PERANGKAT LUNAK AUDIO WATERMARKING DENGAN
TEKNIK PHASE CODING
Yusup Jauhari Shandi, Mugie Setiawan
Sekolah Tinggi Manajemen Informatika dan Komputer LIKMI Jl. Ir. H. Djuanda 96 Bandung 40132
Email : ujshandi@gmail.com
Abstrak
Dalam era globalisasi ini, teknologi informasi sangat berkembang pesat ditambah dengan perkembangan internet dan perangkat lunak, sehingga berdampak pada pertukaran media berbasis digital seperti audio, dokumen dan gambar menjadi sangat riskan untuk diduplikasi dan diakui kepemilikannya selain pihak pembuat atau pemilik. Untuk mengatasi permasalahan tersebut dengan memanfaatkan kemajuan ilmu rekayasa perangkat lunak juga, dapat diterapkan dengan cara pembuatan perangkat lunak untuk pemberian watermark pada media digital khususnya berbasis audio berformat .mp3 dan .wav. Pemberian watermark sendiri berfungsi sebagai tanda hak cipta pemilik maupun informasi lain yang ingin disisipkan pada berkas audio. Watermark sebaiknya tidak terlihat untuk mencegah manipulasi oleh pihak lain. Pembuatan perangkat lunak ini menggunakan metode pengembangan model prototipe dan metode perancangan berorientasi objek termasuk pembuatan diagramnya menggunakan bantuan perangkat lunak StartUML seperti use case diagram, scenario use case, class diagram, dan activity diagram, untuk pembuatan perangkat lunak sendiri menggunakan perangkat lunak Visual Studio 2010.
Keyword : Watermarking, Phase Coding, media audio, model prototipe
1. PENDAHULUAN
Watermark seharusnya tidak diketahui oleh indra manusia seperti pendengaran dan penglihatan dikarenakan indra tersebut memiliki kelemahan sehingga dapat
dimanfaatkan untuk penerapan watermark, watermark juga harus tahan terhadap penyalinan beberapa kali tanpa merusak watermark yang telah disisipkan. Manfaat watermark antara lain tamper-proofing yaitu digunakan sebagai alat sebagai indikator bahwa file asli telah mengalami perubahan, feature location yaitu alat untuk mengidentifikasi isi data seperti penamaan objek tertentu dari objek lainnya pada citra digital, annotation/caption digunakan sebagai keterangan tentang data digital itu sendiri, copyright/labeling yaitu sebagai alat penyembunyian label hak cipta sebagai bukti nyata akan kepemilikan data digital.
Pada saat ini informasi dalam bentuk media begitu cepat dan mudah tersebar apalagi dengan adanya internet yang perkembangannya begitu pesat. Data digital pun begitu mudah diubah sehinggga dapat menimbulkan permasalahan pada kepemilikan informasi itu sendiri, sehingga teknik watermark pada data digital berjenis audio dapat dimanfaatkan, salah satu teknik pada audio watermark adalah
phase coding, teknik ini bekerja dengan memanfaatkan sistem pendengaran manusia yang akan mengabaikan suara yang lebih lemah dibandingkan suara yang lebih tinggi jika 2 suara itu berjalan bersamaan, jadi gelombang suara yang lebih lemah digabungkan dengan gelombang audio asli. Metode ini dapat dimanfaatkan untuk menyisipkan data audio dengan watermark berformat teks.
2. Landasan Teori
a. Rekayasa Perangkat Lunak
Rekayasa atau teknik adalah penerapan ilmu dan teknologi untuk menyelesaikan permasalahan manusia. Hal ini diselesaikan lewat pengetahuan, matematika, dan pengalam praktis yang diterapkan untuk mendesain objek atau proses yang berguna. Perkembangan ilmu pengetahuan inilah yang kemudian mengubah cara teknik bekerja hingga seperti sekarang ini. Orang tidak lagi begitu mengandalkan metode coba dan ralat dalam menciptakan atau mendesain peralatan, melainkan lebih mengutamakan ilmu pengetahuan sebagai dasar dalam mendesain (Simarmata,2010:10).
b. Object Oriented Programming (OOP)
Dalam deskripsi buku “An Object-Oriented Approach to Programming Logic and Design” karya Joyce Farrell memberikan definisi mengenai pemograman berorientasi objek sebagai berikut :
“Object-oriented programming (OOP) focuses on an application’s data and the methods you need to manipulate that data. With OOP,you consider the ocjects that a program will manipulate.OOP uses all of the familiar concepts of modular procedural programming,such as declaring variables and passing values to methods (Joyce Farrell,2012:253).”
