pengolahan citra digital pembahasan representasi data ... · pdf fileper blok karekter dari...
Post on 12-Feb-2018
234 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Pengolahan Citra Digital
Pembahasan
Representasi Data Multimedia
Kelompok II :
Imelda Florensia & Deasry Potangkuman
Published By Imeldaflorensia91
Pengertian Multimedia • Kata Multimedia secara sederhana dapat diartikan sebagai
kemampuan untuk mengkomunikasikan lebih dari satu cara.
Sistem multimedia? • Suatu sistem yang dapat mensuport secara terintegrasi
penyimpanan, transmisi dan representasi sejumlah media
discret (digital) berupa text, grafik, citra, audio dan video
melalui komputer.
Kompresi Data Multimedia • Kompresi data teks (Huffman coding, RLE coding, LZW coding,
arithmetic coding) • Representasi dan kompresi data suara dan audio • Representasi dan kompresi citra • Representasi dan kompresi video
Published By Imeldaflorensia91
Kompresi Data • Metode representasi data/informasi kedalam ukuran yang
lebih kecil sehingga dapat mempercepat waktu transmisinya
dan memperkecil penggunaan memori penyimpanan • Lossless compression (Kompresi dapat dilakukan tanpa
kehilangan atau perubahan data) • lossy compression (Kompresi dapat dilakukan dengan
kehilangan atau perubahan data)
Lossless compression • Pengkodean data atau informasi yang memiliki redundancy
kedalam jumlah bit yang lebih kecil. • Digunakan untuk kompresi teks atau citra/video tanpa
kehilangan/perubahan data. • Beberap contoh coding : Huffman, arithmetic, statistik, RLE
(run-length encoding), Lempel Ziv, Lempel-Ziv-Welch,
Published By Imeldaflorensia91
Huffman Coding • Huffman Coding (David Albert Huffman 1952)
- Berbasis pada perhitungan statistik
- Mengunakan bantuan pohon biner
- Data yang frekuensi munculnya paling
banyak dikode dengan jumlah bit terkecil
- Data yang frekuensi munculnya paling
sedikit dikode dengan jumlah bit terbesar • Contoh : "this is an example of a huffman tree" • - statistik munculnya karakter : = , a= , e=4, f=3, t=2, h=2,
i=2, s=2, n=2, m=2, x=1, p=1, l=1, u=1, 0=1, r=1.
- Probabilitas munculnya karakter : = . …, a=e= . …, f= . …, t=h=i=s=n=m=0.0556,
x=p=l=u=o=r=0.0278.
Published By Imeldaflorensia91
Published By Imeldaflorensia91
Lossless compression
Huffman Coding • Digunakan untuk pengkodean teks, citra dan video • Ada 3 jenis algorithme Huffman coding, Masing-masing berhubungan
dengan metode pembuatan pohon biner :
1. statik : code setiap karakter ditentukan langsung oleh algoritma
(contoh : teks berbahasa Prancis, dimana frekuensi kemunculan huruf
e sangat banyak sehingga code bitnya kecil.
2. semi-adaptatif : teks harus dibaca terlebih dulu untuk menghitung
frekuensi munculnya setiap karakter, kemudian membentuk pohon
binernya.
3. adaptatif : Metode ini memberikan rasio kompresi yang tinggi
karena pohon biner dibentuk secara dinamik mengikuti tahapan
compresi. Namun dari sisi kecepatan eksekusi membutuhkan waktu
yang lebih lama karena satiap saat pohon binernya akan beruabah
mengikuti perubahan frekuensi munculnya setiap karakter.
Published By Imeldaflorensia91
Lossless compression
Kelemahan Huffman Coding
- Bila frekuensi munculnya setiap karakter dalam suatu
dokumen adalah sama semua.
