PENGIMPLEMENTASIAN METODE DSSS (DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM) UNTUK AUDIO WATERMARKING FERNISSA FAHAMALATHI

PENGIMPLEMENTASIAN METODE DSSS (DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM) UNTUK AUDIO WATERMARKING

FERNISSA FAHAMALATHI

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008

PENGIMPLEMENTASIAN METODE DSSS (DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM) UNTUK AUDIO WATERMARKING

Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor

FERNISSA FAHAMALATHI G64104050

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008

Judul

: Pengimplementasian Metode DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) untuk Audio Watermarking

Nama

: Fernissa Fahamalathi

NRP

: G64104050

Menyetujui:

Pembimbing I,

Pembimbing II,

Shelvie Nidya N, S.Kom., M.Si. NIP 132311916

Dr. Sugi Guritman NIP 131999582

Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor

Dr. Drh. Hasim, DEA NIP 131578806

Tanggal lulus:

ABSTRAK FERNISSA FAHAMALATHI. Pengimplementasian Metode DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Untuk Audio Watermarking. Dibimbing oleh SHELVIE NIDYA NEYMAN dan SUGI GURITMAN. Jaringan komputer dan internet telah mengalami perkembangan yang pesat, dan produk digital seperti gambar, video, dan audio dapat ditransmisikan dari satu tempat ke tempat lain tanpa kehilangan banyak kualitasnya. Pesatnya perkembangan transmisi data menimbulkan banyak fenomena yang terjadi, terutama untuk penggunaan produk digital secara ilegal misalnya pemalsuan kepemilikan produk digital, dan pelanggaran hak cipta. Digital watermarking dikembangkan sebagai salah satu teknik yang dapat menyelesaikan permasalahan tersebut. Teknik watermarking bekerja dengan menyisipkan sedikit informasi yang menunjukkan kepemilikan, tujuan, atau data lain, pada media digital tanpa mempengaruhi kualitasnya. Penelitian ini menggunakan metode watermarking DSSS (direct sequence spread spectrum) untuk berkas audio pada domain frekuensi. Hal ini disebabkan metode ini mudah diimplementasikan. Metode ini bekerja dengan mengubah berkas audio menjadi domain frekuensi, kemudian menambahkan blok-blok hasil transformasi dengan carrier signal watermark yang telah dimultiplikasi dengan watermark amplitude atau alpha sebagai scaling factor. Carrier signal watermark adalah informasi yang disisipkan yang telah diubah menjadi rangkaian biner yang telah dimodifikasi menjadi sepanjang blok-blok hasil transformasi. Hasil dari penelitian ini berupa analisis penggunaan parameter alpha atau watermark amplitude yang mempengaruhi kualitas dan keamanan watermarked audio dengan metode DSSS. Metode DSSS untuk audio watermarking memiliki kualitas dan keamanan watermarked audio yang cukup baik karena hasil perhitungan nilai PSNR berada di atas kisaran 30 dB. Penilaian tersebut juga didukung oleh hasil survei pada 30 responden. Metode DSSS dalam penelitian ini berhasil melewati serangan resampling baik untuk frekuensi 22050 maupun 44100 Hz, penambahan derau dengan skala yang lebih kecil dari watermark amplitude, dan multiple watermark dengan pesan yang sama. Metode DSSS tidak berhasil melewati serangan cropping, time stretching, dan multiple watermark dengan pesan yang berbeda. Kata kunci: audio watermarking, DSSS (direct sequence spread spectrum), watermark amplitude.

RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Pandeglang pada tanggal 06 Februari 1987 dari pasangan Budi Santoso dan Dra. Ety Farida. Penulis merupakan putri pertama dari tiga bersaudara. Pada tahun 2003 penulis lulus dari SMU I Pandeglang. Pada tahun yang sama melanjutkan pendidikan ke Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur USMI (Ujian Seleksi Masuk IPB) pada Departemen Ilmu Komputer, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Pada tahun 2007, penulis pernah melakukan kegiatan Praktik Kerja Lapangan selama dua bulan di Divisi perlengkapan BB-Biogen Bogor.

PRAKATA Alhamdulillahi Rabbil ‘alamin, puji syukur Penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penelitian ini berhasil diselesaikan. Topik yang dipilih dalam penelitian ini adalah information hiding, dengan judul pengimplementasian metode DSSS (direct sequence spread spectrum) untuk audio watermarking. Penulis menyadari bahwa karya ilmiah ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1 Papa, Mama, dan adik–adik yang selalu mendoakan dengan tulus dan memberikan dukungan. 2 Ibu Shelvie Nidya Neyman S.Kom., M.Si sebagai dosen Pembimbing I dan Bapak Dr. Sugi Guritman sebagai dosen Pembimbing II, yang telah memberikan saran dan bimbingan selama penelitian dan penulisan karya ilmiah ini. 3 Bapak Firman Ardiansyah S.Kom., M.Si. sebagai moderator seminar dan penguji yang telah memberikan masukan. 4 Bapak Ahmad El Saeed dan Sreevanisulu yang telah bersedia menjawab e-mail pada saat penulis mengalami kebingungan. 5 Kikis dan Indri yang telah menjadi sahabat terbaik selama menginjakkan kaki di Ilkom, dan selalu membantu dan memberikan dukungan selama penelitian dan penulisan karya Ilmiah ini. 6 Andre, Indri, Hani, Ana, Hilmi, dan Bayu teman satu bimbingan dan seperjuangan yang selalu memberikan dukungan selama penelitian ini. 7 Ramar, Dewi, Dita dan Pipit sebagai sahabat yang selalu memberikan motivasi dan saran– saran sehingga penelitian ini berhasil dengan baik. 8 Indri, Ita, dan David atas kesediannya menjadi pembahas dalam seminar. 9 Ilkomerz ’41 atas segala dukungan, kebersamaan, dan persahabatan yang selama ini diberikan. 10 Seluruh staf dan karyawan Departemen Ilmu Komputer, serta pihak lain yang telah membantu dalam penyelesaian penelitian ini. 11 Seluruh civitas akademika Departemen Ilmu Komputer IPB yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penelitian ini. Oleh karena itu, Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi perbaikan karya ilmiah ini di masa mendatang. Semoga hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi semua orang.

