BAB II DASAR TEORI 2.1 Video Video adalah teknologi pemrosesan urutan banyak gambar bergerak yang dihasilkan oleh kamera. Video pada saat ini telah menjadi media informasi, komunikasi dan hiburan. Awal mulanya video berbentuk analog, sesuai perkembangan zaman video banyak mengalami perubahan dan pembaharuan menjadi video digital dan berbagai macam jenis format video. Video analog dan video digital dapat dibedakan berdasarkan media penyimpanannya, video analog disimpan dalam media kaset berbentuk piringan hitam sedangkan video digital disimpan dalam memory dan flasdisk yang terdiri dari beberapa jenis format video[1]. 2.1.1 Frame Rate Video Frame rate mengindikasikan jumlah gambar yang dapat ambil dan transfer dalam satu detik. Frame rate video adalah jumlah bingkai gambar atau frame yang ditunjukkan setiap detik dalam membuat gambar bergerak, diwujudkan dalam satuan fps (frames per second), semakin tinggi angka fps maka semakin halus gambar yang dihasilkan atau digerakkan. Semakin besar frame rate yang digunakan akan sangat berpengaruh pada kebutuhan besar kecilnya bandwidth yang dibutuhkan. Pada penyebarannya melalui jaringan internet dibutuhkan kapasitas yang rendah untuk menunjang efektifitas dalam penyebaran data video. Proses terjadinya video ditunjukkan pada Gambar 2.1[2]. 5
Gambar 2.1 Proses Gambar Bergerak Pada Tugas Akhir ini dilakukan beberapa variasi frame rate untuk mengetahui pengaruh terhadap jaringan yang tersedia dan seberapa baik video yang dihasilkan menurut pandangan mata biasa. Frame rate yang akan diuji diantaranya 10 fps, 20 fps, 30 fps dan 40 fps. 2.1.2 Bitrate Video Bitrate ialah jumlah bit yang diproses dalam satu satuan waktu untuk mewakili media yang kontitu seperti video dan audio setelah dilakukan kompresi. Satunya adalah bit per second (bps). Video bitrate merupakan ukuran kapasitas data video ketika dimainkan dalam satuan detik. Kualitas video diatur dalam proses encoding videonya. Semakin tinggi bitrare maka akan semakin banyak informasi data videonya[2]. 2.1.3 Bit Depth (Kedalaman Warna) Bit Depth adalah jumlah bit yang digunakan untuk merepresentasikan tiap pixel. Bit depth adalah jumlah bit untuk tiap pixel. Semakin banyak jumlah bit yang digunakan untuk merepresentasikan sebuah pixel, yang berarti semakin tinggi kedalaman pixel-nya, maka semakin tinggi pula kualitasnya, dengan resiko 6
jumlah bit yang diperlukan menjadi lebih tinggi. Dengan 1 byte (8 bit) untuk tiap pixel, diperoleh 2 8 atau 256 level intensitas. Dengan level intensitas sebanyak itu, umumnya mata manusia sudah dapat dipuaskan. Kedalaman pixel paling rendah terdapat pada binary-value image yang hanya menggunakan 1 bit untuk tiap pixel, sehingga hanya ada dua kemungkinan bagi tiap pixel, yaitu 0 (hitam) atau 1 (putih)[3]. Gambar 2.2 menerangkan jumlah bit warna dalam fixel video dan Tabel 2.1 memperlihatkan hubungan antara kedalaman warna dan resolusi warna [2]. Gambar 2.2 Kedalaman Warna tiap Pixel Gambar Tabel 2.1 Hubungan antara Kedalaman Warna dan Resolusi Warna Kedalaman Warna Resolusi Warna 1 bit (2 warna) 4 bit (16 warna) 8 bit (256 warna) 16 bit (65.563 warna) 24 bit (16.777.216 warna ) 7
