Perlindungan Ha Cipta Pada Data Audio Menggunaan Teni Watermaring Phase Coding Abstra Martharany Rumondang Departemen Teni Informatia Institut Tenologi Bandung Jalan Ganesha 10 Bandung 40132 E-mail : if12062@students.if.itb.ac.id, martharany@yahoo.com Media digital telah menggantian peran media analog dalam berbagai apliasi. Hal ini disebaban arena elebihan yang dimilii media digital. Namun, terdapat satu elemahan dari penggunaan media digital, yaitu mengenai perlindungan ha cipta dari suatu media digital. Digital watermaring diembangan sebagai salah satu jawaban untu melindungi ha cipta suatu data digital. Dalam Tugas Ahir ini, diimplentasian watermaring pada beras MP3 dengan menggunaan teni watermaring phase coding, yang menyembunyian data dengan cara menuaran fase asli segmen inisial dari sinyal suara dengan fase absolut dari sinyal watermar. Perangat luna dibangun menggunaan bahasa pemrograman Java 1.5 dan IDE Netbeans 5.0. Secara umum, perangat luna yang dibangun cuup bai arena beras MP3 yang dihasilan setelah proses penyisipan watermar masih memilii ualitas suara yang relatif bai, tahan terhadap operasi pencuplian ulang, pengubahan format beras MP3, serta pemberian derau maupun pemotongan beras di bagian tengah dan ahir beras. Kata unci : fase relatif, fase absolut, watermar, phase coding, MPEG/Audio Layer III (MP3). 1. Pendahuluan Saat ini media digital, seperti video, audio, dan gambar, telah menggantian peran media analog dalam berbagai apliasi. Keberhasilan dari penerapan media digital ini disebaban arena beberapa elebihan yang dimilii media digital, seperti transmisi yang bebas derau, penyimpanan yang padat, penyalinan yang sempurna, dan emudahan untu melauan pengeditan. Di samping semua elebihan yang dimilii media digital seperti yang telah dipaparan sebelumnya, terdapat elemahan dari penggunaan media digital. Masalah terbesar adalah mengenai ha inteletual (ha cipta) dan ebenaran onten dari suatu media digital. Selama ini penggandaan atas produ digital tersebut dilauan secara bebas dan leluasa. citra digital, mata tida bisa membedaan apaah citra tersebut disisipi watermar atau Pemegang ha cipta atas produ digital tersebut dirugian arena tida mendapat royalti dari usaha penggandaan tersebut. Untu alasan ini, pencipta dan pendistribusi dari suatu data digital mencari solusi terhadap masalah tersebut yaitu perlindungan ha cipta dari data multimedia. Digital watermaring diembangan sebagai salah satu jawaban untu menentuan eabsahan pencipta atau pendistribusi suatu data digital dan integritas suatu data digital. Teni watermaring beerja dengan menyisipan sediit informasi yang menunjuan epemilian, tujuan, atau data lain, pada media digital tanpa mempengaruhi ualitasnya. Jadi pada
tida. Demiian pula jia diterapan pada audio atau musi, telinga tida bisa mendengar sisipan informasi tadi. Sehingga pada tenologi ini dienal suatu persyaratan bahwa watermar haruslah imperceptible atau tida terdetesi oleh indera penglihatan (human visual system / HVS) atau indera pendengaran (human auditory system / HAS). Metode audio watermaring yang sering diaji dapat dibagi menjadi : 1. Domain watu Metode ini beerja dengan cara mengubah data audio dalam domain watu yang aan disisipan watermar. Contohnya dengan mengubah LSB (Least Significant Bit) dari data tersebut. Secara umum metode ini rentan terhadap proses ompresi, transmisi