- File kompresinya bisa sama atau lebih
besar dari file aslinya
- Solusi yang mungkin adalah kompresi
per blok karekter dari dokumen tersebut
Published By Imeldaflorensia91
Lossless compression • Run-length encoding
- RLE coding telah diaplikasikan khususnya pada scanner
hitam putih (biner)
- Prinsip dasarnya adalah menghitung jumlah/panjang data
yang sama dalam serangkain data yang akan dikompres
- Contoh pada dokumen hitam H (tulisan)
dan putih P (latar belakang dokumen), berikut misalnya data
pada satu baris dokumen yang direpresntasikan dalam
pixel :
PPPPPPPPPPPPHPPPPPPPPPPPPPPHHHPPPPPPPPPPPPPPP
PPPPPPP PHPPPPPPPPPPP
- Bentuk kompresinya adalah : 12P1H14P3H23P1H11P
Published By Imeldaflorensia91
Lossless compression
• Aplikasi Run-length encoding
- Kompresi citra format bmp pada Windows dan OS/2
untuk citra 1, 4 dan 8 bit/pixel
- Citra format PCX 8 dan 24 bit/pixel
- Fax dan scanner hitam putih
Published By Imeldaflorensia91
Lossless compression • Lempel-Ziv-Welch coding
• Asumsi setiap karakter dikode dengan 8 bit (nilai code
256)
• Membentuk table gabungan karakter (kata dalam
kamus)
• Tabel ini menyimpan kode kata dengan jumlah bit tetap
(umumnya maksimum 12 bit)
• Contoh : TOBEORNOTTOBEORTOBEORNOT
Published By Imeldaflorensia91
Kompresi Ziv-Welch coding
Published By Imeldaflorensia91
Kompresi Ziv-Welch coding
Published By Imeldaflorensia91
Lossless compression
• Lempel-Ziv-Welch coding
• Contoh : TOBEORNOTTOBEORTOBEORNOT
• Hasil pengkodean :
TOBEORNOT<256><258><260><265><259><261><26
3> Jumlah bit 16 * 9 = 144 bits.
Algoritma Rekonstruksi LZW :
TOBEORNOTTOBEORTOBEORNOT
Published By Imeldaflorensia91
Kompresi Ziv-Welch coding
Published By Imeldaflorensia91
Kompresi Data Citra • Format file citra: • File citra umumnya memiliki :
- header yang menyatakan informasi citra seperti ukuran
citra,
format file, dll.
- data citra itu sendiri • Struktur file berbeda antara satu format dengan format citra
lainnya • Bisa jadi struktur file untuk format citra yang sama berbeda
dari satu versi ke versi yang lain (contoh : File TIFF)
Published By Imeldaflorensia91
JPEG (Joint Photo Expert Group)
• Format JPEG mengikuti norm ISO • Bersifat pengunaan bebas • Jumlah warna citra = warna • Type kompresi lossy menggunakan DCT • Kualitas kompresi tergantung pada rasio kompresi • Tidak memiliki sifat warna transparan • Bukan format animasi
Published By Imeldaflorensia91
JPEG 2000 (Joint Photo Expert Group)
• JPEG 2000 masih dibawah proteksi hak paten • Type kompresi lossy dan lossless menggunakan Wavelet
Transform • Jumlah warna citra 224 = 16777216 warna • Kualitas kompresi dapat diatur secara lokal atau global • Dapat ditampilkan dengan ukuran yang berbeda. • Bukan format animasi • Tidak memiliki sifat warna transparan
Published By Imeldaflorensia91
PNG (Portable Network Graphics)
• Bersifat pengunaan bebas • Type kompresi lossless baik untuk citra berwarna maupun
citra gray-level • Memiliki sifat warna transparan • Bukan format animasi • Versi format animasinya adalah MNG
Published By Imeldaflorensia91
GIF (Compuserve Graphics)
• Bersifat dilindungi oleh hak paten • Jumlah warna citra 256 (sistem pallet) • Dapat memiliki sifat warna transparan • Dapat merupakan format animasi • Penggunaa umum adalah untuk logo dan citra yang
memiliki jumlah warna sedikit
Published By Imeldaflorensia91
Kompresi JPEG
Published By Imeldaflorensia91
Sub-Sampling Warna
Published By Imeldaflorensia91
Published By Imeldaflorensia91
MPEG : Prinsip dasar
Published By Imeldaflorensia91
Published By Imeldaflorensia91
Published By Imeldaflorensia91
Published By Imeldaflorensia91
Published By Imeldaflorensia91
• DC adalah nilai rata-rata matriks dan merepresentasikan
informasi global matriks (frekuensi rendah) • AC merepresentasikan informasi detail matriks (frek. tinggi) • Penkodean dilakukan dalam bentuk zigzag :
20 -10 11 1 -9 2 -2 -4 -8 -1 0 1 2 3 -1 0 0 0 0 -1 EOB
Published By Imeldaflorensia91
Published By Imeldaflorensia91
Published By Imeldaflorensia91
Analisis multi-frekuensi :
Wavelet transform
• Informasi dalam signal 1-D et 2-D tersebar dalam frekuensi
yang berbeda (dari frekuensi rendah ke frekuensi tinggi) • Analisis informasi dalam signal tersebut membutuhkan
teknik analisis multi frekuensi multi-resolusi multi-
scale • Wavelet transform (WT) sangat sesuai dengan kebutuhan
analisis multi-frekuensi.
