). Manipulasi fase sinyal tersebut bersifat memecah sinyal menjadi beberapa kumpulan fase-fase yang kemudian disisipkan dengan fase semu untuk menghasilkan perlambatan. Hasil pengubahan fase tersebut kemudian disintesis kembali dengan menambahkan overlap pada data (Bernsee 1999 dalam Fahamalathi 2008)
Penyisipan kembali dengan metode Phase Coding (Multiple watermark).
Serangan ini dapat menguji apakah dengan metode Phase Coding dapat dilakukan pengekstraksian dari serangan multiple watermark. Penyisipan watermark dengan watermark kedua akan dilakukan di audio yang telah disisipi watermark dengan metode yang sama, dengan watermark yang sama dan juga watermark yang berbeda.
METODE PENELITIAN
Tahap-tahap yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah identifikasi masalah, studi pustaka, penentuan tujuan, latar belakang dan manfaat penelitian, implementasi, analisis hasil dan penarikan kesimpulan. Tahap implementasi metode Phase Coding secara garis besar terbagi menjadi 2 (dua) proses yaitu penyisipan watermark dan pengekstraksian watermark.
Setelah tahap implementasi dilakukan, dilanjutkan tahap analisis hasil yang berupa analisis kualitas dan analisis ketahanan dari watermarked audio sehingga dapat disimpulkan kinerja metode Phase Coding. Alur metode penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 1.
Selesai Identifikasi Masalah
Mulai
Studi Pustaka
Implementasi Metode Phase Coding (Penyisipan watermark
dan Pengekstraksian Watermark) Penentuan tujuan, latar belakang, ruang lingkup, dan manfaat penelitian.
Analisis Hasil
Penarikan Kesimpulan
Gambar 1 Alur metode penelitian.
4 akan menggunakan bantuan aplikasi
pemrosesan audio (Rochesso 2007). Penambahan Derau
Derau merupakan suara-suara yang tidak diinginkan. Munculnya derau dapat menurunkan kualitas suatu berkas audio. Penambahan derau dapat dilakukan pada dua domain yaitu domain waktu dan domain frekuensi. Penambahan derau pada domain waktu dilakukan dengan menambahkan sinyal data dengan frekuensi derau yang telah dimultiplikasi dengan amplitudo tertentu. Untuk penambahan derau pada domain frekuensi, dapat dilakukan dengan mengubah sinyal ke domain frekuensi menggunakan transformasi Fourier dan menambahkan sinyal hasil transformasi tersebut dengan frekuensi derau yang telah dimultiplikasi dengan amplitudo tertentu, kemudian ditransformasi lagi menjadi domain waktu dengan transformasi Fourier (Vawter 2005 dalam Fahamalathi 2008)
Time Stretching
Adalah operasi digital untuk mengubah kecepatan atau tempo dari sebuah sinyal. Salah satu metode time stretching yang umum digunakan yaitu phase vocoder
yang bekerja dengan
mengimplementasikan resampling pada data, lalu memanipulasi fase sinyal pada domain STFT (Short Time Fourier Transform). Manipulasi fase sinyal tersebut bersifat memecah sinyal menjadi beberapa kumpulan fase-fase yang kemudian disisipkan dengan fase semu untuk menghasilkan perlambatan. Hasil pengubahan fase tersebut kemudian disintesis kembali dengan menambahkan overlap pada data (Bernsee 1999 dalam Fahamalathi 2008)
Penyisipan kembali dengan metode Phase Coding (Multiple watermark).
Serangan ini dapat menguji apakah dengan metode Phase Coding dapat dilakukan pengekstraksian dari serangan multiple watermark. Penyisipan watermark dengan watermark kedua akan dilakukan di audio yang telah disisipi watermark dengan metode yang sama, dengan watermark yang sama dan juga watermark yang berbeda.
METODE PENELITIAN
Tahap-tahap yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah identifikasi masalah, studi pustaka, penentuan tujuan, latar belakang dan manfaat penelitian, implementasi, analisis hasil dan penarikan kesimpulan. Tahap implementasi metode Phase Coding secara garis besar terbagi menjadi 2 (dua) proses yaitu penyisipan watermark dan pengekstraksian watermark.
Setelah tahap implementasi dilakukan, dilanjutkan tahap analisis hasil yang berupa analisis kualitas dan analisis ketahanan dari watermarked audio sehingga dapat disimpulkan kinerja metode Phase Coding. Alur metode penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 1.
Selesai Identifikasi Masalah
Mulai
Studi Pustaka
Implementasi Metode Phase Coding (Penyisipan watermark
dan Pengekstraksian Watermark) Penentuan tujuan, latar belakang, ruang lingkup, dan manfaat penelitian.
Analisis Hasil
Penarikan Kesimpulan
Gambar 1 Alur metode penelitian.
5 Tabel 1 Daftar berkas audio
Jenis Nama Berkas Ukuran (KB)
Speech Intrumental Intrument-mix Full song
speech.wav instrumental.wav instrumen-mix.wav pop.wav
651 387 1.320
1.290
Berkas watermark yang akan disisipkan terdiri atas 2 berkas teks bertipe txt seperti yang digunakan pada penelitian Fahamalathi (2008). Daftar berkas watermark tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Daftar berkas watermark
Nama Berkas Isi
Watermark
Ukuran (bytes)
message1.txt
message2.txt sonyMusic Universal 4,096 4,096
Penyisipan Watermark
Proses penyisipan watermark memerlukan berkas original audio dan berkas watermark yang akan disisipkan sehingga menghasilkan watermarked audio yaitu audio yang telah disisipi watermark dan juga berkas kunci yang menyimpan variabel panjang watermark dan watermark itu sendiri. Berkas kunci tersebut dibutuhkan pada proses pengekstraksian watermark.
Berikut penjelasan dari langkah-langkah yang dilakukan pada alur proses penyisipan watermark:
1 Membagi urutan original audio menjadi N segmen, s[i], 0 ≤ i ≤ L-1, dimana setiap segmen memiliki panjang yang sama yaitu sebesar L (Gambar 2).
Gambar 2 Original audio yang dibagi menjadi N segmen.
2 Menghitung nilai FFT pada masing-masing segmen. Hasil dari perhitungan ini
adalah berupa X(k) untuk masing-masing
segmen dimana 0≤ k ≤ L-1.
