DAFTAR LAMPIRAN
TINJAUAN PUSTAKA Digital Watermarking
Digital watermarking adalah suatu teknik yang mengijinkan seorang individu untuk menambahkan catatan hak cipta yang tersembunyi atau pesan verifikasi lain ke dalam dokumen-dokumen atau sinyal-sinyal audio, video, atau citra. Watermark sebenarnya muncul pertama kali dalam bentuk kertas buatan tangan sejak 700 tahun yang lalu. Setelah penemuan tersebut, watermark digunakan secara luas di seluruh Eropa. Kata “digital watermark” pertama kali disebutkan pada tahun 1992 oleh Andrew Tirkel dan Charlos Osborne, dalam paper: Tirkel et al. “Electronic Watermark”. DICTA 93, Macquarie University, p.666-673.
Watermarking sebenarnya berkaitan dengan steganografi, tetapi digunakan dalam konteks dan cara pandang yang berbeda. Secara literatur, kata Steganografi berasal dari bahasa Yunani yaitu Steganographia, yang berarti tulisan tersembunyi (covered writing). Steganografi adalah ilmu dan seni menyembunyikan pesan rahasia (hiding message) sedemikian sehingga keberadaan pesan tidak terdeteksi oleh manusia (Munir 2004). Tujuan dari steganografi sendiri adalah untuk menyembunyikan informasi yang tidak ingin diketahui oleh pihak lain ke dalam suatu media yang dapat mengalihkan perhatian dan tidak membuat pihak lain curiga. Jadi, perbedaan mendasar antara steganografi dan kriptografi adalah kriptografi berusaha
menyembunyikan arti dari suatu informasi, sedangkan steganografi berusaha menyembunyikan keberadaan dari suatu informasi. Baik watermarking maupun steganografi digunakan untuk menyembunyikan informasi atau memindahkan informasi ke dalam suatu media cover. Perbedaan antara steganografi dan watermarking antara lain:
• steganografi bersifat tidak robust atau memiliki robustness yang terbatas, sedangkan watermarking didesain untuk bersifat robust,
• steganografi mencoba untuk
menyembunyikan fakta bahwa terdapat informasi yang tersembunyi, sedangkan watermarking didesain untuk memindahkan informasi yang tersembunyi meskipun tidak selalu terlihat, dan
• pada steganografi, informasi rahasia disimpan ke dalam media cover yang tidak berarti apa-apa, sedangkan pada watermarking justru media cover tersebut yang akan dilindungi kepemilikannya dengan pemberian label hak cipta.
Secara garis besar, watermark terbagi menjadi dua tipe, yaitu visible watermark dan invisible watermark.
• Visible watermark
Watermark jenis ini dapat terlihat oleh indera manusia. Visible watermark bersifat sangat robust karena keberadaan watermark dapat dikenali dengan mudah dan biasanya sangat sulit untuk dihapus. Watermark yang disisipkan dapat bersifat solid ataupun semitransparan, dan untuk
memindahkannya membutuhkan cropping yang signifikan. Contoh hasil penyisipan visible watermark dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Contoh visiblewatermark (Kipper G. 2004).
Ruang Lingkup
Pesan gambar dan cover image yang akan digunakan dalam penelitian ini hanya dibatasi untuk citra digital yang memiliki format bitmap (BMP), baik yang memiliki tiga warna (RGB) maupun satu warna (grayscale), dimana pesan gambarnya harus memiliki ukuran yang lebih kecil daripada cover image- nya. Pada penelitian kali ini, metode watermarking yang akan digunakan adalah metode Cox.
Manfaat Penelitian
Dari penelitian ini diharapkan dapat diketahui pengaruh perubahan nilai DCT pada metode Cox terhadap perubahan kualitas citra. Dengan penelitian ini juga diharapkan dapat diketahui ketahanan dari penerapan metode Cox terhadap perlakuan operasi rotasi citra, kompresi JPEG pada citra, operasi cropping, dan operasi resizing.