Published By Imeldaflorensia91
Discrete Wavelet Transform (DWT)
Prinsipe : memisahkan signal dalam dua
komponen yaitu informasi general (frekuensi
rendah) dan informasi detil (frekuensi tinggi)
Bagaimana DWT berfungsi ?
Dua pendekatan analisis :
- pendekatan melalui dilatasi filter resolusi signal tetap.
- pendekatan melalui dilatasi signal resolusi signal berubah
Contoh : misalkan suatu signal memiliki informasi yang tersebar hingga pada
frekuensi 1000 Hz.
Pendekatan melalui dilatasi filtre ?
- Pada tahap awal, kita bagi informasi signal dalam dua bagian dengan
melewatkannya dalam high-pass filter (500-1000 Hz) dan low-pass filter (0-
500 Hz).
- Menghasilkan satu signal yang berhubungan dengan informasi pada interval 0-
500 Hz (frekuensi rendah) dan satu signal lainnya dengan informasi pada
interval 500-1000 Hz (frekuensi tinggi).
Published By Imeldaflorensia91
Discrete Wavelet Transform (DWT) • Selanjutnya, kita lakukan proses berulang pada salah satu
atau kedua komponen tadi. • Andaikan kita lakukan untuk bagian low pass dengan
menggunakan high-pass filter (250-500 Hz) dan low-pass
filter (0-250 Hz). Maka kita akan punya 3 komponen
informasi, masing-masing berhubungan dengan informasi
dari satu signal yang sama pada frekuens 0-250 Hz, 250-500
Hz et 500-1000 Hz. dst.
Published By Imeldaflorensia91
Discrete Wavelet Transform (DWT)
Pendekatan dilatasi signal ? • Tahap pertama, kita lewatkan signal kedalam low-pass
filter dan high-pass filter (kita gunakan filter dengan
resolusi yang sama). • Tahap kedua, resolusi signal hasil low-pass dan high-pass
kita bagi dua. • Selanjutnya, kita lakukan proses yang sama hingga pada
resolusi yang diinginkan.
Keuntungan untuk kompresi citra :
- Lebih mudah untuk implementasi real-time
- sangat baik untuk kompresi citra dan video Published By Imeldaflorensia91
Discrete Wavelet Transform (DWT)
Published By Imeldaflorensia91
Discrete Wavelet Transform (DWT)
Published By Imeldaflorensia91
Discrete Wavelet Transform (DWT)
• Ada beberapa jenis WT yang telah dikembangkan, diantaranya yang
digunakan untuk format JPEG2000 :
- ''CDF 9/7'' Cohen-Daubechies-Fauvaue (irreversible).
