i Universitas Kristen Maranatha
ROBUST BLIND WATERMARKING PADA CITRA DIGITAL
MENGGUNAKAN TEKNIK KUANTISASI
KOEFISIEN DISCRETE WAVELET TRANSFORM
Annissa Yanuvita Prabawaningtyas (1022053)
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Jl. Prof. drg. Suria Sumantri, MPH No. 65, Bandung 40164, Jawa Barat-Indonesia
Email : annissayanuvita@gmail.com
Perkembangan teknologi yang pesat memiliki keuntungan bagi para penggunanya terutama pada pemilik citra digital, tetapi tidak sedikit pula kerugian yang menyertainya, diantaranya adalah dapat dengan mudah diakui kepemilikannya oleh pihak lain dan penggandaan suatu citra digital. Watermarking adalah salah satu solusi untuk melindungi hak cipta terhadap suatu citra digital.
Pada Tugas Akhir ini dirancang dan direalisasikan sebuah robust blind watermarking pada citra digital menggunakan teknik kuantisasi koefisien Discrete
Wavelet Transform DWT) sub-band LL2 dari koefisien DWT level 2. Dalam
metode yang diusulkan, sub-band LL2 dibagi menjadi sub-block dengan ukuran 32
x 32, lalu watermark disisipkan ke semua sub-block dengan menggunakan teknik kuantisasi koefisien DWT tersebut.
Hasil percobaan menunjukkan rata-rata nilai MOS berada pada skala penilaian good, yaitu sama dengan citra asli dan PSNR diatas 35 dB. Watermark yang disisipkan pada citra untuk level kuantisasi Q = 25 dan Q = 50 umumnya tahan terhadap pemrosesan citra berupa kompresi JPEG (faktor kualitas q = 40), rotasi (kiri 0.5º, kanan 0.5º dan kiri 90º), scaling (50%, 75% dan 90%), median filtering (7x7) dan tahan diberi salt & pepper noise dengan kerapatan noise 0.05 untuk Q > 5, sedangkan untuk kompresi (q = 20), cropping (10%, 25% dan 50%) dan median filtering (3x3) tidak tahan.
ii Universitas Kristen Maranatha
ROBUST BLIND WATERMARKING ON DIGITAL IMAGE
USING QUANTIZATION TECHNIQUE OF DISCRETE
WAVELET TRANSFORM COEFFICIENTS
Annissa Yanuvita Prabawaningtyas (1022053)
Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Maranatha Christian University
Prof. drg. Suria Sumantri, MPH 65, Bandung, West Java - Indonesia Email : annissayanuvita@gmail.com
The rapid development of technology has the advantages for the users especially for the owner of digital images, but there are some disadvantages, such as can be copied and modified easily by other parties. Watermarking is one of the solution to solve the copyright protection problem for digital images.
In this final project, a robust blind watermarking on digital image using quantization technique of Discrete Wavelet Transform coefficients is presented. In the proposed method, the LL2 sub-band is divided into sub-blocks with the size of
32 x 32, then the watermark is embedded into all sub-blocks by quantizing the coefficients of LL2 sub-band.
The test results showed that the average MOS value of watermarked images are in good assesment scale, which is same as the original image and the PSNR above 35 dB. The watermark is generally robust againts image processing such as JPEG compression (quality = 40), rotation (0.5º of left, 0.5º of right and 90º of left), scaling (50%, 75% and 90%), median filtering (7 x 7) for quantization level Q = 25 and Q = 50. And robust againts Salt & Pepper noise with the density of additive noise was 0.05 for Q > 5. However, this algorithm is not robust againts JPEG compression (quality = 20), center cropping (10%, 25% and 50%), and median filtering (3 x 3).
