36 PERBANDINGAN KINERJA CITRA WATERMARKING DENGAN MENGGUNAKAN METODE DISCRETE WAVELET TRANSFORM (DWT) DAN DISCRETE COSINUS TRANSFORM (DCT) (Baharuddn) *) ABSTRACT The Research we propose s to compare watermarkng method usng Dscrete Wavelet Transform (DWT) wth Dscrete Cosnus Transform (DCT). From these two methods, we wll see the comparson of mage has been gven watermarkng. By lookng at the results of these two methods, the owner of dgtal mage can select the best method to protect hs data based to hs need. The watermarked mage wll be analyzed objectvely by means square error (MSE) and peak-to-peak sgnal to nose rato (PSNR). Then we wll look at ts nfluences after gven nose degradaton. The smulaton results showed the Dscrete Wavelet Transform (DWT) methods s the best f t s compare to Dscrete Cosnus Transform (DCT). Keywords: DWT, DCT, mage processng, nose, MSE, PSNR *) Jurusan Teknk Elektro Fakultas Teknk Unverstas Andalas, Emal: baharuddn@ft.unand.ac.d ; baharuddn.unand@yahoo.com Telpon : 0751-7056711 PENDAHULUAN Teknolog dgtal serta nternet saat n telah member kemudahan bag kta untuk melakukan akses serta mendstrbuskan berbaga nformas dalam format dgtal. Jka pengrman data dlakukan melalu jarngan, maka untuk menghndar pengkopan dan penggandaan bsa dlakukan enkrps. Dantara nformas-nformas multmeda tersebut, pemakaan ctra merupakan salah satu ftur yang pentng dan telah dgunakan secara luas dalam berbaga aplkas, sepert pada nternet, ctra meds, kamera keamanan jarak jauh, MMS (Multmeda Messagng Servce), dan beragam aplkas lannya (Baharuddn, 2005). Teknolog watermarkng, yang mencoba menjawab kebutuhan d atas, relatf mash baru dan belum matang serta mash membuka peluang rset yang luas. Ide awalnya muncul pada tahun 1990, dan pada tahun 1993 (Trkel et al: 1993) mula menggunakan kata 'watermark' dalam papernya. Namun baru pada tahun 1995 sampa 1996 topk n menjad perhatan dan mula menjad salah satu fokus rset. Teknk watermarkng bekerja dengan menyspkan sebagan nformas yang menunjukkan kepemlkan, tujuan, atau data lan, pada mater multmeda tanpa mempengaruh kualtasnya. Jad pada ctra (mage) dgtal, mata tdak bsa membedakan apakah ctra tersebut dssp watermark atau tdak. Sehngga pada teknolog n dkenal suatu persyaratan bahwa watermark haruslah mperceptble atau tdak terdeteks oleh ndera penglhatan (human vsual system/hvs) atau ndera pendengaran (human audtory system / HAS). (Suhono H, et al : 2001) Banyak metoda yang telah dgunakan pada teknk watermarkng n, sepert Suhono H. Supangkat, Kuspryanto dan Juanda dalam jurnalnya Watermarkng sebaga Teknk Penyembunyan label hak Cpta pada Data Dgtal mencoba untuk menggunakan teknk Randomly Sequenced Pulse Modulated Code (RSPPMC) yang dusulkan oleh Zhao & Koch tahun 2001, yang bekerja pada doman frekuens dengan DCT. Marek Candk, Eml Matus dan Dusan Levcky tahun 2001 juga melakukan peneltan tentang watermarkng dalam jurnalnya yang berjudul Dgtal Watermarkng n Wavelet Transform Doman. Dalam jurnal tersebut dhaslkan bahwa ctra yang dber watermark memlk ctra yang sama dengan ctra aslnya (tanpa dber watermark), dan juga memlk sfat yang tahan terhadap serangan nose, kompres serta cropng. Ctra
