Materi 4 DISAIN MULTIMEDIA DASAR REPRESENTASI DATA MULTIMEDIA: VIDEO DAN KOMPRESI

MULTIMEDIA Sistem Informasi UNRIYO

Materi 4DISAIN MULTIMEDIA DASAR

REPRESENTASI DATAMULTIMEDIA:

VIDEO DAN KOMPRESI

MULTIMEDIA

Media Representation

• Text• Image• Audio• Video• Animation

Sistem Informasi UNRIYO

MULTIMEDIA

1/6/06

3

• Digital image is a 2-d array of pixels• Pixel is represented by bits in “color”

space– RGB (Red-Green-Blue) in CRT

• additive color

– CMY(Cyan-Magenta-Yellow) in printing• subtractive color

– YUV for black-white/color TV• luminance/chrominance

Image representation

Sistem Informasi UNRIYO

MULTIMEDIA

How we get digital video frames?

• synthesis (usually by computer program)

• sampling (an analog video signal)

MULTIMEDIA

Type of Color Video Signal

Component video --each primary is sent as a separate video signal.

• RGB atau luminance-chrominance (mis: YIQ, YUV).• Reproduksi warna terbaik• Membutuhkan bandwidth dan sinkronisasi dari 3

komponenComposite video -- color (chrominance) and

luminance signals are mixed into a single carrier wave.

S-Video (Separated video, e.g., in S-VHS) -- a compromise between component analog video and the composite video. It uses two lines, one for luminance and another for composite chrominance signal.

MULTIMEDIA

Tabel Warna

0

Indeks Warna

1

Monochrome,1 bpp

0

Indeks Warna

5

Greyscale, 8bpp

127153

191

255

0

Indeks Warna

5

CustomColour, 8 bpp

127153

191

255

0

Merah Hijau

5

RGB Colour, 24 bpp

127153

191

255

Biru

0

5127153

191

255

0

5127153

191

255

• Tabel Warna adalah kode yang memetakan indeks dengan warna tertentu

• Setiap sample gambar (pixel) berisi sebuah indek (terdiri dari bi-bit) dari Tabel Warna

• Semakin banyak bit per indeks, semakin kaya warna yang dimungkinkan, namun semakin boros bit digunakan per gambar

MULTIMEDIA

Additive Color RGB

Cyan

Magenta

Yellow

White

Red

Green

Blue

MULTIMEDIA

Hue-Saturation-Brightnes

A. Saturation B. Hue C. Brightness D. All hues

MULTIMEDIA

1/6/06

9

Video representation

• Video is a sequence of images– displayed at a certain rate

MULTIMEDIA

Sinyal Video Digital

TimeIndex

1

TimeIndexL

N x M pixel /frame

N x M x L x B bits video file

B bit/pixel

MULTIMEDIA

OBJEK: VIDEO

• Line Video Feed• Videodisc: CAV, CLV• Videotape: VHS, 88mm, Betacam• Digital Video• DVD• Hypervideo

• Standar Video Analog: NTSC, PAL, SECAM dan HDTV

• Standar Video Digital: SIF, CIF, QCIF, QSIF• Format File Video: AVI, MOV, MPEG, DAT, RM, SW,

DLL

MULTIMEDIA

Format Video Analog (Televisi)

• NTSC (National Television Standards Committee):– 525 baris, 60 Hz refresh rate. – 720 pixel per baris– Digunakan di Amerika, Korea, Jepang, dan Canada. – Frame rate 30 fps – Menggunakan format YIQ

• PAL (Phase Alternate Line):– 625 baris, 50 Hz refresh rate – 720 pixel per baris– Digunakan di sebagian besar Eropa Barat. – Frame rate: 25 fps – Menggunakan format YUV.

MULTIMEDIA

• SECAM (Sequintial Colour and Memory System) Séquentiel couleur avec mémoire – Digunakan di Perancis, Rusia, dan Eropa timur – Berdasarkan frequency modulation dengan 25

Hz refresh rate dan 625 baris.