Bogor, Mei 2008

Fernissa Fahamalathi

DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................... viii DAFTAR TABEL......................................................................................................................... viii PENDAHULUAN Latar Belakang .............................................................................................................................1 Tujuan...........................................................................................................................................1 Ruang Lingkup .............................................................................................................................1 Manfaat Penelitian........................................................................................................................1 TINJAUAN PUSTAKA Digital Watermarking...................................................................................................................1 Fast Fourier Transform................................................................................................................2 Metode Spread Spectrum .............................................................................................................2 Direct Sequence Spread Spectrum ................................................................................................3 PSNR (Signal to noise Ratio) .......................................................................................................3 Audio benchmarking ....................................................................................................................3 METODE PENELITIAN Lingkup pengembangan sistem ....................................................................................................4 Penyisipan dengan metode DSSS.................................................................................................4 Deteksi dengan metode DSSS ......................................................................................................4 Analisis Hasil Implementasi.........................................................................................................6 Penarikan Kesimpulan..................................................................................................................6 HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Penggunaan Parameter Alpha.........................................................................................6 Analisis Ketahanan.......................................................................................................................9 Uji ketahanan metode DSSS terhadap operasi resampling ......................................................9 Uji ketahanan metode DSSS terhadap operasi penambahan derau ..........................................9 Uji ketahanan metode DSSS terhadap operasi cropping..........................................................9 Uji ketahanan metode DSSS terhadap operasi time stretching ..............................................10 Uji ketahanan terhadap serangan watermark DSSS...............................................................10 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan.................................................................................................................................11 Saran...........................................................................................................................................11 DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................................................11

DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Proses Watermarking ...................................................................................................................2 2 Proses dasar DSSS ......................................................................................................................2 3 Perumusan FFT ...........................................................................................................................3 4 Tahapan penelitian .......................................................................................................................5 5 Tahapan penyisipan hak cipta .....................................................................................................5 6 Tahapan pendeteksian hak cipta ..................................................................................................5 7 Grafik hasil kuesioner untuk analisis keamanan ..........................................................................8  8 Histogram berkas audio dan watermarked audio untuk speech .................................................8  9 Histogram berkas audio dan watermarked audio untuk instrumental ........................................8 10 Histogram berkas audio dan watermarked audio untuk instrumen-mix ......................................8  11 Histogram berkas audio dan watermarked audio untuk full song ...............................................8 

   

DAFTAR TABEL Halaman 1 Daftar berkas audio ......................................................................................................................4  2 Daftar berkas watermark..............................................................................................................4  3 Nilai-nilai PSNR dari masing-masing watermarked audio ..........................................................6  4 Hasil kuesioner untuk analisis penggunaan alpha dan keamanan ...............................................7  5 Hasil uji ketahanan terhadap operasi resampling .........................................................................9  6 Hasil uji ketahanan terhadap operasi penambahan derau .............................................................9  7 Hasil uji ketahanan terhadap operasi cropping...........................................................................10  8 Hasil uji ketahanan terhadap operasi time stretching ...............................................................10  9 Hasil uji ketahanan terhadap serangan watermark DSSS dengan pesan yang sama ..................10  10 Hasil uji ketahanan terhadap serangan watermark DSSS dengan pesan yang berbeda..............10 

   

1

PENDAHULUAN Latar Belakang Jaringan komputer dan internet telah mengalami perkembangan yang pesat, dan produk digital menjadi sesuatu yang populer, gambar, video, dan audio dapat ditransmisikan dari satu tempat ke tempat lain tanpa kehilangan banyak kualitasnya. Pesatnya perkembangan transmisi data menimbulkan banyak fenomena yang terjadi, terutama untuk penggunaan produk digital secara ilegal misalnya pemalsuan kepemilikan produk digital, dan pelanggaran hak cipta. Digital watermarking dikembangkan sebagai salah satu teknik yang dapat menyelesaikan permasalahan tersebut. Teknik watermarking bekerja dengan menyisipkan sedikit informasi yang menunjukkan kepemilikan, tujuan, atau data lain, pada media digital tanpa mempengaruhi kualitasnya. Demikian pula jika teknik watermarking diterapkan pada audio atau musik, telinga tidak bisa mendengar sisipan informasi tadi. Teknologi watermarking memiliki persyaratan bahwa watermark atau label hak cipta yang disisipkan haruslah imperceptible atau tidak terdeteksi oleh indera penglihatan (human visual system / HVS) atau indera pendengaran (human auditory system /HAS). Saat ini sudah banyak metode watermarking yang dikembangkan dalam berbagai domain baik itu dalam domain waktu, domain frekuensi, maupun domain SVD (singular value decomposition). Penelitian ini menggunakan metode DSSS (direct sequence spread spectrum) untuk berkas audio pada domain frekuensi. Metode ini bekerja dengan menambahkan rangkaian sinyal informasi pada berkas audio yang telah diubah ke domain frekuensi. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1

2

3

mengimplementasikan teknik watermarking dengan metode direct sequence spread spectrum pada berkas audio dengan format wave (WAV), menganalisis perubahan kualitas pada berkas audio dengan parameter pengukuran yang ditentukan yaitu watermark amplitude (α), menganalisis ketahanan metode DSSS terhadap beberapa jenis serangan.