SAINSTEK Vol. XI, Nomor 1 September 2008 37 asl yang dsspkan watermark d lakukan dalam doman frekuens DCT. Sedang Pengembangan teknolog watermarkng pada ctra dgtal telah dtelt oleh Baharuddn pada tahun 2006 melalu dana HEDSJICA dan kemudan d terbtkan kedalam jurnal TEKNIKA Eds XIV Volume 2 Aprl 2007 halaman 20-24 dengan No.ISSN : 0854-8471. dengan judul Pengembangan Teknolog Watermarkng pada Ctra Dgtal sebaga proses penglabelan Hak Mlk. Dalam jurnal n dhaslkan kekokohan ctra watermark dar serangan nose dan sstem kompres ctra menggunakan metode DWT (Baharuddn, 2007). Peneltan yang dkerjakan dsn adalah mengacu pada teknk watermark yang dusulkan oleh Baharuddn (2007) yang bekerja pada transformas wavelet DWT dan Zhao & Koch (2001), yang bekerja pada doman frekuens dengan DCT. Berdasarkan uraan d atas maka telah dlakukan peneltan mengena perbandngan knerja ctra dgtal terwatermark dengan membandngkan metode Dscrete Wavelet Transform (DWT) dan Dscrete Cosnus Transform (DCT). Dengan melhat hasl unjuk kerja dar kedua metode yang dgunakan, maka dapat dketahu metode watermarkng mana yang terbak. Pengujan dlakukan dengan cara member pengaruh degradas nose berupa nose Gaussan, pada ctra yang telah terwatermak. Penlaan unjuk kerja devaluas dengan menggunakan nla MSE (Mean Square Error) dan PSNR (Peak to Peak Sgnal to Nose Rato). METODA PENELITIAN Metode peneltan yang dgunakan dalam peneltan n adalah metode ekspermental. Menurut (Nazr, Mohammad, 1983), peneltan ekspermental merupakan observas d bawah konds buatan, dmana konds tersebut dbuat A. Dscrete Wavelet Transform (DWT) Host dan datur oleh penelt dan peneltan dlakukan dengan melakukan manpulas terhadap objek peneltan serta adanya kontrol. Peneltan yang dlakukan tdak dkerjakan pada konds nyata, melankan smulas keadaan nyata dengan menggunakan MATLAB. Metode n dlakukan mengngat bahwa smulas dalam desan sstem merupakan persapan yang sangat pentng sebaga suatu sarana untuk melakukan optmas performans dan relabltas sstem, serta untuk memerksa ketepatan perancangan sebelum dmplementaskan pada keadaan nyata. Dtnjau dar tujuan dasarnya maka peneltan n termasuk ke dalam jens peneltan terapan, dmana peneltan n merupakan pemecahan terhadap suatu masalah untuk tujuan tertentu dan merupakan aplkas baru dar peneltan yang telah ada dengan berpedoman pada data sekunder (data dar hasl peneltan) yang relevan. 1. Sampel Peneltan Sampel peneltan yang dgunakan host tpe grayscale dengan kedalaman bt (bt depth) adalah 8 bt yang berukuran 1024 x 1024 dan dua buah ctra warna dengan kedalaman bt 24 bt (bt depth) yang berukuran 1024 x 1024 serta ctra watermark tpe gryescale yang berukuran 512 x 512 sebaga watermark yang akan dsspkan ke dua ctra host tersebut. 