TINJAUAN PUSTAKA Digital Watermarking
Digital watermarking adalah suatu teknik yang mengijinkan seorang individu untuk menambahkan catatan hak cipta yang tersembunyi atau pesan verifikasi lain ke dalam dokumen-dokumen atau sinyal-sinyal audio, video, atau citra. Watermark sebenarnya muncul pertama kali dalam bentuk kertas buatan tangan sejak 700 tahun yang lalu. Setelah penemuan tersebut, watermark digunakan secara luas di seluruh Eropa. Kata “digital watermark” pertama kali disebutkan pada tahun 1992 oleh Andrew Tirkel dan Charlos Osborne, dalam paper: Tirkel et al. “Electronic Watermark”. DICTA 93, Macquarie University, p.666-673.
Watermarking sebenarnya berkaitan dengan steganografi, tetapi digunakan dalam konteks dan cara pandang yang berbeda. Secara literatur, kata Steganografi berasal dari bahasa Yunani yaitu Steganographia, yang berarti tulisan tersembunyi (covered writing). Steganografi adalah ilmu dan seni menyembunyikan pesan rahasia (hiding message) sedemikian sehingga keberadaan pesan tidak terdeteksi oleh manusia (Munir 2004). Tujuan dari steganografi sendiri adalah untuk menyembunyikan informasi yang tidak ingin diketahui oleh pihak lain ke dalam suatu media yang dapat mengalihkan perhatian dan tidak membuat pihak lain curiga. Jadi, perbedaan mendasar antara steganografi dan kriptografi adalah kriptografi berusaha
menyembunyikan arti dari suatu informasi, sedangkan steganografi berusaha menyembunyikan keberadaan dari suatu informasi. Baik watermarking maupun steganografi digunakan untuk menyembunyikan informasi atau memindahkan informasi ke dalam suatu media cover. Perbedaan antara steganografi dan watermarking antara lain:
• steganografi bersifat tidak robust atau memiliki robustness yang terbatas, sedangkan watermarking didesain untuk bersifat robust,
• steganografi mencoba untuk
menyembunyikan fakta bahwa terdapat informasi yang tersembunyi, sedangkan watermarking didesain untuk memindahkan informasi yang tersembunyi meskipun tidak selalu terlihat, dan
• pada steganografi, informasi rahasia disimpan ke dalam media cover yang tidak berarti apa-apa, sedangkan pada watermarking justru media cover tersebut yang akan dilindungi kepemilikannya dengan pemberian label hak cipta.
Secara garis besar, watermark terbagi menjadi dua tipe, yaitu visible watermark dan invisible watermark.
• Visible watermark
Watermark jenis ini dapat terlihat oleh indera manusia. Visible watermark bersifat sangat robust karena keberadaan watermark dapat dikenali dengan mudah dan biasanya sangat sulit untuk dihapus. Watermark yang disisipkan dapat bersifat solid ataupun semitransparan, dan untuk
memindahkannya membutuhkan cropping yang signifikan. Contoh hasil penyisipan visible watermark dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Contoh visiblewatermark (Kipper G. 2004).
• Invisible watermark
Watermark jenis ini tidak dapat terlihat oleh indera manusia, tetapi dapat diekstraksi dengan metode komputasional tertentu. Tujuan dari invisible watermark adalah untuk memverifikasi kepemilikan atau memverifikasi integritas dari suatu citra atau sejumlah informasi. Biasanya pada saat ekstraksi invisible watermarking dibutuhkan sebuah password yang disebut watermark key. Berdasarkan tipe dokumen yang diberi watermark, watermarking dapat diklasifikasikan menjadi imagewatermarking, videowatermarking, audiowatermarking, dan text watermarking. Selain itu, watermarking juga dapat dikategorikan sebagai blind watermarking (proses verifikasi watermark tidak membutuhkan citra asal) dan non blind watermarking (proses verifikasi watermark membutuhkan citra asal) (Munir 2004).
