Penelitian Pemula
LAPORAN AKHIR PENELITIAN PEMULA
PENGEMBANGAN APLIKASI WATERMARKING UNTUK PERLINDUNGAN KONTEN CITRA DIGITAL DENGAN METODE IHWT DAN SVD
Ketua Peneliti : Prajanto Wahyu Adi, M.Kom Anggota Peneliti : Farah Zakiyah Rahmanti, MT
(0622038802) (0615128701)
Dibiayai oleh LPPM UDINUS No.Kontrak 021/A.35-02/UDN.09/X/2015 Tahun Anggaran 2016
UNIVERSITAS DIAN NUSWANTORO NOVEMBER, 2015 1
HALAMAN PENGESAHAN
Judul Penelitian
: Pengembangan Aplikasi Watermarking untuk Perlindungan Konten Citra Digital dengan Metode IHWT dan SVD
Peneliti/Pelaksana Nama Lengkap NIDN NPP Jabatan Fungsional Program Studi Nomor HP Alamat Surel (e-mail) Anggota Nama Lengkap NIDN NPP Biaya dari LPPM
: Prajanto Wahyu Adi, M.Kom : 0622038802 : 0686.11.2014.586 : Tenaga Pengajar : Teknik Informatika – S1 : 081222260833 :
[email protected] : Farah Zakiyah Rahmanti, MT : 0615128701 : 0686.11.2014.594 : Rp. 3.000.000,-
Semarang, 29 Desember 2015 Ketua Peneliti,
Mengetahui, Dekan
(Dr. Abdul Syukur, MM) NPP. 0686.11.1992.017
(Prajanto Wahyu Adi, M.Kom) NPP. 0686.11.2014.586
Menyetujui, Direktur LPPM
(Prof. Vincent Didiek Wiet Aryanto, Ph.D) NPP. 0686.11.2014.606
2
RINGKASAN
Kemudahan proses distribusi media digital seperti audio, video, dan citra digital mendorong munculnya penyalahgunaan konten digital yang berdampak buruk pada perlindungan hak cipta. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengatasi permasalahan perlindungan hak cipta pada konten citra digital dengan menerapkan sistem digital watermarking yang mempunyai tingkat imperceptibility yang baik. Digital watermarking adalah proses penyisipan informasi kepemilikan (watermark) ke media digital yang bertujuan untuk melindungi kepemilikan media tersebut. Penelitian ini mengusulkan metode watermarking yang menggabungkan kuantisasi dither SVD pada nilai koefisien rata-rata IHWT. Citra watermark disisipkan melalui proses kuantisasi dither pada nilai koefisien singular. Skema ini dilakukan untuk memperoleh tingkat ketahanan yang lebih tinggi dari metode sebelumnya yang melakukan kuantisasi dither SVD secara langsung pada nilai piksel citra. Hasil percobaan menunjukkan bahwa metode yang diusulkan mempunyai kualitas citra ter-watermark yang layak diatas 38dB. Metode yang diusulkan telah mengungguli metode sebelumnya dalam hal ketahanan terhadap beberapa serangan citra seperti kompresi JPEG, kompresi JPEG2000, average filtering, dan gaussian filtering. Penelitian ini telah menghasilkan luaran berupa aplikasi watermarking, artikel jurnal, dan bahan ajar mata kuliah. Kata Kunci:Watermarking, IHWT, SVD, pengolahan citra digital
3
PRAKATA
Puji Syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga laporan ini yang berjudul “Pengembangan Aplikasi Watermarking Untuk Perlindungan Citra Digital dengan Metode IHWT dan SVD” dapat penulis selesaikan dengan baik. Tujuan dari penulisan laporan ini adalah sebagai bentuk tanggungjawab penulis dalam melaporkan hasil penelitian yang telah dilakukan, sesuai dengan tugas dan tanggungjawab penulis dalam melaksanakan penelitian sebagai salah satu dari kegiatan Tri Dharma Perguruan Tinggi. Ucapan terima kasih kami ucapkan kepada Direktur LPPM Universitas Dian Nuswantoro Semarang, Prof. Vincent Didiek Wiet Aryanto, Ph.D atas diberikanya kesempatan untuk melaksanakan Penelitian Dosen Pemula. Kepada rekan-rekan kelompok penelitian, terima kasih atas kerjasama, motivasi, dan doa sehingga laporan ini dapat diselesaikan. Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam melaksanakan kegiatan penelitian maupun dalam penyusunan laporan ini. Penulis berharap dapat melaksanakan proses selanjutnya dalam penelitian ini dengan lebih baik dan dapat memberikan kontribusi yang baik dalam bidang penelitian, khususnya di lingkungan Universitas Dian Nuswantoro Semarang. Semarang, 29 Desember 2015
Prajanto Wahyu Adi, M.Kom
4
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................................... 2 RINGKASAN ............................................................................................................................ 3 PRAKATA................................................................................................................................. 4 DAFTAR ISI.............................................................................................................................. 5 DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. 7 DAFTAR TABEL ...................................................................................................................... 8 BAB 1 PENDAHULUAN ......................................................................................................... 9 1.1. Latar Belakang ................................................................................................................ 9 1.2. Rumusan Masalah ........................................................................................................... 9 1.3. Tujuan Penelitian ............................................................................................................ 9 1.4. Hasil Penelitian ............................................................................................................... 9 1.5. Luaran yang Dihasilkan ................................................................................................ 10 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................................. 11 2.1. Information Hiding ....................................................................................................... 11 2.2. Watermarking pada Citra Digital .................................................................................. 11 2.3. Metode Transformasi dalam Watermarking ................................................................. 12 2.4. Watermarking berbasis IHWT dan SVD ...................................................................... 13 BAB 3 METODE PENELITIAN ............................................................................................ 14 3.1. Metode Penelitian ......................................................................................................... 14 3.2. Tahapan, Luaran, dan Indikator Penelitian ................................................................... 15 BAB 4 TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ............................................................... 17 4.1. Tujuan ........................................................................................................................... 17 4.2. Manfaat ......................................................................................................................... 17 4.2.1.