2.2 Kompresi Video Dalam teori informari kompresi data atau sumber pengkodean adalah proses encoding informasi dengan menggunakan sedikit bit (atau unit informasi lainnya) dari sebuah unencoded representasi akan menggunakan, melalui penggunaan khusus pengkodean skema. Kompresi video mengacu untuk mengurangi jumlah data yang digunakan untuk mewakili video digital gambar dan merupakan kombinasi dari ruang kompresi gambar dan temporal kompensasi gerak. Kompresi video adalah contoh dari konsep pengkodean sumber dalam teori informasi[4]. 2.2.1 Standar Kompresi Video Standarisasi terhadap kompresi informasi video diperlukan untuk memfasilitasi pertukaran data berupa video digital secara global. Sebuah standarisasi pengkodean dikatakan efisien bila mendukung algoritma kompresi yang baik dan mengimplementasikan disain encoder dan decoder yang efisien. Untuk komunikasi multimedia, terdapat dua organisasi standard yang utama yaitu ITU-T dan International Organization For Standardization (ISO). Urutan standar kompresi video dapat dilihat pada Gambar 2.3[5]. Gambar 2.3 Perkembangan Kompresi video 8
2.2.2 H.261 Standard 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 yang diizinkan sebesar px64 Kbit/s, dimana p berkisar antara 1 sampai 30. Standar H.261 ini diimplementasikan untuk aplikasi conferencing dan videophone[5]. 2.2.3 H.263 Pada Februari 1995 ITU-T SG15 mengeluarkan standar H.263 yang dirancang untuk penggunaan komunikasi bitrate namun tidak pernah berjalan dengan baik ketika melalui jaringan POTS (Plain Old Telephone Service). Standar H.263 telah menggantikan standar H.261 untuk video conferencing dibeberapa aplikasi yang mendominasi standarisasi untuk beberapa aplikasi internet video streaming sekarang ini[5]. 2.2.4 H.264 Berdasarkan ISO/IEC 14496-10. Standar H.264/AVC pertama kali diterbitkan pada Mei pada tahun 2003 dan dibangun berdasarkanpada konsep awal standar seperti MPEG-2 dan MPEG-4 visual.h.2.64 menawarkan efisiensi kompresi lebih baik yakni kompresi video yang lebih berkualitas dan fleksibilitas yang lebih besar dalam melakukan kompresi, transmisi dan penyimpanan video. Video encoder H.264 dapat melakukan prediksi, transform dan proses encoding untuk menghasilkan kompresi bitstream H.264 dapat melakukan proses decoding secara lengkap, inverse transform dan rekonstruksi sebuah urutan video yang telah 9
diencode. Dibandingkan dengan standar seperti MPEG-2 dan MPEG-4 visual. H.264 memiliki kelebihan antara lain[5]: a. Kualitas gambar yang lebih baik pada bitrate kompresi yang sama. b. Kecepatan bit kompresi yang lebih rendah untuk kualitas gambar yang sama. c. Standar H.264 menawarkan fleksibilitas yang lebih besar dari segi kompresi dan transmisi. 2.3 Video Streaming Video streaming sering disebut sebagai proses pendistribusian data video dan audio secara terus menerut melalui jaringan internet. Dalam proses video streaming juga dibutuhkan codec video yang berfungsi sebagai media kompresi atau mengecilkan ukuran file video agar lebih mudah ditransfer melalui jaringan internet. Video streaming sering disebut sebagai tayangan langsung yang dibroadcast pada banyak orang dalam waktu bersamaan dengan kejadian aslinya, melalui media data komunikasi (network) baik yang terhubung dengan kabel maupun wireless. Secara teknis, internet broadcast yang menggunakan teknologi streaming ini terbagi menjadi dua jenis yaitu unicast dan multicast. Unicast merupakan proses pengiriman data dari satu titik kesatu titik yang lain dan bersifat non real time. Dengan metode ini, file yang akan didownload akan disimpan terlebih dahulu, kemudian jika penggunaan internet ingin menggunakan atau memakai file tersebut, maka file tersebut akan distreamingkan terlebih dahulu oleh streaming server sebelum digunakan. Multicast merupakan proses pengiriman data dari satu titik kebanyak titik yang merupakan bagian dari satu grup tertentu dan yang memang mengiginkan 10
