Adaptive Watermarking Citra Digital dengan Teknik Discrete Wavelet Transform-Discrete Cosine Transform dan Noise Visibility Function - Discrete Wavelet Transform-Discrete Cosine Transform and Noise Visibility Function Based Digital Image Adaptive Watermar

(1)

Universitas Kristen Maranatha i

ADAPTIVE WATERMARKING CITRA DIGITAL DENGAN TEKNIK DISCRETE WAVELET TRANSFORM-DISCRETE COSINE TRANSFORM

DAN NOISE VISIBILITY FUNCTION Disusun oleh :

Nama : Dian Eriani Surbakti Nrp : 0822104

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia.

Email : diansubaktii@yahoo.co.id

ABSTRAK

Perkembangan teknologi digital yang sangat cepat menyebabkan perlindungan terhadap hak cipta multimedia digital menjadi sangat penting. Watermarking digital adalah proses dalam teknologi digital, yang menyisipkan suatu “tanda air” ke dalam elemen multimedia (umumnya citra, suara dan video), untuk memproteksinya dari pihak-pihak yang tidak memiliki hak terhadap isi dari multimedia tersebut.

Pada tugas akhir ini diimplementasikan sistem watermarking pada citra digital berbasis Discrete Wavelet Transform (DWT), Discrete Cosine Transform (DCT) dan NVF (Noise Visibility Function). Setelah mendekomposisi citra digital menjadi 4

subband (LL, HL, LH,dan HH) dengan DWT, kemudian pada subband LL dilakukan perhitungan NVF. Lalu watermark disisipkan pada koefisien DCT dari subband LL dengan level kekuatan penyisipan disesuaikan dengan nilai NVF yang diperoleh.

Dari hasil uji coba dengan Sf=5 dan ⍺=3 diperoleh kualitas citra

ber-watermark mempunyai rata-rata nilai PSNR > 30 dB, nilai MOS > 3 dan nilai BCR 99%-100%. Watermark tahan terhadap kompresi JPEG dengan faktor kualitas Q=10,

cropping sampai 25% dan scaling 25%, tetapi tidak tahan terhadap rotasi dan penambahan Noise Gaussian.

(2)

Universitas Kristen Maranatha ii

DISCRETE WAVELET TRANSFORM-DISCRETE COSINE TRANSFORM AND NOISE VISIBILITY FUNCTION BASED DIGITAL IMAGE ADAPTIVE

WATERMARKING Composed by :

Name : Dian Eriani Surbakti Nrp : 0822104

Electrical Engineering Department, Faculty of Engineering, Maranatha Christian University,

Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia.

Email : diansurbaktii@yahoo.co.id

ABSTRACT

Rapid development of digital technology is the reason that makes protection digital multimedia copyright becomes very important. Digital watermarking is a process in digital technology, which embeds a watermark into a digital data, to protect the digital data, so that it cannot be used by unauthorized parties.

In this final project, it is implemented the digital image watermarking system based on Discrete Wavelet Transform (DWT), Discrete Cosine Transform (DCT) and NVF (Noise Visibility Function). After decomposing the digital image into four bands (LL, HL, LH,and HH) with DWT, then in the LL subband the values of NVF are calculated. The watermark is embedded in the DCT coefficients of the subband LL with embedding robustness level is adapted to the obtained of NVF values.

The results of experiment with Sf=5 and ⍺=3 show that the watermarked images have the average of PSNR greater than 30 dB, MOS greater than 3 and BCR 99% -100%. The Watermark is robustto JPEG compression with Q=10, cropping until 25%, and scaling 25%, but watermark isn’t robust to rotation and additional of Gaussian Noise.

(3)

Universitas Kristen Maranatha v

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Tugas Akhir ... 2

1.4 Pembatasan Masalah ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Citra Digital ... 5

2.1.1 Pembentukan Citra Digital ... 5

2.1.2 Citra Berwarna ... 6

2.2 Watermarking ... 6

2.2.1 Jenis DigitalWatermarking... 7

2.2.2 Watermarking Citra Digital ... 8

2.3 Transformasi Wavelet Diskrit ... 9

2.4 Transformasi Cosinus Diskrit(Discrete Cosine Transform)... 11

2.4.1 Discrete Cosine Transform Dimensi Satu ( 1-D DCT) ... 11

(4)

