Studi dan Implementasi Video Watermarking dengan Mekanisme Adaptive
Embedding
Fetty Fitriyanti.L, Suhono H. Supangkat
Multimedia and Cyberspace Engineering Research Group
Kelompok Keahlian Teknologi Informasi
Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Institut Teknologi Bandung
fetty@students.itb.ac.id
,
shn_id@yahoo.com
Abstraksi
Penyebaran data berbentuk video dijital berupa culikan film, video klip, video yang berisi review dari suatu produk seperti video produk komersial semakin marak di internet. Video yang disebarluaskan perlu diproteksi untuk menghindari penyalahgunaan hak-cipta dan pelanggaran hukum.
Watermarking merupakan teknik untuk menyembunyikan sejumlah pola biner yang acak ataupun tidak acak, sehingga dikatakan sebagai dijital watermark(tanda air), yang disisipkan kedalam data sebagai cara untuk melindungi Hak Atas Kekayaan Intelektual (HAKI) . Mekanisme Adaptive yang diusulkan dikembangkan dari skema adaptive yang telah ada. Pada makalah ini watermark disisipkan pada komponen DC yang dikuantisasi dengan nilai acuan. Untuk meningkatkan robustness(ketangguhan) serta perceptual invisibility(kenampakan), mekanisme adapative dengan melakukan modifikasi nilai kuantisasi serta menerapkan Block Truncation Coding(BTC) pada dijital watermark . Hasil percobaan memperlihatkan skema watermarking yang diusulkan memenuhi karakteristik watermark yaitu robust(tangguh) dan invisible(tak tampak).
Kata Kunci : Adaptive Watermarking, Block Truncation Coding(BTC), DC component,JPEG
Quantization
1. PENDAHULUAN
Pesatnya perkembangan teknologi multimedia dan jaringan komputer secara langsung memudahkan pembuatan dan pendistribusian konten dijital , dalam waktu bersamaan timbul isu baru yaitu penyalahgunaan hak cipta, dan Hak Atas Kekayaan Intelektual(HAKI). Oleh karena itu dijital watermark diperkenalkan sebagai salah satu solusi dari masalah perlindungan hak cipta konten multimedia.
Watermark dijital adalah sebuah tanda yang bersifat permanen yang dilekatkan dalam sebuah data dijital(citra tunggal, potongan video atau audio), yang memungkinkan seseorang membuat pernyataan tentang kepemilikan atas konten dijital tersebut, missal mengenai distributor ataupun tambahan informasi terkait dengan konten dijital yang dibuat.
Untuk aplikasi perlindungan hak-cipta, sebuah watermark dijital harus memiliki kriteria dasar seperti
transparency(ketidaknampakan), pada konten dijital yang
disisipkan watermark konten tersebut secara penglihatan manusia(Human Visual System) tidak berbeda dan
robustness(ketangguhan) , watermark yang disisipkan pada
konten dijital sulit dihilangkan kecuali terjadi perubahan drastic terhadap konten dijital yang dikenali dengan adanya perubahan secara Human Visual System(sistem penglihatan manusia)
Pada makalah ini, akan dijelaskan pendekatan video watermarking di ranah frekuensi, pendekatan ini mengambil informasi frekuensi setiap frame untuk menjamin ketangguhan dan transparansi dari dijital watermark. Sebuah Block Classification dirancang berdasarkan smoothness dan edge character blok. Sementara itu modifikasi index biner diperkenalkan dalam proses menyisipkan informasi watermark pada koefisien frekuensi DC.
Ekstrasi multi- frame membuktikan bahwa sebuah dijital watermark dapat diungkap dengan kondisi data video yang disisipi watermark. Video yang telah di-watermark hampir realtif sama dengan video awal sebelum di-watermark, maka teknik ini dipandang cukup robust(tangguh) dari serangan terhadap video watermarking.
2. Teknik Adaptive Video Watermarking
Teknik Adaptive Video Watermarking yang dilakukan adalah menyisipkan dijital watermark ke dalam komponen DC disetiap blok dalam setiap frame, berdasarkan kriteria
smoothness dan edge character dari setiap blok[1].
3. Kriteria Skema Video Watermark
Skema Watermarking pada video dijital harus memenuhi kriteria sebagai berikut[1]:
- Invisibility, watermark pada data video harus memiliki sifat tidak dapat dilihat dengan mata(invisible)
- Robustness, watermark sulit dihilangkan, jika watermark dihilangkan maka kualitas penampakan video akan berkurang sehingga data video tidak bernilai
- Real time processing, skema watermarking menjamin penyisipan dan proses ekstraksi watermark secara sistem waktu nyata(real-time) ,dikarenakan jumlah data yang besar pada video
-
Interoperability, skema watermarking untuk data videoyang dimampatkan harus dapat digunakan untuk data video yang belum dimampatkan.
4. Skema Penyisipan Watermark
Skema watermark pada makalah ini memiliki 2 hal penting. Pertama, robustness dapat dicapai jika watermark disisipkan pada komponen DC, karena komponen DC kapasitas penampakan oleh Human Visual System yang lebih besar dibandingkan komponen-komponen AC.Kedua, saat koefisien DCT dikuantisasi dengan suatu nilai referensi,hasil yang didapat sama persis dengan sebelum dikuantisasi.