dan encoding. Beberapa teni algoritma yang termasu dalam metode ini adalah: a. Compressed-domain watermaring Pada teni ini hanya representasi data yang terompresi yang diberi watermar. Saat data di uncompressed maa watermar tida lagi tersedia. b. Bit dithering Watermar disisipan pada tiap LSB, bai pada representasi data terompresi atau tida. Teni ini membuat derau pada sinyal. c. Amplitude modulation Cara ini membuat setiap punca sinyal dimodifiasi agar jatuh e dalam pitapita amplitudo yang telah ditentuan d. Echo hiding Dalam metode ini salinan-salinan terputus-putus dari sinyal dicampur dengan sinyal asli dengan rentang watu yang cuup ecil. Rentang watu ini cuup ecil sehingga amplitudo salinannya cuup ecil sehingga tida terdengar. 2. Domain freuensi Metode ini beerja dengan cara mengubah spectral content dalam domain freuensi dari sinyal. Misalnya dengan cara membuang omponen freuensi tertentu atau menambahan data sebagai derau dengan amplitudo rendah sehingga tida terdengar. Beberapa teni yang beerja dengan metode ini: a. Phase coding Beerja berdasaran arateristi sistem pendengaran manusia (Human Auditory System) yang mengabaian suara yang lebih lemah jia dua suara itu datang bersamaan. Secara garis besar data watermar dibuat menjadi derau dengan amplitudo yang lebih lemah dibandingan amplitudo data audio lalu digabungan b. Frequency band modification Informasi watermar ditambahan dengan cara membuang atau menyisipan e dalam pita-pita (band) spectral tertentu. c. Spread spectrum Dalam metode ini, sinyal yang membawa data watermar dimodulasian e dalam derau pita lebar (wideband noise) setelah sebelumnya di multipliasi dengan suatu pseudorandom sequence. Pada Tugas Ahir ini digunaan teni watermaring Phase coding yang memanfaatan elemahan sistem pendengaran manusia yang secara umum tida dapat mendengar suara pada amplitudo yang lebih lemah. Teni ini cuup robust sebagai meanisme perlindungan ha cipta pada data audio. 2. Phase coding Phase coding beerja berdasaran arateristi sistem pendengaran manusia yang mengabaian suara yang lebih lemah jia dua suara itu datang bersamaan. Ide dasar dibali teni phase coding adalah menyembunyian data dengan cara menuaran fase asli segmen inisial dari sinyal suara dengan fase absolut dari sinyal watermar dengan tetap menjaga fase relatif
antara segmen sinyal menggunaan beda fase segmen dari sinyal asli. Ketia beda fase antara sinyal asli dan sinyal yang dimodifiasi besarnya ecil, maa perbedaan suara yang dihasilan tida terdetesi oleh pendengaran manusia. Phase coding termasu dalam elompo teni audio watermaring berbasis domain freuensi yang beerja dengan cara mengubah spectral content dalam domain phasecoding. freuensi dari sinyal. Phase coding merupaan metode paling efetif dari segi perbandingan noise signal-to-perceived. Dalam pembahasan beriutnya aan dijelasan mengenai parameter apa saja yang mempengaruhi phase coding, bagaimana cara menyisipan watermar e dalam data audio (enoding), dan cara pengestrasian watermar dari data audio yang telah disisipi (deoding) dengan teni 2.1. Parameter Terdapat beberapa parameter yang berpengaruh dalam teni watermaring phase coding. Parameter tersebut antara lain fase relatif dan amplitudo sinyal suara, fase absolut data watermar, serta beda fase relatif antara segmen sinyal suara. Phase coding didasaran pada enyataan bahwa pendengaran