Teknik Penyisipan Informasi pada Fitur Poligon Peta Vektor Menggunakan Reversible Watermarking
TEKNIK PENYISIPAN INFORMASI PADA FITUR POLIGON
PETA VEKTOR MENGGUNAKAN REVERSIBLE
WATERMARKING
KRIESMAYADI INDERA LAKSANA
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Teknik Penyisipan
Informasi pada Fitur Poligon Peta Vektor Menggunakan Reversible Watermarking
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2014
Kriesmayadi Indera Laksana
NIM G64104041
ABSTRAK
KRIESMAYADI INDERA LAKSANA. Teknik Penyisipan Informasi pada Fitur
Poligon Peta Vektor Menggunakan Reversible Watermarking. Dibimbing oleh
SHELVIE NIDYA NEYMAN.
Peta digital vektor memiliki presisi yang tinggi. Penerapan watermarking
pada peta digital biasanya menimbulkan adanya distorsi. Penelitian ini
menggunakan teknik reversible watermarking untuk mengatasi hal tersebut.
Tujuan penelitian ini adalah menerapkan teknik reversible watermarking untuk
menyisipkan informasi ke dalam peta digital dengan kemampuan mengembalikan
koordinat peta seperti sebelum proses penyisipan. Dalam penelitian ini, berkas
yang digunakan sebagai media penyisipan adalah data koordinat peta digital 2D
berbentuk shapefile dan watermark yang digunakan berupa gambar. Proses
reversible watermarking dilakukan pada peta vektor dengan fitur poligon dan
setiap proses penyisipan hanya dilakukan pada satu fitur poligon. Fitur poligon
yang dapat disisipi mempunyai syarat jumlah verteks lebih besar dari bit
watermark. Pada penelitian ini, watermark diperoleh dari fungsi hash MD5
sehingga panjang bit watermark tetap sebesar 128. Hasil penelitian ini dapat
menyisipkan informasi pada peta dan dapat menunjukkan bahwa titik koordinat
yang telah disisipkan informasi dapat kembali ke koordinat awal. Kualitas peta
hasil penyisipan memiliki distorsi yang rendah yang ditunjukkan dengan nilai
RMSE yang sangat kecil.
Kata kunci: koordinat, peta digital, reversible watermarking, Root Mean Square
Error (RMSE)
ABSTRACT
KRIESMAYADI INDERA LAKSANA. Technique of Information Insertion on
Vector Map Polygon Feature Using Reversible Watermarking. Supervised by
SHELVIE NIDYA NEYMAN.
Digital vector maps have high precision. Unfortunatelly, watermarking in
digital maps usually cause distortion. This study uses a reversible watermarking
technique to overcome this issue. The purpose of this study is to apply a reversible
watermarking technique to insert some information into digital maps with the
ability to restore the map coordinates prior to insertion. In this study, the file used
as the insertion media is a 2D digital map coordinate data in shapefiles and
images is used as a the watermark. Reversible watermarking process is done on a
vector map with polygon features and each insertion process is only performed on
a polygon feature. Features that can be inserted should have larger number of
vertices than the number of watermark bits. In this study, the watermark is
obtained from the MD5 hash function so that the watermark is fixed at 128 bits.
The study shows that information can be inserted to the map and that the
coordinates can be restored to the initial coordinates. The quality of the map after
the insertion shows a low distortion as reflected by the very small RMSE value.
Keywords: coordinate, digital map, reversible watermarking, Root Mean Square
Error (RMSE)
TEKNIK PENYISIPAN INFORMASI PADA FITUR POLIGON
PETA VEKTOR MENGGUNAKAN REVERSIBLE
WATERMARKING
KRIESMAYADI INDERA LAKSANA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Ilmu Komputer
pada
Departemen Ilmu Komputer
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji :
1.
Endang Purnama Giri, S.Kom., M.Kom
2.
Karlisa Priandana, ST., M.Eng
Judul Skripsi : Teknik Penyisipan Informasi pada Fitur Poligon Peta Vektor
Menggunakan Reversible Watermarking
Nama
: Kriesmayadi Indera Laksana
NIM
: G64104041
Disetujui oleh
Shelvie Nidya Neyman, SKom, MSi
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Agus Buono, MSi, MKom
Ketua Departemen Ilmu Komputer
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah dengan judul Teknik Penyisipan
Informasi pada Fitur Poligon Peta Vektor Menggunakan Reversible Watermarking
ini berhasil diselesaikan.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1 Ibu Shelvie Nidya Neyman, S.Kom, M.Si selaku pembimbing yang telah
banyak memberi saran dan masukan kepada penulis.
2 Ibu Karlisa Priandana, ST., M.Eng selaku dosen penguji.
3 Bapak Endang Purnama Giri, S.Kom., M.Kom selaku dosen penguji.
4 Kedua Orang Tua serta seluruh keluarga yang telah memberikan dukungan,
perhatian, dan doa sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini.
5 Anne Oktasari yang tanpa lelah memberikan dorongan dan doa untuk
penyelesaian penelitian ini.
6 Teman-teman yang telah membantu dalam penyelesaian masalah dan
pemberian solusi, Yudhy Haryanto Wijaya dan R. Ahmad Somadi terima kasih
atas kerjasamanya.
7 Teman-teman Alih Jenis Ilkom angkatan 5, atas kerja samanya selama
perkuliahan.
8 Semua pihak yang telah memberikan bantuan selama pengerjaan penelitian ini
dan tidak dapat penulis tuliskan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam penulisan
skripsi ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2014
Kriesmayadi Indera Laksana
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE PENELITIAN
2
Tahap Penyisipan Watermark
4
Tahap Ekstraksi
5
Analisis Hasil Penelitian
7
Lingkungan Pengembangan Sistem
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Penelitian
8
8
Analisis Kualitas Hasil
10
Analisis kinerja
12
SIMPULAN DAN SARAN
13
Simpulan
13
Saran
13
DAFTAR PUSTAKA
14
RIWAYAT HIDUP
17
DAFTAR TABEL
1
Perbandingan koordinat awal dengan koordinat setelah penyisipan
11
2
Besaran distorsi yang terjadi pada masing-masing verteks
12
3
Nilai kemiripan dari koordinat awal dengan koordinat hasil ekstraksi
13
DAFTAR GAMBAR
1
Tahap penyisipan watermark
3
2
Tahap ekstraksi
3
3
Peta vektor poligon untuk kelurahan kota Bogor
9
4
Atribut Tabel Kelurahan
9
5
Peta hasil penyisipan (Insert : Perbedaan peta awal dan peta hasil)
10
DAFTAR LAMPIRAN
1
Tampilan utama tahap penyisipan watermarking
15
2
Tampilan proses penyisipan watermark
15
3
Tampilan utama tahap ekstraksi
16
4
Tampilan proses ekstraksi watermark
16
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pemanfaatan teknologi terhadap peta vektor digital telah banyak diterapkan
oleh berbagai organisasi. Peta vektor digital merupakan informasi mengenai
stuktur dan kondisi geografis suatu daerah yang disimpan dalam bentuk vektor
(Hanifah et al. 2013). Data peta vektor biasanya terdiri atas data spasial,
attribution data, dan beberapa data tambahan yang digunakan sebagai indeks atau
deskripsi tambahan (Niu et al. 2006). Peta digital vektor memiliki presisi yang
tinggi dan dapat diolah secara otomatis. Peta digital mudah untuk disimpan dan
mudah untuk dipublikasikan, tetapi peta digital juga mudah untuk dirusak. Hal ini
dapat menimbulkan konsekuensi berupa kerusakan atau pergeseran pada peta
sehingga mengubah jarak sesungguhnya. Pada peta navigasi, kerusakan sangat
tidak diharapkan karena dapat digunakan sebagai bukti hukum untuk menentukan
tanggung jawab dalam kecelakaan (Zheng dan You. 2009).
Watermarking digital adalah tindakan menyembunyikan informasi dalam
data multimedia (gambar, audio atau video), untuk tujuan perlindungan konten
atau autentikasi. Pada watermarking digital, informasi rahasia (biasanya dalam
bentuk bit), watermark tertanam ke dalam data multimedia (Naskar 2010).
