Analisis Hasil Implementasi HASIL DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 Pada proses deteksi watermark, pertama watermarked audio ditransformasi dari domain asal (domain waktu) ke domain frekuensi menggunakan DCT menurut Persamaan 1. Selanjutnya diambil index koefisien penampung watermark pada watermarked audio. Index ini diperoleh dari informasi yang disimpan pada proses penyisipan watermark. Kemudian pada index penampung watermark, koefisien frekuensi watermarked audio dikurangkan dengan koefisien cover object menghasilkan carrier frequency yang digunakan pada proses penyisipan watermark. Carrier frequency kemudian dibagi dengan α dan di-xor dengan rangkaian PN dan menghasilkan rangkaian biner watermark. Kemudian rangkaian biner watermark tersebut dikonversi menjadi alphabet yang merupakan watermark yang ditambahkan pada berkas audio. Analisis Hasil Implementasi Hasil inplementasi audio watermarking dengan modifikasi metode FHSS dianalisis untuk mengetahui kualitasnya. Analisis yang dilakukan adalah analisis running time penyisipan dan deteksi watermark, persentase bit error watermark hasil deteksi, penggunaan parameter α dan analisis ketahanan terhadap beberapa serangan. Pengukuran kualitas watermarked audio dengan α yang berbeda-beda akan dilakukan secara subjektif dan objektif. Cara subjektif yaitu dengan melakukan pengamatan langsung terhadap watermarked audio dan berkas audio asli. Cara ini dilakukan dengan menyebarkan survei dilakukan terhadap 30 responden yang berusia tahun. Responden diminta untuk membandingkan berkas audio asli dan berkas audio hasil watermarking. Pengukuran secara objektif akan dilakukan dengan menggunakan perhitungan SNR sesuai Persamaan 4. Pada setiap proses penyisipan watermark akan digunakan nilai α yang berbeda-beda dengan jumlah nilai α yang telah ditentukan. Waktu penyisipan dan deteksi watermark dihitung untuk membandingkan running time dengan berkas audio dan nilai α yang berbeda. Perhitungan persentase bit error watermark hasil deteksi dilakukan dengan menggunakan BER sesuai Persamaan 5, dengan tujuan mengetahui tingkat error watermark hasil deteksi. Untuk analisis ketahanan watermark pada watermarked audio menggunakan modifikasi metode FHSS, dilakukan pengujian terhadap beberapa jenis serangan, antara lain resampling, cropping, penambahan noise dan penambahan watermark kembali dengan metode yang sama. Dari hasil pengujian akan diketahui ketahanan watermark terhadap serangan-serangan tersebut, bila watermarked audio tahan terhadap serangan maka informasi watermark dapat dideteksi kembali pada proses pendeteksian watermark. Namun bila tidak tahan serangan, watermark akan dideteksi berubah atau tidak sama dari watermark yang sesungguhnya. Pada serangan resampling, sample rate (FS) yang digunakan adalah sebesar Hz dan Hz, sedangkan FS berkas audio asli keseluruhan adalah Hz. Untuk serangan cropping, dilakukan pemotongan ½ (setengah) bagian awal dan akhir watermarked audio. Pemotongan dilakukan dengan menggunakan software Audacity. Pengujian ketahanan modifikasi metode FHSS terhadap serangan penambahan noise dilakukan pada domain waktu dan domain frekuensi. Sinyal watermarked audio pada domain waktu akan ditambahkan random carrier noise frequency dengan amplitude yang kecil, sedangkan pada domain frekuensi, watermarked audio terlebih dahulu ditransformasi ke domain frekuensi menggunakan DCT lalu ditambah dengan random carrier noise frequency dengan amplitude yang sama. Untuk serangan yang terakhir, dilakukan penambahan watermark kembali menggunakan metode yang sama. Pada serangan ini dilakukan 2 (dua) kali penambahan, yaitu dengan watermark yang sama dan watermark yang berbeda dengan watermark yang telah ditambahkan pada watermarked audio. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil yang diperoleh dari proses audio watermarking berupa watermarked audio. Pengukuran waktu penyisipan dan deteksi watermark dilakukan pada semua berkas audio dengan nilai α yang bervariasi, untuk mengetahui pengaruh nilai α terhadap running time penyisipan dan deteksi watermark. Untuk mengukur kualitas watermarked audio, watermarked audio dibandingkan dengan berkas audio aslinya dengan menggunakan perhitungan SNR. Pengukuran nilai SNR dilakukan terhadap semua berkas audio dengan nilai α bervariasi. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh nilai α terhadap kualitas watermarked audio. Selain menggunakan perhitungan SNR, kualitas watermarked audio juga diukur secara subjektif oleh responden. Hasil kuesioner berupa persentase kriteria yang dibandingkan, yaitu tingkat volume dan 6

2 keberadaan noise/derau. Sementara itu pengujian ketahanan dilakukan untuk mengetahui ketahanan modifikasi metode FHSS untuk audio watermarking terhadap serangan yang diberikan. Analisis Running Time Penyisipan dan Deteksi Watermark Waktu penyisipan dan deteksi watermark dilakukan terhadap semua berkas audio dengan nilai α yang bervariasi. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh nilai α terhadap running time penyisipan dan pendeteksian watermark. Proses penyisipan dan deteksi watermark dilakukan sebanyak 3 (tiga) kali pengulangan. Waktu yang digunakan merupakan nilai ratarata dari pengulangan tersebut. Hasil perhitungan waktu penyisipan dan deteksi watermark dapat dilihat pada Tabel 2. penyisipan dan deteksi watermark. Hal ini dikarenakan nilai α hanya digunakan sebagai faktor pengali rangkaian biner carrier frequency yang ditambahkan pada berkas audio. Jika dilihat dari waktu rata-rata, perbandingan running time proses penyisipan dan deteksi watermark tidak berbeda signifikan. Hal ini dikarenakan setiap jenis audio memiliki ukuran file yang sama. Waktu yang diperlukan untuk penyisipan dan deteksi watermark untuk jenis audio musik dangdut adalah dan detik. Instrument, dan detik, musik pop, dan detik, musik rap dan detik serta musik rock dan detik. Grafik waktu penyisipan dan deteksi watermark secara terpisah dapat dilihat pada Gambar 6 dan Gambar 7. Tabel 2 Running time penyisipan dan deteksi watermark Jenis Audio α Waktu (detik) Penyisipan Deteksi Musik Dangdut Instrument Musik Pop Musik Rap Musik Rock Dari hasil perhitungan waktu penyisipan dan deteksi watermark masing-masing jenis audio, dapat dilihat bahwa kenaikan nilai α tidak menyebabkan kenaikan running time proses Gambar 6 Grafik waktu penyisipan watermark. Gambar 7 Grafik waktu deteksi watermark. 7

3 Analisis Penggunaan Parameter α Pada penelitian ini dilakukan proses penyisipan watermark dengan nilai α yang bervariasi. Hal ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh nilai α terhadap kualitas watermarked audio yang dihasilkan. Pengukuran kualitas watermarked audio dilakukan secara objektif dan subjektif. Pengukuran secara objektif dilakukan berdasarkan nilai SNR yang dihitung dengan membandingkan berkas audio asli dengan watermarked audio sesuai dengan persamaan 4. Perhitungan dilakukan pada setiap watermarked audio yang dihasilkan dengan nilai α yang bervariasi. Hasil perhitungan SNR dari masingmasing watermarked audio dapat dilihat pada Tabel 3. Dari perhitungan nilai SNR diketahui bahwa semakin tinggi nilai α maka nilai SNR watermarked audio akan semakin kecil, yang