i Universitas Kristen Maranatha
Watermarking Citra Digital Berwarna Pada Ruang Warna YIQ
Menggunakan Contourlet Transform
dan Discrete Cosine Transform
Agus Setiawan (1022044)
Email: Radiancharlot@hotmail.com
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Kristen Maranatha
Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia
ABSTRAK
Keamanan data dalam dunia digital sangat penting karena banyak pengguna internet yang melakukan pengambilan data digital. Untuk itu diperlukan suatu cara untuk menunjukkan keaslian data multimedia yang dikenal dengan istilah Digital Watermarking.
Pada Tugas Akhir ini direalisasikan watermarking citra digital berwarna pada ruang warna YIQ menggunakan Contourlet Transform dan Discrete Cosine Transform. Citra host RGB, dikonversi ke ruang warna YIQ. Komponen Q dari citra host dilakukan Transformasi Contourlet level 2, lalu pilih subband bawah kiri kemudian dilakukan DCT. Lalu bangkitkan 6 bit pseudorandom sequence untuk bit 0 dan bit 1 untuk mewakili bit watermark. Selanjutnya bit watermark hasil Arnold Scrambling yang diwakili oleh pseudorandom sequence disisipkan dalam koefisien DCT midband. Watermark dapat diekstraksi kembali dengan mengkorelasikan koefisien DCT midband dengan masing-masing pseudorandom sequence.
Hasil percobaan menunjukkan bahwa, citra ber-watermark memiliki rata-rata nilai PSNR > 30dB dan MOS > 4.3 (citra ber-watermark mirip dengan citra host). Watermark tahan terhadap kompresi JPEG dengan faktor kualitas Q = 8 hingga Q
= 11, penambahan Gaussian noise sebesar 0.008, 0.009, 0.01, dan 0.02, Cropping dengan persentase 25%, 30%, dan 50% (bergantung pada daerah yang di crop), Salt & pepper noise dengan density 0.008, 0.009, 0.01, 0.02 dan sharpening.
Watermark tidak tahan terhadap Rotation (900, 1800, 2700), Median filtering (3x3,5x5) , dan Scaling 50%.
ii Universitas Kristen Maranatha
Digital Color Image Watermarking In YIQ Colour Using Contourlet
Transform and Discrete Cosine Transform
Agus Setiawan (1022044)
Email: Radiancharlot@hotmail.com
Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering Maranatha Christian University
Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia
ABSTRACT
Security of data in the digital world is very important because many Internet
users who perform digital data retrieval. For that we need a way to show the
authenticity of multimedia data which is known as Digital Watermarking.
In this final project , it is implemented digital color image watermarking
using Contourlet Transform and Discrete Cosine Transform. The host image
readed, then convert RGB to YIQ colour space. Select Q component then
transformed by contourlet level 2, select the left bottom subband, transfromed
again with DCT. Then generate 6-bits pseudorandom sequence for bit 0 and bit 1
to represent a watermark bit , then insert the Arnold scrambled watermark bit into
Midband DCT coefficients. Watermark can be extracted by correlating Midband
DCT coefficients with 6 bits pseudorandom sequence.
Experimental results show that watermarked images have average PSNR
value greater than 30dB and MOS value greater than 4.3 (watermarked image
quite similar to host image). Watermark is robust to common image processing,
such as JPEG compression 8 up to 11 quality factor, adding Gaussian noise
0.008, 0.009, 0.01, and 0.02, Cropping 25%, 30%, and 50% (depent on cropping
position of image), adding Salt & pepper noise 0.008, 0.009, 0.01, 0.02 density ,
and sharpening . Watermark can’t withstand to image processing such as
v Universitas Kristen Maranatha
1.2 Perumusan Masalah ...2
1.3 Tujuan ...2
1.4 Pembatasan Masalah ...2
1.5 Sistematika Penulisan ...3
BAB II LANDASAN TEORI ...4
2.1 Teori Citra ...4
Citra Digital ...4
Klasifikasi Citra Digital ...5
Ruang Warna RGB (Red Green Blue) ...7
2.1.4 Ruang Warna YIQ...7
2.2 Digital Watermarking ...8
