Watermarking Citra Digital Yang Tahan Terhadap Geometric Attacks.

(1)

i Universitas Kristen Maranatha

WATERMARKING CITRA DIGITAL YANG TAHAN TERHADAP

GEOMETRIC ATTACKS

Disusun Oleh :

Cosmas Surya Hadi (0822070)

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha

Jl. Prof. drg. Suria Sumantri, MPH No. 65, Bandung 40164, Jawa Barat - Indonesia E – mail : [email protected]

ABSTRAK

Kemudahan penyebaran citra digital melalui internet memiliki sisi positif dan negatif bagi pemilik asli suatu citra digital tersebut. Sisi positifnya adalah kemudahan penyebaran citra digital tersebut ke berbagai alamat situs di dunia. Sedangkan sisi negatifnya citra digital tersebut sangat mudah diakui kepemilikannya oleh pihak lain.

Pada Tugas Akhir ini dibuat non blind watermarking pada citra digital yang tahan terhadap Geometric Attacks. Untuk mendapatkan ketahanan watermark dan tingkat transparansi persepsi visual citra ber-watermark yang tinggi, dicapai dengan mengambil HL3, LH3 hasil dari DWT (Discrete Wavelet Transform) level 3 untuk penyisipan. Dua Invariant Centroid digunakan sebagai acuan untuk mengoreksi transformasi geometris yang dilakukan terhadap watermarked image.

Hasil percobaan menunjukkan nilai MOS dari citra ber-watermark berada pada skala penilaian baik yaitu sama dengan citra asli dan PSNR lebih besar dari 35dB. Watermark tahan terhadap rotasi pada sudut 90○, 150○ dan 180○, sedangkan pada sudut 10○ tidak tahan. Watermark tahan terhadap scaling 0.5, 0.7, 1.5 dan 2. Watermark tahan terhadap translation dengan nilai (x,y) pada (0,10), (5,-10), dan

(5,10).

Kata Kunci : Digital Image Watermarking, Non Blind Watermarking, Geometric

(2)

ii Universitas Kristen Maranatha

DIGITAL IMAGE WATERMARKING RESISTANT TO

GEOMETRIC ATTACKS

Composed by :

Cosmas Surya Hadi (0822070)

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

Prof. drg. Suria Sumantri, MPH 65, Bandung, West Java - Indonesia E – mail : [email protected]

ABSTRACT

Ease of deployment of digital images over the internet has both positive and

negative for the original owner of a digital image. The positive side is the ease of

deployment of digital images to various sites in the world, while the negative side is

very easily recognized ownership by other parties.

In this final project was made non blind watermarking in a digital image that

resistant to Geometric Attacks. To get the watermark robustness and high

transparency level of visual perception of watermarked image, it is achieved by

taking coefficients of HL3 and LH3 of DWT (Discrete Wavelet Transform) level 3 for

embedding. Two Invariant Centroids are used as a reference for correcting geometric

transformation that is performed on the watermarked image.

The experimental results show the MOS value of watermarked image is on a

scale of good and the PSNR greater than 35dB. Watermark is resistant to rotation

90○, 150○ and 180○, but for rotate 10○ is not resistant. Watermark is resistant to

scaling 0.5, 0.7, 1.5 and 2. Watermark is resistant to translation with value of (x,y) at

(0,10), (5,-10), and (-5,10).

Keywords : Digital Image Watermarking, Non Blind Watermarking, Geometric

(3)

iii Universitas Kristen Maranatha

2.2.2 Karakteristik Digital Watermarking ... 7

2.2.3 Klasifikasi Teknik Digital Watermarking ... 7

2.2.4 Jenis jenis Digital Watermarking ... 8

2.3 Discrete Wavelet Transform (DWT) ... 8

2.4 Extraction of Invariant Centroid ... 10

2.5 Parameter Correction of Geometric Distortion ... 11

2.5.1 Image Rotation Correction Algortihm ... 11

2.5.2 Image Scaling Correction Algorithm ... 12

(4)

iv Universitas Kristen Maranatha

2.6 Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) ... 12

2.7 Mean Opinion Score (MOS) ... 13

2.8 NC (Normalized Correlation) ... 14

BAB III PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK 3.1 Blok Diagram Proses Penyisipan Watermark ... 15

3.2 Blok Diagram Proses Ekstraksi Watermark ... 17

3.3 Diagram Alir Proses Penyisipan Watermark ... 18

3.4 Diagram Alir Proses Ekstraksi Watermark ... 20

3.5 Perancangan Graphic User Interface (GUI) ... 21

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA 4.1 Prosedur Pengujian ... 28