Keywords : blind watermarking, discrete wavelet transform, quantization
iv Universitas Kristen Maranatha 2.5.1 Mean Square Error (MSE) dan Peak Signal to Noise
Ratio (PSNR) ... 12
2.5.2 Mean Opinion Score (MOS) ... 13
2.5.3 Bit Correct Rate (BCR) ... 14
BAB III. PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK ... 15
3.1 Blok Diagram Proses Penyisipan Watermark ... 15
BAB IV. DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA ... 24
v Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Representasi citra digital dalam matriks dan gambar ... 6
Gambar 2.2 Citra biner ... 6
Gambar 2.3 Citra grayscale ... 7
Gambar 2.4 Citra truecolor ... 7
Gambar 3.1 Blok diagram proses penyisipan watermark ... 15
Gambar 3.2 Blok diagram proses ekstraksi watermark ... 16
Gambar 3.3 Diagram alir proses penyisipan watermark ... 17
Gambar 3.4 Struktur DWT level 2 ... 18
Gambar 3.5 Diagram alir proses ekstraksi watermark ... 19
Gambar 3.6 Rancangan perangkat lunak ... 21
Gambar 4.1 Tampilan GUI program yang dirancang ... 24
vi Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Kategori penilaian Mean Opinion Score ... 13
Tabel 3.1 Atribut MATLAB pada perancangan perangkat lunak ... 22
Tabel 4.1 Karakteristik citra (host image) ... 25
Tabel 4.2 Citra watermark yang digunakan ... 26
Tabel 4.3 Nilai PSNR & BCR dari citra Airplane.bmp ... 27
Tabel 4.4 Nilai PSNR & BCR dari citra Lena.bmp ... 28
Tabel 4.5 Nilai PSNR & BCR dari citra Peppers.bmp ... 28
Tabel 4.6 Nilai MOS & PSNR citra yang telah disisipkan watermark ... 31
Tabel 4.7 Nilai BCR watermark hasil ekstraksi dari citra host yang disisipkan watermark dan dilakukan proses kompresi ... 33
Tabel 4.8 Citra ter-watermark yang dilakukan kompresi dengan faktor kualitas q = 40 dan watermark hasil ekstraksi untuk Q = 25 ... 34
Tabel 4.9 Nilai BCR watermark hasil ekstraksi dari citra ter-watermark yang di rotasi beberapa derajat ... 35
Tabel 4.10 Hasil ekstraksi watermark citra yang telah disisipkan watermark yang dilakukan kompresi proses rotasi kiri 90º untuk Q = 25 ... 36
Tabel 4.11 Nilai BCR watermark hasil ekstraksi dari citra ter-watermark yang dilakukan median filtering ... 37
Tabel 4.12 Hasil ekstraksi watermark citra yang telah disisipkan watermark yang dilakukan median filtering 7 x 7 piksel untuk Q = 25 ... 38
Tabel 4.13 Nilai BCR watermark hasil ekstraksi dari citra ter-watermark yang dilakukan proses center cropping ... 39
Tabel 4.14 Hasil ekstraksi watermark citra yang telah disisipkan watermark dan dilakukan proses center cropping 25% untuk Q = 25 ... 40
vii Universitas Kristen Maranatha Tabel 4.16 Hasil ekstraksi watermark citra yang telah disisipkan
watermark dan dilakukan proses scaling 75% untuk Q = 25 ... 42 Tabel 4.17 Nilai BCR watermark hasil ekstraksi dari citra ter-watermark
yang dilakukan proses salt & pepper noise dengan kerapatan noise 0.05 ... 43 Tabel 4.18 Hasil ekstraksi watermark citra yang telah disisipkan
watermark dan dilakukan proses salt & pepper noise dengan kerapatan
1 Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
Pada bab ini, dijelaskan pendahuluan dari pengerjaan tugas akhir meliputi latar belakang topik tugas akhir, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, metodologi pengerjaan dan sistematika pembahasan dari pengerjaan tugas akhir.
1.1. Latar Belakang Masalah
Penyebaran data digital berupa citra sangat pesat mengingat perkembangan internet dan dunia digital yang semakin maju. Hal ini banyak membawa keuntungan bagi para penggunanya. Namun, tidak sedikit pula bahaya dan kerugian yang menyertainya, seperti penggandaan citra secara ilegal, klaim kepemilikan atas sebuah citra, dan pengubahan orisinalitas dari sebuah citra digital. Salah satu cara untuk menangani masalah perlindungan hak cipta pada sebuah citra yaitu dengan menggunakan digital watermarking.
