STMIK MDP Program Studi Teknik Informatika Skripsi Sarjana Komputer Semester Ganjil Tahun 2011/2012 RANCANG BANGUN APLIKASI WATERMARKING PADA CITRA DIGITAL MENGGUNAKAN DISCRETE COSINE TRANSFORM (DCT) Muhammad Bobby S 2008250099 Lilyana Aini K 2008250161 Pembimbing I : Shinta Puspasari, S.Si., M.Kom Pembimbing II : Rachmansyah, S.Kom Abstract Watermarking is a data identification, inserted in a digital image that we want to protect, contains information concerning the copyright protection and authentication data, such as the authors identity, owner, distributor or the legitimate customer of the digital data. In this research, a watermarking technique works at the medium frequency reqion, through the process of embedding the watermarking bit over the Discrete Cosine Transform (DCT) coefisiens which has been specified to get a balance between robustness and transparency. By utilizing the characteristics of the DCT coeficiens, it is possible to extract the watermark bits properly without using the original image. The system itself developed using an iterative model approach. The main purpose of this system is to analyze the DCT transformation in the process of watermark insertion and extraction, both in terms of speed, the size of the file, changes in the watermarked image, image changes from the result of extraction, and the robustness of watermark from a number of attacks. The test result proved that the watermarking technique can the criteria of the transparency. The process of watermark insertion and extraction is rapid and the size of watermarked image is remain unchanged. Key Words : Data Mining, Clustering, Spatial Clustering Abstrak Watermarking merupakan sebuah identifikasi data yang disisipkan dalam citra digital yang akan dilindungi, mengandung informasi yang menyangkut perlindungan hak cipta dan autentikasi data, seperti identitas pencipta, pemilik, distributor, ataupun konsumen yang sah dari data digital tersebut. Pada penelitian ini, teknik watermarking bekerja pada daerah berfrekuensi menengah, melalui proses penyisipan bit tanda air pada koefisien-koefisen Discrete Cosine Transform (DCT) yang telah ditentukan untuk mendapatkan keseimbangan antara ketahanan dan transparansi. Dengan memanfaatkan karakteristik koefisien-koefisien DCT tersebut, maka sangat memungkinkan untuk mengekstrak bit tanda air dengan tepat tanpa menggunakan citra asli. Metodologi pengembangan sistem menggunakan pendekatan model iteratif. Tujuan utama sistem ini adalah untuk menganalisis transformasi DCT dalam proses penyisipan dan ekstraksi tanda air, baik dari 1
segi kecepatan waktu, besar ukuran file, perubahan citra bertanda air, perubahan citra hasil ekstraksi, maupun ketahanan tanda air dari beberapa serangan. Hasil pengujian membuktikan bahwa teknik watermarking tersebut dapat memenuhi kriteria transparansi. Proses penyisipan dan ekstraksi tanda air berlangsung cepat serta ukuran citra hasil watermarking tidak berubah. Kata Kunci : air bersih, Alat penyaring air sederhana 2 PENDAHULUAN Dengan perkembangan komputer digital dan perangkat-perangkat lainnya yang serba digital, telah membuat data digital banyak digunakan. Digital watermarking saat ini banyak dipergunakan secara luas. Selain sebagai mekanisme perlindungan dokumen digital (copyright protection), digital watermarking juga dipergunakan dalam penelusuran sumber dokumen digital (source tracking). Biasanya dokumen digital yang diterima pengguna diberi tanda air yang berbeda sehingga bila dokumen digital tersebut disebar ulang, dapat diketahui sumbernya. Digital watermarking juga digunakan sebagai penanda siaran media massa (broadcast monitoring) serta komunikasi tertutup (rahasia). Dalam watermarking ada beberapa metode-metode yang digunakan, salah satunya adalah Discrete Cosine Transform (DCT). Inti watermarking dalam domain transform adalah sebuah transformasi balikan (inverse transform) harus dijalankan untuk mendapatkan citra bertanda air. Discrete Cosine Transform (DCT) biasa digunakan untuk mengubah sebuah sinyal menjadi komponen frekuensi dasarnya. Masing-masing fungsi basis memiliki frekuensi yang