3 Mendapatkan nilai amplitudo A dengan menggunakan Persamaan 5 sehingga menghasilkan amplitudo audio seperti pada Gambar 3 dan mendapatkan nilai fase
φ dengan menggunakan Persamaan 6 sehingga menghasilkan fase audio seperti pada Gambar 4. Nilai ak adalah bagian real dari nilai FFT dan nilai bk adalah bagian imaginer-nya.
= 2 + 2 (5)
Gambar 3 Amplitudo audio.
�= tan−1 (6)
Gambar 4 Fase audio.
4 Menghitung beda fase yang berdekatan, seperti pada Persamaan 7 sehingga menghasilkan fase audio seperti pada Gambar 5.
∆� +1 � =� +1 � − � � (7)
Gambar 5 Beda fase yang berdekatan. 5 Fase absolut dari sinyal data watermark
6 sebagai
Φ
data = π/2 atauΦ
data = -π/2 yangmerepresentasikan bit 1 atau 0.
6 Mensubstitusikan fase awal
Φ
'
0 dengan fase sinyal watermarkΦ
'
data sehingga menghasilkan perubahan fase audio seperti pada Gambar 6.Gambar 6 Substitusi watermark pada segmen awal.
7 Membuat matriks fase baru untuk N>0 dengan menggunakan beda fase untuk menjaga relativitas fase antara segmen audio dengan menggunakan Persamaan 8 sehingga menghasilkan fase watermarked audio seperti pada Gambar 7. Hal ini dilakukan untuk menjaga kesinambungan sinyal setelah proses modifikasi fase segmen awal.
(8)
Gambar 7 Fase audio yang telah diberi watermark.
8 Menghitung kembali nilai fase yang baru dan nilai amplitudo yang sudah dihitung sebelumnya untuk melakukan inverse FFT terhadap masing-masing segmen untuk mengembalikan sinyal ke domain waktu. Alur implementasi metode Phase Coding pada tahap penyisipan watermark dapat dilihat pada Gambar 8.
9
Original audio
Hitung panjang
watermarked audio (pj_audio)
Berkas watermark
Hitung panjang berkas watermark
(pj_berkas)
Hitung banyaknya segmen (N)
FFT
Hitung amplitudo dan fase original audio
Subsitusi fase pada segmen awal (N=0) dengan fase absolut
bit-bit watermark
Hitung nilai real dan imajiner baru
Inverse FFT
Watermarked audio
Perhitungan beda fase antara fase segmen yang berdekatan
Buat matriks fase untuk N>0
Konversi bi-bit
watermark ke biner
Berkas Kunci Mulai
Selesai
Gambar 8 Alur penyisipan watermark. Pengekstraksian Watermark
Pada tahap pengekstraksian watermark diperlukan watermarked audio dan berkas kunci yang dihasilkan ketika proses penyisipan. Pada pengekstraksian watermark ini akan menghasilkan isi dari berkas watermark yang disisipkan dan nilai BER (Bit Error Rate) hasil perbandingan dari watermark asal dan watermark hasil ekstraksi. Langkah-langkah yang dilakukan dalam proses pengekstraksian watermark adalah: 1 Membaca watermarked audio dan berkas
kunci lalu hitung panjang masing-masing. 2 Menghitung banyaknya segmen (N) pada
watermarked audio.
7 4 Mendapatkan nilai amplitudo dan fase dari
watermarked audio.
5 Mengonversi nilai fase pada segmen awal dengan π/2 menjadi bit 1 dan -π/2 menjadi bit 0. Proses ini merupakan kebalikan dari langkah 6 pada proses penyisipan watermark.
6 Hasil konversi merupakan bit-bit watermark yang disisipkan.
Alur implementasi metode Phase Coding pada tahap pengekstraksian watermark dapat dilihat pada Gambar 9.
7
Original audio
Hitung panjang
watermarked audio (pj_audio)
Berkas Kunci
Mendapatkan variabel panjang watermark
Hitung banyaknya segmen (N)
FFT
Hitung magnitude dan fase
watermarked audio
Konversi nilai fase pada segmen awal
Bit-bit watermark
Mulai
Selesai
Gambar 9 Alur pengekstraksian watermark. Analisis Hasil
Analisis hasil dilakukan dengan pengujian hasil implementasi. Pengujian dilakukan melalui dua cara yaitu secara subjektif dan objektif. Cara subjektif dilakukan untuk mendukung pengujian secara objektif. Cara subjektif dilakukan melalui pengamatan langsung terhadap original audio dan watermarked audio melalui teknik survei terhadap 30 responden dengan usia 20-30 tahun. Kuesioner evaluasi kualitas dapat dilihat pada Lampiran 2.
Kemudian hasil berkas watermarked audio dianalisis untuk mengetahui kualitas dan ketahanannya. Analisis yang dilakukan adalah:
1 Analisis kualitas, yaitu menganalisis kualitas watermarked audio melalui perhitungan PSNR dan didukung dengan hasil survei.
2 Analisis ketahanan, yaitu menganalisis hasil ekstraksi watermarked audio yang telah diberi serangan-serangan sesuai skenario uji.
Pengujian ketahanan watermarked audio dilakukan dengan cara membandingkan watermark asal dan watermark hasil ekstraksi dari watermarked audio setelah dilakukan beberapa serangan melalui nilai BER. Skenario uji untuk menguji ketahanan metode Phase Coding adalah:
1 Pada serangan resampling, perubahan frekuensi sampling yang digunakan adalah 16000 Hz dan 48000 Hz sedangkan frekuensi sampling berkas audio asal adalah 44100 Hz.
2 Pada serangan cropping, akan dilakukan pemotongan pada setengah bagian awal, setengah bagian tengah, dan setengah bagian akhir dari watermarked audio. Pemotongan dilakukan dengan bantuan aplikasi Cool Edit Pro 2.0.
3 Pada serangan penambahan derau dilakukan pada domain waktu dan domain frekuensi di sepanjang audio yang telah diberi watermark. Sinyal watermarked audio pada domain waktu akan ditambahkan noise dengan amplitudo yang kecil di sepanjang audio. Pada domain frekuensi, watermarked audio terlebih dahulu ditransformasi ke domain frekuensi menggunakan FFT lalu ditambah dengan noise pada bilangan real. Penambahan derau dilakukan dengan menambahkan derau pada rentang nilai di antara 0 dan 1, yaitu sebesar 0.1, 0.5, dan 0.9 pada watermarked audio.