Ruang Lingkup Penelitian ini menggunakan teknik watermarking DSSS (direct sequence spread spectrum). Berkas audio yang digunakan berformat WAV, dengan berkas teks berformat txt sebagai informasi yang akan disisipkan. Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini antara lain : • mengetahui kinerja dari metode DSSS untuk audio watermarking, • mengetahui kualitas, keamanan, dan ketahanan berkas audio setelah dilakukan watermarking dengan metode DSSS. TINJAUAN PUSTAKA Digital Watermarking Digital watermarking atau watermarking adalah teknik untuk menyisipkan informasi tertentu ke dalam data digital yang disebut watermark (tanda air). Watermark dapat berupa teks seperti informasi copyright, gambar berupa logo, data audio, atau rangkaian bit yang tidak bermakna. Penyisipan watermark dilakukan sedemikian sehingga watermark tidak merusak data digital yang dilindungi. Selain itu watermark yang telah disisipkan tidak dapat dipersepsi oleh indra manusia, tetapi dapat dideteksi oleh komputer dengan menggunakan kunci yang benar. Ide watermarking pada data digital (sehingga disebut digital watermarking) dikembangkan di Jepang tahun 1990 dan di Swiss tahun 1993. Digital watermarking semakin berkembang seiring dengan semakin meluasnya penggunaan internet, objek digital seperti video, citra, dan suara yang dapat dengan mudah digandakan dan disebarluaskan (Munir 2006). Berdasarkan persepsi manusia, watermarking dapat dibedakan menjadi visible watermarking dan invisible watermarking. Pada invisible watermarking, watermark pada file digital tidak terlihat. Sementara untuk visible, Watermark tersebut terlihat dengan jelas (Kipper 2004). Contoh informasi yang diberikan pada visible watermarking adalah logo perusahaan, nama pencipta, dan lain sebagainya. Visible watermarking ini umumnya digunakan untuk watermarking gambar dan teks (Petitcolas et al 2002).

2

Bila dilihat pada tingkat kekokohan, watermarking dapat dibedakan menjadi secure watermarking, robust watermarking, dan fragile watermarking. Secure watermarking berarti watermark harus dapat bertahan terhadap malicious dan non-malicious attack. Robust watermarking hanya bertahan terhadap nonmaulicious attack dan fragile watermarking boleh dibilang tidak tahan terhadap serangan. Hilangnya watermark pada fragile watermarking menandakan bahwa karya cipta tersebut telah dirusak. Kategori watermarking yang lain berdasarkan penyebarannya yaitu public atau blind watermarking dan non-blind watermarking atau private watermarking. Public watermarking tidak memerlukan berkas asli untuk proses deteksi watermark. Sementara private watermark membutuhkan berkas asli sebelum disisipi watermark untuk mendeteksi watermark (Petitcolas et al 2002). Terdapat banyak kriteria yang harus dipenuhi oleh aplikasi watermarking. Kriteria yang paling utama adalah imperceptibility atau fidelity yaitu berkas hasil penyisipan watermark harus dibuat semirip mungkin dengan berkas aslinya, Robustness yaitu berkas hasil penyisipan watermark harus tahan terhadap berbagai teknik manipulasi digital dan watermark harus dapat dideteksi kembali, dan Security di mana watermark yang disisipkan tidak boleh meninggalkan jejak dalam arti tidak terlalu menonjol agar pihak lain tidak bisa dengan mudah menghilangkan watermark yang sudah disisipkan (Petitcolas et al 2002). Secara umum, watermarking terdiri atas dua tahapan, yaitu: 1 Penyisipan watermark 2 Deteksi watermark Kedua proses tersebut Gambar 1.

digambarkan

pada

2 Watermark Watermark merupakan informasi yang akan disisipkan ke dalam media lain yang akan dilindungi kepemilikannya. 3 Watermarked audio Watermarked audio merupakan hasil dari penyisipan informasi (biasanya berupa label hak cipta) ke dalam audio digital yang akan dilindungi. 4 Watermark key Watermark key adalah kunci rahasia yang akan digunakan dalam penyisipan hak cipta dan dalam pendeteksian kembali hak cipta. Watermark key berbeda dengan encryption key. Watermark key hanya mempengaruhi watermark dengan sederhana, sedangkan encryption key mempengaruhi keseluruhan informasi yang akan dienkripsi (Kipper 2004). Metode Spread Spectrum Metode Spread Spectrum adalah sebuah teknik pentransmisian dengan menggunakan pseudo-noise code sebagai modulator bentuk gelombang untuk menyebarkan energi sinyal dalam sebuah jalur komunikasi (bandwidth). Oleh penerima, sinyal dikumpulkan kembali menggunakan replika pseudo-noise code tersinkronisasi (Munir 2006). Fast Fourier transform (FFT) Watermarking terhadap berkas audio dapat diterapkan pada berbagai domain. Ada yang dilakukan langsung pada jenis data digital tersebut atau terlebih dahulu dilakukan transformasi ke dalam domain yang lain. Salah satu transformasi yang digunakan adalah Discrete Fourier Transform (DFT) yang mengubah data digital ke dalam bentuk domain frekuensi. Misalkan x0, ...., xN-1 adalah bilangan kompleks, maka DFT dideskripsikan dengan rumus sebagai berikut: N −1

Gambar 1 Proses Watermarking (Cvejic 2004). Istilah-istilah yang sering digunakan dalam digital watermarking adalah sebagai berikut : 1 Cover signal Cover signal merupakan media yang berupa audio digital yang akan dilindungi kepemilikannya dengan pemberian label hak cipta.