2.3 Discrete Cosine Transform (DCT) Dimensi Dua (2-D DCT) ...8
2.4 Zig-zag Scanning ...10
2.6 Contourlet Transform ...10
2.7 Kualitas Citra ...13
Peak Signal to Noise Rasio (PSNR) ...13
Mean Opinion Score (MOS) ...14
Normalized Cross Corelation (NCC) ...15
2.7.4 Bit Correlation Ratio (BCR)...15
vi Universitas Kristen Maranatha
3.1 Proses Penyisipan Watermark ...17
Diagram Blok Proses Penyisipan Watermark ...17
Diagram Alir Proses Penyisipan Watermark ...20
3.2 Proses Ekstraksi Watermark ...21
Diagram Blok Proses Ekstraksi Watermark ...22
Diagram Alir Proses Ekstraksi Watermark ...23
3.3 Rancangan Tampilan GUI (Graphic User Interface) Program ...25
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS ...26
4.1 Tampilan Hasil Rancangan GUI (Graphic User Interface) Program ...26
4.2 Prosedur Pengujian ...27
Pengukuran Kualitas Citra ...30
4.3 Pengujian Ketahanan Watermark ...31
Gaussian Noise ...32
Rotation ...34
Cropping ...35
JPEG Compression ...37
Scaling ...39
Salt and Pepper noise ...41
vii Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Citra Biner ... 5
Gambar 2.2 Citra Grayscale ... 6
Gambar 2.3 Citra Berwarna ... 6
Gambar 2.4 Ruang Warna RGB ... 7
Gambar 2.5 Proses Zig-zag Scanning ... 9
Gambar 2.6 Contourlet Filter Bank...11
Gambar 2.7 Level Dekomposisi Contourlet...12
Gambar 3.1 Diagram Blok Proses Penyisipan ... 16
Gambar 3.2 Dekomposisi Contourlet level 0 ... 17
Gambar 3.3 Diagram Alir Proses Penyisipan ... 19
Gambar 3.4 Diagram Blok Proses Ekstraksi Watermark ... 21
Gambar 3.5 Diagram Alir Proses Ekstraksi Watermark ... 22
Gambar 3.6 Rancangan Tampilan GUI... 24
Gambar 4.1 Tampilan Hasil Rancangan GUI Program ... 25
Gambar 4.2 Grafik PSNR dengan K= 10 hingga K = 35... 28
viii Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kriteria Mean Opinion Score (MOS) ... 14 Tabel 4.1 Hasil Penyisipan dan Ekstraksi Watermark ... 26 Tabel 4.2 Penilaian MOS Citra Airplane, Pepper, dan Boats (α = 10, 20, 30,
40, dan 50) ... 28 Tabel 4.3 Watermark Hasil Ekstraksi Setelah Dilakukan Proses Penambahan
Gaussian Noise... 33
Tabel 4.4 Watermark Hasil Ekstraksi Setelah Dilakukan Proses Rotation ... 35 Tabel 4.5 Watermark Hasil Ekstraksi Setelah Dilakukan Proses Scaling... 37 Tabel 4.6 Watermark Hasil Ekstraksi Setelah Dilakukan Proses JPEG
Compression ... 39
Bab I Pendahuluan 1
Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
Pada bab ini membahas mengenai latar belakang, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.
1.1 Latar Belakang
Komunikasi data yang salah satunya berupa citra sangat pesat mengingat perkembangan teknologi, pertukaran atau pengambilan informasi pada masa ini terjadi dengan sangat cepat. Salah satu teknologi yang secara global mendukung komunikasi data tersebut adalah internet. Tetapi kemudahan pengambilan informasi ini bisa saja diragukan kepemilikannya dan disalahgunakan oleh orang lain. Hal ini merugikan pemilik aslinya. Salah satu cara untuk menangani masalah tersebut yaitu dengan menggunakan digital watermarking.
Watermarking adalah solusi untuk autentikasi dan proteksi copyright
terhadap data digital yang salah satunya berupa citra . Watermark merupakan informasi yang disisipkan pada saat watermarking. Dengan diterapkannya watermarking pada citra digital maka hak cipta akan terlindungi dari
penyalahgunaan informasi digital dengan cara menyisipkan informasi rahasia kedalam citra digital tersebut yang tentunya watermark yang disisipkan harus tidak kasatmata.
Berdasarkan jenisnya, citra dibagi menjadi 3, yaitu: citra biner, citra greyscale, dan citra berwarna[5]. Digital Image Watermarking pada umumnya menggunakan citra greyscale, sedangkan pada masa kini penyebaran informasi di dunia internet, sebagian besar merupakan citra berwarna, sehingga melakukan teknik watermarking pada citra digital berwarna sangat dibutuhkan[5].
