KOMPRESI VIDEO MENGGUNAKAN METODA FRAKTAL DENGAN MENGGUNAKAN MATLAB 7.0

Transkripsi

1 KOMPRESI VIDEO MENGGUNAKAN METODA FRAKTAL DENGAN MENGGUNAKAN MATLAB 7.0 Oleh : Amelia Yolanda 1) dan Deddy Prayama 2) 1) Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang Kampus Unand Limau Manih Padang Telp Fax , meiyo81@yahoo.co.id 2) Jurusan Teknologi Informasi Politeknik Negeri Padang Kampus Unand Limau Manih Padang Telp Fax , prayama@yahoo.co.id ABSTRACT A video has a large amount in size for a data, its need more space for stored the data in memory. This is also cause inefficiency for data transmission. A technology need to compress the video data s in order to transmit it. Video compression is a process to decrease the redundant information in a video file and made the size of the data for a video smaller than usually without losing the information that contains in the particular file. A method that can be used for compressing the video size is fractal method. Fractal compression is a compression method based on self similarity. The outcomes for compression using this method produce the video file which has a high compression rasio. Keywords : Compress,fractal, video transmission PENDAHULUAN Dewasa ini video sangat banyak digunakan dalam kehidupan manusia. Video selalu digunakan dalam berbagai aplikasi, tidak hanya untuk keperluan hiburan, tetapi juga komunikasi, bisnis, kesehatan, pendidikan dan lain-lain. Hal ini berakibat kepada kebutuhan akan kapasitas media penyimpanan yang besar.kebutuhan ini, disebabkan oleh data yang harus disimpan makin lama semakin bertambah banyak, khususnya bagi dunia usaha, perbankan dan pendidikan.perusahaan atau lembaga tersebut umumnya sangat membutuhkan media penyimpanan berkapasitas yang besar untuk menyimpan semua data dan file-file penting termasuk video.penyimpanan tersebut bukan hanya dialokasikan pada satu tempat saja. Tapi mereka juga akan menyimpan data atau file-file tersebut pada tempat yang lain. Untunglah data-data tersebut dapat dimampatkan (compress) terlebih dahulu sehingga tempat yang dibutuhkan dimemori semakin sedikit dan waktu yang dibutuhkan untuk berkomunikasi lebih pendek, sehingga kegagalan dalam manipulasi data lebih sedikit. Metoda pemampatan yang digunakan pada saat ini adalah dengan cara memampatkan file-file yang sudah jadi (file asal) lalu dimampatkan dan baru di komunikasikan. Setelah sampai data hasil pemampatan tersebut pada si penerima, lalu dilakukan penirmampatan (de-compress) untuk mengembalikan ke bentuk asal, baru filetersebut dapat digunakan. Metoda-metoda yang digunakan untuk kompresi video telah banyak dikembangkan seperti DCT, Wavelet, Vector quanitazion dan lain-lain.beberapa metoda tersebut telah menunjukkan hasil yang cukup bagus dan dapat mengurangi biaya transmisi serta memory untuk penyimpanan data. TINJAUAN PUSTAKA Konsep Dasar Video Video terdiri dari susunan tiga dimensi pixel bewarna.dua dimensi sebagai arah spatial (horizontal dan vertical) dari gambar yang bergerak.dan satu dimensi sebagai domain waktu.video merupakan gabungan gambar-gambar mati yang dibaca berurutan dalam suatu waktu dengan kecepatan tertentu. Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember

2 Gambar 1. Susunan Video Gambar-gambar yang digabung tersebut dinamakan frame dan kecepatan pembacaan gambar disebut dengan Frame rate dengan satuan fps (frame per second). Karena dimainkan dalam kecepatan yang tinggi maka tercipta ilusi gerak yang halus, semakin besar nilai frame rate maka semakin halus gerakan yang di hasilkan. Gambar 2. Single frame yang dirangkai menjadi video Setiap frame merupakan gambar / frame digital. Sebuah frame adalah sekelompok pixel pixel yang berhubungan dengan sebuah titik dalam satu waktu. Sebuah frame sama dengan gambar diam ( still image ). Data video berisi redudansi spatial dan temporal.redudansi spatial yaitu pixel yang berdekatan mirip. terkompresi dapat dikirimkan lebih ekonomis melalui carrier yang lebih kecil.kompresi video dapat membuat ukuran data video jauh lebih kecil dengan hanya menurunkan sedikit kualitas visual.kompresi juga diperlukan dalam video streaming agar transmisi data menjadi lebih cepat dan tidak terlalu banyak memakan bandwidth. Kompresi video dapat dilakukan dengan memanfaatkan redundansi yang terdapat pada data video.redudansi merupakan suatu keadaan dimana representasi suatu elemen data yang tidak terlalu penting dalam mempresentasikan keseluruhan data. Pada kompresi video terdapat pendekatan untuk mengurangi redudansi pada data berdasarkan identifikasi tipe nya : 1. Redudansi Spasial Redudansi yang terdapat dalam suatu frame.hal ini disebabkan oleh adanya kolerasi antara sebuah piksel dengan piksel di sekitarnya.redudansi ini dimanfaatkan untuk melakukan kompresi infraframe. 2. Redudansi Temporal Redudansi yang terdapat diantara frame dengan frame sebelum atau sesudahnya hal ini disebabkan adanya piksel piksel yang berkolerasi di antara frame frame tersebut. Redudansi ini terutama dikarenakan banyak bagian frame yang tidak berubah disbanding frame sebelum dan sesudahnya. Berdasarkan jenis redudansi tersebut, kompresi pada data video dapat dibagi menjadi dua : 1. Kompresi infraframe Digunakan untuk mengakses banyak piksel. Kompresi infraframe mengompresi setiap frame secara bebas ( tidak mengacu pada gambar sebelum dan sesudahnya ). Kompresi Video Kompresi video berfungsi untuk mengurangi besarnya data yang dipakai untuk menampilkan video. Kompresi videojuga dapat mengurangi jumlah bit yang diperlukan untuk menyimpan dan mengirimkan data video. Video yang Gambar 3 Kompresi I Frame 2. Kompresi Interframe 2 Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010

3 Interframe bekerja dengan cara membandingkan masing masing framedalam video dengan frame sebelumnya. Bila dalam frame terdapat area dimana tidak ada satupun yang bergerak, system akan mengirimkan perintah untuk meng-copy area tersebut dari frame sebelumnya, bit per bit, ke frame berikutnya. Bila ada pergerakan objek yang sederhana, compressor mengirimkan ( agak lama ) perintah kepada decompressor untuk melakukan penggeseran, rotasi, menerangkan atau menggelapkan pada copy-an, perintah yang panjang, tapi masih lebih cepat dari kompresi infraframe. Gambar 5 Imagelena menunjukkan blok range dan blok domain 2. Dimension Fractal adalah obyek yang memiliki dimensi bilangan riil atau pecahan ( fractional ) Gambar 4 Kompresi interframe Metoda Fraktal Metode kompresi fractal ( fractal compression ) adalah metoda Lossy compression. Metoda ini mengekploitasi kemiripan bagian - bagian di dalam image dan menghitung transformasi yang memetakan bagian bagian image yang memiliki kemiripan tersebut. Metoda kompresi fractal lebih banyak digunakan untuk natural image. Fraktal didefenisikan dari dua sifat, yaitu : 1. Self similarity Pada fractal, self similarity artinya hampir sama. Akan tetapi, pada image riil, seperti gambar pohon, orang, awan dan alam, merupakan jenis self similarity yang lain, dimana satu bagian image adalah sama dengan yang lain tetapi bukan seluruh image. Gambar dibawah ini menunjukkan self similarity dari dua bagian image dengan skala yang berbeda, persegi yang kecil menunjukkan blok range dan persegi besar menunjukkan blok domain. Gambar 6 Dimension Fractal Kompresi Video Mengunakan Metoda Fractal Untuk kompresi video dengan menggunakan metoda fractal, video dibagi menjadi frame-frame. Pada frame pertama dilakukan kompresi intraframe( I Frame), kemudian untuk frame-frame berikutnya dilakukan kompresi interframe ( P Frame ) menggunakan motion estimation dan motion compensation dengan acuan frame sebelumnya. Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember

4 Gambar 7 Frame klip video Motion estimation adalah membandingkan frame sekarang dengan frame sebelumnya, sedangkan motion compensation adalah mengurangi bagian yang sama antara frame yang sekarang dengan frame sebelumnya. Perbedaan bagian antara frame tersebut disebut vector gerak / motion vector. Gambar 8 Frame klip video Fractal Compression Video yang telah dbagi menjadi frameframe( image ), kemudian masing-masing frame tersebut dibagi menjadi blok range dan blok domain. Blok range adalah kumpulan piksel-piksel horizontal dan vertical yang membentuk suatu blok yang tidak bririsan ( non-overlapping ) dengan ukran lebih kecil dibanding blok domain ( setengah dari ukuran blok domain ), sedangkan blok domain adalah kumpulan piksel-piksel horizontal dan vertikal yang membentuk suatu blok dengan ukuran lebih besar dari blok range ( dua kali ukuran blok range ). Fractal Decompression Rekontruksi frame dilakukan dengan melakukan iterasi dari frame sembarang. Karena setiap IFS lokal kontraktif, baikkontraktif dalam dimensi intensitas maupun kontraktif dalam dimensi spasial maka iterasinya akan konvergen terhadap frame titik-tetap PIFS. Kontraktif intensitas penting untuk menjamin konvrgensi terhadap frame semula, sedangkan kontraktif spasial berguna untuk membuat rincian pada frame untuk setiap skala. Jika PIFS yang ditemukan selama proses kompresi bagus, yaitu gabungan dari transformasi seluruh blok domain mendekati frame semula, titik-tetap PIFS juga mendekati dengan frame semula tersebut. Selama proses rekonstruksi, setiap IFS mentransformasikan sekumpulan blokdomain menjadi sekumpulan blok range. Karena blokrange tidak saling beririsan dan mencakup keseluruhan piksel frame, maka gabungan seluruh blok range menghasilkan frame titik-tetap yang menyerupai frame semula. Frame awal yang digunakan adalah frame dengan nilai piksel yang dibangkitkan secara acak. Konvergensi ke frame titik-tetap berlangsung cepat. Konvergensi dapat diperoleh dalam beberapa iterasi.karena transformasi affine kontraktif dalam arah spasial, maka semakin banyak rincian frame yang dibuat pada setiap iterasi. PERANCANGAN KOMPRESI VIDEO DENGAN METODA FRACTAL Blok Diagram Gambar 9 Blok Diagram Penelitian 1) Video Offline Video offline adalah video yang sudah berupa data, bukan video yang sedang di- Download. Pada Penelitian ini digunakan video ber format AVI. 4 Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010