Manfaaat Bagi Peneliti ....................................................................................... 17
4.2.2.
Manfaat Bagi Universitas .................................................................................. 17
4.2.3.
Manfaat bagi Masyarakat Umum....................................................................... 17
BAB 5 HASIL YANG DICAPAI ............................................................................................ 18 5.1. Capaian Penelitian ........................................................................................................ 18 5.2. Pengembangan Aplikasi Watermarking ....................................................................... 19 5.2.1.
Citra Asli ............................................................................................................ 19 5
5.2.2.
Citra Watermark................................................................................................. 19
5.3. Implementasi Algoritma ............................................................................................... 20 5.4. Kualitas Citra Ter-watermark ....................................................................................... 21 5.5. Perbandingan Performa ................................................................................................. 22 BAB 6 RENCANA TAHAP BERIKUTNYA ......................................................................... 26 6.1. Seminar hasil Penelitian ................................................................................................ 26 6.2. Pengembangan Algoritma Watermarking Reversible ................................................... 26 BAB 7 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................... 27 7.1. Kesimpulan ................................................................................................................... 27 7.2. Saran ............................................................................................................................. 27 REFERENSI ............................................................................................................................ 28 LAMPIRAN ............................................................................................................................... 1
6
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Hirarki Watermarking dalam Information Hiding ................................................. 11 Gambar 2. Persyaratan utama dalam Watermarking ............................................................... 12 Gambar 3 Transformasi Wavelet pada Citra ........................................................................... 13 Gambar 4. Metode Penelitian .................................................................................................. 14 Gambar 5. Citra Asli ................................................................................................................ 19 Gambar 6. Citra Watermark ..................................................................................................... 20 Gambar 7. Implementasi Algoritma Penyisipan ...................................................................... 20 Gambar 8. Implementasi Algoritma Ekstraksi......................................................................... 21 Gambar 9. Kualitas Citra Ter-watermark (PSNR) ................................................................... 22 Gambar 10. Kualitas Citra Ter-watermark (SSIM) ................................................................. 22 Gambar 11. Ketahanan Terhadap Kompresi JPEG.................................................................. 23 Gambar 12. Ketahanan terhadap Kompresi JPEG2000 ........................................................... 24 Gambar 13. Ketahanan Terhdap Filtering ............................................................................... 25
7
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Tahapan, Luaran, dan Indikator Penelitian ................................................................ 16 Tabel 2. Hasil yang Dicapai ..................................................................................................... 18 Tabel 3. Kualitas Citra Ter-watermark .................................................................................... 21 Tabel 4. Ketahanan terhadap Kompresi JPEG ......................................................................... 23 Tabel 5. Ketahanan terhadap Kompresi JPEG2000 ................................................................. 23 Tabel 6. Ketahanan terhadap Filtering .................................................................................... 24
8
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Penelitian ini dilakukan untuk mengatasi permasalahan penyalahgunaan hak cipta yang marak dilakukan seiring dengan kemudahan penyebarluasan informasi di dunia maya. Konten citra digital adalah salah satu dari media digital yang banyak disebarluaskan di dunia maya. Proses penyalinan (copying) dan manipulasi konten citra digital yang dilakukan tanpa mempedulikan kepemilikan memberikan ancaman terhadap yang serius terhadap hak cipta. Digital watermarking adalah salah satu cara yang efektif untuk melindungi hak cipta citra digital. Peneliti melakukan pengembangan aplikasi watermarking dengan metode Singular Value Decomposition (SVD) pada domain Integer Haar Wavelet Transform (IHWT). Proses penyisipan watermark dilakukan melalui dither quantization pada nilai singular dari koefisien wavelet. Dither quantization dapat mempermudah proses ekstraksi watermark karena tidak memerlukan citra asli dalam proses ekstraksi. Selain itu, proses kuantisasi nilai singular yang dilakukan pada koefisien rata-rata atau LL dapat menghasilkan citra watermark yang mempunyai tingkat ketahanan yang tinggi. 1.2. Rumusan Masalah Maraknya penyalahgunaan konten digital, terutama terkait dengan pelanggaran hak cipta menimbulkan kerugian yang serius bagi pemilik konten digital maupun pihak yang menggunakan konten digital tersebut. Oleh karena itu diperlukan sistem yang mampu memberikan perlindungan terhadap hak cipta digital (digital copyright). 1.3. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang, dan mengembangkan sebuah aplikasi watermarking yang mempunyai tingkat robustness yang baik, sehingga mampu memberikan bukti kepemilikan dan perlindungan terhadap konten digital yang beredar luas di dunia maya. 1.4. Hasil Penelitian Hasil penelitian menunjukkan bahwa metode yang diusulkan mempuyai kualitas citra yang layak, yakni berada diatas 38dB. Dalam hal ketahanan (robustness) terhadap serangan kompresi dan filtering, metode yang diusulkan mempunyai performa yang lebih baik dibanding metode sebelunmya yang hanya melakukan kuantisasi nilai singular secara langsung pada piksel citra.
