DIGITAL WATERMARKING IMAGE DENGAN MENGGUNAKAN DISCRETE WAVELET TRANSFORM (DWT) DAN SINGULAR VALUE DECOMPOSITION (SVD) UNTUK COPYRIGHT LABELING SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Mencapai Gelar Strata Satu Jurusan Informatika Disusun Oleh : NUR ANISAH M0509050 JURUSAN INFORMATIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015 i
ii
iii
MOTTO Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah nasib suatu kaum kecuali kaum itu sendiri yang mengubah apa-apa yang ada pada diri mereka (Q. S. Ar Ra d : 11) Sesungguhnya beserta kesulitan ada kemudahan (Q. S. Al-Insyirah : 6) Ilmu itu lebih baik dari harta, ilmu akan menjagamu sedangkan kamulah yang akan menjaga harta. Ilmu itu hakim (yang memutuskan segala perkara) sedangkan harta adalah yang dihakimi. Harta akan berkurang jika dibelanjakan sedangkan ilmu akan bertambah jika dibelanjakan. (Sayyidina Ali bin Abi Thalib) Vision without execution is hallucination (Thomas Alfa Edison) Kesuksesan adalah bisa pergi tidur setiap malam dengan jiwa yang damai (Paulo Coelho) iv
PERSEMBAHAN Kupersembahkan karya ini untuk : Orangtua terbaik sedunia, Bapak Satimin dan Ibu Suwarni, Adek-adekku tersayang, Siti Nur Qoyimah dan Siti Nur Na imah, Kakakku Mas Ahmad Yusro Arifin, Mbak Dewi Kurniasari serta keponakan tersayang, Faiza Shakira (Aira), Teman-teman tersayang, Choco, Dyah, Febri, Lynda, Vera, Atik, Toto, Azis, Bagus, Serta rekan-rekan Informatika 2009. v
KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr.Wb. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi dalam rangka menyelesaikan pendidikan strata satu Jurusan Informatika UNS yang berjudul Digital Watermarking Image dengan menggunakan Discrete Wavelet Trnasform dan Singular Value Decomposition (DWT-SVD) untuk Copyright Labeling. Shalawat serta salam senantiasa tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW, yang dengan perantaraan dan perjuangan Beliau-lah, manusia masa kini terbebas dari kebodohan. Di dalam penyusunan skripsi ini, penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari kata sempurna apalagi untuk disebut sebagai tulisan berbobot ilmiah. Tetapi penulis sudah berusaha semaksimal mungkin dalam pengerjaan tulisan ini. Proses penulisan skripsi ini tidak akan selesai tanpa bantuan dari berbagai pihak. Maka dari itu, penulis inginmengucapkan terima kasih yang sedalam dalamnya kepada : 1. Allah SWT, penguasa langit dan bumi ini. Tanpa ijin dan nikmat-nya, penulis tidak akan bisa menyelesaikan skripsi ini, 2. Bapak Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc, Ph.D selaku Ketua Jurusan Informatika FMIPA dan pembimbing penulis yang telah memberikan motivasi, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama proses pengerjaan skripsi ini, 3. Ibu Esti Suryani, S.Si., M.Kom. selaku pembimbing II penulis yang telah memberi banyak pengarahan kepada penulis, 4. Ibu Rini Anggrainingsih, S.T.,M.T. selaku Pembimbing Akademik yang selalu memberi bimbingan akademik selama penulis menempuh studi di Jurusan Informatika FMIPA UNS, 5. Bapak dan Ibu dosen Jurusan Informatika FMIPA UNS yang telah memberikan banyak pelajaran kepada penulis selama masa studi penulis. 6. Bapak Satimin dan Ibu Suwarni, yakni orangtua penulis yang tanpa lelah merawat dan mendidik penulis sejak kecil hingga dewasa, dan memberikan dukungan baik dukungan materiil maupun spiritual selama penyusunan skripsi ini, 7. Choco, Dyah, Febri, Lynda, Vera, Toto, Azis, Bagus, dan teman-teman Informatika 2009 lainnya yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu, yang telah memberikan vi
kehangatan dalam kebersamaan selama menempuh studi di Jurusan Informatika UNS, 8. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian penulisan karya tulis ini yang tidak mungkin penulis sebutkan satu persatu. Tak ada gading yang tak retak, tak ada karya manusia yang sempurna. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca dalam menambah wawasan dan mengembangkan ilmu pengetahuan terutama di bidang Informatika. Wassalamu alaikum Wr.Wb. Surakarta, Agustus 2015 Penulis vii
DIGITAL WATERMARKING IMAGE DENGAN MENGGUNAKAN DISCRETE WAVELET TRANSFORM DAN SINGULAR VALUE DECOMPOSITION (DWT-SVD) UNTUK COPYRIGHT LABELING NUR ANISAH Jurusan Informatika. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Penyebaran konten digital yang begitu mudah membuat pemberian identitas pada konten digital menjadi sangat penting. Konten digital yang tidak beridentitas membuatnya mudah diklaim oleh pihak yang tidak bertanggungjawab. Watermarking merupakan salah satu cara pemberian watermark yang mudah dan tanpa merusak konten yang disisipi. Teknik watermarking pada image digital dilakukan dengan mentransformasikan image dengan transformasi domain frekuensi Discrete Wavelet Tranform (DWT). Pengolahan image input seperti cover medium dan watermark sebelumnya diperlukan agar cover medium dapat disisipi. Pada makalah ini, DWT dipadukan dengan faktorisasi matrik Singular Value Decomposition (SVD) untuk Copyright Labeling yang bertujuan agar hasil watermarking lebih robust. Hasil penelitian menunjukan bahwa teknik watermarking dengan DWT-SVD mampu menghasilkan watermark yang tahan terhadap beberapa serangan seperti Gaussian Noise, Salt & Pepper Noise, dan Poisson Noise tetapi tidak tahan terhadap serangan bluring dan geometrical attacks (rotation dan cropping). Kata Kunci Image Digital, Discrete Wavelet Transform, Singular Value Decomposition, Watermarking viii
