Comparison of CDMA Watermark Techniques in Spatial Domain and Wavelet Domain on Digital Images

(1)

i

PERBANDINGAN TEKNIK WATERMARK CDMA DALAM

DOMAIN SPASIAL DAN DOMAIN WAVELET

PADA CITRA DIGITAL

ANDHICA SHASHICA DANASA

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

ii

PERBANDINGAN TEKNIK WATERMARK CDMA DALAM

DOMAIN SPASIAL DAN DOMAIN WAVELET

PADA CITRA DIGITAL

ANDHICA SHASHICA DANASA

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Komputer pada

Departemen Ilmu Komputer

DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(3)

iii Judul : Perbandingan Teknik Watermark _{CDMA dalam Domain Spasial dan Domain Wavelet pada}

Citra Digital

Nama : Andhica Shashica Danasa NIM : G64052188

Menyetujui: Pembimbing ,

Shelvie Nidya Neyman, S.Kom, M.Si NIP 19770206 2005012 002

Mengetahui :

Ketua Departemen Ilmu Komputer

Dr. Ir. Sri Nurdiati, M.Sc. NIP 19601126 1986012 001

(4)

ABSTRACT

ANDHICA SHASHICA DANASA. Comparison of CDMA Watermark Techniques in Spatial Domain and Wavelet Domain on Digital Images.Under the supervision of SHELVIE NIDYA NEYMAN.

Presentation of data and information has been progressing quite rapidly, so data and information has been widely presented in digital format. Problems began to emerge as widespread digital data need to be protected. This is related to ownership, copyright, or authenticity issues. This study tries to provide solutions to these problems by applying the digital watermarking with Code Division Multiple Access (CDMA) technique. This technique uses a digital image composed of a cover image and two types of watermark (initial and copyright). There are two stages in this research, the first is trying to insert two types of watermark on the cover image in two different domains, namely spatial domain and wavelet domain. Once inserted, the watermark is extracted back to be compared with the original watermark. The second is attempting to insert an initial watermark on the cover image in two different domains, then giving some distortion of the image to be tested for resistance. After that, the watermark is extracted again. From the experiment results, it is known that wavelet domain CDMA is superior in terms of quality of the extracted watermark, processing time, and resistance to distortion (JPEG compression and gamma correction). While CDMA coding spatial domain is simpler and has a resistance to gamma correction only.

(5)

iv

PRAKATA

Alhamdulillahi Rabbil ‘alamin, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga skripsi dengan judul Perbandingan Teknik Watermark

CDMA dalam Domain Spasial dan Domain Wavelet pada Citra Digital dapat diselesaikan. Penelitian ini dilaksanakan mulai Juli 2009 sampai dengan Agustus 2010, bertempat di Departemen Ilmu Komputer.

Selama pelaksanaan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati, penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada:

1 Papa dan mama yang selalu memberikan dukungan dan doa yang tidak terputus bagi penulis. Shevia Sabrina, terima kasih untuk doa, perhatian, dan dukungan kepada penulis.

2 Ibu Shelvie Nidya Neyman, M.Si selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan bagi penulis selama penulis menjadi mahasiswa. Maaf atas segala kekhilafan yang telah banyak penulis lakukan dan terima kasih atas segala saran yang telah diberikan.

3 Nenek tercinta, yang demikian sabarnya selalu menunggu penulis untuk menyelesaikan skripsi. Tante Rita dan Om Taufan, Om Riza dan Tante Icha, Tante Rina dan Om Roy, Tante Dini, Om Indra dan Tante Tety, terima kasih atas doa, harapan, dan segala dukungan kepada penulis. 4 Teman setia, Rantarou ‘Bani’, terima kasih atas segala dukungan yang telah diberikan kepada

penulis. Semoga impian indah kita bisa terwujud.

5 Teman-teman satu bimbingan, Egi, Wawan, Hari, Cira, dan Kibi, terima kasih atas diskusi-diskusi dalam pengerjaan skripsi ini. Terima kasih atas doa dan dukungan yang kalian berikan kepada penulis.

6 Annisa, Windy, Tara, Netty, Ida dan Tanto , terima kasih telah mengingatkan untuk segera menyelesaikan skripsi dan atas dukungan dan semangatnya. Semoga impian kita bisa terwujud. 7 Teman seperjuangan, Artika ‘Teko’ (IKK 42), Tri ‘Trimi’ (STK 42), Ino ‘Noi’ (KSHE 42), Tia

‘Tante’ (IE 42), Bambang ‘Bembi’ (Biokim 42). Terimakasih atas segala dukungan, kepercayaan, dan doa kepada penulis.

8 Teman berbagi suka duka, Nanda (Unpad), Selly (Uin), Soca(UGM), terima kasih selalu bersedia mendengar keluh kesah penulis, saling memberi dukungan dan semangat, baik langsung maupun tidak langsung.

9 Teman-teman Ilmu Komputer 42 lainnya, yang telah membantu baik dalam penelitian hingga penyusunan skripsi ini.

Penulis menyadari dengan sepenuhnya bahwa masih banyak terdapat kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat berguna bagi siapa pun yang membacanya.

Bogor, 27 Agustus 2010

(6)

v

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 20 Juli 1987 sebagai anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan Dodi Hendrawadi dan Andri Winuri. Penulis menyelesaikan pendidikan menengah atas di SMUN 5 Bogor pada tahun 2005.

Pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Setelah menyelesaikan Tingkat Persiapan Bersama pada tingkat 1, tahun 2006 penulis diterima sebagai mahasiswa Departemen Ilmu Komputer, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB. Pada tahun 2008, selama dua bulan penulis melaksanakan praktik kerja lapangan di PT Tugu Pratama Indonesia.

(7)

iv

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ……… v

DAFTAR GAMBAR ………... v

DAFTAR LAMPIRAN ……… v

PENDAHULUAN Latar Belakang ………... 1

Tujuan ……… 1

Ruang Lingkup ... 1

TINJAUAN PUSTAKA DigitalWatermarking ……… 2

Code Division Multiple Access (CDMA) ……….. 3

Domain Spasial dan Domain Wavelet ………... 3

Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) ……….. 3

Uji Ketahanan Teknik ……… 4

METODE PENELITIAN Pengumpulan Data ………. 5

Praproses ……… 5

Penyisipan Watermark ………... 5

a Proses Penyisipan Watermark pada Domain Spasial ………. 5

b Proses Penyisipan Watermark pada Domain Wavelet ……….. 5

Uji Ketahanan (Uji Distorsi)………... 5

Ekstraksi Watermark ………... 6

a Proses Ekstraksi Watermark pada Domain Spasial ……… 6

b Proses Ekstraksi Watermark pada Domain Wavelet ………. 6

Analisis Hasil Ekstraksi ………. 6

Perangkat Keras dan Perangkat Lunak ……….. 6

HASIL DAN PEMBAHASAN Pengumpulan Data ………. 6

Praproses ……… 6

Hasil Penyisipan Watermark ………. 7

Hasil Uji Ketahanan (Uji Distorsi) ……… 7

Hasil Ekstraksi Watermark ……… 8

Analisis Hasil Ekstraksi ………. 8

a Capacity, Processing Time, dan Kualitas Cover Image ……… 8

b Kualitas Watermark (Original dan Hasil Ekstraksi 1) ……….. 9

c Ukuran File Watermark (Original dan Hasil Ekstraksi 1) ………. 9

d Distorsi dan Kualitas Watermark (Hasil Ekstraksi 1 dan Hasil Ekstraksi 2) ……...………. 9