data tersebut. Sifat dari metode multicast ini real time dan saling berbagi rute agar titik untuk menuju ke komputer pengguna tersebut hanya terjadi sekali saja, yaitu saat file media tersebut dibuat untuk pertama kalinya. Dengan demikian multicast tepat untuk internet brocast[2]. 2.3.1 Layanan Video Streaming Ada tiga tipe video streaming menurut bentuk layanan yaitu[6] : 1. Video on demand (VoD), yaitu suatu bentuk streaming pada permintaan data yang sudah ada atau tersimpan dalam server. Video on demand mengijinkan pengguna untuk dapat melakukan proses pause, rewind, fast forward atau melakukan indeks isi multimedia. 2. Live streaming, aplikasi live streaming dapat dijumpai dalam teknologi broadcast radio dan televise. Aplikasi ini mengijinkan pengguna untuk menerima siaran radio dan televise secara langsung (live). Dalam live streaming tidak ada data video yang tersimpan kedalam server sehingga klien tidak dapat melakukan fast forward dalam media yang diakses. Proses cupture dan encoding secara langsung dilakukan sesuai dengan format videonya sebelum video itu ditransmisikan kepada klien. 3. Real time streaming, aplikasi ini mengijinkan pengguna untuk berkomunikasi dengan audio dan video dalam waktu yang real. 2.3.2 Transmisi Video Streaming yaitu[6]: Ada tiga jenis cara data multimedia dapat ditansmisikan dalam internet, 11
1. Download mode, client dapat memainkan media setelah semua file media telah dilakukan proses download dari server. Pengunaan cara ini mengharuskan keseluruhan file multimedia harus diterima secara lengkap di sisi client. File multimedia yang sudah diterima kemudian disimpan pada perangkat penyimpan komputer, di mana penyimpanan ini dapat berupa penyimpanan sementara. Setelah file multimedia tersebut berhasil diterima secara lengkap pada sisi client, user baru dapat mengakses video tersebut. 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. 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 kenyataanya adalah melakukan download. Istilah lainnya juga menyebutkan sebagai pseudo streaming. 2.4 Protokol Streaming Protocol streaming adalah sebuah aturan untuk membimbing sebuah aktifitas pertukaran data informasi. Adapun tujuannya ialah sebagai standarisasi komunikasi antara streaming sever dan streaming klient. Spesifikasi dibedakan menurut fungsiya, yaitu[7] : 12
2.4.1 Lapisan OSI Model OSI ditetapkan oleh sebuah badan standar internasional yang bernama Internasional Standards Organization (ISO) pada tahun 1947. Standar ISO mencakup seluruh aspek komunikasi data dengan model Open System Interconnection. Yang dimaksud dengan open system adalah seperangkat protocol yang ada dalam model ini menjamin terjadinya komunikasi sekalipun dua atau lebih sistem yang saling terhubung memiliki arsitektur yang berbeda. OSI menetapkan 7 lapis proses, yaitu[7] : 1. Application layer Lapis ini memungkinkan pengguna melakukan akses terhadap jaringan komunikasi melalui aplikasi antar muka (interface), misalnya aplikasi mail browser memungkinkan pengguna menulis, membaca, mengambil, mengirim dan mengorganisasi pesan. 2. Presentation layer Lapis ini memiliki fungsi khusus yang berkaitan dengan translasi informasi diantara dua buah sistem, melakukan proses enkripsi untuk data-data yang penting dan melakukan proses kompresi dengan satu tujuan untuk memperkecil jumlah bit yang kan dikirimkan melalui jaringan komunikasi. 3. Session layer Lapis ini melakukan kendali terhadap percakapan (dialog control) yang terjadi diantara dua buah sistem. Model dialog yang mungkin dilakukan adalah simplex, half-diplex, dan full-duplex. 13
