Adaptive Bitrate Streaming untuk Peningkatan Kualitas Penerimaan Video pada E-learning

Transkripsi

1 JIEET: Volme 01 Nomo (Jonal Inomation Engineeing and Edational Tehnology) ISSN : Adaptive Bitate Steaming ntk Peningkatan Kalitas Peneimaan Video pada E-leaning Yeni Anistyasai 1 1 Jsan Teknik Inomatika, Univesitas Negei Sabaya [email protected] Abstak Peningkatan kalitas video pada e-leaning mepakan topik penelitian yang sedang hangat dibiaakan. Bebeapa penelitian tentang video pada e-leaning lebih banyak beoks pada konten. Sedangkan aa pengiiman video kepada penggna e-leaning yang memiliki kalitas sinyal beagam belm banyak diteliti. Penelitian ini mengajkan ide pengiiman video pembelajaan bedasakan pinsip H.264/SVC dan memanaatkan kaakteistik penggna e-leaning bedasakan kalitas sinyal yang dipeoleh. Tjan penelitian ini adalah meningkatkan kalitas video yang diteima penggna e-leaning dimanapn beada bedasakan popotional ainess. Petama, msan masalah ditliskan seaa matematis kemdian diselesaikan dengan adaptive bitate steaming (ABS) sesai dengan popotional ainessi bedasakan algoitma geedy. Simlasi dilakkan ntk mengji kineja metode yang ditawakan. Dai hasil simlasi didapatkan bahwa ABS dapat meningkatkan kalitas video yang diteima penggna e-leaning. Kata Kni e-leaning, adaptive bitate steaming, video, popotional ainess, algoitma geedy. I. PENDAHUUAN Petmbhan intenet pada sat dekade teakhi ini menong petmbhan e-leaning sebagai media pembelajaan ntk mempekaya pengalaman belaja peseta didik. E-leaning dignakan sebagai media ntk bebagi matei pembelajaan, membat kliah ba, bekolaboasi dengan peseta didik dan pengaja, membat dan mengejakan tgas ata tes, seta penilaian. Saat ini, e-leaning telah dimiliki oleh hampi tiap pegan tinggi sebagai pennjang pekliahan. Bahkan, e-leaning mepakan media pembelajaan tama bagi pekliahan jaak jah. Di dalam e- leaning pegan tinggi, matei pekliahan dinggah oleh sen dan dapat dindh oleh mahasiswa. Matei pekliahan dapat bepa teks, adio, dan/ata video. Bandwidth yang tebatas dan kalitas sinyal yang tidak seagam anta penggna e-leaning menyebabkan peneimaan video kang memaskan. Penggna e-leaning yang beada pada aea sinyal kat tidak memiliki masalah dengan kalitas video yang diteima tetapi penggna yang beada pada daeah sinyal lemah akan tegangg dengan kalitas video yang bk. Peneimaan kalitas video yang bk menyebabkan poses belaja melali e-leaning tehambat. Bebeapa penelitian telah membktikan bahwa video instksional pada e-leaning dapat meningkatkan hasil belaja peseta didik [1]. Kenyataannya, video steaming memelkan bandwidth yang lebih besa daipada tansmisi teks sedangkan bandwidth pada jaingan nikabel tebatas. Oleh kaena it, dipelkan pengatan video dan manajemen bandwidth aga dimanapn penggna e-leaning beada dapat meneima video pembelajaan dengan memaskan. Bebeapa penelitian yang telah dilakkan sebelmnya lebih menekankan pada konten video e-leaning. Namn, penelitian yang menekankan pada pemosesan video dan manajemen shedling pengiiman video di e-leaning masih tebatas [2] - [3]. Penelitian yang dilakkan oleh [2] menitikbeatkan pada pembagian bandwidth ntk pengiiman lebih dai sat video. Penelitian tesebt menawakan algoitma ntk sinkonisasi dan pengamatan da video steaming. Komponen yang dilibatkan yait sinkonisasi awal playbak, pengamatan playbak da video yang telah disinkonisasikan, koeksi jika sinkonisasi tidak bejalan, dan pengatan pemintaan da video. Algoitma