Penerapan watermarking pada peta digital biasanya menimbulkan distorsi
karena pergeseran 1:100000 mm di peta sama saja dengan 100000 mm pada
kondisi sebenarnya. Suatu teknik untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan
teknik reversible watermarking karena distorsi dapat dihapus setelah watermark
diekstraksi (Wang et al. 2007). Teknik reversible watermarking juga disebut
sebagai invertible atau lossless watermarking dan dibuat untuk diterapkan
terutama dalam skenario keaslian gambar digital yang diberikan dan konten asli
yang tegas diperlukan di sisi decoding (Caldelli et al. 2010). Menurut Yaqub dan
Al-Jaber (2006), reversible watermarking adalah salah satu jenis fragile
watermarking. Fragile watermarking adalah suatu teknik yang sensitif terhadap
setiap pemalsuan yang disengaja atau tidak disengaja dari konten watermark.
Teknik fragile watermarking adalah subyek dari banyak aplikasi seperti konten
autentikasi.
Penelitian yang terkait yaitu penelitian yang dilakukan oleh Wang dan Men
(2011) tentang teknik reversible watermarking. Teknik ini dilakukan dengan
melakukan penyisipan terhadap peta vektor menggunakan fitur polyline dan
poligon. Penelitian tersebut berhasil mengembalikan nilai koordinat peta ke
kondisi semula sebelum terjadi penyisipan informasi.
Penelitian ini mencoba mengimplementasikan dan menguji kinerja dari
teknik reversible watermarking berdasarkan Wang dan Men (2011). Dalam
reversible watermarking, watermark akan ditanamkan pada koordinat peta setelah
data diekstrak, kemudian koordinat tersebut dapat dikembalikan lagi ke bentuk
awalnya. Oleh karena itu, skema ini dapat memulihkan konten koordinat peta
awal. Pada tahap pertama dilakukan proses penyisipan terhadap koordinat peta
digital 2-D. Selanjutnya, dilakukan proses ekstraksi untuk mengembalikan
koordinat ke bentuk awalnya serta melakukan perbandingan nilai watermark
antara watermark awal dengan watermark hasil ekstraksi bit.
2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menerapkan teknik reversible
watermarking yang dirujuk dari Wang dan Men (2011) untuk menyisipkan
informasi ke dalam peta digital dengan kemampuan mengembalikan koordinat
peta seperti sebelum proses penyisipan.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat membantu pemahaman mengenai
teknik alternatif untuk digunakan dalam proses penyisipan informasi ke dalam
peta vektor dengan fitur poligon.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini merujuk kepada penelitian Wang dan Men (2011) tentang
penerapan teknik reversible watermarking pada peta digital. Berkas yang
digunakan adalah data koordinat peta digital 2-D berbentuk shapefile dengan fitur
poligon dan gambar berekstensi .jpg atau .jpeg sebagai data watermark.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini mengimplementasikan teknik reversible watermarking
sebagai proses penyisipan informasi dalam peta digital 2-D. Skema penelitian
dapat dilihat pada Gambar 1 dan Gambar 2.
Penyisipan watermark memiliki 5 tahapan, yaitu pembacaan koordinat peta
awal, pembangkitan watermark, penyisipan watermark, pembentukan peta hasil
watermarking, dan koordinat peta hasil watermarking. Pada Gambar 1 peta awal
adalah peta sebelum proses penyisipan dan peta hasil adalah peta yang sudah
mengandung watermark.
Ekstraksi memiliki 5 tahapan, yaitu pembacaan koordinat peta hasil
watermarking, pembangkitan watermark, ekstraksi bit watermark, perbandingan
nilai dari bit watermark yang diekstraksi dengan bit watermark awal, dan
pengembalian koordinat peta awal. Jika watermark hasil ekstraksi sama dengan
nilai watermark asli, dapat disimpulkan bahwa peta tidak mengalami perubahan.
Jika watermark hasil ekstraksi tidak sama, dapat dipastikan peta mengalami
perubahan dan tidak dapat dikembalikan ke kondisi semula.
3
Mulai
Peta awal
Informasi
Pembacaan
koordinat peta
Pembangkitan
watermark
Pembentukan peta
hasil (.shp)
Penyisipan watermark
Koordinat peta hasil
Selesai
Gambar 1 Tahap penyisipan watermark
Mulai
Peta hasil
Informasi
Pembacaan koordinat
peta hasil
Pembangkitan watermark
(�)
Ekstraksi bit
watermark (� ′ )
�′ = � ?
Tidak
Ya
Pengembalian koordinat peta
awal
Selesai
Gambar 2 Tahap ekstraksi
4
Tahap Penyisipan Watermark
Pembacaan Koordinat Peta
Data koordinat yang digunakan pada tahap penyisipan watermark adalah
data dari peta kelurahan di kota Bogor. Dalam peta kelurahan tersebut terdapat 19
fitur poligon. Penyisipan dilakukan pada salah satu fitur poligon.
Pembangkitan Watermark
Watermark pada tahap penyisipan watermark dihasilkan dari algoritme
MD5. Algoritme MD5 adalah salah satu aplikasi dari fungsi hash satu arah yang
didesain oleh Ronald Rivest. Hash adalah proses perubahan suatu data menjadi
data lain dengan panjang tertentu. Algoritme ini dapat digunakan untuk aplikasi
keamanan dan juga untuk melakukan pengujian integritas sebuah file. Algoritme
ini mengambil pesan yang mempunyai panjang tetap 128 bit. Algoritme MD5
menerima input berupa data atau gambar dengan ukuran yang bebas dan akan
menghasilkan output heksadesimal sepanjang 32 karakter atau 128 bit (Sofwan et
al.2006). Proses ini dilakukan pada tahap penyisipan watermark dan tahap
ekstraksi.
Penyisipan Watermark
Berikut adalah skema yang dikembangkan oleh Wang dan Men (2011).
Dengan menggunakan skema berbasis koordinat, pada tahap penyisipan,
koordinat bilangan bulat dihitung terlebih dahulu. Koordinat bilangan bulat
dan koordinat bilangan desimal
, dapat dihitung dengan Persamaan (1).
= {
(
)=
=
(
)
(1)
Keterangan :
: titik verteks atau koordinat peta awal
x
: nilai koordinat awal
: nilai koordinat awal
: jumlah digit dari nilai bilangan desimal pada koordinat
: jumlah digit maksimum dari nilai bilangan desimal pada koordinat
a
Kemudian, peta vektor dibagi menjadi berbagai pasang titik, yang masingmasing berisi simpul saling berdekatan. Proses penyisipan watermark dan proses
ekstraksi antara koordinat dan sama. Sebagai contoh penyisipan dilakukan
untuk koordinat , asumsikan ada dua verteks atau koordinat yang berdekatan
antara
dan
. Penyisipan watermark dilakukan ke satu bit
bilangan bulat di koordinat . Kemudian, dicari perbedaan selisih nilai bilangan
bulat dan rata-rata nilai bilangan bulat menggunakan Persamaan (2).
= {
=
=
Keterangan :
: nilai koordinat bilangan bulat dari
: nilai koordinat bilangan bulat dari
(2)
5
Kemudian, dilakukan perhitungan untuk memperluas nilai
Persamaan (3).
′
=
dengan
(3)
Keterangan :
: selisih nilai bilangan bulat setelah penyisipan watermark
: nilai bit watermark
Selanjutnya, dilakukan perhitungan untuk penyisipan pada koordinat
bilangan bulat
dan
dengan Persamaan (4).
=
= {
(4)
=
Keterangan :
: nilai koordinat bilangan bulat dari
watermark
: nilai koordinat bilangan bulat dari
watermark
Sehingga, untuk dapat memperoleh koordinat
watermark digunakan Persamaan (5).
= {
′
= (
′
= (
Keterangan :
: nilai koordinat
: nilai koordinat
)⁄
)⁄
yang sudah disisipkan
yang sudah disisipkan
yang telah mengandung
(5)
yang sudah mengandung watermark
yang sudah mengandung watermark
Pembentukan Peta Hasil
Setelah seluruh tahapan proses penyisipan watermark dilakukan, didapatkan
nilai koordinat dan koordinat yang baru. Nilai koordinat tersebut mengubah
nilai yang sebelumnya. Data peta kelurahan kota Bogor disimpan dalam bentuk
shapefile. Peta hasil penyisipan watermark ini yang akan dijadikan data input
pada tahap ekstraksi.
Tahap Ekstraksi
Pembacaan Koordinat Peta
Data koordinat yang digunakan pada tahap ekstraksi adalah data dari peta
kelurahan di kota Bogor yang sebelumnya sudah melalui tahap penyisipan
watermark. Dalam peta kelurahan tersebut terdapat 19 fitur polygon. Ekstraksi
dilakukan pada salah satu fitur poligon yang digunakan pada tahap penyisipan
watermark.
