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)
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. Mulai
Identifikasi Masalah
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.
Studi Pustaka
Penentuan tujuan, latar belakang, ruang lingkup, dan manfaat penelitian.
Implementasi Metode Phase Coding (Penyisipan watermark dan Pengekstraksian Watermark) Analisis Hasil
Penarikan Kesimpulan
Selesai
Gambar 1 Alur metode penelitian. Berkas audio yang digunakan pada penelitian ini terdiri atas beberapa berkas audio digital bertipe wav dengan ukuran yang berbeda-beda seperti yang digunakan pada penelitian Fahamalathi (2008). Alasan yang mendasari adalah format data audio wave yang sederhana dan mudah untuk dimanipulasi. Daftar berkas audio yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 1.
4
adalah berupa X(k) untuk masing-masing segmen dimana 0≤ k ≤ L-1.
Tabel 1 Daftar berkas audio Jenis
Nama Berkas
Speech Intrumental Intrumentmix Full song
speech.wav instrumental.wav instrumenmix.wav pop.wav
Ukuran (KB) 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.
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. 𝐴 =
𝑎𝑘 2 + 𝑏𝑘 2
(5)
Tabel 2 Daftar berkas watermark Nama Berkas
Isi Watermark
message1.txt message2.txt
sonyMusic Universal
Ukuran (bytes) 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 3 Amplitudo audio. 𝜑 = tan−1
𝑏𝑘 𝑎𝑘
(6)
Gambar 4 Fase audio. 4 Menghitung beda fase yang berdekatan, seperti pada Persamaan 7 sehingga menghasilkan fase audio seperti pada Gambar 5. ∆𝜑𝑛+1 𝜔𝑘 = 𝜑𝑛+1 𝜔𝑘 − 𝜑𝑛 𝜔𝑘
(7)
Gambar 5 Beda fase yang berdekatan. Gambar 2 Original audio yang dibagi menjadi N segmen. 2 Menghitung nilai FFT pada masingmasing segmen. Hasil dari perhitungan ini
5 Fase absolut dari sinyal data watermark ditambahkan ke dalam beda fase yang dihasilkan. Sinyal watermark dengan panjang Lw, w[ j ], 0≤ j ≤ Lw-1, disajikan
5
sebagai Φdata = π/2 atau Φdata = -π/2 yang merepresentasikan bit 1 atau 0.
Mulai
6 Mensubstitusikan fase awal Φ'0 dengan fase sinyal watermark Φ'data sehingga menghasilkan perubahan fase audio seperti pada Gambar 6.
Original audio
Berkas watermark
Hitung panjang watermarked audio (pj_audio)
Konversi bi-bit watermark ke biner Hitung panjang berkas watermark (pj_berkas)
Hitung banyaknya segmen (N)
FFT
Hitung amplitudo dan fase original audio
Gambar 6 Substitusi watermark pada segmen awal.
Perhitungan beda fase antara fase segmen yang berdekatan
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.
Subsitusi fase pada segmen awal (N=0) dengan fase absolut bit-bit watermark
Buat matriks fase untuk N>0
Hitung nilai real dan imajiner baru Inverse FFT
Watermarked audio
(8)
Berkas Kunci
Selesai
9
Gambar 8 Alur penyisipan watermark. Pengekstraksian Watermark
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.
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. 3 Menghitung nilai FFT pada watermarked audio.
6
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 watermark yang disisipkan.
bit-bit
Alur implementasi metode Phase Coding pada tahap pengekstraksian watermark dapat dilihat pada Gambar 9. Mulai
Original audio
Berkas Kunci
Hitung panjang watermarked audio (pj_audio)
Mendapatkan variabel panjang watermark
Hitung banyaknya segmen (N)
FFT
Hitung magnitude dan fase watermarked audio
Konversi nilai fase pada segmen awal
Bit-bit watermark
Selesai 7
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 watermark dengan metode yang sama, watermarked audio akan disisipkan
7
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.
Tabel 3 Hasil perhitungan PSNR (satuan db) Nama Berkas speech.wav instrumental.wav instrumen-mix.wav pop.wav
Nilai PSNR (db)
105.114 41.9512 51.9716 35.1551
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.
Berdasarkan 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. 35 30 25 20 15 10 5 0
Berderau Tidak Berderau
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
8