Gbr. 1 memperlihatkan skema penyisipan watermark. Pertama, frame-frame video dibagi menjadi blok-blok berukuran 8x8 ,setiap blok ditransformasi ke domain DCT.Selanjutnya setiap blok diklasifikasikan berdasarkan
smoothness dan edge character.
Gbr. 1 Skema video watermarking
Block Classification ditentukan melalui rumus berikut[1]:
( ) ( ) ( )
(
)
7 7 , . , 0 0 7 7 sgn , 0 0 C i j EdgeMask i j i i T C i j i i ∑ ∑ = = = ∑ ∑ = = % % (1)if
(
T T≤0)
class = flat block else class = detailed block.dan sgn( )x=1 if x〉0 , sgn( )x=−1 if x〈0 , sgn( )x=0 if 0
x= .T0=3.Matrix kuantisasi dan EdgeMatrix dapat dilihat pada Gbr. 2[1].
(a) (b)
Gbr. 2 (a) Quantization Matrix, Qm (b) Edge Mask Matrix
Untuk menyisipkan watermark kedalam komponen DC, dilakukan penghitungan
( )
0,0 ( )0,0 0 Ck Ck Integer Round Q ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ % [1].Berdasarkan Block Classification, Q0=12 if blok diklasifikasikan sebagai kelas flat, otherwise Q0 =16
.
Kemudian menerapkan operasi modulo-2 pada Ck%( )
0,0 untuk memetakannya kedalam bentuk biner[2]C)k
( )
0,0 =C%k( )
0,0 mod 2(2)
Proses menyisipkan watermark wk dilakukan dengan
memodifikasi indeks biner menjadi koefisien baru
( )
( )0,0 ˆ ( )0,0 , ˆ ( )0,0 0,0 , Ck Ck wk if Ck wk Ck C otherwise k ⎧ + ⊕ ≠ ∗ ⎪⎨ = ⎪⎩ % %(3)
5. Pembangkitan Watermark
Bit-bit pesan yang dilekatkan pada data video didapat dengan melakukan operasi xor, gambar yang dipilih sebagai kunci di-xor dengan koefisien biner DC dari setiap blok yang akan dilekatkan watermark.
Kunci di-generate dengan menggunakan algoritma Block
Truncation Coding(BTC) untuk mendapatkan kunci dengan
bentuk biner.
6. Ekstraksi Watermark
Prosedur pengekstraksian watermark, dimulai dengan membagi setiap frame kedalam blok-blok berukuran 8x8,kemudian setiap blok dilakukan transformasi DCT. Selanjutnya dilakukan prosedur block classification , seperti pada proses penyisipan watermark. Kemudian koefisien acuan Q0 yang didapat dari frame-frame yang
frame-frame watermark. Untuk mendapatkan watermark '
wk, didapat dengan rumus berikut[1]:
( )
(
)
' ' 0,0 wk = LSB Ck(4) ( ) ' 0,0
Ck = hasil kuantisasi Ck
( )
0,0 dengan Q0 dari blockclassification. Prosedur Ekstraksi watermark dapat dilihat pada Gbr. 3.
Gbr 3. Skema Ekstraksi Watermark
7. Hasil Pengujian
Implementasi dilakukan berdasarkan Gbr1. Simulasi komputer dilakukan dengan menggunakan MATLAB 7.0.1, hasil simulasi digunakan untuk menilai kinerja dari skema adaptive yang diusulkan.
Berikut hasil simulasi dari skema yang diusulkan, pada Gbr4.
(a) Frame watermark tanpa kompresi (b) Frame watermark
dengan kompresi 50%
(c) Hasil ekstraksi watermark(a) (d) Hasil ekstraksi watermark(a)
Gbr 4. Hasil Simulasi Skema Adaptive Embedding
Berdasarkan hasil simulasi watermark masih dapat robust pada kompresi 50%. Seperti yang dapat dilihat pada Gbr 4, pola dari watermark masih dapat dikenali sedangkan
invisibility/imperceptible watermark memenuhi kriteria
HVS.
Tabel berikut menunjukkan PSNR(Peak Signal to Noise ratio)
Test Sequence PSNR
Frame wmk kompresi 50% 52.4875 dB Frame wmk kompresi 25% 37.6218 dB
8. Kesimpulan
Berdasarkan hasil percobaan dapat disimpulkan, watermark yang disisipkan pada domain frekuensi akan lebih robust dibandingkan pada domain spatial. Penyisipan pada domain frekuensi terutama pada komponen DC perlu memperhatikan class yang ditentukan dari block classification.
Watermark dapat tahan terhadap serangan kompresi dengan tingkat kualitas sebesar 50% .Hal ini dikarenakan skema adaptive memang dirancang agar sesuai dengan kompresi MPEG-2 yang mana kualitas kompresi akan bernilai 50% dari aslinya.
9. Daftar Pustaka
[1]. Xiangwei Kong , Yu Liu and Huajian Liu,”Adaptive Video Watermarking Scheme”, Department of Electronic Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116023, China, 2001
[2]. Kuo-Cheng Liu and Chun-Hsien Chou, "Robustness Comparison of Color Image Watermarking Schemes in Uniform and Non-uniform Color Spaces", IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security, Vol.7 No.7, July 2007, page 239-248
[3]. Hao-Xian Wang and Zheng-Ming Lu,“Robust Blind Video Watermarking With Adaptive Embedding Mechanism”, ICIC International Journal of Innovative Computing Information and Control, Vol. 1,No.2, June 2005, page 247-259