Pembangkitan watermark
Watermark pada tahap ekstraksi dihasilkan dari algoritme MD5. Watermark
pada tahap ini menghasilkan nilai yang sama dengan yang dihasilkan pada tahap
6
penyisipan watermark. Nilai tersebut akan digunakan pada tahapan selanjutnya
dari tahap ekstraksi.
Ekstraksi bit watermark
Pada tahap ini, nilai bit watermark akan dipisahkan dari nilai koordinat yang
disisipinya. Dengan menghitung Less Significant Bit (LSB) dari nilai koordinat
maka akan diperoleh bit watermark yang digunakan pada tahap penyisipan
watermark. Hasil tahap ini akan digunakan pada tahapan selanjutnya dari tahap
ekstraksi.
Verifikasi Isi Watermark
Pada tahap ini, nilai bit watermark yang digunakan pada proses penyisipan
akan dibandingkan dengan nilai bit watermark yang dihasilkan pada tahap
ekstraksi. Apabila nilai yang dihasilkan sama, tahapan selanjutnya untuk
mendapatkan nilai koordinat awal bisa dikerjakan. Apabila hasil yang dihasilkan
tidak sama, kemungkinan ada kesalahan pada perubahan nilai koordinat yang
dihasilkan pada proses penyisipan.
Pengembalian Koordinat Peta
Tahap pengembalian koordinat peta diawali dengan ekstraksi bit yang telah
′
′
mengandung watermark
dan mengembalikan bit tersebut ke awalnya
. Proses ekstraksi antara koordinat dan sama. Untuk mendapatkan
koordinat awal, tahap pertama masih sama dengan yang dilakukan pada proses
′
′
penyisipan yaitu dengan menghitung koordinat bilangan bulat
dan
′
′
koordinat bilangan desimal
mengggunakan Persamaan (6).
= {
(
′
′
′
′
)=
=
′
′
′
′
(
′
′
)
(6)
Keterangan :
: titik verteks atau koordinat yang sudah mengandung watermark
′
: nilai koordinat yang sudah mengandung watermark
′
: nilai koordinat yang sudah mengandung watermark
Kemudian, perbedaan selisih nilai bilangan bulat
dan rata-rata nilai
bilangan bulat
dicari dengan Persamaan (7).
= {
′
=
′
=
′
′
(7)
Keterangan :
′
: nilai koordinat bilangan bulat yang sudah mengandung
watermark dari ′
′
: nilai koordinat bilangan bulat yang sudah mengandung
watermark dari ′
Kemudian, bit
yang sudah mengandung watermark diekstraksi dengan
menggunakan Persamaan (8).
=
′
(8)
7
Selanjutnya, dilakukan perhitungan terhadap nilai
menggunakan Persamaan (9).
awal dengan
=
(9)
Keterangan :
: nilai selisih bilangan bulat awal
Kemudian, nilai awal koordinat bilangan bulat
Persamaan (10).
= {
=
=
′
dikembalikan dengan
(10)
′
Keterangan :
: nilai awal koordinat bilangan bulat dari
: nilai awal koordinat bilangan bulat dari
Dan akhirnya, nilai koordinat x yang awal dapat dikembalikan dengan
Persamaan (11).
= {
′ )⁄
= (
(11)
′ )⁄
= (
Keterangan :
: nilai awal dari koordinat
: nilai awal dari koordinat
Analisis Hasil Penelitian
Setelah proses penyisipan dan ekstraksi dilakukan, untuk mengetahui
kualitas dari teknik ini dilakukan analisis hasil penelitian melalui perhitungan root
mean square error (RMSE) dan normalization correlation (NC). RMSE
merupakan akar dari jumlah kuadrat antara selisih koordinat peta awal dengan
koordinat hasil penyisipan yang sudah mengandung watermark. Nilai RMSE
diperlukan untuk mengetahui seberapa besar distorsi yang terjadi tehadap
perhitungan koordinat pada peta vektor tersebut. Nilai RMSE yang mendekati nol,
menunjukkan bahwa teknik perhitungan reversible lebih baik (Niu et al.2006).
Nilai RMSE dapat dihitung dengan Persamaan (12).
= √∑
(
(
Keterangan :
: verteks atau koordinat
: verteks atau koordinat
)
dan
dan
)
(12)
dari peta awal
dari peta hasil watermarking
8
Sedangkan NC merupakan suatu teknik yang berguna untuk menganalisis
kesamaan antara koordinat awal dengan koordinat hasil ekstraksi. Nilai dari teknik
ini berkisar antara 0 sampai dengan 1. Semakin tinggi nilai NC yang dihasilkan
pada teknik ini menunjukkan bahwa hasil reversible watermarking memiliki
tingkat kemiripan yang sama atau tidak jauh berbeda dengan awalnya.
Perhitungan NC menggunakan Persamaan (13) dengan
adalah bit watermark
awal dan ′ adalah bit hasil watermark yang diekstrak (Ramesh dan Shanmugam
2011).
= ∑
√
|
′|
√ ′
′
(13)
Lingkungan Pengembangan Sistem
Pada penelitian ini, perangkat yang digunakan adalah sebagai berikut:
Perangkat lunak: Windows 7 Professional, Quantum GIS, Visual Studio
2010
Perangkat keras: CPU Intel Core i3 2,10 GHz dan 4GB RAM
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Penelitian
Data yang digunakan pada penelitian ini adalah peta vektor 2D yang
berbentuk shapefile dengan fitur poligon. Data watermark adalah sebuah gambar
berekstensi .jpg yang nilai hash-nya dicari dengan menggunakan algoritme MD5.
Gambar yang digunakan pada penelitian ini memiliki ukuran 400x601 piksel.
Nilai hash yang didapatkan yaitu 932625cac9419081a92c4d6af3b5da44. Nilai ini
diubah ke dalam bentuk biner sepanjang 128 bit untuk disisipkan ke dalam 1
verteks atau koordinat (
) dari peta masing-masing 1 bit.
Proses penyisipan akan dilakukan pada salah satu fitur poligon dengan
syarat jumlah verteks atau koordinat yang ada didalamnya tidak kurang dari 128.
Bentuk peta vektor yang akan dilakukan penyisipan dapat dilihat pada Gambar 3
yaitu data kelurahan yang terdapat di kota Bogor. Fitur poligon yang akan
disisipkan watermark adalah fitur kelurahan Tanah Baru. Atribut-atribut yang
terdapat pada peta kelurahan tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.
9
Gambar 3 Peta vektor poligon untuk kelurahan kota Bogor
Gambar 4 Atribut Tabel Kelurahan
Setelah dilakukan proses penyisipan, bentuk peta vektor mengalami
perubahan seperti terlihat pada Gambar 5.
10
Gambar 5 Peta hasil penyisipan (Insert : Perbedaan peta awal dan peta hasil)
Perubahan yang terjadi terhadap peta secara kasat mata tidak terlihat jelas.
Hal ini terjadi karena penyisipan hanya dilakukan terhadap 128 verteks atau titik
koordinat (
) pertama dari fitur poligon. Akan tetapi, apabila peta tersebut
diperbesar dari skala 1:7500000000 menjadi skala 1:200000000, akan terlihat
bahwa terjadi pergeseran antara fitur peta awal dengan peta setelah penyisipan.
Warna yang berbeda dengan warna dasar pada Gambar 5 di atas menunjukkan
bahwa perubahan titik koordinat yang terjadi setelah proses penyisipan
watermarking.
Analisis Kualitas Hasil
Setelah proses penyisipan watermark dilakukan, didapatkan koordinat baru
dari fitur kelurahan Tanah Baru. Perubahan koordinat yang baru dapat dilihat pada
Tabel 1. Pada penelitian ini nilai yang digunakan adalah enam. Nilai tersebut
dipilih karena merupakan nilai yang paling optimal, dan algoritme berfungsi
tanpa perlu kinerja komputasi yang lebih kompleks.