- ''spline 5/3'' pour Le Gall (lebih sederhana dan reversible). • Bilangan 9 dan 5 merupakan jumlah elemen filter low-pass. Bilangan 7
dan 3 merupakan jumlah elemen filter high-pass. Pour la CDF 9/7 :
Filter low-pass L : Filter high-pass H :
+0.602949018236 +0.557543526229 (Z1)
+0.266864118443 (Z1 +Z-1) -0.295635881557 (Z2 +Z0)
-0.0782223266529 (Z2 +Z-2) -0.028771763114 (Z3 +Z-1)
-0.016864118448 (Z3 +Z-3) +0.045635881557 (Z4 +Z-2)
+0.026748757411 (Z4 +Z-4)
Published By Imeldaflorensia91
Standar Kompresi JPEG2000
• Wavelet Transform (WT)
- Ide : membagi citra kedalam tingkat
resolusi yang berbeda
- Pembagiannya berdasarkan pita
frekuensi yang bebeda
- Menjaga/mempertahankan kualitas data • Principes :
– Melakukan proses WT terhadap citra asli
– Kuantisasi skalar (sesuai tingkat resolusi)
– Pengkodean RLE, entropy, (uffman, …
Published By Imeldaflorensia91
Standar Kompresi JPEG2000
Published By Imeldaflorensia91
Standar Kompresi JPEG2000
Published By Imeldaflorensia91
Standar Kompresi JPEG2000
Published By Imeldaflorensia91
Standar Kompresi JPEG2000
Published By Imeldaflorensia91
Standar kompresi JPEG2000
Published By Imeldaflorensia91
Standard compression JPEG2000
Published By Imeldaflorensia91
Standar kompresi JPEG2000
Published By Imeldaflorensia91
Standard compression JPEG2000
• Keuntungan
– Kualitas lebih baik dari JPEG
– Lossless dan lossy compression sangat baik
– Regions of Interests ROI coding
– Transmisi dan pengkodean progressif
– Sesuai untuk data aplikasi multimedia • Untuk nilai PSNR (pick signal to noise ratio) yang sama,
ratio kompresi JPEG2000 dapat mencapai 2 kali dari JPEG • Efek blok tidak tampak
Published By Imeldaflorensia91
Kompresi Video
Problem :
- Satu citra dari suatu video dapat menempati kapasitas
memori sekitar 0,916 MB (640x480 pixel).
- Untuk menampilkan video yang secara visual tampak
kontinu, maka kecepatan pengambilan gambar adalah 25
atau 30 citra per detik, atau sekitar 23 MB/detik atau sekitar
1,38 GB/menit atau sekitar 82,94 GB/jam.
- Kapasitas penyimpanan (CD dan DVD) yang ada saat ini
sekitar 7GB,
- Kapasitas band-width jaringan komunikasi yang terbatas.
- 25 citra/detik butuh band-with sekitar 184 Mbps.
Published By Imeldaflorensia91
Kompresi Video
Solusi :
- Meningkatkan kapasitas memori penyimpanan, implikasinya
penambahan biaya yang besar
- Memperbesar band-width komunikasi implikasinya
penambahan biaya yang besar
- Kompresi data video, pengembangan algoritma CoDec
(COmpression/DECompression) untuk memperkecil semaksimal
mungkin data video tanpa banyak mengurangi kualitas
visualnya
Published By Imeldaflorensia91
Kompresi Video
• Ide pertama adalah mengurangi jumlah data rate (dari 25 fps ke 12 fps
atau dari 30 fps ke 15 fps), dengan konsekuensi menghilangkan sejumlah
pergerakan objek video (video motions)
• Intraframe (spatial) compression: mengurangi redundant informasi/data
yang berada dalam satu citra atau frame.
Interframe (temporal) compression • Landasan pemikiran adalah bahwa banyak terdapat
perulangan informasi/data video dari satu frame (citra)
ke frame lainnya. • Sehingga perlu pengembangan metode atau algoritma
yang mampu menghilangkan redundancy informasi/dat
antarframe. • Butuh identifikasi key frame (master frame) • Key frame: dasar untuk menentukan berapa banyaknya
frame secara berurutan yang memiliki pergerakan objek
yang sama (hampir sama) Published By Imeldaflorensia91
Kompresi Video
Interframe (temporal) compression
• Andaikan bahwa informasi/data background adalah
tetap (langit, jalan dan rumput) dan hanya mobil yang
bergerak. • Frame pertama disimpan sebagai key frame dan
frame-frame lainnya diambil hanyalah objek yang
bergerak (mobil).
