IMPLEMENTASI WATERMARKING CITRA DIGITAL BERBASIS LIFTING SCHEME
MENGGUNAKAN PERMUTASI RC-4 DAN LINEAR
CONGRUENTIAL GENERATOR (LCG)
Implementation of Digital Image Watermarking Based on Lifting Scheme Using the RC-4 Permutations and Linear Congruential
Generator (LCG) PROYEK AKHIR untuk memenuhi sebagian persyaratan menyelesaikan pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro
diajukan oleh: PUNGKI SUSANTI 091331053
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmanirrahim, puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat-Nya kepada penulis, hingga akhirnya tugas akhir dan buku laporan tugas akhir ini dapat penulis selesaikan. Tidak lupa
shalawat serta salam selalu tercurah bagi Rasulullah SAW.
Dalam proses tugas akhir ini penulis menemukan berbagai kendala dalam penyelesaiannya, tetapi berkat Allah dan pihak-pihak lain yang ikut berperan didalamnya, maka penulis dapat melaluinya. Untuk itu, penulis ingin megucapkan terima kasih kepada Allah SWT yang telah memberikan keberkahan dalam
hidupku dan pihak-pihak yang telah membantu, yaitu: 1. Kedua orangtuaku yang selalu memberikan dorongan semangat, kekuatan dan doa dalam hidup penulis, dan selalu memberikan ide-ide kreatif disetiap langkah perjuanganku. 2. Kakakku Pipin Nurmalinda serta adik-adikku Sentanu Putra Dewanata dan Aria Okta Artha yang selalu memberikan dukungan. 3. Ibu Mina Naidah Gani, DUT, ST .M .Eng. selaku pembimbing I. Terima kasih atas bimbingan, masukan, saran serta kesediaan waktunya dalam membimbing penulis. 4. Bapak Ir. Hertog Nugroho, M.Sc., Ph.D. selaku pembimbing II. Terima kasih untuk bimbingan, masukan, kesediaan waktunya serta kesabarannya dalam membimbing penulis untuk menyelesaikan proyek akhir ini. 5. Bapak Ferry Satria, BSEE, MT, Bapak Moh. Farid Susanto, ST., M. Eng, dan Bapak Sanam Herlambang, SST, MT selaku penguji. 6. Bapak Ir. Hari Purnama ,M. Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. 7. Bapak Andry Haidar, ST., MT selaku ketua Program Studi Teknik Telekomunikasi. 8. Seluruh panitia proyek akhir, dosen dan staff karyawan POLBAN yang telah membantu dan memberikan ilmunya yang tiada henti. 9. Andri Nur Arif Mulyana, terima kasih atas kesediaan waktu untuk bertukar pikiran membahas kesulitan proyek akhir ini.
10. Kepada keluargaku di kampus yaitu Baits, Mas Adi, Agung, Bilkhis, Deti,
Yoyok, Tatik, Senny, Fitra, Synthia, Bundo Tanjung, Rifki, Mas Danu, Ibnu, Mikha, Isti, Erwin, Ilham, Fauziyyah, Dio, Satwika, Lia, Devi,
Desna, Rizky, Freddy Roy, Tiara , Susan dan Subkhan yang selalu saling
membantu dikala sulit dan bahagia.
11. Teman-teman seperjuangan angkatan 2009 Program Studi Teknik Telekomunikasi dan Program Studi Telekomunikasi Nirkabel angkatan
2008. 12. Seluruh teman-teman HIMATEL dari seluruh angkatan. Terima kasih
untuk segala doa, dukungan, semangat, dan ilmu yang telah diberikan.
13. Dan kepada semua pihak yang tidak mungkin penulis tuliskan satu per satu yang telah membantu penulis selama menyelesaikan proyek akhir. Terima kasih atas bantuannya yang telah diberikan
Semoga Allah SWT membalas semua bantuan, bimbingan dan menjadikan amal baik yang telah diberikan kepada penulis sebagai amal yang tidak akan terputus.Akhir kata penulis mengucapkan Alhamdulillah dan berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Amin Ya Robbal Alamin..