2. Desan Peneltan Peneltan n dlakukan dengan menyusun program smulas untuk melhat unjuk kerja ctra terwatermark dengan menggunakan Dscrete Wavelet Transform (DWT) dan Dscrete Cosnus Transform (DCT), untuk mendapatkan metode terbak yang akan dgunakan. Hal n dapat dlhat dar kelebhan dan kekurangan masng masng metode. Perancangan sstem peneltan dapat dlhat pada blok dagram berkut: Dekomposs Wavelet Ke-L Subjektf Penggabungan Koofsen Detl Invers Dekomposs Wavelet Level Ke-L Ctra Output Analsa Kesmpulan Watermark Dekomposs Wavelet Ke-L Objektf Gambar 1. Blok Dagram Pelekatan dengan Metode DWT. [Baharuddn : 2007]
38 Baharuddn B. Dscrete Cosnus Transform (DCT) Gambar 2. Blok Dagram Pelekatan Dengan Metode DCT. [Zhao & Koch : 2001] 3. Varabel Peneltan MSE dan PSNR dhtung dengan membandngkan antara ctra asl dengan ctra terwatermark. Dar perhtungan n dapat danalsa perubahan ctra asl terhadap ctra yang telah mengalam proses watermark. Selan tu nla MSE dan PSNR juga dgunakan dalam menganalsa pengaruh degradas nose terhadap ctra asl adan ctra terwatermark. 4. Teknk Analss Sstem Knerja sstem yang dsmulaskan, danalss dengan menggunakan analsa Objektf. Analsa objektf n dlakukan dengan mencar perhtungan nla MSE (Mean Square Error) dan Peak-Sgnal To-Nose Rato (PSNR). Analsa n dlakukan untuk melhat tngkat dstors pada ctra yang dber satu, dan dua watermark. Lalu juga dlakukan perhtungan jka terjad degradas berupa nose. Perhtungan MSE dperlukan untuk mendapatkan jumlah rata-rata terjadnya error pada proses watermarkng dengan persamaan berkut : [A. Sad dan W. A. Pearlman : 1996] 1 2 MSE f ˆ w m, n f m, n... (1) N Dmana m n j f, merupakan ntenstas pksel ctra asl, fˆ w ( m, n) merupakan ntenstas pksel ctra hasl watermarkng dan N merupakan jumlah pksel. Tngkat kebagusan ctra hasl watermarkng dapat dlhat melalu perhtungan PSNR dengan persamaan berkut: [A. Sad dan W. A. Pearlman : 1996] 2 255 PSNR 10 log... (2) MSE Pengaruh Degras pada Hasl pelekatan watermarkng akan duj tngkat ketahanannya (robustness) terhadap degradas ctra yatu berupa degradas nose. Proses pengujan dapat dlhat dar blok dagram berkut : Ctra Host + Ctra Output Watermark Nose Analsa Gambar 3. Proses Pengujan Terhadap Ctra Terwatermark Terhadap Serangan Nose Degradas Nose Nose adalah snyal yang tak dngnkan akbat kesalahan dalam proses akuss ctra yang menghaslkan nla-nla pksel yang tdak mencermnkan ntenstas yang real. Kualtas ctra sangat dpengaruh oleh tngkat keberadaan derau (nose) msalnya Gaussan Whte Nose. Gaussan whte nose merupakan model nose yang mengkut dstrbus normal standart dengan rata-rata nol dan standart devas 1. Efek gaussan whte nose pada gambar, yatu munculnya ttk-ttk berwarna yang jumlahnya sama dengan presentase nose. Rumusan untuk membangktkan nose n dapat dlhat pada persamaan (3) berkut n: [Deepa Kundur et. al : 1997]. Y (, j) = x (, j) + cp.a...(3) Dmana: A = nla blangan acak berdstrbus gaussan p = prosentase nose y(,j) = nla ctra terkena nose x(,j) = nla ctra sebelum terkena nose
