i Universitas Kristen Maranatha
Blind Watermarking Pada Citra Digital Dengan Metode Kuantisasi Koefisien
Discrete Cosine Transform (DCT) Dari Komponen Luminansi
Disusun Oleh:
Esther Anastasia Harianja (1122019)
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia
Email : esther.anastasia.ea@gmail.com
ABSTRAK
Berkembangnya teknologi internet membuat penyebaran dan pembelian suatu produk multimedia digital menjadi lebih mudah. Kemudahan ini dapat menyebabkan pemegang hak cipta dari suatu produk multimedia digital dirugikan. Salah satu cara melindungi hak cipta tersebut dapat dilakukan dengan digital watermarking.
Pada Tugas Akhir ini, direalisasikan blind watermarking pada citra digital dengan metode kuantisasi koefisien DCT dari komponen luminansi, yang bertujuan untuk mendapatkan ketahanan watermark dan tingkat transparansi persepsi visual citra ter-watermark yang tinggi. Hal ini dicapai dengan menggunakan 8 nilai koefisien pada middle band DCT blok 8x8 komponen luminansi untuk penyisipan watermark. Pada
metode ini, proses ekstraksi watermark tidak membutuhkan citra host asli.
Hasil percobaan menunjukkan nilai MOS dari citra ter-watermark dengan interval kuantisasi Δ = 1,3,5, dan 10 berada pada skala penilaian yang cukup baik, yaitu sama dengan citra asli dan dengan PSNR ≥ 40 dB. Dari hasil pengujian ketahanan watermark, disimpulkan bahwa watermark tahan terhadap pemrosesan citra kompresi
(Q=80,90, dan 100), sharpening dan penambahan noise salt & pepper (d ≤ 0.002), dan watermark tidak tahan terhadap pemrosesan citra rotate, cropping, dan smoothing.
ii Universitas Kristen Maranatha
Blind Watermarking On Digital Image With Discrete Cosine Transform (DCT)
Coefficient Quantization Method Of Luminance Component
Compiled By:
Esther Anastasia Harianja (1122019)
Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Maranatha Christian University Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia
Email : esther.anastasia.ea@gmail.com
ABSTRACT
The development of the internet technology makes the deployment and purchase of a digital multimedia products becomes easier. This convenience may cause the copyright holder of a digital multimedia products harmed. One way to protect the copyrights can be done by the digital watermarking.
In this final project, the blind watermarking is realized in the digital image with quantization of DCT coefficient method from luminance channel, which aims to get the watermark robustness and a high transparency level of visual perception of watermarked image. Achieved by taking 8 values of DCT coefficient quantization in the middle band 8x8 blocks of luminance channel for embeding watermark. In this method, for watermark extraction process without requiring a host image.
The test results showed that the MOS value of watermarked image with interval quantization Δ = 1,3,5, and 10 is at a fairly good assessment scale, which is the same as the original image and the PSNR ≥ 40 dB. The results of resistance testing of watermark, it was concluded that the watermark is resistant to compression image processing (Q=80,90, and 100), sharpening and noise salt & pepper (d ≤ 0.002), and the watermark is not resistant to rotating, cropping, and smoothing image processing.