Hal ini menjelaskan bahwa pemograman berorientasi objek (OOP) fokus pada data aplikasi dan metode – metode yang dibutuhkan untuk memanipulasi data, dengan OOP harus mempertimbangkan objek apa saja yang akan dimanipulasi oleh program. Pemograman berorientasi objek menggunakan semua konsep umum pada modul modul prosedur pemograman, seperti pendeklarasian variabel dan mengubah nilainya menjadi metode – metode. Metode pada pemograman berorientasi objek menggunakan sequence, selection, looping structures, dan menggunakan arrays.
c. Steganografi
Steganografi adalah ilmu dan seni menyembunyikan pesan rahasia sehingga keberadaan pesan tidak terdeteksi oleh indera manusia. Steganografi sangat kontras dengan kriptografi. Kriptografi merahasiakan makna pesan sementara eksistensi pesan tetap ada, sedangkan steganografi menutupi keberadaan pesan. Steganografi membutuhkan dua property, yaitu pesan dan media penampung. Media penampung yang umumnya dgunakan sekarang dapat berupa teks, suara, gambar, atau video. Sedangkan pesan yang disembunyikan dapat berupa teks, gambar, atau pesan lainnya.
Media Steganografi untuk menyembunyikan pesan tujuan sebagai kamuflase sebagai berikut :
1. Steganografi pada teks 2. Steganografi pada gambar 3. Steganografi pada audio
d. Watermarking
Watermarking merupakan suatu bentuk dari steganography (Ilmu yang mempelajari bagaimana menyembunyikan suatu data pada data yang lain), dalam mempelajari teknik-teknik bagaimana penyimpanan suatu data (digital) ke dalam data host digital yang lain (Istilah host digunakan untuk data / sinyal digital yang ditumpangi), tetapi orang lain tidak menyadari kehadiran adanya data tambahan pada data host. Jadi seolah-olah tidak ada perbedaan antara data
host sebelum dan sesudah proses watermark. Di samping itu data yang terwatermark harus tahan (robust) terhadap serangan-serangan baik secara sengaja maupun tidak sengaja untuk menghilangkan data watermark yang terdapat di dalamnya. Watermark juga harus tahan terhadap berbagai jenis pengolahan / proses digital yang tidak merusak kualitas data yang
ter-watermark.
Gambar 1 Skema Watermark Sumber : ( Fitriyani, 2010 :7)
Watermarking juga dapat dipandang sebagai kelanjutan cryptography, namun memiliki perbedaan pada letak hasil keluarannya. Hasil dari
cryptography biasanya berupa data yang berbada dari bentuk asalnya tetapi dapat dikembalikan ke bentuk semula, sedangkan hasil keluaran dari
watermarking bentuk persepsi yang hampir sama dengan bentuk aslinya, tentunya oleh persepsi indra manusia, tetapi tidak oleh komputer atau perangkat pengolah digital lainnya (Basaruddin,2009:2-3).