X k = ∑ χ ne n =0

−

2πi nk N

k = 0,K, N − 1

FFT adalah algoritma transformasi Fourier yang dikembangkan dari algoritma DFT (Discrete Fourier Transform). Dengan metode FFT, laju komputasi dari perhitungan transformasi Fourier dapat ditingkatkan. Komputasi DFT adalah komputasi yang memerlukan waktu untuk proses looping dan memerlukan banyak memori. Dengan menerapkan metode FFT, perhitungan DFT

3

dapat dipersingkat dalam hal ini proses looping dapat direduksi. FFT bekerja dengan membagi sinyal menjadi beberapa bagian kecil yang bertujuan untuk mendapatkan waktu proses yang lebih cepat. Formula tersebut mempunyai kompleksitas sebesar O(N2) sementara FFT mempunyai kompleksitas sebesar O(N log N) dengan formula sebagai berikut :

Gambar 2 Perumusan FFT (Tanudjaja 2007) Dengan N adalah banyaknya FFT point dan a adalah signal yang akan ditransformasi. (Tanudjaja 2007). Direct sequence spread spectrum Direct sequence spread spectrum atau DSSS adalah teknik yang memultiplikasi sinyal audio asli dengan rangkaian biner dan koefisien watermark. Rangkaian biner tersebut umumnya disebut sebagai sinyal ‘chip’. Sinyal chip tersebut harus lebih besar dari data rate atau information rate. Sinyal chip pada dasarnya merupakan key yang dibutuhkan baik pada proses penyisipan maupun deteksi untuk memodulasi rangkaian data (Bender et al 1996).

di mana α merupakan tingkat kejelasan watermark atau watermark amplitude atau koefisien watermark yang akan disisipkan ke dalam sinyal audio, yang rentang nilainya adalah : 0<α≤1 X(f) adalah sinyal audio yang telah ditransformasi ke domain frekuensi dan xi[f] adalah nilai blok–blok hasil FFT ke-i. Proses deteksi watermark dilakukan sebaliknya dengan mengurangkan sinyal hasil transformasi frekuensi watermarked audio dengan sinyal hasil transformasi frekuensi audio asli lalu dibagi dengan scaling factor. Proses tersebut akan menghasilkan carrier signal watermark yang kemudian dikalkulasikan untuk mendapatkan rangkaian biner watermark dan dikonversikan menjadi informasi sesungguhnya (Vawter 2005). PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) PSNR merupakan sebuah istilah dalam engineering yang digunakan untuk mengukur rasio antara kekuatan kemungkinan maksimum dari sebuah sinyal dan kekuatan pengkorupsian noise yang dapat mempengaruhi kemurnian representasi aslinya. Pada penelitian kali ini, akan dibandingkan antara berkas audio asli dengan watermarked audio. Nilai PSNR yang rendah menunjukkan bahwa berkas audio telah mengalami distorsi yang cukup besar. Nilai PSNR dapat dihitung dengan menggunakan fungsi : ⎛ MAX I2 ⎞ ⎟⎟, PSNR = 10. log10 .⎜⎜ ⎝ MSE ⎠

nilai MSE dapat dihitung dengan rumus: 2 1 m −1n −1 MSE = ∑ ∑ I (i , j ) − K (i , j ) mn i = 0 j = 0 Karena kebanyakan sinyal mempunyai range dinamis yang sangat lebar, maka PSNR biasanya dipresentasikan sebagai logaritmik desibel (dB). Kualitas audio yang baik berada pada kisaran di atas 30 dB (Pelton 1993).

Gambar 3 Proses Dasar DSSS 1996).

(Bender et al

Proses penyisipan watermark ke dalam sinyal audio pada metode ini dilakukan dengan perumusan sebagai berikut :

x’[f] = xi[f] + α*w[i]

Audio Benchmarking Audio benchmarking adalah proses pengujian suatu metode signal processing terhadap beberapa operasi digital. Berikut ini adalah beberapa jenis serangan yang akan digunakan dalam penelitian ini. Resampling

4

Resampling adalah proses digital untuk mengkonversikan sample rate berkas audio. Resampling bekerja dengan mentransformasikan kembali berkas audio dari continuous time ke discrete time (Rochesso 2007). Cropping Cropping adalah proses pemotongan untuk menghilangkan beberapa bagian data. Cropping untuk berkas audio biasanya diaplikasikan dengan menggunakan perangkat lunak audio processing (Rochesso 2007).

METODE PENELITIAN Penelitian ini menggunakan metode watermarking direct sequence spread spectrum, untuk penyisipan label hak cipta pada berkas audio. Tahapan yang akan dilakukan pada penelitian ini secara garis besar dapat dilihat pada Gambar 4.

Penambahan Derau Derau merupakan suara–suara yang tidak dinginkan. Penambahan derau dapat dilakukan pada dua domain yaitu pada domain waktu dan pada domain frekuensi. Penambahan derau pada domain waktu dilakukan dengan menambahkan sinyal data dengan frekuensi derau yang telah dimultiplikasi dengan amplitude tertentu. Sementara untuk penambahan derau di domain frekuensi, dapat dilakukan dengan mengubah sinyal ke domain frekuensi dengan transformasi Fourier dan menambahkan sinyal hasil transformasi tersebut dengan frekuensi derau yang telah dimultiplikasi dengan amplitude tertentu, lalu kemudian ditransformasi lagi menjadi domain waktu dengan transformasi Fourier (Vawter 2005). Time stretching 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). Penyisipan kembali dengan metode DSSS (Multiple watermark) Serangan ini dimaksudkan untuk menguji metode DSSS terhadap serangan multiple watermark. Penyisipan tersebut dilakukan dengan metode yang sama yaitu DSSS namun dengan informasi yang bervariasi.

Gambar 4 Tahapan penelitian. Pada tahap implementasi, dilakukan persiapan perangkat lunak, perangkat keras, berkas audio dan berkas teks yang akan dibutuhkan dalam penelitian. Pada tahap ini juga akan dilakukan implementasi metode DSSS pada domain frekuensi, untuk menyisipkan label hak cipta ke dalam berkas audio. Berkas audio yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari beberapa jenis. Deskripsi lengkapnya dapat dilihat secara lengkap pada Tabel 1. Tabel 1 Daftar berkas audio Jenis Speech Instrumental Instrumentmix Full song

Nama Berkas ‘speech.wav’ ‘Instrumental.wav’ ‘instrumenmix.wav’ ‘pop.wav’

Ukuran berkas 651 KB 387 KB 1.32 MB 1.29 MB

Berkas audio tersebut digunakan berdasarkan asumsi bahwa untuk setiap jenis berkas audio, mewakili jenis audio pada umumnya. Deskripsi lengkap berkas yang digunakan sebagai watermark dapat dilihat pada Tabel 2.