Watermarking adalah salah satu solusi untuk melindungi hak cipta terhadap
citra digital yang dihasilkan. Watermark atau ‘tanda air’ merupakan suatu pesan, informasi atau data yang disisipkan ke dalam data lain dengan modifikasi tertentu, dengan diterapkannya watermarking citra digital ini maka hak cipta citra digital yang dihasilkan akan terlindungi dari penyalahgunaan hak cipta dengan cara menyisipkan informasi tambahan ke dalam citra digital tersebut. [10]
Domain spasial dan domain transform adalah dua metode yang biasa digunakan untuk watermarking pada sebuah citra. Penyisipan watermark ke dalam domain transform umumnya membantu untuk meningkatkan imperceptibility, keamanan, dan ketahanan. Saat ini, sebagian besar metode watermarking menggunakan transformasi domain, antara lain Discrete Fourier Transform (DFT), Discrete Cosine Transform (DCT) dan Discrete Wavelet Transform (DWT).
Bab 1 Pendahuluan
2
Universitas Kristen Maranatha menjadi dua jenis, yaitu blind watermarking (ekstraksi watermark tanpa membutuhkan citra asli), dan non–blind watermarking (ekstraksi watermark membutuhkan citra asli).
Pada Tugas Akhir ini, watermarking yang diterapkan adalah watermarking pada media berupa citra (image), sehingga dilakukan perancangan dan realisasi robust blind watermarking pada citra digital menggunakan teknik kuantisasi
koefisien Discrete Wavelet Transform.
1.2. Rumusan Masalah
1. Bagaimana merealisasikan robust blind watermarking pada citra digital menggunakan teknik kuantisasi koefisien Discrete Wavelet Transform (DWT)?
2. Bagaimana kualitas citra asli yang telah disisipkan watermark?
3. Bagaimana ketahanan watermark terhadap pemrosesan citra (Salt & Pepper noise, rotasi, cropping, scaling, median filtering, dan kompresi)?
1.3. Tujuan
1. Merealisasikan robust blind watermarking pada citra digital menggunakan teknik kuantisasi koefisien Discrete Wavelet Transform (DWT).
2. Mengetahui kualitas citra asli yang telah disisipkan watermark.
3. Mengetahui ketahanan watermark terhadap pemrosesan citra (Salt & Pepper noise, rotasi, cropping, scaling, median filtering, dan kompresi).
1.4. Batasan Masalah
1. Citra host atau citra yang akan disisipkan citra watermark adalah citra grayscale dengan format BMP, dengan ukuran citra yaitu 512 x 512 piksel.
2. Watermark yang akan disisipkan adalah berupa citra biner dengan format BMP, dengan ukuran citra yaitu 32 x 32 piksel.
Bab 1 Pendahuluan
3
Universitas Kristen Maranatha 4. Ketahanan watermark diukur menggunakan Bit Correct Rate (BCR).
5. Implementasi menggunakan bahasa pemograman MATLAB R2013a.
1.5. Metodologi
Tahap-tahap yang akan dilalui dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini adalah: 1. Studi pustaka.
Mempelajari referensi-referensi yang ada berupa buku, jurnal dan artikel ilmiah, maupun website yang berkaitan dengan watermarking, media citra, dan teknik kuantisasi koefisien Discrete Wavelet Transform mengenai konsep penerapan watermarking pada citra, teknik penyisipan watermark pada citra, beserta teknik ekstraksinya.
2. Analisis.
Melakukan analisis dari hasil studi pustaka, meliputi konsep penerapan watermarking pada citra, teknik penyisipan watermark pada citra
menggunakan teknik kuantisasi koefisien Discrete Wavelet Transform beserta teknik ekstraksinya.
3. Perancangan perangkat lunak.
Menentukan dan merancang perangkat lunak yang akan digunakan untuk implementasi.
4. Pengujian perangkat lunak dan analisis data.
Perangkat lunak yang telah dirancang diperiksa agar sebisa mungkin dapat bekerja dengan baik. Melakukan pengujian pada perangkat lunak dan menganalisis hasil dari pengujian yang dilakukan.
5. Kesimpulan dan saran.
Membuat kesimpulan dari seluruh tahapan yang telah dilalui dan mengajukan saran yang perlu dilakukan lebih lanjut.
1.6. Sistematika Pembahasan
Sistematika penulisan yang akan digunakan untuk menyusun laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
Bab 1 Pendahuluan
4
Universitas Kristen Maranatha Bab ini berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, metodologi, serta sistematika pembahasan yang digunakan untuk menyusun laporan Tugas Akhir.
2. Bab II Landasan Teori
Bab ini berisi landasan teori yang digunakan dalam melakukan analisis, perancangan dan implementasi Tugas Akhir yang dilakukan pada bab-bab selanjutnya.
