## Analisis Kapasitas Dan
Imperceptibility Proses Penyisipan Pesan Pada Citra Menggunakan LWT dan Metode BPCS

## Malahayati
Universitas Islam Negeri Ar-Raniry Banda Aceh Email : malaoemar2701@gmail.com

## Abstrak
Salah satu cara untuk melindungi pesan rahasia dari orang yang tidak berhak mengaksesnya yaitu dengan cara  menyisipkan  pesan  rahasia  pada  suatu  wadah  penampung,  misalnya  citra.  Penelitian  ini  akan mengevaluasi kapasitas pesan rahasia yang dapat ditampung oleh citra, serta tingkat impercebtibility citra yang telah mengandung pesan rahasia. Pesan rahasia akan disisipkan pada daerah koefisien wavelet yaitu koefisien  aproksimasi  (LL)  yang  diperoleh  dengan  melakukan  Lifting  Wavelet  Transform  (LWT).  Metode yang digunakan untuk menyisipkan bit-bit pesan ke dalam piksel citra yaitu metode Bit-Plane Complexity Segmentation(BPCS).  Hasil  yang  diperoleh  pada  penelitian  ini,  citra  yang  memiliki  noise-like  tinggi  akan memiliki kapasitas yang banyak, akan tetapi tingkat imperceptibility yang kurang.
Kata kunci : Lifting Wavelet Transform, Segmentasi Bit-Plane Complexity, citra

## Abstract
The way to protect the secret messages from  unauthorized people is by inserting a secret message in a container,  for  example,  images.  This  study  will  evaluate  the  capacity  of  secret  messages  that  can  be accommodated  by  images,  as  well  as  the  level  of  impercebtibility  of  images  that  already  contain  secret messages. The secret message will be inserted in the wavelet coefficient region, which is the approximation coefficient  (LL)  obtained  by  performing  Lifting  Wavelet  Transform  (LWT).  The  method  used  to  insert message  bits  into  image  pixels  is  the  Bit-Plane  Complexity  Segmentation  (BPCS)  method.  The  results obtained in this study, images that have high noise-like will have a lot of capacity, but  lacking the level of imperceptibility.
keywords: Lifting Wavelet Transform, Bit-Plane Complexity Segmentation, citra

## 1.  Pendahuluan
Seiring dengan perkembangan teknologi, kejahatan yang memanfaatkan teknologi dan informasi juga  turut  berkembang.  Dengan  berbagai  teknik  banyak  yang  mencoba  untuk  mengakses data/pesan yang bukan haknya. Oleh karena itu, perlu diciptakan suatu teknik pengamanan untuk melindungi  informasi  dari  orang  yang  tidak  berhak  tersebut.  Salah  satu  teknik  pengamanan informasi  adalah  steganografi.  Steganografi  merupakan  teknik  penyisipan  pesan  rahasia  pada media  penampung  dengan  maksud  orang  yang  tidak  berhak  memiliki  pesan  tersebut  tidak menyadari keberadaan dari pesan yang disisipkan. Salah satu metoda steganografi yaitu dengan cara menyisipkan pesan rahasia ke dalam media penampung citra.
                                       
 
       
         1 , 1 2 , 1 1 , 1 0 , 1 1 , 2 2 , 2 1 , 2 0 , 2 1 , 1 2 , 1 1 , 1 0 , 1 1 , 0 2 , 0 1 , 0 0 , 0 , N M f M f M f M f N f f f f N f f f f N f f f f n m f
        
Terdapat beberapa hal yang harus diperhatikan pada teknik steganografi dengan media penampung  citra,  dua  diantaranya  adalah  kapasitas  penyisipan  dan imperceptibility citra  yang telah  disisip  pesan  (Eloff,  Morkel,  Olivier,  2005  dan  Bateman,  Schaathun,  2008).  Kapasitas penyisipan  artinya  kemampuan  suatu  citra  dalam  menampung  data  yang  akan  disisipkan, sedangkan imperceptibility artinya  keberadaan  pesan  tidak  dapat  dipersepsi  oleh  panca  indra. Pada  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Silvia  Torres-Maya,  Mariko  Nakano-Miyatake  dan  Hector Perez-Meana pada tahun 2006, dijelaskan bahwa pesan rahasia disisipkan pada citra, yaitu di daerah bit-plane koefisien wavelet yang diperoleh dengan melakukan Integer Wavelet Transform (IWT)    pada  citra  tersebut.  Sedangkan  proses  pergantian  bit  pesan  dengan  bit  pada  citra dilakukan  pada  daerah bit-plane citra  yang  kompleks,  yang  diperoleh  dengan  menggunakan metode BPCS dengan ketetapan nilai threshold =0,3. Tujuannya untuk mendapatkan kapasitas penyisipan  dan impercebtibility yang  tinggi.  Namun  pada  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Seed Sarreshtedari  dan  shahrokh  Ghaemmaghami  pada  tahun  2010,  mengungkapkan  bahwa  untuk mendapatkan  kapasitas  penyisipan  dan imperceptibility yang  tinggi,  proses  penyisipan menggunakan metode  BPCS  serta  menggunakan random  seed untuk   menentukan  blok  yang akan disisipi bit pesan. Selain itu, proses penyisipan pada penelitian ini hanya menggantikan bit citra pada posisi LSB sebesar bit pesan yang akan disisip.
Berdasarkan  latar  belakang  dan  penelitian  sebelumnya  maka  pada  penelitian  ini  akan dievaluasi  kapasitas  penyisipan  pesan  pada  citra  dan  tingkat impercebtibility citra  yang  telah disisip  pesan  (citra  stego)  dengan  menggunakan  LWT  serta  penerapan  metode  BPCS,  Pada penelitian ini bit pesan akan disisipkan pada seluruh bit citra yang merupakan daerah noise-like . Untuk  mendapatkan  daerah noise-like yang  efektif,  nilai threshold yang  digunakan  pada penelitian ini adalah 0,3 dan 0,4.

