IMPLEMENTASI WATERMARKING UNTUK PENYEMBUNYIAN DATA PADA CITRA DALAM DOMAIN FREKUENSI MENGGUNAKAN DISCRETE COSINE TRANSFORM

Transkripsi

1 ISSN: IMPLEMENTASI WATERMARKING UNTUK PENYEMBUNYIAN DATA PADA CITRA DALAM DOMAIN FREKUENSI MENGGUNAKAN DISCRETE COSINE TRANSFORM Kartika Firdaus 1, Ikhwan Hawarianta, Murinto 3 1 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Ahmad Dahlan,3 Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Ahmad Dahlan Kampus III, Jln. Prof Soepomo, Janturan, Yogakarta, Telp. (074) Fax. (074) 38153, kartikaf@indosat.net.id Abstrak Saat ini banak kara seni dalam format citra digital. Perkembangan teknologi informasi, terutama internet, memberi kemudahan dalam mengkopi file-file digital dari satu komputer ke komputer lain. Untuk itu diperlukan sebuah sistem keamanan untuk melindungi kara tersebut agar tidak bisa ditiru (dibajak) dengan mudah. Tujuan penelitian ini adalah menerapkan dan menganalisis teknik ing untuk melindungi Hak Atas Kekaaan Intelektual (HAKI) atau Intellectual Propert Right dengan memberi tanda atau label pada citra digital. Penelitian diimplementasikan pada citra host (citra ang akan diberi label) dan citra (label) dalam format grascale dengan jenis citra statis ang berekstensi BMP. Citra hasil proses ing dinamakan citra ed. Proses penisipan ke dalam citra host dilakukan pada domain frekuensi dengan Discrete Cosine Transform (DCT). Hasil penelitian menunjukkan bahwa citra ed masih berkualitas baik, dengan nilai Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) ang tinggi antara 46,9 db sampai dengan 76,3 db. Hasil ekstraksi dari ctra ed menunjukkan bahwa ang disisipkan pada citra host masih dapat diperlihatkan eksistensina dengan melihat nilai Normalized Cross Correlation (NC) ang berada pada 0,965 sampai dengan 0,988. Hal ini membuktikan bahwa hasil uji terhadap penerapan ing memanfaatkan transformasi DCT memiliki ketahanan ang baik terhadap pemrosesan citra, khususna kompresi loss JPEG. Kata kunci : HAKI, ing, Discrete Cosine Transform (DCT), PSNR 1. PENDAHULUAN Ada beberapa faktor ang membuat penggunaan data digital semakin marak dan disukai, aitu [5] : a. mudah diduplikasi dan hasilna sangat mirip dan bahkan bisa sama dengan aslina. b. murah untuk penduplikasian dan penimpananna. c. mudah disimpan untuk kemudian diproses atau diolah lebih lanjut. d. mudah untuk didistribusikan baik melalui media fisik (disk) maupun media jaringan seperti Internet, dan lain-lain. Segala kemudahan ang didapat di dunia digital tersebut mendorong pula munculna ide-ide negatif, seperti adana pembajakan terhadap hasil kara orang lain ataupun sabotase terhadap data-data rahasia ang seharusna hana bisa diketahui oleh pihak ang berhak saja. Banak cara ang sudah ditempuh untuk melindungi data digital. Satu dekade terakhir ini mulai muncul steganograph, aitu suatu teknik ang digunakan untuk menembunikan sebuah pesan, di mana nantina pesan tersebut dapat diambil kembali oleh pihak-pihak ang berhak saja. Salah satuna adalah dengan cara penandaan dokumen. Jika semua obek ditandai dengan label ang sama, hal ini dikenal sebagai proses ing [1]. Herdiaman [3] melakukan penelitian dengan judul Pengamanan Informasi dengan Menggunakan Teknik Least Significant Bits (LSB) pada Metode Steganograph dengan Delphi. Penelitian tersebut membahas teknik penembunian data (label) teks dalam format *.txt, dan media penembunianna (host) adalah citra dengan format *.bmp. Penelitian tersebut menitikberatkan pada bagaimana data itu disembunikan ke dalam media ang lain untuk Implementasi Watermaking untuk Penembunian (Kartika Firdaus)