dikembangkan menggnakan VBSipt. Hasil penelitian mennjkkan bahwa sinkonisasi dapat memdahkan tansmisi video ke penggna. Namn, penelitian ini menganggap setiap penggna memiliki kondisi sinyal yang sama sehingga tidak sesai dengan keadaan nyata. Penelitian yang mempehatikan kondisi sinyal penggna e- leaning dilakkan oleh [3]. Pada penelitian tesebt, video dikompes menggnakan H.264/SVC sehingga menghasilkan ame I, ame P, dan ame B. ame I independent tehadap ame lain. ame P teikat dengan ame I ata P sebelmnya. ame B tegantng pada ame I dan P sebelmnya. Oleh sebab it, ame dependensi pel dipehitngkan. Video dikiimkan dengan tan ame I, ame P, dan ame B. Selanjtnya, dilakkan pengatan bitate ntk tiap ame. Hasil penelitian tesebt mennjkkan bahwa kompesi menggnakan H.264/SVC dan pengatan bitate dapat meningkatkan kalitas peneimaan video bagi penggna e- leaning. Kelemahan penelitian tesebt adalah tejadi ketidakadilan bagi penggna yang beada di daeah sinyal kang bags. Metode pengatan bitate ntk pengiiman video selain ond obin adalah popotional ainess [4]. Metode ini diawali dengan penyelesaian masalah optimasi menggnakan algoitma geedy ntk menai bitate yang paling sesai ntk alokasi smbe daya pada jaingan nikabel. Penelitian tesebt membktikan bahwa popotional ainess geedy membeikan hasil mendekati solsi optimal. msan masalah pada penelitian Adaptive bitate steaming ntk peningkatan kalitas peneimaan video pada e-leaning adalah bagaimana memaksimalkan kalitas video yang diteima oleh tiap penggna e-leaning jika video dikiimkan seaa mltiast sesai kaakteistik e-leaning. angkah awal penelitian ini adalah membat msan 55

2 masalah seaa matematis dengan dengan mengadaptasi [3] dengan menambahkan batasan ntk popotional ainess. Kemdian, msan masalah ini diselesaikan dengan algoitma popotional ainess bedasakan geedy [4]. Simlasi dilakkan pada e-leaning dalam jaingan nikabel 4G. Peangkat yang dignakan adalah Moodle sebagai e- leaning dan NCTUns Netwok Simlato and Emlato sebagai simlato jaingan 4G. Kalitas peneimaan video dik menggnakan Peak Signal to Noise atio (PSN) [5]. Selanjtnya atikel ini dibagi menjadi bebeapa bagian yakni Bagian 2 membahas omlasi masalah dan Bagian 3 mengenai metode penyelesaian omlasi masalah. Evalasi kineja dan Kesimplan dibahas di Bagian 4 dan 5. II. UMUSAN MASAAH Dalam penelitian ini, jaingan nikabel diasmsikan menggnakan Wii dengan akses poin beada di tengah áea dan dikelilingi oleh penggna e-leaning yang teseba seaa meata (niomly distibted). Video akan dikiimkan ke penggna seaa mltiast. Sebah video tedii dai sat GOP (Gop o Pites) yang tedii dai bebeapa ame I, P, dan B. Hbngan anta ame I, P, dan B dalam sat GOP ditnjkkan Gb. 1. ame I, P, dan B dinotasikan sebagai i, p, dan b. Setiap ame memiliki nomo identitas sesai dengan laye l yang disimbolkan menjadi. Kalitas ame video yang diteima diasmsikan sebagai P. Dengan demikian, msan masalah seaa matematis dalam penelitian ini diaikan pada pesamaan (1) (4). Tjan penelitian ini adalah mengoptimalkan kalitas video yang diteima oleh penggna e-leaning (1). Batasan optimalisasi kalitas video ditliskan pada pesamaan (2) (4)., benilai 1 apabila ame dibeikan ate ntk ditansmisikan dan 0 jika sebaliknya. Total wakt pengiiman video tidak dipekenankan melebihi batas wakt maksimal T. Teakhi, setiap ame hanya diijinkan dibeikan maksimal sebah ate. Pengkan kalitas video menggnakan Peak Signal to Noise atio (PSN) yang dimskan di pesamaan (5) [5]. Diasmsikan esolsi ame video A B dan V ( a, adalah nilai piksel dai ame awal pada posisi (x,y) sedangkan V '( a, mepakan nilai piksel dai ame setelah diteima penggna e-leaning pada posisi (x,y). P adalah notasi ntk nilai piksel maksimal. Q l1 1 1, U PSN (1) l,, s.t 1, jikaame ditansmisikan dengan ate, (2) 0, jikaame tidak ditansmisikan dengan ate l1 1 1 l T,,, (3) 1,, 1, l, (4) l 2 P PSN 10 log 5 MSE 1 A B [ MSE V ( a, V '( a, ] 6 AB a1 b1 III. ADAPTIVE BITATE STEAMING Sebelm menyelesaikan pemasalahan pada pesamaan (1) (4), video dikompesi bedasakan pinsip H.264/SVC. Setiap ame dibagi menjadi bebeapa laye. aye petama disebt base laye. aye di atasnya disebt laye keda dan setesnya. Peningkatan kalitas video banding dengan peningkatan laye yang diteima. Kompesi bedasakan H.264/SVC ditnjkkan pada Gb. 2 Gb. 1 Gop o Pite TABE I DESKIPSI SIMBO Simbol Deskipsi Q Kalitas video yang diteima penggna e-leaning aye ame video ame video ate video ngsi bine yang benilai 1 ata 0 U Jmlah penggna e-leaning yang meneima video PSN Nilai PSN Wakt yang dipelkan ntk tansmisi sebah ame video Wakt maksimal yang tesedia ntk pengiiman T video P Popotional ainess 2 ISSN Yeni Anistyasai: Adaptive Bitate Steaming ntk

3 JIEET: Volme 01 Nomo (Jonal Inomation Engineeing and Edational Tehnology) ISSN : Setelah mendapatkan ame sepeti pada Gb. 2, ame dissn bedasakan metode Modiste [3], yakni sesai dengan tingkat ketegantngan sebah ame tehadap ame lain. Dengan kata lain, ame I lebih penting daipada ame P, ame P lebih penting daipada ame B. Algoitma penysnan ame ditliskan di Algoitma 1. Gb. 2 ame dan aye Video Algoithm 1 Pengtan ame video 1: Inisialisasi i=1, p=1, b=1 2: o m=1:4 3: while i I 4: tkan i seaa asending 5: end while 6: while j J 7: tkan j seaa asending 8: end while 9: while k K 10: tkan k seaa asending 11: end while 12: end o Selanjtnya, setiap ame dijadwalakn ntk ditansmisikan dengan ate ata tidak ditansmisikan. Metode penjadwalan yang dignakan diadaptasi dai popotional ainess yang bedasakan metode geedy. Popotional ainess disimbolkan dengan P. P has memaksimalkan jmlah ata-ata ate logaitmis dai penggna e-leaning sepeti ditliskan dalam pesamaan (7). P ag log ( ) (7) U Nilai adalah slot wakt. Algoitma penjadwalan mentansmisikan ame video kepada penggna e-leaning dengan nilai tebesa dai ( ) T ( ) dimana T ( ) adalah thoghpt ata-ata yang dapat dipdate menggnakan exponentially weighted low-pass ilte T ( ) k, k k * T ( 1) 1 1 T k k * dimana adalah ata-ata winw size. Nilai ata-ata thoghpt penggna pada slot wakt dapat ditliskan pada pesamaan (8). Popotional ainess akan diapai jika dan hanya jika memenhi pesamaan (9) [4]. N 1 T lim, n, n 1 n1 (8) l, nc P ag s U 1T (9) s Dai metode yang ditliskan dalam [4], P akan diapai jika setiap penggna e-leaning dialokasikan ate yang ditliskan pada pesamaan (10). * ag, T 1T l,, (10) Metode geedy yang diteapkan ntk menyelesaikan pesamaan (8) tedii dai tiga langkah yang akan dijelaskan sebagai beikt. angkah 1 Untk setiap ame hitnglah yang membeikan hasil l, tetinggi dai T 1 T l, angkah 2 Pilihlah yang memenhi pesamaan beikt ini. l, *, ( )* ag T 1 T, l angkah 3 Ulangi langkah 1 dan 2 hingga sema wakt yang tesedia telah tealokasi. 57