manusia lebih pea terhadap beda fase relatif dalam sinyal audio dibandingan dengan fase absolut yang ditambahan. Jia hubungan fase antar setiap omponen freuensi diubah secara dramatis, aan terjadi dispersi fase yang tampa dengan jelas. Aan tetapi, selama modifiasi fase cuup ecil (tergantung pada pengamat) dan dengan menjaga beda fase relatif antara segmen-segmen sinyal suara, maa modifiasi fase yan dilauan tida aan terdengar. Amplitudo sinyal suara digunaan bersama dengan nilai fase sinyal suara untu mengubah embali sinyal suara dari domain freuensi menjadi domain watu sehingga dapat didengaran. 2.2. Enoding Langah-langah untu melauan penyisipan watermar dengan teni phase coding adalah sebagai beriut : 1. Bagi urutan suara menjadi N segmen, s[ i ], 0 i L-1, dimana setiap segmen memilii panjang yang sama yaitu sebesar L. (Gambar 1) Gambar 1 Sinyal asli dan sinyal yang dibagi menjadi beberapa segmen 2. Hitung DFT (dalam hal ini menggunaan FFT) pada masingmasing segmen. Hasil dari perhitungan ini adalah berupa X() untu masingmasing segmen dimana 0 L-1. 3. Hitung nilai fase φ dan amplitudo A untu tiap-tiap segmen dimana a adalah bagian real dari nilai FFT dan b adalah bagian imaginer-nya. Hasil yang diperoleh untu tiap segmennya aan tampa seperti pada Gambar 2. 2 2 A a + b = (2.1) 1 b φ = tan (2.2) a 4. Setelah itu hitung beda fase antara fase segmen yang berdeatan. φn 1 ) = φn 1 ) φn ) (2.3) 5. Fase absolut dari sinyal data watermar ditambahan e dalam beda fase yang dihasilan. Sinyal watermar dengan panjang Lw, w[ j ], 0 j Lw-1, disajian sebagai Φ data = π/2 atau Φ data = -π/2 yang merepresentasian bit 1 atau
0. Hasil yang diperoleh aan tampa seperti Gambar 3. Gambar 2 Magnitudo dan plot fase dari FFT 6. Subsitusian fase segmen awal Φ 0 dengan fase sinyal watermar Φ data (Gambar 4) Φ 0 = Φ data (2.4) Gambar 4 Menambahan fase absolut watermar e beda fase sinyal asli 9. Hitung embali nilai fase yang baru dan nilai amplitudo yang sudah dihitung sebelumnya untu melauan inverse DFT terhadap masing-masing segmen untu mengembalian sinyal e domain watu (Gambar 5). Gambar 3 Fase absolut dari sinyal data watermar 7. Buat matris fase untu N>0 dengan menggunaan beda fase untu menjaga relativitas fase antara segmen suara. Hal ini dilauan untu menjaga esinambungan sinyal setelah proses modifiasi fase segmen awal. ( φ' 1 ) = φ' 0 ) + φ1( ϖ ))... ( φ' = + n ) φ' n 1 ) φn ))... ( φ' ( ) = ' + N ϖ φ N 1 ) φn )) 8. Gabungan segmen-segmen yang telah dimodifiasi fasenya tersebut menjadi satu. Gambar 5 Sinyal watermaring yang dihasilan dengan teni phase coding 2.3. Deoding Deoding dilauan dengan melauan sinronisasi terhadap proses enoding. Panjang segmen dan panjang watermar harus dietahui. Proses deoding memerluan sinyal suara asli untu melauan pendetesian. Langah-langah pendetesian watermar yang dilauan adalah sebagai beriut : 1. Ambil n bagian pertama dari sinyal suara dimana n adalah panjang segmen enoding yang dietahui, s[0]..s[n-1]. Perhitungan hanya dilauan terhadap n elemen pertama sinyal arena data watermar disisipan hanya di segmen awal sinyal suara asli. 2. Lauan FFT terhadap n-1 sinyal tersebut, emudian cari nilai fasenya Φ sesuai persamaan 2.2. 3. Konversi nilai fase yang didapatan, π/2 menjadi bit 1 dan -π/2 menjadi bit 0 sebanya panjang bit watermar. Nilai fase dibandingan dengan nilai fase sinyal suara asli.