berbeda-beda, karena itu, transformasi DCT termasuk ke dalam transformasi domain frekuensi. Pada metode domain frekuensi ini, tanda air tidak langsung disisipkan pada piksel-piksel tertentu. Berkas citra terlebih dahulu harus ditransformasikan menjadi salah satu bentuk transform (berbentuk seperti matriks frekuensi) sebelum disisipkan bit-bit tanda air. Dari masalah di atas, aplikasi watermarking yang akan dibangun adalah aplikasi watermarking dengan menggunakan metode DCT (Discrete Cosine Transform). Watermarking dalam Discrete Cosine Transform (DCT) domain ini dipilih karena DCT lebih tahan terhadap serangan yang dapat merusak tanda air dengan menghitung kuantitas bit-bit image dimana pesan tersebut disembunyikan didalamnya. Walaupun image yang dikompresi dengan lossy compression akan menimbulkan kecurigaan karena perubahan LSB akan terlihat jelas, pada metode ini hal ini tidak akan terjadi karena metode ini terjadi
di domain frekuensi di dalam image, bukan pada domain spasial, sehingga tidak akan ada perubahan yang terlihat pada cover image. 3 METODOLOGI Dalam mengembangkan aplikasi ini, digunakanlah metodologi iteratif. Adapun tahap-tahap dari metode iteratif yaitu analisis, desain, pemberian kode program, dan pengujian. Iteratif merupakan sebuah pendekatan pada software development (pengembangan software) yang lebih memusatkan gagasan pengembangan dalam bentuk siklus, daripada melakukan semuanya secara sekaligus. Metode ini tidak sesuai pada semua jenis software namun dapat sangat bermanfaat dan sangat menguntungkan pada pengaturan tertentu. Merupakan hal yang penting untuk dipahami, bahwa iterative development bukanlah merupakan sebuah pengembangan yang tidak terencana atau spontan. Faktanya, proses pengembangan software terstrukturisasi dengan baik. Model iteratif (iterative model) mengombinasikan proses-proses pada model air terjun (waterfall) dan iteratif pada model prototipe. Model iteratif akan menghasilkan versi-versi perangkat lunak yang sudah mengalami penambahan fungsi untuk setiap pertambahan increment. HASIL DAN PEMBAHASAN I. Landasan Teori A. Digital Image Watermarking Kebutuhan terhadap perlindungan kepemilikan citra digital mendorong untuk dikembangkannya teknik penyembunyian data pada citra digital. Data yang disembunyikan atau disisipkan pada citra digital dapat berupa teks, citra, atau suara. Citra digital disisipi dengan tanda air menggunakan kunci sebagai sarana kepemilikan untuk dapat membuka tanda air yang disisipkan melalui encoder yang berisi algoritma penyisipan tanda air ke dalam citra digital.
4 Proses watermarking perlu didukung dengan proses ekstraksi tanda air dari citra bertanda air. Proses ekstraksi ini bertujuan untuk mendapatkan kembali citra digital asal dan tanda air yang disisipkan dalam citra digital tersebut. Secara umum jenis serangan terhadap citra bertanda air dibagi menjadi dua, yaitu : 1. Serangan Standar (standard attack) Serangan standar biasanya merupakan serangan yang tidak disengaja untuk merusak atau mendapatkan tanda air di dalam citra bertanda air. Contohnya yaitu cropping, serangan geometris (geometrical attack), kompresi, penambahan noise. 2. Malicious Attack Untuk jenis serangan kedua, yaitu malicious attack masih dibagi lagi menjadi tiga jenis serangan yaitu penghilangan tanda air (watermark removal), deteksi atau perkiraan tanda air (watermark detection or estimation ), dan penulisan tanda air (watermark writing). B. Indikator Kualitatif Watermarking Sebuah teknik watermarking yang bagus harus memenuhi persyaratan berikut : 1. Imperceptibility Keberadaan tanda air tidak dapat dilihat oleh indra manusia. Hal ini untuk menghindari gangguan pengamatan visual. 2. Key uniqueness Bila digunakan kunci sebagai pengamanan maka kunci yang berbeda harus menghasilkan tanda air yang berbeda pula. 3. Noninvertibility Secara komputasi sangat sukar menemukan tanda air bila yang diketahui hanya citra bertanda air saja. 4. Image dependency Membuat tanda air bergantung pada isi citra dengan cara membangkitkan tanda air dari nilai hash (message digest) citra asli karena nilai hash bergantung pada isi citra.