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ………...10

Saran ………... 10

DAFTAR PUSTAKA ………. 10

(8)

v

DAFTAR TABEL

Halaman

1 Contoh Profil Evaluasi Skema Watermark ... 4

2 Data Penyisipan dan Ekstraksi pada Domain Spasial dan Domain Wavelet ... 8

3 Data Kualitas Watermark pada Domain Spasial ... 9

4 Data Kualitas Watermark pada Domain Wavelet ... 9

5 Data Ukuran File Watermark pada Domain Spasial ... 9

6 Data Ukuran File Watermark pada Domain Wavelet ... 9

DAFTAR GAMBAR

Halaman 1 Proses Penyisipan Watermark pada Citra Digital ... 2

2 Proses Ekstraksi Watermark pada Citra Digital ... 2

3 Contoh Visible Watermark ... 2

4 Transformasi DWT-skala 2D ... 3

5 Metodologi Penelitian ... 4

6 Tahapan Penyisipan dan Pengekstraksian Watermark (Domain Spasial) ... 5

7 Tahapan Penyisipan dan Pengekstraksian Watermark (Domain Wavelet) ... 6

8 Hasil Uji JPEG Compression pada Domain Wavelet dengan Citra Lena.tif ... 7

9 Hasil Uji Gamma Correction pada Domain Spasial dengan Citra Elaine.tif ... 7

10 Hasil Uji Gaussian Noise pada Domain Spasial dengan Citra Baboon.tif ... 7

11 Grafik Processing Time pada Domain Spasial. ... 8

12 Grafik Processing Time pada Domain Wavelet ... 9

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman 1 Seluruh Citra yang digunakan dalam Penelitian ... 12

2 Hasil Penyisipan dan Ekstraksi Watermark ... 13

(9)

1 PENDAHULUAN

Latar Belakang

Sekarang ini penyajian data dan informasi telah mengalami perkembangan yang cukup pesat, seiring dengan perkembangan teknologi komputer dan perangkat digital lainnya. Banyak data dan informasi yang tersebar luas disajikan dalam format digital, baik berupa teks, citra (image), audio, maupun video. Permasalahan mulai muncul ketika data digital tersebut merupakan karya yang perlu dilindungi. Hal ini berkenaan dengan masalah kepemilikan (ownership), penggandaan tidak berizin (hak cipta), ataupun masalah keaslian (authenticity). Oleh karena itu diperlukan suatu metode untuk dapat memberi perlindungan terhadap data digital. Digital watermarking adalah solusi dari permasalahan tersebut.

Digital watermarking adalah suatu teknik penyisipan informasi tertentu (watermark) ke dalam suatu data digital. Informasi ini dapat berupa teks seperti informasi copyright, logo gambar, data audio, atau rangkaian bit yang tidak bermakna. Penyisipan ini dilakukan sedemikian rupa sehingga watermark tidak merusak data digital yang dilindungi.

Terdapat beberapa teknik watermark pada citra digital yang telah ditemukan. Teknik ini dapat diklasifikasikan dalam dua kategori, yaitu domain spasial dan domain transformasi atau domain frekuensi. Penyisipan dalam domain spasial berarti menyisipkan watermark secara langsung pada piksel citra. Penyisipan dalam domain transformasi adalah menyisipkan

watermark ke dalam koefisien transformasi. Berikut adalah beberapa contoh teknik

watermark : LSB (Least Significant Bit),

Spread Spectrum, Patchwork, Pitas and Kaskalis, Caroni, Cox, dan RSPPMC

(Randomly Sequenced Pulse Position Modulated Code).

Jemi (2007) menggunakan metode Cox yang bekerja dalam domain transformasi. Metode ini memanfaatkan karakteristik Discrete Cosine Transform (DCT) dalam penyisipan maupun pengekstraksian label hak cipta. Kemudian metode tersebut diuji dengan beberapa serangan, seperti rotasi citra (90°, 180°, dan 270°), kompresi JPEG, operasi cropping, dan operasi resizing. Dari beberapa serangan yang diberikan, metode Cox memiliki ketahanan terhadap proses rotasi citra saja.

Penelitian ini difokuskan pada metode lain, yaitu Code Division Multiple Access (CDMA). CDMA merupakan salah satu teknik dasar

watermark pada citra digital. Teknik ini akan diimplementasikan pada dua domain yang berbeda, yaitu domain spasial dan domain transformasi. Pada domain spasial, PN-sequence disisipkan langsung pada piksel citra, sedangkan pada domain transformasi,

PN-sequence disisipkan pada koefisien Discrete Wavelete Transform (DWT).

Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1 Mempelajari kinerja proses watermark

pada citra digital dengan teknik CDMA dalam dua domain yang berbeda, yaitu domain spasial dan domain wavelet. 2 Melakukan analisis performance teknik

CDMA pada masing-masing domain dengan parameter sebagai berikut :

• Kapasitas pesan yang disisipkan (capacity).

• Waktu pemrosesan (processing time), terdiri atas embedding time dan

recover time.

• Kualitas watermark.

• Ukuran file watermark.

• Kekuatan teknik terhadap distorsi (robustness).

Ruang Lingkup

Penelitian ini diterapkan pada citra digital yang memiliki format TIFF (Tagged Image File Format), dimana format tersebut sering digunakan untuk pengolahan citra scientific. Citra digital yang digunakan berjenis grayscale.

Watermark yang akan disisipkan (dalam hal ini berbentuk initial dan copyright) memiliki ukuran yang lebih kecil dibandingkan dengan

cover image. Teknik watermark yang digunakan pada penelitian kali ini adalah Code Division Multiple Access (CDMA) yang sesuai untuk aplikasi watermark publik. Teknik CDMA ini diterapkan dalam dua domain yang berbeda, yaitu domain spasial dan domain wavelet. Adapun mother wavelet yang digunakan pada DWT level 1 ini adalah tipe

Haar. Untuk uji ketahanan teknik, serangan-serangan yang digunakan adalah JPEG

compression, gamma correction, scaling, rotation, horizontal flip, gaussian noise, dan

(10)

2 TINJAUAN PUSTAKA

Digital Watermarking

Digital watermarking adalah suatu teknik yang mengizinkan seorang individu untuk menyisipkan informasi tertentu (catatan hak cipta atau verifikasi lain) ke dalam (dokumen-dokumen atau sinyal-sinyal citra, audio, video). Menurut Munir (2004), Watermarking

merupakan aplikasi steganografi, tetapi keduanya memiliki konteks dan cara pandang yang berbeda. Steganografi berasal dari bahasa Yunani yaitu steganos yang artinya tulisan tersembunyi (covered writing). Steganografi adalah ilmu dan seni penyembunyian pesan rahasia (hiding message) sedemikian sehingga keberadaannya tidak terdeteksi oleh manusia. Pada steganografi, pesan rahasia disembunyikan di dalam media cover yang tidak bermakna (hanya sebagai pembawa), sedangkan pada

watermarking, media cover tersebut yang akan dilindungi kepemilikannya dengan pemberian label hak cipta (watermark). Selain itu, pada steganografi kekokohan (robustness) tidak terlalu penting, maka pada watermarking

kekokohan menjadi syarat utama.

Berikut adalah tahapan-tahapan dari teknik

watermarking pada citra digital (Munir 2004) : 1. Penyisipan watermark (watermark

embedding)

2. Ekstraksi atau pendeteksian watermark

(watermark detection)

Secara umum, proses penyisipan watermark

pada citra digital dapat dilihat pada Gambar 1, sedangkan proses ekstraksi watermark dapat dilihat pada Gambar 2.

Terdapat beberapa persyaratan umum yang harus dipenuhi dalam watermarking, yaitu :

• Imperceptible : watermark tidak dapat dipersepsi secara visual/auditori karena

watermark tidak boleh merusak kualitas media host.

• Robustness : kokoh terhadap manipulasi yang ditujukan untuk merusak atau menghapus watermark.

• Secure : hanya pihak yang punya otoritas dapat mengakses watermark.

Encoding Kunci Citra ber-watermark Citra Watermark

Gambar 1 Proses penyisipan watermark pada citra digital.

Decoding

Perbandingan

Citra yang

diuji

Kunci

Citra asal

Watermark

yang

terekstraksi

Watermark

asli

keputusan

Gambar 2 Proses ekstraksi watermark pada citra digital.

Image watermarking dapat dibedakan ke dalam beberapa kategori berikut :

• Berdasarkan kebutuhan akan citra asal

• Blind watermarking, dimana proses ekstraksi watermark tidak membutuhkan citra asal.