2 0 ISSN: meningkatkan keamanan data. Permasalahan ang belum dibahas dalam penelitian tersebut adalah bagaimana bila media ang digunakan untuk menembunikan data tersebut dikenai serangan atau pemrosesan citra, apakah data ang disembunikan masih bisa ditemukan lagi atau tidak. Artina, sejauh mana ketahanan citra ed (citra ang telah dikenai proses ing) dalam mempertahankan data ang dibawana apabila dilakukan serangan terhadapna sehingga data ang dibawa dapat dibuktikan kembali keberadaana Watermarking Watermarking adalah proses penempelan data (/label) ke dalam sebuah obek multimedia ang setipe (bertipe digital) di mana tersebut dapat dideteksi dan diekstrak/dipisahkan pada suatu saat untuk mendapatkan sebuah pernataan tentang obek multimedia tersebut. Obek tersebut dapat berupa gambar/citra atau audio ataupun video. Sebuah contoh sederhana dari digital adalah sebuah segel/tanda ang terlihat di atas sebuah gambar untuk identifikasi hak cipta. Dengan memberikan tanda ang berupa informasi pada barang ang diperjualbelikan akan diketahui bahwa barang tersebut asli atau hana sebuah salinan saja. Pada umumna, dalam proses ing terdapat tiga komponen utama aitu [5]: a. label/ b. proses penembunian label (penempelan). c. menghasilkan kembali label (verifikasi atau ekstraksi). Pada sistem ing terdapat beberapa komponen utama ang harus diperhatikan. Gambar 1 memperlihatkan komponen-komponen tersebut [7]. Kunci Noise Serangan Kunci Sinal pembawa Penempel Saluran komunikasi Pendeteksi Watermark Sinal Gambar 1. Sistem Digital Watermarking Pada sistem digital ing terdiri dari dua bagian utama aitu penempel dan pendeteksi. Penempel menempelkan sinal ke dalam sinal pembawa dan pendeteksi mendeteksi kehadiran sinal. Terdapat sebuah entitas kunci, kunci ini digunakan selama proses penempelan dan pendeteksian. Saluran komunikasi pada umumna berderau, aitu cenderung terjadi serangan terhadap keamanan data, maka teknik ing harus tahan terhadap derau atau serangan. Salah satu karakteristik digital ing adalah robust artina di dalam host data harus tahan terhadap beberapa operasi pemrosesan digital ang umum seperti penkonversian dari digital ke analog dan sebalikna, serta kompresi terutama kompresi loss. Penerapan metode ing pada domain frekuensi berarti data digital ditransformasikan dahulu ke dalam domain frekuensi, misalna dengan menggunakan Discrete Cosine Transform (DCT). Citra hasil pemrosesan ing dengan memanfaatkan transformasi DCT diharapkan akan lebih tahan terhadap serangan/pengolahan citra. DCT adalah transformasi ang sangat mirip dengan transformasi Fourier dan menghasilkan produk ang sejenis [8]. Transformasi ini akan mengolah titik-titik dari domain spasial dan mentransformasikanna ke bentuk sejenis dalam domain frekuensi. DCT mengolah sinal tiga dimensi ang digambar pada sumbu-sumbu X, Y, dan Z. TELKOMNIKA Vol. 4, No. 1, April 006 : 19-6