5

Tabel 2 Daftar pesan/watermark Nama Berkas

Isi pesan

‘message1.txt’ ‘message2.txt’

‘sonyMusic’ ‘Universal’

Deteksi watermark dengan metode DSSS Ukuran berkas 4,096 bytes 4,096 bytes

Tahapan untuk mendeteksi watermark dari watermarked audio dapat dilihat pada Gambar 6.

Lingkup pengembangan sistem Perangkat keras yang digunakan dalam penelitian ini adalah komputer mobile yang memiliki spesifikasi: • prosesor Intel Pentium Dual-core T2330 @ 1.60GHz, • memory DDR2 dengan kapasitas 1526MB, • harddisk dengan kapasitas 80 GB, dan • monitor 14” WIDE XGA. Perangkat lunak yang digunakan adalah: sistem operasi Windows XP Professional dan bahasa pemrograman MATLAB 7.0.1. Penyisipan dengan metode DSSS Pengimplementasian metode DSSS dilakukan pada tahapan penyisipan label hak cipta atau watermark dan pada tahapan ekstraksi label hak cipta. Tahapan penyisipan hak cipta pada penelitian kali ini dapat dilihat pada Gambar 5. Berkas audio pertama kali dibagi menjadi beberapa blok sepanjang 90 milisecond, kemudian pada setiap blok tersebut dilakukan operasi FFT. Watermark dengan bentuk teks diubah menjadi rangkaian biner yang kemudian dimodulasi menjadi carrier signal periodik sepanjang blok FFT pada berkas audio. Proses penyisipan dilakukan dengan menambahkan blok sinyal hasil operasi FFT dengan carrier signal periodik yang telah dimultiplikasi dengan watermark amplitude atau alpha sebagai scaling factor. Hasil penambahan tersebut kemudian ditransformasi kembali menjadi domain waktu dengan inverse dari FFT untuk menghasilkan watermarked audio.

Gambar 5 Tahapan penyisipan hak cipta.

Gambar 6 Tahapan pendeteksian watermark. Proses pendeteksian watermark dilakukan dengan tahapan–tahapan yang hampir sama dengan tahapan penyisipan, namun setelah diubah ke domain frekuensi, watermark amplitude bukan digunakan sebagai faktor multiplikasi carrier signal melainkan sebagi faktor pembagi untuk mendapatkan nilai carrier signal yang berisi watermark. Watermark diestimasi kemudian dikonversi menjadi pesan sesungguhnya. Analisis Hasil Implementasi Hasil implementasi metode DSSS untuk berkas audio kemudian diuji, dianalisis, dan dievaluasi. Hal–hal yang dianalisis antara lain : • Analisis penggunaan parameter alpha Proses analisis ini meliputi pengujian proses watermarking dengan parameter alpha yang berubah–ubah sesuai dengan range yang ditentukan dan penganalisisan pengaruh perubahan parameter alpha tersebut terhadap kualitas watermarked audio dengan membandingkan berkas audio asli dengan watermarked audio menggunakan PSNR, suatu berkas audio dikatakan memiliki kualitas yang cukup bagus jika nilai PSNR nya berada di atas kisaran 30 dB (Pelton 1993). Dari hasil tersebut akan ditentukan alpha optimum dari masing–masing berkas uji. Alpha optimum tersebut adalah nilai alpha

6

antara 0-1 yang maksimum untuk setiap berkas audio di mana watermark yang disisipkan tidak sampai perceptible. Hasil tersebut akan didukung dengan penilaian dari responden dengan menggunakan metode survei. Survei dilakukan terhadap 30 responden yang berasal dari mahasiswa Departemen Ilmu Komputer IPB, pelaku musik, dan non-mahasiswa ilmu komputer juga non-pelaku musik. Hasil survei tersebut dapat digunakan untuk menunjukkan kualitas dan keamanan watermarked audio. • Analisis ketahanan Proses ini meliputi pengujian metode DSSS terhadap beberapa serangan yaitu resampling, cropping, penambahan derau, time stretching, dan penyisipan kembali dengan metode DSSS. Hasil pengujian ini berguna untuk mengetahui ketahanan watermark yang disisipkan terhadap serangan–serangan yang diberikan, sehingga nilai watermark tidak berubah atau rusak. Pada proses ini dilakukan perbandingan antara berkas audio asli dengan watermarked audio, dan antara watermark asli dengan watermark hasil deteksi setelah diujikan dengan serangan–serangan yang diberikan. Pada serangan resampling, sample rate yang digunakan adalah 22050 Hz dan 48000 Hz sedangkan sample rate berkas audio asal keseluruhan adalah 44100 Hz. Pengaplikasian serangan penambahan derau dilakukan di domain waktu dengan menambahkan watermarked signal dengan sinyal random carrier seukuran blok watermarked signal dengan amplitude yang kecil. Untuk serangan penambahan derau di domain frekuensi dilakukan dengan transformasi Fourier dan menambahkan sinyal Fourier dengan sinyal random carrier yang dimultiplikasi dengan amplitude yang kurang dari watermark amplitude yang digunakan untuk penyisipan. Pengujian ketahanan metode audio watermarking DSSS terhadap operasi cropping dilakukan dengan memotong 1/2 bagian dari watermarked audio baik dari 1/2 bagian awal, tengah maupun akhir dengan menggunakan tools Audacity. Serangan time stretching menggunakan metode phase vocoder. Dalam penelitian ini digunakan time stretching dengan metode phase vocoder untuk perlambatan sinyal. Metode ini menggunakan transformasi ke domain STFT untuk mengaplikasikan