9
1.5. Luaran yang Dihasilkan Luaran dari penelitian ini yang telah dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Produk akhir berupa aplikasi perlindungan konten citra digital berbasis watermarking 2. Jurnal
berjudul
“ROBUST
INTEGER
HAAR
WAVELET
BASED
WATERMARKING USING SINGULAR VALUE DECOMPOSITION” yang telah dikirim ke Makara Journal of Technology, Universitas Indonesia. 3. Bahan ajar berupa materi kuliah sistem watermarking dengan dither quantization dan SVD.
10
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Information Hiding Dalam bidang information hiding, watermarking dan steganografi adalah disiplin ilmu terkait erat, Cheddad et al. (2010) menggambarkan perbedaan antara kedua bidang tersebut: Information Hiding
Steganography
Linguistic Steganography
Digital Images
Video
Technical Steganography
Audio
Text
Watermarking
Fragile
Robust
Imperceptible
Visible
Fingerprint
Gambar 1. Hirarki Watermarking dalam Information Hiding Tujuan utama dari sistem watermarking adalah untuk mencapai ketahanan terhadap serangan yang bersifat merusak atau menghilangkan informasi yang disisipkan (watermark). Watermarking dikhususkan untuk perlindungan hak cipta dengan cara menyisipkan informasi pada media digital. Tidak seperti watermarking, steganografi mempunyai tujuan utama untuk menyisipkan informasi sebanyak mungkin dan untuk mengkomunikasikan informasi digital. Steganografi tidak harus mempunyai ketahanan terhadap serangan yang bersifat merusak. Oleh karena itu, jika tujuan utama adalah perlindungan konten digital, metode watermarking lebih layak digunakan (Lee et al. 2010). 2.2. Watermarking pada Citra Digital Pada dasarnya digital watermarking dapat dibagi menjadi 2 jenis yakni visible watermarking dan invisible watermarking. Visible watermarking adalah sebuah logo tembus pandang yang biasa diletakkan pada bagian pojok dari sebuah media citra digital maupun audio. Namun visible watermarking dapat dengan mudah dihilangkan dari media digital dengan cara yang sangat sederhana seperti cropping. Oleh karena itu, teknik visible watermarking saat ini sudah jarang digunakan. Saat ini, fokus utama dari digital watermarking adalah pada jenis invisible watermarking dimana informasi yang disisipkan pada media digital tidak nampak secara kasat mata. Informasi yang disisipkan pada media digital haruslah memiliki ketahanan
11
(robustness) terhadap berbagai serangan yang bertujuan untuk merusak atau menghilangkan informasi tersebut seperti: kompresi, blurring, cropping, dan serangan geometri lainnya. Ada tiga persyaratan utama yang dalam watermarking pada sebuah citra digital, yakni imperceptibility, robustness, dan capacity (Hussein 2012). Capacity
Trade-off
Imperceptibility
Robustness
Gambar 2. Persyaratan utama dalam Watermarking Imperceptibility atau transparansi adalah kemiripan visual antara citra asli dan citra yang telah disisipi watermark (citra ter-watermark). Sebuah citra ter-watermark seharusnya tidak memiliki perbedaan yang signifikan dengan citra asli. Robustness atau ketahanan adalah kemampuan sebuah watermark terhadap serangan-serangan yang bersifat merusak. Sebuah watermark harus tetap terbaca setelah mengalami berbagai serangan yang bersifat merusak. Sedangkan capacity adalah jumlah bit watermark yang dapat disisipkan pada citra asli. Ketiga persyaratan utama watermarking selalu memiliki hubungan yang berbanding terbalik (trade-off). Meningkatnya imperceptibility akan mengakibatkan turunnya robustness dan capacity, dan sebaliknya. Dalam praktiknya imperceptibility dan robustness menjadi 2 persyaratan yang paling sering digunakan dalam mengevaluasi kinerja sistem watermarking. 