Universitas Kristen Maranatha vi

2.5 Peak Signal to Noise Ratio(PSNR) dan Mean Square Error(MSE) ... 13

2.6 Bit Correct Ratio (BCR) ... 15

2.6 Mean Opinion Score (MOS) ... 15

BAB III PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK 3.1 Gambaran Umum Sistem Watermarking ... 16

3.1.1 Proses Penyisipan Citra Watermark ... 17

3.1.2 Proses Ekstraksi Citra Watermark ... 22

BAB IV PEMBAHASAN DAN HASIL 4.1 Jenis Dan Ukuran Citra Watermark ... 24

4.2 Pengukuran Kualitas Citra ... 25

4.2.1 Mengukur Kualitas Citra Ber-watermark ... 25

4.3 Pengujian Terhadap Ketahanan Watermark... 33

4.3.1 Kompresi ... 25

4.3.2 Rotate ... 25

4.3.3 Noise Gaussian... 25

4.3.3 Cropping ... 46

4.3.3 Scaling ... 50

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 55

5.2 Saran ... 56

DAFTAR PUSTAKA ... 57 LAMPIRAN A CITRA HASIL PERCOBAAN

(5)

Universitas Kristen Maranatha vii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Kategori Penilaian Mean Opinion Score ... 15 Tabel 4.1 Citra yang akan digunakan dalam uji coba ... 24 Tabel 4.2 Koefisien yang akan digunakan ... 29 Tabel 4.3 Nilai MOS, PSNR dan BCR dari citra yang telah disisipkan

watermark ... 30 Tabel 4.4 Contoh citra watermarkhasil ektraksi untuk nilai α = 3;

Sm=3; Sf=5 ... 31 Tabel 4.5 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Babon yang disisipkan

watermark dan dikompres dengan faktor kualitas

Q=1 & Q=10 ... 33 Tabel 4.6 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Barbara yang disisipkan

Q=1 & Q=10 ... 34 Tabel 4.7 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra lena yang disisipkan

Q=1 & Q=10 ... 35 Tabel 4.8 Contoh citra watermark hasil ekstraksi dimana sebelumnya

dikompresi dengan faktor kualitas (Q=1) ... 36 Tabel 4.9 Contoh citra watermark hasil ekstraksi dimana sebelumnya

dikompresi dengan faktor kualitas (Q=10) ... 37 Tabel 4.10 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Babon yang disisipkan

watermark dan dirotasi 45° dan 180° ... 38 Tabel 4.11 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Barbara yang disisipkan

(6)

Universitas Kristen Maranatha viii

Tabel 4.12 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra lena yang disisipkan

watermark dan dirotasi 45° dan 180° ... 40 Tabel 4.13 Contoh citra watermark hasil ekstraksi dimana sebelumnya

dirotasi 180° dengan Sf=5 ... 41 Tabel 4.14 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Babon yang disisipkan

watermark dan diberi Noise gaussian ... 42 Tabel 4.15 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Barbara yang disisipkan

watermark dan diberi Noise gaussian ... 43 Tabel 4.16 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Lena yang disisipkan

watermark dan diberi Noise gaussian ... 44 Tabel 4.17 Contoh citra watermark hasil ekstraksi dimana sebelumnya

diberi Noise Gaussian 10% ... 45

Tabel 4.18 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Babon yang disisipkan

watermark dan dilakukan cropping 10% dan 25% ... 46 Tabel 4.19 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Barbara yang disisipkan

watermark dan dilakukan cropping 10% dan 25% ... 47 Tabel 4.20 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Lena yang disisipkan

watermark dan dilakukan cropping 10% dan 25% ... 48 Tabel 4.21 Contoh citra watermark hasil ekstraksi dimana sebelumnya

diberi Cropping 10% ... 49 Tabel 4.22 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Babon yang disisipkan

watermark dan dilakukan proses Scaling 25%dan50% ... 50 Tabel 4.22 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Barbara yang disisipkan

watermark dan dilakukan proses Scaling 25%dan50% ... 51 Tabel 4.22 Nilai BCR hasil ekstraksi dari citra Lena yang disisipkan

watermark dan dilakukan proses Scaling 25%dan50% ... 52 Tabel 4.22 Contoh citra watermark hasil ekstraksi dimana sebelumnya

(7)

Universitas Kristen Maranatha ix

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 3.1 Proses penyisipan watermark ... 17