berarti kualitas watermarked audio semakin menurun. Sebaliknya, semakin kecil nilai α maka semakin tinggi kualitas watermarked audio yang dihasilkan. Pengukuran kualitas secara subjektif dilakukan dengan menggunakan survei. Survei dilakukan dengan membagikan kuesioner kepada 30 responden yang berusia tahun. Responden diminta untuk mendengarkan berkas audio asli dan watermarked audio dengan nilai α yang bervariasi dengan menggunakan headphone dan membandingkan keduanya. Parameter yang dibandingkan adalah perubahan volume dan noise pada watermarked audio. Hasil kuesioner untuk analisis penggunaan parameter α dapat dilihat pada Lampiran 2. Parameter perubahan volume dibagi menjadi 3 (tiga) kriteria yaitu tetap, berubah tidak signifikan dan berubah signifikan. Kriteria tetap dipilih responden apabila responden tidak mendengar adanya perubahan volume watermarked audio. Kriteria berubah signifikan dipilih jika responden dapat mendengar perubahan tetapi dirasa tidak begitu mengganggu, sedangkan kriteria berubah signifikan dipilih jika responden dapat mendengar perubahan dan dirasa perubahan tersebut cukup mengggangu. 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. Persentase hasil kuesioner untuk parameter perubahan volume dan noise dengan parameter α yang bervariasi dapat dilihat pada Gambar 8 dan Gambar 9. Gambar 8 Grafik persentase perubahan volume dengan nilai α yang bervariasi. Tabel 3 Nilai SNR dari masing-masing watermarked audio Jenis Audio Nilai SNR(dB) masing-masing α Musik Dangdut Instrument Musik Pop Musik Rap Musik Rock

4 karena watermark semakin jelas terdengar dalam bentuk noise. Sebaliknya kecil nilai α, semakin tinggi kualitas dari watermarked audio tersebut dan noise semakin tidak terdengar. Gambar 9 Grafik persentase noise dengan nilai α yang bervariasi. Dari persentase hasil kuesioner untuk parameter perubahan volume, diketahui bahwa menurut responden, watermarked audio dengan nilai α 0.01 memiliki kualitas yang paling baik, dengan 86.00% responden menilai tidak ada perubahan volume antara watermarked audio dengan berkas audio asli, sebanyak 12.67% responden menilai bahwa ada perubahan tidak signifikan dan sebanyak 1.33% menyatakan terjadi perubahan volume yang signifikan. Dari grafik persentase perubahan volume, dapat dilihat bahwa semakin meningkat nilai α maka semakin menurun pula persentase kesamaan volume antara berkas audio asli dengan watermarked audio. Di sisi lain, peningkatan nilai α menyebabkan meningkatnya persentase volume pada pilihan berubah signifikan dan tidak signifikan. Dari persentase hasil kuesioner untuk paremeter noise, didapatkan nilai α terbaik adalah sebesar 0.03, dengan 94.67% responden menyatakan bahwa tidak ada noise pada watermarked audio dan 5.33% responden menyatakan adanya noise pada watermarked audio yang didengar. Sama seperti persentase perubahan volume, meningkatnya nilai α menyebabkan penurunan kualitas dari watermarked audio, sehingga kemungkinan terdengarnya noise akan semakin besar. Hasil yang diperoleh dari perhitungan secara objektif dan subjektif menunjukkan bahwa nilai α sangat memengaruhi kualitas dari watermarked audio. Hal ini terjadi dikarenakan α merupakan konstanta yang berfungsi untuk mengatur kejelasan watermark pada watermarked audio yang dihasilkan. Semakin tinggi nilai α, maka semakin menurun kualitas dari watermarked audio, baik dilihat dari nilai SNR maupun dari pendengaran responden Persentase Bit Error Watermark Hasil Deteksi Hasil deteksi bit watermark pada watermarked audio terkadang tidak seluruhnya sama dengan bit watermark asli yang disisipkan pada berkas