Vol. 8, No.2,  102-109,  Januari  2012

## Penerapan Reversible Contrast Mapping pada

## Audio Watermarking
Hendra dan Marzhelly Djuan Kristanta 

## Abstrak
Perkembangan  teknologi  informasi  dalam  hal  pertukaran  informasi  yang  semakin  canggih menuntut  adanya  solusi  untuk  mengatasi  masalah  mengenai  izin  penggunaan,  penggandaan, maupun  pemodifikasian  suatu  produk  digital. Digital  watermarking merupakan  salah  satu solusi  yang  dapat  digunakan  untuk  mengatasi  masalah  tersebut.  Salah  satu  teknik watermarking yang  dapat  digunakan  dalam  penyembunyian  informasi  citra  digital  adalah Reversible Contrast Mapping . Dalam tulisan ini, reversible contrast mapping diterapkan pada audio  dengan  mentransformasi  seluruh  pasangan  byte  yang  nilai  bit-nya  bukan  merupakan bilangan  ganjil  dan  menyisipkan payload pada  salah  satu  dari  pasangan  byte  tersebut. Sedangkan pasangan byte yang kedua lainnya merupakan bilangan ganjil, penyisipan payload dilakukan  dalam  proses  transformasi.  Hasil  dari  penulisan  ini  menunjukkan  bahwa  semakin kecil  control  distorsi  yang  diberikan  maka  nilai  SNR  akan  semakin  besar.  Selain  itu,  ukuran payload yang digunakan tidak mempengaruhi nilai SNR yang dihasilkan.
Kata kunci: audio, digital watermarking, Reversible Contrast Mapping.

## 1. Pendahuluan
Watermarking adalah  suatu  bentuk  steganografi  yaitu  ilmu  yang  mempelajari  tentang penyembunyian  suatu  data  pada  data  yang  lain. Watermarking juga  merupakan  suatu  teknik dalam  membantu  pengamanan  berkas-berkas  digital  dengan  memberikan  suatu  tanda  tertentu pada berkas tersebut untuk menunjukkan akan kepemilikkan dari berkas tersebut [4].
Pengamanan  data  menggunakan  watermarking  dapat  diterapkan  pada  semua  dokumen multimedia seperti citra, audio dan video. Teknik watermarking memanfaatkan kelemahan indera penglihatan  maupun  pendengaran  manusia  yang  tidak  sensitif  dalam  membedakan  objek  yang serupa  sehingga  tidak  dapat  mendeteksi  keberadaan  watermark  yang  tersembunyi  dalam  suatu media. Reversible  watermarking adalah  salah  satu jenis  watermarking  dimana  media  host  dapat dipulihkan  setelah  watermark  dalam  media  tersebut  dikeluarkan.  Saat  ini  telah  banyak  metode watermarking jenis ini yang ditemukan khususnya pada media citra. Skema metode watermarking menggunakan banyak pendekatan di antaranya menggunakan kompresi data, difference expansion dan    pergeseran  histogram  [2].  Selain  ketiga  skema  tersebut  masih  terdapat  satu  skema  yang masih tergolong baru yaitu  menggunakan transformasi integer. Dalam skema ini hanya terdapat dua  jenis  metode  yaitu Reversible  Contrast  Mapping (RCM),  lihat  [1],  dan  Reversible Low Contrast Mapping (RLCM), lihat [3].
Penerapan metode watermarking pada media audio disebut sebagai audio watermarking. Dibandingkan watermarking pada media yang lain, audio watermarking lebih sulit dikembangkan karena  indera  pendengaran  manusia  lebih  sensitif  dibandingkan  indera  yang  lain.  Saat  ini  telah
 Jurusan Matematika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin, Jl. Perintis Kemerdekaan Km.10 Makassar

## Hendra dan Marzhelly Djuan Kristanta
banyak  metode  audio  watermarking  yang  dikembangkan  dengan  skema  yang  berbeda-beda  di antaranya  menggunakan  metode  Quantisasi, Spread-Spectrum , watermark  shaping ,  metode  dua himpunan, replika, metode self-marking dan metode sinkronisasi [5].
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menerapkan  metode  reversible  watermarking  yang dikembangkan  oleh  Coltuc  dan  Chassary  yaitu  metode  RCM  pada  media  audio.  Penggunaan metode RCM pada audio serupa dengan metode quantisasi pada digital audio tetapi karena sifat watermarking  ini  yang  reversible  sehingga  penerapannya  sangat  berbeda  dengan  metode quantisasi maupun metode audio watermarking yang lain.