2.3. Metode Transformasi dalam Watermarking Metode transformasi yang paling banyak digunakan adalah DCT, namun jika pemilihan koefisien DCT tidak sesuai, akan menimbulkan kecacatan pada gambar (Cheddad et al. 2010). Dibandingkan dengan DCT, DWT lebih sesuai dengan sistem pengelihatan manusia (Seyedi et al. 2011). DWT digunakan untuk melakukan transformasi citra menjadi 4 jenis koefisien yang disebut subband: LL, HL, LH, dan HH. LL merepresentasikan koefisien ratarata dari citra, sedangkan HL, LH, dan HH berturut-turut merepresentasikan fitur horizontal, vertikal, dan diagonal. Proses transformasi citra dengan DWT digambarkan sebagai berikut:
12
LL HL LL
HL
HL LH HH
Citra
Level 1
Level 2 LH
HH
LH
HH
Gambar 3 Transformasi Wavelet pada Citra Koefisien DWT memiliki nilai float (Hemalatha et al. 2012), yang dapat mengakibatkan hilangnya informasi karena proses pemotongan nilai float. Di sisi lain, IWT yang disebut sebagai tranformasi wavelet generasi ke-2, mampu menghasilkan koefisien wavelet yang bernilai integer. Hal ini membuat IWT mampu mengatasi permasalahan nilai float pada koefisien DWT (Raftari & Moghadam 2012). Pada penelitian ini, peneliti menggunakan IHWT yang merupakan pengembangan dari Haar DWT dengan skema lifting IHWT memliki perhitungan yang sederhana, sehingga mampu menghasilkan komputasi yang efisien (Abu et al. 2014). Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Mohan & Kumar (2008), proses penyisipan watermak dilakukan dengan menggunakan metode SVD pada domain spasial citra, dengan membagi citra menjadi empat bagian, kemudian watermark disisipkan disalah satu bagian. Proses penyisipan citra pada domain spasial tersebut memberikan dampak kerusakan yang signifikan pada citra ter-watermark (watermarked image), sehingga menghasilkan tingkat imperceptibility yang rendah. Selain itu penyisipan yang dilakukan secara langsung pada nilai piksel akan menghasilkan citra watermark dengan tingkat robustness yang rendah.
2.4. Watermarking berbasis IHWT dan SVD Metode SVD mempunyai waktu komputasi yang cukup tinggi (Lai & Tsai 2010), oleh karena itu diperlukan proses transformasi IHWT untuk mengurangi waktu komputasi pada SVD. Citra asli didekomposisi dengan IHWT level 1 menjadi empat buah subband, kemudian dilakukan
nilai singular pada koefisien pada setiap subband untuk mengurangi waktu
komputasi pada SVD. Selanjutnya, dilakukan modifikasi nilai singular pada koefisien citra untuk sesuai dengan nilai watermark yang akan disisipkan. Proses penyisipan dilakukan pada subband yang memiliki frekuensi menengah yakni subband LH dan HL. Hal tersebut ditujukan untuk mendapatkan citra ter-watermark yang memiliki tingkat imperceptibility dan robustness yang setara sehingga diperoleh sistem watermarking yang optimal. 13
BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1. Metode Penelitian Tahapan dalam penelitiani ini terdiri dari: perancangan algoritma, pengembangan aplikasi dan antarmuka, dan pengujian dan evaluasi hingga diperoleh aplikasi akhir yang siap digunakan:
Perancangan Algoritma
Pengembangan Aplikasi dan Antarmuka
Pengujian dan Evaluasi
Aplikasi Akhir
Gambar 4. Metode Penelitian
1. Perancangan Algoritma Tahapan ini dimulai dengan melakukan analisis masalah, melakukan studi literatur terkait dengan masalah yang muncul, kemudian melakukan perancangan algoritma yang sesuai untuk menyelesaikan permasalahan yang muncul. Tahapan ini dilakukan secara berulang hingga diperoleh rancangan algoritma yang sesuai dengan permasalahan yang muncul. 2. Pengembangan Aplikasi dan Antarmuka Setelah diperoleh rancangan algoritma, tahapan berikutnya adalah pengembangan aplikasi dan antarmuka dengan menggunakan Matlab. Algoritma yang telah dirancang selanjutnya diimplementasikan dalam Bahasa pemrograman matlab, sekaligus