5 5. Robustness Tanda air harus kokoh terhadap berbagai manipulasi operasi, seperti penambahan derau aditif (Gaussian atau non-gaussian), kompresi (seperti JPEG), transformasi geometri (seperti rotasi, perbesaran, perkecilan), dan lain-lain. C. Discrete Cosine Transform (DCT) Metode Discrete Cosine Transform (DCT) yaitu sebuah fungsi dua arah yang memetakan himpunan N buah bilangan real menjadi himpunan N buah bilangan real pula. Secara umum, DCT satu dimensi menyatakan sebuah sinyal diskrit satu dimensi sebagai kombinasi linier dari beberapa fungsi basis berupa gelombang kosinus diskrit dengan amplitude tertentu. Masing-masing fungsi basis memiliki frekuensi yang berbeda-beda, karena itu, transformasi DCT termasuk ke dalam transformasi domain frekuensi. Pada metode domain frekuensi ini, tanda air tidak langsung disisipkan pada piksel-piksel tertentu. Berkas citra terlebih dahulu harus ditransformasikan menjadi salah satu bentuk transform (berbentuk seperti matriks frekuensi) sebelum disisipkan bit-bit tanda air. Seperti yang telah disebutkan di atas, penyisipan tanda air pada citra di ranah DCT dilakukan dengan cara terlebih dahulu melakukan transformasi DCT terhadap citra yang akan disisipi tanda air. Setelah dilakukan transformasi, kemudian dilakukan modifikasi terhadap koefisien-koefisien DCT sesuai dengan bit tanda air yang akan disisipkan. Setelah dilakukan modifikasi, dilakukan inverse DCT untuk mengembalikan data citra dan teks ke ranah spasial. II. Keunggulan dan Analisis Hasil Pengujian Program A. Keunggulan Program Keunggulan program watermarking pada citra digital dengan menggunakan metode Discrete Cosine Transform adalah sebagai berikut : 1. Sebuah citra dapat kita sisipkan suatu citra atau teks kedalamnya. 2. Citra yang telah diberi tanda air dapat diekstrak kembali dan keluarannya berupa citra tanda air.
6 3. Program watermarking bisa digunakan sebagai otentifikasi kepemilikan suatu citra digital. 4. Ketahanan citra yang telah diberi tanda air dari gangguan seperti penggantian format citra, kompresi, dan pemberian noise sampai dengan batas tertentu. 5. Kemudahan dalam penggunaan aplikasi yang dapat dimengerti atau dipahami oleh user. B. Analisis Hasil Pengujian Pada tahap ini akan dilakukan pengujian penyisipan dan ekstraksi, untuk dapat dilakukannya penyisipan dan ekstraksi, citra tanda air harus lebih lebih kecil dari citra asli, dan ukurannya pixelnya dapat dalam perbandingan ukuran pixel pada citra asli dan citra tanda air. Tabel 1. Pengujian Penyisipan Citra dan Ekstraksi Tabel 2. Pengujian Penyisipan Teks dan Ekstraksi Tabel 3. Pengujian Ketahanan Metode DCT pada Citra Watermarking
7 Tabel 4. Pengujian Ketahanan Metode DCT pada Teks Watermarking Dapat disimpulkan bahwa metode DCT pada watermarking cukup baik, karena dari pengujian pada tabel diatas dapat kita lihat hasil ekstraksi citra bertanda air yang telah diberi serangan masih menghasilkan hasil ekstraksi yang cukup baik. Pada tahap ini dilakukan pengujian dengan menggunakan serangan malicious Attack berupa deteksi atau perkiraan tanda air (watermark detection or estimation), pada proses ekstraksi jika dipilih tanda air yang bukan tanda air asli tetapi ukuran pixel gambar tanda airnya sama proses ekstraksi tetap akan dilakukan karena pada proses ekstraksi dilakukan perbandingan koefisien-koefisien DCT, oleh karena itu ekstraksi tetap bisa terjadi tetapi hasil ekstraksi akan tetap citra tanda air aslinya. Tabel 5. Pengujian dengan Citra Tanda Air yang Berbeda