4 Pada serangan time stretching, watermarked audio akan diperlambat dengan menggunakan metode phase vocoder. Metode ini menggunakan transformasi STFT yang mengonversi dari domain waktu ke domain frekuensi. 5 Pada serangan penyisipan kembali
8 kembali dengan bit-bit watermark yang
sama dan juga dengan bit-bit watermark yang berbeda. Penyisipan akan dilakukan di audio yang telah disisipi watermark dengan metode yang sama dengan watermark yang sama dan juga watermark yang berbeda.
Penarikan Kesimpulan
Setelah didapat hasil dari analisis hasil, dapat ditarik kesimpulan mengenai kualitas hasil teknik audio watermarking dengan menggunakan metode Phase Coding. Dari analisis ketahanan dapat ditarik kesimpulan mengenai ketahanan berkas watermarked audio dengan metode Phase Coding terhadap beberapa serangan pada skenario uji.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Implementasi Metode Phase Coding
Pada penelitian ini disediakan antar muka untuk memudahkan proses penyisipan watermark dan pengekstraksian watermark. Antar muka untuk audio watermarking dengan menggunakan metode Phase Coding dibuat dengan menggunakan Matlab 7.0.1. Antar muka untuk penyisipan watermark dapat dilihat pada Lampiran 3 dan antar muka untuk pengekstraksian watermark dapat dilihat pada Lampiran 4.
Pada penelitian ini dilakukan 10 (sepuluh) kali percobaan pada proses penyisipan watermark dan pengekstraksian watermark. Hal ini dilakukan untuk memastikan kisaran nilai PSNR dalam pengujian objektif dan juga menganalisis hasil ekstraksi watermark dari watermarked audio.
Analisis Kualitas
Hasil yang diperoleh dari proses penyisipan watermark adalah watermarked audio dan berkas kunci, sedangkan hasil dari pengekstraksian watermark adalah berkas teks watermark. Setelah penyisipan watermak, berkas watermarked audio akan dihitung kualitasnya melalui perhitungan PSNR untuk mengetahui adanya distorsi yang disebabkan oleh proses penyisipan watermark. Hasil perhitungan PSNR dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Hasil perhitungan PSNR (satuan db)
Nama Berkas Nilai PSNR (db)
speech.wav instrumental.wav instrumen-mix.wav pop.wav
105.114
41.9512 51.9716 35.1551Berdasarkan Tabel 3 dapat dilihat bahwa nilai PSNR dari masing-masing watermarked audio diatas 30 db sehingga dapat disimpulkan bahwa kualitas dari watermarked audio tersebut baik. Pengujian objektif melalui perhitungan PSNR tersebut akan didukung oleh pengujian secara subjektif melalui teknik survei.
Survei dilakukan dengan membagikan kuesioner kepada 30 responden. Responden diminta untuk mendengarkan berkas audio asli terlebih dahulu kemudian mendengarkan berkas watermarked audio menggunakan earphone, setelah itu responden membandingkan keduanya. Parameter yang dibandingkan adalah noise pada berkas watermarked audio. Parameter noise dibagi menjadi 2 (dua) kriteria yaitu ada noise dan tidak ada noise. Kriteria ada noise dipilih apabila responden dapat mendengar adanya noise pada watermarked audio. Kriteria tidak ada noise dipilih responden jika responden tidak mendengar noise sama sekali. Hasil survei tersebut dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10 Hasil pengujian subjektif. Berdasarkan hasil kuesioner pada Gambar 10, berkas watermarked audio yang dihasilkan memiliki kualitas yang baik dengan 82.5% tidak terdengar derau, sedangkan 17.5% hasil survei menyatakan bahwa berkas watermarked audio terdengar derau. Hasil pengujian secara subjektif ini ternyata
0 5 10 15 20 25 30 35
Berderau
8 kembali dengan bit-bit watermark yang
sama dan juga dengan bit-bit watermark yang berbeda. Penyisipan akan dilakukan di audio yang telah disisipi watermark dengan metode yang sama dengan watermark yang sama dan juga watermark yang berbeda.
Penarikan Kesimpulan
Setelah didapat hasil dari analisis hasil, dapat ditarik kesimpulan mengenai kualitas hasil teknik audio watermarking dengan menggunakan metode Phase Coding. Dari analisis ketahanan dapat ditarik kesimpulan mengenai ketahanan berkas watermarked audio dengan metode Phase Coding terhadap beberapa serangan pada skenario uji.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Implementasi Metode Phase Coding
Pada penelitian ini disediakan antar muka untuk memudahkan proses penyisipan watermark dan pengekstraksian watermark. Antar muka untuk audio watermarking dengan menggunakan metode Phase Coding dibuat dengan menggunakan Matlab 7.0.1. Antar muka untuk penyisipan watermark dapat dilihat pada Lampiran 3 dan antar muka untuk pengekstraksian watermark dapat dilihat pada Lampiran 4.
Pada penelitian ini dilakukan 10 (sepuluh) kali percobaan pada proses penyisipan watermark dan pengekstraksian watermark. Hal ini dilakukan untuk memastikan kisaran nilai PSNR dalam pengujian objektif dan juga menganalisis hasil ekstraksi watermark dari watermarked audio.
Analisis Kualitas
Hasil yang diperoleh dari proses penyisipan watermark adalah watermarked audio dan berkas kunci, sedangkan hasil dari pengekstraksian watermark adalah berkas teks watermark. Setelah penyisipan watermak, berkas watermarked audio akan dihitung kualitasnya melalui perhitungan PSNR untuk mengetahui adanya distorsi yang disebabkan oleh proses penyisipan watermark. Hasil perhitungan PSNR dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Hasil perhitungan PSNR (satuan db)
Nama Berkas Nilai PSNR (db)
speech.wav instrumental.wav instrumen-mix.wav pop.wav
105.114
41.9512 51.9716 35.1551Berdasarkan Tabel 3 dapat dilihat bahwa nilai PSNR dari masing-masing watermarked audio diatas 30 db sehingga dapat disimpulkan bahwa kualitas dari watermarked audio tersebut baik. Pengujian objektif melalui perhitungan PSNR tersebut akan didukung oleh pengujian secara subjektif melalui teknik survei.