4.2 Bentuk Watermark ... 30

4.3 Penyisipan dan Ekstraksi Watermark untuk Beberapa Nilai α ... 30

4.4 Pengujian Kualitas Citra Yang Telah Disisipkan watermark dan Analisa ... 37

4.5 Pengujian Ketahanan Watermark terhadap Geometric Attacks dan Analisis ... 39

4.5.1 Rotasi ... 39

4.5.2 Scaling ... 45

4.5.3 Translation ... 50

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 56

5.2 Saran ... 57

(5)

(6)

vi Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1 Atribut MATLAB pada perancangan perangkat lunak …….. 22

Tabel 4.1 Karakteristik citra (host image) ... 29

Tabel 4.2 Citra watermark yang digunakan ... ... 30

Tabel 4.3 Nilai PSNR dan NC dari citra Baboon.bmp ... ... 31

Tabel 4.4 Nilai PSNR dan NC dari citra Lena.bmp ... ... 32

Tabel 4.5 Nilai PSNR dan NC dari citra Boat.bmp ... ... 34

Tabel 4.6 Citra ber-watermark dan watermark hasil ekstraksi untuk nilai α = 0.2 ... 36

Tabel 4.7 Citra ber-watermark dan watermark hasil ekstraksi untuk nilai α = 0.3 ... ... 37

Tabel 4.8 Nilai MOS dan PSNR citra yang telah disisipkan watermark... 38

Tabel 4.9 Nilai jari jari (r) tm dan nilai jari jari (r) tn untuk proses Image Rotasi Correction Algorithm ... 40

Tabel 4.10 Nilai NC (Normalized Correlation) watermark hasil ekstraksi dari citra host yang disisipkan watermark dan dirotasi balik dengan prediksi dari Image Rotasi Correction Algorithm ... 41

Tabel 4.11 Nilai NC watermark hasil ekstraksi untuk citra ber-watermark yang dirotasi balik 10○ ... ... 42

Tabel 4.12 Nilai NC watermark hasil ekstraksi untuk citra ber-watermark yang dirotasi balik 90○ ... ... 43

(7)

vii Universitas Kristen Maranatha yang dirotasi balik 180○ ... 44 Tabel 4.14 Nilai jari jari (r) tm dan nilai jari jari (r) tn untuk proses

Image Scaling Correction Algorithm ... ... 45

Tabel 4.15 Nilai NC (Normalized Correlation) watermark hasil

ekstraksi dari citra host yang disisipkan watermark

dan dilakukan scaling balik dengan

prediksi dari Image Scaling Correction Algorithm ... 46

Tabel 4.16 Nilai NC watermark hasil ekstraksi untuk citra ber-watermark

yang dilakukan scaling balik 0.7 ... 47

yang dilakukan scaling balik 1.5 ... 48

yang dilakukan scaling balik 2 ... 49

Tabel 4.19 Nilai jari jari (r) tm untuk proses Image Translation Correction

Algorithm ... ... 50

Tabel 4.20 Nilai NC (Normalized Correlation) watermark hasil ekstraksi

dari citra host yang disisipkan watermark dan ditranslasi

balik dengan prediksi dari

Image Translation Correction Algorithm ... 51

Tabel 4.21 Nilai NC watermark hasil ekstraksi untuk citra ber-watermark

yang ditranslasi balik (0,10) ... 52

Tabel 4.22 Nilai NC watermark hasil ekstraksi untuk citra ber-watermark

yang ditranslasi balik (5,-10) ... 53

(8)

viii Universitas Kristen Maranatha yang ditranslasi balik (-5,10) ... 54

(9)

ix Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Koordinat suatu pixel pada citra digital ………. …. 5

Gambar 3.1 Blok Diagram Proses Penyisipan Watermark ……...…....…. 15

Gambar 3.2 Blok Diagram Proses Ekstraksi Watermark ………….……... 17

Gambar 3.3 Diagram Alir Proses Penyisipan Watermar…………….…….. 18

Gambar 3.4 Struktur DWT Level 3 ……….……….……… 19

Gambar 3.5 Diagram Alir Proses Ekstraksi Watermark …………..……… 20

Gambar 3.6 Rancangan Graphic User Interface (GUI) ………….……….. 21

Gambar 4.1 Tampilan GUI Program Yang Dirancang ……….…… 28

Gambar 4.2 Grafik Nilai Peak Signal to Noise Ratio (PSNR)

terhadap α untuk citra Baboon.bmp ………….……… 31

Gambar 4.3 Grafik Nilai NC (Normalized Correlation)

terhadap α untuk citra Baboon.bmp ……….…… 32

terhadap α untuk citra Lena.bmp ……….…… 33

terhadap α untuk citra Lena.bmp .……….……… 33

terhadap α untuk citra Boat.bmp..……… 34

(10)

BAB I PENDAHULUAN tujuan, pembatasan masalah, dan metodologi dari Tugas Akhir ini.

