Analisis Perbandingan Kualitas Layanan Video Streaming Dengan Codec H.265 dan Codec H.264 Pada Jaringan WLAN
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Video streaming
Video streaming adalah sekumpulan dari gambar yang dikirimkan dalam
bentuk yang telah dikompresi melalui suatu jaringan dan ditampilkan oleh player
ketika video tersebut telah diterima oleh user yang membutuhkan. Player
merupakan aplikasi khusus yang melakukan dekompresi data berupa video. Sebuah
player dapat berupa sebuah perangkat lunak atau bagian dari browser.
Media streaming telah ada selama 70 tahun. Media streaming dapat berupa
video ataupun audio. Pertama kali video diolah dan ditransmisikan dalam bentuk
analog. Munculnya digital IC (Integrated Circuit) dan berkembangnya komputer
telah membantu terbentuknya video digital, salah satu penerapan video digital yang
digunakan dalam transmisi pada jaringan komputer adalah video streaming .
Streaming dapat dianggap sebagai bagian dari webcasting, namun streaming tidak
harus menggunakan web. Aliran data dapat disampaikan melalui wireless jaringan
atau intranet pribadi [6].
2.2
Coder dan Decoder
CODEC (Coder-Decoder) adalah suatu metode yang digunakan untuk
melakukan sampling terhadap sinyal analog kemudian sebelum ditransmisikan
sinyal analog tersebut dikonversi ke dalam bit-bit digital, lalu mengubahnya
kembali agar dapat digunakan. CODEC mempunyai fungsi untuk mengecilkan
(compress) file berupa video dan audio ke dalam ukuran data yang lebih kecil
6
Universitas Sumatera Utara
kemudian
mengembalikannya
keukuran
semula
(decompress).
Prosedur
pengiriman video terkompresi ditunjukkan pada Gambar 2.1 [6].
Gambar 2.1 Prosedur Pengiriman Data Video Terkompresi [6]
CODEC digunakan untuk menghemat bandwidth. Namun, resikonya suara
dan gambar yang dihasilkan menjadi kurang jernih. Terdapat 2 jenis CODEC, yaitu
lossy CODEC dan lossless CODEC. Berikut ini akan dibahas jenis CODEC
tersebut.
2.2.1
Lossy CODEC
Lossy CODEC merupakan jenis kompresi dengan melakukan pengurangan
ukuran data dari data yang sebenarnya. Banyak CODEC yang popular termasuk
dalam katagori ini. CODEC ini akan mengurangi kualitas data. Biasanya CODEC
ini digunakan untuk menyimpan data pada media penyimpanan yang berukuran
terbatas seperti CD-ROM dan DVD.
2.2.2
Lossless CODEC
Berbeda halnya dengan kompresi Losy CODEC, Lossless CODEC
merupakan jenis kompresi tanpa terjadi pengurangan data. Akibatnya, ukuran data
Lossless CODEC lebih besar dari Lossy CODEC. Penggunaan lossless CODEC
7
Universitas Sumatera Utara
sering digunakan pada video yang masih memerlukan editing atau penggunaan
dalam aplikasi kedokteran yang harus menampilkasn citra asli.
2.3
Kompresi Video
Ada banyak redudansi dalam sinyal video digital. Secara rinci, terdapat
korelasi yang besar antara piksel tetangga (spasial) dan frame berikutnya
(temporal). Redundansi berarti informasi yang umum ditemukan pada lebih dari
satu gambar atau video. Gambar 2.2 menunjukkan data video berdasarkan spatial
dan temporal [7].
Gambar 2.2 Spatial dan Temporal Dari Urutan Suatu Gambar [7]
Banyak teknik pengkodean kompresi video telah dikembangkan untuk
mengurangi redudansi diantaranya adalah transform coding, entropi coding, loop
filter, dll.. Gambar 2.3 mengilustrasikan garis waktu untuk teknik kompresi [8].
Gambar 2.3 Perkembangan Teknik Kompressi Video [8]
8
Universitas Sumatera Utara
2.4
Standar Kompresi Video
ITU-T (International Telecommunication Union – Telecommunication
Sector) membuat beberapa standar yang direkomendasikan untuk kompresi video.
Beberapa standar tersebut diantaranya adalah H.261,H.263,H.264, dan H.265.
Berikut akan dibahas jenis standar tersebut:
2.4.1
Kompresi H.261
Standar H.261 adalah standar yang diterbitkan oleh ITU-T pada tahun
1990. Standar H.261 didesain untuk kompresi video yang akan ditansmisikan
melalui jaringan ISDN (Integrated Services Digital Network) dengan bandwidth
sebesar px64 Kbit/s, dimana p berkisar antara 1 sampai 30. Gambar 2.4
menunjukkan komponen utama yang digunakan untuk code dan decode bitstreams
H.261 berdasarkan dokumentasi ITU [9].
Gambar 2.4 Blok Diagram H.261 Menurut Rekomendasi ITU [9]
Standar H.261 ini diimplementasikan untuk aplikasi conference dan
videophone. Pengiriman video melalui H-261 (ISDN) berbeda dengan H.263.
9
Universitas Sumatera Utara
H.261 di rancang untuk pengiriman video melalui jaringan ISDN (Integrated
Services Digital Network) yang merupakan standar video coding yang dibuat oleh
CCITT (Consultative Commitee for International Telephone and Telegraph).
H.261 merekomendasikan sebuah standar coding untuk pengiriman data
dengan kelipatan m x 384Kbps (m=1,2,..5) dan dirancang untuk video conference.
Kecepatan bitrate antara p x 64 Kbps. Dimana p adalah frame rate (antara 1 sampai
30). Susunan frame H.261 berurutan dimana tiap - tiap 3 buah frame (I) dibatasi
dengan 1 buah interframe (P) [9].
2.4.2
Kompresi H.263
Pada Februari 1995 ITU-T SG15 mengeluarkan standar H.263 yang
dirancang untuk penggunaan komunikasi bitrate namun tidak pernah berjalan
dengan baik ketika melalui jaringan POTS (Plain Old Telephone Service). Standar
H.263 telah menggantikan standar H.261 untuk video conference dibeberapa
aplikasi yang mendominasi standarisasi untuk beberapa aplikasi internet video
streaming sekarang ini.
Prinsip kerja H.263 yaitu video frame akan ditangkap di sumber / pengirim
dan di encode (dikompresi) dengan video encoder. File video yang terkompres
kemudian dikirimkan melalui jaringan atau saluran telekomunikasi dan di decode
(dekompresi) menggunakan video decoder. Frame yang di decode ini yang
kemudian akan di tampilkan.
Pada saat ini, cukup banyak standar yang ada, masing-masing di desain
untuk keperluan tertentu. Masing-masing standar pun memiliki prinsip kerja yang
berbeda. Gambar 2.5 menunjukkan blok diagram CODEC H.263 [9].
10
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Blok Diagram H.263 [9]
2.4.3
Kompresi H.264
CODEC H.264 dapat melakukan proses decoding secara lengkap, inverse
transform untuk menghasilkan sebuah urutan video yang telah di-encode. Encoder
pada H.264 menggunakan prediksi intra-frame atau estimasi gerak untuk
memprediksi piksel dari setiap blok gambar.
Prediksi intra-frame menggunakan piksel blok tetangga untuk memprediksi
piksel dari blok saat ini. Perbedaan antara piksel diprediksi dan piksel yang
sebenarnya berubah menjadi domain frekuensi, menghasilkan blok koefisien
frekuensi. koefisien ini terkuantisasi, dan bitstream output dikompresi
menggunakan pengkodean entropy.
Ada dua jenis entropy coder pada CODEC H.264 yang dapat digunakan.
Dua jenis tersebut yaitu context adaptive based arithmetic coding (CABAC) dan
context adaptive variable length coding (CAVLC). Gambar 2.6 menunjukkan blok
diagram CODEC H.264 [10].
11
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Blok Diagram H.264 [10]
2.4.4
Kompresi H.265
H.265 atau High Efficiency Video Coding (HEVC) merupakan CODEC
yang mimilii kualitas video yang setara dengan CODEC yang ada saat ini yaitu
H.264 namun hanya membutuhkan setengah bandwidth dari CODEC lama tersebut.
Cara Kerja H.265 ini sama seperti H.264 dan Mpeg-2, H.265 menggunakan
3 jenis frame yaitu : I-,B-,dan P-frame dalam sekumpulan gambar, menggabungkan
ke dua elemen kompresi intra dan inter frame. Efesiensi yang diterapkan pada
H.265 diantaranya mengunakan coding tree block (CTB) dan intra prediction
direction [1]. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat sebagai berikut.
1. Coding Tree Blocks, sebelumnya H.264 menggunakan macro block dengan
ukuran maksimalnya yaitu 16x 16 pixel. Dengan CTB, ukuran maksimal
standar H.265 ialah 64 x 64 piksel. Gambar 2.7 memperlihatkan perbedaan
macro block pada H.264 dengan tree block pada H.265 [1].
12
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 Perbandingan Macro Block (a) dan Tree Block (b) [1]
2. Lebih banyak intra prediction direction, H.264 menggunakan 9 intra prediction
direction sedangkan H.265 menggunakan lebih dari 35 intra prediction
direction. Gambar 2.8 memperlihatkan perbedaan antara intra prediction
direction pada CODEC H.264 dengan H.265 [1].
(a)
(b)
Gambar 2.8 Intra Prediction Direction H.265 (a) dan H.264 (b) [1]
Pembahasan secara singkat di atas dapat diilustrasikan menggunakan
pendekatan berbasis diagram blok yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 [1].
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Blok Diagram CODEC H.265 [1]
2.5
Konsep Kompresi Interframe
Kompresi interframe merupakan kompresi yang terpenting saat proses
kompresi video. Konsep dasar kompresi interframe menggunakan redudansi
temporal yang terdapat dalam sekelompok frame. Metode yang digunakan adalah
sebagai berikut:
2.5.1
Prediksi Dari Frame Video Sebelumnya (Difference Coding)
Metode paling sederhana dari prediksi temporal adalah dengan
menggunakan frame sebelumnya sebagai prediktor untuk frame sekarang. Dua
frame berturut-turut dari urutan video yang ditampilkan pada Gambar 2.10 dan
Gambar 2.11. Frame 1 digunakan sebagai prediktor untuk residu frame 2 yang
dibentuk dengan mengurangkan prediktor (frame 1) dengan frame sekarang (frame
2) ditunjukkan pada Gambar 2.12 [7].
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Frame ke-1 [7]
Gambar 2.11 Frame ke-2 [7]
Gambar 2.12 Selisih Besar Piksel Pada Gambar 2.10 dan Gambar 2.11 [7]
2.5.2 Estimasi Dan Kompensasi Gerak
Perubahan antara frame video dapat disebabkan oleh gerakan objek
misalnya sepeda yang bergerak, lengan bergerak, kamera motion (panning, tilt,
zoom, rotasi), dan perubahan pencahayaan. Perubahan pergerakan tersebut
memungkinkan untuk memperkirakan lintasan setiap pixel video, medan lintasan
pixel dikenal sebagai aliran optik.
15
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.13 menunjukkan medan aliran optik untuk frame dari Gambar
2.10 dan Gambar 2.11 [7].
Gambar 2.13 Medan Aliran Optik [7]
Jika medan aliran optik secara akurat dikenal, dimungkinkan membentuk
prediksi yang akurat dari sebagian besar piksel frame dengan memindahkan setiap
pixel dari kerangka acuan di sepanjang vektor aliran optik. Untuk membentuk
kompensasi gerak yang akurat dibutuhkan komputasi secara intensif .
Estimasi gerak ( motion estimation ) merupakan teknik kompresi
interframe yang memprediksi sebuah frame dari frame sebelumnya ( reference
frame ), dengan mengestimasi gerakan blok – blok antar frame tersebut. Frame
dibagi menjadi blok – blok yang tidak overlap. Tiap blok dibandingkan dengan
blok – blok berukuran sama, pada frame sebelumnya dengan melakukan
pencocokan blok ( block matching ). Dalam melakukan pencocokan tersebut, lokasi
dari blok yang paling mirip pada frame referensi (reference frame) berbeda dari
lokasi blok target (target block). Perbedaan relatif posisi ini disebut vektor gerak
(motion vector). Gambar 2.14 menunjukkan contoh vektor gerak [7].
16
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.14 Vektor gerak [7]
Vektor geraknya bernilai nol jika posisi blok target dan blok yang match
sama. Ketika mengkodekan tiap blok dari frame yang diprediksi, vektor gerak yang
menunjukkan posisi blok yang match pada frame referensi, dikodekan pada posisi
blok yang match pada frame referensi, dikodekan pada posisi target blok itu sendiri,
maka terjadi kompresi, karena jumlah bit yang diperlukan untuk mengkodekan
vektor gerak lebih sedikit daripada untuk mengkodekan suatu blok secara utuh.
Pada dekompresi, dekoder menggunakan vektor gerak untuk menemukan
matching block pada frame referensi dan menyalin matching block tersebut ke
posisi yang sesuai pada frame yang sedang diprediksi. Dengan demikian, suatu
frame prediksi tersusun atas blok – blok dari frame sebelumnya.
2.6
Konsep Kompresi Intraframe
Selain kompresi interframe dibutuhkan kompresi intraframe untuk
melakukan kompresi pada bidang spatial. Konsep dasar kompresi intraframe
menggunakan redudansi spatial yang terdapat dalam sekelompok block di dalam
satu frame. Beberapa teknik intraframe di antaranya discrete cosine transform dan
kuantisasi.
17
Universitas Sumatera Utara
2.6.1
Discrete Cosine Transform ( DCT )
Prinsip dasar yang dilakukan dengan Discrete Cosine Transform ( DCT )
adalah mentransformasikan data dari domain ruang ke domain frekuensi. Discrete
Cosine Transform (DCT) beroperasi pada X (blok N × N sampel) dan menghasilkan
matrik Y. DCT dapat dirumuskan sebagai berikut [7]:
Y = AXAT
(2.1)
X=ATYA
(2.2)
dimana:
X= matrik samples,
Y= matrik hasil transformasi
A= N x N matriks transformasi
Untuk mencari elemen dari matrik A dapat menggunakan persamaan berikut [7]:
Aij = Ci
(
)
(2.3)
dimana:
Ci =
( = 0)
(2.4)
Ci=
( > 0)
(2.5)
Persamaan 2.1 dan 2.2 dapat ditulis dalam bentuk penjumlahan yaitu [7]:
=
=
2.6.2
∑
∑
Kuantisasi
∑
∑
cos
cos
(
)
(
)
cos
cos
(
)
(2.6)
(
)
(2.7)
Proses kuantisasi merupakan proses untuk mengurangi jumlah bit yang
diperlukan untuk menyimpan suatu nilai dengan memperkecilnya. Proses ini
18
Universitas Sumatera Utara
diterapkan pada keluaran proses DCT. Kuantisasi dilakukan dengan membagi
keluaran proses DCT dengan suatu nilai yang ditetapkan dalam matriks kuantisasi
atau disebut quantum. Kuantisasi uniform secara umum dapat dirumuskan dengan
[7]:
Z = round ( )
(2.8)
dimana:
Z= Nilai terkuantisasi
Y= Nilai DCT
Q= table kuantisasi
2.7
Entropy Coder
Entropy encoder mengkonversi serangkaian simbol yang mewakili unsur
urutan video menjadi bitstream terkompresi yang cocok untuk transmisi atau
penyimpanan. Beberapa teknik entropy coder antara lain Huffman coding dan
context adaptive binary arithmetic coding:
2.7.1 Huffman Coding
Kode Huffman pada dasarnya merupakan kode prefiks (prefix code). Kode
prefiks adalah himpunan yang berisi sekumpulan kode biner, dimana pada kode
prefik ini tidak ada kode biner yang menjadi awal bagi kode biner yang lain. Kode
prefiks biasanya direpresentasikan sebagai pohon biner yang diberikan nilai atau
label. Untuk cabang kiri pada pohon biner diberi label 0, sedangkan pada cabang
kanan pada pohon biner diberi label 1.
19
Universitas Sumatera Utara
Rangkaian bit yang terbentuk pada setiap lintasan dari akar ke daun
merupakan kode prefiks untuk karakter yang berpadanan. Pohon biner ini biasa
disebut pohon Huffman. Langkah-langkah pembentukan pohon Huffman adalah
sebagai berikut [11] :
1. Baca semua karakter di dalam teks untuk menghitung frekuensi kemunculan
setiap karakter. Setiap karakter penyusun teks dinyatakan sebagai pohon
bersimpul tunggal. Setiap simpul di-assign dengan frekuensi kemunculan
karakter tersebut.
2. Terapkan strategi algoritma greedy sebagai berikut : Gabungkan dua buah
pohon yang mempunyai frekuensi terkecil pada sebuah akar. Setelah
digabungkan akar tersebut akan mempunyai frekuensi yang merupakan
jumlah dari frekuensi dua buah pohon-pohon penyusunnya.
3. Ulangi langkah 2 sampai hanya tersisa satu buah pohon Huffman. Agar
pemilihan dua pohon yang akan digabungkan berlangsung cepat, maka
semua yang ada selalu terurut menaik berdasarkan frekuensi.
2.7.2
Context Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC)
CODEC H.261 dan CODEC H.263 menggunakan Huffman Coding untuk
pembentukan bitstream. Sedangkan context-based adaptive binary aritmethic
coding (CABAC) digunakan pada CODEC H.265 dan CODEC H.264.
CABAC adalah suatu bentuk coding untuk membentuk bit-bit tertentu
untuk selanjutnya di salurkan ke jaringan berdasarkan prinsip aritmethic coding.
Untuk lebih jelasnya, prinsip kerja CABAC ditunjukkan pada Gambar 2.15.
20
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Blok Diagram CABAC [1]
CABAC terdiri atas 3 bagian coding yaitu binarization, context modeling, binary
aritmethic [1].
1. Binarization Pengurangan alphabet dilakukan oleh binarization untuk tiap
non binary element menghasilkan suatu intemediate unik codeword biner
untuk unsur sintaksis yang ditentukan yang disebut bin string.
2. Context modeling digunakan untuk membersihkan interface antara
modeling dan model. Setiap distribusi model akan diberi simbol yang
kemudian didalam langkah coding selanjutnya, memandu coding engine to
generate suatu urutan bit sebagai code pada simbol menurut distribusi
model.
3. Binary Arimethic Coding adalah berdasarkan pada prinsip pengulangan
interval [lower, upper) yang melibatkan operasi perkalian dasar dan juga
berdasar pada arithmethic coding.
21
Universitas Sumatera Utara
2.8
Bitrate Video
Bitrate video adalah jumlah jumlah bit yang diproses per satu satuan waktu.
Bitrate video dapat dikatakan dengan transfer speed, kecepatan koneksi,
bandwidth, throughput maksimum. Bitrate juga bisa diartikan sebagai jumlah bit
yang diproses dalam satu satuan waktu untuk mewakili media seperti video dan
audio setelah dilakukan kompresi. Satuannya adalah bit per second (bps). Kualitas
video diatur dalam proses encoding videonya. Semakin tinggi bitrate maka akan
semakin banyak informasi data videonya. Oleh karena itu, gambar akan menjadi
semakin baik kedalaman warnanya [12].
2.9
Konsep TCP/IP
Protokol streaming adalah sebuah aturan untuk membimbing sebuah
aktifitas pertukaran data informasi. Adapun tujuannya adalah sebagai standarisasi
komunikasi antara streaming sever dan streaming client .
Transmision control protokol/internet protokol (TCP/IP) pertama kali
diperkenalkan olah Departement of Defence (DoD.TCP/IP) menjadi protokol
komunikasi data yang fleksibel dan dapat diterapkan dengan mudah dari setiap jenis
komputer dan interface jaringan, karena perubahan pada protokol yang sehubungan
dengan interface jaringan saja. TCP/IP memiliki 4 layer yang terdiri dari [6] :
1. Application Layer
Layer ini mengintegrasikan berbagai macam aktivitas dan tugas-tugas yang
melibatkan fokus dari layer OSI yaitu Application, Presentation dan Session.
Layer ini juga mengendalikan spesifikasi tatap muka pengguna ( user
interface).
22
Universitas Sumatera Utara
2. Transport Layer
Layer ini sejalan dengan layer transport di model OSI. Layer ini
mendefinisikan protokol untuk mengatur tingkat layanan transmisi untuk
aplikasi. Layer ini juga menangani masalah seperti menciptakan komunikasi
end to end yang handal dan memastikan data bebas dari kesalahan saat
pengiriman, serta menangani urutan paket dan menjaga integritas data.
3. Internet Layer
Layer ini setara dengan layer network dalam OSI, yaitu mengalokasikan
protokol yang berhubungan dengan transmisi logika sejauh paket keseluruh
network. Layer ini menjaga pengalamatan host dengan memberikan alamat IP
dan menangani routing dari paket yang melalui beberapa jaringan.
4. Network Access Layer
Layer ini merupakan gabungan dari layer physical dan data link di OSI. Layer
ini memantau pertukaran data antara host dan jaringan, dan bertugas dalam
pengalamatan dan mendefinisikan protokol untuk transmisi fisik data .
Gambar 2.16 adalah gambar susunan struktur protokol pada TCP/IP [6].
Gambar 2.16 Struktur Protokol pada TCP/IP [6]
23
Universitas Sumatera Utara
2.9.1
Internet Protocol (IP)
Internet Protocol didesain untuk interkoneksi sistem komunikasi komputer
pada jaringan paket switched. Pada jaringan TCP/IP, sebuah komputer
diidentifikasi dengan alamat IP yang unik karena setiap IP memiliki perbedaan. Hal
ini dilakukan untuk pengalamatan dan mencegah kesalahan pada transfer data.
Terakhir, protokol data akses berhubungan langsung dengan media fisik. Secara
umum protokol ini bertugas untuk menangani pendeteksian kesalahan pada saat
transfer data. Untuk komunikasi datanya, Internet Protokol mengimplementasikan
dua fungsi dasar yaitu addressing dan fragmentasi.
Salah satu hal penting IP dalam pengiriman informasi adalah metode
pengalamatan pengirim dan penerima. Saat ini terdapat standar pengalamatan yang
sudah digunakan yaitu IPv4 dengan alamat terdiri dari 32 bit. Jumlah alamat yang
diciptakan dengan IPv4 diperkirakan tidak dapat mencukupi kebutuhan
pengalamatan IP sehingga sekarang tersedia sistim pengalamatan baru yaitu IPv6
yang menggunakan sistim pengalamatan 128 bit [13].
2.9.2
User Datagram Protocol (UDP)
UDP yang merupakan salah satu protocol utama diatas IP dan merupakan
transport protocol yang lebih sederhana dibandingkan dengan TCP. UDP
digunakan untuk situasi yang tidak mementingkan mekanisme reliabilitas dan
bersifat connectionless. Header UDP hanya berisi empat field yaitu source port,
destination port, length dan UDP checksum dimana fungsinya hampir sama dengan
TCP, namun fasilitas checksum pada UDP bersifat opsional [13].
24
Universitas Sumatera Utara
UDP pada video streaming digunakan untuk mengirimkan audio dan video
stream yang dikrimkan secara terus menerus. UDP digunakan pada video streaming
karena pada pengiriman audio and video streaming yang berlangsung terus menerus
lebih mementingkan kecepatan pengiriman data agar tiba di tujuan. Gambar 2.17
memperlihatkan struktur pengiriman video menggunakan protokol UDP [14].
Gambar 2.17 Struktur Pengiriman Video Menggunakan Protokol UDP [14]
2.9.3
Real Time Protocol (RTP)
Protokol RTP menyediakan transfer media secara real-time pada saat
pengiriman paket data. Protokol RTP mengunakan Protokol UDP dan header RTP
mengandung informasi kode bit yang spesifik pada tiap paket yang dikirimkan,
tujuannya adalah membantu penerima untuk melakukan antisipasi jika terjadi paket
yang hilang.
RTP dapat digunakan untuk beberapa macam data stream yang realtime
seperti data suara dan data video. RTP berisi informasi tipe data yang di kirim,
timestamps yang digunakan untuk pengaturan waktu suara percakapan terdengar
seperti sebagaimana diucapkan, dan sequence numbers berfungsi untuk pengurutan
paket data dan mendeteksi adanya paket yang hilang. Gambar 2.18 Memperlihatkan
struktur header protokol RTP [15].
25
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.18 Struktur Header Protokol RTP [15]
RTP didesain untuk digunakan pada tansport layer. RTP lebih baik
digunakan diatas UDP bukan pada TCP. Hal ini karena TCP tidak dapat beradaptasi
pada pengerimiman data yang real-time dengan keterlambatan yang relatif kecil
seperti pada pengiriman data komunikasi suara.
2.10
Parameter Kualitas Video
Dalam rangka untuk menentukan, mengevaluasi dan membandingkan
sistem komunikasi video perlu menentukan kualitas gambar video yang
ditampilkan bagi pemirsa. Saat ini sudah banyak metode yang dikembangkan untuk
melakukan pengukuran kualitas video. Pengukuran kualitas video terbagi atas
pengukuran subjektif dan objektif. Beberapa metode pengukuran video tersebut
adalah:
2.10.1 Peak Signal to Noise Ratio (PSNR)
Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) adalah salah satu metode yang cukup
popular digunakan dalam pengukuran kualitas video secara objektif. Metode ini
menggunakan sinyal video sebagai parameter objektif. Metode ini membandingkan
sinyal dari setiap frame video pada video hasil transmisi (S-video) dengan setiap
26
Universitas Sumatera Utara
frame video pada video original (O-video) dan mengukur perbedaan keduanya.
PSNR dirumuskan sebagai [16]:
(
=
− )
( . )
Dimana, 2M-1 adalah maksimum nilai piksel untuk M-bit frame video. MSE
merupakan kepanjangan dari Mean Square Error. Sebagai contoh, untuk video
dengan resolusi (x,y) piksel, maka MSE dihitung sebagai
=
1
!
[ ( , , ) − ′( , , )]
p(x, y, t) merepresentasikan frame video di O-video (O-frame) sedangkan p’(x, y,
t) merepresentasikan frame video di S-video (S-frame). Kualitas video yang baik
ditandai dengan tingginya nilai PSNR.
Interpretasi nilai PSNR terhadap kualitas video ditampilkan pada Tabel 2.1.
Tabel ini berdasarkan rekomendasi International Telecommunication Union (ITU)
Tabel 2.1 Interpretasi Nilai PSNR terhadap Kualitas Video
Nilai PSNR
Kualitas
PSNR>37dB
Sangat Baik
31>PSNR>33dB
Baik
25dB>PSNR>31dB
Cukup
20dB>PSNR>25dB
Buruk
PSNR300 ms
Buruk
ITU G.1010 membagi karakteristik waktu tunda berdasarkan tingkat
kenyamanan user, dapat ditunjukkan pada Tabel 2.2 [17] :
Tabel 2.2 Pengelompokan Waktu Tunda berdasarkan ITU-T G.114
Ada beberapa komponen waktu tunda yang terjadi dijaringan. Komponen
waktu tunda tersebut yaitu waktu tunda pemprosesan, waktu tunda paketisasi,
waktu tunda propagasi dan waktu tunda akibat adanya jitter buffer diterminal
penerima. Berikut ini penjelasan mengenai beberapa jenis waktu tunda yang dapat
mempengaruhi kualitas layanan [17] :
1. Waktu tunda pemrosesan.
2. Waktu tunda yang terjadi akibat proses pengumpulan dan pengkodean
sampel analog menjadi digital.
3. Waktu tunda paketisasi, waktu tunda ini terjadi akibat proses paketisasi
sinyal suara menjadi paket-paket yang siap ditransmisikan ke dalam
jaringan.
4. Waktu tunda antrian, waktu tunda yang disebabkan oleh antrian paket
data terjadinya kongesti jaringan.
30
Universitas Sumatera Utara
5. Waktu tunda propagasi, waktu tunda ini disebabkan oleh medium fisik
jaringan dan jarak yang harus dilalui olah sinyal suara pada media
transmisi data antara pengirim dan penerima.
6. Waktu tunda akibat jitter buffer, waktu tunda ini terjadi akibat jitter buffer
yang digunakan untuk meminimalisasi nilai jitter yang terjadi.
2.11.2 Throughput
Throughput adalah bandwidth aktual yang terukur pada suatu ukuran
waktu tertentu. Throughput lebih menggambarkan bandwidth yang sebenarnya
(actual) pada suatu waktu tertentu yang digunakan untuk men-download suatu file
dengan ukuran tertentu. Adapun Rumus yang digunakan untuk menghitung
throughput adalah [17]:
ℎ
ℎ
Keterangan:
Bytes
=
total
durasi n
(2.14)
= jumlah bit yang dikirim
Duration = total waktu pengiriman paket
2.11.3 Packet Loss
Packet loss adalah jumlah paket data yang hilang per detik. Packet loss
dapat disebabkan oleh sejumlah faktor, mencakup penurunan signal dalam media
jaringan, melebihi batas saturasi jaringan, paket yang corrupt yang menolak untuk
transit, dan kesalahan keras jaringan. Paket hilang dapat disebabkan oleh
pembuangan paket di jaringan (network loss) atau pembuangan paket di gateway
(terminal) sampai kedatangan terakhir (late loss). Network loss secara normal
31
Universitas Sumatera Utara
disebabkan kemacetan (router buffer overflow), perubahan rute secara seketika,
kegagalan link, dan lossy link seperti saluran nirkabel [17].
Kemacetan atau kongesti pada jaringan merupakan penyebab utama dari
paket hilang. Pada Tabel 2.3 menyatakan tingkat paket hilang terhadap kualitas
Tingkat paket hilang
Kualitas
0-1%
Baik
1-2%
Cukup
>2%
Buruk
Video.
Tabel 2.3 Standar Tingkat Paket Hilang berdasarkan ITU-T G.114
Rumus yang digunakan untuk menghitung packet loss adalah [17] :
=
keterangan:
Paket Terkirim − Paket Diterima
Paket Terkirim
100%
Paket terkirim
= total paket yang terkirim
Paket diterima
= paket yang berhasil diterima
(2.15)
32
Universitas Sumatera Utara
DASAR TEORI
2.1
Video streaming
Video streaming adalah sekumpulan dari gambar yang dikirimkan dalam
bentuk yang telah dikompresi melalui suatu jaringan dan ditampilkan oleh player
ketika video tersebut telah diterima oleh user yang membutuhkan. Player
merupakan aplikasi khusus yang melakukan dekompresi data berupa video. Sebuah
player dapat berupa sebuah perangkat lunak atau bagian dari browser.
Media streaming telah ada selama 70 tahun. Media streaming dapat berupa
video ataupun audio. Pertama kali video diolah dan ditransmisikan dalam bentuk
analog. Munculnya digital IC (Integrated Circuit) dan berkembangnya komputer
telah membantu terbentuknya video digital, salah satu penerapan video digital yang
digunakan dalam transmisi pada jaringan komputer adalah video streaming .
Streaming dapat dianggap sebagai bagian dari webcasting, namun streaming tidak
harus menggunakan web. Aliran data dapat disampaikan melalui wireless jaringan
atau intranet pribadi [6].
2.2
Coder dan Decoder
CODEC (Coder-Decoder) adalah suatu metode yang digunakan untuk
melakukan sampling terhadap sinyal analog kemudian sebelum ditransmisikan
sinyal analog tersebut dikonversi ke dalam bit-bit digital, lalu mengubahnya
kembali agar dapat digunakan. CODEC mempunyai fungsi untuk mengecilkan
(compress) file berupa video dan audio ke dalam ukuran data yang lebih kecil
6
Universitas Sumatera Utara
kemudian
mengembalikannya
keukuran
semula
(decompress).
Prosedur
pengiriman video terkompresi ditunjukkan pada Gambar 2.1 [6].
Gambar 2.1 Prosedur Pengiriman Data Video Terkompresi [6]
CODEC digunakan untuk menghemat bandwidth. Namun, resikonya suara
dan gambar yang dihasilkan menjadi kurang jernih. Terdapat 2 jenis CODEC, yaitu
lossy CODEC dan lossless CODEC. Berikut ini akan dibahas jenis CODEC
tersebut.
2.2.1
Lossy CODEC
Lossy CODEC merupakan jenis kompresi dengan melakukan pengurangan
ukuran data dari data yang sebenarnya. Banyak CODEC yang popular termasuk
dalam katagori ini. CODEC ini akan mengurangi kualitas data. Biasanya CODEC
ini digunakan untuk menyimpan data pada media penyimpanan yang berukuran
terbatas seperti CD-ROM dan DVD.
2.2.2
Lossless CODEC
Berbeda halnya dengan kompresi Losy CODEC, Lossless CODEC
merupakan jenis kompresi tanpa terjadi pengurangan data. Akibatnya, ukuran data
Lossless CODEC lebih besar dari Lossy CODEC. Penggunaan lossless CODEC
7
Universitas Sumatera Utara
sering digunakan pada video yang masih memerlukan editing atau penggunaan
dalam aplikasi kedokteran yang harus menampilkasn citra asli.
2.3
Kompresi Video
Ada banyak redudansi dalam sinyal video digital. Secara rinci, terdapat
korelasi yang besar antara piksel tetangga (spasial) dan frame berikutnya
(temporal). Redundansi berarti informasi yang umum ditemukan pada lebih dari
satu gambar atau video. Gambar 2.2 menunjukkan data video berdasarkan spatial
dan temporal [7].
Gambar 2.2 Spatial dan Temporal Dari Urutan Suatu Gambar [7]
Banyak teknik pengkodean kompresi video telah dikembangkan untuk
mengurangi redudansi diantaranya adalah transform coding, entropi coding, loop
filter, dll.. Gambar 2.3 mengilustrasikan garis waktu untuk teknik kompresi [8].
Gambar 2.3 Perkembangan Teknik Kompressi Video [8]
8
Universitas Sumatera Utara
2.4
Standar Kompresi Video
ITU-T (International Telecommunication Union – Telecommunication
Sector) membuat beberapa standar yang direkomendasikan untuk kompresi video.
Beberapa standar tersebut diantaranya adalah H.261,H.263,H.264, dan H.265.
Berikut akan dibahas jenis standar tersebut:
2.4.1
Kompresi H.261
Standar H.261 adalah standar yang diterbitkan oleh ITU-T pada tahun
1990. Standar H.261 didesain untuk kompresi video yang akan ditansmisikan
melalui jaringan ISDN (Integrated Services Digital Network) dengan bandwidth
sebesar px64 Kbit/s, dimana p berkisar antara 1 sampai 30. Gambar 2.4
menunjukkan komponen utama yang digunakan untuk code dan decode bitstreams
H.261 berdasarkan dokumentasi ITU [9].
Gambar 2.4 Blok Diagram H.261 Menurut Rekomendasi ITU [9]
Standar H.261 ini diimplementasikan untuk aplikasi conference dan
videophone. Pengiriman video melalui H-261 (ISDN) berbeda dengan H.263.
9
Universitas Sumatera Utara
H.261 di rancang untuk pengiriman video melalui jaringan ISDN (Integrated
Services Digital Network) yang merupakan standar video coding yang dibuat oleh
CCITT (Consultative Commitee for International Telephone and Telegraph).
H.261 merekomendasikan sebuah standar coding untuk pengiriman data
dengan kelipatan m x 384Kbps (m=1,2,..5) dan dirancang untuk video conference.
Kecepatan bitrate antara p x 64 Kbps. Dimana p adalah frame rate (antara 1 sampai
30). Susunan frame H.261 berurutan dimana tiap - tiap 3 buah frame (I) dibatasi
dengan 1 buah interframe (P) [9].
2.4.2
Kompresi H.263
Pada Februari 1995 ITU-T SG15 mengeluarkan standar H.263 yang
dirancang untuk penggunaan komunikasi bitrate namun tidak pernah berjalan
dengan baik ketika melalui jaringan POTS (Plain Old Telephone Service). Standar
H.263 telah menggantikan standar H.261 untuk video conference dibeberapa
aplikasi yang mendominasi standarisasi untuk beberapa aplikasi internet video
streaming sekarang ini.
Prinsip kerja H.263 yaitu video frame akan ditangkap di sumber / pengirim
dan di encode (dikompresi) dengan video encoder. File video yang terkompres
kemudian dikirimkan melalui jaringan atau saluran telekomunikasi dan di decode
(dekompresi) menggunakan video decoder. Frame yang di decode ini yang
kemudian akan di tampilkan.
Pada saat ini, cukup banyak standar yang ada, masing-masing di desain
untuk keperluan tertentu. Masing-masing standar pun memiliki prinsip kerja yang
berbeda. Gambar 2.5 menunjukkan blok diagram CODEC H.263 [9].
10
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Blok Diagram H.263 [9]
2.4.3
Kompresi H.264
CODEC H.264 dapat melakukan proses decoding secara lengkap, inverse
transform untuk menghasilkan sebuah urutan video yang telah di-encode. Encoder
pada H.264 menggunakan prediksi intra-frame atau estimasi gerak untuk
memprediksi piksel dari setiap blok gambar.
Prediksi intra-frame menggunakan piksel blok tetangga untuk memprediksi
piksel dari blok saat ini. Perbedaan antara piksel diprediksi dan piksel yang
sebenarnya berubah menjadi domain frekuensi, menghasilkan blok koefisien
frekuensi. koefisien ini terkuantisasi, dan bitstream output dikompresi
menggunakan pengkodean entropy.
Ada dua jenis entropy coder pada CODEC H.264 yang dapat digunakan.
Dua jenis tersebut yaitu context adaptive based arithmetic coding (CABAC) dan
context adaptive variable length coding (CAVLC). Gambar 2.6 menunjukkan blok
diagram CODEC H.264 [10].
11
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Blok Diagram H.264 [10]
2.4.4
Kompresi H.265
H.265 atau High Efficiency Video Coding (HEVC) merupakan CODEC
yang mimilii kualitas video yang setara dengan CODEC yang ada saat ini yaitu
H.264 namun hanya membutuhkan setengah bandwidth dari CODEC lama tersebut.
Cara Kerja H.265 ini sama seperti H.264 dan Mpeg-2, H.265 menggunakan
3 jenis frame yaitu : I-,B-,dan P-frame dalam sekumpulan gambar, menggabungkan
ke dua elemen kompresi intra dan inter frame. Efesiensi yang diterapkan pada
H.265 diantaranya mengunakan coding tree block (CTB) dan intra prediction
direction [1]. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat sebagai berikut.
1. Coding Tree Blocks, sebelumnya H.264 menggunakan macro block dengan
ukuran maksimalnya yaitu 16x 16 pixel. Dengan CTB, ukuran maksimal
standar H.265 ialah 64 x 64 piksel. Gambar 2.7 memperlihatkan perbedaan
macro block pada H.264 dengan tree block pada H.265 [1].
12
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 Perbandingan Macro Block (a) dan Tree Block (b) [1]
2. Lebih banyak intra prediction direction, H.264 menggunakan 9 intra prediction
direction sedangkan H.265 menggunakan lebih dari 35 intra prediction
direction. Gambar 2.8 memperlihatkan perbedaan antara intra prediction
direction pada CODEC H.264 dengan H.265 [1].
(a)
(b)
Gambar 2.8 Intra Prediction Direction H.265 (a) dan H.264 (b) [1]
Pembahasan secara singkat di atas dapat diilustrasikan menggunakan
pendekatan berbasis diagram blok yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 [1].
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Blok Diagram CODEC H.265 [1]
2.5
Konsep Kompresi Interframe
Kompresi interframe merupakan kompresi yang terpenting saat proses
kompresi video. Konsep dasar kompresi interframe menggunakan redudansi
temporal yang terdapat dalam sekelompok frame. Metode yang digunakan adalah
sebagai berikut:
2.5.1
Prediksi Dari Frame Video Sebelumnya (Difference Coding)
Metode paling sederhana dari prediksi temporal adalah dengan
menggunakan frame sebelumnya sebagai prediktor untuk frame sekarang. Dua
frame berturut-turut dari urutan video yang ditampilkan pada Gambar 2.10 dan
Gambar 2.11. Frame 1 digunakan sebagai prediktor untuk residu frame 2 yang
dibentuk dengan mengurangkan prediktor (frame 1) dengan frame sekarang (frame
2) ditunjukkan pada Gambar 2.12 [7].
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Frame ke-1 [7]
Gambar 2.11 Frame ke-2 [7]
Gambar 2.12 Selisih Besar Piksel Pada Gambar 2.10 dan Gambar 2.11 [7]
2.5.2 Estimasi Dan Kompensasi Gerak
Perubahan antara frame video dapat disebabkan oleh gerakan objek
misalnya sepeda yang bergerak, lengan bergerak, kamera motion (panning, tilt,
zoom, rotasi), dan perubahan pencahayaan. Perubahan pergerakan tersebut
memungkinkan untuk memperkirakan lintasan setiap pixel video, medan lintasan
pixel dikenal sebagai aliran optik.
15
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.13 menunjukkan medan aliran optik untuk frame dari Gambar
2.10 dan Gambar 2.11 [7].
Gambar 2.13 Medan Aliran Optik [7]
Jika medan aliran optik secara akurat dikenal, dimungkinkan membentuk
prediksi yang akurat dari sebagian besar piksel frame dengan memindahkan setiap
pixel dari kerangka acuan di sepanjang vektor aliran optik. Untuk membentuk
kompensasi gerak yang akurat dibutuhkan komputasi secara intensif .
Estimasi gerak ( motion estimation ) merupakan teknik kompresi
interframe yang memprediksi sebuah frame dari frame sebelumnya ( reference
frame ), dengan mengestimasi gerakan blok – blok antar frame tersebut. Frame
dibagi menjadi blok – blok yang tidak overlap. Tiap blok dibandingkan dengan
blok – blok berukuran sama, pada frame sebelumnya dengan melakukan
pencocokan blok ( block matching ). Dalam melakukan pencocokan tersebut, lokasi
dari blok yang paling mirip pada frame referensi (reference frame) berbeda dari
lokasi blok target (target block). Perbedaan relatif posisi ini disebut vektor gerak
(motion vector). Gambar 2.14 menunjukkan contoh vektor gerak [7].
16
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.14 Vektor gerak [7]
Vektor geraknya bernilai nol jika posisi blok target dan blok yang match
sama. Ketika mengkodekan tiap blok dari frame yang diprediksi, vektor gerak yang
menunjukkan posisi blok yang match pada frame referensi, dikodekan pada posisi
blok yang match pada frame referensi, dikodekan pada posisi target blok itu sendiri,
maka terjadi kompresi, karena jumlah bit yang diperlukan untuk mengkodekan
vektor gerak lebih sedikit daripada untuk mengkodekan suatu blok secara utuh.
Pada dekompresi, dekoder menggunakan vektor gerak untuk menemukan
matching block pada frame referensi dan menyalin matching block tersebut ke
posisi yang sesuai pada frame yang sedang diprediksi. Dengan demikian, suatu
frame prediksi tersusun atas blok – blok dari frame sebelumnya.
2.6
Konsep Kompresi Intraframe
Selain kompresi interframe dibutuhkan kompresi intraframe untuk
melakukan kompresi pada bidang spatial. Konsep dasar kompresi intraframe
menggunakan redudansi spatial yang terdapat dalam sekelompok block di dalam
satu frame. Beberapa teknik intraframe di antaranya discrete cosine transform dan
kuantisasi.
17
Universitas Sumatera Utara
2.6.1
Discrete Cosine Transform ( DCT )
Prinsip dasar yang dilakukan dengan Discrete Cosine Transform ( DCT )
adalah mentransformasikan data dari domain ruang ke domain frekuensi. Discrete
Cosine Transform (DCT) beroperasi pada X (blok N × N sampel) dan menghasilkan
matrik Y. DCT dapat dirumuskan sebagai berikut [7]:
Y = AXAT
(2.1)
X=ATYA
(2.2)
dimana:
X= matrik samples,
Y= matrik hasil transformasi
A= N x N matriks transformasi
Untuk mencari elemen dari matrik A dapat menggunakan persamaan berikut [7]:
Aij = Ci
(
)
(2.3)
dimana:
Ci =
( = 0)
(2.4)
Ci=
( > 0)
(2.5)
Persamaan 2.1 dan 2.2 dapat ditulis dalam bentuk penjumlahan yaitu [7]:
=
=
2.6.2
∑
∑
Kuantisasi
∑
∑
cos
cos
(
)
(
)
cos
cos
(
)
(2.6)
(
)
(2.7)
Proses kuantisasi merupakan proses untuk mengurangi jumlah bit yang
diperlukan untuk menyimpan suatu nilai dengan memperkecilnya. Proses ini
18
Universitas Sumatera Utara
diterapkan pada keluaran proses DCT. Kuantisasi dilakukan dengan membagi
keluaran proses DCT dengan suatu nilai yang ditetapkan dalam matriks kuantisasi
atau disebut quantum. Kuantisasi uniform secara umum dapat dirumuskan dengan
[7]:
Z = round ( )
(2.8)
dimana:
Z= Nilai terkuantisasi
Y= Nilai DCT
Q= table kuantisasi
2.7
Entropy Coder
Entropy encoder mengkonversi serangkaian simbol yang mewakili unsur
urutan video menjadi bitstream terkompresi yang cocok untuk transmisi atau
penyimpanan. Beberapa teknik entropy coder antara lain Huffman coding dan
context adaptive binary arithmetic coding:
2.7.1 Huffman Coding
Kode Huffman pada dasarnya merupakan kode prefiks (prefix code). Kode
prefiks adalah himpunan yang berisi sekumpulan kode biner, dimana pada kode
prefik ini tidak ada kode biner yang menjadi awal bagi kode biner yang lain. Kode
prefiks biasanya direpresentasikan sebagai pohon biner yang diberikan nilai atau
label. Untuk cabang kiri pada pohon biner diberi label 0, sedangkan pada cabang
kanan pada pohon biner diberi label 1.
19
Universitas Sumatera Utara
Rangkaian bit yang terbentuk pada setiap lintasan dari akar ke daun
merupakan kode prefiks untuk karakter yang berpadanan. Pohon biner ini biasa
disebut pohon Huffman. Langkah-langkah pembentukan pohon Huffman adalah
sebagai berikut [11] :
1. Baca semua karakter di dalam teks untuk menghitung frekuensi kemunculan
setiap karakter. Setiap karakter penyusun teks dinyatakan sebagai pohon
bersimpul tunggal. Setiap simpul di-assign dengan frekuensi kemunculan
karakter tersebut.
2. Terapkan strategi algoritma greedy sebagai berikut : Gabungkan dua buah
pohon yang mempunyai frekuensi terkecil pada sebuah akar. Setelah
digabungkan akar tersebut akan mempunyai frekuensi yang merupakan
jumlah dari frekuensi dua buah pohon-pohon penyusunnya.
3. Ulangi langkah 2 sampai hanya tersisa satu buah pohon Huffman. Agar
pemilihan dua pohon yang akan digabungkan berlangsung cepat, maka
semua yang ada selalu terurut menaik berdasarkan frekuensi.
2.7.2
Context Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC)
CODEC H.261 dan CODEC H.263 menggunakan Huffman Coding untuk
pembentukan bitstream. Sedangkan context-based adaptive binary aritmethic
coding (CABAC) digunakan pada CODEC H.265 dan CODEC H.264.
CABAC adalah suatu bentuk coding untuk membentuk bit-bit tertentu
untuk selanjutnya di salurkan ke jaringan berdasarkan prinsip aritmethic coding.
Untuk lebih jelasnya, prinsip kerja CABAC ditunjukkan pada Gambar 2.15.
20
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Blok Diagram CABAC [1]
CABAC terdiri atas 3 bagian coding yaitu binarization, context modeling, binary
aritmethic [1].
1. Binarization Pengurangan alphabet dilakukan oleh binarization untuk tiap
non binary element menghasilkan suatu intemediate unik codeword biner
untuk unsur sintaksis yang ditentukan yang disebut bin string.
2. Context modeling digunakan untuk membersihkan interface antara
modeling dan model. Setiap distribusi model akan diberi simbol yang
kemudian didalam langkah coding selanjutnya, memandu coding engine to
generate suatu urutan bit sebagai code pada simbol menurut distribusi
model.
3. Binary Arimethic Coding adalah berdasarkan pada prinsip pengulangan
interval [lower, upper) yang melibatkan operasi perkalian dasar dan juga
berdasar pada arithmethic coding.
21
Universitas Sumatera Utara
2.8
Bitrate Video
Bitrate video adalah jumlah jumlah bit yang diproses per satu satuan waktu.
Bitrate video dapat dikatakan dengan transfer speed, kecepatan koneksi,
bandwidth, throughput maksimum. Bitrate juga bisa diartikan sebagai jumlah bit
yang diproses dalam satu satuan waktu untuk mewakili media seperti video dan
audio setelah dilakukan kompresi. Satuannya adalah bit per second (bps). Kualitas
video diatur dalam proses encoding videonya. Semakin tinggi bitrate maka akan
semakin banyak informasi data videonya. Oleh karena itu, gambar akan menjadi
semakin baik kedalaman warnanya [12].
2.9
Konsep TCP/IP
Protokol streaming adalah sebuah aturan untuk membimbing sebuah
aktifitas pertukaran data informasi. Adapun tujuannya adalah sebagai standarisasi
komunikasi antara streaming sever dan streaming client .
Transmision control protokol/internet protokol (TCP/IP) pertama kali
diperkenalkan olah Departement of Defence (DoD.TCP/IP) menjadi protokol
komunikasi data yang fleksibel dan dapat diterapkan dengan mudah dari setiap jenis
komputer dan interface jaringan, karena perubahan pada protokol yang sehubungan
dengan interface jaringan saja. TCP/IP memiliki 4 layer yang terdiri dari [6] :
1. Application Layer
Layer ini mengintegrasikan berbagai macam aktivitas dan tugas-tugas yang
melibatkan fokus dari layer OSI yaitu Application, Presentation dan Session.
Layer ini juga mengendalikan spesifikasi tatap muka pengguna ( user
interface).
22
Universitas Sumatera Utara
2. Transport Layer
Layer ini sejalan dengan layer transport di model OSI. Layer ini
mendefinisikan protokol untuk mengatur tingkat layanan transmisi untuk
aplikasi. Layer ini juga menangani masalah seperti menciptakan komunikasi
end to end yang handal dan memastikan data bebas dari kesalahan saat
pengiriman, serta menangani urutan paket dan menjaga integritas data.
3. Internet Layer
Layer ini setara dengan layer network dalam OSI, yaitu mengalokasikan
protokol yang berhubungan dengan transmisi logika sejauh paket keseluruh
network. Layer ini menjaga pengalamatan host dengan memberikan alamat IP
dan menangani routing dari paket yang melalui beberapa jaringan.
4. Network Access Layer
Layer ini merupakan gabungan dari layer physical dan data link di OSI. Layer
ini memantau pertukaran data antara host dan jaringan, dan bertugas dalam
pengalamatan dan mendefinisikan protokol untuk transmisi fisik data .
Gambar 2.16 adalah gambar susunan struktur protokol pada TCP/IP [6].
Gambar 2.16 Struktur Protokol pada TCP/IP [6]
23
Universitas Sumatera Utara
2.9.1
Internet Protocol (IP)
Internet Protocol didesain untuk interkoneksi sistem komunikasi komputer
pada jaringan paket switched. Pada jaringan TCP/IP, sebuah komputer
diidentifikasi dengan alamat IP yang unik karena setiap IP memiliki perbedaan. Hal
ini dilakukan untuk pengalamatan dan mencegah kesalahan pada transfer data.
Terakhir, protokol data akses berhubungan langsung dengan media fisik. Secara
umum protokol ini bertugas untuk menangani pendeteksian kesalahan pada saat
transfer data. Untuk komunikasi datanya, Internet Protokol mengimplementasikan
dua fungsi dasar yaitu addressing dan fragmentasi.
Salah satu hal penting IP dalam pengiriman informasi adalah metode
pengalamatan pengirim dan penerima. Saat ini terdapat standar pengalamatan yang
sudah digunakan yaitu IPv4 dengan alamat terdiri dari 32 bit. Jumlah alamat yang
diciptakan dengan IPv4 diperkirakan tidak dapat mencukupi kebutuhan
pengalamatan IP sehingga sekarang tersedia sistim pengalamatan baru yaitu IPv6
yang menggunakan sistim pengalamatan 128 bit [13].
2.9.2
User Datagram Protocol (UDP)
UDP yang merupakan salah satu protocol utama diatas IP dan merupakan
transport protocol yang lebih sederhana dibandingkan dengan TCP. UDP
digunakan untuk situasi yang tidak mementingkan mekanisme reliabilitas dan
bersifat connectionless. Header UDP hanya berisi empat field yaitu source port,
destination port, length dan UDP checksum dimana fungsinya hampir sama dengan
TCP, namun fasilitas checksum pada UDP bersifat opsional [13].
24
Universitas Sumatera Utara
UDP pada video streaming digunakan untuk mengirimkan audio dan video
stream yang dikrimkan secara terus menerus. UDP digunakan pada video streaming
karena pada pengiriman audio and video streaming yang berlangsung terus menerus
lebih mementingkan kecepatan pengiriman data agar tiba di tujuan. Gambar 2.17
memperlihatkan struktur pengiriman video menggunakan protokol UDP [14].
Gambar 2.17 Struktur Pengiriman Video Menggunakan Protokol UDP [14]
2.9.3
Real Time Protocol (RTP)
Protokol RTP menyediakan transfer media secara real-time pada saat
pengiriman paket data. Protokol RTP mengunakan Protokol UDP dan header RTP
mengandung informasi kode bit yang spesifik pada tiap paket yang dikirimkan,
tujuannya adalah membantu penerima untuk melakukan antisipasi jika terjadi paket
yang hilang.
RTP dapat digunakan untuk beberapa macam data stream yang realtime
seperti data suara dan data video. RTP berisi informasi tipe data yang di kirim,
timestamps yang digunakan untuk pengaturan waktu suara percakapan terdengar
seperti sebagaimana diucapkan, dan sequence numbers berfungsi untuk pengurutan
paket data dan mendeteksi adanya paket yang hilang. Gambar 2.18 Memperlihatkan
struktur header protokol RTP [15].
25
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.18 Struktur Header Protokol RTP [15]
RTP didesain untuk digunakan pada tansport layer. RTP lebih baik
digunakan diatas UDP bukan pada TCP. Hal ini karena TCP tidak dapat beradaptasi
pada pengerimiman data yang real-time dengan keterlambatan yang relatif kecil
seperti pada pengiriman data komunikasi suara.
2.10
Parameter Kualitas Video
Dalam rangka untuk menentukan, mengevaluasi dan membandingkan
sistem komunikasi video perlu menentukan kualitas gambar video yang
ditampilkan bagi pemirsa. Saat ini sudah banyak metode yang dikembangkan untuk
melakukan pengukuran kualitas video. Pengukuran kualitas video terbagi atas
pengukuran subjektif dan objektif. Beberapa metode pengukuran video tersebut
adalah:
2.10.1 Peak Signal to Noise Ratio (PSNR)
Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) adalah salah satu metode yang cukup
popular digunakan dalam pengukuran kualitas video secara objektif. Metode ini
menggunakan sinyal video sebagai parameter objektif. Metode ini membandingkan
sinyal dari setiap frame video pada video hasil transmisi (S-video) dengan setiap
26
Universitas Sumatera Utara
frame video pada video original (O-video) dan mengukur perbedaan keduanya.
PSNR dirumuskan sebagai [16]:
(
=
− )
( . )
Dimana, 2M-1 adalah maksimum nilai piksel untuk M-bit frame video. MSE
merupakan kepanjangan dari Mean Square Error. Sebagai contoh, untuk video
dengan resolusi (x,y) piksel, maka MSE dihitung sebagai
=
1
!
[ ( , , ) − ′( , , )]
p(x, y, t) merepresentasikan frame video di O-video (O-frame) sedangkan p’(x, y,
t) merepresentasikan frame video di S-video (S-frame). Kualitas video yang baik
ditandai dengan tingginya nilai PSNR.
Interpretasi nilai PSNR terhadap kualitas video ditampilkan pada Tabel 2.1.
Tabel ini berdasarkan rekomendasi International Telecommunication Union (ITU)
Tabel 2.1 Interpretasi Nilai PSNR terhadap Kualitas Video
Nilai PSNR
Kualitas
PSNR>37dB
Sangat Baik
31>PSNR>33dB
Baik
25dB>PSNR>31dB
Cukup
20dB>PSNR>25dB
Buruk
PSNR300 ms
Buruk
ITU G.1010 membagi karakteristik waktu tunda berdasarkan tingkat
kenyamanan user, dapat ditunjukkan pada Tabel 2.2 [17] :
Tabel 2.2 Pengelompokan Waktu Tunda berdasarkan ITU-T G.114
Ada beberapa komponen waktu tunda yang terjadi dijaringan. Komponen
waktu tunda tersebut yaitu waktu tunda pemprosesan, waktu tunda paketisasi,
waktu tunda propagasi dan waktu tunda akibat adanya jitter buffer diterminal
penerima. Berikut ini penjelasan mengenai beberapa jenis waktu tunda yang dapat
mempengaruhi kualitas layanan [17] :
1. Waktu tunda pemrosesan.
2. Waktu tunda yang terjadi akibat proses pengumpulan dan pengkodean
sampel analog menjadi digital.
3. Waktu tunda paketisasi, waktu tunda ini terjadi akibat proses paketisasi
sinyal suara menjadi paket-paket yang siap ditransmisikan ke dalam
jaringan.
4. Waktu tunda antrian, waktu tunda yang disebabkan oleh antrian paket
data terjadinya kongesti jaringan.
30
Universitas Sumatera Utara
5. Waktu tunda propagasi, waktu tunda ini disebabkan oleh medium fisik
jaringan dan jarak yang harus dilalui olah sinyal suara pada media
transmisi data antara pengirim dan penerima.
6. Waktu tunda akibat jitter buffer, waktu tunda ini terjadi akibat jitter buffer
yang digunakan untuk meminimalisasi nilai jitter yang terjadi.
2.11.2 Throughput
Throughput adalah bandwidth aktual yang terukur pada suatu ukuran
waktu tertentu. Throughput lebih menggambarkan bandwidth yang sebenarnya
(actual) pada suatu waktu tertentu yang digunakan untuk men-download suatu file
dengan ukuran tertentu. Adapun Rumus yang digunakan untuk menghitung
throughput adalah [17]:
ℎ
ℎ
Keterangan:
Bytes
=
total
durasi n
(2.14)
= jumlah bit yang dikirim
Duration = total waktu pengiriman paket
2.11.3 Packet Loss
Packet loss adalah jumlah paket data yang hilang per detik. Packet loss
dapat disebabkan oleh sejumlah faktor, mencakup penurunan signal dalam media
jaringan, melebihi batas saturasi jaringan, paket yang corrupt yang menolak untuk
transit, dan kesalahan keras jaringan. Paket hilang dapat disebabkan oleh
pembuangan paket di jaringan (network loss) atau pembuangan paket di gateway
(terminal) sampai kedatangan terakhir (late loss). Network loss secara normal
31
Universitas Sumatera Utara
disebabkan kemacetan (router buffer overflow), perubahan rute secara seketika,
kegagalan link, dan lossy link seperti saluran nirkabel [17].
Kemacetan atau kongesti pada jaringan merupakan penyebab utama dari
paket hilang. Pada Tabel 2.3 menyatakan tingkat paket hilang terhadap kualitas
Tingkat paket hilang
Kualitas
0-1%
Baik
1-2%
Cukup
>2%
Buruk
Video.
Tabel 2.3 Standar Tingkat Paket Hilang berdasarkan ITU-T G.114
Rumus yang digunakan untuk menghitung packet loss adalah [17] :
=
keterangan:
Paket Terkirim − Paket Diterima
Paket Terkirim
100%
Paket terkirim
= total paket yang terkirim
Paket diterima
= paket yang berhasil diterima
(2.15)
32
Universitas Sumatera Utara