## 2.  Tinjauan Pustaka
Pada bagian ini akan dijelaskan citra digital, steganografi, Lifting Wavelet Transform (LWT) dan Bit-Plane Complexity Segmentation (BPCS).

## a. Citra Digital
Citra  digital  merupakan  kumpulan  piksel-piksel  yang  membentuk  sebuah  gambar  yang  dapat dilihat oleh mata manusia. Pada citra digital, data direpresentasikan dalam bentuk matriks. Suatu matriks terdapat indeks baris (m) dan indeks kolom (n) untuk menyatakan suatu titik pada citra tersebut. Perpotongan m,n disebut juga elemen gambar/piksel. Nilai piksel menyatakan tingkat intensitas  dari  citra  tersebut  (Blacklede,  2005).  Gambar  1.  Merupakan  citra  digital  yang dinyatakan dengan matriks berukuran M x N, dengan M menyatakan baris dan  N menyatakan kolom.
Gambar 1. Representasi citra digital dalam bentuk matriks (Jahne, 2005)
e-ISSN  2549-3701

## b. Steganografi
Steganografi  merupakan  suatu  cara  menyembunyikan  pesan,  sehingga  keberadaan  pesan tersebut tidak diketahui. Pesan yang digunakan berupa citra, suara teks atau video. Sedangkan media penampung juga dapat digunakan citra, suara, teks atau video (Cole, 2003). Gambar 2. Merupakan ilustrasi teknik steganografi dengan media penampung citra.
Gambar 2. Ilustrasi steganografi
Berdasarkan metode pemrosesannya, steganografi dapat digolongkan menjadi dua bagian, pada domain spasial dan domain transformasi. Proses penyisipan pada domain spasial yaitu dengan mengubah nilai piksel pada citra asli, sedangkan proses penyisipan pada domain transformasi seperti Fast Fourier Transform (FFT), Discrete Cosine Transform (DCT) dan Wavelet Transform dilakukan dengan merubah koefisien transformasinya.
c. Lifting Wavelet Transform (LWT)
LWT adalah salah satu bagian dari Descrete Wavelet Transform (DWT) yang diperkenalkan pada tahun 1996 oleh Wim Sweldens. LWT merupakan generasi kedua DWT (Sweldens, 1996). Pada DWT dilakukan proses beberapa filter secara terpisah, sedangkan dengan LWT operasi proses dibagi  dan  diproses  secara  bersamaan  dan  tidak  memerlukan array sementara  dalam  proses kalkulasi  ( in-place  computation )  sehingga  implementasi lifting  scheme lebih  cepat  dari  pada implentasi wavelet klasik.
Tiga langkah forward LWT adalah:
1. Split, yaitu  pembagian  data  menjadi  dua,  elemen-elemen  berindeks  ganjil  dan elemen-elemen berindeks genap,
2. Predict , yaitu prediksi elemen ganjil dari elemen genap, dan
3. Update , yaitu lanjutan dari fase predict untuk menentukan nilai elemen genap.
Di sisi lain, langkah inverse LWT (ILWT) merupakan kebalikan dari forward LWT , yaitu undo update, undo predict, dan merge (Chen).
citra pesan Sistem steganografi
Citra
Stego
(a)
(b)
Gambar 3.Skema LWT (a) maju (b) balik
d. Bit-Plane Complexity Segmentation (BPCS)
BPCS merupakan teknik steganografi yang diperkenalkan Eiji Kawaguchi dan Richard O.Eason pada  tahun  1998.  Proses  penyisipan  dengan  metode  BPCS  memiliki  kapasitas  yang  besar (Kawaguchi dan Eason, 1998).
Berikut langkah-langkah yang dilakukan pada penyisipan data menggunakan metode BPCS:
1. Mengubah citra dari sistem Pure Binary Code (PBC) menjadi sistem Canonical Gray Code  (CGC). Konsep  perubahan  PBC  menjadi  CGC  menggunakan  persamaan  (1) dan (2).
g1 =  b1 …………………………….(1) gi= bi-1 ⊕ bi       ; i >1 ………………(2)
2. Selanjutnya citra di- slice menjadi bit-plane . Setiap bit-plane mewakili bit dari setiap piksel.Hitung  kompleksitas (α)  setiap bit-plane  citra .  Dengan  menggunakan  nilai batas/ threshold α  0=0,3,  setiap bit-plane yang  memiliki  α  ≥  α 0 merupakan  daerah noise-like dan bit-plane yang memiliki α <α 0 merupakan  daerah informative .  Nila i α dapat dihitung menggunakan persamaan (3) α=k/n  …………………………….(3)
Dengan  k=jumlah  perubahan  warna  hitam –putih  pada  setiap bit-plane dan  n kemungkinan  maksimal  perubahan  warna  hitam-putih.  Untuk  sebuah  citra  biner persegi dengan ukuran 2 N x2 N , maka n adalah 2*2 N *(2 N -1).
3. Kelompokkan byte-byte pesan pesan menjadi rangkaian blok pesan rahasia.
4. Jika blok pesan (S) kurang  kompleks dibandingkan dengan nilai batas, maka lakukan konjugasi terhadap S untuk mendapatkan S* yang lebih kompleks. Proses konjugasi dapat dilakukan dengan meng-XOR blok pesan yang tidak komplek dengan blok Wc. Gambar 4. Merupakan blok matriks Wc
Update + - Predict Split odd value Merge Update Predict + - even value odd value even value
e-ISSN  2549-3701
𝑊𝑐 =
[
1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1]