e. Digital Audio Watermarking
Konsep pada watermarking pada audio pada dasarnya menyisipkan sedikit informasi yang menunjukan kepemilikan, tujuan, atau data lain tanpa mempengaruhi kualitasnya, lalu informasi tersebut dapat diekstrak kembali, tetapi orang laing tidak menyadari keberadaan berkas yang telah disisipkan tersebut (Basaruddin, 2009). Jadi seolah-olah tidak ada perbedaan antara berkas asli dengan sebelum dan sesudah diwatermark. Pada proses watermark penyisipan berkas disebut encoding dan prose pengekstrakan disebut decoding. Sedangkan untuk ketahanannya tergantung pada metode-metode yang dipakai. Menurut Bender et al (1998) yang dikutip oleh Fitriyani (2010), secara umum metode dalam audio watermarking berdasarkan domain penyisipannya dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu:
1. Domain Waktu
Metode ini bekerja dengan cara mengubah data audio yang akan disisipkan watermark. Secara umum metode ini rentan terhadap proses kompresi, transmisi dan encoding. Beberapa metode yang termasuk dalam domain waktu adalah a. Compresses-Domain Watermarking b. Bit Dithering c. Amplitude Modulation d. Echo hiding 2. Domain Frekuensi
Metode ini bekerja dengan cara membuang komponen frekuensi tertentu atau menambahakan data sebagai noise dengan amplitude rendah sehingga tidak terdengar. Beberapa metode yang termasuk dalam domain frekuensi adalah :
a. Phase Coding
b. Frequency Band Modification
c. Spread Spectrum
d. Frequency Masking
f. Phase Coding
Metode ini bekerja dengan cara memisahkan berkas audio asli ke dalam blok-blok dan ditanamkan seluruh watermark ke dalam phase spectrum pada blok pertama. Metode ini menggunakan fitur yang lebih spesifik dibandingkan dengan metode LSB, pattern, statistical methods, patchwork methods, correlation of embedded noise. Berbeda dengan teknik echo hiding yang memanfaatkan pendengaran manusia yang kurang dapat menangkap suara yang lebih rendah setelah suara yang lebih tinggi terdengar. Phase coding memanfaatkan kelemahan manusia yang tidak dapat mendengar suara yang lebih rendah ketika suara itu terdengar bersamaan (Borko Furht,2008:979).
Phase coding bekerja lebih baik dibandingkan metode yang lain dalam mentolerasi noise. Dalam metode phase modulation ,phase alteration pada berkas audio asli dikontrol untuk mendapatkan impercepbility pada phase yang telah dimodifikasi.
Metode Phase Coding adalah metode menyembunyikan data pada berkas induk yaitu audio, yang memanfaatkan kelemahan pada pendengaran manusia menggantikan fase dari segmen awal audio dengan fase referensi yang mempresentasikan label watermark dan ditambahkan fase difrensial audio asli. Hal ini membangkitkan aliran biner secara random yang membentuk gelombang digital. Gelombang tersebut memiliki fase 1 atau 0.
Prosedur yang biasa dilakukan dalam watermarking adalah encoding dan decoding. Prosedur encoding yang biasa dilakukan pada teknik phase coding
adalah sebagai berikut
1. Membaca suara yang yang dimasukan dan pecah menjadi beberapa N bagian.
2. Mengaplikasikan DFT pada setiap N segmen dan transformasi menjadi
magnitude & phase pada setiap segmen. 3. Hitung perbedaan pada segmen yang berdekatan.
4. Hitung phase vector pada segmen sinyal pertama dengan π/2 jika encoded
adalah 0 atau -π/2 jika encoded bit adalah 1.
5. Hasil dari phase vector seharusnya merupakan penjumlahan dari phase vector terdahulu yang sudah tersimpan pada langkah 2.
6. Gunakan hasil phase vector pada langkah 5 dan magnitude pada langkah 2 dan aplikasikan inverse DFT untuk diubah menjadi stegosignal.
Saat proses encoding selesai akan menghasilkan the absolute phase pada
stegosignal yang berbeda dengan sinyal asli. Walaupun demikian, perbedaan yang dihasilkan memungkinkan berkas watermark yang telah disisipkan tidak terdengar.
Pada sisi decoding, beberapa sinkronasi harus telah dibuat sebelum tahap decoding sebelumnya. Panjang setiap segmen, yaitu nilai DFT, dan data interval harus telah diketahui oleh decoder. Decoder dapat menggunakan semua informasi itu untuk mengkalkulasi DFT untuk mendeteksi phase vector
pada bagian pertama sinyal audio, yang mana digunakan untuk encdoded message.
Proses decode memerlukan sinyal suara asli untuk melakukan pendeteksian. Langkah-langkah decoding sebagai berikut :
1. Ambil n bagian pertama dari sinyal suara dimana n adalah panjang segmen
encode yang diketahui,s[0]……s[n-1].Perhitungan hanya dilakukan
terhadap n elemen pertama sinyal karena data watermark disisipkan hanya di segmen awal sinyal suara asli.
2. Lakukan FFT terhadap n-1 sinyal tersebut, kemudian cari nilai fasenya (f) =tan-1(𝑏𝑘
𝑎𝑘), ak adalah nilai real dari FFT dan bk adalah nilai imaginer dari sinyal tersebut.
3. Konversi nilai fase yang didapatkan, π/2 menjadi bit 1 atau –π/2 menjadi bit 0 sebanyak panjang bit watermark. Hasil konversi nilai fase dibandingkan dengan nilai fase sinyal suara asli.
