Teknik Watermarking untuk Autentikasi dan Perlindungan Hak Cipta dengan Kemampuan Restorasi Citra Digital

Rakhmawati, Lusia (2020) Teknik Watermarking untuk Autentikasi dan Perlindungan Hak Cipta dengan Kemampuan Restorasi Citra Digital. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 07111760010011_Disertation.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Sejak lebih dari satu dekade terakhir, dengan adanya internet terjadi pertumbuhan yang pesat terhadap penggunaan data multimedia. Digitalisasi informasi memberikan manfaat yang besar dalam kemudahan distribusi informasi melalui Internet. Namun, hal itu menyebabkan beberapa masalah serius, seperti pelanggaran hak cipta, masalah autentikasi dan perubahan konten itu sendiri. Hal ini menyebabkan perlindungan intelektual hak milik merupakan isu penting untuk memastikan integritas dan kepemilikan citra yang diterima. Salah satu teknik yang biasa digunakan untuk perlindungan hak cipta adalah teknik watermarking. Penelitian ini mengusulkan metode watermarking ganda yang dapat mengintegrasikan fungsi autentikasi, perlindungan hak cipta, dan pemulihan konten citra digital dalam citra yang sama.
Banyak teknik watermarking berbasis blok dikembangkan, namun masih terdapat beberapa permasalahan. Pertama, pemetaan blok yang tidak aman, pemetaan blok diperlukan untuk proses penyisipan watermark sebagai sebuah payload pada blok tersebut. Namun, karena terbatasnya jumlah derajat kebebasan, transformasi linear mudah didapat dari hanya beberapa citra sampel, dan lemah dari sudut pandang keamanan Untuk mengatasi masalah ini, pada penelitian ini penggunaan transformasi linier bisa dilakukan dengan pemilihan kunci , oleh karena itu dipilih bilangan prima dan penambahan kunci dalam proses autentikasi untuk menambah keamanan. Kedua, modifikasi yang tidak terdeteksi, karena keterbatasan pada kemampuan penyisipan watermark, fitur dari blok citra umumnya terdiri dari koefisien transformasi terkuantisasi. Serangan yang tidak mengubah fitur ini akan gagal dideteksi, sehingga perlu ditambahkan bit autentikasi yang melibatkan fitur citra asli yaitu intensitas rata-rata blok 2×2 piksel. Ketiga, kegagalan lokalisasi kerusakan, karena skema self-embedding watermarking umumnya mencakup fitur satu blok citra ke blok lain, ketergantungan block-wise yang dihasilkan membuat sulit untuk mendeteksi dan melokalisir gangguan, untuk mengatasi masalah tersebut pada penelitian ini pay load watermark dibedakan menjadi data autentikasi dan data restorasi. Data autentikasi untuk blok disisipkan di blok itu sendiri, sedangkan data pemulihan disisipkan di blok yang berbeda. Keempat, kualitas pemulihan, dalam banyak skema self-embedding, bit pemulihan dari suatu sub-blok tertentu selalu disembunyikan di blok itu sendiri atau blok lain dari citra. Pemulihan ini dapat gagal ketika blok atau blok yang berisi bit pemulihannya juga mengalami kerusakan. Jika sebagian besar citra mengalami kerusakan, kualitas citra yang dipulihkan umumnya buruk. Penambahan bit restorasi yang disisipkan di blok lain akan memicu pengurangan kualitas citra dan tidak efektif, sehingga untuk mengimbangi kualitas citra secara efektif mengambil rata-rata intensitas dalam domain spasial dari citra asli, bukan dari versi perkiraan citra asli, dan watermark tidak mengandung redundansi tambahan sehingga dapat meningkatkan kualitas citra hasil restorasi. Kelima, metode fragile tidak dapat mendeteksi manipulasi kompresi lossy, karena perubahan yang terlihat ini dapat dianggap dapat diterima oleh beberapa pengguna tetapi mungkin tidak dapat diterima oleh yang lain, sehingga perlu untuk perlindungan hak cipta dengan mengusulkan metode robust watermarking menggunakan blok 8x8 dengan penyisipan dalam koefisien frekuensi menengah yang dipilih dari transformasi Discrete Cosine Transform (DCT) dengan pengembangan pada strategi pemilihan koefisien DCT sebagai tempat penyisipan dan penentuan faktor skala adaptif yang mempertimbangkan isi konten citra itu sendiri, sehingga trade-off antara imperceptibilitas dan ketahanan dapat terpenuhi.
Hasil eksperimen menunjukkan deteksi tingkat piksel yang dirusak dapat secara akurat menandai area yang dimodifikasi dan bekerja dengan baik terhadap serangkaian serangan komprehensif seperti noise, filter, pemerataan histogram, rotasi, dan kompresi jpeg. Pemetaan blok acak meningkatkan efektivitas skema melawan kerusakan bahkan hingga 40%. Evaluasi logo watermark yang diekstraksi melalui berbagai metrik kesalahan yang sesuai menambah keunggulannya, dengan nilai PSNR diatas 43 dB dan SSIM dengan rata-rata 0.92 yang memuaskan untuk hasil restorasi citra. Selanjutnya hasil eksperimen menunjukkan bahwa metode yang dilakukan pada penelitian ini mengungguli metode lain dalam state-of-the-art untuk kualitas citra hasil penyisipan dan restorasi watermark.