4. Transport layer Transport layer adalah lapis pengiriman, melakukan deteksi error dan koreksi diantara dua komputer (end to end) 5. Network layer Network layer memiliki tanggung jawab untuk mengiriman paket data dari alamat sumber ke alamat tujuan. Termasuk didalamnya adalah mengatur rute perjalanan masing-masing paket melintasi jaringan komunikasi. 6. Data link layer Lapis yang berfungsi menghantarkan data dalam bentuk frame-frame kecil dari titik sumber ke tujuan. 7. Physical layer Lapis yang bertanggung jawab untuk membawa bit-bit data melalui media transmisi. 2.4.2 TCP/IP Transmision Control Protokol/Internet Protokol pertama kali diperkenalkan olah Departement of Defence (DoD) untuk memastikan dan menjaga integritas data sama seperti halnya menjaga komunikasi dalam situasi apapun. TCP/IP menjadi protocol komunikasi data yang fleksibel dan dapat diterapkan dengan mudah dari setiap jenis komputer dan interface jaringan, karena perubahan pada protocol yang sehubungan dengan interface jaringan saja. TCP/IP memiliki 4 layer yang terdiri dari[7] : 14
1. Application Layer Layer ini mengintegrasikan berbagai macam aktivitas dan tugastugas yang melibatkan fokus dari layer OSI yaitu Application, Presentation dan Session. Layer ini juga mengendalikan spesifikasi tatap muka pengguna. 2. Transport Layer Layer ini sejalan dengan layer Transport di model OSI. Layer ini mendefinisikan protocol untuk mengatur tingkat layanan transmisi untuk aplikasi.layer ini juga menangani masalah seperti menciptakan komunikasi end to end yang handal dan memastikan data bebas dari kesalahan saat pengiriman, serta menangani urutan paket dan menjaga integritas data. UDP yang merupakan salah satu protokol utama diatas IP merupakan transport protokol yang lebih sederhana dibandingkan dengan TCP. UDP digunakan untuk situasi yang tidak mementingkan mekanisme reliabilitas. UDP melakukan pengiriman informasi yang tidak membutuhkan keandalan. Walaupun pengiriman dengan UDP kurang handal dibandingkan dengan protocol TCP, pengiriman dengan UDP mengurangi overhead jaringan. TCP mentransmisikan data pada layer Transpor ada dua protokol yang berperan yaitu TCP dan UDP. TCP merupakan protokol yang connection-oriented yang artinya menjaga reliabilitas hubungan komunikasi end to end. Konsep dasar cara kerja TCP adalah mengirim dan menerima segmen segmen informasi dengan panjang data 15
bervariasi pada suatu datagram internet. TCP menjamin realibilitas hubungan komunikasi karena melakukan perbaikan terhadap data yang rusak, hilang atau kesalahan kirim. Real-time Transport Protokol (RTP) menerapkan fungsi- fungsi untuk transport dari awal ke akhir data real time, seperti audio, video, multimedia atau isi lainnya. RTP mendukung transmisi unicast, broadcast, dan multicast. 3. Internet Layer Layer ini setara dengan layer Network dalam OSI, yaitu mengalokasikan protocol yang berhubungan dengan transmisi logika sejauh paket keseluruh network. Layer ini menjaga pengalamatan host dengan memberikan alamat IP dan menangani routing dari paket yang melalui beberapa jaringan. 4. Network Access Layer Layer ini merupakan gabungan dari layer Physical dan Data Link di OSI.Layer ini memantau pertukaran data antara host dan jaringan, dan bertugas mengawasi pengalamatan secara hardware dan mendefinisikan protocol untuk transmisi fisik data. Gambar 2.4 adalah gambar susunan struktur protocol pada TCP/IP yang disajikan secara berurutan. 16