3 TELKOMNIKA ISSN: Pada kasus ini sinal adalah gambar grafik. Sumbu-sumbu X dan Y menunjukkan frekuensi dari sinal dalam dua dimensi ang berbeda. Amplitudo dari sinal pada kasus ini adalah nilai dari piksel pada titik di laar. Sebagai contoh adalah nilai ang digunakan untuk menajikan gambar dalam derajat keabuan (grascale). Gambar grafik ang ditampilkan di laar dapat dianggap sebagai sinal tiga dimensi ang kompleks dengan nilai sumbu Z ditunjukkan oleh warna pada laar pada titik ang bersangkutan. Ini adalah sinal ang direpresentasikan pada domain spasial. DCT dapat digunakan untuk mengubah informasi spasial ke bentuk frekuensi atau spektral. Terdapat fungsi invers DCT (IDCT) ang dapat membalikkan representasi spektral ke bentuk spasial mula-mula. Rumus DCT dua dimensi dapat ditunjukkan pada persamaan (1) dan rumus untuk Invers DCT ditunjukkan pada persamaan () sebagai berikut []: DCT C i, i, j C i C j pixel x, C j N 1 1 N 1 N 1 x 0 0 untuk i, j 0 untuk i, j 0 Cos x 1i 1 N Cos N j (1) i = posisi baris untuk koefisien DCT x = posisi baris untuk piksel N = banakna baris atau kolom j = posisi kolom untuk koefisien DCT = posisi kolom untuk piksel DCT dikenakan pada sebuah matriks bujur sangkar N N dari nilai-nilai piksel, dan akan menghasilkan sebuah matrik bujur sangkar N N dari koefisien frekuensi. Pixel C i, x, C i C j DCT i, j C j N 1 1 N 1 N 1 i 0 j 0 untuk i, j 0 untuk i, j 0 Cos x 1i 1 N Cos N j () Transformasi ini berbasiskan vektor. DCT membagi citra ke dalam 8 8 blok citra. Setiap blok akan dihitung koefisienna masing-masing. DCT dimensi menghasilkan citra hasil transformasi ke dalam matriks dimensi. 1.. Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) dan Normalized Cross Correlation (NC) PSNR digunakan untuk menentukan kualitas citra ed setelah disisipi. Citra ed dibandingkan dengan citra asli (citra host) untuk menentukan kualitas citra ed. Semakin besar nilai PSNR berarti penisipan pesan () ke dalam citra asli tidak menebabkan penurunan kualitas citra ed. Sebalikna jika nilai PSNR semakin kecil maka pada citra ed akan terjadi penurunan kualitas citra. Nilai PSNR biasana mempunai rentang nilai antara 0 db sampai dengan 60 db. Tabel 1 memperlihatkan nilai PSNR beserta penjelasanna [9]. Tabel 1. Nilai PSNR Rasio (db) Kualitas Citra 60 db Excellent, tanpa derau 50 db Good, terdapat banak derau tapi kualitas citra masih bagus 40 db Reasonable, terdapat butiran halus seperti salju dan beberapa detail citra hilang 30 db Poor, terdapat banak derau pada citra 0 db Unusable Implementasi Watermaking (Kartika Firdaus)

4 ISSN: Rumus untuk menghitung PSNR dapat dilihat pada persamaan (3) [4]. PSNR XY max p x. P x, x, P x. x, (3) P x, adalah citra host X, Y adalah ukuran citra. P x, adalah citra ang telah diberi. PSNR dalam satuan decibels (db) dapat dihitung dengan rumus (4) [4]. PSNR log.psnrdb (4) Nilai PSNR ang tinggi adalah lebih baik karena berarti rasio sinal terhadap derau juga tinggi. Sinal adalah citra asli dan derau adalah kesalahan dalam merekonstruksi kembali citra. Untuk mengukur kemiripan label asli dan label hasil ekstraksi secara kuantitatif digunakan Normalized Cross Correlation (NC) ang didefinisikan pada rumus (5) [6]. NC M 1 