v Universitas Kristen Maranatha
1.4 PEMBATASAN MASALAH ... 2
1.5 SISTEMATIKA PENULISAN ... 3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 CITRA DIGITAL ... 5
2.2 DIGITAL WATERMARKING ... 6
2.2.1 KARAKTERISTIK DIGITAL WATERMARKING ... 6
2.2.2 KLASIFIKASI TEKNIK DIGITAL WATERMARKING ... 7
2.2.3 JENIS-JENIS DIGITAL WATERMARKING ... 7
2.3 DISCRETE COSINE TRANSFORM ... 8
2.4 RUANG WARNA YCBCR ... 10
2.5 ARNOLD CAT MAP TRANSFORM ... 10
2.6 PEAK SIGNAL TO NOISE RATIO (PSNR) ... 11
2.7 MEAN OPINION SCORE (MOS) ... 12
2.8 NORMALIZED CROSS CORELATION (NCC) ... 13
BAB III PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK 3.1 DIAGRAM BLOK PROSES PENYISIPAN WATERMARK ... 15
3.2 DIAGRAM BLOK PROSES EKSTRAKSI WATERMARK ... 18
vi Universitas Kristen Maranatha
3.4 DIAGRAM ALIR PROSES EKSTRAKSI WATERMARK ... 22
3.5 PERANCANGAN GRAPHIC USER INTERFACE (GUI) ... 25
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA 4.1 PROSEDUR PENGUJIAN ... 27
4.2 BENTUK WATERMARK ... 29
4.3 PENYISIPAN DAN EKSTRAKSI WATERMARK UNTUK BEBERAPA NILAI Δ ... 29
4.4 PENYISIPAN KUALITAS CITRA YANG TELAH DISISIPKAN WATERMARK DAN ANALISA ... 30
4.5 PENGUJIAN KETAHANAN WATERMARK TERHADAP PEMROSESAN CITRA DAN ANALISA ... 32
4.5.1 KOMPRESI ... 33
4.5.2 ROTATE ... 36
4.5.3 SHARPENING ... 40
4.5.4 CROPPING ... 43
4.5.5 NOISE SALT & PEPPER ... 47
4.5.6 SMOOTHING ... 50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN ... 53
5.2 SARAN…. ... 54
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A
vii Universitas Kristen Maranatha DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Atribut MATLAB pada Perancangan Perangkat Lunak ... 26
Tabel 4.1 Karakteristik Citra Host ... 28
Tabel 4.2 Citra Watermark yang Digunakan ... 29
Tabel 4.3 Nilai PSNR dan NCC Tiga buah Citra Host ... 29
Tabel 4.4 Nilai MOS dan PSNR pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark .... 30
Tabel 4.5 Watermark Hasil Ekstraksi untuk Nilai Δ=1 ... 31
Tabel 4.6 Nilai NCC Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dikompresi dengan Q=80,90, dan 100 ... 33
Tabel 4.7 Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dikompresi dengan Q=90... 34
Tabel 4.8 Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dikompresi dengan Q=100... 35
Tabel 4.9 Nilai NCC Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dirotasi dengan Sudut +45ᵒ, +90ᵒ, dan +180ᵒ ... 37
Tabel 4.10 Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dirotasi dengan Sudut +90ᵒ ... 38
Tabel 4.11 Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dirotasi dengan Sudut +180ᵒ ... 39
Tabel 4.12 Nilai NCC Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dilakukan Proses Sharpening... 40
Tabel 4.13 Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dilakukan Proses Sharpening 50% ... 41
Tabel 4.14 Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dilakukan Proses Sharpening 80% ... 42
viii Universitas Kristen Maranatha Tabel 4.16 Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark
dan Dilakukan Proses Cropping dengan 50% ... 44 Tabel 4.17 Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dilakukan Proses Cropping dengan 75% ... 46 Tabel 4.18 Nilai NCC Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dilakukan Proses Noise Salt & Pepper dengan d = 0.007,
0.005 dan 0.002 ... 47
Tabel 4.19 Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dilakukan Proses Noise Salt & Pepper dengan d = 0.005 ... 48 Tabel 4.20 Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dilakukan Proses Noise Salt & Pepper dengan d = 0.002 ... 49 Tabel 4.21 Nilai NCC Watermark Hasil Ekstraksi pada Citra Host yang Telah Disisipi Watermark dan Dilakukan Proses Smoothing dengan Median Filtering
ix Universitas Kristen Maranatha DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Matriks f(x,y) pada Citra Digital ... 5
Gambar 3.1 Diagram Blok Proses Penyisipan Watermark ... 15
Gambar 3.2 Diagram Blok Proses Ekstraksi Watermark ... 18
Gambar 3.3 Diagram Alir Proses Penyisipan Watermark ... 20
Gambar 3.4 Sub-band Frekuensi DCT Blok 8x8 ... 20
Gambar 3.5 Diagram Alir Proses Ekstraksi Watermark ... 22
Gambar 3.6 Rancangan Graphic User Interface (GUI) ... 25
1 Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dengan perkembangan teknologi internet pada zaman sekarang ini membuat penyebaran dan pembelian suatu produk multimedia digital menjadi lebih mudah. Kemudahan ini bisa menyebabkan pemegang hak cipta dari suatu produk multimedia digital dirugikan. Salah satu cara untuk melindungi hak cipta produk digital adalah
dengan menyisipkan sebuah informasi atau signature ke dalam data multimedia digital, yang disebut dengan digital watermarking.