Secara umum, diagram proses penyisipan watermark pada citra digital dapat dilihat pada Gambar 2, sedangkan diagram proses verifikasi watermark pada citra digital dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 2 Proses penyisipan watermark pada citra digital.
Gambar 3 Proses verifikasi watermark pada citra digital.
Istilah-istilah yang sering digunakan dalam digital watermarking adalah sebagai berikut. 1 Cover image
Cover image merupakan media yang berupa citra digital yang akan dilindungi kepemilikannya dengan pemberian label hak cipta.
2 Watermark
Watermark merupakan citra digital yang akan disisipkan ke dalam media lain yang akan dilindungi kepemilikannya, yang disebut cover image.
3 Watermarked image
Watermarked image merupakan hasil dari penyisipan citra digital (biasanya berupa label hak cipta) ke dalam citra digital yang akan dilindungi.
4 Watermark key
Watermark key adalah kunci rahasia yang akan digunakan dalam penyisipan hak cipta dan dalam pengekstraksian kembali hak cipta. Watermark key berbeda dengan encryption key. Watermark key hanya mempengaruhi watermak dengan sederhana, sedangkan encryption key mempengaruhi keseluruhan informasi yang akan dienkripsi (Kipper, 2003). Discrete Cosine Transform (DCT)
Watermarking terhadap citra digital 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 Cosine Transform (DCT) yang mengubah data digital ke dalam bentuk domain frekuensi.
Discrete Cosine Transform (DCT) merupakan suatu metode transformasi yang digunakan sebagai dasar dalam kompresi Joint Photographic Experts Group (JPEG). Bagian dari DCT yang memiliki energi tertinggi disebut DC, yang terletak di bagian kiri atas dari citra.
Sampai saat ini sudah terdapat berbagai macam metode DCT. Pada penelitian kali ini DCT yang digunakan adalah DCT dua dimensi. DCT dua dimensi dari suatu citra A akan menghasilkan citra B yang didefinisikan pada Gambar 4.
Gambar 4 Perumusan DCT dua dimensi. Rumus untuk menginversi kembali nilai DCT yang dihasilkan (citra B) menjadi citra awal (citra A) didefinisikan pada Gambar 5.
Gambar 5 Perumusan inversi DCT dua dimensi.
Keterangan dari variabel-variabel pada rumus pada Gambar 4 dan Gambar 5 adalah sebagai berikut:
• A = citra dengan komponen-komponennya berupa nilai piksel aslinya
• B = citra dengan komponen-komponennya berupa nilai DCT hasil perhitungan rumus • p,q = posisi piksel
• M = jumlah baris dari citra A • N = jumlah kolom dari citra A. Peak Signal to Noise Ratio (PSNR)
Menurut Katzenbeisser et al. (2000) SNR biasanya digunakan pada matrik distorsi pixel- based visual dan digunakan untuk mengukur distorsi antara citra asli dengan citra setelah dilakukan proses terhadapnya. Sedangkan 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 citra asli dengan watermarked image dan antara watermark asli dengan watermark hasil pengekstraksian.
Nilai PSNR yang rendah menunjukkan bahwa citra telah mengalami distorsi yang cukup besar. Nilai PSNR dapat dihitung dengan menggunakan fungsi:
, . log . 10 2 10 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = MSE MAX PSNR I
dimana nilai MSE dapat dihitung dengan rumus: 2 1 0 1 0 ) , ( ) , ( 1 ∑− = ∑− = − = m i n j j i K j i I mn MSE .
Hasil perhitungan PSNR ini memiliki satuan dB (desibel). Desibel merupakan satuan yang biasanya digunakan untuk mengukur level suara, namun juga digunakan secara luas dalam bidang elektronik, sinyal, dan komunikasi. Desibel merupakan sebuah unit logaritmik yang digunakan untuk mendeskripsikan sebuah rasio, baik rasio
tenaga, tekanan suara, voltase, intensitas, atau
hal-hal lainnya (http://www.phys.unsw.edu.au/jw/dB.html).
