PERFORMANSI TEKNIK KOMPRESI CITRA LOSSY PADA JARINGAN SENSOR NIRKABEL TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 PERFORMANSI TEKNIK KOMPRESI CITRA LOSSY PADA JARINGAN SENSOR NIRKABEL TUGAS AKHIR Diajukan guna memenuhi sebagian persyaratan dalam rangka menyelesaikan pendidikan sarjana S1 pada Jurusan Teknik Elektro Disusun oleh : I Nyoman Surya Jaya NIM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN - BALI 2012

2 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Denpasar, Juli 2012 I Nyoman Surya Jaya

3 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR JUDUL : PERFORMANSI TEKNIK KOMPRESI CITRA LOSSY PADA JARINGAN SENSOR NIRKABEL DISUSUN OLEH : I NYOMAN SURYA JAYA NIM : JURUSAN : TEKNIK ELEKTRO BIDANG STUDI : TELEKOMUNIKASI KONSENTRASI : TELEKOMUNIKASI NIRKABEL PERIODE : 2011/2012 DIUJI TANGGAL : 17 JULI 2012 MENYETUJUI Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Ir. Linawati, MEng.Sc, Ph.D NIP Ni Made Ary Esta Dewi Wirastuti, ST, MSc, Ph.D. NIP MENGETAHUI Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana Ir. I Nyoman Setiawan, MT. NIP

4 ABSTRAK Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) merupakan jaringan tanpa kabel yang terdiri dari sekumpulan sensor (node), yang berfungsi untuk memonitor kondisi lingkungan tertentu dan kemudian mengirimkan data informasi hasil monitoring tersebut ke node master. Untuk transmisi data real time, ada beberapa poin penting yang perlu dipertimbangkan seperti kualitas citra hasil monitoring, keterbatasan energi dan memori komputasi pada node sensor. Pada tugas akhir ini dilakukan analisis terhadap performansi teknik kompresi citra JPEG2000 untuk mengatasi keterbatasan energi dan memori komputasi pada node sensor dengan juga melihat kualitas citra hasil kompresi. Performansi teknik kompresi citra JPEG 2000 dianalisis dengan memvariasikan parameter kompresi seperti ukuran tile dan rasio kompresi citra. Kompresi citra dilakukan untuk level 1, 2 dan 3 Discrete Wavelet Transform (DWT) dengan menggunakan filter wavelet 9/7 (untuk kompresi lossy). Dari hasil penelitian diperoleh Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) citra hasil kompresi untuk DWT level 3 lebih baik dari DWT level 1 dan 2 yaitu diatas 30 db untuk perubahan tile dan perubahan rasio. Dari hasil perhitungan energi transmisi didapatkan bahwa energi transmisi menurun secara signifikan untuk ukuran tile 16 x 16 sampai dengan 64 x 64 dan relatif konstan untuk ukuran tile 128 x 128 sampai dengan 640 x 480. Sedangkan energi transmisi akan semakin berkurang seiring dengan bertambahnya rasio kompresi. Untuk besar memori yang diperlukan dalam proses komputasi (buffer memori) adalah sama dengan ukuran tile yang diproses. Untuk ukuran tile 16 x 16 pixel memerlukan memori buffer sebesar 768 byte (24 bit per pixel) dan akan semakin besar jika ukuran tile yang digunakan untuk kompresi citra juga semakin besar. Kata Kunci : Jaringan Sensor Nirkabel, JPEG2000, DWT, PSNR, Tile, rasio kompresi, memori buffer iv

5 ABSTRACT Wireless Sensor Network (WSN) is a wireless network that consists of a set of sensors (nodes), which serves to monitor certain environmental conditions, and then send the monitoring results information data to the master node. For real time data transmission, there are some important points to consider such as image quality monitoring results, limited energy and computational memory on sensor nodes. In this final project conducted the analysis on the performance of JPEG2000 image compression technique to overcome the limitations of the energy and computational memory on sensor nodes and also look at the quality of image compression result. Performance of JPEG 2000 image compression techniques are analyzed by varying the compression parameters such as tile size and image compression ratios. Image compression conducted up to level 3 DWT using wavelet 9/7 filter (for lossy compression). From the research obtained PSNR for level 3 DWT image compression results better than the levels 1 and 2 DWT that is above 30 db for tile changes and for ratio changes. From the energy transmission calculation results obtained that energy transmission decreased significantly for tile size 16 x 16 up to 64 x 64 and is relatively constant for the tile size 128 x 128 up to 640 x 480. While the transmission of energy will decrease with increasing compression ratio. For the amount of memory needed in the computing process (buffer memory) is equal to the size of the tile is processed. For tile size 16 x 16 pixel requires 768 byte buffer of memory (24 bits per pixel) and will be greater if the size of the tile is used for image compression are also getting bigger. Keywords : Wireless Sensor Network, JPEG2000, DWT, PSNR, tile, compression ratio, buffer memory v