Digital Watermark adalah kode untuk mengidentifikasi kepemilikan dari
suatu citra. Lokasi dari watermark ditentukan oleh secret key. Watermark yang disisipkan ke dalam data multimedia digital tersebut harus tidak terlihat kasat mata. Hal ini dilakukan sebagai pencegahan kemungkinan pembajakan dengan penghapusan watermark.
Algoritma citra watermarking dibagi menjadi 2 domain kerja, yaitu domain spasial dan domain transformasi. Pada domain spasial, bit-bit pada watermark disisipkan secara langsung pada piksel citra host. Sedangkan, dalam domain transformasi dilakukan proses Discrete Cosine Transform (DCT) pada citra host. Watermarking dengan menggunakan metode Discrete Cosine Transform (DCT)
merupakan suatu metode watermarking yang tahan terhadap distorsi pada saat dilakukan manipulasi citra host.
Metode Discrete Cosine Transform (DCT) membagi citra ke dalam 3 sub-band frekuensi, yaitu frekuensi low, middle, dan high. Penyisipan pada bagian low frequency menghasilkan watermark dengan robustness yang baik, namun
imperceptibility-nya buruk. Sebaliknya, penyisipan pada bagian high frequency
2 BAB I PENDAHULUAN
Universitas Kristen Maranatha 1.2 Perumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini meliputi:
1. Bagaimana merealisasikan Blind Watermarking pada Citra Digital dengan Metode Kuantisasi Koefisien Discrete Cosine Transform (DCT) dari Komponen Luminansi ?
2. Bagaimana kualitas citra setelah proses penyisipan watermark ?
3. Bagaimana ketahanan watermark terhadap beberapa proses manipulasi citra ?
1.3 Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dari tugas akhir ini adalah :
1. Merealisasikan Blind Watermarking pada Citra Digital dengan Metode Kuantisasi Koefisien Discrete Cosine Transform (DCT) dari Komponen Luminansi.
2. Menganalisis kualitas citra setelah penyisipan watermark.
3. Menganalisis ketahanan watermark terhadap pemrosesan manipulasi citra.
1.4 Pembatasan Masalah
Pembatasan masalah yang dibahas pada tugas akhir ini antara lain :
1. Data digital sebagai media penyisipan (citra host) berupa citra digital RGB berukuran 512 x 512 piksel.
2. Data digital yang disisipkan (citra watermark) berupa citra digital Black and White berukuran 64 x 64 piksel.
3. Perbandingan kualitas citra yang telah disisipi watermark dianalisis dengan penilaian obyektif menggunakan PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) dan penilaian subyektif menggunakan MOS (Mean Opinion
Score).
3 BAB I PENDAHULUAN
Universitas Kristen Maranatha 5. Format citra yang dipakai untuk citra host dan citra watermark adalah
*BMP (Bitmap).
6. Pengujian ketahanan watermark yang akan dilakukan antara lain dengan kompresi, rotasi, cropping, sharpening, median filtering dan noise salt & pepper.
7. Pembuatan aplikasi menggunakan perangkat lunak MATLAB.
1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika Penulisan untuk Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan laporan tugas akhir.
BAB II LANDASAN TEORI
Pada bab ini dijelaskan teori-teori penunjang yang diperlukan dalam merancang dan merealisasikan pembuatan program yaitu teori tentang citra digital, digital watermarking, Discrete Cosine Transform (DCT), Arnold Cat
Map Transform, Peak Signal to Noise Ratio (PSNR), Mean Opinion Square
(MOS), dan Normalized Cross Correlation (NCC).
BAB III PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK
Pada bab ini dijelaskan tentang perancangan perangkat lunak dan sistem kerja perangkat lunak, serta tampilan GUI perangkat lunak.
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA
4 BAB I PENDAHULUAN
Universitas Kristen Maranatha BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
53 Universitas Kristen Maranatha
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan berdasarkan hasil pengamatan dan analisis data dari
Tugas Akhir ini beserta saran untuk pengembangan “Blind Watermarking pada Citra
Digital dengan Metode Kuantisasi Koefisien Discrete Cosine Transform (DCT) dari Komponen Luminansi”.