Survei dilakukan dengan membagikan kuesioner kepada 30 responden. Responden diminta untuk mendengarkan berkas audio asli terlebih dahulu kemudian mendengarkan berkas watermarked audio menggunakan earphone, setelah itu responden membandingkan keduanya. Parameter yang dibandingkan adalah noise pada berkas watermarked audio. Parameter noise dibagi menjadi 2 (dua) kriteria yaitu ada noise dan tidak ada noise. Kriteria ada noise dipilih apabila responden dapat mendengar adanya noise pada watermarked audio. Kriteria tidak ada noise dipilih responden jika responden tidak mendengar noise sama sekali. Hasil survei tersebut dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10 Hasil pengujian subjektif. Berdasarkan hasil kuesioner pada Gambar 10, berkas watermarked audio yang dihasilkan memiliki kualitas yang baik dengan 82.5% tidak terdengar derau, sedangkan 17.5% hasil survei menyatakan bahwa berkas watermarked audio terdengar derau. Hasil pengujian secara subjektif ini ternyata
0 5 10 15 20 25 30 35
Berderau
9 mendukung pengujian secara objektif yang
menyatakan bahwa kualitas watermarked audio baik karena secara pendengaran tidak terdapat perbedaan yang nyata antara original audio dan watermarked audio.
Setelah itu dilakukan perhitungan persentase bit error watermark (BER). Persentase bit error watermark pada berkas watermark dalam watermarked audio tanpa serangan akan dibandingkan dengan persentase bit error watermark pada berkas watermark dalam original audio. Hasil ekstraksi dari watermarked audio tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Hasil ekstraksi watermarked audio
Nama Berkas Watermark Asal Hasil Ekstraksi speech.wav sonyMusic sonyMusic instrumental.
wav sonyMusic sonyMusic
instrumen-mix.wav
sonyMusic sonyMusic
pop.wav sonyMusic sonyMusic Berdasarkan hasil proses pengekstraksian watermark, watermark hasil ekstraksi sama dengan watermark yang disisipkan, terbukti dengan nilai BER masing-masing sebesar 0%. Dengan demikian metode Phase Coding terbukti dapat berjalan dengan baik karena mengekstraksi watermark yang disisipkan. Analisis Ketahanan
Pengujian ketahanan watermark dilakukan dengan cara pengekstrasian watermark dari watermarked audio setelah dilakukan beberapa serangan.
Setelah itu berkas watermarked audio diberikan beberapa serangan lalu berkas watermark-nya akan diekstraksi untuk kemudian diuji ketahanannya terhadap beberapa jenis serangan, yaitu resampling, cropping, penambahan derau, time stretching dan multiple watermark dengan metode yang sama.
Uji Ketahanan Watermarked Audio melalui Serangan Resampling
Uji ketahanan terhadap serangan resampling dilakukan terhadap watermarked audio dengan mengubah nilai sampling watermarked audio menggunakan aplikasi bantuan, Cool Edit Pro 2.0. Berkas watermarked audio tersebut akan di resampling dari 44100 Hz menjadi 16000 Hz dan 48000 Hz. Durasi berkas watermarked
audio yang di-resampling sebesar 16000 Hz akan menjadi lebih lama, sedangkan resampling sebesar 48000 Hz akan membuat durasinya menjadi lebih cepat. Serangan resampling ini dimaksudkan untuk menguji ketahanan metode Phase Coding apabila watermarked audio diubah frekuensi samplingnya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa hasil watermark yang terekstraksi tidak mengalami perubahan yaitu sama dengan watermark asal yang disisipkan dan adanya perubahan watermarked audio pada saat pemutaran kembali. Untuk lebih jelasnya, hasil uji ketahanan terhadap serangan ini dapat dilihat pada Lampiran 5.
Dari pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa metode Phase Coding tahan terhadap serangan resampling karena menghasilkan watermark hasil ekstraksi yang sama dengan berkas watermark yang disisipkan. Serangan resampling hanya mengubah jumlah sampel per detik dari berkas watermarked audio sehingga tidak mempengaruhi nilai fase dari berkas audio dan menghasilkan nilai BER masing-masing 0%.
Uji Ketahanan Watermarked Audio melalui Serangan Cropping
Uji ketahanan terhadap serangan cropping dilakukan terhadap watermarked audio dengan mengubah ukuran watermarked audio menggunakan aplikasi bantuan, Cool Edit Pro 2.0. Berkas watermarked audio tersebut melalui proses cropping di 1/2 bagian awal, 1/2 bagian tengah dan juga 1/2 bagian akhir. Serangan cropping ini dimaksudkan untuk menguji ketahanan metode Phase Coding apabila watermarked audio dipotong durasinya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa hasil watermark yang terekstraksi mengalami perubahan yaitu berbeda dengan watermark asal yang disisipkan dan adanya perubahan watermarked audio pada saat pemutaran kembali. Untuk lebih jelasnya, hasil uji ketahanan terhadap serangan ini dapat dilihat pada Lampiran 6.
10 audio dan pemotongan tersebut
mempengaruhi nilai fase dari watermarked audio sehingga berkas watermark hasil ekstraksi berbeda dengan berkas watermark asal dan menghasilkan nilai BER masing-masing di atas 0%.
Uji Ketahanan Watermarked Audio melalui Serangan Penambahan Derau
Uji ketahanan terhadap serangan penambahan derau dilakukan terhadap watermarked audio dengan menambahkan derau pada watermarked audio dengan menggunakan fungsi yang dijalankan di Matlab. Serangan penambahan derau ini dimaksudkan untuk menguji ketahanan metode Phase Coding apabila watermarked audio dtambahkan derau sebesar 0.1, 0.5, dan 0.9 baik pada domain waktu dan juga domain frekuensi. Hasil pengujian menunjukkan bahwa hasil watermark yang terekstraksi tidak mengalami perubahan yaitu sama dengan watermark asal yang disisipkan dan adanya derau pada watermarked audio saat pemutaran kembali. Untuk lebih jelasnya, hasil uji ketahanan terhadap serangan ini dapat dilihat pada Lampiran 7, Lampiran 8, dan Lampiran 9.