4. Didapatan data bit-bit watermar sesuai dengan hasil onversi. Bit-bit watermar dibandingan dengan bit-bit watermar asli untu mengetahui ebenarannya. 3. Desripsi Umum Perangat Luna Perangat luna ini diberi nama PhaseCodeMP3. Perangat luna PhaseCodeMP3 memilii dua fungsionalitas utama yaitu fungsi penyisipan watermar (enoding) dan fungsi pengestrasian watermar (deoding). Dalam proses enoding dan deoding diperluan masuan berupa beras MP3 dan file watermar berformat tes. Enoding dilauan dengan menyisipan bit watermar e dalam sinyal beras MP3 dengan modifiasi fase, sedangan deoding dilauan dengan mengestrasi fase yang didapat untu selanjutnya dionversi menjadi bentu bit. Perangat luna PhaseCodeMP3 memilii elas-elas sebagai beriut : 1. Encode Kelas ini berfungsi untu melauan proses penyisipan watermar e dalam beras media MP3 yang telah dipilih pengguna 2. Decode Kelas ini berfungsi untu melauan proses estrasi watermar dari beras media penampung 3. MP3 Kelas ini berfungsi untu membaca dan menyimpan beras MP3 4. Myplayer Kelas ini berfungsi untu memutar beras MP3 5. GUI (EncodeGUI dan DecodeGUI) Kelas ini berfungsi untu mempermudah interasi pengguna dengan perangat luna PhaseCodeMP3 ini. 6. FFT Kelas ini berfungsi untu melauan penghitungan FFT maupun penghitungan invers FFT dalam pemrosesan sinyal beras MP3 yang aan dimanipulasi. 4. Implementasi Apliasi Lingungan yang digunaan untu membangun perangat luna PhaseCodeMP3 adalah lingungan berbasis Windows. Bahasa pemrograman yang digunaan untu membangun PhaseCodeMP3 adalah Java versi 1.5. Sedangan ompilator sealigus IDE yang digunaan untu memudahan pengembangan perangat luna adalah NetBeans 5.0. Gambar 6-8 memperlihatan antarmua dari PhaseCodeMP3. Gambar 6 Layar Saji Utama Gambar 7 Layar Saji Enoding
watermar asli, jia beras MP3 dimanipulasi. Tabel 1-8 memperlihatan hasil pengujian yang dilauan. Gambar 8 Layar Saji Deoding 5. Pengujian Pengujian perangat luna PhaseCodeMP3 dilauan dengan menggunaan perangat eras yang memilii spesifiasi sebagai beriut : 1. CPU : Intel Pentium IV 3 GHz 2. HD : 80GB 3. Memori : 512 MB DDRAM Rancangan pengujian yang aan dilauan meliputi pengujian terhadap tiga hal, yaitu : 1. Kebenaran perangat luna, yang diuur dari esesuaian watermar yang disisipan dengan watermar hasil estrasi. Besarnya esesuaian dihitung dalam persentase dengan membandingan jumlah bit watermar yang berhasil diestrasi dengan jumlah bit watermar yang asli. 2. Kinerja perangat luna yang diuur dari ecepatan penyisipan maupun pengestrasian watermar. Pengujian ini dilauan untu mengetahui seberapa besar inerja perangat luna yang dibangun 3. Ketahanan data terhadap pemrosesan beras MP3. Pengujian dilauan untu mengetahui sejauh mana esesuaian bit watermar hasil estrasi dengan bit No. Nama Beras Tipe Uuran 1 Chris Brown - Run It.mp3 Stereo 156 KB 2 Hips don't lie.mp3 Stereo 451 KB 3 Scooter-Maria(I Lie it Stereo 412 KB Loud).mp3 4 Sonar ping.mp3 Stereo 18 KB 5 SSEYO_MIXA1_ex1.mp3 Mono 57 KB 6 Paris Hilton - Stars Are Mono 207 KB Blind.mp3 7 Diam's - Jeune Mono 403 KB Demoiselle.mp3 8 Hilary Duff Wae Mono 412 KB Up.mp3 Tabel 1 Beras MP3 yang diuji No. Nama Beras Uuran 1 Copyright.txt 18 bytes 2 ID3.txt 118 bytes Tabel 2 Beras