14
dilakukan pengembangan antarmuka aplikasi agar mudah digunakan oleh pengguna (user friendly). 3. Pengujian dan Evaluasi Ini adalah tahapan pengujian dari aplikasi yang telah dikembangkan. Tujuan dari tahapan ini adalah untuk mencari celah atau kesalahan (error) dari aplikasi yang telah dikembangkan. Jika ditemukan kesalahan dalam aplikasi yang telah dikembangkan, selanjutnya dilakukan evaluasi dan dilakukan perbaikan dan pengembangan ulang aplikasi secara iterative hingga tidak ditemukan lagi kesalahan dalam aplikasi yang dikembangkan. 4. Aplikasi Akhir Setelah tidak ditemukan lagi kesalahan dalam aplikasi, selanjutnya aplikasi akhir siap digunakan dikirimkan ke pengguna (deployment) 3.2. Tahapan, Luaran, dan Indikator Penelitian Tahapan yang akan dilakukan, luaran yang diharapkan, dan indikator keberhasilan dalam penelitian ini dijabarkan pada tabel berikut: Tahapan
Luaran
Indikator
1. Perancangan Algoritma Analisa masalah
Identifikasi
masalah
dan studi pustaka
pengembangan teori pendukung
Perancangan
Desain
Algoritma
dengan
algoritma
dan Teori
yang
permasalahan
kebutuhan sistem
pendukung
untuk
menyelesaikan masalah
sesuai Kesesuaian
desain
algoritma
dan dengan kebutuhan sistem dalam penyelesaian masalah
2. Pengembangan Aplikasi dan Antarmuka Implementasi
Implementasi
Algoritma
watermarking
algoritma Tingkat kompleksitas algoritma kedalam
pemrograman Matlab
bahasa sesuai dengan kebutuhan sistem dan tidak ditemukan kesalahan dalam
penerapan
algoritma
kedalam bahasa pemgrograman Pengembangan
Aplikasi
Antarmuka
kebutuhan
yang
sesuai
sistem
dan
digunakan (user friendly)
dengan Aplikasi
yang
dikembangkan
mudah sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan sebelumnya
3. Pengujian dan Evaluasi
15
Pengujian
Temuan kesalahan (error) pada Model perbaikan dari kesalahan aplikasi yang telah dikembangkan.
Evaluasi
(error) yang ditemukan
Perbaikan dari kesalahan (error) Tidak ada kesalahan (error) dari yang ditemukan
aplikasi yang dikembangkan
Tabel 1. Tahapan, Luaran, dan Indikator Penelitian
16
BAB 4 TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
4.1. Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang, dan mengembangkan sebuah aplikasi watermarking yang mempunyai tingkat imperceptibility yang baik, sehingga mampu memberikan bukti kepemilikan dan perlindungan terhadap konten digital yang beredar luas di dunia maya 4.2. Manfaat 4.2.1.
Manfaaat Bagi Peneliti Bagi Peneliti, penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut: 1. Sebagai sarana pengembangan ilmu di bidang digital watermarking, khususnya pengembangan digital watermarking yang mempunyai tingkat imperceptibility yang baik 2. Sebagai media untuk melakukan publikasi ilmiah di bidang digital watermarking
4.2.2.
Manfaat Bagi Universitas Bagi Universitas, penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai
berikut: 1. Sebagai bahan rujukan ilmiah bagi penelitian selanjutnya baik oleh dosen maupun mahasiswa 2. Sebagai suplemen bahan ajar pada mata kuliah pengolahan citra digital 4.2.3.
Manfaat bagi Masyarakat Umum Bagi masyarakat umum, penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat
sebagai berikut: 1. Sebagai aplikasi perlindungan konten citra digital yang mampu memberikan bukti kepemilikan yang sah. 2. Aplikasi yang dikembangkan diharapkan mampu mencegah dan mengurangi penyalahgunaan kepemilikan oleh pihak yang tidak berwenang.
