implementasi watermarking citra digital berbasis

 IMPLEMENTASI WATERMARKING CITRA
DIGITAL BERBASIS LIFTING SCHEME
MENGGUNAKAN
PERMUTASI RC-4 DAN LINEAR
CONGRUENTIAL GENERATOR (LCG)
Implementation of Digital Image Watermarking Based on Lifting
Scheme Using the RC-4 Permutations and Linear Congruential
Generator (LCG)
PROYEK AKHIR
untuk memenuhi sebagian persyaratan menyelesaikan
pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Telekomunikasi
Jurusan Teknik Elektro
diajukan oleh:
PUNGKI SUSANTI
091331053
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2012
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmanirrahim, puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat
Allah
SWT yang telah memberikan rahmat-Nya kepada penulis, hingga akhirnya
tugas akhir dan buku laporan tugas akhir ini dapat penulis selesaikan. Tidak lupa
shalawat serta salam selalu tercurah bagi Rasulullah SAW.
Dalam proses tugas akhir ini penulis menemukan berbagai kendala dalam
penyelesaiannya, tetapi berkat Allah dan pihak-pihak lain yang ikut berperan
didalamnya,
maka penulis dapat melaluinya. Untuk itu, penulis ingin megucapkan
terima
kasih kepada Allah SWT yang telah memberikan keberkahan dalam
hidupku dan pihak-pihak yang telah membantu, yaitu:
1. Kedua orangtuaku yang selalu memberikan dorongan semangat, kekuatan
dan doa dalam hidup penulis, dan selalu memberikan ide-ide kreatif
disetiap langkah perjuanganku.
2. Kakakku Pipin Nurmalinda serta adik-adikku Sentanu Putra Dewanata dan
Aria Okta Artha yang selalu memberikan dukungan.
3. Ibu Mina Naidah Gani, DUT, ST .M .Eng. selaku pembimbing I. Terima
kasih atas bimbingan, masukan, saran serta kesediaan waktunya dalam
membimbing penulis.
4. Bapak Ir. Hertog Nugroho, M.Sc., Ph.D. selaku pembimbing II. Terima
kasih untuk bimbingan, masukan, kesediaan waktunya serta kesabarannya
dalam membimbing penulis untuk menyelesaikan proyek akhir ini.
5. Bapak Ferry Satria, BSEE, MT, Bapak Moh. Farid Susanto, ST., M. Eng,
dan Bapak Sanam Herlambang, SST, MT selaku penguji.
6. Bapak Ir. Hari Purnama ,M. Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.
7. Bapak Andry Haidar, ST., MT selaku ketua Program Studi Teknik
Telekomunikasi.
8. Seluruh panitia proyek akhir, dosen dan staff karyawan POLBAN yang
telah membantu dan memberikan ilmunya yang tiada henti.
9. Andri Nur Arif Mulyana, terima kasih atas kesediaan waktu untuk
bertukar pikiran membahas kesulitan proyek akhir ini.
10. Kepada keluargaku di kampus yaitu Baits, Mas Adi, Agung, Bilkhis, Deti,
Yoyok, Tatik, Senny, Fitra, Synthia, Bundo Tanjung, Rifki, Mas Danu,
Ibnu, Mikha, Isti, Erwin, Ilham, Fauziyyah, Dio, Satwika, Lia, Devi,
Desna, Rizky, Freddy Roy, Tiara , Susan dan Subkhan yang selalu saling
membantu dikala sulit dan bahagia.
11. Teman-teman seperjuangan angkatan 2009 Program Studi Teknik
Telekomunikasi dan Program Studi Telekomunikasi Nirkabel angkatan
2008.
12. Seluruh teman-teman HIMATEL dari seluruh angkatan. Terima kasih
untuk segala doa, dukungan, semangat, dan ilmu yang telah diberikan.
13. Dan kepada semua pihak yang tidak mungkin penulis tuliskan satu per
satu yang telah membantu penulis selama menyelesaikan proyek akhir.
Terima kasih atas bantuannya yang telah diberikan
Semoga Allah SWT membalas semua bantuan, bimbingan dan menjadikan
amal baik yang telah diberikan kepada penulis sebagai amal yang tidak akan
terputus.Akhir kata penulis mengucapkan Alhamdulillah dan berharap semoga
laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Amin Ya Robbal Alamin..