• Non blind watermarking, dimana proses ekstraksi watermark

membutuhkan citra asal.

• Berdasarkan persepsi manusia

• Visible watermarking, dimana

watermark dapat dipersepsi oleh indra penglihatan manusia. Bersifat sangat

robust karena keberadaannya mudah dikenali dan sangat sulit dihapus. Contoh hasil penyisipan visible watermark dapat dilihat pada Gambar 3.

(11)

3

• Invisible watermarking, dimana tidak dapat dipersepsi oleh indra penglihatan manusia. Hal ini dimungkinkan karena indra penglihatan manusia tidak dapat mendeteksi adanya perubahan kecil pada citra.

• Berdasarkan tingkat kekokohan

• Secure watermarking, artinya

watermark harus dapat bertahan terhadap unintentional attack dan

intentional attack.

• Robust watermarking, artinya

watermark harus dapat bertahan terhadap unintentional attack.

• Fragile watermarking, artinya

watermark mudah sekali mengalami kerusakan atau perubahan setelah citra mengalami modifikasi.

Berikut adalah istilah-istilah yang sering digunakan dalam digital watermarking :

• Cover image

Media berupa citra digital yang akan dilindungi kepemilikannya dengan pemberian label hak cipta.

• Watermark

Citra digital yang akan disisipkan ke dalam media lain yang akan dilindungi kepemilikannya (cover image).

• Watermarked image

Hasil dari penyisipan citra digital (watermark) ke dalam citra digital yang akan dilindungi (cover image).

• Watermark key

Kunci rahasia yang akan digunakan dalam penyisipan hak cipta dan pengekstraksian kembali hak cipta.

Code Division Multiple Access (CDMA)

CDMA adalah suatu bentuk sistem komunikasi Direct Sequence Spread Spectrum

(DSSS), yaitu sinyal-sinyal disebarkan dari atau ke berbagai pengguna dengan berbagai kode. Kode yang digunakan adalah pseudo-random, atau biasa dikenal dengan sebutan

pseudo-noise (PN). Kode acak ini berfungsi untuk melindungi sinyal-sinyal yang akan disebarkan pada suatu komunikasi. Walaupun kode yang disebarkan tampak acak tetapi pada dasarnya bersifat deterministic, sehingga penerima (receiver) dapat merekonstruksi kode

PN kembali

Domain Spasial dan Domain Wavelet

Metode watermarking pada citra digital dapat diterapkan pada beberapa domain, yaitu domain spasial (spatial domain) dan domain transformasi (transform domain) atau domain frekuensi (frequency domain). Penyisipan pada domain spasial berarti menyisipkan watermark

secara langsung ke dalam piksel citra. Contoh teknik pada domain ini adalah Least Significant Bit (LSB). Keuntungan dari metode ini adalah

coding yang sederhana dan proses yang cepat tetapi watermark umumnya tidak kokoh terhadap manipulasi citra. Penyisipan dalam domain transformasi adalah menyisipkan

watermark ke dalam koefisien transformasi. Penyisipan pada domain ini akan menghasilkan kekokohan yang lebih pada watermark. Domain transformasi yang umum digunakan adalah

Discrete Fourier Transform (DFT), Discrete Cosine Transform (DCT), dan Discrete Wavelet Transform (DWT).

Selain menerapkan teknik watermarking

pada domain spasial, penelitian ini pun memanfaatkan karakteristik Discrete Wavelet Transform (DWT). Menurut Meerwald & Uhl (2001), transformasi wavelet membagi cover image ke dalam beberapa bagian, yaitu : lower resolution approximation image (LL), horizontal (HL), vertical (LH), dan diagonal

(HH). Proses ini dapat diulang kembali untuk menghitung dekomposisi wavelet dengan skala yang lebih besar (2D, 3D, 4D, dan seterusnya). Berikut adalah transformasi wavelet dengan skala 2 dimensi yang dijelaskan pada Gambar 4.

LL2 LH1 HL1 HH1 HH2 LH2 HL2

Gambar 4 Transformasi DWT –skala 2D.

Peak Signal to Noise Ratio (PSNR)

(12)

4 dapat mempengaruhi kemurnian representasi

aslinya

Hubungan antara nilai PSNR dan distorsi yang terjadi adalah berbanding terbalik. Dengan demikian nilai PSNR yang rendah menunjukkan bahwa citra telah mengalami distorsi yang cukup besar. Hal ini berlaku pula sebaliknya. Nilai PSNR dapat dihitung dengan Persamaan 1.

, …(1) Dengan nilai MSE dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.

…(2) Keterangan dari variabel-variabel pada Persamaan 1 dan 2 di atas adalah sebagai berikut :

• MAXp = nilai piksel maksimum pada citra p

• MSE = Mean Squared Error, yang menunjukkan rata-rata noise yang terjadi antara citra p dan citra q

• m dan n = jumlah baris dan kolom dari citra p

Uji Ketahanan Teknik

Uji ketahanan ini dilakukan untuk mengetahui tingkat robustness dari suatu teknik terhadap serangan-serangan tertentu. Serangan-serangan disini terdiri atas unintentional attack

dan intentional attack (malicious attack).

Unintentional attack adalah distorsi yang terjadi selama masa penggunaan normal sedangkan

intentional attack adalah usaha yang disengaja untuk melumpuhkan atau menghilangkan

watermark (Munir 2004). Contoh serangan

unintentional adalah cropping, resizing, contrast enhancement, dan lain-lain. Pada

intentional attack, penyerang diasumsikan mengetahui algoritme watermarking.

Menurut Petitcolas (2000) tingkat robustness

dapat dinilai dengan mengukur kemungkinan deteksi suatu watermark dan bit error rate

untuk setiap set kriteria. Tabel 1 adalah contoh profil evaluasi suatu skema watermark. Level – level pada skema ini dimulai dari tingkat

robustness yang rendah hingga tingkat

robustness yang tinggi (terbukti robustness).

Tabel 1 Contoh profil evaluasi skema

watermark (sumber : Petitcolas 2000)

Level zero

Low level Moderate

Standard JPEG compression

quality 100-90 100-75 100-50

Color reduction (GIF)

256 256 16

Cropping 100-90% 100-75% 100-50%

Gamma correction

0.7-1.2 0.5-1.5

Scaling 1/2-3/2 1/3-2

Rotation ± 0-2deg ±0-5,90deg

Horizontal flip √ √

Uniform noise 1-5% 1-15%

Contrast ± 0-10% ± 0-25%

Brightness ± 0-10% ± 0-25%

Median filter 3x3

METODE PENELITIAN

Penelitian ini mencoba menerapkan metode

watermark untuk penyisipan initial dan label hak cipta (copyright) pada citra digital. Metode yang digunakan adalah Code Division Multiple Access (CDMA) dan akan bekerja dalam domain spasial dan domain wavelet suatu citra digital. Tahapan yang lebih detail dapat dilihat pada Gambar 5.

mulai Cover image Praproses Penyisipan watermark Watermark Watermark key Watermarked image Uji ketahanan (uji distorsi) Image after distortion Ekstraksi

watermark 2 Watermark Watermark key Watermark’’ selesai Ekstraksi watermark 1 Watermark’ Analisis Tahap 2 Gain factor Analisis Tahap 1

(13)

5 Pengumpulan Data

Proses pengumpulan data dilakukan dengan cara pengambilan 3 (tiga) citra digital dari internet yang akan dijadikan sebagai cover image. Keseluruhnya merupakan citra yang umum digunakan dalam proses pengolahan citra. Untuk citra watermark baik berupa initial

dan copyright dibuat langsung dengan aplikasi Adobe Photoshop. Seluruh citra tersebut tersimpan dalam format TIFF dengan tipe citra

grayscale dan dapat dilihat pada Lampiran 1. Praproses

Tahap awal praproses yaitu mengubah ukuran citra cover menjadi 512x512 piksel (resizing). Kemudian citra yang diperoleh diubah ke tipe

grayscale dan disimpan dalam format TIFF. Praproses ini menggunakan aplikasi Adobe Photoshop 7.