DIGITAL IMAGE WATERMARKING USING DISCRETE WAVELET TRANSFORM AND SINGULAR VALUE DECOMPOSITION (DWT-SVD) FOR COPYRIGHT LABELING NUR ANISAH Department of Informatic. Mathematic and Science Faculty. Sebelas Maret University ABSTRACT Digital content which so easy distributed makes the provision of identity on digital content become very important. Unmarked digital content can be easily claimed by certain people who di not responsible. Watermarking is one way of giving watermark easily without damaging the inserted content. Digital watermarking image technique is done by transforming image with frequency domain transformation Discrete Wavelet Transform (DWT). Generating watermark processing needed so cover medium can be inserted. In this paper, DWT is combined with Singular Value Decomposition (SVD) matrix factorization for copyright labeling so that the results more robust watermarking. The results showed that the watermarking technique with DWT-SVD is able to produce a watermark that is resistant to some attacks such as Gaussian Noise, Speckle Noise and Noise Poisson but not resistant to bluring attack and geometrical attacks (rotation and cropping). Kata Kunci Image Digital, Discrete Wavelet Transform, Singular Value Decomposition, Watermarking ix
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL..... ii MOTTO... iii PERSEMBAHAN... v KATA PENGANTAR... vi ABSTRAK... viii ABSTRACT... ix DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Pembatasan Masalah... 3 1.4 Tujuan Penelitian... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II... 5 TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Landasan Teori... 5 2.1.1 Digital Watermarking Image... 5 2.1.4 Singular Value Decompotition (SVD)... 13 2.1.5 Serangan Image terwatermark... 13 2.1.6 Pengukuran Kualitas Image Digital... 15 2.2 Penelitian Terkait... 17 2.3 Rencana Penelitian... 21 BAB III... 22 METODOLOGI PENELITIAN... 22 3.1 Persiapan Data Input... 22 x
3.2 Implementasi Sistem... 23 3.2.1 Proses Penyisipan Watermark... 24 3.2.2 Proses Ekstraksi Watermark... 29 3.3 Analisis Hasil dan Evaluasi... 32 3.3.1 Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) dan Mean Square Error (MSE)... 32 3.3.2 Normalized Correlation Coefficient (NC)... 33 BAB IV... 34 HASIL DAN PEMBAHASAN... 34 4.1 Proses Penyisipan Watermark... 34 4.2 Proses Ekstraksi Watermark... 49 4.3 Hasil Ekstraksi Watermark... 55 4.4 Analisa Hasil Ekstraksi Watermark pada Berbagai Level Dekomposisi... 56 4.5 Analisis Hasil Pengujian Ekstraksi Watermark dengan Berbagai Serangan... 58 4.5.1 Gaussian Noise... 58 4.5.2 Salt & Pepper Noise... 60 4.5.3 Poisson Noise... 62 4.5.5 Geometrical Attacks... 63 4.5.6 Blurring... 65 BAB V... 67 KESIMPULAN DAN SARAN... 67 5.1. Kesimpulan... 67 5.2. Saran... 67 DAFTAR PUSTAKA... 68 LAMPIRAN... 69 xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan Penelitian Terkait. 20 Tabel 4.1 Contoh Matriks RGB Cover Medium. 35 Tabel 4.2 Contoh Matriks RGB Watermark.. 42 Tabel 4.3 Hasil Ekstraksi Image terwatermark... 55 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Watermark dengan Berbagai Level Dekomposisi..... 56 Tabel 4.5 Hasil Pengujian Serangan Gaussian Noise. 59 Tabel 4.6 Hasil Pengujian dengan Serangan Salt & Pepper... 60 Tabel 4.7 Hasil Pengujian dengan Serangan Poisson Noise... 62 Tabel 4.8 Hasil Pengujian dengan Serangan Rotation.... 63 Tabel 4.9 Hasil Pengujian dengan Serangan Cropping..... 65 Tabel 4.9 Hasil Pengujian dengan Serangan Blurring... 66 xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Proses Encoding Image digital..6 Gambar 2.2 Proses Decoding Image Digital 6 Gambar 2.3 Perbedaan Gelombang (wave) dan wavelet..8 Gambar 2.4 Transformasi Wavelet 2D pada Image Digital level 1.11 Gambar 2.5 Skema Transformasi Wavelet pada image digital level 1 dan level 2... 12 Gambar 3.1 Diagram Tahapan Penelitian....22 Gambar 3.2 Diagram Alir Implementasi Penelitian..23 Gambar 3.3 Diagram Proses Penyisipan Watermark... 25 Gambar 3.4 Diagram Proses Ekstraksi Watermark..30 Gambar 4.1 Tampilan GUI Penyisipan Watermark. 48 Gambar 4.2 Tampilan GUI Ekstraksi Watermark.. 53 Gambar 4.3 Tampilan GUI Serangan Watermark.. 54 xiii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Source Code Penyisipan Watermark wmark.m 69 Lampiran 2. Source Code Penyisipan Watermark wmark.m 70 Lampiran 3. Source Code Ekstraksi Watermark ekstraksi.m 72 xiv