6 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Esa atas karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir yang berjudul PERFORMANSI TEKNIK KOMPRESI CITRA LOSSY PADA JARINGAN SENSOR NIRKABEL. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Elektro, Konsentrasi Teknik Telekomunikasi, Universitas Udayana. Dalam penyusunan Tugas Akhir, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehubungan dengan hal tersebut pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Bapak Prof. Ir. I Wayan Redana, MA. Sc.Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak I. B. Gede Manuaba, ST. MT, selaku Pembimbing Akademik 4. Ibu Ir. Linawati, M.Eng.Sc, Ph.D selaku Dosen Pembimbing I Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan bimbingannya. 5. Ibu Ni M. A. Esta Dewi Wirastuti, ST, M.Sc, Ph.D selaku Dosen Pembimbing II Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan bimbingannya. 6. Bapak Nyoman Putra Sastra, ST. MT, selaku dosen Teknik Elektro Universitas Udayana yang telah menyumbangkan ide dan masukan dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 7. Orang tua, Bapak I Putu Suarka dan Ibu Ni Made Sukawati serta keluarga tercinta yang yang telah memberikan dukungan moril dan material selama penyusunan Tugas Akhir ini. 8. Teman Seperjuangan, Friska Suwiadhi Natha, I Made Wiasta, Erik Feri Fadli, I Putu Mahendra dan rekan-rekan mahasiswa lain yang telah memberikan banyak bantuan, informasi, dan masukan dalam penyusunan Tugas Akhir ini. vi

7 Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam Tugas Akhir ini, saran-saran yang membangun sangat diharapkan untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengharapkan semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi kita semua. Denpasar, 3 Juli 2012 Penulis vii

8 DAFTAR ISI Hal JUDUL... i PERNYATAAN... ii LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR... iii ABSTRAK... iv ABSTRACT... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR SINGKATAN... xv BAB I: PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Manfaat Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 3 BAB II: TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Jaringan Sensor Nirkabel Transmisi Citra pada Jaringan Sensor Nirkabel Kompresi Citra Terpusat pada Jaringan Sensor Nirkabel Kompresi Citra Terdistribusi pada Jaringan Sensor Nirkabel Komponen Jaringan Sensor Nirkabel Pengertian Citra Digital Kompresi Citra... 8 viii

9 Lossy Compression Lossless Compression Rasio Kompresi dan Bit Per Sample Compression Artifact Kriteria Kebenaran Objektif JPEG Kompresi Citra pada JPEG Discrete Wavelet Transform (DWT) Transformasi Wavelet Diskrit untuk Kompresi lossy Kuantisasi Embedded Block Coding with Optimized Truncation (EBCOT) Rate Control Organisasi Bit-stream Decoding Perhitungan Energi Transmisi pada Jaringan Sensor Nirkabel Protocol Stack Physical Layer Data Link Layer Medium Acces Control (MAC) Error Control Network Layer Transport Layer Application Layer Komponen Imote2 (Intel Mote generasi ke-2) Radio Board (IPR2400) Scalar Sensor Board (ITS400) Multimedia Sensor Board (IMB400) Interface Board (IIB400) Baterry Board Linux ix

10 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Data Sumber Data Jenis Data Teknik Pengumpulan Data Rancangan Penelitian Skenario I Skenario II Skenario III Spesifikasi Hardware dan software Spesifikasi Hardware Spesifikasi Software Metode Analisis Alur Analisis Time Schedule Pelaksanaan BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Gambaran Umum Proses Compile OpenJPEG pada Linux Proses Kompresi Citra pada OpenJPEG Analisis Kualitas Citra Ukuran Tile Kompresi Citra pada DWT level 1 dengan Tile Bervariasi Kompresi Citra pada DWT level 2 dengan Tile Bervariasi Kompresi Citra pada DWT level 3 dengan Tile Bervariasi Perbandingan Kompresi Citra pada DWT level 1,2, dan Rasio Kompresi Kompresi Citra pada DWT level 1 dengan Rasio Kompresi Bervariasi Kompresi Citra pada DWT level 2 dengan Rasio Kompresi x