1.1 Latar Belakang

Kemudahan penyebaran citra digital melalui internet memiliki sisi positif dan negatif bagi pemilik asli suatu citra digital tersebut. Sisi positif dari kemudahan penyebaran citra digital tersebut adalah dengan cepatnya pemilik citra tersebut menyebarkan file citra digital ke berbagai alamat situs di dunia. Sedangkan sisi negatifnya adalah jika tidak ada hak cipta yang berfungsi sebagai pelindung citra yang disebarkan tersebut, maka citra digital tersebut akan sangat mudah untuk diakui kepemilikannya oleh pihak lain.[4]

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.

Berdasarkan proses deteksi watermark atau proses ekstraksi watermark dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu : [10]

1. Blind : pada proses ekstraksi data sistem blind watermarking tidak membutuhkan citra atau media aslinya, yang dibutuhkan hanyalah suatu kunci atau parameter-parameter untuk melakukan ekstraksi.

2. Semi blind : proses ekstraksi dilakukan dengan menggunakan suatu kunci dan watermark.

(11)

BAB I PENDAHULUAN

2 Universitas Kristen Maranatha Beberapa metode watermarking yang telah banyak digunakan antara lain Discrete Wavelet Transform (DWT).

Pada metode Discrete Wavelet Transform (DWT), watermark bisa disisipkan pada frekuensi rendah dan tahan terhadap pemrosesan citra berupa lossy compression dan low-pass filtering, tetapi lebih sensitif terhadap modifikasi

histogram, pengaturan contrast/brightness, gamma correction dan histogram

equalization.[2]

Pada Tugas Akhir ini proses watermarking menggunakan non blind

watermarking karena proses ekstraksi membutuhkan citra host, juga dibutuhkan

suatu kunci atau parameter-parameter untuk melakukan ekstraksi.

Untuk mengatasi masalah yang sensitif dari signal processing dan geometric distortion pada watermarking citra digital, algoritma watermarking

pada citra digital yang tahan terhadap geometric distortion diusulkan dalam Tugas Akhir ini.

1.2 Perumusan Masalah

 Bagaimana mengimplementasikan Watermarking Citra Digital yang tahan

terhadap Geometric Attacks ?

 Bagaimana kualitas citra setelah proses penyisipan watermark ?

 Bagaimana ketahanan watermark terhadap Geometric Attacks ?

1.3 Tujuan

 Merealisasikan Watermarking Citra Digital yang tahan terhadap

Geometric Attacks.

 Menganalisis kualitas citra setelah penyisipan watermark.

 Menganalisis ketahanan watermark terhadap Geometric Attacks.

1.4 Pembatasan Masalah

(12)

BAB I PENDAHULUAN

3 Universitas Kristen Maranatha 2. Watermark yang akan disisipkan adalah berupa citra hitam putih dengan

format BMP, dengan ukuran citra yaitu 32 x 32 piksel.

3. Perbandingan kualitas citra yang telah disisipkan watermark diukur dengan penilaian obyektif menggunakan PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) dan penilaian subyektif menggunakan MOS (Mean Opinion Score).

4. NC (Normalized Correlation) digunakan untuk mengukur atau menghitung tingkat kesamaan antara watermark asli dan watermark hasil ekstraksi.

5. Geometric Attacks yang akan dilakukan pada citra ter-watermark adalah rotasi, scalling, dan translation.

6. Implementasi menggunakan bahasa pemograman MATLAB R2010a.

1.5 Metodologi

1. Mengumpulkan dan mempelajari bahan yang dibutuhkan. 2. Melakukan perancangan perangkat lunak.

3. Menganalisis data dari hasil perangkat lunak yang telah dibuat.

(13)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

56 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 “Watermarking Citra Digital yang tahan terhadap Geometric Attacks”.

5. 1 Kesimpulan

Dari kegiatan - kegiatan yang dilakukan terkait dengan pelaksanaan Tugas Akhir, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Non blind watermarking pada citra digital menggunakan Discrete Wavelet Transform (DWT) berhasil direalisasikan dan dapat berjalan dengan baik.