11
Tabel 1 Perbandingan koordinat awal dengan koordinat setelah penyisipan
701688,4999
99647
701657,6250
00003
701639,1874
98875
701605,3750
00389
701597,7500
01356
701581,8750
01197
701574,8749
98618
701574,9374
99673
701575,1249
99847
701593,0625
01302
9274364,999999
570
9274341,000000
400
9274327,000000
880
9274309,999998
640
9274303,999998
850
9274282,999999
570
9274266,000000
160
9274243,000000
670
9274244,000001
290
9274200,999999
190
701703,9374
99647
701642,1875
00003
701656,0937
47875
701588,4687
51389
701605,6875
01356
701573,9375
01197
701574,8437
48618
701573,9374
99673
701566,1249
99847
701602,0625
01302
9274376,99999857
0
9274329,00000040
0
9274335,50000288
0
9274301,49999764
0
9274314,49999785
0
9274272,49999957
0
9274273,50000116
0
9274227,00000067
0
9274266,00000129
0
9274178,99999919
0
…
…
…
…
…
701725,0624
99242
9272203,000000
610
701714,0624
99242
9272205,00000061
0
Tabel 1 menunjukkan adanya perubahan nilai antara koordinat awal dengan
koordinat hasil penyisipan. Perubahan yang terjadi tidak melebihi nilai skala
ratusan. Pengukuran terhadap kualitas dari peta menggunakan RMSE. Pengukuran
ini dilakukan dengan menghitung besaran nilai distorsi antara koordinat awal
dengan koordinat hasil penyisipan. Besaran nilai distorsi yang terjadi dapat dilihat
pada Tabel 2.
Tabel 2 menunjukkan bahwa nilai RMSE yang dihasilkan sebesar
0.00000113194984802269. Dengan nilai yang mendekati nol, dapat disimpulkan
bahwa distorsi yang terjadi pada teknik ini dapat diterima atau secara visual tidak
dapat dilihat perbedaan antara peta sebelum penyisipan dengan peta setelah
penyisipan sehingga peta hasil penyisipan masih terjamin kualitasnya.
12
Tabel 2 Besaran distorsi yang terjadi pada masing-masing verteks
701688,4999
99647
701657,6250
00003
701639,1874
98875
701605,3750
00389
701597,7500
01356
701581,8750
01197
701574,8749
98618
701574,9374
99673
701575,1249
99847
701593,0625
01302
9274364,9999
99570
9274341,0000
00400
9274327,0000
00880
9274309,9999
98640
9274303,9999
98850
9274282,9999
99570
9274266,0000
00160
9274243,0000
00670
9274244,0000
01290
9274200,9999
99190
′
701703,93
7499647
701642,18
7500003
701656,09
3747875
701588,46
8751389
701605,68
7501356
701573,93
7501197
701574,84
3748618
701573,93
7499673
701566,12
4999847
701602,06
2501302
′
9274376,9999
98570
9274329,0000
00400
9274335,5000
02880
9274301,4999
97640
9274314,4999
97850
9274272,4999
99570
9274273,5000
01160
9274227,0000
00670
9274266,0000
01290
9274178,9999
99190
0.00000195998471464085
0.00000195999555746769
0.00000189683599123842
0.00000189684560776726
0.00000131943903402135
0.00000131944399120763
0.00000075182294887164
0.00000075182397436291
0.00000114390546387741
0.00000114390684723241
…
…
…
…
…
701725,0624
99242
9272203,0000
00610
701714,06
2499242
9272205,0000
00610
0.00000058515619950447
∑
0.00000113194984802269
Analisis kinerja
Pengukuran terhadap kinerja dari teknik reversible watermarking dengan
menggunakan perhitungan NC. Nilai NC yang mendekati nilai 1 menunjukkan
bahwa peta yang dihasilkan semakin memiliki tingkat kesamaan dengan peta
awal, dan nilai 1 menunjukkan hasil yang identik. Kualitas kinerja dari teknik ini
dapat dilihat pada Tabel 3 yang menunjukkan bahwa semua nilai koordinat dari
tahap penyisipan telah berhasil dikembalikan ke koordinat awal.
Tabel 3 menunjukkan bahwa nilai NC pada tiap verteks sebesar 1. Dengan
demikian, dapat disimpulkan bahwa semua koordinat yang telah disisipkan
watermark dapat dikembalikan ke koordinat awal sebelum dilakukan penyisipan
watermark.
13
Tabel 3 Nilai kemiripan dari koordinat awal dengan koordinat hasil ekstraksi
′
701688,4999996
47
701657,6250000
03
701639,1874988
75
701605,3750003
89
701597,7500013
56
701581,8750011
97
701574,8749986
18
701574,9374996
73
701575,1249998
47
701593,0625013
02
′
9274364,99999
9570
9274341,00000
0400
9274327,00000
0880
9274309,99999
8640
9274303,99999
8850
9274282,99999
9570
9274266,00000
0160
9274243,00000
0670
9274244,00000
1290
9274200,99999
9190
701688,4999996
47
701657,6250000
03
701639,1874988
75
701605,3750003
89
701597,7500013
56
701581,8750011
97
701574,8749986
18
701574,9374996
73
701575,1249998
47
701593,0625013
02
…
701725,0624992
42
9272203,00000
0610
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
…
…
9272203,00000
0610
…
…
...
701725,0624992
42
9274364,99999
9570
9274341,00000
0400
9274327,00000
0880
9274309,99999
8640
9274303,99999
8850
9274282,99999
9570
9274266,00000
0160
9274243,00000
0670
9274244,00000
1290
9274200,99999
9190
1
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan
bahwa penyisipan informasi ke dalam peta vektor dengan menggunakan
reversible watermarking berhasil dilakukan berdasarkan teknik yang
dikembangkan oleh Wang dan Men (2011). Teknik ini mampu mengembalikan
nilai koordinat awal dari peta vektor sebelum dilakukan penyisipan watermark
dan nilai bit watermark berhasil diekstraksi. Distorsi yang terjadi pada penelitian
ini menunjukkan bahwa peta setelah penyisipan secara visual tidak terlihat
perbedaannya dengan peta sebelum penyisipan sehingga peta hasil penyisipan
masih terjamin kualitasnya.
Saran
Penelitian ini masih memiliki beberapa kekurangan yang dapat diperbaiki
dan dikembangkan pada penelitian selanjutnya. Salah saran itu di antaranya
dengan melakukan penyisipan terhadap peta vektor dengan fitur kumpulan titik.
14
DAFTAR PUSTAKA
Caldelli R, Filippini F, Becarelli R. 2010. Reversible Watermarking Techniques:
An Overview and a Classification. EURASIP Journal on Information
Security. Vol.2010. doi:10.1155/2010/134546.
Hanifah A, Neyman SN, Sitohang B. 2013. Penggunaan Teknik Reversible
Watermarking untuk Verifikasi Integritas Data pada Peta Vektor.
Konferensi Nasional Informatika 2013 (KNIF). Bandung: ITB.
Naskar R. 2010. Content Protection through Reversible Watermarking. India:
Indian Institute of Technology.
Niu XM, Shao CY, Wang XT. 2006. A Survey of Digital Vector Map
Watermarking. International Journal of Innovative Computing, Information
and Control. 2(6):1301-1316.
Ramesh SM, Shanmugam A. 2011. Comparison and Analysis of Discrete Cosine
Transform based Joint Photographic Experts Group Image Compression
using Robust Watermarking Algorithm. American Journal of Applied
Sciences. 8(1):63-70.
Sofwan A, Budi A, Susanto T. 2006. Aplikasi Kriptografi dengan Algoritme
Message Digest 5 (MD5). Transmisi. 11(1):22-27.
Wang N, Men C. 2011. Reversible fragile watermarking for 2-D vector map
authentication with localization. Computer-Aided Design. doi:
10.1016/j.cad.2011.11.001.
Wang XT, Shao CY, Xu XG, Niu XM. 2007. Reversible data-hiding scheme for
2-D vector maps based on difference expansion. IEEE Transactions on
Information
Forensics
and
Security.
2(3):11-20.
doi:
10.1109/TIFS.2007.902677.
Yaqub MK, Al-Jaber A. 2006. Reversible Watermarking Using Modified
Difference Expansion. International Journal of Computing & Information
Sciences. 4(3):134-142.
Zheng L, You F. 2009. A Fragile Digital Watermark Used to Verify the Integrity
of Vector Map. IEEE Science and Technology Project of Beijing Municipal
Education Commission.
15
Lampiran 1 Tampilan utama tahap penyisipan watermarking
Lampiran 2 Tampilan proses penyisipan watermark
16
Lampiran 3 Tampilan utama tahap ekstraksi
Lampiran 4 Tampilan proses ekstraksi watermark
17
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Majalengka tanggal 04 November 1989 dari Ibu Enok
Yani Sumiyani, S.Pd. dan (Alm) Bapak Didi Sunardi. Penulis merupakan anak
tunggal. Pada tahun 2007, penulis lulus dari Sekolah Menengah Atas (SMA)
Negeri 2 Majalengka, dan pada tahun yang sama diterima di Program Diploma
Institut Pertanian Bogor Program Keahlian Teknik Komputer melalui jalur
Undangan Seleksi Masuk IPB. Pada tahun 2010, penulis lulus dari Program
Diploma Institut Pertanian Bogor dan melanjutkan pendidikan di Program Alih
Jenis Ilmu Komputer, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB.
