METODE PENELITIAN. Gambar 1 Alur metode penelitian.

Transkripsi

1 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 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 Setelah tahap implementasi dilakukan, dilanjutkan tahap analisis hasil yang berupa analisis kualitas dan analisis ketahanan dari sehingga dapat disimpulkan kinerja metode Phase Coding. Alur metode penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 1. Identifikasi Masalah Studi Pustaka Penentuan tujuan, latar belakang, ruang lingkup, dan manfaat penelitian. Implementasi Metode Phase Coding (Penyisipan watermark dan Pengekstraksian Watermark) Analisis Hasil Penarikan Kesimpulan 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

2 Tabel 1 Daftar berkas audio Jenis Speech Intrumental Intrumentmix Full song speech.wav instrumental.wav instrumenmix.wav pop.wav Ukuran (KB) 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 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 a k adalah bagian real dari nilai FFT dan nilai b k adalah bagian imaginer-nya. A = a k 2 + b k 2 (5) Isi Watermark Ukuran (bytes) message1.txt message2.txt Penyisipan Watermark sonymusic Universal 4,096 4,096 Proses penyisipan watermark memerlukan berkas original audio dan berkas watermark yang akan disisipkan sehingga menghasilkan 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 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 b k a k (6) Gambar 4 Fase audio. 4 Menghitung beda fase yang berdekatan, seperti pada Persamaan 7 sehingga menghasilkan fase audio seperti pada Gambar 5. φ n+1 ω k = φ n+1 ω k φ n ω k (7) Gambar 2 Original audio yang dibagi menjadi N segmen. 2 Menghitung nilai FFT pada masingmasing segmen. Hasil dari perhitungan ini Gambar 5 Beda fase yang berdekatan. 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

3 9 sebagai Φdata = π/2 atau Φdata = -π/2 yang merepresentasikan bit 1 atau 0. 6 Mensubstitusikan fase awal Φ'0 dengan fase sinyal watermark Φ'data sehingga menghasilkan perubahan fase audio seperti pada Gambar 6. Original audio (pj_audio) Hitung banyaknya segmen (N) Berkas watermark Konversi bi-bit watermark ke biner berkas watermark (pj_berkas) FFT 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. Hitung amplitudo dan fase original audio Perhitungan beda fase antara fase segmen yang berdekatan 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 Berkas Kunci Gambar 7 Fase audio yang telah diberi (8) 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. Gambar 8 Alur penyisipan Pengekstraksian Watermark Pada tahap pengekstraksian watermark diperlukan 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 dan berkas kunci lalu hitung panjang masing-masing. 2 Menghitung banyaknya segmen (N) pada 3 Menghitung nilai FFT pada watermarked audio. 6

4 7 4 Mendapatkan nilai amplitudo dan fase dari 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 6 Hasil konversi merupakan bit-bit watermark yang disisipkan. Alur implementasi metode Phase Coding pada tahap pengekstraksian watermark dapat dilihat pada Gambar 9. Original audio (pj_audio) Hitung banyaknya segmen (N) FFT Hitung magnitude dan fase Konversi nilai fase pada segmen awal Bit-bit watermark Berkas Kunci Mendapatkan variabel panjang watermark Gambar 9 Alur pengekstraksian 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 melalui teknik survei terhadap 30 responden dengan usia tahun. Kuesioner evaluasi kualitas dapat dilihat pada Lampiran 2. Kemudian hasil berkas dianalisis untuk mengetahui kualitas dan ketahanannya. Analisis yang dilakukan adalah: 1 Analisis kualitas, yaitu menganalisis kualitas melalui perhitungan PSNR dan didukung dengan hasil survei. 2 Analisis ketahanan, yaitu menganalisis hasil ekstraksi yang telah diberi serangan-serangan sesuai skenario uji. Pengujian ketahanan dilakukan dengan cara membandingkan watermark asal dan watermark hasil ekstraksi dari 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 Hz dan Hz sedangkan frekuensi sampling berkas audio asal adalah Hz. 2 Pada serangan cropping, akan dilakukan pemotongan pada setengah bagian awal, setengah bagian tengah, dan setengah bagian akhir dari Pemotongan dilakukan dengan bantuan aplikasi Cool Edit Pro Pada serangan penambahan derau dilakukan pada domain waktu dan domain frekuensi di sepanjang audio yang telah diberi Sinyal watermarked audio pada domain waktu akan ditambahkan noise dengan amplitudo yang kecil di sepanjang audio. Pada domain frekuensi, 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 4 Pada serangan time stretching, 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, akan disisipkan 7

5 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 Antar muka untuk audio watermarking dengan menggunakan metode Phase Coding dibuat dengan menggunakan Matlab 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 Hal ini dilakukan untuk memastikan kisaran nilai PSNR dalam pengujian objektif dan juga menganalisis hasil ekstraksi watermark dari Analisis Kualitas Hasil yang diperoleh dari proses penyisipan watermark adalah watermarked audio dan berkas kunci, sedangkan hasil dari pengekstraksian watermark adalah berkas teks Setelah penyisipan watermak, berkas akan dihitung kualitasnya melalui perhitungan PSNR untuk mengetahui adanya distorsi yang disebabkan oleh proses penyisipan Hasil perhitungan PSNR dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3 Hasil perhitungan PSNR (satuan db) speech.wav instrumental.wav instrumen-mix.wav pop.wav Nilai PSNR (db) 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 menggunakan earphone, setelah itu responden membandingkan keduanya. Parameter yang dibandingkan adalah noise pada berkas 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 Kriteria tidak ada noise dipilih responden jika responden tidak mendengar noise sama sekali. Hasil survei tersebut dapat dilihat pada Gambar Berderau Tidak Berderau Gambar 10 Hasil pengujian subjektif. Berdasarkan hasil kuesioner pada Gambar 10, berkas yang dihasilkan memiliki kualitas yang baik dengan 82.5% tidak terdengar derau, sedangkan 17.5% hasil survei menyatakan bahwa berkas terdengar derau. Hasil pengujian secara subjektif ini ternyata 8