watermar yang diuji No. Proses Hasil 1 Pemutaran beras MP3 Berhasil sebelum disisipi watermar 2 Penyisipan sebuah watermar (.txt) e dalam sebuah beras MP3 Berhasil 3 Pemutaran beras MP3 yang Berhasil telah disisipi watermar 4 Estrasi watermar dari Berhasil beras MP3 yang telah disisipi watermar Tabel 3 Hasil pengujian ebenaran perangat luna No. Sampling rate asal Sampling rate baru Hasil Estrasi 1.1 44.1 KHz 48 KHz Bai 1.2 44.1 KHz 48 KHz Bai 2.1 44.1 KHz 48 KHz Bai 2.2 44.1 KHz 48 KHz Bai 3.1 44.1 KHz 48 KHz Bai 3.2 44.1 KHz 48 KHz Bai 4.1 44.1 KHz 48 KHz Bai 4.2 44.1 KHz 48 KHz Bai
No. Sampling rate asal Sampling rate baru Hasil Estrasi 5.1 44.1 KHz 48 KHz Bai 5.2 44.1 KHz 48 KHz Bai 6.1 44.1 KHz 48 KHz Bai 6.2 44.1 KHz 48 KHz Bai 7.1 44.1 KHz 48 KHz Bai 7.2 44.1 KHz 48 KHz Bai 8.1 44.1 KHz 48 KHz Bai 8.2 44.1 KHz 48 KHz Bai Tabel 4 Hasil pengujian etahanan - resampling Hasil estrasi terhadap pemotongan No. bagian beras MP3 Sepertiga bagian tengah Bagian ahir 1.1 Bai Bai 1.2 Bai Bai 2.1 Bai Bai 2.2 Bai Bai 3.1 Bai Bai 3.2 Bai Bai 4.1 Bai Bai 4.2 Bai Bai 5.1 Bai Bai 5.2 Bai Bai 6.1 Bai Bai 6.2 Bai Bai 7.1 Bai Bai 7.2 Bai Bai 8.1 Bai Bai 8.2 Bai Bai Tabel 5 Hasil pengujian etahanan cropping Hasil Pengujian terhadap pemberian derau No. pada bagian beras MP3 Bagian awal Bagian Bagian tengah ahir 1.1 Tida bai Bai Bai 1.2 Tida bai Bai Bai 2.1 Tida bai Bai Bai 2.2 Tida bai Bai Bai 3.1 Tida bai Bai Bai 3.2 Tida bai Bai Bai 4.1 Tida bai Bai Bai 4.2 Tida bai Bai Bai 5.1 Tida bai Bai Bai 5.2 Tida bai Bai Bai 6.1 Tida bai Bai Bai 6.2 Tida bai Bai Bai 7.1 Tida bai Bai Bai 7.2 Tida bai Bai Bai 8.1 Tida bai Bai Bai 8.2 Tida bai Bai Bai Tabel 6 Hasil pengujian etahanan - pemberian derau t 1 No Hasil pemutaran beras MP3 1.1 Bai Bai 1.2 Bai Bai 2.1 Bai Bai 2.2 Bai Bai 3.1 Bai Bai 3.2 Bai Bai 4.1 Bai Bai 4.2 Bai Bai 5.1 Ada derau Bai 5.2 Ada derau Bai 6.1 Bai Bai 6.2 Bai Bai 7.1 Bai Bai 7.2 Bai Bai 8.1 Bai Bai 8.2 Bai Bai Hasil estrasi beras MP3 Tabel 7 Hasil pengujian etahanan - pengubahan format t 2 Kualitas Suara No. x 1 (db) x 2 (db) PSNR (ms) (ms) Subjetif (db) 1.1 1828 3375-12.25-12.4 Bai 38.35 1.2 1984 3688-12.25-12.4 Bai 38.35 2.1 2734 5438-16.38-16.455 Bai 46.82 2.2 3500 9641-16.38-16.455 Bai 46.82 3.1 2578 4907-11.315-11.45 Bai 38.57 3.2 2765 4953-11.315-11.45 Bai 38.57 4.1 985 2000-17.36-17.79 Bai 32.33 4.2 1046 2172-17.36-17.79 Bai 32.33 5.1 1157 1641-12.47-12.76 Ada 32.87 derau 5.2 1219 2250-12.47-12.76 Ada derau 32.87 6.1 1438 3296-8.79-8.96 Bai 34.44 6.2 1469 3266-8.79-8.96 Bai 34.44 7.1 2063 3609-10.66-10.81 Bai 37.15 7.2 2187 3703-10.66-10.81 Bai 37.15 8.1 2141 4547-9.12-9.31 Bai 33.8 8.2 2203 5438-9.12-9.31 Bai 33.8 Tabel 8 Hasil pengujian inerja perangat luna dimana t 1 : watu enoding, t 2 : watu deoding, x 1 : euatan sinyal awal, x 2 : euatan sinyal setelan penyisipan)
