ANALISIS PERBANDINGAN KINERJA CODEC H.264 DAN CODEC DIRAC UNTUK KOMPRESI LIVE STREAMING PADA PERANGKAT NSN FLEXI PACKET RADIO Muhammad Farizi (1), Arman Sani (2) Konsentrasi Teknik Telekomunikasi, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA Email: farizi_2709@yahoo.com Abstrak Sistem komunikasi dengan menggunakan live streaming menjadi salah satu pilihan dalam melakukan komunikasi jarak jauh. Live streaming digunakan sebagai metode menyalurkan gambar serta suara sehingga terlihat seperti nyata. Kinerja layanan live streaming menggunakan VLC Media Player dengan Codec H.264 dan Dirac diamati dengan mengubah bandwidth transmisi. Paper ini menganalisis implementasi Live Streaming menggunakan perangkat NSN Flexi Packet Radio yang dimodelkan sebagai jaringan internet. Parameter kinerja meliputi delay, packet loss dan throughput. Dengan mengacu kepada kualitas live streaming yang ditetapkan standar ITU-T G.1010 mengenai parameter kualitas layanan dan melakukan pengujian dengan variasi bandwidth 128 Kbps, 256 Kbps dan 512 Kbps, maka diperoleh bahwa live streaming dengan format video AVI sudah memiliki kualitas yang baik pada bandwidth 512 Kbps untuk Codec H.264 dan Codec Dirac. Kata Kunci : Live Streaming, QoS, Codec 1. Pendahuluan Live streaming lebih khusus yang berarti mengambil video dan penyiaran itu berlangsung melalui jaringan internet atau menggunakan sebuah perangkat yang bernama NSN Flexi Packet Radio. Proses ini melibatkan kamera untuk video dimana jalur yang dibuat tersedia untuk pengguna akhir dan potensi jaringan pengiriman konten untuk mendistribusikan dan menyampaikan konten. Media kemudian dapat dilihat oleh pengguna akhir secara langsung. Kualitas layanan (Quality of Service, QoS) dapat dilihat sebagai mekanisme untuk mencapai tingkat kinerja layanan pada jaringan. QoS dapat juga dipahami sebagai kemampuan jaringan untuk menangani trafik sehingga jaringan tersebut dapat mencapai tingkat layanan yang dibutuhkan. Berbagai cara dicoba agar layanan Live Streaming dapat dimanfaatkan secara maksimal. Mulai dari pemilihan codec sampai dengan penyediaan bandwidth yang besar. H.264 dan Dirac merupakan codec yang pupuler digunakan saat ini. Fungsi codec ini adalah mengecilkan (compress) file video, gambar dan audio ke dalam ukuran yang mudah diatur kemudian mengembalikannya keukuran semula (decompress) agar dapat menghemat bandwidth. 2. Live Streaming Live streaming adalah tayangan langsung yang di streaming-kan kepada banyak orang (viewers) dalam waktu yang bersamaan dengan kejadian aslinya, melalui media data komunikasi (network) baik yang terhubung dengan cable atau wireless [1]. Ada dua tipe video streaming menurut bentuk layanan yaitu Video on Demand (VoD) dan live streaming [2]. 2.1.Aplikasi Live Streaming Faktor-faktor pendukung keberhasilan jaringan aplikasi live streaming antara lain Video, Audio dan Bandwidth. Berikut ini akan dijelaskan metode aplikasi live streaming. 2.1.1.Download mode Client dapat memainkan media setelah semua file media telah dilakukan proses download dari server. Penggunaan cara ini mengharuskan keseluruhan file multimedia harus diterima secara lengkap di sisi client. 14 copyright@ DTE FT USU
2.1.2.Streaming mode Client dapat memainkan media secara langsung tanpa melakukan proses download. Bagian media yang diterima melalui proses transmisi dapat langsung dimainkan seketika itu juga. 2.1.3.Progressive download Media yang dapat dimainkan beberapa detik setelah proses download dimulai atau client dapat melihat media selama media itu dalam proses download. Secara langsung terlihat seperti streaming tetapi kenyataannya adalah melakukan download. Istilah lainnya juga menyebutkan sebagai pseudo streaming [3]. Gambar 1 Diagram Komponen dari Metode Streaming [3]. 