SAINSTEK Vol. XI, Nomor 1 September 2008 39 5. Prosedur Peneltan Peneltan n akan dlakukan dengan urutan sebaga berkut : - Stud lteratur, dlakukan untuk memaham konsep-konsep teorts yang berhubungan dengan peneltan. - Algortma Perancangan Sstem. Algortma Pelekatan Watermark untuk Metode DWT Tahap-tahap pelekatan watermark dengan DWT adalah sebaga berkut : 1. Mamasukkan nla persen blok (B), Skala detal (s_w) dan skala pendekatan (s_f). 2. Menetapkan ctra host dan ctra watermatk. Memlh ruang warna untuk ctra (ctra berwarna) dengan memlh salah satu komponen dar kemudan dlakukan dekomposs wavelet terhadap ctra host dan ctra watermark. 3. Dar nla dekomposs dperoleh beberapa parameter yang dpaka dalam proses pelekatan. 4. Mengubah kolom koefsen detal menjad blok blok 5. Penggabungan koefsen detal dar ctra host dan ctra watermark dengan menggunakn persamaan : [Baharuddn : 2007] f w, o, l ( o. l o, l o. l n m, n) f ( m, n) s. w ( m, )... (4) 6. Mengembalkan blok blok yang telah dlakukan pelekatan watermark kadalam kolom kolom koefesn detal. 7. Merekonstruks kembal koefsen detal dmana ctra hasl dar rekonstruks merupakan ctra yang telah terwatermark. 8. Dalam setap pelekatan dhtung Mean Square Error (MSE) dan Peak Snyal to Nose Rato (PSNR). Dar ctra asl terhadap ctra terwatermark. Algortma Pelekatan Watermark dengan Metode DCT Tahap-tahap pelekatan watermark dengan DCT adalah sebaga berkut : 1. Memasukkan nla parameter skala (α) sebaga tngkat ketdak tampakan dar ctra watermark. 2. Menetapkan ctra host dan ctra watermatk. Memlh ruang warna untuk ctra berwarna dengan memlh salah satu komponen dar kemudan matrk dubah menjad matrk satu bars. 3. Transformas setap nla matrk ke doman frekuens dengan proses DCT 2D. 4. Mengurutan nla matrk dar frekuens rendah ke frekuens tngg kemudan menympan n koefsen DCT dan mengngat possnya. 5. Proses pelekatan watermark dengan menggunakan persamaan. [Zhao & Koch: 2001]. v = v + x... (5) 6. Mengembalkan koefsen baru ke poss semula. 7. Hasl dar proses pelekatan d dnverskan kembal dan dubah kembal menjad matrk M x N. 8. Hasl dar nver merupakan ctra terwatermark. 9. Dalam setap pelekatan dhtung Mean Square Error (MSE) dan Peak Snyal to Nose Rato (PSNR). Dar ctra asl terhadap ctra terwatermark. - Perancangan sstem dan penyusunan program smulas dengan menggunakan bahasa pemrograman MATLAB. - Analsa hasl smulas. - Penyusunan laporan peneltan. ANALISA DAN PEMBAHASAN Smulas pelekatan watermark dengan dua metode yatu Dscrete Wavelet Transform (DWT) dan Dscrete Cosnus Transform (DCT). Hasl pelekatan watermark tersebut akan dbandngkan dengan ctra host tanpa watermark, lalu dbandngkan hasl secara perhtungan dengan nla Mean Sequence Error (MSE) dan Peak Sgnal to Nose Rato (PSNR). Smulas n dlakukan dengan menggunakan parameter sebaga berkut : - Ctra host gray-scale berukuran 1024 x 1024 - Ctra berwarna berukuran 1024 x 1024 - Ctra watermark gray-scale berukuran 512 x 512 Pengujan Nla Parameter Skala untuk kedua metode yang dber nose Gaussan Smulas dlakukan dengan membangktkan nose Gaussan sebaga pengujan terhadap ctra terwatermark pada kedua metode, yang memlk rata-rata nol dan varans = 0,1. Kemudan pengujan n juga dlakukan terhadap parameter nvcbelty atau parameter