Penyisipan Watermark

a. Proses Penyisipan Watermark pada Domain Spasial

Langkah awal yang dilakukan pada proses ini adalah penyiapan cover image, watermark,

watermark key, dan gain factor. Kemudian

watermark diubah dari bentuk citra 2 (dua) dimensi menjadi bentuk vektor, dengan keseluruhan nilai diinisiasikan dengan format

fixed point. Fixed point ini diperoleh dengan membagi seluruh nilai dengan 256 kemudian dilakukan pembulatan sehingga menghasilkan 0 atau 1. Selanjutnya dilakukan proses reset pada generator Pseudo-Noise (PN) menjadi

watermark key state. Setelah itu PN sequence

dapat diperoleh dengan proses generate. Proses selanjutnya adalah penyisipan PN sequence

W(x,y) dengan gain factor k pada cover image

I(x,y) sehingga menghasilkan watermarked image Iw(x,y). Proses penyisipan ini dapat dilihat pada Persamaan 3.

…(3) Tahapan penyisipan yang lebih detail dapat dilihat pada Gambar 6.

b. Proses Penyisipan Watermark pada Domain Wavelet

Tahap-tahap yang dilakukan pada proses ini hampir serupa dengan proses penyisipan pada domain spasial. Proses penyisipan diawali dengan transformasi cover image menjadi 4 (empat) koefisien Discrete Wavelet Transform 2D (DWT 2D). Langkah selanjutnya penyisipan PN sequence xi dengan gain factor k ke dalam koefisien citra hasil transformasi wi. Proses penyisipan ini dapat dilihat pada Persamaan 4.

…(4) Untuk proses penyederhanaan digunakan rumusan sesuai coding Shoemaker (2002) sebagai berikut :

…(5) Proses ini diakhiri dengan proses Invers Discrete Wavelet Transform 2D (IDWT 2D) terhadap koefisien citra yang telah disisipkan IWu,v sehingga diperoleh watermarked image. Tahapan penyisipan yang lebih detail dapat dilihat pada Gambar 7.

mulai Cover image Watermark Watermark key Generator PN di-reset pada

watermark key

PN sequence

di-generate Penyisipan watermark Watermarked image watermark Watermark key Generator PN di-reset pada

watermark key

PN sequence

di-generate Perhitungan korelasi dan threshold Ekstraksi watermark Watermark Selesai Proses penyisipan Proses ekstraksi Gain factor

Gambar 6 Tahapan penyisipan dan pengekstraksian watermark (domain spasial). Uji Ketahanan (Uji Distorsi)

Tahapan ini dilakukan dengan menguji citra hasil penyisipan initial (watermarked image) dengan dengan beberapa distorsi yang telah ditentukan, yaitu JPEG compression, gamma correction, scalling, rotation, horizontal flip, gaussian noise, dan median filter. Setelah mendapatkan citra hasil distorsi (image after distortion) selanjutnya dilakukan proses ekstraksi untuk mendapatkan kembali

(14)

6 mulai Cover image Watermark Watermark key Generator PN di-reset pada

watermark key

PN sequence

di-generate Penyisipan watermark Watermarked image watermark Watermark key Generator PN di-reset pada

watermark key

PN sequence

di-generate Perhitungan korelasi dan threshold Ekstraksi watermark Watermark Selesai Proses penyisipan Proses ekstraksi Transformasi

DWT 2 D

Transformasi DWT 2D IDWT 2D

Gain factor

Gambar 7 Tahapan penyisipan dan pengekstraksian watermark (domain wavelet). Ekstraksi Watermark

a. Proses Ekstraksi Watermark pada Domain Spasial

Langkah awal yang dilakukan pada proses ini adalah penyiapan watermarked image, watermark dan watermark key. Kemudian

watermark diubah dari bentuk citra 2 (dua) dimensi menjadi bentuk vektor, keseluruhan nilai diinisiasikan 1 (satu). Selanjutnya dilakukan proses reset pada generator Pseudo-Noise (PN) menjadi watermark key state. Setelah itu PN sequence dapat diperoleh dengan proses generate. Kemudian, dilakukan perhitungan korelasi antara PN sequence dan

watermarked image untuk mendapatkan nilai

threshold. Nilai threshold ini kemudian dibandingkan dengan nilai korelasi untuk mendapatkan watermark kembali. Tahapan ekstraksi yang lebih detail dapat dilihat pada Gambar 6.

b. Proses Ekstraksi Watermark pada Domain Wavelet

Tahap-tahap yang dilakukan pada proses ini hampir serupa dengan proses ekstraksi pada domain spasial. Perhitungan korelasi diawali dengan transformasi watermarked image

menjadi 4 (empat) koefisien Discrete Wavelet Transform 2D (DWT 2D). Langkah selanjutnya adalah perhitungan korelasi antara PN sequence

dan watermarked image untuk mendapatkan nilai threshold. Proses ini diakhiri dengan perbandingan antara nilai korelasi dan nilai

threshold sehingga watermark dapat diperoleh kembali. Tahapan ekstraksi yang lebih detail dapat dilihat pada Gambar 7.

Analisis Hasil Ekstraksi

Pada analisis tahap 1, dilakukan perbandingan watermark hasil ekstraksi

watermarked image (watermark’) dengan

watermark original (watermark asli). Analisa ini dilakukan berdasarkan parameter kualitas

watermark (original dan hasil ekstraksi 1) dan ukuran file watermark (original dan hasil ekstraksi 1).

Pada analisis tahap 2, dilakukan perbandingan watermark hasil ekstraksi image after distortion (watermark”) dengan

watermark hasil ekstraksi watermarked image

(watermark’). Analisis ini dilakukan berdasarkan parameter kualitas watermark

(hasil ekstraksi 1 dan hasil ekstraksi 2) saja. Perangkat Keras dan Perangkat Lunak

Perangkat keras yang digunakan dalam penelitian ini adalah Processor Intel Atom N270 @ 1600 MHz, memory 2 GB DDR2 dan

harddisk 160 GB. Perangkat lunak yang digunakan adalah Sistem operasi Windows XP Home, Adobe Photoshop 7.0 dan MATLAB 7.0.1.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengumpulan Data

Data yang digunakan adalah 3 (tiga) buah citra yang diperoleh dari media internet. Ketiganya adalah citra ‘lena’, ‘elaine’, dan ‘baboon’. Seluruh citra tersebut telah banyak dimanfaatkan dalam image processing dan pada penelitian ini akan digunakan sebagai

cover image. Untuk citra watermark terdiri atas citra initial (9x12 piksel) dan copyright (50x20 piksel) dimana keduanya telah dibuat langsung dengan aplikasi Adobe Photoshop 7.0. Total citra yang digunakan adalah 5 buah dan seluruhnya tersimpan dalam format TIFF dengan tipe grayscale.

Praproses

Setelah cover image diperoleh, ukurannya diseragamkan menjadi 512x512 piksel. Kemudian citra RGB diubah menjadi citra

(15)

7 Hasil Penyisipan Watermark

Hasil dari penyisipan watermark untuk 3

cover image adalah 12 watermarked image, karena untuk setiap cover image terdapat 2 (dua) jenis watermak yang akan disisipkan (initial dan copyright) serta dilakukan pada 2 (dua) domain yang berbeda (spasial dan wavelet). Hasil dari penyisipan watermark

dapat dilihat pada Lampiran 2, sedangkan data penyisipan watermark dapat dilihat pada Tabel 2.

Hasil Uji Ketahanan (Uji Distorsi)

Hasil dari uji ketahanan adalah sebagai berikut :

1 Uji JPEG Compression dengan quality factor 100, 90, 75, dan 50 menghasilkan

image after distortion sebanyak 12 citra untuk domain spasial dan 12 citra untuk domain wavelet. Hasil uji JPEG Compression pada domain wavelet dengan citra lena.tif dapat dilihat pada Gambar 8. 2 Uji gamma Correction dengan gamma value

0.5, 0.7, 1.2, dan 1.5 menghasilkan image after distortion sebanyak 12 citra untuk domain spasial dan 12 citra untuk domain wavelet. Hasil uji gamma correction pada domain spasial dengan citra elaine.tif dapat dilihat pada Gambar 9.