17
BAB 5 HASIL YANG DICAPAI
5.1. Capaian Penelitian Tabel 2. Hasil yang Dicapai Tahapan
Hasil
Capaian
1. Perancangan Algoritma Analisa masalah
Teori pendukung untuk menyelesaikan masalah
100%
Perancangan
Kesesuaian desain algoritma dengan kebutuhan
100%
Algoritma
sistem dalam penyelesaian masalah
dan studi pustaka
2. Pengembangan Aplikasi dan Antarmuka Implementasi
Tingkat kompleksitas algoritma sesuai dengan
Algoritma
kebutuhan sistem dan tidak ditemukan kesalahan
100%
dalam penerapan algoritma kedalam bahasa pemgrograman Pengembangan
Aplikasi yang dikembangkan sesuai dengan
Antarmuka
spesifikasi yang ditentukan sebelumnya
100%
3. Pengujian dan Evaluasi Pengujian
Model perbaikan dari kesalahan (error) yang
100%
ditemukan Evaluasi
Tidak ada kesalahan (error) dari aplikasi yang
100%
dikembangkan 4. Luaran Penelitian Laporan
Akhir Laporan Akhir Penelitian
100%
Penelitian Bahan Ajar
Bahan
ajar
berupa
materi
kuliah
sistem
100%
watermarking dengan dither quantization dan SVD. Jurnal Ilmiah
Jurnal berjudul “ROBUST INTEGER HAAR
80%
WAVELET BASED WATERMARKING USING SINGULAR VALUE DECOMPOSITION” yang
18
telah dikirim (Submitted) ke Makara Journal of Technology
5.2. Pengembangan Aplikasi Watermarking 5.2.1.
Citra Asli Tahap pengembangan awal dilakukan dengan pengumpulan citra enam citra
grayscale standar dari dataset University of Southern California – Signal and Image Processing
Institute
(USC-SIPI),
yang
tersedia
di:
http://sipi.usc.edu/database/database.php?volume=misc. Nama citra yang digunakan adalah: Baboon, Barbara, Boat, Goldhill, Jet, , dan Peppers. Semua citra tersebut berformat bitmap (.bmp) dengan dimensi 512 x 512 piksel. Seluruh citra yang diperoleh akan diuji dengan menyisipkan citra watermark menggunakan algoritma SVD dan IHWT. Pengukuran performa dilakukan dengan Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) dan Stuctural
Similarity (SSIM).
Barbara
Baboon
Boat
Goldhill
Jet
Peppers
Gambar 5. Citra Asli
5.2.2.
Citra Watermark Citra watermark yang digunakan dalam pecobaan ini adalah citra hitam putih atau
citra Boolean yang mempunyai kedalaman 1-bit. 19
Gambar 6. Citra Watermark 5.3. Implementasi Algoritma Algoritma yang telah dirancang selanjutnya diimplementasikan pada Matlab 7.12.0 (R2011a) untuk menguji performa dari algoritma yang diusulkan pada dataset yang digunakan. Implementasi algoritma meliputi proses penyisipan dan ekstraksi watermark pada citra asli. Algoritma penyisipan digunakan untuk menyisipkan nilai biner dari citra watermark yang kedalam nilai matrik dekomposisi SVD dari koefisien wavelet yang telah dikuantisasi. Proses penyisipan tersebut akan merubah nilai dari matrik dekomposisi sesuai dengan nilai biner yang disisipkan. Setelah dilakukan penyisipan, langkah berikutnya adalah proses rekonstruksi untuk membentuk kembali matrik dekomposisi menjadi citra ter-watermark.
Gambar 7. Implementasi Algoritma Penyisipan Algoritma ekstraksi digunakan untuk mendapatkan citra watermark dari citra terwatermark melalui proses dekomposisi SVD. Matrik dekomposisi yang diperoleh selanjutnya dikuantisasi untuk mendapatkan nilai biner dari citra watermark.
20
Gambar 8. Implementasi Algoritma Ekstraksi 5.4. Kualitas Citra Ter-watermark Pada pengujian awal citra watermak disisipkan kedalam citra asli untuk mengetahui kualitas dari citra ter-watermark yang dihasilkan. Ukuran dari citra watermark disesuaikan dengan ukuran citra asli dan jumlah blok yang dipakai. Ukuran citra watermark diperoleh dari ukuran citra asli dibagi dengan ukuran block yang digunakan, sehingga semakin besar ukuran block, maka ukuran citra watermark akan semakin kecil dan sebaliknya. Alat uji berupa Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) dan Stuctural Similarity (SSIM) untuk mengukur kualitas dari citra ter-watermark. Tabel 3. Kualitas Citra Ter-watermark Images
PSNR
SSIM
Baboon
41.4615
0.9995
Barbara
40.2440
0.9986
Boat
40.5464
0.9983
Goldhill 39.2421
0.9984
Jet
40.0268
0.9980
Peppers
38.9337
0.9974
21
Watermarked Image Quality (PSNR) 42 41 40 39 38 37
P S N R
Gambar 9. Kualitas Citra Ter-watermark (PSNR)
Watermarked Image Quality (SSIM) 1.000 S 0.999 S 0.998 I M 0.997 0.996