• HDTV (High Definition TV)– Standar televisi baru dengan gambar layar

lebar, lebih jernih dan suara kualitas CD Auido. – Aspek ratio 16:9 dibandingkan dengan sistem

lain 4:3. – Resolusi terdiri dari 1125 (1080 baris aktif)

baris

MULTIMEDIA

Interlace Scan

• Adalah metode untuk menampilkan image/gambar dalam rasterscanned display device seperti CRT televisi analog, yang ditampilkan bergantian antara garis ganjil dan genap secara cepat untuk setiap frame.

• Refresh rate yang disarankan untuk metode interlaced adalah antara 50-80Hz.

• Interlace digunakan di sistem televisi analog: NTSC, PAL, SECAM

MULTIMEDIA

Progressive Scan

• Adalah metode untuk menampilkan, menyimpan, dan memancarkan gambar dimana setiap baris untuk setiap frame digambar secara berurutan. Biasa digunakan pada CRT monitor komputer.

MULTIMEDIA

Mode Interlacing dan Consecutive

• Mode Progressive/Consecutive (non interlacing)

• Mode Interlacing

MULTIMEDIA

MULTIMEDIA

Video Digital

• Video digital disimpan dalam media penyimpanan random (mis: magnetic/ optical disk).

• Sedangkan video analog penyimpanan sekuensial, (mis: magnetic disc/kaset video.

• waktu akses yang cepat dalam mengakses bagian manapun dari video.

• Mudah dalam proses edit

MULTIMEDIA

Video Digital

• Kualitas: sinyal analog dari video analog akan mengalami penurunan kualitas secara perlahan karena pengaruh kondisi atmosfer. Sedangkan video digital kualitasnya dapat diturunkan menggunakan teknik kompresi.

• Transmisi dan distribusi mudah karena dengan proses kompresi, maka video digital dapat disimpan dalam CD, ditampilkan pada web, dan ditransmisikan melalui jaringan.

• Video Digital biasanya menggunakan Component Color

MULTIMEDIA Teknik Elektro Unibraw

Representasi Visual

• Tujuan utamanya adalah agar orang yang melihat merasa berada di scene (lokasi) atau ikut berpartisipasi dalam kejadian yang ditampilkan.

• Suatu gambar harus dapat menyampaikan informasi spatial dan temporal dari suatu scene.

• Spatial dimensi 2D (lebarxtinggi)• Temporal dimensi waktu

MULTIMEDIA

Representasi Visual

1. Vertical Detail dan Viewing Distance.

• Aspek rasio adalah perbandingan lebar dan tinggi, yaitu 4:3. Tinggi gambar digunakan untuk menentukan jarak pandang dengan menghitung rasio viewing distance (D) dengan tinggi gambar (H) -> D/H.

• Setiap detail image pada video ditampilkan dalam pixel-pixel.

MULTIMEDIA

2. Horizontal Detail dan Picture Width. Lebar gambar pada TV konvensional = 4/3 x tinggi gambar.

3. Total Detail Content Resolusi vertikal = jumlah elemen pada tinggi gambar Resolusi horizontal = jumlah elemen pada lebar gambar x aspek rasio. Total pixel = pixel horizontal x pixel vertikal.

MULTIMEDIA

Karakteristik Spasial

MULTIMEDIA

4. Perception of Depth. Dalam pandangan / penglihatan natural, kedalaman gambar tergantung pada sudut pemisah antara gambar yang diterima oleh kedua mata. Pada layar flat, persepsi kedalaman suatu benda berdasarkan subject benda yang tampak.

5. Warna Gambar berwarna dihasilkan dengan mencampur 3 warna primer RGB (merah, hijau, biru).

MULTIMEDIA

Properti warna pada sistem broadcast: • LUMINANCE

– Brightness = jumlah energi yang menstimulasi mata grayscale (hitam/putih).