PETA VEKTOR MENGGUNAKAN REVERSIBLE
WATERMARKING
KRIESMAYADI INDERA LAKSANA
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Teknik Penyisipan
Informasi pada Fitur Poligon Peta Vektor Menggunakan Reversible Watermarking
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2014
Kriesmayadi Indera Laksana
NIM G64104041
ABSTRAK
KRIESMAYADI INDERA LAKSANA. Teknik Penyisipan Informasi pada Fitur
Poligon Peta Vektor Menggunakan Reversible Watermarking. Dibimbing oleh
SHELVIE NIDYA NEYMAN.
Peta digital vektor memiliki presisi yang tinggi. Penerapan watermarking
pada peta digital biasanya menimbulkan adanya distorsi. Penelitian ini
menggunakan teknik reversible watermarking untuk mengatasi hal tersebut.
Tujuan penelitian ini adalah menerapkan teknik reversible watermarking untuk
menyisipkan informasi ke dalam peta digital dengan kemampuan mengembalikan
koordinat peta seperti sebelum proses penyisipan. Dalam penelitian ini, berkas
yang digunakan sebagai media penyisipan adalah data koordinat peta digital 2D
berbentuk shapefile dan watermark yang digunakan berupa gambar. Proses
reversible watermarking dilakukan pada peta vektor dengan fitur poligon dan
setiap proses penyisipan hanya dilakukan pada satu fitur poligon. Fitur poligon
yang dapat disisipi mempunyai syarat jumlah verteks lebih besar dari bit
watermark. Pada penelitian ini, watermark diperoleh dari fungsi hash MD5
sehingga panjang bit watermark tetap sebesar 128. Hasil penelitian ini dapat
menyisipkan informasi pada peta dan dapat menunjukkan bahwa titik koordinat
yang telah disisipkan informasi dapat kembali ke koordinat awal. Kualitas peta
hasil penyisipan memiliki distorsi yang rendah yang ditunjukkan dengan nilai
RMSE yang sangat kecil.
Kata kunci: koordinat, peta digital, reversible watermarking, Root Mean Square
Error (RMSE)
ABSTRACT
KRIESMAYADI INDERA LAKSANA. Technique of Information Insertion on
Vector Map Polygon Feature Using Reversible Watermarking. Supervised by
SHELVIE NIDYA NEYMAN.
Digital vector maps have high precision. Unfortunatelly, watermarking in
digital maps usually cause distortion. This study uses a reversible watermarking
technique to overcome this issue. The purpose of this study is to apply a reversible
watermarking technique to insert some information into digital maps with the
ability to restore the map coordinates prior to insertion. In this study, the file used
as the insertion media is a 2D digital map coordinate data in shapefiles and
images is used as a the watermark. Reversible watermarking process is done on a
vector map with polygon features and each insertion process is only performed on
a polygon feature. Features that can be inserted should have larger number of
vertices than the number of watermark bits. In this study, the watermark is
obtained from the MD5 hash function so that the watermark is fixed at 128 bits.
The study shows that information can be inserted to the map and that the
coordinates can be restored to the initial coordinates. The quality of the map after
the insertion shows a low distortion as reflected by the very small RMSE value.
Keywords: coordinate, digital map, reversible watermarking, Root Mean Square
Error (RMSE)
TEKNIK PENYISIPAN INFORMASI PADA FITUR POLIGON
PETA VEKTOR MENGGUNAKAN REVERSIBLE
WATERMARKING
KRIESMAYADI INDERA LAKSANA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Ilmu Komputer
pada
Departemen Ilmu Komputer
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji :
1.
Endang Purnama Giri, S.Kom., M.Kom
2.
Karlisa Priandana, ST., M.Eng
Judul Skripsi : Teknik Penyisipan Informasi pada Fitur Poligon Peta Vektor
Menggunakan Reversible Watermarking
Nama
: Kriesmayadi Indera Laksana
NIM
: G64104041
Disetujui oleh
Shelvie Nidya Neyman, SKom, MSi
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Agus Buono, MSi, MKom
Ketua Departemen Ilmu Komputer
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah dengan judul Teknik Penyisipan
Informasi pada Fitur Poligon Peta Vektor Menggunakan Reversible Watermarking
ini berhasil diselesaikan.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1 Ibu Shelvie Nidya Neyman, S.Kom, M.Si selaku pembimbing yang telah
banyak memberi saran dan masukan kepada penulis.
2 Ibu Karlisa Priandana, ST., M.Eng selaku dosen penguji.
3 Bapak Endang Purnama Giri, S.Kom., M.Kom selaku dosen penguji.
4 Kedua Orang Tua serta seluruh keluarga yang telah memberikan dukungan,
perhatian, dan doa sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini.
5 Anne Oktasari yang tanpa lelah memberikan dorongan dan doa untuk
penyelesaian penelitian ini.
6 Teman-teman yang telah membantu dalam penyelesaian masalah dan
pemberian solusi, Yudhy Haryanto Wijaya dan R. Ahmad Somadi terima kasih
atas kerjasamanya.
7 Teman-teman Alih Jenis Ilkom angkatan 5, atas kerja samanya selama
perkuliahan.
8 Semua pihak yang telah memberikan bantuan selama pengerjaan penelitian ini
dan tidak dapat penulis tuliskan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam penulisan
skripsi ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2014
Kriesmayadi Indera Laksana
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE PENELITIAN
2
Tahap Penyisipan Watermark
4
Tahap Ekstraksi
5
Analisis Hasil Penelitian
7
Lingkungan Pengembangan Sistem
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Penelitian
8
8
Analisis Kualitas Hasil
10
Analisis kinerja
12
SIMPULAN DAN SARAN
13
Simpulan
13
Saran
13
DAFTAR PUSTAKA
14
RIWAYAT HIDUP
17
DAFTAR TABEL
1
Perbandingan koordinat awal dengan koordinat setelah penyisipan
11
2
Besaran distorsi yang terjadi pada masing-masing verteks
12
3
Nilai kemiripan dari koordinat awal dengan koordinat hasil ekstraksi
13
DAFTAR GAMBAR
1
Tahap penyisipan watermark
3
2
Tahap ekstraksi
3
3
Peta vektor poligon untuk kelurahan kota Bogor
9
4
Atribut Tabel Kelurahan
9
5
Peta hasil penyisipan (Insert : Perbedaan peta awal dan peta hasil)
10
DAFTAR LAMPIRAN
1
Tampilan utama tahap penyisipan watermarking
15
2
Tampilan proses penyisipan watermark
15
3
Tampilan utama tahap ekstraksi
16
4
Tampilan proses ekstraksi watermark
16
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pemanfaatan teknologi terhadap peta vektor digital telah banyak diterapkan
oleh berbagai organisasi. Peta vektor digital merupakan informasi mengenai
stuktur dan kondisi geografis suatu daerah yang disimpan dalam bentuk vektor
(Hanifah et al. 2013). Data peta vektor biasanya terdiri atas data spasial,
attribution data, dan beberapa data tambahan yang digunakan sebagai indeks atau
deskripsi tambahan (Niu et al. 2006). Peta digital vektor memiliki presisi yang
tinggi dan dapat diolah secara otomatis. Peta digital mudah untuk disimpan dan
mudah untuk dipublikasikan, tetapi peta digital juga mudah untuk dirusak. Hal ini
dapat menimbulkan konsekuensi berupa kerusakan atau pergeseran pada peta
sehingga mengubah jarak sesungguhnya. Pada peta navigasi, kerusakan sangat
tidak diharapkan karena dapat digunakan sebagai bukti hukum untuk menentukan
tanggung jawab dalam kecelakaan (Zheng dan You. 2009).
Watermarking digital adalah tindakan menyembunyikan informasi dalam
data multimedia (gambar, audio atau video), untuk tujuan perlindungan konten
atau autentikasi. Pada watermarking digital, informasi rahasia (biasanya dalam
bentuk bit), watermark tertanam ke dalam data multimedia (Naskar 2010).
Penerapan watermarking pada peta digital biasanya menimbulkan distorsi
karena pergeseran 1:100000 mm di peta sama saja dengan 100000 mm pada
kondisi sebenarnya. Suatu teknik untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan
teknik reversible watermarking karena distorsi dapat dihapus setelah watermark
diekstraksi (Wang et al. 2007). Teknik reversible watermarking juga disebut
sebagai invertible atau lossless watermarking dan dibuat untuk diterapkan
terutama dalam skenario keaslian gambar digital yang diberikan dan konten asli
yang tegas diperlukan di sisi decoding (Caldelli et al. 2010). Menurut Yaqub dan
Al-Jaber (2006), reversible watermarking adalah salah satu jenis fragile
watermarking. Fragile watermarking adalah suatu teknik yang sensitif terhadap
setiap pemalsuan yang disengaja atau tidak disengaja dari konten watermark.