Bandung, Juni 2012
Penulis
ABSTRAK
Watermarking adalah suatu proses penyisipan data atau informasi ke
dalam suatu content seperti gambar. Hal tersebut dilakukan untuk melindungi
identitas
pemilik asli. Metode watermarking yang digunakan berbasiskan Lifting
Scheme (filter wavelet) yang sering disebut juga second generation of Discrete
Wavelet Transform (DWT). Terdapat dua metode yang digunakan dalam
pengacakan pesan yaitu Linear Congruential Generator (LCG) dan permutasi
RC4 (algoritma pengacakan). Hal ini membuat sistem kunci yang lebih aman
karena proses pengacakan dilakukan sebanyak dua kali. Kunci tersebut menjadi
trigger
untuk mengacak watermark. Watermark acak disisipkan kedalam
koefisien wavelet citra asli (cover). Watermark yang dapat disisipkan mempunyai
ukuran
lebih kecil sekitar 9% dari ukuran citra asli (cover). Dengan demikian,
citra gambar yang dihasilkan dari proses watermarking tidak mengalami
perubahan yang cukup besar. Range Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) pada
citra asli dan watermark menunjukkan nilai dari 70 sampai dengan 100, yang
memenuhi kriteria Perceptual Transparency.
Kata kunci: Watermarking, DWT, LCG, RC-4, kunci, Perceptual Transparency.
ABSTRACT
Watermarking is a process of insertion of data or information into a
content such as an image. It was done to protect original owner. The adopted
watermarking method is based on Lifting Scheme (wavelet filter) which is also
called second generation of Discrete Wavelet Transform (DWT). There are two
methods used in watermark randomization that is Linear Congruential Generator
(LCG) and permutation RC4 ( algorithms randomization). The approach is
guaranteed to be secure because the process randomization is conducted twice.
The key will become a trigger to suffle watermark. Random watermark is inserted
into a wavelet coefficient of original image (cover). Watermark which can be
inserted has a small size, about 9% of the original image size (cover). So, the
image generated by watermaking process is not significantly changed. Range
Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) on the original image and the watermark one
shows the value from 70 up to 100 which meets Perceptual Transparency criteria.
Keywords: watermarking, DWT, LCG, RC-4, key, perceptual transparency
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................................i
DAFTAR RIWAYAT HIDUP..................................................................................ii
LEMBAR
PERSEMBAHAN...................................................................................iii
KATA PENGANTAR ..............................................................................................iv
ABSTRAK .................................................................................................................vi
DAFTAR ISI ............................................................................................................vii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................xi
DAFTAR
TABEL ......................................................................................................x
BAB
I PENDAHULUAN ..........................................................................................1
1.1
Latar Belakang................................................................................................1
1.2
Perumusan Masalah........................................................................................ 1
1.3
Pemecahan Masalah........................................................................................2
1.4
Tujuan Proyek Akhir...................................................................................... 3
1.5
Batasan Masalah............................................................................................. 3
1.6
Sistematika Laporan....................................................................................... 4
BAB II TINAUAN TEORITIS................................................................................. 5
2.1
Tinjauan Kepustakaan.................................................................................... 5
2.2
Citra Analog................................................................................................... 5
2.3
Citra Digital.................................................................................................... 5
2.3.1 Elemen Citra Digital................................................................................ 7
2.3.2 Format Berkas Citra................................................................................ 8
2.4
Watermarking................................................................................................. 9
2.4.1 Framework Watermarking Digtal........................................................... 9
2.4.2 Karakteristik Watermarking..................................................................11
2.4.3 Aplikasi Digital Watermarking............................................................. 12
2.5
Domain Penerapan Wattermarking Citra..................................................... 13
2.6
Domain Wavelet.......................................................................................... 13
2.6.1 Transformasi Wavelet........................................................................... 13
2.6.2 Wavelet Transform (DWT)...................................................................14
2.6.3 Inverse Discreate Wavelet Transform (IDWT).................................... 16
2.6.4 Lifting Scheme...................................................................................... 16
2.7
Metode Least Significant Bit (LSB)............................................................ 19
2.8
Pengacakan...................................................................................................20
2.8.1 Linear Congruential Generator (LCG)..................................................20
2.8.2 Permutasi RC-4..................................................................................... 21
2.9
Indikator Kualitas Citra Gambar.................................................................. 22
2.10
Bahasa Pemrograman Matlab...................................................................... 22
III PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM................................... 24
BAB
3.1
Gambaran Umum Sistem............................................................................. 24
3.2
Perancangan Sistem..................................................................................... 25
3.2.1 Spesifikasi............................................................................................. 25