audio. Untuk mengetahui besarnya tingkat error, dilakukan perhitungan bit error rate (BER) dengan cara membandingkan bit watermark hasil deteksi dengan bit watermark asli yang disisipkan. BER menunjukkan tingkat error dalam persen. Pada penelitian ini, perhitungan BER dilakukan pada setiap jenis audio dengan masing-masing nilai α yang berbeda. Hal ini dilakukan untuk melihat pengaruh nilai α terhadap bit error watermark yang terdeteksi pada proses deteksi watermark. Watermark hasil deteksi serta tingkat bit error watermark yang dideteksi dapat dilihat pada Lampiran 3. Grafik persentase bit error watermark dapat dilihat pada Gambar 10. Gambar 10 Grafik persentase bit error watermark dengan nilai α bervariasi. Berdasarkan Grafik 10, pada beberapa jenis audio, dapat dilihat bahwa semakin tinggi nilai α, semakin rendah persentase bit error watermark yang dihasilkan. Sebaliknya semakin kecil nilai α, terlihat semakin besar pula persentase kesalahan pendeteksian bit watermark pada watermarked audio. Bit watermark terdeteksi sempurna terjadi pada jenis audio musik pop dan rap. Bit error dihasilkan karena adanya faktor pembulatan yang dilakukan pada proses pengkalkulasian untuk mendapatkan bit watermark. 9

5 Analisis Ketahanan Watermarked audio yang dihasilkan selanjutnya diuji ketahanannya terhadap beberapa jenis serangan, yaitu resampling, cropping, penambahan noise dan penambahan watermark kembali dengan metode yang sama. Serangan dilakukan pada jenis audio instrument dengan nilai α sebesar 0.01 dan musik pop dengan nilai α sebesar Uji Ketahanan Modifikasi Metode FHSS terhadap Operasi Resampling Untuk melihat ketahanan watermark pada watermarked audio terhadap operasi resampling, dilakukan perhitungan persentase bit error watermark. Persentase bit error watermark pada watermarked audio tanpa serangan akan dibandingkan dengan persentase bit error watermark pada watermarked audio yang telah dilakukan operasi resampling. Hasil deteksi dan persentase bit error watermark pada watermarked audio yang telah di-resampling dapat dilihat pada Tabel 4. Berdasarkan Tabel 4, dapat dipastikan bahwa modifikasi metode FHSS tahan terhadap operasi resampling karena watermark hasil deteksi sama. Selain itu, persentase bit error watermark yang dihasilkan juga sama. Operasi resampling hanya mengubah jumlah sampel per detik dari watermarked audio. Durasi watermarked audio yang di-resampling sebesar Hz akan menjadi 2 menit dan mengubah bit rate menjadi Tabel 4 Hasil uji terhadap operasi resampling 352 kbps, sedangkan resampling sebesar Hz akan membuat durasi watermarked audio menjadi lebih cepat, yaitu 58 detik dan bit rate menjadi 768 kbps. Walaupun operasi resampling mengubah durasi dan bit rate watermarked audio, tetapi operasi ini tidak memengaruhi koefisien maupun nilai carrier frequency dari watermarked audio. Uji Ketahanan Modifikasi Metode FHSS terhadap Operasi Cropping Uji ketahanan yang dilakukan berikutnya adalah dengan memotong watermarked audio setengah bagian awal dan setengah bagian akhir. Hasil pemotongan selanjutnya dideteksi untuk mendapatkan watermark dari potongan watermarked audio tersebut. Hasil deteksi potongan watermarked audio dapat dilihat pada Tabel 5. Berdasarkan Tabel 5, diketahui bahwa modifikasi metode FHSS tidak tahan terhadap operasi cropping. Operasi cropping memotong bagian dari watermarked audio sehingga saat potongan tersebut ditransformasi ke domain frekuensi, maka dihasilkan koefisien sinyal yang berbeda dengan koefisien sinyal (domain frekuensi) watermarked audio tanpa pemotongan, sehingga saat dilakukan deteksi watermark tidak diperoleh