============================================================================================================================
Since more than a decade ago, with the internet there has been a rapid growth of the use of multimedia data. Digitalisation of information provides great benefits in the ease of distribution of information through the Internet. However, it causes some serious problems, such as copyright infringement, authentication issues and changes to the content itself. So that intellectual property rights are an important issue to ensure the integrity and ownership of received images. One technique commonly used for copyright protection is the watermarking technique. This study discusses dual watermarking methods that can integrate the functions of authentication, copyright protection, and restoration of digital content in the same original image.
Many block-based watermarking techniques were developed, but there are still some problems. First, the block mapping is not safe, block mapping is required for the process of inserting a watermark as a paylod on that block. However, due to the limited number of degrees of freedom, linear transformations are easily obtained from only a few sample images, and are weak from a security point of view. To overcome this problem, in this study the use of linear transformation can be done by selecting keys that use prime numbers and adding keys for authentication. Second, undetectable modifications. Due to limitations on the ability to insert watermarks, the features of the image block generally consist of quantized transformation coefficients. Attacks that do not change this feature will fail to detect, so an authentication bit involving the original image needs to be added, namely the average intensity of the 2x2 pixel block. Third, failure localization failure, because the self-embedding watermarking scheme generally includes features of one image block to another, the resulting block-wise dependency makes it difficult to detect and localize interference. To overcome this problem, in this study the payload watermark is divided into authentication data and restoration data. The authentication data for the block is installed in the block itself, while the recovery data is installed in a different block. Fourth, the quality of recovery, in many self-embedding schemes, the recovery bits of a certain sub-block are always hidden in the block itself or other blocks of the image. This recovery can fail when the block or blocks containing the recovery bits are damaged. If most of the image is damaged, the quality of the recovered image is generally poor. The addition of restoration bits that are inserted in other blocks will trigger a reduction in image quality and are ineffective, so to compensate for image quality effectively takes the average intensity in the spatial domain of the original image, not from the estimated version of the original image, and the watermark does not contain additional redundancy so can improve the quality of the image of the restoration. Fifth, the fragile method cannot detect lossy compression manipulation, because this visible change can be considered acceptable by some users but may not be acceptable by others, so it is necessary for copyright protection by proposing a robust watermarking method using 8x8 blocks with insertion in the coefficient intermediate frequencies selected from the Discrete Cosine Transform (DCT) transformation with the development of the DCT coefficient selection strategy as an insertion and determination of adaptive scale factors that consider the contents of the image content itself, so that the trade-off between imperceptibility and resilience can be fulfilled.
Experimental results show that detection of defective pixels can accurately mark modified areas and work well against a comprehensive set of attacks such as noise, filters, histogram equalization, rotation, JPEG compression, etc. Random block mapping increases the effectiveness of schemes against damage by up to 40%. Evaluation of the extracted watermark logo through various appropriate error metrics adds to its superiority, with PSNR values above 43 dB and SSIM with an average of 0.92 which is satisfactory for image restoration results. Furthermore the experimental results show that the proposed method outperforms other methods in state-of-the-art.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	Digital Watermarking, Authentication, Copyright protection, Tamper detection and recovery
Subjects:	T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK7882.P3 Pattern recognition systems T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK5101 Telecommunication
Divisions:	Faculty of Electrical Technology > Electrical Engineering > 20001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Lusia Rakhmawati
Date Deposited:	28 Aug 2020 06:41
Last Modified:	27 Dec 2020 02:01
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/81345

Actions (login required)

View Item