KOMPRESI AUDIO DAN VIDEO

KOMPRESI AUDIO DAN VIDEO

Kompresi audio/video adalah salah satu bentuk kompresi data yang bertujuan untuk mengecilkan ukuran file audio/video dengan metode :

• Lossy à format : Vorbis, MP3, MPEG-1;
• Loseless à format : FLAC yang digunakan pada audio engineer

Kompresi dilakukan pada saat pembuatan file audio/video dan pada saat distribusifile audio/video tersebut

Kendala pada kompresi audio:

• Perkembangan sound recording yang cepat dan beranekaragam
• Kebutuhan sample audio berubah dengan cepat

Loseless audio codec tidak memperhatikan masalah dalam kualitas suara, penggunaannya dapat difokuskan pada:

• Kecepatan kompresi dan dekompresi
• Faktor kompresi
• Dukungan hardware dan software

Lossy audio codec penggunaannya difokuskan pada:

• Kualitas audio yang dihasilkan
• Faktor kompresi
• Kecepatan kompresi dan dekompresi
• Inherent latency of algorithm (penting bagi real-time streaming)
• Dukungan hardware dan software

Proses Kompresi Audio/Video

Kompresi pada audio/video dapat dilakukan pada :

1.    Pembuatan file audio/video : teknik kompresi ini dilakukan pada saat audio/video sedang dibuat atau pada saat diubah ke format yang berbeda.

2.    Distribusi File audio/video : Teknik kompresi ini digunakan pada saat dilakukan proses pendistribusian file audio/video terutama pada saat ditransmisikan didalam jaringan dengan tujuan memperkecil bandwidth yang dibutuhkan.

Adapun kendala atau kompleksitas yang muncul pada proses kompresi audio :

·         Perkembangan sound recording yang cepat dan beranekaragam

·         Nilai dari audio sample berubah dengan cepat

Losless audio codec tidak mempunyai masalah dalam kualitas suara karena penggunaannya dapat difokuskan pada:

·         Kecepatan kompresi dan dekompresi

·         Derajat kompresi

·         Dukungan hardware dan software

Sementara untuk kompresi yang bersifat Lossy audio codec penggunaannya difokuskan pada:

·         Kualitas audio

·         Faktor kompresi

·         Kecepatan kompresi dan dekompresi

·         Inherent latency of algorithm (penting bagi real-time streaming)

·         Dukungan hardware dan software

Metode Kompresi Audio

Terdapat dua metode yang dapat digunakan untuk melalukan kompresi data audio, yaitu :

Ø  Metode Transformasi

·         Menggunakan algoritma seperti MDCT (Modified Discreate Cosine Transform) untuk mengkonversikan gelombang bunyi kedalam sinyal digital agar tetap dapat didengar oleh manusia (20 Hz s/d 20kHz) , yaitu menjadi frekuensi 2 s/d 4kHz dan 96 dB.

·         Modified discrete cosine transform (MDCT) digunakan untuk mengkonversi domain waktu gelombang sampel menjadi transformasi domain. Setelah berubah, biasanya menjadi domain frekuensi, frekuensi komponen dapat dialokasikan bit menurut bagaimana didengar mereka. Kemampuan didengar komponen spektral ditentukan dengan terlebih dahulu menghitung ambang masking, di bawah ini yang diperkirakan suara akan berada di luar batas persepsi manusia.

·         Ambang masking dihitung dengan menggunakan ambang mutlak pendengaran dan prinsip-prinsip masking simultan, fenomena dimana sinyal tertutup oleh sinyal lain yang dipisahkan oleh frekuensi dan dalam beberapa kasus, temporal masking dimana sebuah sinyal tertutup oleh sinyal lain dipisahkan oleh waktu. Sama-kontur kenyaringan juga dapat digunakan untuk bobot pentingnya persepsi dari komponen yang berbeda. Model kombinasi telinga-otak manusia memasukkan efek seperti ini sering disebut model psychoacoustic .

Ø  Metode Waktu

·         Menggunakan LPC (Linier Predictive Coding) yaitu digunakan untuk speech (pidato), dimana LPC akan menyesuaikan sinyal data pada suara manusia, kemudian mengirimkannya ke pendengar. Jadi seperti layaknya komputer yang berbicara dengan bahasa manusia dengan kecepatan 2,4 kbps

MPEG(Moving Picture Expert Group)

MPEG-1 menggunakan bandwidth 1,5 Mbits/sec untuk audio dan video, dimana 1,2 Mbits/sec digunakan untuk video sedangkan 0,3 Mbits/sec digunakan untuk audio.