Dari pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa metode Phase Coding tahan terhadap serangan penambahan derau pada domain waktu dan domain frekuensi dengan derau yang kecil, dalam hal ini tahan terhadap penambahan derau 0.1 dan 0.5 karena berkas watermark pada watermarked audio tidak terpengaruh oleh penambahan derau tersebut. Dengan demikian watermark asal dapat diekstraksi kembali. Hal tersebut dapat dilihat dari hasil ekstraksi yang masih sama dengan watermark asal dengan nilai BER masing-masing 0%. Untuk penambahan derau 0.9, berkas watermark tidak dapat diekstraksi secara sempurna karena penambahan derau yang relatif besar mempengaruhi nilai fase dari berkas watermarked audio dan menghasilkan nilai BER diatas 0%.
Uji Ketahanan Watermarked Audio melalui Serangan Time Stretching
Uji ketahanan terhadap serangan time stretching dilakukan terhadap watermarked audio dengan mengubah durasi watermarked audio menggunakan fungsi phase vocoder yang dijalankan di Matlab. Serangan time stretching ini dimaksudkan untuk menguji ketahanan metode Phase Coding apabila watermarked audio diubah durasinya. Hasil
pengujian menunjukkan bahwa hasil watermark yang terekstraksi tidak mengalami perubahan yaitu sama dengan watermark asal yang disisipkan dan adanya perubahan pitch dan tempo pada watermarked audio saat pemutaran kembali. Untuk lebih jelasnya, hasil uji ketahanan terhadap serangan ini dapat dilihat pada Lampiran 10.
Dari pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa metode Phase Coding tidak tahan terhadap serangan time stretching karena berkas watermark yang disisipkan tidak lagi berkumpul pada segmen awal fase watermarked audio. Dengan demikian watermark asal tidak dapat diekstraksi kembali. Hal ini disebabkan oleh metode Phase Coding, berkas watermark harus berkumpul pada segmen awal fase audio agar dapat diekstrasi kembali sedangkan serangan time stretching merupakan proses perlambatan durasi dan peregangan audio sehingga berkas watermark tidak bisa diekstraksi kembali dan menghasilkan nilai BER masing-masing diatas 0%.
Uji Ketahanan Watermarked Audio melalui Serangan Multiple Watermark dengan Metode Phase Coding
Uji ketahanan terhadap serangan multiple watermark dilakukan terhadap watermarked audio dengan menyisipkan kembali watermark yang sama dan watermark yang berbeda melalui aplikasi yang dibuat di Matlab. Serangan multiple watermark dengan metode yang sama dimaksudkan untuk menguji ketahanan metode Phase Coding apabila watermarked audio disisipi watermark kembali, baik dengan watermark yang sama ataupun dengan watermark yang berbeda. Hasil ekstraksi dengan penyisipan watermark yang sama menunjukkan bahwa watermark yang terekstraksi tidak mengalami perubahan. Hasil ekstraksi dengan penyisipan watermark yang berbeda menunjukkan bahwa watermark yang terekstraksi mengalami perubahan, mengikuti watermark yang kedua. Untuk watermarked audio tidak terdapat derau pada saat pemutaran kembali. Untuk lebih jelasnya, hasil uji ketahanan terhadap serangan ini dapat dilihat pada Lampiran 11 dan Lampiran 12.
11 demikian berarti watermark asal bisa ditimpa
dengan watermark baru. Hal ini disebabkan oleh metode Phase Coding hanya mensubstitusi nilai pada fase awal segmen tertentu sehingga ketika disisipi kembali dengan berkas watermark lain maka nilai fase lama tergantikan dengan nilai fase baru yaitu fase absolut dari bit-bit berkas watermark yang baru.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis yang dilakukan pada penelitian ini, kesimpulan yang diperoleh sebagai berikut:
1 Metode Phase Coding dapat digunakan sebagai teknik audio watermarking karena berhasil diterapkan pada berkas audio bertipe wave (.wav) dengan berkas watermark berformat teks.
2 Metode Phase Coding menghasilkan kualitas yang baik pada berkas watermarked audio, karena nilai PSNR masing-masing audio tersebut diatas 30 db.
3 Metode Phase Coding berhasil mengekstraksi watermark yang terkandung di dalam audio yang telah diberi watermark dengan nilai BER = 0%. 4 Metode Phase Coding memiliki ketahanan
terhadap serangan resampling dan penambahan derau tetapi tidak tahan terhadap serangan cropping, time stretching, dan multiple watermark dengan metode yang sama.
5 Metode ini memiliki tingkat ketahanan yang sama jika dibandingkan dengan metode DSSS pada penelitian Fahamalathi (2008).
Saran
Saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah:
1 Pengujian ketahanan dapat diujikan dengan menggunakan serangan lain. 2 Dalam melakukan teknik audio
watermarking dapat menggunakan berkas audio dan berkas watermark dengan format yang berbeda.
3 Dengan tujuan meningkatkan ketahanan terhadap serangan, proses penyisipan watermark pada metode Phase Coding dapat dikembangkan dengan cara melakukan penyisipan watermark tidak hanya di awal segmen fase audio tetapi bisa dilakukan pada segmen lain atau penyisipan watermark bisa dilakukan secara menyebar.
DAFTAR PUSTAKA
Oppenheim AV, Schafer RW. 1988. Digital Signal Processing. New Delhi: Prentice Hall of India Private Limited. Bender W, Gruhl D, Norimoto N, Lu A. 1996.
Techniques For Data Hiding. IBM Systems Journal 35: 325-326.
Boomkamp J. 2004. The Theory of Digital Sound. [terhubung berkala]. http://www.ibiblio.org/thammer/Hamm erSound/audiobasics/audiobasics.html. [4 April 2011].
Cvejic N. 2004. Algorithms For Audio Watermarking And Steganography. [terhubung berkala]. http:// www.cmlab.csie.ntu.edu.tw/cml/cvejic. pdf. [23 Juli 2009].
Fahamalathi F. 2008. Pengimplementasian Metode DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) untuk Audio Watermarking [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Gordy JD. 2000. Performance Evaluation of Digital Watermarking Algorithms [tesis]. Kanada: The University Of Calgary.