## Gambar 4. Blok Peta Konjugasi
5. Sisipkan setiap  blok pesan rahasia ke bit-plane yang  merupakan daerah noise-like . Jika blok S dikonjugasi, maka simpan pada “ conjugation map ”.
6. Sisipkan juga conjugation map seperti yang dilakukan pada blok pesan rahasia.
7. Ubah citra stego dari sistem CGC menjadi sistem PBC menggunakan persamaan (4) dan (5).
b1 =  b1 …………………….(4) bi= gi ⊕ bi-1       ; i >1 …….(5)

## 3.  Metodologi Penelitian
Pada  penelitian  ini  akan  digunakan  media  penampung  citra  dan  pesan  rahasia  berupa  teks. Adapun citra yang digunakan adalah citra grayscale lena_gray.tiff  512 x 512 dan danau_gray.tiff 512 x 512.  Sedangkan pesan rahasia yang digunakan pada penelitian ini adalah teks “penelitian ini’.  Nilai threshold yang digunakan pada penelitian ini adalah 0,3 dan 0,4.
a. Langkah-langkah penelitian
Adapun langkah penelitian ini seperti terlihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Diagram alur penelitian

## b. Evaluasi  Penelitian
Pada penelitian ini dilakukan evaluasi Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) antara citra asli dan citra stego serta evaluasi kapasitas citra yang dapat disisipi pesan.
1. PSNR PSNR digunakan untuk menghitung impercebtibility dari citra stego. Dengan asumsi C(i,j) adalah citra asli dan S(i,j) adalah citra stego. PSNR dapat dihitung menggunakan persamaan (6)
PSNR = 10 log 10 𝑚2 𝑀𝑆𝐸 db ............................... (6)
Dimana
Y N N Y PBC ke CGC Hitung α Pembentukan Bit-plane Representasi pesan dalam bentuk biner Bentuk pesan menjadi blok (gambar biner) 8x8 LWT Hitung α Pesan Citra Konjugasi Gambar biner pesan yang telah dikonjugasi Proses Penyisipan
Bit-plane noise-like Gambar biner pesan kompleks α ≥ α 0 α ≥ α 0 Threshold(α 0 ) Threshold(α 0 )
stop mulai
e-ISSN  2549-3701
MSE = 1 [𝑁𝑥𝑁]2 ∑ ∑ [𝐶(𝑖𝑗) − 𝑆(𝑖𝑗)] 2 𝑁 𝑖=𝑗 𝑁 𝑖=1 ...... (7)

## 2.  Menghitung kapasitas
Kapasitas pada teknik steganografi merupakan jumlah bit maksimum yang dapat disisip.  Pada penelitian ini media penampung yang digunakan citra, sehingga kapasitas dapat diukur dengan bit per piksel (bpp). Bpp dapat dihitung menggunakan persamaan (8).
𝑏𝑝𝑝 = ℎ𝑖𝑑𝑑𝑒𝑛 𝑏𝑖𝑡𝑠 𝑁𝑢𝑚𝑝𝑖𝑥(𝐼𝑐) ....................................... (8)

