Tugas Softskill (Review Jurnal)

SIMULASI SISTEM PENGACAKAN SINYAL SUARA SECARA REALTIME

BERBASIS FAST FOURIER TRANSFORM (FFT)

Prativi Nugraheni Hanggarsari, Helmy Fitriawan, Yetti Yuniati

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung

Jl. Prof. Sumantri Brojonegoro No.1 Bandarlampung 35145 – Indonesia

prativi_happy@ymail.com

Abstrak

            Dalam penelitian ini, telah dilakukan simulasi data pengacakan sinyal suara berbasis FFT. Sistem ini melakukan perekaman sinyal suara secara realtime sebagai sinyal input melalui microphone yang tersedia pada perangkat komputer. Dalam proses enkripsi, sinyal informasi yang berupa sinyal analog (domain waktu) dikonversikan ke dalam domain frekuensi menggunakan algoritma Fast Fourier Transform (FFT) 16 titik dan 32 titik. Sistem pembicaraan aman dengan menggunakan FFT 32 titik memiliki waktu proses yang lebih lama dibandingkan FFT 16 titik. Untuk sistem yang menggunakan FFT 16 titik membutuhkan waktu rata-rata 0,18564 detik sedangkan pada FFT 32 titik membutuhkan waktu rata-rata 2,70816 detik dengan selisih waktu 2.55252 detik. Kata kunci: Pengacakan, Sinyal Suara, Fast Fourier Transform (FFT)

I. PENDAHULUAN

            Suara adalah salah satu sinyal yang sangat dipengaruhi frekuensi dan merupakan bentuk sinyal diskrit yang sangat dipengaruhi oleh waktu [1]. Proses penyampaian informasi ini biasa dilakukan dengan percakapan atau pembicaraan. Namun, terkadang informasi pembicaraan itu ada yang bersifat rahasia dan tidak ingin diterima oleh orang tidak berhak menerimanya, misalnya pada bidang sistem komunikasi sipil, militer, pemerintah dan bisnis. Oleh sebab itu, dibutuhkan suatu sistem yang dapat mengamankan pembicaraan. Sistem ini akan melakukan teknik perekaman sinyal suara secara realtime sebagai sinyal input yang berupa sinyal pembicaraan manusia (mobile-phone) melalui microphone yang tersedia pada perangkat computer [2]. Sinyal tersebut akan langsung diolah dengan proses enkripsi. Dalam menjalankan proses enkripsi, sinyal informasi yang berupa sinyal analog dalam domain waktu di konversikan ke dalam domain frekuensi menggunakan algoritma Fast Fourier Transform (FFT). FFT digunakan untuk menghitung Descrete Fourier Transform (DFT) dengan cepat. DFT adalah metode tranformasi matematis untuk mengubah sinyal dalam domain waktu diskrit ke domain frekuensi. Jadi, DFT digunakan sebagai metodenya sedangkan FFT digunakan untuk mentransformasikan sinyal tersebut. Transformasi ini agar mempermudah dalam menganalisis sinyal yang telah ditransformasikan karena sinyal dalam bentuk diskrit lebih mudah diacak atau dienkripsi. Sinyal yang telah masuk proses enkripsi inilah yang akan dikirimkan kepada penerima (receiver) sehingga tidak terjadi penyadapan [3].

II. TEORI DASAR

2.1. Pembangkitan Sinyal Suara

            Suara merupakan dari getaran suatu benda. Selama bergetar, perbedaan tekanan terjadi di udara 193 ELECTRICIAN Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro Volume:6, No.3 | September 2012 sekitarnya. Pola osilasi yang terjadi dinamakan sebagai gelombang. Gelombang mempunyai pola sama yang berulang pada interval tertentu yang disebut sebagai periode.

2.2 Bentuk Sinyal Wicara

            Sinyal wicara merupakan sinyal yang bervariasi lambat sebagai fungsi waktu, dalam hal ini ketika diamati pada durasi yang sangat pendek (5-100ms) karakteristiknya masih stasioner.