5 2) Pembagian Frame Video yang merupakan gabungan dari frame ( gambar mati) dipisahkan kembali menjadi gambar gambar mati yang kemudian pada gambar - gambar mati ini dilakukan proses kompresi. Gambar gambar mati ini harus diubah ukurannya menjadi persegi empat agar mempermudah proses kompresi. 3) Tranformasi Warna RGB ke YUV Setelah video diubah menjadi gambarganbar mati, gambar- gambar mati yang terdiri dari komponen warna RGB ini dekonversikan ke komponen warna YUV.Hal ini karena ketidak efisienan RGBuntuk disimpan dan ditransmisikan karena memiliki banyak pemborosan mutual redudansi yang tidak dibutuhkan. Sehingga digunakan format warna YUV dimana Y adalah sinyal Luma ( lumicance ) yang bisa disimpan denagn resolusi tinggi atau ditransmisikan dengan Bandwidth tinggi dan dua komponen chroma ( U dan V ) yang bias di perkecil bandwidth nya, di supsample, di kompresi atau diulah lebih lanjut sehingga meningkatkan efisiensi system. Selain itu alasan pentingnya yaitu bahwa system visual manusia lebih sensitive terhadap Luminance. 4) Kompresi Dengan Menggunakan Metoda Fraktal Video yang telah dibagi menjadi frame frame( image ), kemudian masing masing frame tersebut dibagi menjadi blok range dan blok domain. Blok range adalah kumpulan piksel piksel horizontal dan vertical yang membentuk suatu blok yang tidak beririsan ( non overlapping ) dengan ukuran lebih kecil dibanding blok domain, sedangkan blok domain adalah kumpulan piksel piksel horizontal dan vertical yang membentuk suatu blok dengan ukuran lebih besar dari blok range. Setelah itu baru dilakukanlah Self similarity selama n-iterasi. 5) Transformasi Warna YUV ke RGB Yaitu pengembalian komponen kompone warna RGB dari YUV agar di dapatkan kembali frame - frame seperti pada video input. 6) Dekompresi Frame - frame yang sudah di transformasikan ke bentuk komponen RGB, kemudian disusun dan diurutkan kembali sperti pada video output. Algoritma Pemograman Berikut ini adalah algoritma pemograman yang digunakan pada penelitian ini : 1) Video (*.avi) dibagi menjadi frame frame. 2) Ukuran frame frame diubah menjadi persegi agar mempermudah dalam melakukan kompresi dengan ukuran blok - blok persegi. 3) Warna frame yang merupakan komponen RGB ditransformasikan menjadi YUV. 4) Masing- masing frame dibandingkan dan dipetakan dalam bentuk blok range, kemudian mencari kemiripan piksel piksel sebanyak n- iterasi, stiap kemiripan yang didapat akan di eliminasi salah satunya. 5) Hasil dari kompresi berupa frame frame kemudian dipetakan dalam bentuk blok domain dan dilakukan proses konversi kembali menjadi RGB. 6) Setiap frame frame disusun kembali sehingga membentuk video lagi. Tujuan Penelitian Pada penelitian ini akan dianalisis suatu methoda yang dapat digunakan dalam pengkompresian file video sehingga ukurannya menjadi lebih kecil dibandingkan dengan ukuran file aslinya. dan mengetahui ratio dari hasil kompresi video tersebut. Gambar 10 Partisi Blok Domain dan Blok Range Disain dan implementasi Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember

6 Pada Penelitian ini awalnya penulis mencoba untuk mengkompresikan video vipmen.avi dengan durasi 17 seconds dengan 30 frame rate per seconds alhasil durasi yang diperlukan melebihi 2 jam untuk satu video. Maka penulis menggunakan video vipmen.avi dengan durasi 3 seconds untuk menggunakan waktu se efisien mungkin. Berdasarkan penelitian, digunakan satu video sebagai input dan menghasil Sembilan video output, yaitu : a. Video vipmen.avi Gambar 13 Video Hasil Dekompresi d. Video c.avi, blok range 8, iterasi 12 Gambar 11. Video input b. Video a.avi, blok range 8, iterasi 1 Gambar 14 Video Hasil Dekompresi e. Video d.avi, blok range 16, iterasi 1 Gambar 12 Video Hasil Dekompresi c. Video b.avi, blok range 8, iterasi 8 Gambar 15 Video Hasil Dekompresi f. Video e.avi, blok range 16, iterasi 8 6 Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010

7 Tabel 1. Waktu yang diperlukan selama kompresi dan dekompresi Gambar 16 Video Hasil Dekompresi Nama Video (*.avi) Range Size (piksel) Iterasi Waktu (second) a b c d e f g h i g. Video f.avi, blok range 16, iterasi 12 i. Video h.avi, blok range 32, iterasi 8 Gambar 17 Video Hasil Dekompresi h. Video g.avi, blok range 32, iterasi 1 Gambar 19 Video Hasil Dekompresi j. Video i.avi, blok range 32, iterasi 12 Gambar 18 Video Hasil Dekompresi Gambar 20 Video Hasil Dekompresi Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember

8 Tabel 2 Ratio Kompresi Nama Video (*.avi) Ukuran (*.MB) Ratio Kompresi ( % ) a 1,7 MB 66 % b 1,7 MB 66 % c 1,7 MB 66 % d 1,7 MB 66 % e 1,7 MB 66 % f 1,7 MB 66 % g 1,7 MB 66 % h 1,7 MB 66 % i 1,7 MB 66 % Kett : video original nya memiliki ukuran sebesar 5 MB HASIL DAN PEMBAHASAN Dari data hasil penelitian terlihat bahwa untuk mendapatkan kualitas video hasil kompresi dan dekompresi yang bagus adalah pada iterasi ke 12 pada ukuran blok range 8. Dan data penelitian ini juga dapat dilihat bahwa blok range dan iterasi sangatlah berpengaruh dalam proses kompresi dan kompresi video metoda fractal ini, semakin besar blok range maka hasil gambar yang dihasilkan akan semakin buruk. Dan semakin banyak jumlah iterasi yang digunakan maka semakin lama waktu yang digunakan. Semua hasil output yang didapat memiliki size yang sama (*.avi ) walaupun dengan blok range yang berbeda dan iterasi yang berbeda pula, semuanya memiliki rasio kompresi yang sama, tetapi memberikan pengaruh yang besar terhadap tampilan video, seperti halnya kabur atau tampilan videonya pecah pecah. Dapat disimpulkan bahwa kompresi video dengan metoda fractal ini adalah sangatlah bagus untuk segi kompresi datanya, karna kompresi ini menghasilkan rasio kompresi yang melebihi 50 % dari besar file originalnya tetapi membutuhkan waktu yang lama dalam proses pengkompresian dan pendekompresiannya. Dilihat dari segi image, kompresi video ini tidaklah begitu bagus, karna menghasilkan image yang pecah pecah atau kabur, semakin tinggi blok range, maka image yang dihasilkan akan kabur pula, apalagi disertai oleh iterasi yang paling rendah. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1) Pada metoda fractal, video atau image yang digunakan harus dalam bentuk persegi empat. 2) Untuk mendapatkan hasil Video yang bagus pada metoda fractal adalah pada pemilihan blok range yang paling kecil dan iterasi yang paling tinggi, tetapi akan memakan waktu yang sangat lama. 3) Pemilihan blok range yang besar dan iterasi yang rendah akan mengurangi kualitas dari video walaupun dengan aktu yang cukup singkat. 4) Semua output yang di dapat memiliki ukuran size (*.MB) yang sama, berarti pemilihan blok range dan iterasi tidak akan mempengaruhi ukuran melainkan akan mempengaruhi kualitas gambar dan durasi kompresi dan dekompresi. 5) Kompresi video dengan metoda fractal memiliki ratio yang sangat besar, namun waktu untuk proses kompresi sangat lama. Saran - saran Beberapa saran yang penulis kemukakan dalam hal penelitian lebih lanjut tentang metode kompresi video adalah : 1. Software yang digunakan pada saat kompresi file video hendaknya mendukung semua format file video, sehingga memungkinkan untuk perbandingan kualitas hasil akhir dari kompresi video. 2. Perangkat keras yang digunakan dalam proses kompresi video sebaiknya adalah perangkat keras yang memiliki spesifikasi yang tinggi, baik dari segi performa pengolahan data maupun dari sisi penyimpanan. DAFTAR PUSTAKA Edy Wibowo, Hananto, Indra Sakti Wijayanto dan Nugroho Herucahyono, 2006, 8 Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember 2010

9 Makalah. Kompresi Video Menggunakan Discrete Cosine Transform. Laboratorium Ilmu dan Rekayasa Komputasi Departemen Teknik Informatika, Institut Teknologi Bandung. Kamali, Khalid Disertasi Fractal Video Compression. University of Southern Queensland Facuty of Engineering and Surveying. Wilding, Richard.2002.Final Year MEng Projet.Fractal Based Video Compression. Andi Yujayanto, 2007, Membuat sendiri Video Digital Untuk Pemula, Elex Media Yosi Yosinta, 2002, Kompresi Video, Elex Media. KS Thyagarajan, Still Image and Video Compression with MATLAB, Wiley Elektron : Vol 2 No. 2, Edisi Desember

10