Bandung, Juni 2012
Penulis
ABSTRAK
Watermarking adalah suatu proses penyisipan data atau informasi ke dalam suatu content seperti gambar. Hal tersebut dilakukan untuk melindungi identitas pemilik asli. Metode watermarking yang digunakan berbasiskan Lifting Scheme (filter wavelet) yang sering disebut juga second generation of Discrete Wavelet Transform (DWT). Terdapat dua metode yang digunakan dalam pengacakan pesan yaitu Linear Congruential Generator (LCG) dan permutasi RC4 (algoritma pengacakan). Hal ini membuat sistem kunci yang lebih aman karena proses pengacakan dilakukan sebanyak dua kali. Kunci tersebut menjadi trigger untuk mengacak watermark. Watermark acak disisipkan kedalam koefisien wavelet citra asli (cover). Watermark yang dapat disisipkan mempunyai ukuran lebih kecil sekitar 9% dari ukuran citra asli (cover). Dengan demikian, citra gambar yang dihasilkan dari proses watermarking tidak mengalami perubahan yang cukup besar. Range Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) pada citra asli dan watermark menunjukkan nilai dari 70 sampai dengan 100, yang memenuhi kriteria Perceptual Transparency. Kata kunci: Watermarking, DWT, LCG, RC-4, kunci, Perceptual Transparency.
ABSTRACT Watermarking is a process of insertion of data or information into a content such as an image. It was done to protect original owner. The adopted watermarking method is based on Lifting Scheme (wavelet filter) which is also called second generation of Discrete Wavelet Transform (DWT). There are two methods used in watermark randomization that is Linear Congruential Generator (LCG) and permutation RC4 ( algorithms randomization). The approach is guaranteed to be secure because the process randomization is conducted twice. The key will become a trigger to suffle watermark. Random watermark is inserted into a wavelet coefficient of original image (cover). Watermark which can be inserted has a small size, about 9% of the original image size (cover). So, the image generated by watermaking process is not significantly changed. Range Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) on the original image and the watermark one shows the value from 70 up to 100 which meets Perceptual Transparency criteria. Keywords: watermarking, DWT, LCG, RC-4, key, perceptual transparency
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................................i
DAFTAR RIWAYAT HIDUP..................................................................................ii LEMBAR PERSEMBAHAN...................................................................................iii KATA PENGANTAR ..............................................................................................iv
ABSTRAK .................................................................................................................vi
DAFTAR ISI ............................................................................................................vii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................xi DAFTAR TABEL ......................................................................................................x BAB I PENDAHULUAN ..........................................................................................1
1.1
Latar Belakang................................................................................................1
1.2
Perumusan Masalah........................................................................................ 1
1.3
Pemecahan Masalah........................................................................................2
1.4
Tujuan Proyek Akhir...................................................................................... 3
1.5
Batasan Masalah............................................................................................. 3
1.6
Sistematika Laporan....................................................................................... 4
BAB II TINAUAN TEORITIS................................................................................. 5 2.1
Tinjauan Kepustakaan.................................................................................... 5
2.2
Citra Analog................................................................................................... 5
2.3
Citra Digital.................................................................................................... 5
2.3.1 Elemen Citra Digital................................................................................ 7 2.3.2 Format Berkas Citra................................................................................ 8 2.4
Watermarking................................................................................................. 9
2.4.1 Framework Watermarking Digtal........................................................... 9 2.4.2 Karakteristik Watermarking..................................................................11 2.4.3 Aplikasi Digital Watermarking............................................................. 12 2.5
Domain Penerapan Wattermarking Citra..................................................... 13
2.6
Domain Wavelet.......................................................................................... 13
2.6.1 Transformasi Wavelet........................................................................... 13 2.6.2 Wavelet Transform (DWT)...................................................................14 2.6.3 Inverse Discreate Wavelet Transform (IDWT).................................... 16 2.6.4 Lifting Scheme...................................................................................... 16 2.7
Metode Least Significant Bit (LSB)............................................................ 19
2.8
Pengacakan...................................................................................................20
2.8.1 Linear Congruential Generator (LCG)..................................................20 2.8.2 Permutasi RC-4..................................................................................... 21
2.9
Indikator Kualitas Citra Gambar.................................................................. 22
2.10 Bahasa Pemrograman Matlab...................................................................... 22 III PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM................................... 24 BAB
3.1
Gambaran Umum Sistem............................................................................. 24
3.2
Perancangan Sistem..................................................................................... 25
3.2.1 Spesifikasi............................................................................................. 25