duplikasi frame–frame sinyal dan memanipulasi fase pada blok STFT dengan menambahkan beberapa fase semu, kemudian ditambahkan dengan overlap. Serangan yang terakhir yaitu penambahan kembali watermark pada watermarked audio dengan metode yang sama yaitu DSSS dengan nilai watermark atau informasi hak cipta yang bervariasi. Penarikan kesimpulan Setelah mendapatkan hasil dari analisis pada tahap sebelumnya, maka penulis dapat menarik kesimpulan mengenai pengaruh penggunaan parameter alpha pada metode DSSS pada berkas audio dan juga mengenai ketahanan metode DSSS terhadap serangan – serangan yang ditentukan. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil yang diperoleh dari proses penyisipan watermark berupa watermarked audio. Berkas audio hasil proses tersebut kemudian dibandingkan dengan berkas audio aslinya sehingga dapat diketahui adanya distorsi yang disebabkan oleh proses penyisipan watermark tersebut dengan pengukuran peak signal to noise ratio (PSNR). Pengukuran nilai PSNR dilakukan untuk semua berkas audio dengan alpha bervariasi antara 0 sampai dengan 1. Hal tersebut dilakukan untuk mengetahui pengaruh perubahan nilai alpha terhadap kualitas watermarked audio. Untuk penentuan alpha optimum sebagai tolak ukur kualitas watermarked audio, hasil kuesioner berupa persentase keberadaan derau pada watermarked audio dengan alpha yang telah ditentukan. Sementara itu untuk pengujian ketahanan dapat diketahui apakah metode DSSS untuk audio watermarking resisten terhadap serangan yang diberikan atau tidak. Analisis Penggunaan Parameter Alpha Proses penyisipan dan pendeteksian watermark pada penelitian kali ini dilakukan dengan beberapa nilai α yang berbeda-beda untuk melihat berapakah nilai α yang cocok untuk masing-masing proses penyisipan dan pendeteksian. Hasil perhitungan PSNR dari masing-masing watermarked audio dan watermark hasil deteksinya dapat dilihat pada Tabel 3.

7

Tabel 3 Nilai-nilai PSNR dari masing-masing watermarked audio Jenis Speech Instrumental Instrumentmix Full song

NILAI PSNR (dB) 0.1 55.8003

0.2 49.7797

0.3 46.2588

0.4 43.7598

0.5 41.8214

0.6 40.2377

0.7 38.8987

0.8 37.7392

0.9 36.7595

49.2991

43.2785

39.7575

37.2585

35.3202

33.7365

32.3975

31.2379

30.2192

59.1634

53.1428

49.6219

47.1229

45.1846

43.6009

42.264

41.1925

40.3362

59.1124

53.0918

49.5709

47.0719

45.1528

43.6231

42.3864

41.4551

40.7126

Analisis penggunaan parameter alpha selanjutnya dilakukan dengan survei. Survei dilakukan dengan pembagian kuesioner untuk penilaian kualitas audio terhadap 30 responden. Responden diberikan beberapa sample audio asli dan watermarked audio dengan penggunaan alpha tertentu untuk menentukan apakah watermarked audio mengalami perubahan jika dibandingkan dengan berkas audio aslinya. Responden terdiri atas 40% mahasiswa Ilkom, 40% pelaku musik, dan 10% sisanya adalah mahasiswa non-Ilkom dan 10% responden umum non-mahasiswa dan non-pelaku musik. Pemilihan nilai alpha ini disebabkan karena alpha adalah faktor trade-off antara ketahanan dan kualitas. Semakin tinggi nilai alpha maka semakin rendah pula kualitas audio yang dihasilkan namun, nilai alpha yang semakin tinggi akan memperkuat ketahanan watermarked audio terhadap serangan berbasis frekuensi. Hal tersebut cukup mewakili penilaian keberhasilan dari penelitian ini. Hasil dari survei dan kuesioner tersebut dapat digunakan untuk analisis keamanan metode DSSS, karena derau yang dihasilkan dari penyisipan watermark dapat digunakan untuk mendeteksi dan menghancurkan watermark tersebut di bagian audio yang diperkirakan memiliki derau. Penilaian pada kuesioner dibagi menjadi dua kriteria yaitu ada derau dan tidak ada derau. Kriteria ada derau dapat dipilih responden apabila responden dapat mendengar adanya derau pada watermarked audio yang dihasilkan. Kriteria tidak ada derau dapat dipilih responden apabila responden tidak mendengar derau sama sekali pada watermarked audio yang dihasilkan. Hasil kuesioner untuk analisis penggunaan parameter alpha dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel

4

Hasil kuesioner untuk analisis penggunaan alpha dan keamanan

Jenis

alpha

Speech Instrumental Instrumentalmix Full song

0.1 0.1 0.4 0.4

Jumlah Ada Tidak derau ada derau 2 28 5 25 1 29 3

27

Berdasarkan tabel 4, dapat dilihat bahwa 93,33% responden berpendapat bahwa watermarked audio untuk jenis audio speech dengan alpha 0.1 tidak mengalami perbedaan atau penambahan derau. Sebanyak 83,33% responden berpendapat bahwa tidak ada derau untuk watermarked audio jenis audio single instrument dengan alpha 0.1, 96,67% responden berpendapat bahwa tidak ada derau untuk watermarked audio jenis instrument-mix dengan alpha 0.4. Sebanyak 90% responden berpendapat bahwa tidak ada derau untuk watermarked audio jenis lagu pop dengan alpha 0.4. Grafik hasil kuesioner dapat dilihat pada Gambar 7.

Gambar 7 Grafik hasil kuesioner analisis penggunaan alpha terhadap kualitas watermarked audio.