## 2. Metode Penelitian
Pada tahun 2007, Coltuc dan Chassery mengembangkan suatu skema watermarking pada domain  spasial  dengan  menggunakan  suatu  fungsi  transformasi  integer  yang  diaplikasikan  pada pasangan  piksel  yang  bertetangga.  Berdasarkan  hal  tersebut,  maka  pada  penulisan  yang menggunakan audio sebagai media ini pun, fungsi transformasi tersebut akan diaplikasikan pada pasangan byte yang bertetangga, dengan fungsi transformasi yang didefinisikan sebagai berikut :
y x x   2 ' dan x y y   2 ' (1)
Sedangkan fungsi invers didefinisikan sebagai berikut :
      ' 3 1 ' 3 2 y x x dan       ' 3 2 ' 3 1 y x y (2)
Kedua fungsi inilah yang kemudian disebut sebagai Reversible Contrast Mapping (RCM). Kedua fungsi  ini  memiliki  sifat  khusus  yaitu  jika x dan y keduanya  bukan  bilangan  ganjil  maka pergantian least significant bit (LSB) kedua hasil transformasi dengan persamaan (1) yaitu x’ dan y’ menjadi  ‘0’  akan  tetap  menghasilkan  nilai x dan y yang  benar  setelah  ditransformasi  balik dengan persamaan (2). Akan tetapi jika x dan y keduanya adalah bilangan ganjil, kedua fungsi ini tidak dapat menghasilkan nilai x dan y yang benar jika LSB x’ dan y’ diganti dengan ‘0’.

## 2.1 Metode Penyisipan Watermark
Sama halnya proses penyisipan citra watermark pada citra yang telah dikembangkan oleh Coltuc  dan  Chassery,  penyisipan  citra watermark ( payload )  pada  audio  pun  dilakukan  dengan memanfaatkan  sifat  istimewa  dari Reversible  Contrast  Mapping ,  yaitu  dengan  mentransformasi seluruh  pasangan  byte  yang  nilai  bit-nya  bukan  merupakan  bilangan  ganjil  dan  kemudian menyisipkan payload pada  salah  satu  dari  pasangan  byte  tersebut.  Sedangkan  untuk  pasangan byte  yang  kedua  nilai  bit-nya  merupakan  bilangan  ganjil,  maka  penyisipan payload dilakukan dalam proses transformasi.
Metode ini bekerja pada domain waktu dimana signal audio sebagai media penyimpanan data. Pada audio satu channel, pasangan data didefinisikan dari signal audiopada dua waktu yang berdekatan.  Sedangkan  pada  audio  dua  channel  pasangan  data  didefinisikan  dari  kedua  nilai signal pada waktu yang sama dari masing-masing channel.
Proses  penyisipan  harus  menghindari  terjadinya overflow dan underflow yaitu  kondisi dimana hasil transformasi di luar domain nilai intensitas sehingga hasil tranformasi dibatasi oleh     0 , , 0 L L D   dimana L =255 untuk audio dengan format file WAV satu channel. Selain itu, byte-byte  yang  berada  pada  tepi  domain D yang  merupakan  byte  ambiguitas  harus  ditangani

## Hendra dan Marzhelly Djuan Kristanta
dengan  baik  sehingga  byte-byte  ini  tidak  menyebabkan  kesalahan  dalam  proses  deteksi watermark .
Dalam metode ini, proses penyisipan dilakukan pada pasangan byte dalam audio dimana pasangan nilai byte ( x, y ) ditransformasi ke persamaan (1) sehingga diperoleh pasangan byte ( x’, y’ ). Langkah selanjutnya LSB dari x’ diganti dengan 1. Hasil proses ini adalah LSB dari y’ dapat diganti untuk menyisipkan bit watermark . Akan tetapi jika ( x, y ) berada dalam D c tetapi keduanya merupakan pasangan bilangan ganjil maka nilai x’ dan y’ diambil dari nilai x dan y kemudian LSB dari x’ diganti dengan 0. Seperti sebelumnya, hasil dari langkah ini LSB dari y’ dapat diganti untuk menyisipkan bit watermark . Jika pasangan nilai byte ( x , y ) berada di luar D c maka nilai x’ dan y’ diambil dari nilai x dan y kemudian LSB dari x’ diganti dengan 0. Sedangkan LSB dari x harus disimpan untuk proses recovery . Pasangan byte ( x, y ) dikatakan berada dalam D c jika memenuhi syarat berikut :
1.
dan
2. ( x,  y )  bukan  merupakan  pasangan  piksel  ambiguitas  yaitu  tidak  memenuhi  salah    satu dari    persamaan    berikut atau atau atau
Untuk  menyisipkan payload yang lebih besar, proses penyisipan dapat dilakukan dalam beberapa level ,  yaitu  dengan  mengulang  proses  penyisipan  tersebut  sejumlah level yang diinginkan  dimana  audio  ter- watermark hasil  suatu  level  dijadikan  audio  host  pada  level berikutnya.  Bit-bit payload yang  belum  termuat  pada level pertama  akan  disisipkan  pada level selanjutnya.