Gambar 10. Kualitas Citra Ter-watermark (SSIM) Hasil percobaan menunjukkan bahwa citra ter-watermark yang dihasilkan mempunyai kualitas yang layak diatas 38dB. Pada percobaan berikutnya akan dilakukan perbandingan performa terhadap metode sebelumnya yang hanya menggunakan SVD dalam hal ketahanan citra watermark terhadap serangan kompresi dan filtering. 5.5. Perbandingan Performa Metode yang diusulkan dibandingkan dengan metode sebelumnya dari Mohan and Kumar (Mohan & Kumar 2008) dalam hal ketahanan citra watermark terhadap serangan kompresi dan filtering yang banyak digunakan dalam bidang watermarking. Jenis kompresi yang digunakan adalah JPEG dan JPEG2000, sedangkan jenis filtering yang digunakan adalah average dan median filtering. Pengujian performa dilakukan dengan Normalized Correlation (NC) yang banyak digunakan dalam bidang watermarking. Pengujian pertama dilakukan dengan perbandingan tingkat robustness dari kedua metode terhadap serangan JPEG dengan Quality Factor (QF) 50 dan 70. 22
Tabel 4. Ketahanan terhadap Kompresi JPEG Images
SVD QF 50
Proposed
QF 70
QF 50
QF 70
Baboon
0.8291 0.9643 0.9474 0.9846
Barbara
0.8579 0.9692 0.9743 0.9986
Boat
0.8622 0.9616 0.9631 0.9690
Goldhill 0.9047 0.9904 0.9891 0.9994 Jet
0.8832 0.9776 0.9697 0.9794
Peppers
0.9165 0.9922 0.9943 0.9994
Robustness against JPEG Compression 1.00 0.95 0.90 N 0.85 C 0.80 0.75 0.70 Baboon Barbara
Boat
Goldhill
SVD (QF 50) SVD (QF 70)
Jet
Peppers
Proposed (QF 50) Proposed (QF 70)
Gambar 11. Ketahanan Terhadap Kompresi JPEG Tabel 3 dan gambar 11 menunjukkan bahwa metode sebelumnya mempunyai tingkat robustness yang rendah terhadap serangan kompresi dengan QF 50. Sementara itu, metode yang diusulkan mempunyai tingkat robustness yang lebih tinggi dari metode sebelumnya. Tabel 5. Ketahanan terhadap Kompresi JPEG2000 Images
SVD CR 5
CR 3
Proposed CR 5
CR 3
Baboon
0.7881 0.9507 0.9192 0.9795
Barbara
0.9650 0.9960 0.9955 0.9994
Boat
0.9903 0.9989 0.9981 0.9994
Goldhill 0.9808 0.9992 0.9981 1.0000 Jet
0.9935 0.9992 0.9968 0.9994
Peppers
0.9877 0.9987 0.9987 1.0000 23
Robustness against JPEG2000 Compression
1.00 0.95 0.90 N 0.85 C 0.80 0.75 0.70
Baboon Barbara Boat SVD (CR 5) SVD (CR 3)
Goldhill
Jet
Peppers
Proposed (CR 5) Proposed (CR 3)
Gambar 12. Ketahanan terhadap Kompresi JPEG2000 Pengujian berikutnya dilakukan dengan serangan kompersi JPEG2000 dengan Compression Ratio (CR) 5 dan 3. Hasil percobaan menunjukkan bahwa serangan JPEG2000 tidak menghasilkan kerusakan yang signifikan pada kedua metode. Meskipun kedua metode mempunyai tingkat robustness yang tinggi, metode yang diusulkan tetap lebih unggul dibanding metode sebelumnya. Pengujian terakhir adalah pengujian ketahanan terhadap serangan Average Filtering (AF) dan Gaussian Filtering (GF). ukuran average filter yang digunakan adalah 3x3, sedangkan ukuran Gaussian filter yang digunakan adalah 3x3 denga nilai sigma 0,5. Tabel 5 dan gambar 13 menunjukkan bahwa serangan filtering memberikan kerusakan yang cukup signifikan pada citra watermark. Hasil pegujian juga menunjukkan bahwa metode yang diusulkan mempunyai tingkat robustness yang lebih baik dalam hal serangan average dan Gaussian filtering Tabel 6. Ketahanan terhadap Filtering Images
SVD AF
Proposed GF
AF
GF
Baboon
0.7328 0.8696 0.8494 0.9471
Barbara
0.8382 0.9270 0.8995 0.9618
Boat
0.8340 0.9283 0.9068 0.9451
Goldhill 0.8605 0.9608 0.9168 0.9703 Jet
0.8755 0.9368 0.9071 0.9524
Peppers
0.8873 0.9555 0.9325 0.9775
24
Robustness against Filtering 1.00 0.95 0.90 N 0.85 C 0.80 0.75 0.70 Baboon Barbara SVD (AF) SVD (GF)
Boat
Goldhill
Jet
Peppers
Proposed (AF) Proposed (GF)
Gambar 13. Ketahanan Terhdap Filtering Hasil dari perbandingan performa menunjukkan bahwa metode yang diusulkan telah mengungguli metode sebelumnya dalam hal ketahanan terhadap serangan kompresi JPEG, JPEG200, average filtering, dan Gaussian filtering.
25
BAB 6 RENCANA TAHAP BERIKUTNYA
6.1. Seminar hasil Penelitian Tahapan selanjutnya adalah melakukan seminar untuk mempublikasikan hasil penelitian yang telah dilkakukan. Publikasi ilmiah yang akan dilakukan diharapkan mampu memberikan kontribusi dibidang ilmu komputer, khususnya bidang digital watermarking. Seminar juga diharapkan mampu memberikan masukan bagi peneliti, sehingga peneliti mampu melakukan penelitian yang lebih baik. 6.2. Pengembangan Algoritma Watermarking Reversible Algoritma IHWT mempunyai keunggulan dalam menjaga nilai koefisien berada pada rentang nilai integer sehingga diharapkan dapat digunakan dalam pengembangan algoritma watermarking yang bersifat reversible. Algoritma reversible memungkinkan citra ter-watermark untuk mendapatkan kualitas sesuai dengan citra asli setelah dilakukan proses ekstraksi watermarking.