Gambar 3.2 Tabel kuantisasi JPEG ... 19

Gambar 3.3 Diagram alir penyisipan watermark ... 21

Gambar 3.4 Proses ekstraksi watermark ... 22

Gambar 3.5 Diagram alir ekstraksi watermark ... 23

Gambar 4.1 Grafik BCR & PSNR terhadap α untuk citra babon ... 26

Gambar 4.2 Grafik BCR & PSNR terhadap α untuk citra barbara ... 27

(8)

1

Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Metode proteksi terhadap hak kekayaan intelektual telah dikembangkan dalam beberapa tahun ini. Salah satu cara terbaik untuk memproteksi citra adalah dengan mengenkripsi citra dengan menggunakan sebuah kunci, tetapi ketika kunci tersebut telah rusak atau hilang, maka citra tersebut dapat dengan bebas disalahgunakan.

Dalam watermarking tanda kepemilikan disisipkan ke dalam citra secara langsung, dan terintegrasi dengan citra itu sendiri, ketika seseorang menyalahgunakan citra itu, watermark tersebut akan tetap ada dalam citra. Dengan mengekstrak watermark, tanda kepemilikannya akan muncul, dengan cara demikian haknya dapat terlindungi[2].

Dalam beberapa tahun terakhir ini, perkembangan skema watermarking yang banyak digunakan adalah Discrete Cosine Transform (DCT) dan Discrete Wavelet Transform (DWT).

Pada metoda DWT (Discrete Wavelet Transform), watermark bisa disisipkan pada frekuensi rendah dan tahan terhadap pemrosesan citra berupa lossycompression

dan low-pass filtering, tetapi lebih sensitif terhadap modifikasi histogram, pengaturan

contrast/brightness, gamma correction, dan histogram equalization[1].

Pada metoda DCT (Discrete Cosine Transform) watermark bisa disisipkan pada frekuensi tinggi dan frekuensi rendah. Bila disisipkan pada frekuensi tinggi maka kualitas citranya baik, tetapi watermark tidak tahan terhadap pemrosesan citra seperti lossy compression. Sedangkan jika disisipkan pada frekuensi rendah maka kualitas citranya lebih buruk, tetapi watermark-nyalebih tahan terhadap pemrosesan citra seperti lossy compression[9].

(9)

BAB I PENDAHULUAN

Universitas Kristen Maranatha 2

penyisipan watermark mengikuti tekstur dari citra host. Pada masing-masing citra dapat dihitung NVF (Noise Visibility Function). Fungsi dari NVF adalah memperkirakan pada daerah mana dari suatu citra bisa disisipkan watermark yang tidak terlalu mempengaruhi kualitas citranya[8].

Pada Tugas Akhir ini dilakukan penggabungan teknik DWT, DCT dan NVF (Noise Visibility Function) untuk menghasilkan skema watermarking citra digital yang diharapkan menghasilkan kualitas citra yang baik dan memiliki ketahanan terhadap berbagai variasi pemrosesan citra.

1.2. Perumusan Masalah

Tugas akhir ini membahas perihal Watermarking Citra Digital dengan teknik

Discrete Wavelet Transform (DWT), Discrete Cosine Transform DCT dan NVF. Dalam tugas akhir ini terdapat beberapa perumusan masalah antara lain :

1. Bagaimana mengimplementasikan teknik adaptive watermarking DWT-DCT dan NVF pada citra digital?

2. Bagaimana kualitas citra setelah disisipkan watermark?

3. Bagaimana ketahanan watermark terhadap beberapa proses manipulasi citra?

1.3. Tujuan Tugas Akhir

Tujuan yang ingin dicapai dalam tugas akhir ini antara lain :

1. Mengimplementasikan watermarking citra digital dengan teknik DWT-DCT dan NVF.

2. Menganalisis kualitas citra yang telah disisipkan watermark dengan teknik DWT-DCT dan NVF.

(10)

BAB I PENDAHULUAN

1.4. Pembatasan Masalah

Pembatasan masalah yang dibahas pada tugas akhir ini antara lain :

• Data digital yang digunakan sebagai media penyisipan (citra host) berupa citra warna berukuran 512x512 pixels.

• Data digital yang disisipkan berupa citra digital black and white 90x90 pixels. • Format citra yang dipakai untuk citra host adalah BMP (Bitmap) dan untuk

citra watermark menggunakan BMP (Bitmap).