Keterangan dari variabel-variabel pada rumus di atas adalah sebagai berikut:
• MAXI = nilai piksel maksimum pada
citra I
• MSE = Mean Squared Error, yang menunjukkan rata-rata noise yang terjadi antara citra I dan citra K • m = jumlah baris dari citra I • n = jumlah kolom dari citra I Metode Cox
Metode ini mendukung ketahanan terhadap operasi-operasi sinyal (seperti konversi digital-analog dan analog-digital, resampling, requantization, dan signal enhancement), ketahanan terhadap operasi- operasi geometris (seperti rotasi, translasi, dan lainnya), dan ketahanan terhadap serangan (Cox et al. 1997).
Metode ini bekerja pada domain DCT. Metode Cox ini bekerja dengan menanamkan sejumlah urutan bilangan real sepanjang n pada citra N x N. Cover image ditransformasikan terlebih dahulu menjadi koefisien DCT N x N. Kemudian bilangan real tesebut ditanamkan pada n koefisien DCT yang paling besar, tidak termasuk komponen DC-nya. Verifikasi dilakukan dengan menggunakan citra asli dikurangi citra terwatermark.
Proses penyisipan watermark ke dalam cover image dilakukan dengan merubah nilai DCT pada komponen DCT terpilih dengan rumus:
cover(i,j)’ = cover(i,j) + α* watermark(i,j), dimana α merupakan tingkat kejelasan watermark yang akan disisipkan ke dalam cover image, yang rentang nilainya adalah:
0 < α≤ 1. METODE PENELITIAN
Penelitian kali ini akan mencoba menerapkan metode watermarking untuk penyisipan label hak cipta pada citra digital. Metode watermarking yang digunakan pada penelitian ini adalah metode Cox.
Tahapan yang akan dilakukan pada penelitian ini secara garis besar dapat dilihat pada Gambar 6 berikut ini.
Gambar 5 Perumusan inversi DCT dua dimensi.
Keterangan dari variabel-variabel pada rumus pada Gambar 4 dan Gambar 5 adalah sebagai berikut:
• A = citra dengan komponen-komponennya berupa nilai piksel aslinya
• B = citra dengan komponen-komponennya berupa nilai DCT hasil perhitungan rumus • p,q = posisi piksel
• M = jumlah baris dari citra A • N = jumlah kolom dari citra A. Peak Signal to Noise Ratio (PSNR)
Menurut Katzenbeisser et al. (2000) SNR biasanya digunakan pada matrik distorsi pixel- based visual dan digunakan untuk mengukur distorsi antara citra asli dengan citra setelah dilakukan proses terhadapnya. Sedangkan 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 citra asli dengan watermarked image dan antara watermark asli dengan watermark hasil pengekstraksian.
Nilai PSNR yang rendah menunjukkan bahwa citra telah mengalami distorsi yang cukup besar. Nilai PSNR dapat dihitung dengan menggunakan fungsi:
, . log . 10 2 10 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = MSE MAX PSNR I
dimana nilai MSE dapat dihitung dengan rumus: 2 1 0 1 0 ) , ( ) , ( 1 ∑− = ∑− = − = m i n j j i K j i I mn MSE .
Hasil perhitungan PSNR ini memiliki satuan dB (desibel). Desibel merupakan satuan yang biasanya digunakan untuk mengukur level suara, namun juga digunakan secara luas dalam bidang elektronik, sinyal, dan komunikasi. Desibel merupakan sebuah unit logaritmik yang digunakan untuk mendeskripsikan sebuah rasio, baik rasio
tenaga, tekanan suara, voltase, intensitas, atau
hal-hal lainnya (http://www.phys.unsw.edu.au/jw/dB.html).
Keterangan dari variabel-variabel pada rumus di atas adalah sebagai berikut:
• MAXI = nilai piksel maksimum pada
citra I
• MSE = Mean Squared Error, yang menunjukkan rata-rata noise yang terjadi antara citra I dan citra K • m = jumlah baris dari citra I • n = jumlah kolom dari citra I Metode Cox
Metode ini mendukung ketahanan terhadap operasi-operasi sinyal (seperti konversi digital-analog dan analog-digital, resampling, requantization, dan signal enhancement), ketahanan terhadap operasi- operasi geometris (seperti rotasi, translasi, dan lainnya), dan ketahanan terhadap serangan (Cox et al. 1997).