2.2.Coder dan Decoder Coder adalah proses mengkompresi informasi baik berbentuk audio,video maupun data. Decoder adalah proses mendapatkan informasi baik audio, video maupun data yang telah terkompresi. Kompresi audio, video maupun data dapat dilakukan secara lossy maupun lossless. Lossy adalah sebuah metode untuk mengkompresi data dan mendekompresinya, data yang diperoleh mungkin berbeda dari yang aslinya tetapi cukup dekat perbedaannya. Sebaliknya, kompresi lossless diperlukan untuk data teks dan file, seperti catatan bank, artikel teks dan lainnya [4]. 2.3.Bit Depth (Kedalaman Warna) Sebuah frame yang memiliki bit depth 8 bit dapat menampilkan warna 2 8 = 256 warna, sedangkan pada frame memiliki bit depth 24 bit dapat menampilkan warna lebih dari 16 juta warna. Dengan basarnya bit yang dimiliki video maka akan membuat kualitas gambar semakin baik dan tajam selain itu juga menambah ukuran file video tersebut. Tabel 1 memperlihatkan bit depth (kedalaman warna). Tabel 1 Pengelompokan Bit Depth (kedalaman warna). Bit Depth Warna 1 Bit Monokrom (2 warna) 4 Bit Grayscale (16 warna) 8 Bit Grayscale (256 warna) 16 Bit High Color (512 warna) 24 Bit True Color (16.777.216 warna) 2.4.Kompresi Video Video terdiri dari informasi spatial dan temporal. Spatial adalah perbedaan gambar yang terjadi didalam frame. Temporal adalah perbedaan gambar yang terjadi antar frame. Spatial encoding dilakukan dengan memanfaatkan keuntungan bahwa mata manusia tidak mampu mengenali perbedaan kecil pada warna sehingga daerah pada gambar yang memiliki warna yang sama akan dilakukan proses penyederhanaan. Temporal encoding dilakukan dengan menghitung bagian frame yang memiliki gambar yang sama dan disederhanakan menjadi jumlah bit yang lebih sedikit. 2.4.1.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 dengan bandwidth sebesar px64 Kbit/s, dimana p berkisar antara 1 sampai 30. Standar H.261 ini diimplementasikan untuk aplikasi conference dan videophone. 2.4.2.H.263 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. 2.4.3.H.264 Codec H.264 dapat melakukan proses decoding secara lengkap, inverse transform untuk menghasilkan sebuah urutan video yang 15 copyright@ DTE FT USU
telah di-encode. Standar H.264 menawarkan fleksibilitas yang lebih besar dari segi kompresi dan transmisi. Sebuah encoder H.264 dapat memilih dari berbagai jenis alat kompresi, sehingga cocok untuk aplikasi mulai dari bitrate rendah hingga transmisi HDTV ke konsumen televisi [5]. 2.4.4. Kompresi Dirac Dirac mendukung resolusi HDTV (1920 x 1080) dan lebih besar dan diklaim mampu memberikan penghematan yang signifikan dalam kecepatan data dan peningkatan kualitas atas format kompresi video seperti MPEG-2 Bagian 2, MPEG-4 Bagian 2 dan pesaingnya, misalnya Theora, dan WMV [6]. 2.5.Protokol Streaming Protokol streaming adalah sebuah aturan untuk membimbing sebuah aktifitas pertukaran data informasi. Adapun tujuannya ialah sebagai standarisasi komunikasi antara streaming sever dan streaming client. TCP/IP memiliki 4 layer yang terdiri dari : Application Layer, Transport Layer, Internet Layer dan Network Access Layer [7]. 2.6.Parameter Quality of Service (QoS) Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi kualitas real time video streaming, yaitu waktu tunda (delay), throughput, packet loss dan pemilihan jenis codec. Ukuran dan pengalokasian kapasitas jaringan juga mempengaruhi kualitas real time video streaming secara keseluruhan. Berikut penjelasan dari beberapa faktor tersebut [8]. 