3 Uji scaling dengan scale factor 1/3, 1/2, 3/2, dan 2 menghasilkan image after distortion

sebanyak 12 citra untuk domain spasial dan 12 citra untuk domain wavelet.

4 Uji rotation dengan angle 0, 2, dan 5.9 menghasilkan image after distortion

5 Uji horizontal flip menghasilkan image after distortion sebanyak 3 citra untuk domain spasial dan 3 citra untuk domain wavelet. 6 Uji Gaussian noise dengan variance 1%,

5%, dan 15% menghasilkan image after distortion sebanyak 9 citra untuk domain spasial dan 9 citra untuk domain wavelet. Hasil uji Gaussian noise pada domain spasial dengan citra baboon.tif dapat dilihat pada Gambar 10.

7 Uji median filter dengan filter 3x3 menghasilkan image after distortion

Total image after distortion yang diperoleh adalah 60 citra pada domain spasial dan 60 citra pada domain wavelet.

Quality factor = 100 Quality factor = 90

Quality factor = 75 Quality factor = 50

Gambar 8 Hasil uji JPEG Compression pada domain wavelet dengan citra lena.tif.

Gamma value = 0.5 Gamma value = 0.7

Gamma value = 1.2 Gamma value = 1.5

Gambar 9 Hasil uji gamma correction pada domain spasial dengan citra elaine.tif.

variance = 1 % variance = 5 %

variance = 15 %

(16)

8 Hasil Ekstraksi Watermark

Ekstraksi Watermark 1

Hasil ekstraksi watermark untuk 12

watermarked image adalah 12 citra watermark’. Hasil dari ekstraksi watermark 1 dapat dilihat pada Lampiran 2, sedangkan data ekstraksi

watermark 1 dapat dilihat pada Tabel 2. Ekstraksi Watermark 2

Hasil ekstraksi watermark untuk 120 image after distortion adalah 120 citra watermark”. Hasil ekstraksi watermark 2 dapat dilihat pada Lampiran 3.

Analisis Hasil Ekstraksi

a. Capacity, processing time, dan kualitas

cover image.

Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui hubungan antara capacity atau jumlah piksel yang akan disisipkan terhadap processing time

dan kualitas cover image yang telah disisipi.

Processing time disini terdiri atas embedding time dan recover time yang memiiki satuan

second (s). Kualitas dari cover image diperoleh dengan perhitungan PSNR dan memiliki satuan

decibel (dB).

Data penyisipan dan ekstraksi pada domain spasial dan domain wavelet dapat dilihat pada Tabel 2. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa semakin besar capacity yang disisipkan maka semakin besar processingtime yang dibutuhkan dan semakin rendah kualitas cover image yang telah disisipi.

Tabel 2 Data penyisipan dan ekstraksi pada domain spasial dan domain wavelet

CDMA (spatial domain)

Cover image lena.tif (512x512) elaine.tif (512x512) baboon.tif (512x512)

Watermark Initial Copyright Initial Copyright Initial Copyright

Embed time (s) 5.922 57.484 6.422 57.5 6.359 57.437

Recover time (s) 11.484 104.594 11.422 104.625 11.453 104.859

PSNR (dB) 31.0491 22.2341 30.9077 22.1203 30.4689 21.6555

CDMA (wavelet domain)

Cover image lena.tif (512x512) elaine.tif (512x512) baboon.tif (512x512)

Watermark Initial Copyright Initial Copyright Initial Copyright

Embed time (s) 4.203 29.469 3.734 29.469 3.734 29.594

Recover time (s) 5.531 48.312 5.547 48.282 5.562 48.406

PSNR (dB) 34.0529 25.2523 33.9111 25.1231 33.4723 24.6741

Grafik processing time pada domain spasial dapat dilihat pada Gambar 11 sedangkan grafik

processing time pada domain wavelet dapat dilihat pada Gambar 12. Dari kedua grafik tersebut dapat disimpulkan bahwa :

• Percobaan menghasilkan processing time

dengan nilai yang hampir seragam untuk masing-masing capacity.

• Pada setiap penyisipan, recover time lebih besar hampir 2 kali lipat dibandingkan

embed time.

• Embed time dan recover time untuk penyisipan copyright lebih besar dibandingkan penyisipan initial.

• Terdapat pola yang serasi antara jumlah piksel dari suatu capacity dan processing

time yang dibutuhkan (hubungan eksponensial).

• Wavelet domain memiliki processing time ½ kali lebih singkat dibandingkan spatial domain.

Gambar 11 Grafik processing time pada domain spasial. 0 20 40 60 80 100 120 in it ial co p yr ig h t in it ial co p yr ig h t in it ial co p yr ig h t

lena elaine baboon

embed time

(17)

9 Gambar 12 Grafik processing time pada domain

wavelet.

b. Kualitas watermark (original dan hasil ekstraksi 1)

Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui kualitas watermark hasil ekstraksi 1 yang kemudian akan dibandingkan dengan

watermark aslinya (original).

Data kualitas watermark pada domain spasial dapat dilihat pada Tabel 3, sedangkan data kualitas watermark pada domain wavelet dapat dilihat pada Tabel 4. Dari kedua tabel tersebut dapat disimpulkan bahwa untuk

watermark initial, kualitas hasil ekstraksi 1 domain spasial dan domain wavelet adalah hampir sama dengan aslinya. Berbeda halnya dengan watermark copyright, domain wavelet jauh lebih unggul dibandingkan domain spasial karena hasil ekstraksi 1 domain wavelet memiiki kualitas watermark yang hampir sama dengan aslinya sedangkan hasil ekstraksi 1 domain spasial mengalami perubahan yang cukup signifikan.

Tabel 3 Data kualitas watermark pada domain spasial

Nama citra

Initial Copyright

PSNR (dB)

MSE PSNR

(dB)

MSE

Lena 68.4650 0 26.9897 130.05

Elaine 68.4650 0 23.9794 260.1

Baboon 68.4650 0 30 65.025

Tabel 4 Data kualitas watermark pada domain wavelet

Nama citra

Initial Copyright

PSNR (dB)

MSE PSNR

(dB)

MSE

Lena 68.4650 0 78.1308 0

Elaine 68.4650 0 78.1308 0

Baboon 68.4650 0 78.1308 0

c. Ukuran file watermark (original dan hasil ekstraksi 1)

Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui kuantitas watermark hasil ekstraksi 1 yang kemudian akan dibandingkan dengan

watermark aslinya (original).

Data ukuran file watermark pada domain spasial dapat dilihat pada Tabel 5, sedangkan data ukuran file watermark pada domain wavelet dapat dilihat pada Tabel 6. Dari kedua tabel tersebut dapat disimpulkan bahwa pada masing-masing domain terdapat gradasi atau perubahan ukuran file watermark yang cukup besar. Hal ini dikarenakan terdapat beberapa fitur tidak penting dari watermark yang dihilangkan ketika proses penyisipan berlangsung.

Tabel 5 Data ukuran file watermark pada domain spasial

Jenis

watermark

Ukuran filewatermark

Original Hasil ekstraksi 1

initial 6.87 kb 280 bytes

copyright 8.26 kb 640 bytes

Tabel 6 Data ukuran file watermark pada domain wavelet

Jenis

watermark

Ukuran filewatermark

Original Hasil ekstraksi 1

initial 6.87 kb 280 bytes

copyright 8.26 kb 632 bytes

d. Distorsi dan kualitas watermark (hasil ekstraksi 1 dan hasil ekstraksi 2)

Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh suatu distorsi terhadap kualitas

watermark hasil ekstraksi.