Kipper G. 2004. Investigator's guide to steganography. Washington D.C.: Auerbach Publications.
Pelton G. 1993. Voice processing. Singapore: McGraw-Hill.
Proakis JG, Manolakis DG. 1997. Digital Signal Processing; Principles, Algorithms, and Applications 3e. New Jersey: Prentice Hall, Inc.
11 demikian berarti watermark asal bisa ditimpa
dengan watermark baru. Hal ini disebabkan oleh metode Phase Coding hanya mensubstitusi nilai pada fase awal segmen tertentu sehingga ketika disisipi kembali dengan berkas watermark lain maka nilai fase lama tergantikan dengan nilai fase baru yaitu fase absolut dari bit-bit berkas watermark yang baru.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis yang dilakukan pada penelitian ini, kesimpulan yang diperoleh sebagai berikut:
1 Metode Phase Coding dapat digunakan sebagai teknik audio watermarking karena berhasil diterapkan pada berkas audio bertipe wave (.wav) dengan berkas watermark berformat teks.
2 Metode Phase Coding menghasilkan kualitas yang baik pada berkas watermarked audio, karena nilai PSNR masing-masing audio tersebut diatas 30 db.
3 Metode Phase Coding berhasil mengekstraksi watermark yang terkandung di dalam audio yang telah diberi watermark dengan nilai BER = 0%. 4 Metode Phase Coding memiliki ketahanan
terhadap serangan resampling dan penambahan derau tetapi tidak tahan terhadap serangan cropping, time stretching, dan multiple watermark dengan metode yang sama.
5 Metode ini memiliki tingkat ketahanan yang sama jika dibandingkan dengan metode DSSS pada penelitian Fahamalathi (2008).
Saran
Saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah:
1 Pengujian ketahanan dapat diujikan dengan menggunakan serangan lain. 2 Dalam melakukan teknik audio
watermarking dapat menggunakan berkas audio dan berkas watermark dengan format yang berbeda.
3 Dengan tujuan meningkatkan ketahanan terhadap serangan, proses penyisipan watermark pada metode Phase Coding dapat dikembangkan dengan cara melakukan penyisipan watermark tidak hanya di awal segmen fase audio tetapi bisa dilakukan pada segmen lain atau penyisipan watermark bisa dilakukan secara menyebar.
DAFTAR PUSTAKA
Oppenheim AV, Schafer RW. 1988. Digital Signal Processing. New Delhi: Prentice Hall of India Private Limited. Bender W, Gruhl D, Norimoto N, Lu A. 1996.
Techniques For Data Hiding. IBM Systems Journal 35: 325-326.
Boomkamp J. 2004. The Theory of Digital Sound. [terhubung berkala]. http://www.ibiblio.org/thammer/Hamm erSound/audiobasics/audiobasics.html. [4 April 2011].
Cvejic N. 2004. Algorithms For Audio Watermarking And Steganography. [terhubung berkala]. http:// www.cmlab.csie.ntu.edu.tw/cml/cvejic. pdf. [23 Juli 2009].
Fahamalathi F. 2008. Pengimplementasian Metode DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) untuk Audio Watermarking [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Gordy JD. 2000. Performance Evaluation of Digital Watermarking Algorithms [tesis]. Kanada: The University Of Calgary.
Kipper G. 2004. Investigator's guide to steganography. Washington D.C.: Auerbach Publications.
Pelton G. 1993. Voice processing. Singapore: McGraw-Hill.
Proakis JG, Manolakis DG. 1997. Digital Signal Processing; Principles, Algorithms, and Applications 3e. New Jersey: Prentice Hall, Inc.
IMPLEMENTASI TEKNIK AUDIO WATERMARKING
DENGAN METODE PHASE CODING
AYI DIANITASARI
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
11 demikian berarti watermark asal bisa ditimpa
dengan watermark baru. Hal ini disebabkan oleh metode Phase Coding hanya mensubstitusi nilai pada fase awal segmen tertentu sehingga ketika disisipi kembali dengan berkas watermark lain maka nilai fase lama tergantikan dengan nilai fase baru yaitu fase absolut dari bit-bit berkas watermark yang baru.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis yang dilakukan pada penelitian ini, kesimpulan yang diperoleh sebagai berikut:
1 Metode Phase Coding dapat digunakan sebagai teknik audio watermarking karena berhasil diterapkan pada berkas audio bertipe wave (.wav) dengan berkas watermark berformat teks.
2 Metode Phase Coding menghasilkan kualitas yang baik pada berkas watermarked audio, karena nilai PSNR masing-masing audio tersebut diatas 30 db.
3 Metode Phase Coding berhasil mengekstraksi watermark yang terkandung di dalam audio yang telah diberi watermark dengan nilai BER = 0%. 4 Metode Phase Coding memiliki ketahanan
terhadap serangan resampling dan penambahan derau tetapi tidak tahan terhadap serangan cropping, time stretching, dan multiple watermark dengan metode yang sama.
5 Metode ini memiliki tingkat ketahanan yang sama jika dibandingkan dengan metode DSSS pada penelitian Fahamalathi (2008).
Saran
Saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah:
1 Pengujian ketahanan dapat diujikan dengan menggunakan serangan lain. 2 Dalam melakukan teknik audio
watermarking dapat menggunakan berkas audio dan berkas watermark dengan format yang berbeda.
3 Dengan tujuan meningkatkan ketahanan terhadap serangan, proses penyisipan watermark pada metode Phase Coding dapat dikembangkan dengan cara melakukan penyisipan watermark tidak hanya di awal segmen fase audio tetapi bisa dilakukan pada segmen lain atau penyisipan watermark bisa dilakukan secara menyebar.
DAFTAR PUSTAKA
Oppenheim AV, Schafer RW. 1988. Digital Signal Processing. New Delhi: Prentice Hall of India Private Limited. Bender W, Gruhl D, Norimoto N, Lu A. 1996.
Techniques For Data Hiding. IBM Systems Journal 35: 325-326.
Boomkamp J. 2004. The Theory of Digital Sound. [terhubung berkala]. http://www.ibiblio.org/thammer/Hamm erSound/audiobasics/audiobasics.html. [4 April 2011].