3.2.2 Penyisipan Watermark.......................................................................... 25
3.2.3
3.3
Ekstraksi Watermark............................................................................. 30
Realisasi....................................................................................................... 33
BAB IV PENGUKURAN UNJUK KERJA DAN ANALISA............................ 34 4.1
Parameter Kualitas Gambar......................................................................... 34
4.2
Sarana yang Digunakan (Spesifikasi Teknik).............................................. 36
4.3
Pengujian Program....................................................................................... 37
4.3.1 Pengujian Form Penyisipan.................................................................. 37 4.3.2 Pengujian Form Ekstraksi..................................................................... 38 4.3.3 Pengujian dengan Menggunakan Logo Berbeda.................................. 39 4.3.4 Pengujian Form Ekstraksi dengan Gangguan....................................... 39 4.4
Hasil Pengujian............................................................................................ 39
4.4.1 Skenario 1............................................................................................. 39 4.4.2 Skenario 2............................................................................................. 41 4.4.3 Skenario 3............................................................................................. 42 4.4.4 Skenario 4............................................................................................. 44 4.5
Analisa Hasil Pengujian............................................................................... 48
BAB V PENUTUP .................................................................................................. 51 5.1
Kesimpulan.................................................................................................. 51
5.2
Saran............................................................................................................ 51
DAFTAR PUSTAKA............................................................................................. 52 LAMPIRAN............................................................................................................ 53
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Citra Digital................................................................................................ 6
Gambar 2. Komposisi Warna RGB............................................................................. 8 Gambar 3. Biner........................................................................................................... 9 Gambar 4. Gradasi Citra Biner..................................................................................... 9
Gambar 5. Proses Encoding....................................................................................... 10
Gambar 6. Proses Decoding....................................................................................... 10 Gambar 7. Gelombang Sinus dan Wavelet................................................................. 13 Gambar 8. Bagian transformasi wavelet..................................................................... 14 Gambar 9. Pembagian frekuensi dan pengelompokkannya........................................ 15
Gambar 10. Skema kerja pada lifting scheme........................................................... 16 Gambar 11. Penggambaran Tahap Split.....................................................................17 Gambar 12. Penggambaran Predict Even...................................................................17 Gambar 13. Penggambaran metode LSB................................................................... 20 Gambar 14. Program Matlab...................................................................................... 23 Gambar 15. Skema Perancangan................................................................................24 Gambar 16. Pembagian frekuensi di Discrete Wavelet Transform (DWT)............... 25 Gambar 17. Pembagian frekuensi di Lifting Scheme................................................. 26 Gambar 18. Transformasi Citra RGB menjadi Citra Biner........................................26 Gambar 19. Skema Pengacakan Pesan.......................................................................27 Gambar 20. Deretan Array 1 Dimensi Watermark.................................................... 27 Gambar 21. Pengacakan Nilai Bit.............................................................................. 27 Gambar 22. Skema Penyisipan Pesan (Watermarking)............................................. 30 Gambar 23. Skema Ektraksi Watermark (Watermarking)......................................... 31 Gambar 24. Realisasi Sistem Watermarking............................................................. 33 Gambar 25. Realisasi Sistem Ektraksi....................................................................... 33 Gambar 26. Prinsip Perceptual Transparency............................................................ 35 Gambar 27. Cara Menggunakan Aplikasi Form Embed............................................ 37 Gambar 28. Cara Menggunakan Aplikasi Form Ekstraksi......................................... 38
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Kategori-Kategori PSNR............................................................................. 36
Tabel 2. Hasil Watermarking..................................................................................... 40 3. Hasil Ekstraksi Tanpa Gangguan................................................................. 41 Tabel
Tabel 4. Hasil Uji dengan Logo Berbeda.................................................................. 42
Tabel 5. Hasil Ekstraksi dengan Menambah Noise................................................... 44 Tabel 6. Hasil Ekstraksi dengan Kompresi ke JPEG................................................. 45 Tabel 7. Hasil Ekstraksi dengan Menambah Contrast............................................... 46 Tabel 8. Hasil Ekstraksi dengan Resize Ukuran Gambar.......................................... 47
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Daubechies, I. and W. Sweldens. Factoring Wavelet Transforms Into
[2]
Lifting Steps. J. Fourier Anal. Appl., Vol. 4, Nr. 3, 1998, preprint. Iqbal, Muhammad. 2009. Dasar Pengolahan Citra Menggunakan Matlab. Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu
Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
[3]
Kiselev, Andrey, Fundamentals of the Wavelets Transform Theory, 2007, www.basegroup.ru, diakses tanggal 11 Februari 2012.