8 Tabel 6. Pengujian dengan Teks Tanda Air yang Berbeda Begitu pula pada pengujian dengan menggunakan serangan Malicious Attack berupa penulisan tanda air (watermark writing), citra yang sudah diberi tanda air akan diberi tanda air kembali dengan tanda air yang berbeda. Citra yang bertanda air apabila diberi tanda air kembali dengan citra tanda air yang berbeda maka citra tanda air yang lama akan tertimpa dengan tanda air yang baru. Dengan kata lain, metode DCT ini kurang bagus terhadap Malicious Attack. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Adapun kesimpulan dari hasil proses pengembangan dan pengimplementasian aplikasi ini, yaitu : 1. Metode Discrete Cosine Transform (DCT) dapat digunakan dalam Watermarking Citra Digital. 2. Semakin besar ukuran data maka waktu proses Watermarking dan Ekstraksi semakin lama. 3. Aplikasi Watermarking Menggunakan Metode Discrete Cosine Transform (DCT) ini mampu menyisipkan berkas tanda air berupa citra dan teks pada citra digital tanpa merusak citra digital tersebut sehingga tidak dapat dibedakan antara citra asal dan citra bertanda air. 4. Aplikasi Watermarking Menggunakan Metode Discrete Cosine Transform (DCT) ini mampu mengekstraksi berkas tanda air berupa citra dan teks dari citra bertanda air. Namun, terdapat noise pada tanda air ekstraksi. Hal ini disebabkan pada transformasi domain frekuensi dan kompresi citra, terjadi kehilangan informasi karena sifat kompresi JPEG yang lossy.
9 5. Pada pengujian citra bertanda air yang diberi serangan berupa blur dan noise, citra bertanda air masih dapat di ekstraksi, dan pada pengujian dengan serangan Malicious Attack metode DCT tidak baik karena ada tanda airnya bisa diketahui dan tanda airnya dapat digantikan dengan tanda air berbeda dari sebelumnya. 6. Kesimpulan yang di dapat dari kuesioner yang dibagikan yaitu Aplikasi Watermarking Menggunakan Metode Discrete Cosine Transform (DCT) ini memiliki hasil yang baik dalam penyisipan dan ekstraksi tanda air pada citra dan teks. Saran Saran yang dapat direkomendasikan untuk aplikasi ini adalah: 1. Untuk pengembangan lebih lanjut watermarking dengan menggunakan metode Discrete Cosine Transform (DCT) ini agar dapat dibuat untuk watermarking citra berwarna juga, tidak hanya untuk citra grayscale. 2. Mengkombinasikan metode (DCT) dengan metode lainnya yang berdomain transform misalkan dengan metode Discrete Wavelet Transform (DWT) dengan harapan dapat menghasilkan Citra bertanda air yang lebih tahan terhadap serangan Malicious Attack. DAFTAR PUSTAKA Ariyus, Dony. 2009, Keamanan Multimedia. Andi, Yogyakarta. Away, Gunaidi Abdia. 2010, The Shortcut of MATLAB Programming, Informatika, Bandung. Eddins, Steven L., Woods, Richard E., & Gonzales, Rafael C.,2005, Digital Image Processing Using Matlab. Prentice, Hall. Hasan, Talib Hashim. 2005, Belajar Sendiri Dasar-dasar Pemrograman MATLAB, Gaya Media, Yogyakarta. Munir, Rinaldi. 2004, Pengolahan Citra Digital dengan Pendekatan Algoritmik, Graha Ilmu, Yogyakarta. Persada, Bayu Adi. 2005, Studi dan Implementasi Non Blind Watermarking Dengan Metode Spread Spectrum. Diakses 24 Agustus 2011, dari http://webmail.informatika.org/~rinaldi/ta/makalah_ta%20bayu%20adi%20persad a.pdf.
10 Salahuddin, M., Rosa, A.S,. 2011, Modul Pembelajaran Rekayasa Perangkat Lunak (Terstruktur & Berorientasi Objek).Modula. Sutoyo, T. 2009, Teknik Pengolahan Citra Digital, Andi, Yogyakarta. Wijaya, Marvin Ch. 2007, Pengolahan Citra Digital Menggunakan MATLAB, Informatika, Bandung. Lampiran 1. Gambar 1. Tampilan Menu Utama Gambar 2. Tampilan Watermarking Citra Gambar 3. Tampilan Ekstraksi Citra Gambar 4. Tampilan Watermarking Teks
11 Gambar 5. Tampilan Ekstraksi Teks Gambar 4. Tampilan FormTentang Kami