Cvejic N. 2004. Algorithms For Audio Watermarking And Steganography. [terhubung berkala]. http:// www.cmlab.csie.ntu.edu.tw/cml/cvejic. pdf. [23 Juli 2009].
Fahamalathi F. 2008. Pengimplementasian Metode DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) untuk Audio Watermarking [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Gordy JD. 2000. Performance Evaluation of Digital Watermarking Algorithms [tesis]. Kanada: The University Of Calgary.
Kipper G. 2004. Investigator's guide to steganography. Washington D.C.: Auerbach Publications.
Pelton G. 1993. Voice processing. Singapore: McGraw-Hill.
Proakis JG, Manolakis DG. 1997. Digital Signal Processing; Principles, Algorithms, and Applications 3e. New Jersey: Prentice Hall, Inc.
12
http://www.scienze.univr.it [29
September 2009].
Vawter J, Wood I. 2005. Audio watermarking.
[terhubung berkala].
IMPLEMENTASI TEKNIK AUDIO WATERMARKING
DENGAN METODE PHASE CODING
AYI DIANITASARI
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
ABSTRACT
AYI DIANITASARI. The Implementation of Audio Watermarking Technique using Phase Coding Method. Supervised by SHELVIE NIDYA NEYMAN.
Today, digital data has substituted analog data in various applications. The digital data is easier to make, manipulate and distribute, these are the advantages of the digital data. Otherwise, copyright protection is one of the problems using the digital data. The wider of the use of computer network and technology make digital data easier to distribute illegally at the lower cost and qualified content. This problem could be handled by the digital watermarking, a technology which allows a secret message to be hidden in digital data, without the detection of a user. The watermark is not apparent to the user, and does not affect in any way, the use of the original data.
Audio watermarking is the part of digital watermarking. Audio watermarking is the information insertion process to the audio and the extraction process to retrieve the information without influence the audio quality. In this research, implemented audio watermarking to the wav audio data using Phase Coding method that works in the frequency domain. The phase coding method works by substituting the phase of an initial audio segment with a reference phase that represents the watermark data.
Phase coding method resulted the PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) value as the quality measurement. Based on the analysis result, the watermarked audio quality using this method is above 30 db and the watermark file can be extracted in the value of BER (Bit Error Rate) = 0%. Phase coding method has passed 5 (five) attacks as an analysis benchmarking, the attacks are resampling, cropping, noise addition, time stretching, and multiple watermark with the same information and also different information. Based on the analysis benchmarking result, phase coding method only robust to the resampling and noise addition attacks. This audio watermarking technique using phase coding method implemented using Matlab 7.0.1
IMPLEMENTASI TEKNIK AUDIO WATERMARKING
DENGAN METODE PHASE CODING
AYI DIANITASARI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer pada
Program Studi Ilmu Komputer
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul : Implementasi Teknik Audio Watermarking dengan Metode Phase Coding Nama : Ayi Dianitasari
NRP : G64076011
Disetujui, Pembimbing
Shelvie Nidya Neyman, S.Kom., M.Si. NIP. 19760917 200501 2 001
Ketua Departemen Ilmu Komputer Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Dr. Ir. Sri Nurdiati, M.Sc. NIP. 19601126 198601 2 001
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 13 April 1985. Penulis merupakan anak ketiga dari tiga bersaudara, pasangan (Alm) Yusuf Dachlan dan Siti Saodah.
PRAKATA
Bismillahirrahmanirrahim,
Puji syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga skripsi ini bisa diselesaikan. Shalawat dan salam semoga Allah limpahkan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarganya, sahabatnya, serta umatnya.
Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Ilmu Komputer, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor dan disusun berdasarkan hasil penelitian dengan tema Implementasi Teknik Audio Watermarking dengan Metode Phase Coding. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak sehingga terselesaikannya skripsi ini, diantaranya:
1 Orang tua dan keluarga tercinta, atas segala doa, kasih sayang, perhatian, semangat, dan dukungannya.
2 Ibu Shelvie Nidya Neyman, S.Kom., M.Si., selaku dosen pembimbing yang telah membantu memberikan bimbingan, saran, dan motivasi.
3 Bapak Dr. Sugi Guritman dan Bapak Endang Purnama Giri S.Kom., M.Si., selaku dosen penguji.
4 Seluruh staf pengajar dan karyawan Departemen Ilmu Komputer FMIPA IPB.
5 Annissa Zahara dan Besties, terima kasih atas persahabatannya selama ini dan insya Allah sampai nanti.
6 Anggi Haryo Saksono, Imam Prasetio, Jaka Prawira dan seluruh teman-teman Ekstensi Ilmu Komputer angkatan kedua yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Terima kasih atas kebersamaan dan dukungannya selama ini, dan
7 Para responden yang telah membantu mengisi kuesioner. Semoga skripsi ini bermanfaat.
Bogor, Juli 2011
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR LAMPIRAN ...
vi
PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang ... 1 Tujuan Penelitian ... 1 Ruang Lingkup ... 1 Manfaat Penelitian ... 1
TINJAUAN PUSTAKA ... 1 Digital Watermarking ... 1 Digital Audio ... 2 Audio Watermarking ... 2 Metode Phase Coding ... 2 Fast Fourier Transform (FFT) ... 3 Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) ... 3 Bit Error Rate (BER) ... 3 Serangan terhadap Audio Watermarking ... 3
METODE PENELITIAN ... 4 Penyisipan Watermark ... 5 Pengekstraksian Watermark ... 6 Analisis Hasil ...