• CHROMINANCE adalah informasi warna. – Hue (warna) = warna yang ditangkap mata

(frekuensi) – Saturation = color strength (vividness) /

intensitas warna. – Cb = komponen U dan

Cr = komponen V pada sistem YUV

MULTIMEDIA

6. Continuity of Motion. Mata manusia melihat gambar sebagai suatu gerakan kontinyu jika gambar-gambar tersebut kecepatannya lebih besar dari 15 frame/det. Untuk video motion biasanya 30 frame/detik, sedangkan movies biasanya 24 frame/detik.

7. Flicker. Untuk menghindari terjadinya flicker diperlukan kecepatan minimal melakukan refresh 50 cycles/s.

MULTIMEDIA

Transmisi

• Sistem broadcast menggunakan channel yang sama untuk mentransmisikan gambar berwarna maupun hitam putih.

• Untuk gambar berwarna sinyal video dibagi menjadi 2 sinyal, 1 untuk luminance dan 2 untuk chrominance. Sehingga sinyal Y, Cb, Cr harus ditransmisikan bersama-sama (composite video signal)

MULTIMEDIA

RGB -> YUV

• Dalam sistem PAL, digunakan parameter U (Cb) dan V (Cr)

• Konversi– Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B (luminance) – U = 0.492 (B – Y) (chrominance) atau

• U = – 0.148 R – 0.289 G + 0.437 B– V = 0.877 (R – Y) (chrominance) atau

• V = 0.615 R – 0.515 G – 0.100 B

• Inversi– : R = Y + 1.14 V– : G = Y – 0.394 U – 0.581 V– : B = Y + 2.032 U

RED

GREEN

BLUE

RGB toY C1 C2

Lumi-nance

Chromi-nance 1

Chromi-nance 2

MULTIMEDIA

RGB -> YIQ

• Dalam sistem NTSC, digunakan parameter I, singkatan dari in-phase (Cb) dan Q, singkatan dari quadrature (Cr)

• Konversi – Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B – I = 0.74 (R – Y) – 0.27 (B – Y) – Q = 0.48 (R – Y) + 0.41 (B – Y)

• atau– I = 0.596 R – 0.274 G – 0.322 B– Q = 0.211 R – 0.523 G + 0.311 B

• Inversi– R = Y + 0.956 I + 0.621 Q– G = Y – 0.272 I – 0.649 Q– B = Y – 1.106 I + 1.703 Q

MULTIMEDIA

RGB-SECAM Color Converter

• Konversi– : Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B– : Db = – 0.450 R – 0.833 G + 1.333 B– : Dr = – 1.333 R + 1.116 G – 0.217 B

• Inversi– : R = Y – 0.526 Dr– : G = Y – 0.129 Db + 0.268 Dr– : B = Y + 0.665 Db

MULTIMEDIA

• CCIR-601/625 (Eropa)- jumlah garis 625 (aktif 576)- jumlah frame per detik 25- jumlah pixel per garis 720

• CCIR-601/525 (USA)- jumlah garis 525 (aktif 480)- jumlah frame per detik 30- jumlah pixel per garis 720

total pixel per detik = 10.368.000 bit rate = 165,888,000 bit/s bandwidth total = 216 Mbit/s

DIGITAL VIDEO FORMAT

MULTIMEDIA

• CCIR-601 untuk kualitas broadcats


MULTIMEDIA

SIF (Source Input Format)• Eropa: 360 pixel/garis, 288 garis per gambar, 25 gambar perdetik• USA : 360 pixel/garis, 240 garis per gambar, 30 gambar per detik• Scanning : progressive• Pola sampling 4:2:0