2.6.1.Delay Waktu tunda (delay) adalah waktu tunda saat paket yang diakibatkan oleh proses transmisi dari satu titik lain yang menjadi tujuannya. Waktu tunda mempengaruhi kualitas layanan (QoS) karena waktu tunda menyebabkan suatu paket lebih lama mencapai tujuan. ITU-T G.114 merekomendasikan waktu tunda tidak lebih besar dari 150 ms untuk berbagai aplikasi, dengan batas 300 ms untuk komunikasi suara yang masih dapat diterima [8]. Rata Rata = (1) Keterangan: Jumlah delay Banyak delay = total delay pengiriman paket = banyaknya delay yang terjadi ITU G.1010 membagi karakteristik waktu tunda berdasarkan tingkat kenyamanan user, seperti pada Tabel 2. Tabel 2 Pengelompokan Waktu Tunda Waktu Tunda Kualitas 0 150 ms Baik 150 300 ms Cukup, masih dapat diterima > 300 ms Buruk 2.6.2.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. Throughput merupakan jumlah bit yang berhasil dikirim pada suatu jaringan. Rumus yang digunakan untuk menghitung throughput adalah [8] : h h = (2) Keterangan: Bytes = jumlah bit yang dikirim Duration = total waktu pengiriman paket 2.6.3. 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 [8]. Tabel 3 Standar Tingkat Paket Hilang Tingkat Paket Hilang Kualitas 0 5 % Baik 5 10 % Cukup > 10 % Buruk Rumus yang digunakan untuk menghitung packet loss adalah: = 100% (3) Keterangan: Paket terkirim = total RTP packet yang terkirim Paket diterima = paket yang berhasil diterima 16 copyright@ DTE FT USU
3. Metode Penelitian Live streaming dijalankan dengan memanfaatkan teknologi jaringan LAN yang diakses melalui perangkat NSN Flexi Packet Radio. Uji coba live streaming dan pengukuran dilakukan di Laboratorium Telkom I Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Pengukuran dilakukan dengan cara mengcapture transmisi paket-paket live streaming dari komputer server ke komputer client/user menggunakan software wireshark. Diagram alur kerja (flowchart) dalam analisa kualitas layanan live streaming ditunjukkan pada Gambar 2 [9]. Start Pemutaran live streaming dijalankan bersamaan dengan menggunakan LCT Menjalankan wireshark untuk pengambilan data Pendeteksian bandwidth data yang diterima Tabel 4 Hasil Pengujian video streaming format AVI (Codec H.264) Bandwidth Throughput Packet Rata Rata Keterangan Kbps Kbps Loss % Delay (s) 128 111 23,39 0,034117 Buruk 256 142 18,68 0,026837 Cukup 512 168 10,74 0,026608 Baik Pada Tabel 4 terlihat bahwa hasil pengukuran Live Streaming untuk bandwidth 512 Kbps cukup memenuhi standar Quality of Service yang baik. Tabel 5 Hasil Pengujian video streaming format AVI (Codec Dirac) Bandwidth Throughput Packet Rata Rata Keterangan Kbps Kbps Loss % Delay (s) 128 146 21,30 0,026116 Buruk 256 173 16,23 0,024133 Cukup 512 192 9,48 0,021119 Baik Pada Tabel 5 terlihat bahwa hasil pengukuran Live Streaming untuk bandwidth 512 Kbps cukup memenuhi standar Quality of Service yang baik. a. Pengukuran Throughput Dari hasil pengujian Live Streaming maka didapatkan perbandingan nilai throughput yang ditunjukkan pada Gambar 3. Pengamatan parameter QoS Stop Gambar 2 Flowchart Pengujian dan Pengukuran Proses pengujian Live Streaming dilakukan sebanyak 16 (enam belas) kali. Pengujian dilakukan dengan mengubah Codec yaitu H.264 dan Dirac, lalu memvariasikan bandwidth nya mulai dari 128 Kbps, 256 Kbps dan 512 Kbps. VLC Media Player merupakan perangkat lunak (software) pemutar beragam berkas (file) [10]. Gambar 3 Hasil pengukuran Throughput b. Pengukuran Packet Loss Dari hasil pengujian Live Streaming maka didapatkan perbandingan nilai packet loss yang daitunjukkan pada Gambar 4. 4. Data dan Analisis Dari hasil percobaan yang dilakukan, maka dapat diperoleh: Pengukuran dan Analisa Kualitas Layanan Live Streaming Menggunakan Codec H.264 dan Codec Dirac. 17 copyright@ DTE FT USU