Gambar 2.4 Struktur Protokol pada TCP/IP 2.5 Kualitas Layanan Real Time Video Streaming Terdapat beberapa factor yang mempengaruhi kualitas Real Time Video Streaming, yaitu waktu tunda (delay), paket loss dan pemilihan jenis codec. Ukuran dan pengalokasian kapasitas jaringan juga mempengaruhi kualitas Real Time Video Streaming secara keseluruhan.berikut penjelasan dari beberapa factor tersebut[8]. 2.5.1 Waktu Tunda (Delay) Delay adalah waktu tunda yang dibutuhkan paket data dari pengirim ke penerima.. Untuk menghitung delay digunakan rumus : delay = duration total packet (2.1) Keterangan Duration Total paket : total waktu pengiriman paket : total paket yang dikirim 17
ITU G.114 membagi karakteristik waktu tunda berdasarkan tingkat kenyamanan user, dapat ditunjukkan pada Table 2.2[9]: Tabel 2.2 Pengelompokan Waktu Tunda berdasarkan ITU-T G.114 Waktu tunda 0-150 ms Baik Kualitas 150-300 ms Cukup, masih dapat diterima >300 ms Buruk Ada beberapa komponen waktu tunda yang terjadi dijaringan. Komponen waktu tunda tersebut yaitu waktu tunda pemprosesan, waktu tunda peketisasi, waktu tunda propagasi, dan waktu tunda akibat adanya jitter buffer diterminal penerima. Berikut ini penjelasan mengenai beberapa jenis waktu tunda yang dapat mempengaruhi kualitas layanan ialah[8]: 1. Waktu tunda pemrosesan, waktu tunda yang terjadi akibat proses pengumpulan dan pengkodean sampel analog menjadi digital. 2. Waktu tunda paketisasi, waktu tunda ini terjadi akibat proses paketisasi sinyal suara menjadi paket-paket yang siap ditransmisikan ke dalam jaringan. 3. Waktu tunda antrian, waktu tunda yang disebabkan oleh antrian paket data terjadinya kongesti jaringan. 4. Waktu tunda propagasi, waktu tunda ini disebabkan oleh medium fisik jaringan dan jarak yang harus dilalui olah sinyal suara pada media transmisi data antara pengirim dan penerima. 5. Serialization delay, waktu tunda ini terjadi karena adanya waktu dibutuhkan untuk pentrasmisian paket IP dari sisi pengirim. 18
6. Waktu tunda akibat jitter buffer, waktu tunda ini terjadi akibat jitter buffer yang digunakan untuk meminimalisasi nilai jitter yang terjadi. 2.5.2 Throughput Throughput adalah kecepatan transfer data efektif, yang diukur dalam Kbps. Throughput merupakan jumlah total kedatangan paket yang sukses diamati pada destinastion selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut. Rumus yang digunakan untuk menghitung throughput adalah [10]: Throughput = Jumla h bit yang dikirim Total Waktu Pen giriman Paket (2.2) Beberapa factor yang menentukan nilai throughput adalah : 1. Piranti jaringan. 2. Tipe data yang dikirim. 3. Banyaknya pengguna jaringan. 4. Spesifikasi komputer server dan klient. 2.5.3 Paket Loss Paket loss adalah jumlah paket data yang hilang saat proses transmisi terjadi. Paket 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. Tabel 2.3 memperlihatkan standar tingkat paket hilang pada jaringan[11]. 19
Tabel 2.3 Standar Tingkat Paket Hilang Berdasarkan ITU-T G.1010 Tingkat Paket Hilang Kualitas 0 5 % Baik 5 10 % Cukup > 10 % Buruk Rumus yang digunakan untuk menghitung paket loss adalah : Packet Loss = Packet Terkirim Packet Diterima Packet Terkirim x 100% (2.3) Keterangan : Paket terkirim : total UDP paket yang terkirim Paket diterima : paket yang berhasil diterima 20