pengolahan citra digital pembahasan representasi data ... · pdf fileper blok karekter dari...

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


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,


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.


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.



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


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



• 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


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


Kompresi Ziv-Welch coding



• 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


Kompresi Ziv-Welch coding


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)


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


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


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


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


Kompresi JPEG


Sub-Sampling Warna


MPEG : Prinsip dasar


• 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


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.


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).


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.



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


• 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)


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, …


Standar Kompresi JPEG2000


Standar kompresi JPEG2000


Standard compression JPEG2000


Standar kompresi JPEG2000


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


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.


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


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).


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


- Mata lebih sensitif terhadap perubahan intensitas/luminance L

-Perubahan nilai komponen chrominance U (Cb) dan V (Cr)

tidak terlu tampak secara visual oleh mata



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


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.


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.


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).


Terima kasih


pengolahan citra digital pembahasan representasi data ... · pdf fileper blok karekter dari...

Documents