Teknik fragile watermarking adalah subyek dari banyak aplikasi seperti konten
autentikasi.
Penelitian yang terkait yaitu penelitian yang dilakukan oleh Wang dan Men
(2011) tentang teknik reversible watermarking. Teknik ini dilakukan dengan
melakukan penyisipan terhadap peta vektor menggunakan fitur polyline dan
poligon. Penelitian tersebut berhasil mengembalikan nilai koordinat peta ke
kondisi semula sebelum terjadi penyisipan informasi.
Penelitian ini mencoba mengimplementasikan dan menguji kinerja dari
teknik reversible watermarking berdasarkan Wang dan Men (2011). Dalam
reversible watermarking, watermark akan ditanamkan pada koordinat peta setelah
data diekstrak, kemudian koordinat tersebut dapat dikembalikan lagi ke bentuk
awalnya. Oleh karena itu, skema ini dapat memulihkan konten koordinat peta
awal. Pada tahap pertama dilakukan proses penyisipan terhadap koordinat peta
digital 2-D. Selanjutnya, dilakukan proses ekstraksi untuk mengembalikan
koordinat ke bentuk awalnya serta melakukan perbandingan nilai watermark
antara watermark awal dengan watermark hasil ekstraksi bit.
2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menerapkan teknik reversible
watermarking yang dirujuk dari Wang dan Men (2011) untuk menyisipkan
informasi ke dalam peta digital dengan kemampuan mengembalikan koordinat
peta seperti sebelum proses penyisipan.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat membantu pemahaman mengenai
teknik alternatif untuk digunakan dalam proses penyisipan informasi ke dalam
peta vektor dengan fitur poligon.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini merujuk kepada penelitian Wang dan Men (2011) tentang
penerapan teknik reversible watermarking pada peta digital. Berkas yang
digunakan adalah data koordinat peta digital 2-D berbentuk shapefile dengan fitur
poligon dan gambar berekstensi .jpg atau .jpeg sebagai data watermark.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini mengimplementasikan teknik reversible watermarking
sebagai proses penyisipan informasi dalam peta digital 2-D. Skema penelitian
dapat dilihat pada Gambar 1 dan Gambar 2.
Penyisipan watermark memiliki 5 tahapan, yaitu pembacaan koordinat peta
awal, pembangkitan watermark, penyisipan watermark, pembentukan peta hasil
watermarking, dan koordinat peta hasil watermarking. Pada Gambar 1 peta awal
adalah peta sebelum proses penyisipan dan peta hasil adalah peta yang sudah
mengandung watermark.
Ekstraksi memiliki 5 tahapan, yaitu pembacaan koordinat peta hasil
watermarking, pembangkitan watermark, ekstraksi bit watermark, perbandingan
nilai dari bit watermark yang diekstraksi dengan bit watermark awal, dan
pengembalian koordinat peta awal. Jika watermark hasil ekstraksi sama dengan
nilai watermark asli, dapat disimpulkan bahwa peta tidak mengalami perubahan.
Jika watermark hasil ekstraksi tidak sama, dapat dipastikan peta mengalami
perubahan dan tidak dapat dikembalikan ke kondisi semula.
3
Mulai
Peta awal
Informasi
Pembacaan
koordinat peta
Pembangkitan
watermark
Pembentukan peta
hasil (.shp)
Penyisipan watermark
Koordinat peta hasil
Selesai
Gambar 1 Tahap penyisipan watermark
Mulai
Peta hasil
Informasi
Pembacaan koordinat
peta hasil
Pembangkitan watermark
(�)
Ekstraksi bit
watermark (� ′ )
�′ = � ?
Tidak
Ya
Pengembalian koordinat peta
awal
Selesai
Gambar 2 Tahap ekstraksi
4
Tahap Penyisipan Watermark
Pembacaan Koordinat Peta
Data koordinat yang digunakan pada tahap penyisipan watermark adalah
data dari peta kelurahan di kota Bogor. Dalam peta kelurahan tersebut terdapat 19
fitur poligon. Penyisipan dilakukan pada salah satu fitur poligon.
Pembangkitan Watermark
Watermark pada tahap penyisipan watermark dihasilkan dari algoritme
MD5. Algoritme MD5 adalah salah satu aplikasi dari fungsi hash satu arah yang
didesain oleh Ronald Rivest. Hash adalah proses perubahan suatu data menjadi
data lain dengan panjang tertentu. Algoritme ini dapat digunakan untuk aplikasi
keamanan dan juga untuk melakukan pengujian integritas sebuah file. Algoritme
ini mengambil pesan yang mempunyai panjang tetap 128 bit. Algoritme MD5
menerima input berupa data atau gambar dengan ukuran yang bebas dan akan
menghasilkan output heksadesimal sepanjang 32 karakter atau 128 bit (Sofwan et
al.2006). Proses ini dilakukan pada tahap penyisipan watermark dan tahap
ekstraksi.
Penyisipan Watermark
Berikut adalah skema yang dikembangkan oleh Wang dan Men (2011).
Dengan menggunakan skema berbasis koordinat, pada tahap penyisipan,
koordinat bilangan bulat dihitung terlebih dahulu. Koordinat bilangan bulat
dan koordinat bilangan desimal
, dapat dihitung dengan Persamaan (1).
= {
(
)=
=
(
)
(1)
Keterangan :
: titik verteks atau koordinat peta awal
x
: nilai koordinat awal
: nilai koordinat awal
: jumlah digit dari nilai bilangan desimal pada koordinat
: jumlah digit maksimum dari nilai bilangan desimal pada koordinat
a
Kemudian, peta vektor dibagi menjadi berbagai pasang titik, yang masingmasing berisi simpul saling berdekatan. Proses penyisipan watermark dan proses
ekstraksi antara koordinat dan sama. Sebagai contoh penyisipan dilakukan
untuk koordinat , asumsikan ada dua verteks atau koordinat yang berdekatan
antara
dan
. Penyisipan watermark dilakukan ke satu bit
bilangan bulat di koordinat . Kemudian, dicari perbedaan selisih nilai bilangan
bulat dan rata-rata nilai bilangan bulat menggunakan Persamaan (2).
= {
=
=
Keterangan :
: nilai koordinat bilangan bulat dari
: nilai koordinat bilangan bulat dari
(2)
5
Kemudian, dilakukan perhitungan untuk memperluas nilai
Persamaan (3).
′
=
dengan
(3)
Keterangan :
: selisih nilai bilangan bulat setelah penyisipan watermark
: nilai bit watermark
Selanjutnya, dilakukan perhitungan untuk penyisipan pada koordinat
bilangan bulat
dan
dengan Persamaan (4).
=
= {
(4)
=
Keterangan :
: nilai koordinat bilangan bulat dari
watermark
: nilai koordinat bilangan bulat dari
watermark
Sehingga, untuk dapat memperoleh koordinat
watermark digunakan Persamaan (5).
= {
′
= (
′
= (
Keterangan :
: nilai koordinat
: nilai koordinat
)⁄
)⁄
yang sudah disisipkan
yang sudah disisipkan
yang telah mengandung
(5)
yang sudah mengandung watermark
yang sudah mengandung watermark
Pembentukan Peta Hasil
Setelah seluruh tahapan proses penyisipan watermark dilakukan, didapatkan
nilai koordinat dan koordinat yang baru. Nilai koordinat tersebut mengubah
nilai yang sebelumnya. Data peta kelurahan kota Bogor disimpan dalam bentuk
shapefile. Peta hasil penyisipan watermark ini yang akan dijadikan data input
pada tahap ekstraksi.
Tahap Ekstraksi
Pembacaan Koordinat Peta
Data koordinat yang digunakan pada tahap ekstraksi adalah data dari peta
kelurahan di kota Bogor yang sebelumnya sudah melalui tahap penyisipan
watermark. Dalam peta kelurahan tersebut terdapat 19 fitur polygon. Ekstraksi
dilakukan pada salah satu fitur poligon yang digunakan pada tahap penyisipan
watermark.
Pembangkitan watermark
Watermark pada tahap ekstraksi dihasilkan dari algoritme MD5. Watermark
pada tahap ini menghasilkan nilai yang sama dengan yang dihasilkan pada tahap
6
penyisipan watermark. Nilai tersebut akan digunakan pada tahapan selanjutnya
dari tahap ekstraksi.