8

Berdasarkan Gambar 7, dapat dilihat secara keseluruhan bahwa 91% dari responden berpendapat, tidak ada derau pada watermarked audio dengan alpha tertentu dan 9% responden berpendapat bahwa ada derau pada watermarked audio. Berdasarkan hasil kuesioner tersebut, watermarked audio yang dihasilkan memiliki kualitas yang baik karena nilai PSNR yang dihasilkan rata-rata di atas 30 dB, dan tidak ada derau yang memungkinkan steganalisis dapat menghancurkan langsung frekuensi derau dengan hanya mendengar perbandingan antara berkas audio asli dan watermarked audio. Analisis kualitas watermarked audio dengan penggunaan alpha optimum selanjutnya dilakukan dengan membandingkan histogram antara berkas audio asli dan watermarked audio. Apabila tidak terdapat perbedaan yang nyata maka kualitas audio termasuk baik. Untuk segi keamanan maka kemungkinan kecil steganalis dapat menyadari adanya perbedaan yang nyata pada histogram kedua berkas audio tersebut. Histogram untuk berkas audio asli dan watermarked audio dapat dilihat pada Gambar 8 sampai dengan Gambar 11.

Gambar 10

Gambar

Histogram berkas audio dan watermarked audio untuk instrument-mix.

11 Histogram berkas audio dan watermarked audio untuk lagu pop.

Berdasarkan Gambar 8-11, histogram menunjukkan perbedaan yang tidak terlalu nyata antara berkas audio asli dengan watermarked audio. Hal tersebut menunjukkan bahwa kualitas audio hasil penyisipan watermark dengan alpha optimum selama watermark imperceptible dengan menggunakan metode DSSS cukup baik. Analisis Ketahanan

Gambar 8

Histogram berkas audio dan watermarked audio untuk speech.

Gambar 9 Histogram berkas audio dan watermarked audio untuk instrumental.

Uji Ketahanan metode DSSS terhadap operasi resampling Untuk melihat perubahan pada watermark, watermarked audio hasil resampling dideteksi kembali dan dihitung nilai PSNR nya bila dibandingkan dengan berkas audio aslinya. Pesan yang digunakan berisi kata “sonyMusic” hasilnya dapat dilihat pada Tabel 5. Berdasarkan Tabel 5, dapat dipastikan bahwa metode DSSS ini tahan terhadap operasi resampling karena nilai watermark hasil deteksi selalu sama. Operasi resampling hanya mengubah jumlah sample per detik dari watermarked audio sehingga tidak mempengaruhi nilai blok–blok FFT ataupun nilai carrier signal dari watermarked audio.

9

Tabel 5 Hasil uji ketahanan terhadap operasi resampling Jenis

44100 Hz 44100 Hz 44100 Hz

sonyMusic sonyMusic sonyMusic

Fs resampling 16000 Hz 48000 Hz Hasil pemutaran kembali Hasil deteksi Hasil pemutaran kembali berubah sonyMusic berubah berubah sonyMusic berubah berubah sonyMusic berubah

44100 Hz

sonyMusic

berubah

Fs asal Hasil deteksi

Speech Instrumental Instrumentmix Pop

sonyMusic

berubah

Tabel 6 Hasil uji ketahanan terhadap operasi penambahan derau Jenis

Speech Instrumental Instrument-mix Pop

Pesan asal

sonyMusic sonyMusic sonyMusic sonyMusic

Penambahan derau Domain waktu Domain frekuensi Hasil deteksi Hasil pemutaran kembali Hasil deteksi Hasil pemutaran kembali sonyMusic Ada derau sonyMusic Ada derau sonyMusic Ada derau sonyMusic Ada derau sonyMusic Ada derau sonyMusic Ada derau sonyMusic Ada derau sonyMusic Ada derau

Uji ketahanan metode DSSS terhadap operasi penambahan derau Untuk melihat perubahan pada watermark, watermarked audio hasil penambahan derau akan dideteksi kembali dan dan dibandingkan dengan berkas audio aslinya. Pesan yang digunakan berisi kata “SonyMusic” dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel 6. Berdasarkan Tabel 6, dapat dipastikan bahwa metode DSSS ini tahan terhadap operasi penambahan derau dengan amplitude yang kecil. Operasi ini tidak mempengaruhi nilai blok-blok FFT karena amplitude untuk random noise signal yang digunakan kurang dari nilai watermark amplitude yang digunakan untuk meyisipkan pesan. Uji ketahanan metode DSSS terhadap operasi cropping Untuk melihat perubahan pada watermark, watermarked audio hasil cropping dideteksi kembali dan dan dibandingkan dengan berkas audio aslinya. Pesan yang digunakan berisi kata “SonyMusic” dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel 7. Berdasarkan Tabel 7, dapat dipastikan bahwa metode DSSS ini tidak tahan terhadap operasi cropping. Operasi cropping memotong beberapa bagian dari watermarked audio, sehingga menghilangkan beberapa bagian dari carrier signal. Oleh karena itu, nilai watermark tidak dapat dikembalikan seperti semula. Uji ketahanan metode DSSS terhadap serangan Time stretching Metode time stretching yang digunakan adalah metode Phase vocoder. Hasil uji

ketahanan terhadap serangan ini dapat dilihat pada Tabel 8. Berdasarkan Tabel 8, dapat dipastikan bahwa metode DSSS ini tidak tahan terhadap operasi time stretching, karena operasi time stretching menggunakan metode phase vocoder yang menggunakan overlapping dan memanipulasi fase sinyal pada domain STFT. Dengan kata lain phase vocoder menciptakan sinyal yang hampir mirip dengan sinyal aslinya untuk melakukan pemecahan pada sinyal untuk mendapatkan perubahan speed. Sehingga ketika dideteksi kembali nilai blok FFT berubah begitu pula untuk nilai carrier signal watermark. Uji ketahanan watermark DSSS

terhadap

serangan

Serangan ini dimaksudkan untuk menguji ketahanan metode DSSS apabila disisipi informasi kembali. Hasilnya dapat dilihat pada Tabel 9 dan 10. Hasil deteksi menunjukkan bahwa untuk penyisipan dua kali dengan pesan yang sama, nilai watermark tidak berubah. Hal tersebut tersebut disebabkan penyisipan ulang dengan pesan yang sama menghasilkan carrier signal yang sama sehingga frekuensi watermark pada sinyal digantikan dengan frekuensi yang sama. Hasil deteksi untuk penyisipan kembali dengan pesan yang berbeda menghasilkan nilai watermark yang berubah. Hal tersebut tersebut disebabkan penyisipan ulang dengan pesan yang berbeda menghasilkan carrier signal yang berbeda, sehingga frekuensi watermark pada sinyal saling tumpang tindih dan menghasilkan nilai watermark yang baru. Dengan demikian metode DSSS ini tidak tahan terhadap serangan penyisipan informasi kembali.