Bab I Pendahuluan 2
Universitas Kristen Maranatha 1.2 Perumusan Masalah
Perumusan masalah pada tugas akhir ini, yaitu :
1. Bagaimana merealisasikan watermarking citra digital pada ruang warna YIQ menggunakan Contourlet Transform dan DCT?
2. Bagaimana kualitas citra yang telah disisipi watermark? 3. Bagaimana ketahanan watermark terhadap pemrosesan citra? 1.3 Tujuan
Tugas akhir ini dilakukan dengan tujuan :
1. Merealisasikan watermarking citra digital pada ruang warna YIQ menggunakan Contourlet Transform dan DCT.
2. Menganalisis kualitas citra yang telah disisipi watermark. 3. Menganalisis ketahanan watermark terhadap pemrosesan citra. 1.4 Pembatasan Masalah
Pembatasan masalah pada laporan tugas akhir ini adalah :
1. Menggunakan citra host berwarna dalam format BMP (Bitmap) berukuran 512x512 piksel dan citra watermark biner (hitam-putih) dengan format BMP (Bitmap) berukuran 64x64 piksel.
2. Kualitas citra yang telah disisipi watermark diukur dengan penilaian obyektif menggunakan PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) dan penilaian subyektif menggunakan MOS (Mean Opinion Score).
3. Kualitas watermark hasil ekstraksi diukur dengan koefisien korelasi atau NCC (Normalized Cross Corelation).
Bab I Pendahuluan 3
Universitas Kristen Maranatha 1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika yang akan digunakan untuk menyusun laporan ini adalah sebagai berikut :
Bab I. Pendahuluan.
Bab ini menjelaskan mengenai latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.
Bab II. Landasan Teori.
Bab ini disusun untuk memberikan penjelasan tentang Watermarking Citra Digital berwarna pada model warna YIQ menggunakan Contourlet Transform (CT) dan Discrete Cosine Transform (DCT).
Bab III. Perancangan Perangkat Lunak.
Bab ini berisi penjelasan desain yang akan dilakukan untuk merancang perangkat lunak Watermarking Citra Digital berwarna pada Model warna YIQ Menggunakan Contourlet Transform (CT) dan Discrete Cosine Transform (DCT).
Bab IV. Data Pengamatan dan Analisis.
Bab ini berisi hasil yang diperoleh dari data pengamatan dan analisa data yang diperoleh melalui Tugas Akhir ini.
Bab V. Simpulan dan Saran.
Bab V Simpulan dan Saran 45
Universitas Kristen Maranatha
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Simpulan yang dapat diperoleh dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Watermarking Citra Digital Berwarna Pada Ruang Warna YIQ
menggunakan Contourlet Transform dan Discrete Cosine Transform dapat direalisasikan dengan baik.
2. Semakin kecil nilai koefisien K maka nilai PSNR akan semakin besar yang berarti kualitas citra hasil penyisipan semakin baik, tetapi menyebabkan nilai NCC semakin kecil yang berarti ketahanan watermark semakin rendah.
3. Nilai koefisien K yang optimal terletak pada nilai 25 untuk gambar airplane, pepper, lena dengan PSNR lebih besar dari 30 dB, nilai MOS > 4.3 dan NCC > 0.97. Ini dapat diartikan bahwa perubahan pada citra yang disisipi watermark tidak terlihat secara visual dan watermark hasil ekstraksi masih dapat dikenali secara visual.
4. Watermark yang disisipkan dengan nilai K=25 pada citra umumnya tahan terhadap pemrosesan citra :
• JPEG Compression dengan faktor kualitas Q dari 9 hingga 11, • Penambahan Gaussian noise sebesar 0.008, 0.009, 0.01, dan 0.02, • Cropping dengan persentase 25%, 30%, dan 50% (bergantung
daerah yang di crop).
• Penambahan Salt & pepper noise dengan noise density 0.008, 0.009, 0.01 dan 0.02.
• Scaling dengan persentase 75%, 125% dan 150% • Sharpening
Bab V Simpulan Dan Saran 46
Universitas Kristen Maranatha 5.2 Saran
Saran yang dapat diberikan yaitu penelitian lanjutan untuk penyisipan citra watermark pada level Contourlet Transform yang lain dan menggabungkannya
WATERMARKING CITRA DIGITAL BERWARNA PADA
RUANG WARNA YIQ MENGGUNAKAN CONTOURLET
TRANSFORM DAN DISCRETE COSINE TRANSFORM
DIGITAL COLOR IMAGE WATERMARKING IN YIQ COLOUR
SPACE USING CONTOURLET TRANSFORM AND DISCRETE
COSINE TRANSFORM
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Program Studi Sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Teknik Elektro – Fakultas Teknik
Universitas Kristen Maranatha Bandung
Disusun Oleh:
Agus Setiawan (1022044)
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA
BANDUNG
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penyusun panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan karunia-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir
yang berjudul “Watermarking Citra Digital Berwarna Pada Ruang Warna
YIQ Menggunakan Contourlet Transform dan Discrete Cosine Transform”
tepat pada waktunya.