Ekstraksi bit watermark
Pada tahap ini, nilai bit watermark akan dipisahkan dari nilai koordinat yang
disisipinya. Dengan menghitung Less Significant Bit (LSB) dari nilai koordinat
maka akan diperoleh bit watermark yang digunakan pada tahap penyisipan
watermark. Hasil tahap ini akan digunakan pada tahapan selanjutnya dari tahap
ekstraksi.
Verifikasi Isi Watermark
Pada tahap ini, nilai bit watermark yang digunakan pada proses penyisipan
akan dibandingkan dengan nilai bit watermark yang dihasilkan pada tahap
ekstraksi. Apabila nilai yang dihasilkan sama, tahapan selanjutnya untuk
mendapatkan nilai koordinat awal bisa dikerjakan. Apabila hasil yang dihasilkan
tidak sama, kemungkinan ada kesalahan pada perubahan nilai koordinat yang
dihasilkan pada proses penyisipan.
Pengembalian Koordinat Peta
Tahap pengembalian koordinat peta diawali dengan ekstraksi bit yang telah
′
′
mengandung watermark
dan mengembalikan bit tersebut ke awalnya
. Proses ekstraksi antara koordinat dan sama. Untuk mendapatkan
koordinat awal, tahap pertama masih sama dengan yang dilakukan pada proses
′
′
penyisipan yaitu dengan menghitung koordinat bilangan bulat
dan
′
′
koordinat bilangan desimal
mengggunakan Persamaan (6).
= {
(
′
′
′
′
)=
=
′
′
′
′
(
′
′
)
(6)
Keterangan :
: titik verteks atau koordinat yang sudah mengandung watermark
′
: nilai koordinat yang sudah mengandung watermark
′
: nilai koordinat yang sudah mengandung watermark
Kemudian, perbedaan selisih nilai bilangan bulat
dan rata-rata nilai
bilangan bulat
dicari dengan Persamaan (7).
= {
′
=
′
=
′
′
(7)
Keterangan :
′
: nilai koordinat bilangan bulat yang sudah mengandung
watermark dari ′
′
: nilai koordinat bilangan bulat yang sudah mengandung
watermark dari ′
Kemudian, bit
yang sudah mengandung watermark diekstraksi dengan
menggunakan Persamaan (8).
=
′
(8)
7
Selanjutnya, dilakukan perhitungan terhadap nilai
menggunakan Persamaan (9).
awal dengan
=
(9)
Keterangan :
: nilai selisih bilangan bulat awal
Kemudian, nilai awal koordinat bilangan bulat
Persamaan (10).
= {
=
=
′
dikembalikan dengan
(10)
′
Keterangan :
: nilai awal koordinat bilangan bulat dari
: nilai awal koordinat bilangan bulat dari
Dan akhirnya, nilai koordinat x yang awal dapat dikembalikan dengan
Persamaan (11).
= {
′ )⁄
= (
(11)
′ )⁄
= (
Keterangan :
: nilai awal dari koordinat
: nilai awal dari koordinat
Analisis Hasil Penelitian
Setelah proses penyisipan dan ekstraksi dilakukan, untuk mengetahui
kualitas dari teknik ini dilakukan analisis hasil penelitian melalui perhitungan root
mean square error (RMSE) dan normalization correlation (NC). RMSE
merupakan akar dari jumlah kuadrat antara selisih koordinat peta awal dengan
koordinat hasil penyisipan yang sudah mengandung watermark. Nilai RMSE
diperlukan untuk mengetahui seberapa besar distorsi yang terjadi tehadap
perhitungan koordinat pada peta vektor tersebut. Nilai RMSE yang mendekati nol,
menunjukkan bahwa teknik perhitungan reversible lebih baik (Niu et al.2006).
Nilai RMSE dapat dihitung dengan Persamaan (12).
= √∑
(
(
Keterangan :
: verteks atau koordinat
: verteks atau koordinat
)
dan
dan
)
(12)
dari peta awal
dari peta hasil watermarking
8
Sedangkan NC merupakan suatu teknik yang berguna untuk menganalisis
kesamaan antara koordinat awal dengan koordinat hasil ekstraksi. Nilai dari teknik
ini berkisar antara 0 sampai dengan 1. Semakin tinggi nilai NC yang dihasilkan
pada teknik ini menunjukkan bahwa hasil reversible watermarking memiliki
tingkat kemiripan yang sama atau tidak jauh berbeda dengan awalnya.
Perhitungan NC menggunakan Persamaan (13) dengan
adalah bit watermark
awal dan ′ adalah bit hasil watermark yang diekstrak (Ramesh dan Shanmugam
2011).
= ∑
√
|
′|
√ ′
′
(13)
Lingkungan Pengembangan Sistem
Pada penelitian ini, perangkat yang digunakan adalah sebagai berikut:
Perangkat lunak: Windows 7 Professional, Quantum GIS, Visual Studio
2010
Perangkat keras: CPU Intel Core i3 2,10 GHz dan 4GB RAM
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Penelitian
Data yang digunakan pada penelitian ini adalah peta vektor 2D yang
berbentuk shapefile dengan fitur poligon. Data watermark adalah sebuah gambar
berekstensi .jpg yang nilai hash-nya dicari dengan menggunakan algoritme MD5.
Gambar yang digunakan pada penelitian ini memiliki ukuran 400x601 piksel.
Nilai hash yang didapatkan yaitu 932625cac9419081a92c4d6af3b5da44. Nilai ini
diubah ke dalam bentuk biner sepanjang 128 bit untuk disisipkan ke dalam 1
verteks atau koordinat (
) dari peta masing-masing 1 bit.
Proses penyisipan akan dilakukan pada salah satu fitur poligon dengan
syarat jumlah verteks atau koordinat yang ada didalamnya tidak kurang dari 128.
Bentuk peta vektor yang akan dilakukan penyisipan dapat dilihat pada Gambar 3
yaitu data kelurahan yang terdapat di kota Bogor. Fitur poligon yang akan
disisipkan watermark adalah fitur kelurahan Tanah Baru. Atribut-atribut yang
terdapat pada peta kelurahan tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.
9
Gambar 3 Peta vektor poligon untuk kelurahan kota Bogor
Gambar 4 Atribut Tabel Kelurahan
Setelah dilakukan proses penyisipan, bentuk peta vektor mengalami
perubahan seperti terlihat pada Gambar 5.
10
Gambar 5 Peta hasil penyisipan (Insert : Perbedaan peta awal dan peta hasil)
Perubahan yang terjadi terhadap peta secara kasat mata tidak terlihat jelas.
Hal ini terjadi karena penyisipan hanya dilakukan terhadap 128 verteks atau titik
koordinat (
) pertama dari fitur poligon. Akan tetapi, apabila peta tersebut
diperbesar dari skala 1:7500000000 menjadi skala 1:200000000, akan terlihat
bahwa terjadi pergeseran antara fitur peta awal dengan peta setelah penyisipan.
Warna yang berbeda dengan warna dasar pada Gambar 5 di atas menunjukkan
bahwa perubahan titik koordinat yang terjadi setelah proses penyisipan
watermarking.
Analisis Kualitas Hasil
Setelah proses penyisipan watermark dilakukan, didapatkan koordinat baru
dari fitur kelurahan Tanah Baru. Perubahan koordinat yang baru dapat dilihat pada
Tabel 1. Pada penelitian ini nilai yang digunakan adalah enam. Nilai tersebut
dipilih karena merupakan nilai yang paling optimal, dan algoritme berfungsi
tanpa perlu kinerja komputasi yang lebih kompleks.
11
Tabel 1 Perbandingan koordinat awal dengan koordinat setelah penyisipan
701688,4999
99647
701657,6250
00003
701639,1874
98875
701605,3750
00389
701597,7500
01356
701581,8750
01197
701574,8749
98618
701574,9374
99673
701575,1249
99847
701593,0625
01302
9274364,999999
570
9274341,000000
400
9274327,000000
880
9274309,999998
640
9274303,999998
850
9274282,999999
570
9274266,000000
160
9274243,000000
670
9274244,000001
290
9274200,999999
190
701703,9374
99647
701642,1875
00003
701656,0937
47875
701588,4687
51389
701605,6875
01356
701573,9375
01197
701574,8437
48618
701573,9374
99673
701566,1249
99847
701602,0625
01302
9274376,99999857
0
9274329,00000040
0
9274335,50000288
0
9274301,49999764
0
9274314,49999785
0
9274272,49999957
0
9274273,50000116
0
9274227,00000067
0
9274266,00000129
0
9274178,99999919
0
…
…
…
…
…
701725,0624
99242
9272203,000000
610
701714,0624
99242
9272205,00000061
0
Tabel 1 menunjukkan adanya perubahan nilai antara koordinat awal dengan
koordinat hasil penyisipan. Perubahan yang terjadi tidak melebihi nilai skala
ratusan. Pengukuran terhadap kualitas dari peta menggunakan RMSE. Pengukuran
ini dilakukan dengan menghitung besaran nilai distorsi antara koordinat awal
dengan koordinat hasil penyisipan. Besaran nilai distorsi yang terjadi dapat dilihat
pada Tabel 2.