6. Kesimpulan dan Saran 6.1. Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil setelah mengerjaan Tugas Ahir ini adalah : 1. Teni phase coding merupaan teni yang cuup robust dalam penyisipan watermar e dalam suatu beras MP3 arena teni ini tahan terhadap proses pencuplian ulang, pemotongan beras MP3 (selain bagian awal beras), pemberian derau (selain bagian awal beras), dan ompresi (pengubahan format beras). 2. Kunci untu melauan proses deoding dari teni phase coding ini adalah watermar itu sendiri 3. Kualitas suara yang dihasilan oleh beras MP3 yang telah disisipi watermar dengan teni phase coding cuup bai (hampir tida terdetesi adanya derau). 4. Uuran watermar yang dapat disisipan dengan teni phase coding relatif lebih ecil dibandingan dengan teni audio watermaring lainnya. Hal ini disebaban arena uuran watermar yang disisipan tida boleh lebih dari panjang segmen pembagian suara dan modifiasi fase yang semain banya dapat menyebaban derau di awal sinyal suara. 5. Kelemahan teni ini adalah jia dilauan pemotongan atau pemberian derau pada bagian awal beras MP3 yang disisipi watermar, maa watermar dapat hilang atau tida dapat diestrasi dengan bai. 6.2. Saran Beberapa saran untu pengembangan Tugas Ahir ini antara lain : 1. Dalam pengembangan perangat luna PhaseCodeMP3, hanya dapat menyisipan watermar pada beras MP3 dengan uuran masimal 500 KB (urang lebih seuuran beras ringtone). Untu pengembangan lebih lanjut, sangat disaranan untu memodifiasi pemaaian memori sehingga perangat luna ini dapat melauan penyisipan pada berbagai uuran beras MP3. 2. Dalam pengembangan perangat luna PhaseCodeMP3, hanya menyisipan watermar berupa beras tes (.txt). Untu pengembangan lebih lanjut, sebainya tipe beras watermar yang disisipan dapat lebih bervariasi. 3. Dalam Tugas Ahir ini, data audio yang diduung hanyalah yang memilii format MP3. Untu pengembangan lebih lanjut, perangat luna dapat dibuat sehingga menduung watermaring pada format data audio lain, seperti WAV, MIDI, dan lain sebagainya. 4. Perangat luna PhaseCodeMP3 masih urang dalam memfasilitasi perlindungan ha cipta data audio, seperti pembangitan informasi epemilian (jia diperluan) dan penanganan ewenangan piha yang menyisipan serta piha yang mengestrasi data audio tersebut. Untu pengembangan lebih lanjut, dapat dilauan perumusan senario untu memfasilitasi perlindungan ha cipta data audio menggunaan teni watermaring phase coding. 7. Daftar Pustaa [BAL06] [HAC00] Baldwin, Richard G. 2006. Fun with Java, Understanding the Fast Fourier Transform (FFT) Algorithm. URL http://www.developer.com Tanggal ases : 31 Agustus 2006 Hacer, Scot. 2000. MP3 : The Definitive Guide. O Reilly.
[LEE00] [MOR96] [MUN04] [EKL00] [SMI06] [TJO05] [WIL05] [WIN05] Lee, Edward A., Pravin Varaiya (2000). Structure and Interpretation of Signals and Systems. Addison Wesley. Morimoto, N. Bender, W. Gruhl, D. Lu, A. (1996). Techniques For Data Hiding. IBM Systems Journal Vol. 35, No. 3&4, MIT Media Lab. G321-5608. Munir, Rinaldi. 2004. Kuliah IF5054 Kriptografi : Steganografi dan Watermaring. Elund, Roberta. Audio Watermaring Techniques. URL http://www.musemagic.com Tanggal ases : 1 Agustus 2006 Smith, Steven W. 2006. How The FFT Wors. URL http://www.dspguide.com Tanggal ases : 2 September 2006 Tjoronegoro, Harijono A. 2005. Pengolahan Sinyal. Bandung : ITB. Wiley Interscience (2005). Digital Signal Processing and Applications with the C6713 and C6416 DSK. ISBN 0471690074-543s - DDU Wintarsih, Endah. 2005. Robust Dan Non-Blind Watermaring Pada Beras MPEG/AUDIO Layer III (MP3) Dengan Teni Echo Data Hiding. Bandung : ITB.