40 Baharuddn ketdaktampakan ctra watermark dalam ctra host. Skala pendekatan pada metoda DWT berksar antara 0,02 sampa 0,2 dan nla parameter untuk metoda DCT berksar dar 0 sampa 1. Pengujan n bertujuan untuk menentukan nla parameter skala yang terbak dar Metode DWT Ctra Asl gray scale gray scale masng masng metode yang akan duj. Hasl dar pengujan parameter skala dapat dlhat pada tabel 1. Hasl pelekatan ctra watermark dengan membandngkan kedua metode yang telah dgunakan, dapat dlhat pada gambar 4 dan gambar 5. Metode DCT Ctra Asl gray scale gray scale MSE = 0.9581 PSNR = 48.3167dB MSE = 151.2608 PSNR = 26.3335dB Gambar 4. Perbandngan Ctra Hasl Pelekatan watermark dengan Metode DWT dan DCT pada Ctra Host grayscale. Ctra Asl Metode DWT Ctra Asl Metode DCT MSE = 0.3193 PSNR = 53.0889dB MSE = 50.410631 PSNR = 31.1056dB Gambar 5. Perbandngan Ctra Hasl Pelekatan watermark dengan Metode DWT dan DCT pada Ctra Host. Tabel 1. Pengujan nose dan parameter skala pendekatan untuk metoda DWT Skala Grayscale pendekatan MSE PSNR MSE PSNR 0,02 0.9581 48.3167 0.3193 53.0889 0,04 3.8072 42.3247 1.2687 47.0973 0,06 8.5543 38.8090 2.8501 43.5823 0,08 15.1960 36.3135 5.0623 41.0873 0,1 23.7333 34.3772 7.9058 39.1513 0,12 34.2841 32.7799 11.3755 37.5711 0,14 59.2437 30.4044 15.5520 36.2129 0,16 75.8928 29.3288 24.9884 34.1534 0,18 93.9360 28.4025 31.1833 33.1916 0,2 113.799 27.5694 37.8648 32.3485 Tabel 2. Pengujan Parameter Skala untuk Metoda DCT Skala Grayscale pendekatan MSE PSNR MSE PSNR 0,1 151.260 26.3335 50.4106 31.1056 0,2 603.601 20.3233 201.107 25.0965 0,3 1352.03 16.8209 451.616 21.5831 0,4 2382.13 14.3611 800.817 19.0955 0,5 3663.64 12.4917 1246.81 17.1728 0,6 5107.58 11.0486 1787.25 15.6090 0,7 6583.51 9.9462 2418.97 14.2945 0,8 7975.84 9.1130 3136.10 13.1669 0,9 9195.48 8.4951 3925.14 12.1923 1 10205.5 8.0425 4763.77 11.3513
SAINSTEK Vol. XI, Nomor 1 September 2008 41 Dar tabel 1, gambar 4, dan gambar 5 dapat dlhat bahwa dengan pengujan nose gaussan (rata-rata sama dengan nol dan varans = 0,1) ddapatkan bahwa nla skala pendekatan yang terbak untuk metode DWT pada ctra grayscale adalah dengan nla skala pendekatan = 0,02. Dengan nla n dhaslkan MSE 0,9581 dan nla PSNR sebesar 48,3167 db. Begtupun pada ctra ddapatkan nla MSE sebesar 0,3193 dan nla PSNR sebesar 53,0889 db. Hasl n menunjukkan bahwa ctra memlk hasl yang lebh bak, hal n dsebabkan karena pada ctra, proses pelekatan ctra watermark dtempatkan pada salah satu ruang warna. Sedangkan pada ctra gray scale, proses pelekatan ctra watermarknya dtempatkan d seluruh rentang warna grayscale tersebut. Dar tabel 2, gambar 4, dan gambar 5 dapat dlhat bahwa dengan pengujan nose gaussan (rata-rata sama dengan nol dan varans = 0,1) ddapatkan bahwa nla parameter skala yang terbak untuk metode DCT pada ctra grayscale adalah nla parameter skala (α) = 0,1. Dengan nla n dhaslkan MSE 151,2608 dan nla PSNR sebesar 26,3335 db. Begtpun pada ctra ddapatkan nla MSE