Data distorsi pada domain spasial dan domain wavelet dapat dilihat pada Lampiran 3. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa teknik

watermark CDMA pada domain spasial robust

terhadap gamma correction (gamma value 0.5, 0.7, 1.2, dan 1.5) saja. Teknik watermark

CDMA pada domain wavelet robust terhadap

JPEG compression (quality factor 100, 90, 75, dan 50) dan gamma correction (gamma value

0.5, 0.7, 1.2, dan 1.5).

0 10 20 30 40 50 60 in it ial co p yr ig h t in it ial co p yr ig h t in it ial co p yr ig h t

lena elaine baboon

embed time

(18)

10

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

1 CDMA pada domain spasial dapat menghasilkan recovery watermark initial

yang hampir sama dengan aslinya. Tetapi tidak demikian untuk recovery watermark copyright, dikarenakan masih terdapat noise

pada watermark hasil ekstraksi.

2 CDMA pada domain wavelet dapat menghasilkan recovery watermark yang hampir sama dengan aslinya, baik untuk citra initial maupun copyright.

3 Adanya gradasi atau penyusutan ukuran file watermark hasil ekstraksi watermarked image yang cukup signifikan. Hal ini terjadi karena dihilangkannya beberapa fitur tak penting dari suatu citra watermark.

4 CDMA domain wavelet robust terhadap beberapa karakteristik distorsi jpeg compression dan gamma correction, sedangkan CDMA pada domain spasial

robust terhadap gamma correction saja. 5 CDMA domain wavelet lebih unggul dalam

hal kualitas watermark hasil ekstraksi,

processing time, dan ketahanan terhadap suatu distorsi. CDMA domain spasial memiliki coding yang lebih sederhana dikarenakan tidak adanya proses transformasi beserta inverse dari nilai transformasi tersebut.

Saran

1 Metode ini agar lebih dikembangkan sehingga dapat diperoleh watermarked image dan watermark hasil ekstraksi dengan kualitas yang lebih baik serta processing time yang lebih singkat.

2 Selain citra digital, metode ini cocok diterapkan pada audio digital tetapi tidak disarankan untuk text ASCII mengingat adanya gradasi ukuran file watermark hasil ekstraksi.

3 Disarankan penambahan teknik distorsi agar ketahanan suatu teknik watermark lebih diketahui.

DAFTAR PUSTAKA

Hendry M. Introduction to CDMA.

http://www.bee.net/mhendry/vrml/library/c dma/cdma.htm [10 Januari 2010].

Jemi A. 2007. Penerapan Watermarking untuk Penyisipan Hak Cipta pada Citra Digital dengan Metode Cox. [skripsi]. Bogor : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.

Katzenbeisser S, Stefan, Petitcolas AP. 2004.

Information Hiding Techniques for Steganography and Digital Watermarking.

Norwood : Artech House.

Meel J. 1999. Spread Spectrum. De Nayer Institute.

Meerwald AP, Andreas Uhl. 2001. A Survey of

Wavelet-Domain Watermarking Algorithms. California.

Munir R. 2004. Steganografi dan Watermarking. Bandung : Departemen Teknik Informatika ITB.

Petitcolas FAP. 2000. Watermarking Schemes Evaluation. IEEE Signal Processing Magazine, vol 17, pp 58-64.

(19)

(20)

12 Lampiran 1 Seluruh Citra yang digunakan dalam Penelitian

Cover Image (512x512)

Lena.tif Elaine.tif Baboon.tif

Watermark Watermark key

(1x35)

(21)

13 Lampiran 2 Hasil Penyisipan dan Ekstraksi Watermark

1. Domain Spasial

Cover Image Watermarked Image

Initial

(22)

14 Lampiran 2 Lanjutan

Copyright

(23)

2. Domain Wavelet

Initial

(24)

Copyright

(25)

17 Lampiran 3 Data Distorsi pada Domain Spasial dan Domain Wavelet

1. Distorsi JPEG compression pada domain spasial .

Image Quality factor

Image After Distortion

MSE PSNR Recover

watermark

Lena.tif 100 0 68.465

90 0 68.465

75 1204.17 17.3239

50 7225 9.54243

Elaine.tif 100 0 68.465

90 0 68.465

75 3010.42 13.3445

50 6622.92 9.92031

Baboon.tif 100 0 68.465

90 0 68.465

75 0 68.465

(26)

2. Distorsi gamma correction pada domain spasial.

Image Gamma value

watermark

Lena.tif 0.5 0 68.465

0.7 0 68.465

1.2 0 68.465

1.5 0 68.465

Elaine.tif 0.5 0 68.465

0.7 0 68.465

1.2 0 68.465

1.5 0 68.465

Baboon.tif 0.5 0 68.465

0.7 0 68.465

1.2 0 68.465

(27)

3. Distorsi scalling pada domain spasial.

Image Scale factor

Image After Distortion

watermark

Lena.tif 1/3 34920.8 2.69996

1/2 35522.9 2.62572

3/2 32512.5 3.0103

2 26491.7 3.8997

Elaine.tif 1/3 28297.9 3.6133

1/2 34318.8 2.7755

3/2 35522.9 2.6257

2 31910.4 3.0915

Baboon.tif 1/3 34318.8 2.7755

1/2 28900 3.5218

3/2 33114.6 2.9306

(28)

4. Distorsi rotation pada domain spasial.

Image Angle Image After Distortion

watermark

Lena.tif 0 0 68.4650

2 37329.2 2.4103

5.9 39135.4 2.2051

Elaine.tif 0 0 68.4650

2 30706.3 3.2585

5.9 33114.6 2.9306

Baboon.tif 0 0 68.4650

2 31910.4 3.0915

(29)

5. Distorsi horizontal flip pada domain spasial.

Image Horizontal or Vertical

watermark

Lena.tif Horizontal 30104.2 3.3445

Elaine.tif Horizontal 32512.5 3.0103

Baboon.tif Horizontal 34318.8 2.7755

6. Distorsi median filter pada domain spasial.

Image Filter Image After Distortion

watermark

Lena.tif 3x3 15654.2 6.1845

Elaine.tif 3x3 18664.6 5.4206

(30)

7. Distorsi gaussian noise pada domain spasial.

Image Variance Image After Distortion

watermark

Lena.tif 1 % 0 68.4650

5 % 1204.17 17.3239

15 % 3010.42 13.3445

Elaine.tif 1 % 0 68.4650

5 % 1806.25 15.563

15 % 5418.75 10.7918

Baboon.tif 1 % 0 68.4650

5 % 1204.17 17.3239

(31)

8. Distorsi JPEG compression pada domain wavelet .

Image Quality factor

watermark

Lena.tif 100 0 68.4650

90 0 68.4650

75 0 68.4650

50 0 68.4650

Elaine.tif 100 0 68.4650

90 0 68.4650

75 0 68.4650

50 0 68.4650

Baboon.tif 100 0 68.4650

90 0 68.4650

75 0 68.4650

(32)

9. Distorsi gamma correction pada domain wavelet.

Image Gamma value

watermark

Lena.tif 0.5 0 68.4650

0.7 0 68.4650

1.2 0 68.4650

1.5 0 68.4650

Elaine.tif 0.5 0 68.4650

0.7 0 68.4650

1.2 0 68.4650

1.5 0 68.4650

Baboon.tif 0.5 0 68.4650

0.7 0 68.4650

1.2 0 68.4650

(33)

10. Distorsi scalling pada domain wavelet.

Image Scale factor

Image After Distortion

watermark

Lena.tif 1/3 25287.5 4.1017

1/2 31308.3 3.1742

3/2 34920.8 2.7000

2 14450 6.5321

Elaine.tif 1/3 38533.3 2.2724

1/2 30104.2 3.3445

3/2 31308.3 3.1742

2 14450 6.5321

Baboon.tif 1/3 30104.2 3.3445

1/2 30104.2 3.3445

3/2 30706.3 3.2585

(34)

11. Distorsi rotation pada domain wavelet.

Image Angle Image After Distortion

watermark

Lena.tif 0 0 68.4650

2 Error

5.9 Error

Elaine.tiff 0 0 68.4650

2 Error

5.9 Error

Baboon.tif 0 0 68.4650

2 Error

5.9 Error

(35)

12. Distorsi horizontal flip pada domain wavelet.

Image Horizontal or Vertical

watermark

Lena.tif Horizontal 32512.5 3.0103

Elaine.tif Horizontal 30104.2 3.3445

Baboon.tif Horizontal 31308.3 3.1742

13. Distorsi median filter pada domain wavelet.

Image Filter Image After Distortion

watermark

Lena.tif 3x3 8429.17 8.8730

Elaine.tif 3x3 12643.8 7.1120

Baboon.tif 3x3 17460.4 5.7103

(36)

14. Distorsi gaussian noise pada domain wavelet.

Image Variance Image After Distortion

watermark

Lena.tif 1 % 0 68.4650

5 % 1806.25 15.563

15 % 5418.75 10.7918

Elaine.tif 1 % 0 68.4650

5 % 1204.17 17.3239

15 % 6622.92 9.92031

Baboon.tif 1 % 0 68.4650

5 % 602.083 20.3342

(37)

ABSTRACT

ANDHICA SHASHICA DANASA. Comparison of CDMA Watermark Techniques in Spatial Domain and Wavelet Domain on Digital Images.Under the supervision of SHELVIE NIDYA NEYMAN.

Presentation of data and information has been progressing quite rapidly, so data and information has been widely presented in digital format. Problems began to emerge as widespread digital data need to be protected. This is related to ownership, copyright, or authenticity issues. This study tries to provide solutions to these problems by applying the digital watermarking with Code Division Multiple Access (CDMA) technique. This technique uses a digital image composed of a cover image and two types of watermark (initial and copyright). There are two stages in this research, the first is trying to insert two types of watermark on the cover image in two different domains, namely spatial domain and wavelet domain. Once inserted, the watermark is extracted back to be compared with the original watermark. The second is attempting to insert an initial watermark on the cover image in two different domains, then giving some distortion of the image to be tested for resistance. After that, the watermark is extracted again. From the experiment results, it is known that wavelet domain CDMA is superior in terms of quality of the extracted watermark, processing time, and resistance to distortion (JPEG compression and gamma correction). While CDMA coding spatial domain is simpler and has a resistance to gamma correction only.

(38)

1 PENDAHULUAN

Latar Belakang

Sekarang ini penyajian data dan informasi telah mengalami perkembangan yang cukup pesat, seiring dengan perkembangan teknologi komputer dan perangkat digital lainnya. Banyak data dan informasi yang tersebar luas disajikan dalam format digital, baik berupa teks, citra (image), audio, maupun video. Permasalahan mulai muncul ketika data digital tersebut merupakan karya yang perlu dilindungi. Hal ini berkenaan dengan masalah kepemilikan (ownership), penggandaan tidak berizin (hak cipta), ataupun masalah keaslian (authenticity). Oleh karena itu diperlukan suatu metode untuk dapat memberi perlindungan terhadap data digital. Digital watermarking adalah solusi dari permasalahan tersebut.

Digital watermarking adalah suatu teknik penyisipan informasi tertentu (watermark) ke dalam suatu data digital. Informasi ini dapat berupa teks seperti informasi copyright, logo gambar, data audio, atau rangkaian bit yang tidak bermakna. Penyisipan ini dilakukan sedemikian rupa sehingga watermark tidak merusak data digital yang dilindungi.

Terdapat beberapa teknik watermark pada citra digital yang telah ditemukan. Teknik ini dapat diklasifikasikan dalam dua kategori, yaitu domain spasial dan domain transformasi atau domain frekuensi. Penyisipan dalam domain spasial berarti menyisipkan watermark secara langsung pada piksel citra. Penyisipan dalam domain transformasi adalah menyisipkan

watermark ke dalam koefisien transformasi. Berikut adalah beberapa contoh teknik

watermark : LSB (Least Significant Bit),

Spread Spectrum, Patchwork, Pitas and Kaskalis, Caroni, Cox, dan RSPPMC

(Randomly Sequenced Pulse Position Modulated Code).

Jemi (2007) menggunakan metode Cox yang bekerja dalam domain transformasi. Metode ini memanfaatkan karakteristik Discrete Cosine Transform (DCT) dalam penyisipan maupun pengekstraksian label hak cipta. Kemudian metode tersebut diuji dengan beberapa serangan, seperti rotasi citra (90°, 180°, dan 270°), kompresi JPEG, operasi cropping, dan operasi resizing. Dari beberapa serangan yang diberikan, metode Cox memiliki ketahanan terhadap proses rotasi citra saja.

Penelitian ini difokuskan pada metode lain, yaitu Code Division Multiple Access (CDMA). CDMA merupakan salah satu teknik dasar

watermark pada citra digital. Teknik ini akan diimplementasikan pada dua domain yang berbeda, yaitu domain spasial dan domain transformasi. Pada domain spasial, PN-sequence disisipkan langsung pada piksel citra, sedangkan pada domain transformasi,

PN-sequence disisipkan pada koefisien Discrete Wavelete Transform (DWT).

Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1 Mempelajari kinerja proses watermark

pada citra digital dengan teknik CDMA dalam dua domain yang berbeda, yaitu domain spasial dan domain wavelet. 2 Melakukan analisis performance teknik

CDMA pada masing-masing domain dengan parameter sebagai berikut :

• Kapasitas pesan yang disisipkan (capacity).

• Waktu pemrosesan (processing time), terdiri atas embedding time dan

recover time.

• Kualitas watermark.

• Ukuran file watermark.

• Kekuatan teknik terhadap distorsi (robustness).

Ruang Lingkup

Penelitian ini diterapkan pada citra digital yang memiliki format TIFF (Tagged Image File Format), dimana format tersebut sering digunakan untuk pengolahan citra scientific. Citra digital yang digunakan berjenis grayscale.

Watermark yang akan disisipkan (dalam hal ini berbentuk initial dan copyright) memiliki ukuran yang lebih kecil dibandingkan dengan

cover image. Teknik watermark yang digunakan pada penelitian kali ini adalah Code Division Multiple Access (CDMA) yang sesuai untuk aplikasi watermark publik. Teknik CDMA ini diterapkan dalam dua domain yang berbeda, yaitu domain spasial dan domain wavelet. Adapun mother wavelet yang digunakan pada DWT level 1 ini adalah tipe

Haar. Untuk uji ketahanan teknik, serangan-serangan yang digunakan adalah JPEG

compression, gamma correction, scaling, rotation, horizontal flip, gaussian noise, dan

(39)

2 TINJAUAN PUSTAKA

Digital Watermarking

Digital watermarking adalah suatu teknik yang mengizinkan seorang individu untuk menyisipkan informasi tertentu (catatan hak cipta atau verifikasi lain) ke dalam (dokumen-dokumen atau sinyal-sinyal citra, audio, video). Menurut Munir (2004), Watermarking

merupakan aplikasi steganografi, tetapi keduanya memiliki konteks dan cara pandang yang berbeda. Steganografi berasal dari bahasa Yunani yaitu steganos yang artinya tulisan tersembunyi (covered writing). Steganografi adalah ilmu dan seni penyembunyian pesan rahasia (hiding message) sedemikian sehingga keberadaannya tidak terdeteksi oleh manusia. Pada steganografi, pesan rahasia disembunyikan di dalam media cover yang tidak bermakna (hanya sebagai pembawa), sedangkan pada

watermarking, media cover tersebut yang akan dilindungi kepemilikannya dengan pemberian label hak cipta (watermark). Selain itu, pada steganografi kekokohan (robustness) tidak terlalu penting, maka pada watermarking

kekokohan menjadi syarat utama.

Berikut adalah tahapan-tahapan dari teknik

watermarking pada citra digital (Munir 2004) : 1. Penyisipan watermark (watermark

embedding)

2. Ekstraksi atau pendeteksian watermark

(watermark detection)

Secara umum, proses penyisipan watermark

pada citra digital dapat dilihat pada Gambar 1, sedangkan proses ekstraksi watermark dapat dilihat pada Gambar 2.