7
Penarikan Kesimpulan ... 8HASIL DAN PEMBAHASAN ... 8 Implementasi Metode Phase Coding ... 8 Analisis Kualitas ... 8 Analisis Ketahanan ... 9 Uji Ketahanan Watermarked Audio melalui Serangan Resampling ... 9 Uji Ketahanan Watermarked Audio melalui Serangan Cropping ... 9 Uji Ketahanan Watermarked Audio melalui Serangan Penambahan Derau ... 10 Uji Ketahanan Watermarked Audio melalui Serangan Time Stretching ... 10 Uji Ketahanan Watermarked Audio melalui Serangan Multiple Watermark dengan Metode Phase Coding ... 10
KESIMPULAN DAN SARAN ... 11 Kesimpulan ... 11 Saran ... 11
vi
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1 Alur metode penelitian. ... 4 2 Original audio yang dibagi menjadi N segmen. ... 5 3 Amplitudo audio. ... 5 4 Fase audio. ... 5 5 Beda fase yang berdekatan. ... 5 6 Substitusi watermark pada segmen awal. ... 6 7 Fase audio yang telah diberi watermark. ... 6 8 Alur penyisipan watermark. ... 6 9 Alur pengekstraksian watermark... 7 10 Hasil pengujian subjektif. ... 8
DAFTAR TABEL
Halaman 1 Daftar berkas audio ... 5 2 Daftar berkas watermark ... 5 3 Hasil perhitungan PSNR (satuan db) ... 8 4 Hasil ekstraksi watermarked audio ... 9
DAFTAR LAMPIRAN
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penggunaan teknologi data digital telah mengalami perkembangan yang pesat karena kelebihannya dalam penyimpanan data yang efisien, kemudahannya untuk dimanipulasi dan didistribusikan. Data digital berupa citra, audio, dan video merupakan aset komersial yang harus dikendalikan, didistribusikan, dan dilindungi. Pesatnya perkembangan transmisi data menimbulkan banyaknya penyalahgunaan data digital salah satunya seperti pelanggaran hak cipta atau pemalsuan kepemilikan data digital. Teknik digital watermarking merupakan salah satu solusi untuk perlindungan hak cipta dari suatu data digital. Teknik digital watermarking diterapkan pada berbagai data digital dengan memanfaatkan kekurangan-kekurangan sistem indera manusia seperti mata dan telinga.
Audio watermarking, bagian dari digital watermarking, adalah suatu proses penyisipan pesan yang berisikan informasi dari data audio seperti nama pencipta, tanggal pembuatan, tujuan, atau informasi lainnya tanpa mempengaruhi kualitas audio. Ada beberapa metode yang digunakan untuk melakukan watermarking pada data audio, salah satunya dengan metode Phase Coding.
Metode Phase Coding termasuk dalam kelompok teknik audio watermarking berbasis domain frekuensi yang bekerja dengan cara membuang komponen frekuensi tertentu atau menambahkan data sebagai noise dengan amplitudo rendah sehingga tidak terdengar. Phase Coding memanfaatkan kelemahan sistem pendengaran manusia yang secara umum tidak dapat mendengar suara pada amplitudo yang lebih lemah, suara yang lebih lemah akan diabaikan jika dua suara itu datang bersamaan. Ide dasar metode Phase Coding adalah menyembunyikan data dengan cara menukarkan fase asli segmen inisial dari sinyal suara dengan fase absolut dari sinyal watermark dengan tetap menjaga fase relatif antara segmen sinyal menggunakan beda fase segmen dari sinyal asli. Ketika beda fase antara sinyal asli dan sinyal yang dimodifikasi adalah kecil, maka perbedaan suara yang dihasilkan tidak terdeteksi oleh pendengaran manusia.
Selain metode Phase Coding, ada metode Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) yang telah diteliti oleh Fahamalathi (2008).
Metode DSSS memiliki ketahanan terhadap serangan resampling dan penambahan noise (Fahamalathi 2008). Pada penelitian ini akan diketahui kualitas watermarked audio yang dihasilkan dengan metode Phase Coding sekaligus membandingkan ketahanannya dengan metode DSSS. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
1 Menerapkan teknik audio watermarking dengan metode Phase Coding pada berkas audio berformat wave (*.wav).
2 Menganalisis kualitas berkas audio yang telah diberi watermark.
3 Menganalisis ketahanan berkas audio yang telah diberi watermark terhadap beberapa jenis serangan. Ketahanan dengan menggunakan metode Phase Coding dibandingkan dengan metode DSSS yaitu penelitian yang dilakukan oleh Fahamalathi (2008).
Ruang Lingkup
Ruang lingkup penelitian ini dibatasi pada: 1 Metode Phase Coding dengan menggunakan Fast Fourier Transform (FFT).
2 Berkas audio dan berkas watermark yang digunakan sama dengan penelitian Fahamalathi (2008).
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah:
1 Memberikan alternatif metode untuk teknik audio watermarking.
2 Mengetahui kualitas dan ketahanan berkas audio yang telah diberi watermark dengan metode Phase Coding.
TINJAUAN PUSTAKA
Digital Watermarking
2 itu watermark yang telah disisipkan tidak
dapat dipersepsi oleh indera manusia, tetapi dapat dideteksi oleh komputer dengan menggunakan kunci yang benar. Watermark yang telah disisipkan tidak dapat dihapus dari dalam data digital sehingga jika data digital tersebut disebar dan diduplikasi maka otomatis watermark di dalamnya akan ikut terbawa. Watermark di dalam data digital harus dapat diekstraksi kembali. Watermarking berguna untuk membuktikan kepemilikan, copyright protection, authentication, fingerprinting, dan tamper proofing.
Menurut Kipper (2004), berdasarkan persepsi manusia, watermarking dapat dibedakan menjadi:
1 Visible watermarking, watermark pada berkas digital terlihat dengan jelas.
2 Invisible watermarking, watermark pada berkas digital tidak terlihat.
Menurut Cvejic (2004), kriteria yang harus dipenuhi oleh aplikasi watermarking adalah: 1 Imperceptibility yaitu berkas hasil
penyisipan watermark harus dibuat semirip mungkin dengan berkas aslinya. 2 Robustness yaitu berkas hasil penyisipan
watermark harus tahan terhadap berbagai teknik manipulasi digital dan watermark harus dapat dideteksi kembali.
3 Security yaitu keberadaan watermark tidak mudah dideteksi dan dihilangkan. Keberadaan watermark seperti pada suatu teknik enkripsi, tidak dapat dirusak oleh pihak yang tidak berhak.
Digital Audio
Menurut Boomkamp (2003), suara adalah sebuah gelombang yang dilewatkan oleh sebuah medium dan sampai ke telinga manusia sehingga dapat didengarkan. Medium perantara yang biasa digunakan adalah udara. Karena gelombang suara adalah gelombang fisik, maka gelombang suara bersifat analog, sehingga untuk dapat diolah dengan peralatan elektronik, gelombang analog tersebut harus direpresentasikan dalam bentuk digital.
Digital audio