## 4. Hasil dan Pembahasan
Setelah dilakukan penelitian diperoleh citra yang telah disisip pesan (citra stego). Perbandingan citra stego dengan citra asli dapat dilihat pada Gambar 6(a), 6(b) dan 6(c).
(a) (b) (c)
Gambar 6.     (a)  Citra danau_gray asli (b)  Citra danau  stego,th=0,3 (c)  Citra danau stego,th=0,4
Berdasarkan Gambar 6 dapat dilihat bahwa proses penyisipan telah berhasil dilakukan, dengan citra  stego  dan  citra  asli  tidak  dapat  dibedakan  secara  mata  manusia.  Hal  ini  menunjukkan keberadaan  pesan  tidak  dapat  dipersepsi  secara  mata  manusia.  Sedangkan  hasil  evaluasi kapasitas dan impercebtibility (PSNR) dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil penelitian
Berdasarkan  Tabel 1. terlihat bahwa perubahan nilai threshold mempengaruhi jumlah noise-like yang mana dapat mempengaruhi kapasitas dan impercebtibility citra . Citra yang menggunakan threshold 0,3  memiliki  jumlah noise-like lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  citra  yang menggunakan threshold 0,4.  Sehingga  citra  yang  menggunakan threshold 0,3    akan  memiliki kapasitas lebih banyak dibandingkan dengan citra yang menggunakan threshold 0,4. Namun hal ini berbanding terbalik dalam hal impercebtibility . Citra yang menggunakan threshold 0,3 memiliki tingkat impercebtibility  (PSNR) lebih  buruk  dibandingkan  dengan  citra  yang  menggunakan threshold 0,4.
Citra Thres-hold Jumlah noise-like Kapasitas (bpp) PSNR (dB) Danau_gray.tiff (512x512) 0,3 4213 4,11 50,7 0,4 3262 3,19 51,3
Berdasarkan penelitian secara keseluruhan proses penyisipan pesan pada citra, sebaiknya pada citra yang memiliki noise-like tinggi. Artinya pada citra noise-like tinggi akan memiliki kompleksitas atau perubahan warna yang tinggi pula.

## 5.  Kesimpulan dan Saran

## a.  Kesimpulan
Setelah  dilakukan  penelitian  diperoleh  kesimpulan  bahwa  penyisipan  pesan  pada  citra menggunakan LWT dan metode BPCS berhasil dilakukan. Selain itu, penggunaan citra dengan noise-like tinggi  serta  penetapan  nilai threshold 0,4  akan  menghasilkan  citra  stego  dengan impercebtibility tinggi  (terjaga  kualitasnya)  serta  dapat  membatasi  ukuran  pesan  pada  batas kerusakan yang tidak terlihat oleh mata.

## b.  Saran
Berdasarkan hasil penelitian di atas, maka disarankan perlu adanya penelitian lanjutan dengan media penyimpanan citra warna serta menggunakan jenis transformasi dan penggunaan metode penyimpanan lainnya.

## REFERENSI
Bernd Jahne. (2005). Digital Image Processing , 6th ed. Germany: springer
Eric Cole. (2003). Hiding in Plain Sight: Steganography and the Art of Covert Communication. Carol Long, Ed, Canada: Bob Ipsen
Eiji Kawaguchi, Richard O. Eason. (1998). Principle and Application of BPCS-Steganography .
Jonathan  M.  Blacklede.  (2005). Digital  Image  Processing  (Mathematical  and  Computaional  Methods) . England:Horwood.
J. H. P. Eloff, T. Morkel, M. S. Olivier. (2005). An Overview of Image Steganography. Proceeding of the Fifth Annual Information Security South Africa Conference (ISSA) , pp.1-12, South Africa.
Philip  Bateman,  Dr.  Hans  Georg  Schaathun.  (2008). Image  Seteganography  and  Steganalysis.
Departement of Computing Faculty of Engineering and Physical Science University of Surrey, Master Thesis, United Kingdom.
Silvia Torres-Maya, Mariko Nakano-Miyatake dan Hector Perez-Meana. (2006). An Image Steganography System Based on BPCS and IWT. Proceeding IEEE-CONIELECOMP .
Seed  Sarreshtedari,  shahrokh  Ghaemmaghami.  (2010).  High  Capacity  Image  Steganogrphy  in  wavelet Domain. Proceeding IEEE-CCNC .
Wim Sweldens. (1996). The Lifting Scheme: A Construction of Second Generation Wavelets. SIAM Journal on Mathematical Analysis .