Dalam kesempatan ini penyusun ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, semangat, dan dukungan serta doa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tanpa semua itu, penyusun yakin Tugas Akhir ini belum tentu dapat diselesaikan dengan baik. Dengan segala kerendahan hati, penyusun ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1) Dr. Ir. Daniel Setiadikarunia, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu, memberikan banyak pengetahuan, masukan berupa ide-ide, kritik dan saran serta dukungan dan membimbing penulis hingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan,
2) Novie Theresia BR Pasaribu, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha
3) Dr. Ratnadewi, S.T, M.T., Dr.Roy Pramono Adhie,S.T.,M.T. dan Novie Theresia br Pasaribu, S.T, M.T., selaku dosen penguji Tugas Akhir yang telah memberikan masukan dan saran kepada penyusun,
4) Ir. Yohana Susanti, M.Sc., selaku Koordinator Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha,
5) Seluruh Karyawan dan Civitas Akademik Universitas Kristen Maranatha yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini,
6) Papa, Mama, Ade, serta seluruh keluarga besar penyusun atas segala kasih sayang, doa, nasehat dan dorongan semangat selama ini untuk cepat-cepat lulus,
iv
per satu yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung.
Penyusun menyadari sepenuhnya bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna yang disebabkan karena keterbatasan yang penyusun miliki. Untuk itu saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca sangat penulis harapkan demi perbaikan dimasa yang akan datang.
Dengan segala kerendahan hati, penyusun berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan dan penyusun khususnya, serta bagi dunia pendidikan pada umumnya.
Bandung, 19 Desember 2016
Daftar Pustaka
47 Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
[1] Buchsbaum, Walter H. Color TV Servicing, third edition. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1975. ISBN 0-13-152397-X
[2] Burt P.J. dan Adelson E.H 1983, "The Laplacian Pyramid as a Compact Image Code", IEEE Transactions on Communications, Vol. 31:4, hal. 532-540.
[3] Do, Minh N, and Vetterli M. “The contourlet Transform: An efficient
directional multiresolutional image representation”, In IEEE transactions on Image Processing, Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, NY, 2005, pp. 2091-2106.
[4] Gagalowicz, A., Wilfried Philips, 2005, Computer Analysis of Images and Patterns: 11th International Conference, Versailles, France.
[5] Gonzalez, C.R. and Wood, E.R. 2008. Digital Image Processing, Third Edition, Prentice Hall inc. Upper Saddle River, New Jersey.
[6] B.L.Gunjal , Suresh N.Mali, “Secured Color Watermarking Technique in
DWT-DCT Domain”, IJCSEIT International Journal of Computer
Science,vol-1,No:3 August 2011.
[7] E.A.Ibrahim , E.Nasr M.A , M.M. Naim, Farouk M. “Contourlet versus Wavelet Transform for a Robust Digital Image Watermarking
Technique”,World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering Vol:3, No:12, 2009.
[8] Putra, Dharma. Pengolahan Citra Digital. Yogyakarta: Andi. 2009.
[9] Setiadi, De Rosal.I.M, Syukur, Abdul, Ernawan F.”Robust Color Image
Watermarking dengan Kombinasi Transformasi DCT-DWT untuk Meningkatkan Ketahanan dari Kompresi JPEG”, Seminar Nasional Teknologi Informasi & Komunikasi Terapan 2012, ISBN 979-26-0255-0. [10] Sarvaiya J., Patnaik S. dan Goklani H. 2010, "Image Registration using
Daftar Pustaka
48 Universitas Kristen Maranatha [11] S. Sesto, 2015. "Watermarking Citra Digital Berwarna dalam Domain
Discrete Cosine Transform (DCT) Menggunakan Teknik Direct Sequence Spread Spectrum". Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro, Universitas Kristen Maranatha. Bandung, Indonesia.
[12] Sutoyo, T., Mulyono, Edi. Teori Pengolahan Citra Digital. Yogyakarta: Andi. 2009.
[13] http://belangtelon.blogspot.co.id/2011/01/metode-pada-teknik-warna-monitor.html
[14] http://informatika.stei.itb.ac.id/~rinaldi.munir/Buku/Pengolahan%2 0Citra%20Digital/Bab-9_Kontur%20dan%20Representasinya.pdf