• Fungsi wavelet yang digunakan adalah fungsi wavelet Haar.

• Pemrosesan citra berupa kompresi, rotate, penambahan Noise Gaussian,

cropping,dan scalling untuk menguji ketahanan watermark.

• Implementasi dilakukan dengan bahasa pemrograman Matlab 7.8 pada

komputer PC Pentium Core 2 Duo dengan memori 2 GB.

• Evaluasi standard dari kualitas citra berwatermark yang digunakan adalah

(11)

BAB I PENDAHULUAN

1.5. Sistematika Penulisan BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi latar belakang, perumusan masalah, tujuan tugas akhir, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini membahas teori-teori tentang citra digital, transformasi wavelet diskrit, transformasi cosine diskrit, dan watermarking citra digital.

BAB III PERANCANGAN PERNGKAT LUNAK

Bab ini membahas proses pengerjaan meliputi perancangan dan simulasi. BAB IV PEMBAHASAN HASIL

Bab ini berisikan data hasil uji coba perancangan dan simulasi. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(12)

55

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari analisis yang dilakukan terhadap hasil-hasil ujicoba maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

 Adaptive watermarking citra digital dengan teknik DWT-DCT dan NVF

berhasil direalisasikan dan dapat berjalan dengan baik

 Semakin besar Sf dan α, maka semakin baik ketahanan watermarknya tetapi

kualitas citra berwatermark semakin buruk.

 Untuk citra babon, barbara dan lena, nilai Sf dan α yang optimal, yang

menghasilkan PSNR lebih besar dari 30 dB serta nilai BCR 99.96%-100% adalah Sf=5 dan α=3.

 Citra ber-watermark tahan terhadap pemrosesan citra berupa kompresi JPEG

dengan faktor kualitas Q=10, cropping sampai 25%, scaling 25%.

 Watermark yang disisipkan dengan Sf=5, α=3 tidak tahan terhadap proses

(13)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.2 Saran

Beberapa hal yang dapat dilakukan untuk penelitian lanjutan adalah :

• Mencari algoritma lain agar watermark lebih tahan terhadap pemrosesan citra rotasi dan penambahan Noise Gaussian.

• Dalam meningkatkan keamanan, bisa dilakukan pengacakan pada watermark, misalnya menggunakan Toral Automorphism.

(14)

57

DAFTAR PUSTAKA

1. Ali Al-Haj, “Combined DWT-DCT Digital Image Watermarking,” Journal of Computer Science 3 (9): 740-746, 2007.

2. Chien-Pen Chuang, Cheng-Hung Liu, Yi-Tsai Liu, and Huan-Wei Ch: A Robust Digital Watermarking with mixed Transform Technique for Digital Image. National Taiwan Normal University, 2012.

3. Dean, Fahthony; “Watermarking pada Citra Digital Menggunakan Discreate Wavelet Transform”, Institut Teknologi Bandung, Bandung, 2007.

4. S. Gilani, Asif Mahmood, DLT-Based Digital Image Watermarking. University of Patras, 2000.

5. Martin, Kutter., A Fair Benchmark for Image Watermarking Systems, The International

Society for Optical Engineering, 1999.

6. Rinaldi, Munir., Diktat Kuliah IF5054 Kriptografi, Institut Teknologi Bandung, 2006. 7. Terzija, Nataša., Robust Digital Image Watermarking Algorithms for Copyright

Protection. Universität Duisburg-Essen, 2006.

8. S. Voloshynovskiy, A. Herrigel, N. Baumagaertner and T. Pun,”A Stochastic Appoach to Content Adaptive Digital Image Watermarking,”proceedings of the third International Workshop on Information Hiding, pp211-236, Sep. 1999.

9. Bedi, S.S2009. Robust Secure SVD Based DCT-DWT Oriented Watermarking Technique for Image Authentication. Thailand

10.A. Watson., B., Image Compression Using the Discrete Cosine Transform, Mathematica Journal, 4(1), pp. 81-88, 1994.

11.http://elektro indonesia.com/elektro/ut35a.html. Digital watermarking.pdf. Diakses tanggal 5 april 2014.

12.http://www.osulibrary.oregonstate.edu. Adaptive-Quantization Digital Image Sensor for Low-Power Image.pdf. Diakses tanggal 1 april 2014.