[4]
Munir, Rinaldi. 2006. Metode Asymmetric Watermarking pada Citra Digital Berbasiskan pada Permutasi-RC4 dan Fungsi Chaos. Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB, Bandung.
[5]
Persada, Bayu Adi. Studi dan Implementasi Non Blind Watermarking dengan Metode Spread Spectrum Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB, Bandung.
[6]
Pertiwi, Intan. Implementation of Digital Image Watermarking Using Discrete Wavelet Transform. Laporan Tugas Akhir, Program Studi Teknik Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung.
[7]
Prima, Iman Pratama. 2009. Komparasi Algoritma Blum Blum Shub (BBS) Dan Linear Congruential Generator (LCG) Pada Aplikasi DIigital Waatermarking Dengan Metode Least Significant Bit (LSB). Skripsi, Progrram Studi Ilmu Komputer, Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pendidikan Alam, Universitas Pendidikan Indonesia.
[8]
Seitz, Juergen. Digital Watermarking for Digital Media, University of Cooperative Education Heidenheim, Germany.
[9]
Yuliana, Hajiar. Implementation of Image Compression Using Discrete Wavelet Transform Method. Laporan Tugas Akhir, Program Studi Teknik Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung.
CURRICULUM VITAE
PERSONAL DATA
Name
: Pungki Susanti
Place of Birth
: Bandung, Jawa Barat
Date of Birth
: 22 Februari 1991
Gender
: Female
Religion
: Islam
Marital Status
: Single
Nationality
: Indonesia
CONTACT
Address
Mobile Phone
: Jl. RH.Abdul Halim NO. 52 RT.02/03 kel.Cigugur Tengah, kec.Cimahi Tengah, Kota Cimahi, Jawa Barat 40522 : 085320570707 / 085659989323
Email
:
[email protected] [email protected]
PENDIDIKAN FORMAL Degree Status
Fresh Graduate
University
Polytechnic State of Bandung
Major
Telecommunication Engineering
GPA
2,92
Graduation Ceremony
September 2012
Final Project
“Implementation of Digital Image Watermarking Based on Lifting Scheme Using the RC-4 Permutations Generator (LCG)
Additional Academic Qualifications SMAN 2 Cimahi High School Year of Graduation
2009
and
Linear
Congruential
Junior High School
SMPN 3 Cimahi
Year of Graduation
2006
Primary School
SDN Budhi Karya
Year of Graduation
2003
TRAINING/WORKSHOP/SEMINAR
No
1
Name
Name of Institution
Annual English Contest and Universitas
Year
Bandung
2002
Cimahi
2002
Seminar (AECS) “Improving Pendidikan
the
Acquisition in the Era of
Quality
of
English Indonesia
Globalization”
2
Painting
Competition
and Faber Castell & LBPP
Poster Contest
LIA Cimahi
3
Netiquet Training
POLBAN
Bandung
2009
4
Basketball Sports week held
POLBAN
Bandung
2009
by HIMATEL 5
Comics Competition
PEMKOT CIMAHI
CIMAHI
2009
6
Workshop LINUX
POLBAN
Bandung
2010
7
Seminar
Bandung
2011
Bandung
2011
“Rossy
Goes
Campus”
8
to
Sasana Ganesha
Seminar “Moving Forward POLBAN with Scada” held by HMJE
City
Budaya
EXTRA CURRICULAR ACTIVITIES No
Position
1
Staff of Art
2
Member
3
Member
Name of Extra-Curricular Activities Student Organization Intra Sekolah of SMP Negeri 3 Cimahi Basketball team of SMP Negeri 3 Cimahi Himpunan
Mahasiswa
Teknik
Telekomunikasi (HIMATEL) POLBAN
Year 2004 – 2005 2004 – 2006 2009 – now
Sport Division of Himpunan Mahasiswa 4
Staff
Teknik
Telekomunikasi
(HIMATEL)
2010-2011
POLBAN
JOB EXPERIENCE Practical work as Corporate Acess Division Staff in PT. Telekomunikasi IndonesiaTELKOM RAJAWALI Region (July- August 2011)
SKILLS & INTEREST Deskripsi Language
Indonesia English
Computer
Operating system : Microsoft Windows Office : Ms. Word, Ms. Excel, Ms. PowerPoint, Ms.Visio Programming : C Program Design : Adobe Photoshop
Sport
Basketball
Hobby
Design, Sketch
Saya menyatakan pernyataan di atas dibuat secara benar dan lengkap. Bandung, Juli 2012
PUNGKI SUSANTI