10

Tabel 7 Hasil uji ketahanan terhadap operasi cropping. Jenis

Pesan

Speech Instrumental Instrument-mix Pop

SonyMusic SonyMusic SonyMusic SonyMusic

Cropping 1/2 bagian awal 1/2 bagian akhir Hasil deteksi Hasil pemutaran Hasil deteksi Hasil kembali pemutaran kembali Tidak ada terpotong Tidak ada terpotong Tidak ada terpotong Tidak ada terpotong Tidak ada terpotong Tidak ada terpotong Tidak ada terpotong Tidak ada terpotong

Tabel 8 Hasil uji ketahanan terhadap operasi time stretching Jenis

Pesan

Speech Instrumental

SonyMusic SonyMusic

Hasil deteksi OMcZ 'j {A9D o.7

Instrument-mix Pop

SonyMusic SonyMusic

l6-ftz@?O ~? W=Oa

Time stretching Hasil pemutaran kembali Berubah pitch dan tempo Berubah pitch dan tempo Berubah pitch dan tempo Berubah pitch dan tempo

Tabel 9 Hasil uji ketahanan terhadap serangan watermark DSSS dengan pesan yang sama Jenis

Pesan pertama

Speech Instrumental Instrument-mix Pop

SonyMusic SonyMusic SonyMusic SonyMusic

Pesan Kedua SonyMusic SonyMusic SonyMusic SonyMusic

Multiple watermark Hasil deteksi Hasil pemutaran kembali SonyMusic Ada derau SonyMusic Ada derau SonyMusic Ada derau SonyMusic Ada derau

Tabel 10 Hasil uji ketahanan terhadap serangan watermark DSSS dengan pesan berbeda Jenis

Pesan pertama

Speech Instrumental Instrument-mix Pop

SonyMusic SonyMusic SonyMusic SonyMusic

Pesan Kedua Universal Universal Universal Universal

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil percobaan yang dilakukan pada penelitian ini diperoleh beberapa kesimpulan: 1 Metode DSSS dapat digunakan untuk menyisipkan watermark berformat teks ke dalam berkas audio yang berformat WAV. 2 Penggunaan alpha atau watermark amplitude memiliki pengaruh pada kualitas watermarked audio di mana semakin tinggi nilai alpha yang digunakan maka kualitas audio akan semakin rendah atau terdengar derau. Penggunaan alpha yang tinggi juga dapat meningkatkan ketahanan watermarked audio terhadap serangan berbasis frekuensi. 3 Penggunaan alpha optimum memberikan hasil yang baik untuk kualitas dan keamanan watermarked audio berdasarkan hasil survei dengan pembandingan secara HAS (Human Auditory System) maupun pembandingan dengan histogram.

Multiple watermark Hasil deteksi Hasil pemutaran kembali woo mwsio Ada derau woo mwsio Ada derau woo mwsio Ada derau woo mwsio Ada derau

4 Metode DSSS memiliki ketahanan terhadap serangan resampling, penambahan derau di domain frekuensi dan domain waktu dengan amplitude yang lebih kecil dari watermark amplitude dan juga untuk serangan multiple watermarks dengan metode dan pesan yang sama. 5 Metode DSSS tidak tahan terhadap operasi time stretching, cropping, dan multiple watermark dengan metode yang sama namun dengan pesan yang berbeda. Saran Saran yang dapat diberikan penelitian selanjutnya antara lain : 1 2

untuk

Metode DSSS ini masih dapat diuji ketahanannya terhadap serangan berbasis audio lainnya. Melakukan Pembandingan antara metode DSSS dengan metode audio watermarking lainnya.

11

3

4 5

Mengembangkan penelitian dengan menambahkan analisis ukuran pesan dan variasi pesan yang digunakan untuk pengujian Mengembangkan metode DSSS dengan menggunakan watermark key atau kunci. Mengembangkan metode DSSS untuk proses deteksi tanpa menggunakan berkas audio asli dan berkas pesan asli. DAFTAR PUSTAKA

Bernsee M. 1999. Time stretching and Pitch Shifting of Audio Signal. http://dspdimension.com [28 April 2008]. Bender W, Gruhl D, Lu A, Morimoto N. 1996. Techniques For Data Hiding. IBM Systems Journal Vol. 35, No. 3&4, MIT Media Lab. G321-5608. Cvejic N. 2004. Algorithms for Audio Watermarking and Steganography. Oulu: University of Oulu Publications. Kipper G. 2004. Investigator’s Guide to Steganography. Washington D.C.: Auerbach Publications. Munir R. 2006. Kriptografi. INFORMATIKA. Pelton G. 1993. Voice Singapore: McGraw-Hill.

Bandung: Processing.

Petitcolas F, Katzenbeisser S, Hyeon L. 2002. watermarking FAQ. http://watermarkingworld.org/faq [28 April 2008] Rochesso D. 2007. Introduction to Sound Processing. http://www.scienze.univr.it/ [28 April 2008] Tanudjaja H. 2007. Pengolahan sinyal digital dan sistem pemrosesan sinyal. Yogyakarta: CV. ANDI OFFSET. Vawter Jared. 2005. Audio watermarking. http://ece.uvic.ca/elec484/report [28 April 2008]