4 IV. HASI DAN PEMBAHASAN Untk mengji kineja metode adaptive bitate steaming yang diajkan, dilakkan simlasi. Selanjtnya, adaptive bitate steaming dalam penelitian ini disebt ABS. ingkngan simlasi pada atikel ini diadaptasi dai [3]. Video pembelajaan ditansmisikan dalam jaingan nikabel Wii (IEEE yang biasa dignakan di lingkngan pegan tinggi. Sebanyak 50 penggna e-leaning didistibsikan seaa meata dengan jaak maksimm ke akses poin adalah 300 mete. Distibsi penggna e-leaning digambakan di Gb. 4. Video Akito.yv dinggah pada Moodle. Kemdian, video tesebt dikiimkan seaa mltiast kepada penggna e- leaning yang mengiimkan pemintaan tehadap video tesebt. Kalitas sinyal yang diteima oleh setiap penggna e- leaning begantng pada jaak penggna ke akses poin. Kalitas sinyal dideinisikan sebagai SN (Signal to Noise atio) [5]. Semakin tinggi nilai SN, semakin bags peneimaan sinyal. Tinggi endahnya SN dipengahi oleh path loss yang dimskan 20 log 4πd/λ dimana λ adalah panjang gelombang dai popagasi sinyal dalam mete. Hasil PSN mennjkkan bahwa semakin dekat penggna e-leaning dengan akses poin, semakin besa PSN yang diteima. Semakin besa PSN beati bahwa semakin bags kalitas video yang diteima. Seaa ingkas, semakin dekat penggna dengan akses poin semakin bags kalitas video yang diteima. Nilai PSN ntk tiap penggna e-leaning ditnjkkan di Gb. 1. Gb. 4 Distibsi penggna e-leaning Gb. 5 PSN yang diteima penggna e-leaning Gb. 3 Akiyo.yv Jika hasil simlasi ABS dibandingkan dengan Modiste, tampak bahwa ntk penggna e-leaning yang belokasi dekat dengan akses poin, Modiste membeikan hasil lebih baik daipada ABS. Namn, jika diata-ata ABS membeikan hasil ata-ata PSN yang lebih baik daipada Modiste. Peningkatan ata-ata PSN yang diteima penggna e- leaning sebesa 30%. Dengan demikian, ABS tebkti dapat mengiimkan video ke penggna e-leaning dengan kalitas ata-ata yang lebih baik daipada Modiste. ISSN Yeni Anistyasai: Adaptive Bitate Steaming ntk

5 JIEET: Volme 01 Nomo (Jonal Inomation Engineeing and Edational Tehnology) ISSN : V. KESIMPUAN Masalah yang tejadi pada pengiiman video pembelajaan pada e-leaning adalah kalitas video yang diteima oleh penggna tidak meata akibat kondisi sinyal yang diteima penggna besiat heteogen. Oleh kaena it, atikel ini mengajkan solsi pengiiman video pembelajaan seaa mltiast dengan pengalokasian bitate ntk setiap video ame. angkah awal dalam penelitian ini adalah memskan masalah seaa matematis. Untk mengji metode yang diajkan, sebah simlasi dilakkan. Video yang akan ditansmisikan dikompesi bedasakan pinsip H.264/SVC yakni membagi setiap ame video menjadi bebeapa laye. Selanjtnya, ame video ditkan bedasakan tingkat ketegantngan dengan ame lain. Setelah ame betan, masing-masing ame video dialokasikan sebah bitate ntk ditansmisikan. Kalitas video yang diteima oleh penggna e- leaning dik bedasakan PSN. Hasil simlasi mennjkkan bahwa metode yang ditawakan menghasilkan ata-ata PSN lebih baik sekita 30% daipada metode lain yang diajkan oleh peneliti lain. VI. EEENSI [1] T. Hatsell and S. C.-Y. Yen, Video Steaming in Online eaning, AACE J., vol. 14, pp , [2] K. Kbe Video Steaming Soltions o Web- Based E- eaning Coses, pp , [3] Y. Anistyasai, Modiste : A Novel Method o Enhaning Video Steaming in E-leaning, in Po. o The Intenational Coneene on Edational eseah and Development 2015, [4] Z. Sn, C. Yin, and G. Ye, eded-omplexity popotional ai shedling o ODMA systems, in 2006 Intenational Coneene on Commniations, Ciits and Systems, ICCCAS, Poeedings, 2006, vol. 2, no , pp [5] K.. Ha, Y. Anistyasai, C. H. Hs, T.. Chin, C.. Yang, and C. Y. Wang, Mltiast shedling o steeosopi video in wieless netwoks, Mltimed. Tools Appl., vol. 76, no. 1, pp. 1 28,