2.3 Real-Time System

            Real-time system dapat didefinisikan sebagai sebuah sistem yang tidak hanya berorientasi terhadap hasil (output) yang dikeluarkan sedangkan disana juga sistem dituntut untuk dapat bekerja dengan baik dalam kebutuhan waktu tertentu. Di dalam real-time system, waktu merupakan factor yang sangat penting untuk diperhatikan. Faktor waktu menjadi sesuatu yang sangat kritis dan sebagai tolak ukur baik-tidaknya kinerja keseluruhan system tersebut.

2.4 Sistem Telekomunikasi

            Sistem telekomunikasi adalah seluruh unsur/elemen baik infrastruktur telekomunikasi, perangkat telekomunikasi, sarana dan prasarana telekomunikasi, maupun peyelenggara telekomunikasi, sehingga komunikasi jarak jauh dapat dilakukan [5].

2.5 Sinyal dan Sistem

            Sinyal adalah fenomena dari lingkungan yang terukur atau terkuantisasi, sementara system merupakan bagian dari lingkungan yang menghubungkan sinyal dengan sinyal lainnya atau dengan kata lain merespon sinyal masuk dengan menghasilkan sinyal keluaran. Suara pembicaraan merupakan contoh dari sinyal sementara system komunikasi telepon sendiri merupakan contoh dari sistem yang menghubungkan sinyal-sinyal pembicaraan tersebut. Sinyal analog adalah sinyal pemanfaatan gelombang elektromagnetik. Proses pengiriman suara, misalnya pada teknologi telepon, dilewatkan melalui gelombang elektromagnetik ini. Digital pada dasarnya di code-kan dalam bentuk biner (atau Hexa). Besarnya nilai suatu sistem digital dibatasi oleh lebarnya atau jumlah bit (bandwidth). Jumlah bit juga sangat mempengaruhi nilai akurasi sistem digital. Sinyal digital memiliki berbagai keistimewaan yang unik yang tidak dapat ditemukan pada teknologi analog yaitu:

1. Mampu mengirimkan informasi dengan kecepatan cahaya yang dapat membuat informasi dapat dikirim dengan kecepatan tinggi.

2. Penggunaan yang berulang–ulang terhadap informasi tidak mempengaruhi kualitas dan kuantitas informasi itu sendiri.

3. Informasi dapat dengan mudah diproses dan dimodifikasi ke dalam berbagai bentuk.

4. Dapat memproses informasi dalam jumlah yang sangat besar dan mengirimnya secara interaktif.

2.6 PCM (Pulse Code Modulation)

            PCM (Pulse Code Modulation) merupakan metode umum untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Dalam sistem digital, sinyal analog yang dikirimkan cukup dengan sampelsampelnya saja. Sinyal suara atau gambar yang masih berupa sinyal listrik analog diubah menjadi sinyal listrik digital melalui 4 tahap utama, yaitu :

1. Sampling

2. Quantisasi

3. Pengkodean

4. Multiplexing

2.7 FFT (Fast Fourier Transform)

            Transformasi fourier adalah suatu metode yang sangat efisien untuk menyelesaikan transformasi fourier diskrit yang banyak dipakai untuk keperluan analisa sinyal seperti pemfilteran, analisa korelasi, dan analisa spektrum. Discrete Fourier Transformasi (DFT) adalah deretan yang terdefinisi pada kawasan frekuensi – diskrit yang merepresentasikan Transformasi Fourier terhadap suatu deretan terhingga (Finite Duration Sequence). DFT berperan penting untuk implementasi algoritma suatu varitas pengolahan sinyal, karena efisien untuk komputasi berbagai aplikasi. Fast fourier transformation atau transformasi fourier cepat, merupakan proses lanjutan dari DFT. Transformasi Fourier ini dilakukan untuk mentransformasikan sinyal dari domain waktu ke domain frekuensi. Hal ini bertujuan agar sinyal dapat diproses dalam spektral substraksi. DFT dilakukan dengan mengimplementasikan sebuah transformasi, dengan panjang vektor N berdasarkan rumus:

            Misal diambil data suara hasil kuantitasi sinyal diskrit dengan nilai f(x) sebagai berikut: nilai diskrit f(x) sebanyak 4 data, sehingga dapat ditentukan nilai N = 4 (banyak data).