26
BAB 7 KESIMPULAN DAN SARAN
7.1. Kesimpulan Penelitian ini mengusulkan penggabungan metode SVD pada nilai koefisien ratarata IHWT. Watermark disisipkan melalui proses dither quantization pada nilai singular koefisien wavelet. Hasil percobaan menunjukkan bahwa algoritma yang diusulkan menghasilkan kualitas citra ter-watermark yang layak diatas 38dB. Metode yang diusulkan mampu mengungguli metode sebelumnya yang menggunakan SVD secara langusung pada nilai piksel citra dalam hal ketahanan terhadap serangan kompresi JPEG, kompresi JPEG200, average filtering, dan Gaussian filtering. 7.2. Saran Penelitian sebaiknya dilanjutkan ke pengembangan algoritma watermarking sebagai berikut: 1. Pengembangan dan atau algoritma watermarking pada domain transformasi yang lain seperti Contourlet Transform dan Slanlet Transform. 2. Pengembangan algoritma watermarking yang bersifat reversible yang dapat mengembalikan citra asli dapat setelah proses ekstraksi.
27
REFERENSI Abu, N.A., Adi, P.W. & Mohd, O., 2014. Robust Digital Image Steganography within Coefficient Difference on Integer Haar Wavelet Transform. lnternational Journal of Video & Image Processing and Network Security (IJVIPNS), 14(02), pp.1 – 8. Cheddad, A. et al., 2010. Digital image steganography: Survey and analysis of current methods. Signal Processing, 90(3), pp.727–752. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.sigpro.2009.08.010. Hemalatha, S. et al., 2012. A Secure Image Steganography Technique Using Integer Wavelet Transform. World Congress on Information and Communication Technologies, pp.755– 758. Available at: http://ieeexplore.ieee.org/lpdocs/epic03/wrapper.htm?arnumber=6409175. Hussein, E., 2012. Digital Watermarking Techniques , Applications and Attacks Applied to Digital Media : A Survey. International Journal of Engineering Research & Technology, 1(7), pp.1–8. Lai, C.-C. & Tsai, C.-C., 2010. Digital Image Watermarking Using Discrete Wavelet Transform and Singular Value Decomposition. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 59(11), pp.3060–3063. Lee, C.-F., Chen, H.-L. & Tso, H.-K., 2010. Embedding capacity raising in reversible data hiding based on prediction of difference expansion. Journal of Systems and Software, 83(10), pp.1864–1872. Available at: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0164121210001585 [Accessed October 2, 2014]. Mohan, B.C. & Kumar, S.S., 2008. A Robust Image Watermarking Scheme using Singular Value Decomposition. Journal of Multimedia, 3(1), pp.7–15. Raftari, N. & Moghadam, A.M.E., 2012. Digital image steganography based on Integer Wavelet Transform and assignment algorithm. Proceedings - 6th Asia International Conference on Mathematical Modelling and Computer Simulation, AMS 2012, pp.87– 92. Seyedi, S.H. et al., 2011. A blind image-adaptive data hiding method in wavelet domain with robustness against compression. Proceedings - 2011 UKSim 13th International Conference on Modelling and Simulation, UKSim 2011, pp.345–349.
28
LAMPIRAN Lampiran 1: Jurnal Ilmiah dan bukti pengiriman
Lampiran 2: Rancangan Awal Aplikasi
Lampiran 3: Penggunaan Dana 1. Honor Honor Ketua Anggota
Honor/Jam (Rp) 21.500 16.000
2. Peralatan Penunjang Material Justifikasi Pemakaian Flashdisk Perpindahan data 16GB
Waktu (jam/minggu) 1 1
Minggu 16 16 SUBTOTAL (Rp)
Kuantitas 2 buah
Harga Satuan 150.000 SUBTOTAL (Rp)
3. Bahan Habis Pakai Material Justifikasi Pemakaian Tinta Printer Cetak Laporan Warna Tinta Printer Cetak Laporan Hitam Konsumsi Rapat dan Diskusi Konsumsi Rapat dan Diskusi Konsumsi Rapat dan Diskusi Konsumsi Rapat dan Diskusi 4. Perjalanan Material
Justifikasi Perjalanan
Kuantitas 3 warna x 1 botol 1 botol 1x pertemuan 1x pertemuan 1x pertemuan 1x pertemuan
Kuantitas
Harga Satuan
Honor (Rp) 344.000 256.000 600.000 Harga Peralatan Penunjang (Rp) 300.000 300.000 Biaya (Rp)
25.000
75.000
25.000
25.000
89.500 26.000 72.500 38.500 SUBTOTAL (Rp) Harga Satuan
89.500 26.000 72.500 38.500 326.500 Biaya (Rp)
SUBTOTAL(Rp) 5. Lain-lain Material
Justifikasi Pemakaian
Kuantitas
Harga Satuan
Biaya (Rp)
SUBTOTAL(Rp) TOTAL ANGGARAN YANG DIGUNAKAN (Rp)
1.226.500