## 2.2 Deteksi dan Recovery
Proses  deteksi  dan recovery dilakukan  dengan  memeriksa  nilai  LSB  dari  byte  yang dijadikan kode dalam proses penyisipan. Dalam proses ini, audio harus dikelompokkan kedalam pasangan-pasangan  byte  ( x’ , y’ ).  Selanjutnya  dilakukan  pemeriksaan  terhadap  setiap  pasangan byte  apakah  LSB  dari x’ adalah  1,  jika  terpenuhi  maka  LSB  dari y’ diganti  dengan  0  yang kemudian ditransformasi balik dengan menggunakan persamaan (2).
Jika LSB dari x’ adalah 0 dan setelah LSB dari pasangan byte ( x’ , y’ ) diganti dengan 1 masih  berada  dalam D c maka  LSB  dari y’ harus  disimpan  sebagai  barisan watermark yang terdeteksi.  Namun,  jika  setelah  LSB  dari  pasangan  byte  ( x’ , y’ )  diganti  dengan  1  tidak  berada dalam D c maka diberikan tanda positif pada byte x’ karena byte tersebut harus diganti dengan bit- bit watermark yang telah terdeteksi sebelumnya

## 2.3 Kapasitas Penyembunyian Data
Kapasitas  penyembunyian  data  baik  pada  citra  maupun  audio  merupakan  kapasitas maksimum payload yang dapat disisipkan. Dalam penulisan ini, proses penyisipan payload akan dilakukan  dengan  audio  sebagai  medianya  sehingga  kapasitas  penyembunyian  data  dinyatakan dalam satuan jumlah bit per byte. Kapasitas maksimum payload yang dapat disisipkan pada suatu audio merupakan selisih dari jumlah pasangan byte yang dapat disisipi dengan jumlah pasangan byte yang tidak dapat disisipi bit watermark . Nilai ini akan membatasi ukuran payload yang akan disisipkan yaitu jika ukuran payload lebih besar daripada nilai kapasitas maksimum tersebut akan menyebabkan  tidak  seluruh  bit  pada payload akan  disisipkan.  Besarnya  nilai  dipengaruhi  oleh hubungan nilai intensitas pasangan byte dalam audio dan control distorsi yang digunakan.
Sehingga kapasitas penyembunyian data pada audio dapat dihitung dengan rumus :
Hendra dan Marzhelly Djuan Kristanta
bpb P P T B 2 2   (3)
dimana P adalah  jumlah  pasangan  byte  dan T adalah  jumlah  pasangan  byte  yang  dapat  disisipi watermark .
Fungsi  ini  diperoleh  berdasarkan  algoritma  yang  digunakan,  dimana  hubungan  antara pasangan  intensitas  piksel  ditunjukkan  pada  Gambar  1.  Bagian  yang  diberi  warna  hitam  adalah pasangan  intensitas  piksel  yang  dapat  digunakan  untuk  menyisipkan watermark ( embeddable ) sedangkan  selebihnya  adalah  pasangan  intensitas  piksel  yang  tidak  dapat  digunakan  untuk meyisipkan watermark ( non-embeddable ) sehingga salah satu LSB dari pasangan tersebut harus disimpan kembali bersama payload untuk proses recovery .
Gambar 3. Hubungan Nilai Intensitas antara Pasangan Piksel pada Metode Coltuc dan Chassery.

## 2.4 Kontrol Distorsi
Kontrol  distorsi  didefinisikan  sebagai  perbedaan  antara  nilai  byte x pada  audio  asli dengan  nilai  byte x’ pada  audio  ter- watermark .  Kontrol  distorsi  diperlukan  untuk  menghindari rendahnya fidelity yang  ditimbulkan  akibat  transformasi.  Berdasarkan  transformasi  yang digunakan oleh Coltuc dan Chassery maka kontrol distorsi dinyatakan sebagai berikut :
   y x (4)
dimana  adalah nilai threshold

## 3. Hasil dan Pembahasan
Pada  penelitian  ini,  metode Reversible  Contrast  Mapping diimplementasikan  pada  file audio  dengan  format  WAV  yang  berukuran  111  kb.  Gambar  2  menunjukkan  signal  audio  pada domain  waktu.  Adapun payload yang  digunakan  berupa  dua  buah  citra  biner  dengan  masing- masing ukuran yang berbeda, yakni 116 x 104 atau sebesar 12080 bit dan 108 x 47 atau sebesar 5076 bit yang diperoleh dari dari jumlah piksel dalam payload ditambah 16 bit yang selanjutnya akan digunakan untuk menyimpan informasi (lihat Gambar 3).