2.8 Enkripsi

            Enkripsi yaitu suatu proses pengaman suatu data yang disembunyikan atau proses konversi data (plaintext) menjadi bentuk yang tidak dapat dibaca atau dimengerti. Sedangkan Dekripsi yaitu kebalikan dari proses enkripsi yaitu proses konversi data yang sudah dienkripsi (ciphertext) kembali menjadi data aslinya (Original Plaintext) sehingga dapat dibaca atau dimengerti kembali. Enkripsi dimaksudkan untuk melindungi informasi agar tidak terlihat oleh orang atau pihak yang tidak berhak. Enkripsi telah digunakan untuk mengamankan komunikasi di berbagai negara, namun, hanya organisasi-organisasi tertentu dan individu yang memiliki kepentingan yang sangat mendesak akan kerahasiaan yang menggunakan enkripsi.

III. Metode Penelitian

3.1 Tahapan Perancangan Sistem Sinyal input

            Yang digunakan adalah hasil dari teknik perekaman yang dibuat dengan menggunakan program Matlab. Untuk melakukan proses perekaman sinyal suara, maka sebuah PC (Personal Computer) harus dilengkapi dengan sebuah microphone yang disertai dengan speaker sebagai alat/media untuk mendengarkan hasil dari pengolahan sinyal suara sebagai outputnya. 

Diagram blok dari penataan perangkat-perangkat yang akan digunakan untuk melakukan teknik perekaman sinyal suara. digunakan untuk melakukan teknik perekaman sinyal suara. Perangkat utama simulasi ini yaitu:

1. Microphone, berfungsi untuk mengubah besaran suara menjadi besaran listrik.

2. Sound-card yang berperan sebagai ADC sekaligus DAC.

3. Processor untuk mengeksekusi program (Mfiles) dalam Matlab.

4. Speaker untuk mengubah besaran listrik menjadi besaran audio.

3.2 Tahap Perancangan Pemrosesan Sinyal

            Sinyal input yang merupakan sinyal pembicaraan berbentuk sinyal analog diubah menjadi sinyal digital dengan melalui ADC (Analog Digital Converter). Data digital pembicaraan kemudian dipecahkan atau dipisah menjadi berbentuk frame. Proses framing ini dilakukan agar data yang berupa deret dengan panjang tak berhingga dapat dianalisis dengan proses FFT Npoint. Dalam penelitian ini, akan dibuat system menggunakan FFT 16 titik dan 32 titik untuk memperoleh spektrum sinyal. Setelah melalui proses FFT ini akan didapatkan data spectrum berupa vektor bilangan kompleks. Data inilah yang kemudian akan diacak (proses encoding) untuk mendapatkan sinyal terenkripsi. Hasil pengacakan kemudian akan dilewatkan pada proses IFFT untuk mendapatkan vektor bilangan real untuk ditransmisikan kembali sebagai sinyal pembicaraan yang terenkripsi.