watermark yang sesuai dengan watermark yang sesungguhnya. Selain itu juga, diperoleh persentase bit error watermark yang besar, yakni antara 25%-50%. Jenis Audio FS (Hz) Bit Error (%) SNR Hasil Deteksi Instrument émïséièê$onesiaindonesiaindonesiaind one émïséièê$onesiaindonesiaindonesiaind one Musik Pop IndonesiaIndonesiaIndonesiaIndonesiaIndon esiaindonesiaindonesiaii IndonesiaIndonesiaIndonesiaIndonesiaIndon esiaindonesiaindonesiaii Tabel 5 Hasil uji terhadap operasi cropping Jenis Audio Cropping Bit Error (%) Hasil Deteksi Instrument 1/2 bagian awal ¹ûs-/ã YGÓ]yGð~- VJÒqYYï Ó) «Ñ 5wÎÖ1yF~ VnÒqyF~ Vn 1/2 bagian ¹ãs-'ãÐ]YGÓ]yGà~ ÖÊÒqYY akhir Musik Pop 1/2 bagian awal ç S - w«iî 9 S ) ƹï S -î ùå S ½ î îòqyf ~ VV 1/2 bagian akhir ¹û S,¹ï {é-æ9 S )Æ 10

6 Uji Ketahanan Modifikasi Metode FHSS terhadap Operasi Penambahan Noise Operasi penambahan noise dilakukan pada domain waktu dan domain frekuensi. Noise yang ditambahkan secara acak dengan amplitude kecil di bawah nilai α yang digunakan saat penyisipan watermark, yaitu sebesar 0,009. Hasil uji ketahanan terhadap operasi penambahan noise dapat dilihat pada Tabel 6. Berdasarkan Tabel 6, kualitas watermarked audio juga mengalami penurunan, ditandai dengan menurunnya nilai SNR. Dari hasil deteksi watermark, walaupun persentase bit error watermark yang dideteksi meningkat, namun dapat dipastikan bahwa modifikasi metode FHSS tahan terhadap operasi penambahan noise dengan amplitude yang kecil karena masih ada bagian watermark yang dapat dideteksi. Operasi ini tidak begitu memengaruhi koefisien watermarked audio baik pada domain waktu maupun frekuensi, karena noise disebarkan secara acak dan menggunakan nilai amplitude yang kecil di bawah nilai α. Uji Ketahanan Modifikasi Metode FHSS terhadap Operasi Multiple watermarks Uji ketahanan menggunakan operasi multiple watermarks dilakukan dengan melakukan penyisipan watermark kembali pada watermarked audio. Watermark yang digunakan sebanyak 2 (dua), yaitu watermark yang sama dengan watermark sebelumnya (kata Indonesia) dan Tabel 6 Hasil uji terhadap operasi penambahan noise watermark berupa kata UniVersal. Nilai α yang digunakan adalah 0,01 dan 0,1 untuk setiap watermark. Hasil uji operasi multiple watermarks dapat dilihat pada Tabel 7 dan 8. Hasil deteksi dengan nilai α sebesar 0,01 menunjukkan bahwa untuk penyisipan 2 (dua) kali dengan watermark yang sama, watermark yang diperoleh tidak mengalami perubahan. Demikian juga dengan persentase bit error watermark-nya tidak mengalami perubahan. Akan tetapi, nilai SNR mengalami penurunan. Demikian juga untuk watermark yang berbeda, watermark hasil deteksi dan persentase bit error watermark tidak mengalami perubahan, namun nilai SNR-nya mengalami penurunan. Untuk nilai α sebesar 0,1, watermark hasil deteksi mengalami perubahan hanya pada watermarked audio yang diberi watermark kembali dengan watermark yang sama, sedangkan untuk watermark pada watermarked audio yang lain tidak mengalami perubahaan. Hal ini terjadi karena watermark disisip secara acak dan memungkinkan watermark yang baru menempati posisi/index yang sama dengan watermark asli. Nilai α juga memengaruhi watermark hasil deteksi. Semakin tinggi nilai α memungkinkan bit error watermark yang lebih sedikit. Dari setiap analisis yang dilakukan untuk tiap jenis audio, tidak diperoleh suatu pola yang dapat digunakan untuk menentukan jenis audio terbaik untuk proses audio watermarking menggunakan modifikasi metode FHSS. Jenis Audio Serangan Bit Error Domain (%) SNR Hasil Deteksi Instrument Waktu é-«séiê$onesi!indonesiaindonesia Indonesia IndonesiaIndonesiaIo