Metode ini bekerja pada domain DCT. Metode Cox ini bekerja dengan menanamkan sejumlah urutan bilangan real sepanjang n pada citra N x N. Cover image ditransformasikan terlebih dahulu menjadi koefisien DCT N x N. Kemudian bilangan real tesebut ditanamkan pada n koefisien DCT yang paling besar, tidak termasuk komponen DC-nya. Verifikasi dilakukan dengan menggunakan citra asli dikurangi citra terwatermark.
Proses penyisipan watermark ke dalam cover image dilakukan dengan merubah nilai DCT pada komponen DCT terpilih dengan rumus:
cover(i,j)’ = cover(i,j) + α* watermark(i,j), dimana α merupakan tingkat kejelasan watermark yang akan disisipkan ke dalam cover image, yang rentang nilainya adalah:
0 < α≤ 1. METODE PENELITIAN
Penelitian kali ini akan mencoba menerapkan metode watermarking untuk penyisipan label hak cipta pada citra digital. Metode watermarking yang digunakan pada penelitian ini adalah metode Cox.
Tahapan yang akan dilakukan pada penelitian ini secara garis besar dapat dilihat pada Gambar 6 berikut ini.
Gambar 6 Tahapan penelitian. Studi Pustaka
Pada tahap ini dilakukan pengumpulan materi-materi yang dapat digunakan sebagai bahan bacaan. Peneliti mencari tulisan-tulisan yang berhubungan dengan penelitian kali ini, termasuk tulisan-tulisan dari penelitian- penelitian sebelumnya yang berhubungan dan tulisan-tulisan yang membahas mengenai DCT.
Penentuan Masalah
Pada tahap ini peneliti menentukan permasalahan yang akan diteliti. Untuk penelitian ini, masalah yang akan diteliti adalah bagaimana hasil analisis dari metode Coxpada proses penerapan watermarking. Penentuan Tujuan, Latar Belakang, Ruang Lingkup, dan Manfaat Penelitian
Pada tahap ini dilakukan penentuan tujuan penelitian, latar belakang dilakukannya penelitian, ruang lingkup dan batasan-batasan penelitian, serta manfaat dari penelitian. Implementasi
Pada tahap ini dilakukan persiapan perangkat lunak dan perangkat keras yang akan dibutuhkan dalam penelitian. Ukuran dari watermark harus lebih kecil daripada ukuran cover image. Pada tahap ini juga akan dilakukan implementasi dari metode Cox, yang menggunakan karakteristik Discrete
Cosine Transform (DCT), untuk menyisipkan label hak cipta ke dalam cover image.
Metode penyisipan hak cipta pada Cox yang digunakan dalam penelitian kali ini dapat dilihat pada Gambar 7 berikut.
Gambar 7 Tahapan penyisipan hak cipta. Metode untuk mengekstraksi watermark dari watermarked image dapat dilihat pada Gambar 8 berikut.
Gambar 8 Tahapan pengekstraksian hak cipta. Pada tahap ini juga akan dilakukan implementasi terhadap perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras yang akan digunakan berupa komputer mobile yang memiliki spesifikasi:
• prosesor Intel Pentium Mobile T2300 @ 1.66GHz,
• RAM dengan kapasitas 512 MB, • harddisk dengan kapasitas 80 GB, dan • monitor 12” WIDE XGA.