M 1 i0 j0 M 1 M 1 i, jw i, j W i, j i0 W j0 M M adalah ukuran dari label W adalah label hasil ekstraksi W adalah label asli (5). BAHAN DAN METODE PENELITIAN Penelitian ini menggunakan citra dengan format grascale. Ada dua jenis citra ang akan digunakan. Citra ang pertama disebut citra host (citra asli). Sedangkan citra ang kedua disebut label/. Watermark akan disisipkan ke dalam citra host dan menghasilkan sebuah citra ang selanjutna disebut sebagai citra ed. Langkah-langkah umum ang dilakukan dalam penempelan adalah sebagai berikut: a. Untuk setiap bit diubah ke dalam larikan bit-bit (vektor). b. Citra blok B ditransformasikan ke dalam domain DCT, misalna B t ang dibagi ke dalam 8 blok-blok 8 x 8 dan setiap blok dihitung koefisien DCT-na. Bit-bit ditempelkan di dalam middle-band koefisien DCT untuk membuat blok DCT ang diberi B tw di dalam domain DCT c. Langkah ang terakhir dalam proses penempelan adalah menerapkan invers DCT (IDCT) pada blok B tw hasil transformasi DCT untuk menciptakan blok B w. Gambar memperlihatkan diagram blok proses penempelan. Setelah citra ed terbentuk dan telah banak mengalami penimpanan ulang maka perlu dibuktikan kembali keberadaanna (diekstrak). Tujuan proses pengekstraksian ini adalah untuk melihat apakah tersebut tahan terhadap serangan (diasumsikan citra ed mengalami serangan sebelum dilakukan proses ekstraksi). Dan untuk membandingkan tingkat kemiripan dari label setelah proses ekstraksi maka asli juga disertakan dalam proses ekstraksi. TELKOMNIKA Vol. 4, No. 1, April 006 : 19-6

5 TELKOMNIKA ISSN: Blok Citra B Perhitungan nilai larik 8 bit kunci rahasia DCT 8 x 8 B t Penempelan B tw Invers DCT B w blok ed Gambar. Proses Penempelan Watermark Gambar 3 menunjukkan proses umum ang terjadi pada proses ekstraksi. Pertama kali citra ang diterima (citra ang diuji) dibagi menjadi 8 x 8 blok-blok non-overlapping. Setiap blok B mempunai tiga langkah utama dalam pembuktianna apakah citra tersebut sudah rusak atau belum, aitu perhitungan, ekstraksi, dan pembandingan. Blok Citra ang diterima Perhitungan nilai larik DCT 8 x 8 8 bit B t Ekstraksi asli W W Pembandingan Hasil kunci rahasia terekstrak Gambar 3. Proses Ekstraksi Label Watermark Proses ekstraksi memiliki langkah-langkah utama aitu : ' a. Blok B citra ang diterima ditransformasikan ke domain DCT B t ang membagi menjadi 8 blok-blok 8 x 8 dan untuk setiap koefisien blok 8 x 8 DCT dihitung. b. Larikan PN dihitung bersama dengan kunci rahasia K, dan kemudian dibandingkan dengan koefisien middle-band DCT dari blok B hasil transformasi. ' t c. Larikan bit (bitstream) ang terekstrak merepresentasikan W ang telah diekstrak. d. Untuk memverifikasi keaslian blok B pada citra maka terekstrak W dibandingkan dengan asli W. Guna menguji ketahanan citra ed, akan dikenai sebuah serangan. Serangan akan dilakukan dengan persepsi bahwa citra ang telah diserang masih bisa digunakan/ didistribusikan oleh pihak lain baik pihak ang mengetahui bahwa citra tersebut telah ditempeli sebuah pesan atau pihak ang sama sekali tidak mengetahui. Serangan ang akan dilakukan adalah kompresi loss JPEG. Dalam kompresi loss JPEG citra ed ang berekstensi BMP akan disimpan ulang dengan ekstensi JPG ang sebelumna ditentukan terlebih dahulu derajat kualitas citra hasil kompresi loss JPEG tersebut. Indeks kompresi ang digunakan adalah 5, 50, 75, dan 100. Implementasi DCT menggunakan MATLAB versi 7 dengan memanfaatkan fasilitas Image Processing Toolbox (IPT) ang ada di Matlab. IPT merupakan kumpulan fungsi-fungsi Implementasi Watermaking (Kartika Firdaus)