## Hendra dan Marzhelly Djuan Kristanta
Gambar 2. Grafik Signal Audio Media Host.
a. Citra Logo (116 x 104) b. Citra contoh (108 x 47)

## Gambar 3. Citra Watermark
Pada  Gambar  6  ditunjukkan  perbandingan  signal  audio  asli  dan  signal  audio terwatermark  dimana  proses  watermarking  dilakukan  dengan  menyisipkan  citra  logo  sebagai payload -nya  dan  menggunakan  konstrol  distorsi  sebesar  255.  Pada  gambar  tersebut  terlihat perubahan  pada  signal  audio  cukup  signafikan  tetapi  karena  dilakukan  pada  rangkaian  waktu yang  berdekatan  sehingga  perubahan  ini  tidak  terdengar  dengan  jelas  oleh  indera  pendengaran manusia.
waktu sig n al
(a) Audio Asli
(b) Audio Terwatermark
Gambar 4. Contoh Sampel Audio Asli dan Audio Terwatermark pada Suatu Potongan Waktu.
Kualitas hasil watermarking menggunakan metode RCM sangat tergantung pada kontrol distorsi yang diberikan. Semakin kecil nilai kontrol distrorsi yang diberikan semakin baik kualitas audio  watermarking  yang  dihasilkan.  Ukuran  citra payload tidak  berpengaruh  secara  signifikan pada  kualitas  audio  terwatermark.  Ukuran payload yang  besar  dapat  menyebabkan  gagalnya penyisipan  karena  kapasitas  penyembunyian  data  yang  lebih  kecil  dibandingan  ukuran payload tersebut.

## Hendra dan Marzhelly Djuan Kristanta
Tabel1.  PerbandinganNilai SNR Hasil Kontrol Distorsi yang Diberikan
pada Signal Host. Kontrol Distorsi Nilai SNR (dB) Citra contoh Citra logo 255 29,3174 29,3142 100 29,3174 29,3142 50 29,3174 29,3142 25 29,4163 29,4121 10 33,8456 33,8351 5 38,3693 38,3498 2 40,4968 40,4889
Pada  Tabel  1  di  atas  ditunjukkan  perbandingan  kualitas  audio  terwatermark  dengan  kontrol distorsi  yang  berbeda  dan  perbandingan  kualitas  audio  terwatermark  pada  kedua payload yang digunakan.
Pada Tabel 2 diberikan perbandingan kapasitas penyembunyian data metode RCM pada kontrol  distorsi  yang  beda  dengan payload menggunakan  adalah  citra  logo.  Hasil  pengujian menunjukkan  semakin  kecil  kontrol  distorsi  yang  diberikan  semakin  kecil pula  watermark  yang dapat disembunyikan pada audio tersebut. Hal ini menyebabkan penentuan kontrol distorsi harus disesuaikan dengan ukuran payload yang akan disembunyikan
Tabel 2. Perbandingan Kapasitas Penyembunyian Data.
Kontrol Distorsi Kapasitas Penyembunyian Data (bit) 255 57068 100 57068 50 57068 25 56970 10 49312 5 38700 2 28966

## 4. Kesimpulan
Metode  audio  watermarking  menggunakan  RCM  menggunakan  skema  watermarking yang  serupa  dengan  metode  quantisasi  akan  tetapi  kelebihan  metode  ini  adalah  sifat  reversible- nya  sehingga  audio  terwatermark  dapat  dipulihkan  kembali  seperti  semula.  Pada  metode  ini kualitas  audio  terwatermark  dapat  diatur  dengan  mengubah  kontrol  distorsi  yang  diberikan. semakin  kecil  kontrol  distorsi  yang  diberikan  semakin  baik  kualitas  audio  terwatermark,  dan  di sisi lain akan menyebabkan semakin kecilnya kapasitas penyembunyian data pada audio host.
.

## Daftar Pustaka
[1]   Chassery  dan  Coltuc,  2007.  Very  Fast  Watermarking  by  Reversible  Contrast  Mapping. IEEE Signal Processing Letters , vol. 14, no. 4.
[2]     Feng  J.B.,  Lin  I.C.,  Tsai  C.S.,  Chu  Y.P.,  2006.  Reversible  Watermarking:  Current  Status and Key Issue. International Journal of Network Security , Vol. 2, No. 33. PP.161-171.
[3]    Hendra, 2008. Reversible Watermarking Menggunakan Transformasi Integer, Tesis S2 Ilmu Komputer , UGM.
[4]    Juanda,  Kuspriyanto,  Supangkat,  Suhono  H.,  2000. Watermarking  Sebagai  Teknik Penyembunyian  Label  Hak  Cipta  pada  Data  Digital . Departemen Teknik  Elektro,  Institut Teknologi Bandung.
[5]    Kim H.J., 2012. Audio Watermarking Techniques . Sumber: http://omen.cs.uni- magdeburg.de/cms/upload/lehre/sommer05/audiowatermarking techniques.pdf , [Diakses 11 Februari 2012]