Perangkat lunak yang akan digunakan memiliki spesifikasi:
• sistem operasi Windows XP Home Edition,
• bahasa pemrograman MATLAB 7.0.1. Analisis Hasil Implementasi
Hasil implementasi kemudian diuji dan dievaluasi, kemudian hasilnya dibandingkan dengan hasil uji yang diharapkan. Hal-hal yang diuji antara lain sebagai berikut:
• Membandingkan kualitas citra digital sebelum dan sesudah disisipkan hak cipta. • Membandingkan hasil penemukembalian
hak cipta dengan hak cipta yang asli. • Membandingkan hak cipta yang asli
dengan hasil penemukembalian hak cipta setelah watermarked image dikenakan operasi:
o rotasi citra, baik rotasi 900, 1800, maupun 2700,
o kompresi JPEG, o cropping, dan o resizing.
Perhitungan PSNR digunakan untuk proses pembandingan pada pelaksanaan penelitian ini.
Pada proses rotasi sendiri peneliti telah menemukan bahwa ternyata proses rotasi pada citra digital itu tidak merusak nilai-nilai DCT yang ada pada citra digital tersebut. Setelah sebuah citra digital dirotasi dan kemudian diubah kembali ke bentuk DCT-nya, maka didapat nilai-nilai DCT yang masih sama dengan nilai-nilai DCT dengan citra digital yang sebelum dirotasi, hanya saja berubah letaknya dan tandanya (positif atau negatifnya) saja. Pola perubahan nilai DCT dari suatu citra yang telah dirotasi dapat dijelaskan sebagai berikut:
• Rotasi 900
Perubahan letak dan tanda (positif dan negatif) pada nilai-nilai DCT yang telah dikenai proses rotasi 900 adalah matrik DCT dari citra aslinya ditranspose (baris menjadi kolom dan kolom menjadi baris), kemudian dari matrik hasil transpose tersebut, nilai-nilai DCT pada kolom genap mengalami perubahan tanda. Untuk lebih jelas lagi, dapat dilihat pada Gambar 9 berikut ini. A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y A B C D E -F -G -H I -I -J K L M N N O -P -Q -R -S -T U V W X Y Gambar 9 Perubahan nilai-nilai DCT
akibat rotasi 900. • Rotasi 1800
Pada rotasi 1800 tidak terjadi perubahan letak nilai-nilai DCT, tetapi beberapa koefisien DCT mengalami perubahan tanda, tepatnya pada koefisien-koefisien yang memiliki nomor kolom dan nomor baris yang jika dijumlahkan nilainya ganjil. Misalnya suatu koefisien terletak di baris 2 dan kolom 3,karena 2+3=5 (ganjil) maka nilainya berubah tanda. Contoh lain misalnya suatu koefisien terletak di baris 2 dan kolom 4, karena 2+4=6 (genap) maka nilainya tetap (tidak berubah tanda). Untuk melihat lebih jelas lagi mengenai pola perubahan koefisien- koefisien DCT yang terjadi akibat rotasi 1800 dapat dilihat ilustrasinya pada Gambar 10 berikut ini.
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y A -B C -D E -F G -H I -J K -L M -N O -P Q -R S -T U -VW -X Y
Gambar 10 Perubahan nilai-nilai DCT akibat rotasi 1800.
• Rotasi 2700
Perubahan letak dan tanda (positif dan negatif) pada nilai-nilai DCT yang telah dikenai proses rotasi 2700 adalah matrik DCT dari citra aslinya ditranspose (baris menjadi kolom dan kolom menjadi baris), kemudian dari matrik hasil transpose tersebut, nilai-nilai DCT pada baris genap mengalami perubahan tanda. Untuk lebih jelas lagi, dapat dilihat pada Gambar 11 berikut ini. A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y A -B C -D E F -G H -I J K -L M -N O P -Q R -S T U -V W -X Y Gambar 11 Perubahan nilai-nilai DCT
akibat rotasi 2700. Penarikan Kesimpulan
Setelah mendapatkan hasil dari analisis pada tahap sebelumnya, maka penulis dapat menarik kesimpulan mengenai pengaruh penggunaan metode Cox pada citra digital terhadap citra aslinya, dan juga mengenai ketahanan metode Coxterhadap kompresi dan rotasi.
HASIL DAN PEMBAHASAN