6 4 ISSN: untuk menampilkan dan memproses citra. Fungsi tersebut antara lain untuk operasi transformasi citra (dct, dct, idct, idct), ang digunakan untuk membantu dalam proses membuat citra ed. Untuk mempermudah dalam proses ing (menjadi lebih interaktif dan bisa dilihat komponen-komponen ang ada dalam proses ing), maka alat bantu dalam proses ing diwujudkan ke dalam sebuah aplikasi berbasis grafis/ Graphical User Interface (GUI). Fasilitas pembuatan GUI ini disertakan dalam Matlab versi HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Penisipan Watermark ke dalam Citra Pembawa (Citra Host) Dalam penisipan ke dalam citra host menggunakan program bantu, ang berisi algoritma proses penisipan ang telah diberi tambahan fungsi untuk mencari nilai PSNR ang digunakan untuk menguji kualitas citra ed. Untuk memperjelas proses penisipan dibuat GUI dengan tampilan seperti pada Gambar 4 ang mempunai bagian utama program ang digunakan untuk proses penisipan ing dan pencarian PSNR. Gambar 4. Tampilan GUI Program Sisip Watermark 3.. Serangan Kompresi Loss JPEG pada Citra Watermarked Serangan dilakukan pada citra ed untuk menguji ketahanan ang ada dalam citra ed tersebut. Serangan menggunakan program bantu ang berisi fungsi untuk menerang citra ed ang telah diberi tambahan fungsi untuk mencari nilai PSNR ang digunakan untuk menguji kualitas citra ed setelah diserang. Serangan ang diberikan adalah kompresi loss JPEG pada kualitas 5, 50,75, dan Ekstraksi Watermark dari Citra Watermarked Ekstraksi menggunakan program bantu berisi algoritma proses pengambilan ang telah diberi tambahan fungsi untuk mengetahui nilai NC asli dan hasil ekstraksi dari proses ekstraksi ing. Untuk memperjelas proses ekstraksi dibuat GUI ang mempunai bagian utama program ang digunakan untuk proses ekstraksi dan penentuan nilai NC. Citra host ang digunakan adalah citra ukuran 56x56 gra level dan berukuran 3x3 gra level 56. Algoritma ang dibuat menetapkan bahwa harus lebih pendek ukuranna dibandingkan dengan ukuran citra host (ukuran diperoleh setelah kedua citra diubah ke dalam data larik/vektor). Ukuran citra host dan dalam satuan piksel. Faktor ketahanan k dalam penelitian ini menggunakan lima buah variasi aitu : 10, 0, 30, 40, dan 50. Faktor ketahanan k akan berpengaruh pada kualitas citra ed. Pengaruh ini dapat dilihat pada Tabel ang memuat nilai PSNR untuk masing-masing citra ed. TELKOMNIKA Vol. 4, No. 1, April 006 : 19-6