Nilai 0,3 Mbits/sec ini lebih kecil dibandingkan dengan bandwidth yang dibutuhkan oleh CD Audio yang tidak terkompres sebesar 44100 samples/sec x 16 bits/sample * 2 channel > 1,4 Mbits/sec yang hanya terdiri dari suara saja.

Untuk ratio kompresi 6:1 untuk 16 bit stereo dengan frekuensi 48kHz dan bitrate 256 kbps CBR akan menghasilkan ukuran file terkompresi kira-kira 12.763 KB, sedangkan ukuran file tidak terkompresinya adalah 75.576 KB

MPEG-1 audio mendukung frekuensi dari 8kHz, 11kHz, 12kHz, 16kHz, 22kHz, 24 kHz, 32 kHz, 44kHz, dan 48 kHz.  Juga mampu bekerja pada mode mono (single audio channel), dual audio channel, stereo, dan joint-stereo

                           Algoritma MPEG Audio

Menggunakan filter untuk membagi sinyal audio: misalnya pada 48 kHz, suara dibagi menjadi 32 subband frekuensi.

Memberikan pembatas pada masing-masing frekuensi yang telah dibagi-bagi, jika tidak akan terjadi intermodulasi (tabrakan frekuensi)

Jika sinyal suara terlalu rendah, maka tidak dilakukan encode pada sinyal suara tersebut

Diberikan bit parity yang digunakan untuk mengecek apakah data tersebut rusak atau tidak (yang mungkin disebabkan oleh gangguan / noise), apabila rusak, maka bit tersebut akan digantikan bit yang jenisnya sama dengan bit terdekatnya.

Teknik Kompresi MP3

1.    Auditory masking

Manusia tidak mampu mendengarkan suara pada frekuensi tertentu dengan amplitudo tertentu jika pada frekuensi di dekatnya terdapat suara dengan amplitudo yang jauh lebih tinggi.

2.    Critical band

Critical band merupakan daerah frekuensi tertentu dimana pendengaran manusia lebih peka pada frekuensi-frekuensi rendah, sehingga alokasi bit dan alokasi sub-band pada filter critical band lebih banyak dibandingkan frekuensi lebih tinggi.

3.    Joint stereo

Terkadang dual channel stereo mengirimkan informasi yang sama. Dengan menggunakan joint stereo, informasi yang sama ini cukup ditempatkan dalam salah satu channel saja dan ditambah dengan informasi tertentu. Dengan teknik ini bitrate dapat diperkecil.

Algoritma MPEG Audio

·         Menggunakan filter untuk membagi sinyal audio: misalnya pada 48 kHz, suara dibagi menjadi 32 subband frekuensi.

·         Memberikan pembatas pada masing-masing frekuensi yang telah dibagi-bagi, jika tidak akan terjadi intermodulasi (tabrakan frekuensi)

·         Jika sinyal suara terlalu rendah, maka tidak dilakukan encode pada sinyal suara tersebut

·         Diberikan bit parity yang digunakan untuk mengecek apakah data tersebut rusak atau tidak (yang mungkin disebabkan oleh gangguan / noise), apabila rusak, maka bit tersebut akan digantikan bit yang jenisnya sama dengan bit terdekatnya.

Format Header MP3

File MP3 terdiri atas 2 bagian data:

·         Header : berfungsi sebagai tanda pengenal bagi file MP3 agar dapat dibaca oleh MP3 player yang berukuran 4 byte. Beberapa karakteristik yang dibaca komputer adalah bit ID, bit layer, bit sampling frequency dan bit mode.

·         Data audio : berisi data file mp3.

Teknik Pengkodean Video

Terdapat beberapa teknik pengkodean video yang baiasa digunakan didalam teknik kompresi video. Masing-masing memiliki kelebihan dan kelemahan serta penggunaan yang berbeda. Teknik-teknik tersebut meliputi :

·         H.261 dan H.263

1)    Merupakan standar video coding yang dibuat oleh CCITT (Consultative Commitee for International Telephone and Telegraph) pada tahun 1988-1990

2)    Dirancang untuk video conferencing, aplikasi video telepon menggunakan jaringan telepon ISDN

3)    Kecepatan bitrate antara p x 64 Kbps. Dimana p adalah frame rate (antara 1 sampai 30)

4)    Susunan frame H.261 berurutan dimana tiap-tiap 3 buah frame (I) dibatasi dengan 1 buah inter-frame (P)

5)    Tipe frame gambar yang didukung adalah CCIR 601 CIF (352 x 288) dan QCIF (176 x 144) dengan chroma sub sampling 4:2:0

6)    Mempunyai 2 tipe frame yaitu: Intra-frame (I-frame) dan Interfame (P-frame)

§  I-frame digunakan untuk mengakses banyak pixel

§  P-frame digunakan sebagai “pseudo-differences“ dari frame yang sebelumnya ke frame sesudahnya, dimana antar frame terhubung satu sama lain.