Tabel 2 menunjukkan bahwa nilai RMSE yang dihasilkan sebesar
0.00000113194984802269. Dengan nilai yang mendekati nol, dapat disimpulkan
bahwa distorsi yang terjadi pada teknik ini dapat diterima atau secara visual tidak
dapat dilihat perbedaan antara peta sebelum penyisipan dengan peta setelah
penyisipan sehingga peta hasil penyisipan masih terjamin kualitasnya.
12
Tabel 2 Besaran distorsi yang terjadi pada masing-masing verteks
701688,4999
99647
701657,6250
00003
701639,1874
98875
701605,3750
00389
701597,7500
01356
701581,8750
01197
701574,8749
98618
701574,9374
99673
701575,1249
99847
701593,0625
01302
9274364,9999
99570
9274341,0000
00400
9274327,0000
00880
9274309,9999
98640
9274303,9999
98850
9274282,9999
99570
9274266,0000
00160
9274243,0000
00670
9274244,0000
01290
9274200,9999
99190
′
701703,93
7499647
701642,18
7500003
701656,09
3747875
701588,46
8751389
701605,68
7501356
701573,93
7501197
701574,84
3748618
701573,93
7499673
701566,12
4999847
701602,06
2501302
′
9274376,9999
98570
9274329,0000
00400
9274335,5000
02880
9274301,4999
97640
9274314,4999
97850
9274272,4999
99570
9274273,5000
01160
9274227,0000
00670
9274266,0000
01290
9274178,9999
99190
0.00000195998471464085
0.00000195999555746769
0.00000189683599123842
0.00000189684560776726
0.00000131943903402135
0.00000131944399120763
0.00000075182294887164
0.00000075182397436291
0.00000114390546387741
0.00000114390684723241
…
…
…
…
…
701725,0624
99242
9272203,0000
00610
701714,06
2499242
9272205,0000
00610
0.00000058515619950447
∑
0.00000113194984802269
Analisis kinerja
Pengukuran terhadap kinerja dari teknik reversible watermarking dengan
menggunakan perhitungan NC. Nilai NC yang mendekati nilai 1 menunjukkan
bahwa peta yang dihasilkan semakin memiliki tingkat kesamaan dengan peta
awal, dan nilai 1 menunjukkan hasil yang identik. Kualitas kinerja dari teknik ini
dapat dilihat pada Tabel 3 yang menunjukkan bahwa semua nilai koordinat dari
tahap penyisipan telah berhasil dikembalikan ke koordinat awal.
Tabel 3 menunjukkan bahwa nilai NC pada tiap verteks sebesar 1. Dengan
demikian, dapat disimpulkan bahwa semua koordinat yang telah disisipkan
watermark dapat dikembalikan ke koordinat awal sebelum dilakukan penyisipan
watermark.
13
Tabel 3 Nilai kemiripan dari koordinat awal dengan koordinat hasil ekstraksi
′
701688,4999996
47
701657,6250000
03
701639,1874988
75
701605,3750003
89
701597,7500013
56
701581,8750011
97
701574,8749986
18
701574,9374996
73
701575,1249998
47
701593,0625013
02
′
9274364,99999
9570
9274341,00000
0400
9274327,00000
0880
9274309,99999
8640
9274303,99999
8850
9274282,99999
9570
9274266,00000
0160
9274243,00000
0670
9274244,00000
1290
9274200,99999
9190
701688,4999996
47
701657,6250000
03
701639,1874988
75
701605,3750003
89
701597,7500013
56
701581,8750011
97
701574,8749986
18
701574,9374996
73
701575,1249998
47
701593,0625013
02
…
701725,0624992
42
9272203,00000
0610
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
…
…
9272203,00000
0610
…
…
...
701725,0624992
42
9274364,99999
9570
9274341,00000
0400
9274327,00000
0880
9274309,99999
8640
9274303,99999
8850
9274282,99999
9570
9274266,00000
0160
9274243,00000
0670
9274244,00000
1290
9274200,99999
9190
1
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan
bahwa penyisipan informasi ke dalam peta vektor dengan menggunakan
reversible watermarking berhasil dilakukan berdasarkan teknik yang
dikembangkan oleh Wang dan Men (2011). Teknik ini mampu mengembalikan
nilai koordinat awal dari peta vektor sebelum dilakukan penyisipan watermark
dan nilai bit watermark berhasil diekstraksi. Distorsi yang terjadi pada penelitian
ini menunjukkan bahwa peta setelah penyisipan secara visual tidak terlihat
perbedaannya dengan peta sebelum penyisipan sehingga peta hasil penyisipan
masih terjamin kualitasnya.
Saran
Penelitian ini masih memiliki beberapa kekurangan yang dapat diperbaiki
dan dikembangkan pada penelitian selanjutnya. Salah saran itu di antaranya
dengan melakukan penyisipan terhadap peta vektor dengan fitur kumpulan titik.
14
DAFTAR PUSTAKA
Caldelli R, Filippini F, Becarelli R. 2010. Reversible Watermarking Techniques:
An Overview and a Classification. EURASIP Journal on Information
Security. Vol.2010. doi:10.1155/2010/134546.
Hanifah A, Neyman SN, Sitohang B. 2013. Penggunaan Teknik Reversible
Watermarking untuk Verifikasi Integritas Data pada Peta Vektor.
Konferensi Nasional Informatika 2013 (KNIF). Bandung: ITB.
Naskar R. 2010. Content Protection through Reversible Watermarking. India:
Indian Institute of Technology.
Niu XM, Shao CY, Wang XT. 2006. A Survey of Digital Vector Map
Watermarking. International Journal of Innovative Computing, Information
and Control. 2(6):1301-1316.
Ramesh SM, Shanmugam A. 2011. Comparison and Analysis of Discrete Cosine
Transform based Joint Photographic Experts Group Image Compression
using Robust Watermarking Algorithm. American Journal of Applied
Sciences. 8(1):63-70.
Sofwan A, Budi A, Susanto T. 2006. Aplikasi Kriptografi dengan Algoritme
Message Digest 5 (MD5). Transmisi. 11(1):22-27.
Wang N, Men C. 2011. Reversible fragile watermarking for 2-D vector map
authentication with localization. Computer-Aided Design. doi:
10.1016/j.cad.2011.11.001.
Wang XT, Shao CY, Xu XG, Niu XM. 2007. Reversible data-hiding scheme for
2-D vector maps based on difference expansion. IEEE Transactions on
Information
Forensics
and
Security.
2(3):11-20.
doi:
10.1109/TIFS.2007.902677.
Yaqub MK, Al-Jaber A. 2006. Reversible Watermarking Using Modified
Difference Expansion. International Journal of Computing & Information
Sciences. 4(3):134-142.
Zheng L, You F. 2009. A Fragile Digital Watermark Used to Verify the Integrity
of Vector Map. IEEE Science and Technology Project of Beijing Municipal
Education Commission.
15
Lampiran 1 Tampilan utama tahap penyisipan watermarking
Lampiran 2 Tampilan proses penyisipan watermark
16
Lampiran 3 Tampilan utama tahap ekstraksi
Lampiran 4 Tampilan proses ekstraksi watermark
17
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Majalengka tanggal 04 November 1989 dari Ibu Enok
Yani Sumiyani, S.Pd. dan (Alm) Bapak Didi Sunardi. Penulis merupakan anak
tunggal. Pada tahun 2007, penulis lulus dari Sekolah Menengah Atas (SMA)
Negeri 2 Majalengka, dan pada tahun yang sama diterima di Program Diploma
Institut Pertanian Bogor Program Keahlian Teknik Komputer melalui jalur
Undangan Seleksi Masuk IPB. Pada tahun 2010, penulis lulus dari Program
Diploma Institut Pertanian Bogor dan melanjutkan pendidikan di Program Alih
Jenis Ilmu Komputer, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB.