32
Multimedia 2013

Kompresi Data Multimedia

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Kompresi Data Multimedia. Multimedia 2013. Kompresi. T eknik pemampatan data , video, gambar, audio T ujuan : Memperkecil penyimpanan data Mempercepat pengiriman data Memperkecil kebutuhan bandwidth Contoh teknik kompresi T eks / biner G ambar (JPEG, PNG, TIFF), - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Kompresi Data Multimedia

Multimedia2013

Page 2: Kompresi Data Multimedia

Teknik pemampatan data, video, gambar, audio

Tujuan :Memperkecil penyimpanan dataMempercepat pengiriman dataMemperkecil kebutuhan bandwidth

Contoh teknik kompresiTeks/biner Gambar (JPEG, PNG, TIFF), Audio (MP3, AAC, RMA, WMA), Video (MPEG, H261, H263).

Page 3: Kompresi Data Multimedia

• Proses mengkodekan informasi menggunakan bit atau information-bearing unit yang lain yang lebih rendah daripada representasi data yang tidak terkodekan dengan suatu sistem encoding tertentu.

Contoh kompresi data : yang yg

Syarat = Pengirim dan Penerima mempunyai “KUNCI” yang sama

Page 4: Kompresi Data Multimedia

Contoh kebutuhan data selama 1 detik pada layar resolusi 640 x 480 :◦ Data Teks

1 karakter = 2 bytes (termasuk karakter ASCII Extended)

Setiap karakter ditampilkan dalam 8 x 8 pixels

Jumlah karakter yang dapat ditampilkan per halaman = 640 x 480 = 4800 karakter 8 x 8

◦ Kebutuhan tempat penyimpanan per halaman = 4.800 × 2 byte = 9.600 byte = 9.375 Kbyte

Page 5: Kompresi Data Multimedia

Contoh kebutuhan data selama 1 detik pada layar resolusi 640 x 480 :◦ Data Grafik Vektor

1 gambar membutuhkan 500 baris Setiap 1 baris direpresentasikan dalam posisi

horisontal, vertikal, dan field atribut sebesar 8-bit sumbu Horizontal direpresentasikan dengan log2 640

= 10 bits sumbu Vertical direpresentasikan dengan log2 480 =

9 bits

Bits per line = 9bits + 10bits + 8bits = 27bits Kebutuhan tempat penyimpanan per halaman =

500 × 27 = 1687,5 byte = 1,65 Kbyte 8

Page 6: Kompresi Data Multimedia

Contoh kebutuhan data selama 1 detik pada layar resolusi 640 x 480 :◦ Color Display

Jenis : 256, 4.096, 16.384, 65.536, 16.777.216 warna Masing-masing warna pixel memakan tempat 1 byte

Jadi 640 x 480 x 256 warna x 1 byte = 307.200 byte = 300 KByte

Page 7: Kompresi Data Multimedia

Kebutuhan tempat penyimpanan untuk media kontinyu untuk 1 detik playback :◦ Sinyal audio tidak terkompres dengan kualitas

suara telepon dengan sample 8 kHz dan dikuantisasi 8 bit per sample, pada bandwidth 64 Kbits/s, membutuhkan storage :

◦ Kebutuhan tempat penyimpanan per halaman = 64 Kbit/s x 1 s = 8 Kbyte8 bit/byte 1,024 byte/Kbyte

Page 8: Kompresi Data Multimedia

Sinyal audio CD disample 44,1 kHz, dikuantisasi 16 bits per sample, dengan nilai encoding 125 bit

Storage = 44,1 kHz x 16 bits = 705,6 x 125 bits = 88.200 bytes untuk menyimpan 1 detik playback.

Page 9: Kompresi Data Multimedia

640 x 480 dan 25 frame/detik 3 bytes/pixel (luminance, red chrom, blue

chrom) Luminance Y menggunakan sample rate 13,5

MHz Chrominance (R-Y dan B-Y) menggunakan

sample rate 6.75 MHz Jika menggunakan 8 bit/sample, maka

Page 10: Kompresi Data Multimedia

1. Dialoque Mode : proses penerimaan data dimana pengirim dan penerima seakan berdialog (real time), contoh : video conference.

Kompresi data harus berada dalam batas penglihatan dan pendengaran manusia.

Waktu tunda (delay) tidak boleh lebih dari 150 ms : 50 ms untuk proses kompresi dan dekompresi, 100 ms untuk mentransmisikan data dalam jaringan.

2. Retrieval Mode : proses penerimaan data tidak dilakukan secara real time

Dapat dilakukan fast forward dan fast rewind di clientDapat dilakukan random access terhadap data dan

dapat bersifat interaktif

Page 11: Kompresi Data Multimedia

1. Lossy CompressionData hasil dekompresi tidak sama dengan data sebelum

kompresi namun sudah “cukup” untuk digunakan. Contoh: Mp3, streaming media, JPEG, MPEG, dan WMA.

Kelebihan: ukuran file lebih kecil dibanding loseless namun masih tetap memenuhi syarat untuk digunakan.

Teknik : membuang bagian data yang tidak berguna, tidak dirasakan, tidak dilihat oleh manusia sehingga manusia masih beranggapan bahwa data tersebut masih bisa digunakan walaupun sudah dikompresi.

Contoh : Image = 12,249 bytes, Kompresi JPEG kualitas 30 = 1,869 bytes Image 85% lebih kecil dan ratio kompresi 15%.

Page 12: Kompresi Data Multimedia

2. Loseless◦ Data hasil kompresi dapat didekompres lagi dan

hasilnya tepat sama seperti data sebelum proses kompresi. Contoh aplikasi: ZIP, RAR, GZIP, 7-Zip

◦ Teknik ini digunakan jika dibutuhkan data setelah dikompresi harus dapat diekstrak/dekompres lagi tepat sama. Contoh pada data teks, data program/biner, beberapa image seperti GIF dan PNG.

◦ Kadangkala ada data-data yang setelah dikompresi dengan teknik ini ukurannya menjadi lebih besar atau sama.

Page 13: Kompresi Data Multimedia

Original Image (lossless PNG, 60.1 KB size) - uncompressed is 108.5 KB

Low Compression (84% less information than uncompressed PNG, 9.37 KB)

Medium Compression (92% less information than uncompressed PNG, 4.82 KB)

High Compression (98% less information than uncompressed PNG, 1.14 KB)

Page 14: Kompresi Data Multimedia

Keuntungan metode lossy, menghasilkan file kompresi yang lebih kecil dibandingkan dengan metode lossless

Metode lossy sering digunakan untuk mengkompresi suara, gambar dan video.

Lossy akan mengalami generation loss pada data sedangkan pada lossless tidak terjadi karena data yang hasil dekompresi sama dengan data asli.

Sedangkan lossless digunakan untuk mengkompresi data untuk diterima ditujuan dalam kondisi asli seperti dokumen teks.

Page 15: Kompresi Data Multimedia

Kualitas data hasil enkoding: ukuran lebih kecil, data tidak rusak (lossy)

Kecepatan, ratio, dan efisiensi proses kompresi dan dekompresi

Ketepatan proses dekompresi data: data hasil dekompresi tetap sama dengan data sebelum dikompres (loseless)

Page 16: Kompresi Data Multimedia

1. Entropy Encoding◦ Bersifat loseless◦ Tekniknya tidak berdasarkan media dengan

spesifikasi dan karakteristik tertentu namun berdasarkan urutan data.

◦ Statistical encoding, tidak memperhatikan semantik data.

◦ Mis : Run-length coding, Huffman coding, Arithmetic coding

Page 17: Kompresi Data Multimedia

2. Source Coding◦ Bersifat lossy◦ Berkaitan dengan data semantik (arti data) dan

media.◦ Mis : Prediction (DPCM, DM), Transformation (FFT,

DCT), Layered Coding (Bit position, subsampling, sub-band coding), Vector Quantization

3. Hybrid Coding◦ Gabungan antara lossy + loseless◦ Mis : JPEG, MPEG, H.261, DVI

Page 18: Kompresi Data Multimedia

Run-Length-Encoding (RLE)◦ Kompresi data teks dilakukan jika ada beberapa

huruf yang sama yang ditampilkan berturut-turut :Misal : Data: ABCCCCCCCCDEFGGGG = 17

karakterRLE tipe 1 (min. 4 huruf sama) : ABC!

8DEFG!4 = 11 karakter◦ RLE ada yang menggunakan suatu karakter yang

tidak digunakan dalam teks tersebut seperti misalnya ‘!’ untuk menandai.

◦ Kelemahan? Jika ada karakter angka, mana tanda mulai dan akhir?Misal data : ABCCCCCCCCDEFGGGG = 17 karakterRLE tipe 2 : AB8CDEF4G = 9 karakterMisal data : AB12CCCCDEEEF = 13 karakterRLE tipe 2: AB124CD3EF = 10 karakter

Page 19: Kompresi Data Multimedia

Misalkan terdapat sederetan data : 1 2 1 1 1 1 1 3 4 4 4 4 1 1 3 3 3 5 1 1 1 1 3 3 = 24 byte

Dihitung jumlah kemunculan data (1,1) (2,1) (1,5) (3,1) (4,4) (1,2) (3,3) (5,1) (1,4) (3,2)

Data Kompresi 1 1 2 1 1 5 3 1 4 4 1 2 3 3 5 1 1 4 3 2 = 20 byte

19

Page 20: Kompresi Data Multimedia

Run-Length-Encoding (RLE)◦ RLE ada yang menggunakan flag bilangan negatif

untuk menandai batas sebanyak jumlah karakter tersebut.

◦ Berguna untuk data yang banyak memiliki kesamaan, misal teks ataupun grafik seperti icon atau gambar garis-garis yang banyak memiliki kesamaan pola.

◦ Best case : untuk RLE tipe 2 adalah ketika terdapat 127 karakter yang sama sehingga akan dikompres menjadi 2 byte saja.

◦ Worst case : untuk RLE tipe 2 adalah ketika terdapat 127 karakter yang berbeda semua, maka akan terdapat 1 byte tambahan sebagai tanda jumlah karakter yang tidak sama tersebut.

◦ Menggunakan teknik loseless

Page 21: Kompresi Data Multimedia

Contoh untuk data image : Run-Length-Encoding (RLE)

Page 22: Kompresi Data Multimedia

Static Huffman Coding◦ Dibuat oleh seorang mahasiswa MIT bernama

David Huffman pada tahun 1952◦ Salah satu metode paling lama dan paling

terkenal dalam kompresi teks. ◦ Algoritma Huffman menggunakan prinsip

pengkodean mirip dengan kode Morse : tiap karakter (simbol) dikodekan dengan rangkaian beberapa bit ; karakter yang sering muncul dikodekan dengan rangkaian bit yang pendek dan karakter yang jarang muncul dikodekan.dengan rangkaian bit yang lebih panjang.

Page 23: Kompresi Data Multimedia

Misalkan : aabaaccccddbbbbef = 17 byte Pertama-tama hitung frekuensi masing-

masing data :◦ a 4, b 5, c 4, d 2, e 1, f 1

Masing-masing data diberi kode bit data yang sering muncul diberi kode lebih kecil dibandingkan dengan yang jarang muncul. ◦ b 5, a 4, c 4, d 2, e 1, f 1

23

Page 24: Kompresi Data Multimedia

24

Bit data akan dikodekan, sbb :a 01, b 00, c 10, d 110, e 1110, f 1111

Jadi data “aabaaccccddbbbbef”akan dikodekan sbb:01 01 00 01 01 10 10 10 10 110 110 00 00 00 00 1110 1111 = 40 bit 5 byte

2

4

89

17

5 4 4 2 1 1

b a c d e f

0

10

0

0

1

1

10

1

Page 25: Kompresi Data Multimedia

Shannon-Fano Algorithm◦ Dikembangkan oleh Shannon (Bell Labs) dan

Robert Fano (MIT)◦ Algoritma :

Urutkan simbol berdasarkan frekuensi kemunculannya

Bagi simbol menjadi 2 bagian secara rekursif, dengan jumlah yang kira-kira sama pada kedua bagian, sampai tiap bagian hanya terdiri dari 1 simbol.

◦ Cara yang paling tepat untuk mengimplementasikan adalah dengan membuat binary tree.

Page 26: Kompresi Data Multimedia

DICTIONARY-BASED CODING◦ Algoritma Lempel-Ziv-Welch (LZW) menggunakan

teknik adaptif dan berbasiskan “kamus” ◦ Pendahulu LZW adalah LZ77 dan LZ78 yang

dikembangkan oleh Jacob Ziv dan Abraham Lempel pada tahun 1977 dan 1978.

◦ Terry Welch mengembangkan teknik tersebut pada tahun 1984.

◦ LZW banyak dipergunakan pada UNIX, GIF, V.42 untuk modem.

Page 27: Kompresi Data Multimedia

DICTIONARY-BASED CODING◦ Algoritma Kompresi :

BEGINS = next input character;While not EOF{

C = next input character;If s + c exists in the diactionary

S = s + cElse{

Output the code for s;Add string s + c to the dictionary with

a new codeS = c;

}}

END

Page 28: Kompresi Data Multimedia

DICTIONARY-BASED CODING◦ Algoritma Dekompresi :

BEGINS = NULL;While not EOF{

K = NEXT INPUT CODE;Entry = dictionary entry for K;Ouput entry;If (s != NULL)

add string s + entry[0] to dictionary with new code

S = Entry;}

END

Page 29: Kompresi Data Multimedia

Histogram :◦ Warna 0 = 2◦ Warna 1 = 2◦ Warna 2 = 9◦ Warna 3 = 11◦ Warna 4 = 9◦ Warna 5 = 4◦ Warna 6 = 5◦ Warna 7 = 8◦ Warna 8 = 9◦ Warna 9 = 6

29

2 9 6 4 8

3 8 5 4 7

3 8 4 7 4

3 9 4 7 2

2 0 4 3 8

2 6 3 8 5

6 3 8 2 8

9 2 3 8 2

7 6 2 1 6

9 5 4 7 1

9 3 7

4 7 3

7 4 9

5 3 0

2 8 3

Dikodekan menjadi 0 (Jumlahnya 13 pixel)

Dikodekan menjadi 1 (Jumlahnya 20 pixel)

Dikodekan menjadi 2 (Jumlahnya 17 pixel)

Dikodekan menjadi 3 (Jumlahnya 15 pixel)

Page 30: Kompresi Data Multimedia

30

0 3 2 1 3

1 3 2 1 2

1 3 1 2 1

1 3 1 2 0

0 0 1 1 3

0 2 1 3 2

2 1 3 0 3

3 0 1 3 0

2 2 0 0 2

3 2 1 2 0

3 1 2

1 2 1

2 1 3

2 1 0

0 3 0

Page 31: Kompresi Data Multimedia

ZIP File FormatDitemukan oleh Phil Katz untuk program PKZIP

kemudian dikembangkan untuk WinZip, WinRAR, 7-Zip.

Berekstensi *.zip dan MIME application/zipDapat menggabungkan dan mengkompresi beberapa

file sekaligus menggunakan bermacam-macam algoritma, namun paling umum menggunakan Katz’s Deflate Algorithm.

Beberapa method Zip :Shrinking : merupakan metode variasi dari LZWReducing : merupakan metode yang mengkombinasikan

metode same byte sequence based dan probability based encoding.

Imploding : menggunakan metode byte sequence based dan Shannon-Fano encoding.

Deflate : menggunakan LZWBzip2, dan lain-lain

Aplikasi : WinZip oleh Nico-Mak Computing

Page 32: Kompresi Data Multimedia

RAR File◦ Ditemukan oleh Eugene Roshal, sehingga RAR

merupakan singkatan dari Roshal Archive pada 10 Maret 1972 di Rusia.

◦ Berekstensi .rar dan MIME application/x-rar-compressed

◦ Proses kompresi lebih lambat dari ZIP tapi ukuran file hasil kompresi lebih kecil.

◦ Aplikasi: WinRAR yang mampu menangani RAR dan ZIP, mendukung volume split, enkripsi AES.