2. Untuk citra Baboon, Lena, dan Boat, nilai koefisien α yang optimal terletak pada range nilai 0.2 – 0.3. Kondisi ini akan menghasilkan citra ber-watermark dengan PSNR lebih besar dari 35 dB (bila dilihat secara visual keberadaan watermark relatif tidak mengubah citra aslinya) dan

menghasilkan NC>0,5.

3. Citra Baboon, Lena, dan Boat yang berukuran 256 x 256 piksel setelah disisipkan watermark untuk nilai α = 0.3 menghasilkan kualitas citra ber -watermark dengan nilai MOS yang berada pada skala penilaian (4) good

(sama).

4. Semakin besar nilai α, maka kualitas citra ber - watermark semakin menurun tetapi nilai NC (Normalized Correlation) semakin besar.

5. Rotasi pada sudut 90○, 150○ dan 180○, watermark hasil ekstraksi memiliki nilai NC>0.5 dan secara visual terlihat jelas yang berarti tahan terhadap rotasi tersebut. Tetapi pada rotasi sudut 10○, watermark hasil ekstraksi mempunyai nilai NC<0.5 dan secara visual tidak dapat dilihat dengan jelas yang berarti rotasi pada sudut tersebut tidak tahan.

6. Scaling dengan nilai 0.5, 0.7, 1.5 dan 2 watermark hasil ekstraksi memiliki

(14)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

57 Universitas Kristen Maranatha 7. Translation dengan nilai (x,y) pada (0,10), (5,-10), dan (-5,10) watermark hasil ekstraksi memiliki nilai NC>0.5 dan secara visual watermark hasil ekstraksinya terlihat jelas, yang berarti tahan terhadap translation tersebut. 8. Nilai prediksi rotasi, scaling dan translation mendekati nilai rotasi, scaling

dan translation saat Geometric Attacks.

5. 2 Saran

1. Penelitian lanjutan disarankan Citra Host berwarna(RGB).

(15)

58 Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR PUSTAKA

[1] Alex, Desi. Implementasi Teknik Watermarking Digital Pada Domain DCT Untuk Citra Berwarna, Skripsi. Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. 2003.

[2] Al - Haj, Ali. Combined DWT-DCT Digital Image Watermarking. Princess Sumaya University for Technology. Amman, Jordan. 2007.

[3] Cox, I., M. Miller and J. Bloom. Digital Watermarking. Academic Press, USA. 2002. [4] Fahthony, Dean. Watermarking pada Citra Digital Menggunakan Discrete Wavelet

Transform, Tugas Akhir. Institut Teknologi Bandung, Bandung. 2007.

[5] Gilani, S. Asif Mahmood and A. N. Skodras. DLT – Based Digital Image Watermarking. University of Patras. 2000.

[6] Kadir, Abdul dan Adhi Susanto. Pengolahan Citra, Teori dan Aplikasi. Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. 2012.

[7] Lumbantobing, Benny Hamonangan. Digital Watermarking Menggunakan Teknik Penggabungan DWT (Discrete Wavelet Transform) dan DCT (Discrete Cosine

Transform), Tugas Akhir. Universitas Kristen Maranatha, Bandung. 2013.

[8] Rakhman, Arif Hakim. Analisa Perbandingan Watermarking Image Menggunakan Discrete Wavelet Transform, Tugas Akhir. Universitas Indonesia, Depok. 2012.

[9] Sigalingging, Daniel Galumbang. Watermarking Citra Digital Berbasis DWT (Discrete Wavelet Transform) - SVD (Singular Value Decomposition), Tugas Akhir. Universitas

Kristen Maranatha, Bandung. 2013.

[10] Sitorus, Panji Putra. Watermarking Pada Citra Digital Dengan Menggunakan Discrete Cosine Transform, Skripsi. Universitas Sumatera Utara, Medan. 2010

[11] Soo, Kim Bum., Chul-Hyun Park, Dong-Min Kwak, Sang-Keun Oh and Kil-Houm Park. Robust digital image watermarking method against geometrical attacks. Kyungpook

National University, South Korea. 2003.

[12] Tarigan, Andi Pramana. blind watermarking pada citra digital menggunakan Discrete Wavelet Transform (DWT) dan Discrete Cosine Transform (DCT), Tugas Akhir.

(16)

59 Universitas Kristen Maranatha [13] Zou, Xiao and Kai Li . Digital Image Watermarking Algorithm Resistant to Geometric

Attacks in Wavelet Domain. Lanzhou University of Technology, China. 2012.