CCIR-601 SIF


MULTIMEDIA

CIF (Common Intermediate Format)• Eropa/USA: 360 pixel/garis, 288 garis per frame, 30

frameperdetik• Scanning : progressive• Pola sampling 4:2:0

QSIF, QCIF• untuk aplikasi video over mobile networks, video telephony

kurangi rate Eropa : 15, 10 dan 7,5 frame/s USA 12,5 dan 8,3 frame/s

• Resolusi spatial dikurangi setengahnya untuk tiap arah Quarter-SIF (QSIF) dan Quarter-CIF (QCIF)

Sub-QCIF• 128 pixel x 96 pixel, 5 frame/sec, 4:2:0 ukuran image standar

paling kecil


MULTIMEDIA

MULTIMEDIA

Digital Video Compression

• CCIR-601 untuk broadcast tv. • MPEG-4 untuk video online • MPEG-2 untuk DVD dan SVCD • MPEG-1 untuk VCD

MULTIMEDIA

• Software for editing digital video

• Apple QuickTime• Adobe Premiere• Strata Videoshop• Video Action Pro• TrueSpace 3D• Ulead Video Editor

MULTIMEDIA Teknik Elektro Unibra

Software Video Digital Player

• QuickTime, • Windows Media Player, • ZoomPlayer, • DivXPro, • RealOne Player, • Xing Mpeg Player, • PowerDVD

MULTIMEDIA

Format File Video

• asf Advanced Systems Format• asx Microsoft ASF Redirector File• avi Audio Video Interleave File• mov Apple QuickTime Movie • movie QuickTime Movie No• mp4 MPEG-4 Video File • mpe MPEG Movie File • mpeg Moving Picture Experts Group Video File• mpg Moving Picture Experts Group File• qt Apple QuickTime Movie• rm Real Media

MULTIMEDIA

3g2 3GPP Multimedia File 3gp 3GPP Multimedia File 3gp2 3GPP Multimedia File 3gpp 3GPP Multimedia File 3mm 3D Movie Maker Movie avs Application Visualization

System Format byu Brigham Young University

Movie dir Macromedia Director

Movie dv Digital Video File dvr-ms Microsoft Digital Video

Recording dxrProtected Macromedia

Director Movie

Fla Macromedia Flash Animation

Flc FLIC Animation Fli FLIC Animation Flv Flash Video Flx FLIC Animation Gl GRASP Animation Grasp GRASP Animation Ifo DVD-Video Disc

Information Ivf Intel Video Format ivsInternet Streaming Video

MULTIMEDIA

.lsf Streaming Media Format

.lsx Streaming Media Shortcut

.m1v MPEG-1 Video File

.m4e MPEG-4 Video File

.m4u MPEG-4 Playlist

.mkv Matroska Audio/Video File

.moov Apple QuickTime Movie

.mpv2 MPEG-2 Video Stream

.mvc Movie Collector Catalog

.nvc NeroVision Express Project

.omf Open Media Framework

.prx Windows Media Profile

.mpeg Moving Picture Experts Group Video File

.qtch QuickTime Cache File

.rmvb RealVideo Variable Bit Rate

.rp RealPix Clip

.rts RealPlayer Streaming Media

MULTIMEDIA

Tugas

• Membuat paper tentang format file digital (audio/image/video), judul berbeda untuk setiap mhs

• Sistematika:– Sekilas Sejarah, Perkembangan & Pencipta– Kajian Teknis: Diagram Blok, Prinsip Kerja, Teknik

Kompresi, dll– Aplikasi: Penerapan atau penggunaan format file tersebut– Tools utk editing dan Player– Daftar Pustaka/Referensi, Sertakan Contoh File

• Format: 10-20 halaman A4, format sesuai aturan• Deadline: 1 bulan

MULTIMEDIA

KOMPRESI DATA

MULTIMEDIA

Introduction to JPEG

• Joint Photographic Experts Group (JPEG)– ISO standard (1992)– widely used (.jpeg, .jpe, .jpg; C/R: 10~20)

• The family of JPEGs– lossless JPEG: prediction-based compression– lossy JPEG: DCT-based compression– M-JPEG: motion JPEG– JPEG2000: discrete wavelet transform; new!