Published By Imeldaflorensia91
Standar video MPEG • MPEG-1, adalah suatu standar untuk kompresi data video danaudio
(2 kanal audio). Memungkinkan untuk menyimpan video dengan kapasitas
1.5 Mbps pada media VCD (Video CD). • MPEG-2, suatu standard dikembangkan untuk televisi numerik
(HDTV) yang memberikan kualitas tinggi dengankapasitas 40 Mbps dan 5
canal audio. MPEG-2 juga dikembangkan untuk dapat mengidentifikasi
dan memproteksi terhadap pembajakan. Format ini digunakan untuk
video DVD. Multimédia dalam bentuk objek numériques, sehingga lebih
memudahkan interactivity, dan pengunaanya lebih adaptif terhadap
kebutuhan web dan interface mobile. • MPEG-4, standard yang ditujukan untuk compresi data multimédia
dalam bentuk objek numériques, sehingga lebih memudahkan
interactivity, dan pengunaanya lebih adaptif terhadap kebutuhan web dan
interface mobile. • MPEG-7, standard ditujukan untuk memberikan representasi standar
data audio dan visual agar dapat lebih memungkinkan pencarian
informasi dalam video berdasarkan content. Standar ini disebut juga
Multimedia Content Description Interface. Published By Imeldaflorensia91
MPEG : Prinsip dasar
Published By Imeldaflorensia91
MPEG : Prinsip dasar
Published By Imeldaflorensia91
MPEG : Prinsip dasar
- Mata lebih sensitif terhadap perubahan intensitas/luminance L
-Perubahan nilai komponen chrominance U (Cb) dan V (Cr)
tidak terlu tampak secara visual oleh mata
Published By Imeldaflorensia91
MPEG : Prinsip dasar
Published By Imeldaflorensia91
MPEG : Prinsip dasar
Modul Prediksi :
• Frames I : citra dikompresi secara terpisah tanpa
citra referensi dari citra sebelumnya. • Frames P : citra yang diprediksi berdasarkan pada
citra referensi I atau P sebelumnya. • Frames B (Citra interpolsi bidireksional) : citra ini
dihitung berdasarkan citra referensi I dan P,
Urutan penyimpanan dalam file : I P B B B P B B B I B
B B
Published By Imeldaflorensia91
MPEG : Prinsip dasar
Published By Imeldaflorensia91
MPEG : Prinsip dasarr
Frames I : • Citra ini dikompresi dengan hanya menggunkan
metode kompresi JPEG. • Citra ini sangat penting dalam video MPEG
karena dialah yang menjamin kesinambungan
data citra lainnya • Ada 2 atau 3 citra I per detiknya dalam video
MPEG.
Published By Imeldaflorensia91
MPEG : Principe
Frames P :
• Citra ini dihitung melalui perbedaan antra citra actual terhadap citra I
atau citra P sebelumnya.
• Algoritma yang dikembangkan untuk menghitung citra P adalah
melalui perbandingan blok per blok, disebut macroblocs (16x16
pixels), dan berdasarkan pada nilai ambang tertentu dapat dinyatakan
apakah blok tesebut berbeda dengan blok citra sebelumnya. Jika ya
maka dilakukan compresi JPEG dan jika tidak, blok tersebut
dinyatakan sama dengan blok citra sebelumnya dan tidak perlu
dikompresi.
• Perhitungan macroblocs sangat mempengaruhi kecepatan kompresi.
Published By Imeldaflorensia91
MPEG : Principe
Frames B : • Sama halnya dengan frames P, frames B dihitung
berdasarkan perbedaan antara citra actual terhadap citra
referensi I sebelumnya dan citra referensi P berikutnya, hal
ini dapat memberikan kualitas kompresi yang baik, namun
memberikan delay waktu karena harus mengetahui dulu
citra berikutnya dan harus disimpan di memori 3 citra
secara berturutan (citra I/P sebelumnya, citra actual dan
citra P/I berikutnya).
Published By Imeldaflorensia91
Terima kasih
Published By Imeldaflorensia91
top related