sebesar 50,410631 dan nla PSNR sebesar 31,1056 db. Hasl n menunjukkan bahwa ctra memlk hasl yang lebh bak, hal n dsebabkan karena pada ctra, proses pelekatan ctra watermark dtempatkan pada salah satu ruang warna. Sedangkan pada ctra gray scale, proses pelekatan ctra watermarknya dtempatkan d seluruh rentang warna grayscale tersebut. Dar melhat hasl analsa perbandngan yang dlakukan dalam percobaan n, maka metode DWT menunjukkan hasl yang terbak dbandngan dengan metode DCT, yatu memlk nla error yang kecl (bak ctra grayscale maupun ctra ) dan kualtas ctra yang lebh bagus (bak ctra grayscale maupun ctra ) pada ctra terwatermark. SIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasl peneltan yang dlakukan, maka dapat dambl kesmpulan bahwa nla nose gaussan yang dujkan (ratarata sama dengan nol dan varans = 0,1) menunjukkan bahwa metode DWT lebh bak dar metode DCT. Hasl pengujan nose n dlakukan untuk melhat sfat nvcbelty yatu suatu parameter ketdaktampakan ctra watermark dalam ctra host. Pada metode DWT dhaslkan nla skala pendekatan = 0,02. Nla pendekatan n merupakan hasl yang terbak, bak pada ctra grayscale maupun pada ctra (untuk ctra gray scale ddapatkan MSE 0,9581 dan nla PSNR sebesar 48,3167 db. Begtupun pada ctra ddapatkan nla MSE sebesar 0,3193 dan nla PSNR sebesar 53,0889 db). Sedangkan pada metode DCT dhaslkan nla parameter skala (α) = 0,1. Nla skala n merupakan hasl yang terbak, bak pada ctra grayscale maupun ctra (untuk ctra grayscale ddapatkan MSE 151,2608 dan nla PSNR sebesar 26,3335 db. Begtupun pada ctra ddapatkan nla MSE sebesar 50,410631 dan nla PSNR sebesar 31,1056 db). DAFTAR RUJUKAN A. Sad dan W. A. Pearlman, (1996), A New, Fast, and Effcent Image Codec Based on Set Parttonng In Herarchcal Trees, IEEE Trans. Crcuts Syst Vdeo Technol., vol. 6 pp. 243-250, jun. Baharuddn, (2007), Pengembangan Teknolog Watermarkng pada Ctra Dgtal sebaga Proses Penglabelan Hak Mlk, Jurnal Teknka Eds XIV Aprl pp 20-24. Baharuddn, (2005), Penngkatan Performance Sstem Komunkas Dgtal Dengan Menggunakan Teknk Dversty Penerma Equal Gan Combnng, Jurnal Momentum Insttut Teknolog padang, No.: ISSN : 1693-752X, pp. 24 29, Agustus Baharuddn, (2005), Transms Ctra dengan Teknk Dversty pada Kanal Wreless, Thess, Instut Teknolog Sepuluh November, (Januar 2005). C.S. Burrus, R.A. Gopnath, dan G. Hatao., (1996), Introducton to Wavelets and Wavelet Transforms. Jurnal. Prentce- Hall Internatonal, Inc. Deepa Kundur dan Dmtr Hatznakos, (1997), A Robust Dgtal Image Watermarkng Method usng Wavelet-Based Fuson, Proc. of IEEE Int. Conference on ImageProcessng, Vol. 1, pp. 544 547.
42 Baharuddn M. Candk, E. Maltus, D. Levcky, (2001), Dgtal Watermarkng n Wavelet Transform Doman. Rado Engneerng, Proc. Of IEEE Int. Conference on ImageProcessng,Vol 10, No. 2 pp. 83-88, July. Nazr, Mohammad, (1983), Metode Peneltan, Jakarta : Ghala Indonesa. Supangkat, Suhono. H., Kuspryanto, dan Juanda. (2001), Watermarkng sebaga Teknk Penyembunyan Label Hak Cpta pada Data Dgtal, Majalah Ilmah Teknk Elektro.