JPEG compression guidelines – Brightness vs color sensitivity

• RGB => YUV/YIQ• chroma subsampling (4:2:0)

– Spatial correlation among nearby pixels• slice an image into 8x8 blocks (bad for text)

– Remove redundancy in frequency domain• discrete cosine transform (DCT)• coarse quantization for high freq coefficients


Kompresi JPEG

1. Konversi RGB -> YUV dan subsample U,V2. Membagi YUV menjadi blok 8x8 pixel3. Mengkompresi setiap blok dalam 4 proses:

– DCT=Discrete Cosine Transform: memisahkan frekuensi. Low frequency values to top left corner

– quantise (divide all values): small values ==> 0• zig-zag scan of blocks: get most significant values first

– run-length encoding: remove zeros from list– Huffman coding: values => short symbols


Blok Diagram JPEG

Fig. 2(a) JPEG Encoder Block Diagram

Fig. 2(b) JPEG Decoder Block Diagram


Block Transforms


DCT Block Based Coding

• Dlm praktek, DCT diaplikasikan ke blok-blok pixel dari citra

• Ukuran blok tipikal 8 x 8 atau 16 x 16• Koefisien-koefisien dari blok kemudian

dikuantisasi dan dikodekan secara terpisah• Memungkinkan kuantisasi secara variabel utk

mengeksploitir variasi dari frequency content dari citra

• Citra terdiri dari daerah-daerah (region) dg karakteristik frekuensi berbeda

• Krnnya, utk mendpkan energy compaction yg baik – aplikasikan DCT ke region-region terpisah

• Kita tdk tahu region-region secara pasti, krnnya gunakan blok-blok sederhana


DCT Block Codec


Pemilihan Ukuran Blok

• Pemilihan ukuran blok penting• Terlalu besar – mencakup lebih dari satu region

dg karakteristik frekuensi berbeda• Terlalu kecil – kompresi kurang• 8 x 8 atau 16 x 16 kompromi yg umum digunakan


Contoh DCT

• Blok citra 8 x 8:

• Koefisien DCT:


Contoh Transform Encoding: Lossy


Thresholding dan Quantization

• Koef-koef DCT pd tiap-tiap blok di-threshold• Hanya yg di atas threshold dipertahankan• Lainnya pengaruhnya kecil• Koefisien yg ada dikuantisasi• Kuantisasi bervariasi dg frekuensi• Frekuensi tinggi tdk begitu penting – kuantisasi

kasar


Quantization Matrix

• Thresholding dan quantization dilakukan dg menggunakan quantization matrix

• Tiap koefisien dibagi dg elemen QM (T(k,l)) dan dibulatkan:

• • Element T(k,l) adalah integer• Merepresentasikan ukuran step kuantisasi


Contoh Kuantisasi


Contoh Hasil Rekonstruksi dari Transformasi

MULTIMEDIA

The JPEG Compression

• JPEG compression example

Entropy Entropy CoderCoder

2-D DCT2-D DCTQuantizationQuantization


Huffman Coding

Panjang nol Kategori Amplitudo

Panjang kode

Kode Word

0000000

1111

22

33

456789

10

1234567

1234

12

12

1111111

2234567

4679

58

69

6778899

4

00011001011110101110001111000

11001110011111001111110110

1101111111000

111010111110111

111011111101011110111111100111111010111111000111111001

1010End of Block (EOB)

Materi 4 DISAIN MULTIMEDIA DASAR REPRESENTASI DATA MULTIMEDIA: VIDEO DAN KOMPRESI

Documents

Transcript of Materi 4 DISAIN MULTIMEDIA DASAR REPRESENTASI DATA MULTIMEDIA: VIDEO DAN KOMPRESI