Gambar 4 Hasil pengukuran Packet Loss c. Pengukuran Delay Dari hasil pengujian Live Streaming maka didapatkan perbandingan nilai delay yang ditunjukkan pada Gambar 5. Gambar 5 Hasil pengukuran Delay Terlihat bahwa throughput, packet loss dan delay terbesar terjadi pada bandwidth 512 Kbps dan throughput terkecil terjadi pada bandwidth 128 Kbps. Dari hasil pengujian dan perbandingan didapat hasil yaitu hasil gambar dan audio menggunakan codec dirac lebih baik dibandingkan dengan codec H.264. Pada bandwidth 128 Kbps dan 256 Kbps video streaming sudah bisa berlangsung,hanya saja kualitas gambar dan videonya tidak bagus, masih banyak gambar dan suara yang terputusputus. 5. Kesimpulan Berdasarkan percobaan live streaming yang telah dilakukan di Laboratorium Sistem Komunikasi Radio menggunakan Perangkat NSN Flexi Packet Radio Modulasi 256 QAM dengan Codec H.264 dan Dirac pada bandwidth 128 Kbps, 256 Kbps dan 512 Kbps maka berkesimpulan : 1. Berdasarkan bandwidth yang dipakai sebesar 128 Kbps dapat dilihat bahwa live streaming sudah dapat dijalankan namun kualitasnya belum bagus. Dengan menggunakan codec dirac didapatkan nilai dari throughput 146 Kbps, packet loss 21,30 % dan delay 0,026116 s. 2. Berdasarkan bandwidth yang dipakai sebesar 256 Kbps dapat dilihat bahwa live streaming dapat dilakukan dengan kualitas gambar yang mulai membaik. Dengan menggunakan codec dirac didapatkan nilai dari throughput 173 Kbps, packet loss 16,23 % dan delay 0,024133 s. 3. Dari pengukuran yang dilakukan didapat hasil bahwa untuk format video AVI dengan menggunakan bandwidth sebesar 512 Kbps live streaming sudah sangat bagus untuk dijalankan. Dengan menggunakan codec dirac didapatkan nilai dari throughput 192 Kbps, packet loss 9,48 % dan delay 0,021119 s. 4. Berdasarkan percobaan dengan menggunakan codec dirac, dapat dilihat bahwa hasil throughput, packet loss dan delay lebih baik dibandingkan dengan codec H.264 6. Saran Beberapa saran yang dapat penulis berikan pada tugas akhir ini adalah: 1. Format video yang akan diuji agar lebih bervariasi lagi sehingga akan dapat dilihat perbandingan antara format video yang ada. 2. Bandwidth masih dapat lebih di variasikan agar dapat lebih membandingkan kualitas gambar. Daftar Pustaka 1. Bonald, Thomas, et al. "Epidemic live streaming: optimal performance tradeoffs." ACM SIGMETRICS Performance Evaluation Review. Vol. 36. No. 1. ACM, 2008. 2. Dana, Chris, et al. "BASS: BitTorrent assisted streaming system for video-ondemand." Multimedia Signal Processing, 2005 IEEE 7th Workshop on. IEEE, 2005. 3. Lestariningati, Susmini I., Wendi Zarman, and Dian Perdana. "Perancangan dan Implementasi Video On Demand pada Jaringan Lokal." Jurusan Teknik Komputer Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer UNIKOM, Bandung (2011). 18 copyright@ DTE FT USU
4. Glover, Daniel R. "Picture data compression coder using subband/transform coding with a Lempel-Ziv-based coder." U.S. Patent No. 5,412,429. 2 May 1995. 5. Schwarz, Heiko, Detlev Marpe, and Thomas Wiegand. "Overview of the scalable video coding extension of the H. 264/AVC standard." Circuits and Systems for Video Technology, IEEE Transactions on 17.9 (2007): 1103-1120. 6. Dumic, Emil, Mario Mustra, and Sonja Grgic. "Comparison of Dirac and H. 264/AVC Coding Quality Using Objective Video Quality Measures." Systems, Signals and Image Processing, 2009. IWSSIP 2009. 16th International Conference on. IEEE, 2009. 7. Lumasa Rimra, Ihsan, and Wiwik Wiharti. "Pemanfaatan Jaringan Komputer sebagai Aplikasi Pendistribusian Siaran Televisi Menggunakan Teknologi Video Streaming." POLI REKAYASA 3.2 (2012): 53-8. 59Yonathan, Bryant, Yoanes Bandung, and Armien ZR Langi. "Analisis Kualitas Layanan (QOS) Audieo Video Layanan Kelas Virtual di Jaringan Digital Learning Pedesaan." Proceeding of e-indonesia Initiative (eii) 2011 Conference. 2011. 9. Lamping, Ulf, and Ed Warnicke. "Wireshark User's Guide." Interface 4 (2004): 6. 10. Müller, C., & Timmerer, C. (2011, November). A VLC media player plugin enabling dynamic adaptive streaming over HTTP. In Proceedings of the 19th ACM international conference on Multimedia (pp. 723-726). ACM. 19 copyright@ DTE FT USU