IV. Hasil Pembahasan

            Sinyal input yang merupakan sinyal pembicaraan berbentuk sinyal analog diubah menjadi sinyal digital dengan melalui ADC (Analog Digital Converter). Data digital pembicaraan kemudian dipecahkan atau dipisah menjadi bentuk frame dan prosesnya disebut dengan framing. Framing adalah proses pemisahan sinyal suara yang berupa deret panjang menjadi sebuah frame. Proses framing ini dilakukan agar data yang berupa deret dengan panjang tak berhingga dapat dianalisis dengan proses FFT N-point. Dalam penelitian ini, akan dibuat sistem menggunakan FFT 16 titik dan 32 titik untuk memperoleh spektrum sinyal, perhitungan sebagai berikut: Setelah dilakukan framing, sinyal suara ditransformasikan dengan FFT agar sinyal yang masih dalam domain waktu berubah ke domain frekuensi. Pada proses transformasi ini akan dihasilkan data yang berupa vector bilangan kompleks.  Sinyal terenkripsi merupakan gambar sinyal yang telah melewati proses enkripsi sehingga didapatkan sinyal teracak dan tidak sesuai dengan sinyal  Sinyal yang telah terenkripsi akan diterima di penerima sebagai sinyal masukan .Untuk sistem yang menggunakan FFT 16 titik membutuhkan waktu rata-rata 0,18564 detik sedangkan pada FFT 32 titik membutuhkan waktu rata-rata 2,70816 detik dengan selisih waktu 2.55252 detik. Waktu tersebut merupakan pengukuran mulai dari proses framing hingga proses selesai pada masing-masing FFT 16 titik dan FFT 32 titik. Berdasarkan hasil pengukuran tersebut terlihat bahwa sistem yang menggunakan FFT 32 titik memiliki waktu operasi yang lebih lama dibandingkan dengan sistem yang menggunakan FFT 16 titik. Hal ini dikarenakan, pada FFT 32 titik lebih banyak sample dalam 1 frame yang akan diolah sehingga membutuhkan waktu yang lebih lama. Waktu pemrosesan simulasi juga dipengaruhi oleh perangkat komputer yang digunakan, semakin baik spesifikasi suatu perangkat komputer, maka akan semakin cepat memproses simulasinya.

V. Simpulan

            Berdasarkan simulasi dan pembahasan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut:

1.      Sistem pembicaraan aman yang dirancang dapat melakukan proses enkripsi dan dekripsi dengan baik.

2.      Sistem pembicaraan aman dengan menggunakan FFT 32 titik memiliki waktu proses yang lebih lama dibandingkan dengan sistem pembicaraan aman dengan FFT 16 titik. Untuk simulasi dengan memanggil sinyal rekaman FFT 16 titik membutuhkan waktu rata-rata 0,18564 detik sedangkan pada FFT 32 titik yaitu 2.70816 detik.

3.      Selisih waktu antara waktu proses simulasi realtime pada FFT 16 titik dengan FFT 32 titik adalah 2.55252 detik.

Daftar Pustaka

[1] Estrada, Richie. 2008. Pengolahan Sinyal Suara Menggunakan Matlab. Teknokrida.

[2] Santoso, Tri B.,Huda,Miftahul. Modul Proses Perekaman Dan Pengeditan Sinyal Wicara.

[3] Permana, Silvi Dewi. 2010. Pengembangan Algoritma Enkripsi untuk Sistem Komunikasi Pembicaraan Aman Berbasis FFT. Skripsi. Jurusan Teknik Elektro. UNILA. Bandarlampung.

[4] Lukman, Arif., Gojali, Elli A. 2004. Simulasi Algoritma Dasar Pengacakan Data Audio Menggunakan Matlab. Jurnal Teknologi Informasi, Vol.5,No. 1, pp. 5-7.

[5] Solekan.2009. Sistem Telekomunikasi.

[6] Fitriawan, Helmy. 2004. Diktat Kuliah Sinyal dan Sistem. UNILA.

[7] Abdulmail.2010. Sinyal Analog dan Sinyal Digital.22 September 2010.

[8] Susilawati, Indah. 2009. Modulasi Pulsa. 22 September 2010.

[9] Stallings, William. 2000. Data & Computer Communication. Prentice-Hall, Inc.

[10] Widiarsono, Teguh. 2005. Tutorial Praktis Belajar Matlab.Jakarta