Frekuensi émïséièê$onesiaindonesiaindonesia IndonesiaIndonesIaIndonewiaIo Musik Pop Waktu ÉndonesiaIndonesiaIndonesiaIndonesia IndonesiaIndonesiaIndonesiaII Frekuensi Iodone{iaIndonesiaIndonesiaIndonesia IndonesiaIndonesiaIndonesiaII Tabel 7 Hasil uji terhadap operasi multiple watermarks dengan watermark Indonesia Jenis Audio α SNR Bit Error (%) Hasil Deteksi Instrument émïséièê$onesiaindonesiaindonesiaindone émïséièê$onesiaindonesiaindonesiaindone Musik Pop IndonesiaIndonesiaIndonesiaIndonesiaIndonesia IndonesiaIndonesiaII indonesiaindonesiaindonesiaindonesiaindonesia IndonesiaIndonesiaII 11

7 Tabel 8 Hasil uji terhadap operasi multiple watermarks dengan watermark UniVersal Jenis Audio α SNR Bit Error (%) hasil deteksi Instrument émïséièê$onesiaindonesiaindonesiaindone émïséièê$onesiaindonesiaindonesiaindone Musik Pop IndonesiaIndonesiaIndonesiaIndonesiaIndonesi aindonesiaindonesiaii IndonesiaIndonesiaIndonesiaIndonesiaIndonesi aindonesiaindonesiaii Kesimpulan KESIMPULAN DAN SARAN Telah dilakukan penelitian mengenai audio watermarking dengan modifikasi metode FHSS. Dari hasil penelitian diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. modifikasi metode FHSS dapat digunakan untuk menyisipkan watermark dalam bentuk teks ke dalam berkas audio berformat wave (.wav). 2. nilai scaling factor (α) tidak memengaruhi running time proses penyisipan dan deteksi watermark. 3. penggunaan nilai α memiliki pengaruh pada kualitas, ketahanan terhadap serangan dan watermark hasil deteksi pada watermarked audio. Hal ini serupa dengan hasil penelitian yang dilakukan Fahamalathi (2008), yakni semakin tinggi nilai α, semakin rendah kualitas watermarked audio namun semakin tinggi nilai α dapat meningkatkan ketahanan watermarked audio terhadap serangan. Peningkatan nilai α meminimalisasi persentase bit error watermark hasil deteksi. 4. modifikasi metode FHSS memiliki ketahanan terhadap operasi resampling, penambahan noise di domain waktu dan frekuensi dengan amplitude yang kecil dari nilai α, serta serangan multiple watermarks dengan watermark yang sama maupun tidak sama. Metode ini lebih unggul jika dibandingkan dengan metode DSSS pada penelitian Fahamalathi (2008), karena metode ini tahan terhadap serangan multiple watermarks dengan watermark yang berbeda sedangkan metode DSSS tidak tahan. Namun metode FHSS yang termodifikasi tidak tahan terhadap operasi cropping. Saran Saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya antara lain: 1. menggunakan format audio lain dalam melakukan audio watermarking, 2. melakukan pengujian dengan nilai α lebih bervariasi untuk mengetahui nilai α terbaik untuk proses audio watermarking, 3. melakukan perbandingan antara metode FHSS dengan metode audio watermarking lainnya, 4. mengembangkan penelitian dengan menambahkan analisis ukuran pesan menggunakan watermark yang bervariasi, 5. mengembangkan penelitian dengan menggunakan berbagai jenis audio untuk mengetahui jenis audio terbaik pada audio watermarking. DAFTAR PUSTAKA Acevedo A. G Audio watermarking: propeties, techniques and evaluation. USA: Georgetown University. Bender W, D. Gruhl, N. Morimoto, dan A. Lu Techniques for data hiding. IBM Syst J 35: Cox I. J, M. L. Miller, J. A. Bloom, J. Fridrich, dan T. Kalker Digital Watermarking and Steganography 2 nd Edition. USA: Morgan Kaufmann Publishers. Fahamalathi F Pengimplementasian metode DSSS (direct sequence spread spectrum) untuk audio watermarking [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Gordy J. D Performance evaluation of digital watermarking algorithms [tesis]. Kanada: The University Of Calgary. 12