5.1 Kesimpulan
Dari kegiatan-kegiatan yang dilakukan berkaitan dengan pelaksanaan Tugas Akhir ini, dapat diambil kesimpulan sebaga berikut :
1. Blind watermarking pada citra digital dengan metode kuantisasi koefisien Discrete Cosine Transform (DCT) dari komponen luminansi berhasil
direalisasikan dan dapat berfungsi dengan baik.
2. Citra host ter-watermark dengan Δ = 1, 3, 5, dan 10 memiliki Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) ≥ 40 dB. Mean Opinion Score (MOS) dengan Δ = 10 berada pada skala penilaian yang cukup baik, yaitu agak berbeda dengan citra asli (host image), sedangkan Mean Opinion Score (MOS) dengan Δ = 1, 3, dan 5 berada pada skala penilaian yang baik, yaitu sama dengan citra asli (host image),
3. Watermark hasil ekstraksi sebelum dilakukan pemrosesan citra dengan nilai interval kuantisasi Δ = 1, 3, 5, dan 10 memiliki nilai Normalized Cross Corelation (NCC) ≥ 0.7.
4. Pada pemrosesan citra kompresi, watermark hanya tahan terhadap faktor kualitas (Q) = 80, 90, dan 100. Pada pemrosesan citra sharpening, watermark tahan terhadap semua skala pemrosesan sharpening.
54 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Universitas Kristen Maranatha 5. Berdasarkan hasil ekstraksi watermark yang telah dilakukan maka dapat
disimpulkan bahwa watermark tidak tahan terhadap pemrosesan citra rotasi, cropping dan smoothing.
6. Semakin besar nilai interval kuantisasi Δ, maka ketahanan watermark terhadap pemrosesan citra semakin meningkat. Akan tetapi, semakin besar nilai interval kuantisasi Δ, maka nilai PSNR yang dihasilkan akan semakin kecil.
5.2 Saran
1. Untuk pengembangan Tugas Akhir ini, dapat digunakan metode lain seperti Discrete Wavelet Transform (DWT).
Universitas Kristen Maranatha
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
[1] A. Al-Gindya, H. Al-Ahmadb, R. Qahwajic and A. Tawfika : “Watermarking
of Colour Images in the DCT Domain Using Y Channel”, aFaculty of
Engineering, Ajman University of Science and Technology, UAE,
bDepartment of Electronic Engineering, Khalifa University of Science,
Technology and Research, UAE, cSchool of Informatics, University of Bradfrod, UK, 2009.
[2] Dean Fathony Alfatwa; “Watermarking Pada Citra Digital Menggunakan
Discrete Wavelet Transform”, Program Studi Teknik Informatika ITB, Bandung. 2007.
[3] Fahmi; “Studi Implementasi Watermarking Citra Digital dengan
Menggunakan Fungsi Hash”, Program Studi Teknik Informatika ITB, Bandung. 2007.
[4] Fengmei LIANG†, Lijia WANG,”An Improved Wavelet-Based Color Image Watermarking Algorithm”, Journal of Computational Information Systems 7:6 (2011) 2013-2020. College of Information Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China. 2011.
[5] Rinaldi Munir; “Image Watermarking untuk Citra Berwarna dengan Metode Berbasis Korelasi dalam Ranah DCT”, Program Studi Teknik Informatika ITB, Bandung. 2010.
[6] Saeed K, Amirgholipour and Ahmad R. Naghsh - Nilchi. “Robust Digital Image Watermarking Based on Joint DWT-DCT”. Computer Engineering Dept, Isfahan University, Iran. 2009.
[7] http://catatankriptografi.wordpress.com/2012/04/23/enkripsi-citra-dengan-arnold-cat-map/, diakses pada tanggal 13 Maret 2015.
[8] http://en.wikipedia.org/wiki/Mean_opinion_score, diakses pada tanggal 10 april 2015.
Universitas Kristen Maranatha
Universitas Kristen Maranatha [10] http://nazaruddin.blog.unigha.ac.id/wp-content/uploads/sites/3/PCD-01.pdf,
diakses pada tanggal 12 Maret 2015.