11 Bervariasi Kompresi Citra pada DWT level 3 dengan Rasio Kompresi Bervariasi Perbandingan Hasil Kompresi Citra dengan Rasio Kompresi Bervariasi Analisis Konsumsi Energi Transmisi Analisis Penggunaan Memori BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Arsitektur jaringan sensor nirkabel... 6 Gambar 2.2 Proses pengkodean JPEG Gambar 2.3 Sub-tahapan prepocessing Gambar 2.4 Contoh tiling dari citra babon 8-bit Gambar 2.5 Komponen model citra Gambar 2.6 ICT dari citra babon Gambar 2.7 Struktur DWT Gambar 2.8 Proses DWT untuk komponen Y dari citra babon Gambar 2.9 Tahap I DWT dari citra babon 8-bit Gambar 2.10 Tahap II DWT dari citra babon 8-bit Gambar 2.11 Tahap III DWT dari citra babon 8-bit Gambar 2.12 Contoh devisi dari subband-subband menjadi block code Gambar 2.13 Urutan scan garis dalam sebuah blok Gambar 2.14 Contoh distribusi lapisan kualitas untuk tahap II DWT dengan subband-subband yang terdiri dari hanya satu kode blok Gambar 2.15 Contoh pemisahan daerah Gambar 2.16 Organisasi code stream Gambar 2.17 Proses decode JPEG Gambar 2.18 Aplikasi praktis dari stándar JPEG Gambar 2.19 Protokol pada jaringan sensor nirkabel Gambar 2.20 Board Imote Gambar 2.21 (a) Imote2 radio board (b) arsitektur Imote2 radio board Gambar 2.22 Scalar sensor board Gambar 2.23 Multimedia sensor board Gambar 2.24 Interface board Gambar 2.25 Battery board xii

13 Gambar 3.1 Skenario rancangan penelitian Gambar 3.2 Diagram alir análisis data Gambar 3.3 Diagram alir skenario I, II dan III Gambar 4.1 Garuda (Jam 10 pagi) Gambar 4.2 Garuda Properties Gambar 4.3 Proses kompresi citra dengan tile bervariasi Gambar 4.4 Grafik perbandingan waktu kompresi citra dengan tile yang bervariasi Gambar 4.5 Grafik perbandingan MSE citra dengan tile yang bervariasi Gambar 4.6 Grafik perbandingan PSNR citra dengan tile yang bervariasi Gambar 4.7 Proses kompresi citra dengan rasio bervariasi Gambar 4.8 Grafik perbandingan waktu kompresi citra dengan rasio kompresi yang bervariasi Gambar 4.9 Grafik perbandingan MSE citra dengan rasio kompresi yang bervariasi Gambar 4.10 Grafik perbandingan PSNR citra dengan rasio kompresi yang bervariasi Gambar 4.11 Grafik perbandingan energi transmisi citra dengan tile bervariasi Gambar 4.12 Grafik perbandingan energi transmisi citra dengan rasio kompresi bervariasi xiii

14 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Parameter Nilai PSNR Tabel 3.1 Time Schedule Pelaksanaan Tugas Akhir Tabel 4.1 Performansi kompresi citra jpeg 2000 untuk tile bervariasi dengan 1 level DWT Tabel 4.2 Performansi kompresi citra jpeg 2000 untuk tile bervariasi dengan 2 level DWT Tabel 4.3 Performansi kompresi citra jpeg 2000 untuk tile bervariasi dengan 3 level DWT Tabel 4.4 Hasil kompresi citra jpeg 2000 untuk tile bervariasi Tabel 4.5 Performansi kompresi citra jpeg 2000 untuk rasio kompresi bervariasi dengan 1 level DWT Tabel 4.6 Performansi kompresi citra jpeg 2000 untuk rasio kompresi bervariasi dengan 2 level DWT Tabel 4.7 Performansi kompresi citra jpeg 2000 untuk rasio kompresi bervariasi dengan 3 level DWT Tabel 4.8 Hasil kompresi citra jpeg 2000 untuk rasio kompresi bervariasi Tabel 4.9 Hasil konsumsi energi untuk kompresi citra dengan ukuran tile Bervariasi Tabel 4.10 Hasil konsumsi energi untuk kompresi citra dengan rasio kompresi Bervariasi Tabel 4.11 Buffer memori untuk setiap tile xiv

15 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Parameter Nilai PSNR Tabel 3.1 Time Schedule Pelaksanaan Tugas Akhir Tabel 4.1 Performansi kompresi citra jpeg 2000 untuk tile bervariasi dengan 1 level DWT Tabel 4.2 Performansi kompresi citra jpeg 2000 untuk tile bervariasi dengan 2 level DWT Tabel 4.3 Performansi kompresi citra jpeg 2000 untuk tile bervariasi dengan 3 level DWT Tabel 4.4 Hasil kompresi citra jpeg 2000 untuk tile bervariasi Tabel 4.5 Performansi kompresi citra jpeg 2000 untuk rasio kompresi bervariasi dengan 1 level DWT Tabel 4.6 Performansi kompresi citra jpeg 2000 untuk rasio kompresi bervariasi dengan 2 level DWT Tabel 4.7 Performansi kompresi citra jpeg 2000 untuk rasio kompresi bervariasi dengan 3 level DWT Tabel 4.8 Hasil kompresi citra jpeg 2000 untuk rasio kompresi bervariasi Tabel 4.9 Hasil konsumsi energi untuk kompresi citra dengan ukuran tile Bervariasi Tabel 4.10 Hasil konsumsi energi untuk kompresi citra dengan rasio kompresi Bervariasi Tabel 4.11 Buffer memori untuk setiap tile xiv