3.2.2 Penyisipan Watermark.......................................................................... 25
3.2.3
3.3
Ekstraksi Watermark............................................................................. 30
Realisasi....................................................................................................... 33
BAB IV PENGUKURAN UNJUK KERJA DAN ANALISA............................ 34
4.1
Parameter Kualitas Gambar......................................................................... 34
4.2
Sarana yang Digunakan (Spesifikasi Teknik).............................................. 36
4.3
Pengujian Program....................................................................................... 37
4.3.1 Pengujian Form Penyisipan.................................................................. 37
4.3.2 Pengujian Form Ekstraksi..................................................................... 38
4.3.3 Pengujian dengan Menggunakan Logo Berbeda.................................. 39
4.3.4 Pengujian Form Ekstraksi dengan Gangguan....................................... 39
4.4
Hasil Pengujian............................................................................................ 39
4.4.1 Skenario 1............................................................................................. 39
4.4.2 Skenario 2............................................................................................. 41
4.4.3 Skenario 3............................................................................................. 42
4.4.4 Skenario 4............................................................................................. 44
4.5
Analisa Hasil Pengujian............................................................................... 48
BAB V PENUTUP .................................................................................................. 51
5.1
Kesimpulan.................................................................................................. 51
5.2
Saran............................................................................................................ 51
DAFTAR PUSTAKA............................................................................................. 52
LAMPIRAN............................................................................................................ 53
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Citra Digital................................................................................................ 6
Gambar 2. Komposisi Warna RGB............................................................................. 8
Gambar
3. Biner........................................................................................................... 9
Gambar 4. Gradasi Citra Biner..................................................................................... 9
Gambar 5. Proses Encoding....................................................................................... 10
Gambar 6. Proses Decoding....................................................................................... 10
Gambar 7. Gelombang Sinus dan Wavelet................................................................. 13
Gambar
8. Bagian transformasi wavelet..................................................................... 14
Gambar
9. Pembagian frekuensi dan pengelompokkannya........................................ 15
Gambar 10. Skema kerja pada lifting scheme........................................................... 16
Gambar 11. Penggambaran Tahap Split.....................................................................17
Gambar 12. Penggambaran Predict Even...................................................................17
Gambar 13. Penggambaran metode LSB................................................................... 20
Gambar 14. Program Matlab...................................................................................... 23
Gambar 15. Skema Perancangan................................................................................24
Gambar 16. Pembagian frekuensi di Discrete Wavelet Transform (DWT)............... 25
Gambar 17. Pembagian frekuensi di Lifting Scheme................................................. 26
Gambar 18. Transformasi Citra RGB menjadi Citra Biner........................................26
Gambar 19. Skema Pengacakan Pesan.......................................................................27
Gambar 20. Deretan Array 1 Dimensi Watermark.................................................... 27
Gambar 21. Pengacakan Nilai Bit.............................................................................. 27
Gambar 22. Skema Penyisipan Pesan (Watermarking)............................................. 30
Gambar 23. Skema Ektraksi Watermark (Watermarking)......................................... 31
Gambar 24. Realisasi Sistem Watermarking............................................................. 33
Gambar 25. Realisasi Sistem Ektraksi....................................................................... 33
Gambar 26. Prinsip Perceptual Transparency............................................................ 35
Gambar 27. Cara Menggunakan Aplikasi Form Embed............................................ 37
Gambar 28. Cara Menggunakan Aplikasi Form Ekstraksi......................................... 38
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Kategori-Kategori PSNR............................................................................. 36
Tabel 2. Hasil Watermarking..................................................................................... 40
3. Hasil Ekstraksi Tanpa Gangguan................................................................. 41
Tabel
Tabel
4. Hasil Uji dengan Logo Berbeda.................................................................. 42
Tabel 5. Hasil Ekstraksi dengan Menambah Noise................................................... 44
Tabel 6. Hasil Ekstraksi dengan Kompresi ke JPEG................................................. 45
Tabel 7. Hasil Ekstraksi dengan Menambah Contrast............................................... 46
Tabel
8. Hasil Ekstraksi dengan Resize Ukuran Gambar.......................................... 47
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Daubechies, I. and W. Sweldens. Factoring Wavelet Transforms Into
[2] Lifting Steps. J. Fourier Anal. Appl., Vol. 4, Nr. 3, 1998, preprint.
Iqbal, Muhammad. 2009. Dasar Pengolahan Citra Menggunakan Matlab.
Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu
Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
[3]
Kiselev, Andrey, Fundamentals of the Wavelets Transform Theory, 2007,
www.basegroup.ru, diakses tanggal 11 Februari 2012.