Terdapat beberapa persyaratan umum yang harus dipenuhi dalam watermarking, yaitu :

• Imperceptible : watermark tidak dapat dipersepsi secara visual/auditori karena

watermark tidak boleh merusak kualitas media host.

• Robustness : kokoh terhadap manipulasi yang ditujukan untuk merusak atau menghapus watermark.

• Secure : hanya pihak yang punya otoritas dapat mengakses watermark.

[image:39.595.332.497.86.168.2]

Encoding Kunci Citra ber-watermark Citra Watermark

Gambar 1 Proses penyisipan watermark pada citra digital.

Decoding

Perbandingan

Citra yang

diuji

Kunci

Citra asal

Watermark

yang

terekstraksi

Watermark

asli

keputusan

Gambar 2 Proses ekstraksi watermark pada citra digital.

Image watermarking dapat dibedakan ke dalam beberapa kategori berikut :

• Berdasarkan kebutuhan akan citra asal

• Blind watermarking, dimana proses ekstraksi watermark tidak membutuhkan citra asal.

• Non blind watermarking, dimana proses ekstraksi watermark

membutuhkan citra asal.

• Berdasarkan persepsi manusia

• Visible watermarking, dimana

watermark dapat dipersepsi oleh indra penglihatan manusia. Bersifat sangat

robust karena keberadaannya mudah dikenali dan sangat sulit dihapus. Contoh hasil penyisipan visible watermark dapat dilihat pada Gambar 3.

[image:39.595.321.507.207.305.2]

(40)

3

• Invisible watermarking, dimana tidak dapat dipersepsi oleh indra penglihatan manusia. Hal ini dimungkinkan karena indra penglihatan manusia tidak dapat mendeteksi adanya perubahan kecil pada citra.

• Berdasarkan tingkat kekokohan

• Secure watermarking, artinya

watermark harus dapat bertahan terhadap unintentional attack dan

intentional attack.

• Robust watermarking, artinya

watermark harus dapat bertahan terhadap unintentional attack.

• Fragile watermarking, artinya

watermark mudah sekali mengalami kerusakan atau perubahan setelah citra mengalami modifikasi.

Berikut adalah istilah-istilah yang sering digunakan dalam digital watermarking :

• Cover image

Media berupa citra digital yang akan dilindungi kepemilikannya dengan pemberian label hak cipta.

• Watermark

Citra digital yang akan disisipkan ke dalam media lain yang akan dilindungi kepemilikannya (cover image).

• Watermarked image

Hasil dari penyisipan citra digital (watermark) ke dalam citra digital yang akan dilindungi (cover image).

• Watermark key

Kunci rahasia yang akan digunakan dalam penyisipan hak cipta dan pengekstraksian kembali hak cipta.

Code Division Multiple Access (CDMA)

CDMA adalah suatu bentuk sistem komunikasi Direct Sequence Spread Spectrum

(DSSS), yaitu sinyal-sinyal disebarkan dari atau ke berbagai pengguna dengan berbagai kode. Kode yang digunakan adalah pseudo-random, atau biasa dikenal dengan sebutan

pseudo-noise (PN). Kode acak ini berfungsi untuk melindungi sinyal-sinyal yang akan disebarkan pada suatu komunikasi. Walaupun kode yang disebarkan tampak acak tetapi pada dasarnya bersifat deterministic, sehingga penerima (receiver) dapat merekonstruksi kode

PN kembali

Domain Spasial dan Domain Wavelet

Metode watermarking pada citra digital dapat diterapkan pada beberapa domain, yaitu domain spasial (spatial domain) dan domain transformasi (transform domain) atau domain frekuensi (frequency domain). Penyisipan pada domain spasial berarti menyisipkan watermark

secara langsung ke dalam piksel citra. Contoh teknik pada domain ini adalah Least Significant Bit (LSB). Keuntungan dari metode ini adalah

coding yang sederhana dan proses yang cepat tetapi watermark umumnya tidak kokoh terhadap manipulasi citra. Penyisipan dalam domain transformasi adalah menyisipkan

watermark ke dalam koefisien transformasi. Penyisipan pada domain ini akan menghasilkan kekokohan yang lebih pada watermark. Domain transformasi yang umum digunakan adalah

Discrete Fourier Transform (DFT), Discrete Cosine Transform (DCT), dan Discrete Wavelet Transform (DWT).

Selain menerapkan teknik watermarking

pada domain spasial, penelitian ini pun memanfaatkan karakteristik Discrete Wavelet Transform (DWT). Menurut Meerwald & Uhl (2001), transformasi wavelet membagi cover image ke dalam beberapa bagian, yaitu : lower resolution approximation image (LL), horizontal (HL), vertical (LH), dan diagonal

(HH). Proses ini dapat diulang kembali untuk menghitung dekomposisi wavelet dengan skala yang lebih besar (2D, 3D, 4D, dan seterusnya). Berikut adalah transformasi wavelet dengan skala 2 dimensi yang dijelaskan pada Gambar 4.

[image:40.595.363.465.523.613.2]

LL2 LH1 HL1 HH1 HH2 LH2 HL2

Gambar 4 Transformasi DWT –skala 2D.

Peak Signal to Noise Ratio (PSNR)

(41)

aslinya

…(2) Keterangan dari variabel-variabel pada Persamaan 1 dan 2 di atas adalah sebagai berikut :

• MAXp = nilai piksel maksimum pada citra p

• MSE = Mean Squared Error, yang menunjukkan rata-rata noise yang terjadi antara citra p dan citra q

• m dan n = jumlah baris dan kolom dari citra p

Uji Ketahanan Teknik

Uji ketahanan ini dilakukan untuk mengetahui tingkat robustness dari suatu teknik terhadap serangan-serangan tertentu. Serangan-serangan disini terdiri atas unintentional attack

dan intentional attack (malicious attack).

Unintentional attack adalah distorsi yang terjadi selama masa penggunaan normal sedangkan

intentional attack adalah usaha yang disengaja untuk melumpuhkan atau menghilangkan

watermark (Munir 2004). Contoh serangan

unintentional adalah cropping, resizing, contrast enhancement, dan lain-lain. Pada

intentional attack, penyerang diasumsikan mengetahui algoritme watermarking.

Menurut Petitcolas (2000) tingkat robustness

dapat dinilai dengan mengukur kemungkinan deteksi suatu watermark dan bit error rate

untuk setiap set kriteria. Tabel 1 adalah contoh profil evaluasi suatu skema watermark. Level – level pada skema ini dimulai dari tingkat

robustness yang rendah hingga tingkat

robustness yang tinggi (terbukti robustness).

Tabel 1 Contoh profil evaluasi skema

watermark (sumber : Petitcolas 2000)

Level zero

Low level Moderate

Standard JPEG compression

quality 100-90 100-75 100-50

Color reduction (GIF)

256 256 16

Cropping 100-90% 100-75% 100-50%

Gamma correction

0.7-1.2 0.5-1.5

Scaling 1/2-3/2 1/3-2

Rotation ± 0-2deg ±0-5,90deg

Horizontal flip √ √

Uniform noise 1-5% 1-15%

Contrast ± 0-10% ± 0-25%

Brightness ± 0-10% ± 0-25%

Median filter 3x3

METODE PENELITIAN

Penelitian ini mencoba menerapkan metode

watermark untuk penyisipan initial dan label hak cipta (copyright) pada citra digital. Metode yang digunakan adalah Code Division Multiple Access (CDMA) dan akan bekerja dalam domain spasial dan domain wavelet suatu citra digital. Tahapan yang lebih detail dapat dilihat pada Gambar 5.

mulai Cover image Praproses Penyisipan watermark Watermark Watermark key Watermarked image Uji ketahanan (uji distorsi) Image after distortion Ekstraksi

[image:41.595.309.517.105.360.2]

watermark 2 Watermark Watermark key Watermark’’ selesai Ekstraksi watermark 1 Watermark’ Analisis Tahap 2 Gain factor Analisis Tahap 1

[image:41.595.317.509.507.714.2]

(42)

aslinya

…(2) Keteranga