·         Intraframe coding

Makroblok yang digunakan pada gambar asli adalah 16 x 16 pixel perblok, dimana Y menggunakan 4 blok, U (Cr) menggunakan 1 blok, dan V (Cb) menggunakan 1 blok.

·         Interframe coding

Gambar sebelumnya dijadikan gambar acuan yang akan dibuat gambar hasilnya, dengan menggunakan RMSE untuk mencari tingkat error yang paling kecil.

MPEG-2

• Merupakan standar pada TV Digital yang dikhususkan untuk HDTV dan DVD

·         Perbedaan dengan MPEG-1:

a.       Dapat melakukan prediksi isi data dan prediksi frame

b.      Ukuran frame bisa lebih dari 16383 x 16383

·         Bagian:

a.       Part 1 - Systems specifies the system coding layer of the MPEG-2

b.      Part 2 - Video specifies the coded representation of video data and the decoding precess required to reconstruct pictures

c.       Part 3 - Audio specifies the coded representation of audio data

d.      Part 4 - Conformance test

·         Video Stream Data Hierarchy:

·         Bagian :

§  Video Sequence → diawali dengan sequence header, berisi satu group gambar atau lebih, diakhiri dengan kode end-ofsequence

§  GOP (Group of Pictures) → sebuah header dan rangkaian satu gambar atau lebih

§  Picture → primary coding unit dari video sequence.

§  Merepresentasikan nilai luminance (Y) dan 2 chrominance (Cb dan Cr)

§  Slice → satu atau lebih macroblock. Urutannya dari kirikanan, atasbawah. Penting untuk error handling. Bila terjadi error maka akan di-skip ke slice berikutnya.

§  Macroblock → basic coding unit pada algoritma MPEG. 16x16 pixel segment dalam sebuah frame. Macroblock terdiri dari 4 luminance, 1 Cr, dan 1 Cb.

·         Block → coding unit terkecil pada algoritma MPEG. 8x8 pixel, dapat berupa salah satu dari luminance rec chrominance, atau blue chrominance.

MPEG-4

·         Audio dan video adalah basis dasar dari MPEG-4, di samping itu MPEG-4 dapat mendukung objek 3D, sprites, text dan tipe media lainnya

·         Untuk komunikasi bitrate yang sangat rendah (4,8 sampai 64 Kb/sec): video dengan bit rate 5 Kb/s s/d 10 Mb/s dan audio dengan bit rate 2 Kb/s s/d 64 Kb/s

·         Sangat baik untuk audio/video dalam jaringan (streaming)

·         Mendukung digital rights management

·         Player : QuickTime (free QuickTime → play back, QuickTime Pro → author MPEG-4 content, QuickTime Streaming Server → strean .mp4 files, Darwin Streaming Server → stream mp4 files,QuickTime Broadcaster → produce live events, making QuickTime workflow)

·         Internet Streaming Media Alliance (ISMA) : Apple, Cisco, IBM, Kasenna, Philips, Sun Microsystems, AOL Time Warner, Dolby Laboratories, Hitachi, HP, Fujitsu, dan 20 perusahaan lainnya → dukungan untuk MPEG-4

·         Kategori :

a.       MPEG-4 Part 2 (simple profile)

b.      MPEG-4 Part 10 / H.264 (kualitas tinggi, data rate yang rendah, ukuran file kecil, kemampuan video conference dengan 3G, kualitas setara MPEG-2, data rate 1/3 sampai ½ MPEG-2, resolusi sampai 4 kali MPEG-4 part 2)

Teknik Video Coding

• AAC (Advanced Audio Coding)
• Dasar dari MPEG-4, 3GPP, dan 3GPP2
• Pilihan untuk audio codec internet, wireless, dan digital broadcast
• Mendukung audio encoding dengan kompresi lebih efisien dibandingkan MP3, dan mempunyai kualitas hampir setara CD Audio
• Dikembangkan oleh Dolby, Fraunhofer, AT&T, Sony dan Nokia
• Audio codec : QuickTime, iTunes, iPod

Kelebihan Teknik Video Coding :

• Peningkatan kompresi dengan kualitas lebih baik dan ukuran file lebih kecil
• Mendukung multichannel audio, mendukung sampai 48 full frequency channel
• High resolution audio, sampling rate sampai 96 kHz
• Peningkatan efisiensi proses decoding, pengurangan processing power untuk decoding

Referensi :

https://tictactoec.wordpress.com/2009/10/27/jaringan-komputer-lanjut/

https://repository.unikom.ac.id/45255/1/Bab%208%20-%20Kompresi%20Audio%20Video.pdf