3. Bab III Perancangan Perangkat Lunak
Bab ini berisi analisis masalah mengenai bagaimana penerapan robust blind watermarking pada citra digital menggunakan teknik kuantisasi koefisien
Discrete Wavelet Transform, melakukan perancangan perangkat lunak yang
akan dibangun dalam Tugas Akhir, dan implementasi perangkat lunak. 4. Bab IV Data Pengamatan dan Analisis Data
Bab ini berisi pengujian yang dilakukan terhadap perangkat lunak yang diimplementasikan dalam Tugas Akhir dan analisis terhadap hasil uji. 5. Bab V Kesimpulan dan Saran
Universitas Kristen Maranatha
46 Universitas Kristen Maranatha
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan berdasarkan hasil penelitian dan analisis data dari
Tugas Akhir ini serta saran untuk pengembangan “Robust Blind Watermarking
pada Citra Digital menggunakan Teknik Kuantisasi Koefisien Discrete Wavelet Transform (DWT)”.
5. 1. Kesimpulan
Dari kegiatan-kegiatan yang dilakukan terkait dengan pelaksanaan Tugas Akhir, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Robust blind watermarking pada citra digital menggunakan Teknik Kuantisasi Koefisien Discrete Wavelet Transform (DWT) berhasil direalisasikan dan dapat berfungsi dengan baik.
2. Nilai level kuantisasi Q yang optimal terletak pada range nilai 25 – 50, dengan PSNR lebih dari 35 dB dan nilai BCR bernilai 1 sehingga citra cukup tahan terhadap beberapa jenis pemrosesan citra.
3. Semakin besar nilai Q, maka ketahanan watermark terhadap pemrosesan citra semakin meningkat, tetapi kualitas citra yang ter - watermark semakin menurun. 4. Berdasarkan hasil ekstraksi watermark yang dilihat secara visual dan nilai BCR dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan bahwa watermark y/ang disisipkan pada citra untuk Q = 25 dan Q = 50 umumnya tahan terhadap pemrosesan citra yaitu kompresi (q = 40), rotasi (kiri 0.5º, kanan 0.5º dan kiri 90º), median filtering (7 x 7), scaling (50%, 75% dan 90%). Didapatkan pula tahan terhadap pemrosesan citra salt & pepper noise untuk Q > 5.
Bab V Kesimpulan dan Saran
47
Universitas Kristen Maranatha 5. 2. Saran
1. Mencari level Discrete Wavelet Transform yang lebih tepat agar diperoleh kualitas watermarking yang lebih baik.
48 Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
[1] Alfatwa, Dean Fathony, “Watermarking pada Citra Digital menggunakan Discrete Wavelet Transform”, Institut Teknologi Bandung, 2007.
[2] Anami, Basavaraj S.; Yakkundimath, Rajesh; Bhandari, Prashant, “A Novel
Invisible Image Watermarking Insertion-Extraction Scheme using DWT
Watermarking Technique”, International Journal of Advanced Research in
Computer Science, 2011.
[3] Cox, I., M. Miller and J. Bloom. Digital Watermarking. Academic Press, USA. 2002.
[4] Meliani, Shanty, “Robust dan Non Blind Watermarking pada Citra Digital dengan Metode Spread Spectrum”, Institut Teknologi Bandung, 2003.
[5] Munir, Rinaldi., Steganografi dan Watermarking, Departemen Teknik Informatika Institut Teknologi Bandung, 2004.
[6] Persada, Bayu Adi, “Studi dan Implementasi Non – Blind Watermarking
dengan Metode Spread Spectrum”, Institut Teknologi Bandung, 2009. [7] Prasetyaningtyas, Anisa Fardhani, “Penyembunyian Citra dalam Citra
dengan Algoritma Berbasis Blok”, Universitas Kristen Maranatha, 2013. [8] Saeed K, Amirgholipour and Ahmad R. Naghsh - Nilchi. Robust Digital
Image Watermarking Based on Joint DWT-DCT. Computer Engineering
Dept, Isfahan University, Iran. 2009
49 Universitas Kristen Maranatha [10] Tarigan, Andi Pramana, “Blind Watermarking pada Citra Digital
menggunakan Discrete Wavelet Transform (DWT) dan Discrete Cosine Transform (DCT)”, Universitas Kristen Maranatha, 2014.