4. Didapatkan data bit-bit watermark sesuai dengan hasil konveri kemudian dibandingkan dengan bit-bit watermark asli untuk mengetahui kebenarannya.
3. Analisa dan Perancangan
Perangkat lunak ini pada dasarnya menyisipkan berkas watermark pada berkas audio lalu perangkat lunak ini juga dapat mengekstrak kembali berkas watermark yang telah disisipkan. Kemampuan pendukung perangkat lunak ini juga antara lain membuka berkas audio yang menjadi target watermark (berkas
penampung) dan watermark yang akan disisipi. Perangkat lunak watermark ini juga memakai teknik phase coding .
Untuk langkah pertama pengguna memilih berkas audio penampung, setelah terbuka oleh perangkat lunak, pengguna memilih tipe watermark yang akan disisipi pada perangkat lunak yang berisi informasi sesuai yang diinginkan oleh pengguna. Pada tahap ini proses penanaman dan pengekstrakan dapat dilakukan.
a. Usecase
Gambar 2 Use Case Diagram b. Class Diagram
Gambar 3 Use Case Diagram
c. Perancangan Antarmuka
Gambar 4
Rancangan Antarmuka Form Utama
Pada rancangan form utama terdapat menu open dan about, pada komponen menu terdapa submenu yang berisi form embed, form extract dan exit. Dimana didalam form embed terdapat beberapa tombol operasi untuk memprosesan penyisipan watermark dan pada form extract ketika dipilih didalamnya terdapat beberapa tombol operasi untuk mengekstrak berkas audio yang telah berhasil diproses. Pada menu about berisikan component dialog yang menginformasikan nama penulis, tanggal pembuatan perangkat lunak.
Open Open Open Open Extract Watermark Extract Watermark Extract Watermark Extract Watermark About About About About Form Utama Form Utama Form Utama Form Utama Form Embed Form Embed Form Embed Form Embed Form Extract Form Extract Form Extract Form Extract Exit Exit Exit Exit Open Open Open Open
4. Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan dan pengujian fungsi dari bab-bab terdahulu dan teori yang telah ada dalam pembuatan perangkat lunak audio watermarking dengan teknik phase coding dapat ditarik disimpulkan bahwa :
1. Penyisipan berkas pada pembuatan perangkat lunak ini berhasil dilakukan memanfaatkan teknik phase coding dengan mengubah berkas audio digital menjadi data byte lalu mengganti header audio dengan berkas watermark dalam bentuk data byte selain berkas watermark, kata sandi dan tipe berkas watermark juga disisipkan untuk digunakan saat pengekstrakan, namun apabila berkas watermark melebihi dari ukuran berkas penampung akan terjadi kesalahan program.
2. Kualitas berkas audio yang telah diterapkan metode phase coding tidak mengalami perubahan dalam ukuran sample rate (frekuensi), bit rate, namun apabila ukuran berkas watermark melebihi berkas penampung akan terjadi penambahan ukuran pada berkas audio yang terwatermark.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Anthony Sibagariang, Julius, 2012, “Analisis Watermark pada File Audio Berbasis metode Phase Coding”, Universitas Telkom.
[2] Basaruddin, 2009, “Kinerja Skema Pemberian Tanda Air Video Digital Berbasis DWT-SVD dengan Detektor Semiblind”, Depok:Universitas Indonesia,2009.
[3] Borko, 2008, “Encylclopedia of Multimedia”, Springer Reference.
[4] Farrell, Joyce, 2012, “An Object-Oriented Approach to Programming Logic And Design”, Course Technology.
[5] Fitriyani, 2010, “Implementasi Digital Watermarking Pada File Audio Dengan Metode Phase Coding”, Universitas Sumatera Utara.
[6] J.Cox, Ingemar, 2008, “Digital Watermarking and Steganography”, Morgan Kaufmann.
[7] Nedelico, Svejic, 2007, “Digital Audio Techniques and Technologies”, Information Science Reference.
[8] Rajkumar, Buyya, 2009, “Object Oriented Programming with Java”, Tata Mcgraw Hill Ed Limited.
[9] Simarmata, Janner, 2010, “Rekayasa Perangkat Lunak”,PENERBIT ANDI. [10] Watkinson, John, 2013, “Art of Digital Audio”, FOCAL PRESS.