7 TELKOMNIKA ISSN: Tabel. PSNR untuk Citra Host 56x56 dan Label Watermark 3x3 No Faktor k PSNR (db) ,5 0 58, , , , Pada Tabel dapat dilihat nilai PSNR ang cukup besar dan berdasarkan pada Tabel 1 (tabel kriteria kualitas citra) maka dapat dikatakan bahwa citra ed hasil proses ing menggunakan algoritma ang telah dibuat menghasilkan citra ed dengan kualitas reasonable sampai dengan excellent, karena PSNR berkisar antara 51, db sampai 64,5 db. Penerapan serangan terhadap citra ed akan dikenakan pada citra ed dengan faktor k = 30. Untuk memperlihatkan robustness terhadap kompresi loss JPEG, pertama kali citra ed dikompres dengan indeks 5, 50, 70, dan 100. Watermark akan diekstrak dari citra hasil kompresi loss JPEG tersebut. Tabel 3 memperlihatkan kualitas citra ed berdasarkan PSNR sesuai pendekatan pada Tabel 1. setelah citra tersebut dikenai proses serangan kompresi loss JPEG. Citra ang digunakan di sini adalah citra host berukuran 56x56 dan label 3x3 dengan faktor ketahanan 30 (citra ed hasil serangan di atas). Tabel 3. Kualitas Citra Watermarked cam56 Setelah Kompresi citra ed dengan faktor k = 30 No Jenis Serangan PSNR (db) Kualitas 1. Kompresi JPEG indeks 5 46,9 Reasonable. Kompresi JPEG indeks 50 49, 4 Good 3. Kompresi JPEG indeks 75 5,4 Good 4. Kompresi JPEG indeks ,3 Excellent Dalam proses ekstraksi melibatkan asli guna membuktikan kepemilikan citra host dan, karena algoritma ang digunakan mengharuskan melibatkan asli. Kemiripan antara kedua aitu ang tidak diproses ( asli) dan ang diperoleh dari hasil ekstraksi pemrosesan citra secara kuantitatif diukur dengan menggunakan Normalized Cross Correlation (NC). Hasil perhitungan untuk citra host dan dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Nilai NC Watermark Terekstrak dari Citra Host cam56 No Operasi Proses pada Citra Watermarked NC 1. JPEG Indeks 5 0,988. JPEG Indeks 50 0, JPEG Indeks 75 0, JPEG Indeks 100 0,965 Tabel 4 menunjukkan bahwa hasil uji terhadap penerapan ing memanfaatkan transformasi DCT memiliki ketahanan ang baik terhadap serangan kompresi loss JPEG. 4. KESIMPULAN Implementasi Watermaking (Kartika Firdaus)

8 6 ISSN: Dari penelitian ini dapat ditarik kesimpulan bahwa algoritma dan teknik ing ang diimplementasikan menunjukkan bahwa kualitas citra ed masih dalam keadaan baik aitu berkualitas reasonable sampai dengan excellent, karena PSNR berkisar antara 46,9 db sampai 76,3 db dan keberadaan masih dapat dipertahankan setelah dilakukan serangan (pemrosesan citra) pada citra ed dengan kompresi loss JPEG dengan melihat nilai Normalized Cross Correlation (NC) ang berada pada 0,965 sampai dengan 0,988. DAFTAR PUSTAKA [1] Cummins, J., Diskin, P., Lau, L., and Parlett, R., Steganograph And Digital Watermarking, School of Computer Science, The Universit of Birmingham, 004 [] Gonzales, R. C., and Wintz, P., Digital Image Processing, Prentice Hall, Addison Wesle Publishing, USA, 1987 [3] Herdiaman, A.I., Pengamanan Informasi dengan Menggunakan Teknik Least Significant Bits (LSB) pada Metode Steganograph dengan Delphi, Skipsi S-1, Universitas Ahmad Dahlan, Yogakarta, 004. [4] Shoemaker,C., Hidden Bits: A Surve of Techniques for Digital Watermarking, 00 [5] Suhono, H., Supangkat, Kusprianto dan Juanda, Watermarking sebagai Teknik Penembunian Label Hak Cipta pada Data Digital, Jurnal, Departemen Teknik Elektro Institut Teknologi Bandung, Bandung, 001 [6] Tsai, C. C and Chang, C. C., Embedding Robust Gra-level Watermark in an Image Using Discrete Cosine Transformation, Department of Computer Science and Information Engineering National Chung Chang Universit, Taiwan, ROC. [7] Digital Watermarking : A Technolog Overview [8] [9] TELKOMNIKA Vol. 4, No. 1, April 006 : 19-6