[4]
Munir, Rinaldi. 2006. Metode Asymmetric Watermarking pada Citra
Digital Berbasiskan pada Permutasi-RC4 dan Fungsi Chaos. Sekolah
Teknik Elektro dan Informatika ITB, Bandung.
[5]
Persada, Bayu Adi. Studi dan Implementasi Non Blind Watermarking
dengan Metode Spread Spectrum Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
ITB, Bandung.
[6]
Pertiwi, Intan. Implementation of Digital Image Watermarking Using
Discrete Wavelet Transform. Laporan Tugas Akhir, Program Studi Teknik
Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung.
[7]
Prima, Iman Pratama. 2009. Komparasi Algoritma Blum Blum Shub
(BBS) Dan Linear Congruential Generator (LCG) Pada Aplikasi DIigital
Waatermarking Dengan Metode Least Significant Bit (LSB). Skripsi,
Progrram Studi Ilmu Komputer, Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu
Pendidikan Alam, Universitas Pendidikan Indonesia.
[8]
Seitz, Juergen. Digital Watermarking for Digital Media, University of
Cooperative Education Heidenheim, Germany.
[9]
Yuliana, Hajiar. Implementation of Image Compression Using Discrete
Wavelet Transform Method. Laporan Tugas Akhir, Program Studi Teknik
Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung.
CURRICULUM VITAE
PERSONAL DATA
Name
: Pungki Susanti
Place of Birth
: Bandung, Jawa Barat
Date of Birth
: 22 Februari 1991
Gender
: Female
Religion
: Islam
Marital Status
: Single
Nationality
: Indonesia
CONTACT
Address
Mobile Phone
: Jl. RH.Abdul Halim NO. 52 RT.02/03
kel.Cigugur Tengah, kec.Cimahi Tengah,
Kota Cimahi, Jawa Barat 40522
: 085320570707 / 085659989323
Email
: [email protected]
[email protected]
PENDIDIKAN FORMAL
Degree
Status
Fresh Graduate
University
Polytechnic State of Bandung
Major
Telecommunication Engineering
GPA
2,92
Graduation Ceremony
September 2012
Final Project
“Implementation of Digital Image Watermarking
Based on Lifting Scheme Using the RC-4
Permutations
Generator (LCG)
Additional Academic Qualifications
SMAN 2 Cimahi
 High School
Year of Graduation
2009
and
Linear
Congruential


Junior High School
SMPN 3 Cimahi
Year of Graduation
2006
Primary School
SDN Budhi Karya
Year of Graduation
2003
TRAINING/WORKSHOP/SEMINAR
No
1
Name
Name of Institution
Annual English Contest and Universitas
Year
Bandung
2002
Cimahi
2002
Seminar (AECS) “Improving Pendidikan
the
Acquisition in the Era of
Quality
of
English Indonesia
Globalization”
2
Painting
Competition
and Faber Castell & LBPP
Poster Contest
LIA Cimahi
3
Netiquet Training
POLBAN
Bandung
2009
4
Basketball Sports week held
POLBAN
Bandung
2009
by HIMATEL
5
Comics Competition
PEMKOT CIMAHI
CIMAHI
2009
6
Workshop LINUX
POLBAN
Bandung
2010
7
Seminar
Bandung
2011
Bandung
2011
“Rossy
Goes
Campus”
8
to
Sasana
Ganesha
Seminar “Moving Forward POLBAN
with Scada” held by HMJE
City
Budaya
EXTRA CURRICULAR ACTIVITIES
No Position
1
Staff of Art
2
Member
3 Member
Name of Extra-Curricular Activities
Student Organization Intra Sekolah of
SMP Negeri 3 Cimahi
Basketball team of SMP Negeri 3 Cimahi
Himpunan
Mahasiswa
Teknik
Telekomunikasi (HIMATEL) POLBAN
Year
2004 – 2005
2004 – 2006
2009 – now
Sport Division of Himpunan Mahasiswa
4
Staff
Teknik
Telekomunikasi
(HIMATEL)
2010-2011
POLBAN
JOB EXPERIENCE
Practical work as Corporate Acess Division Staff in PT. Telekomunikasi IndonesiaTELKOM RAJAWALI Region (July- August 2011)
SKILLS & INTEREST
Deskripsi
Language
Indonesia
English
Computer
Operating system : Microsoft Windows
Office : Ms. Word, Ms. Excel, Ms. PowerPoint,
Ms.Visio
Programming : C
Program Design : Adobe Photoshop
Sport
Basketball
Hobby
Design, Sketch
Saya menyatakan pernyataan di atas dibuat secara benar dan lengkap.
Bandung, Juli 2012
PUNGKI SUSANTI