BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Jaringan Sensor Nirkabel Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) atau Wireless Sensor Network (WSN)

merupakan teknologi jaringan yang menarik karena dapat digunakan untuk pertukaran data/informasi tanpa adanya infrastruktur komunikasi. JSN didasarkan pada sensor node dan sink. Karakteristik utama dari JSN adalah node dengan sumber daya yang rendah. Node terdiri dari sensor, pemroses data, dan komponen komunikasi atau sensor node dan dapat dikatakan sebagai embedded system. Kemampuan JSN adalah memantau lingkungan, mengkoleksi data yang ditangkap dan mentransmisikan data tersebut menuju sink dengan sistem komunikasi yang melalui satu atau lebih hop (multi-hop). Sensor-sensor ini memiliki energi yang di-supplay dari baterai. Oleh karena kondisi tersebut, sensor node hanya dapat mentransmisikan bit yang terbatas pada masa aktifnya sehingga pendekatan terhadap pengoptimalan pengiriman data merupakan topik yang penting. Digunakan untuk aplikasi citra, seperti citra yang tidak bergerak, video streaming dan data pemantauan menggunakan sensor nirkabel dengan node yang dilengkapi dengan kamera. JSN memiliki daya yang terbatas, meliputi jumlah bandwidth, memori dan keterbatasan kemampuan komputasi. Oleh karena itu, transmisi citra melalui JSN dilakukan dengan pengimplementasian algoritma kompresi citra yang embedded untuk mengurangi jumlah transmisi bit dan penggunaan daya. Oleh karena itu kompresi citra pada JSN dengan sumber daya yang terbatas menjadi penting. Node yang independen tidak memiliki cukup daya komputasi untuk melakukan kompresi data dalam jumlah yang besar, untuk mengatasi hal tersebut node mendistribusikan tugas komputasi terhadap node lain.

5

6

2.1.1

Arsitektur Jaringan Sensor Nirkabel Pada JSN, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.1, node disebar dengan

tujuan menangkap adanya gejala atau fenomena yang hendak diteliti. Jumlah node yang disebar pada sensor field dapat ditentukan sesuai kebutuhan dan tergantung beberapa faktor misalnya luas area dan kemampuan sensing node. Tiap node memiliki kemampuan untuk mengumpulkan data dan meroutingnya kembali ke sink serta berkomunikasi dengan node lainnya. Informasi yang ditangkap oleh node dapat diakses melalui berbagai platform seperti koneksi internet atau satelit sehingga memungkinkan user untuk dapat mengakses secara realtime melalui remote server.

Gambar 2.1 Arsitektur Jaringan Sensor Network (Sumber: Nasri,et.al, 2010)

2.1.2

Komponen Jaringan Sensor Nirkabel

Sebuah node sensor terdiri dari beberapa subsistem, yaitu : 

Subsystem Computing Terdiri dari sebuah mikroprosesor (mikrokontroler) yang bertanggung

jawab terhadap kendali sensor dan pelaksanaan protokol komunikasi dan sebuah ruang memori.

7



Subsystem Communication Terdiri dari radio yang memiliki range frekuensi yang pendek yang

digunakan untuk berkomunikasi dengan node sensor terdekat dan kontak langsung dengan gejala/fenomena yang muncul disekitarnya. Radio tersebut dapat beroperasi pada mode transmit, receive, idle, ataupun sleep tergantung dari aktifitas yang diinginkan. 

Subsystem Sensing Terdiri dari sebuah grup sensor yang menjadi penghubung antara node

dengan lingkungan disekitar. Untuk mencapai penggunaan energi yang seminimal mungkin, komponen yang dipasang pada sensor harus memiliki daya rendah. 

Subsystem Power Supply Terdiri dari sebuah baterai yang menyediakan energi untuk node sensor .

2.2

Pengertian Citra Digital Pengolahan citra digital merupakan pemrosesan

citra 2 dimensi

menggunakan komputer. Dalam konteks yang lebih luas, pengolahan citra digital mengacu pada pemrosesan setiap data 2 dimensi. Citra digital merupakan sebuah larik (array) yang berisi nilai-nilai real maupun kompleks yang direpresentasikan dengan deretan bit tertentu. Suatu citra dapat didefinisikan sebagai fungsi f(x,y) berukuran M baris dan N kolom, dengan x dan y adalah koordinat spasial, dan amplitudo f di titik koordinat (x,y) dinamakan intensitas atau tingkat keabuan dari citra pada titik tersebut. Apabila nilai x,y dan nilai amplitudo f secara keseluruhan berhingga (finite) dan bernilai diskrit maka dapat dikatakan bahwa citra tersebut adalah citra digital (Putra, D., 2010). 2.2.1

Kompresi Citra Proses kompresi merupakan proses mereduksi ukuran suatu data untuk

menghasilkan representasi digital yang padat atau mampat (compact) namun tetap dapat mewakili kuantitas informasi yang terkandung pada data tersebut. Pada

8

citra, video, dan audio, kompresi mengarah pada minimisasi jumlah bit rate untuk representasi digital. Pada beberapa literatur, istilah kompresi sering disebut juga source coding, data

compression, bandwidth compression, dan

signal

compression. Data dan informasi adalah dua hal yang berbeda. Pada data terkandung suatu informasi, namun tidak semua bagian data terkait dengan informasi tersebut atau pada suatu data terdapat bagian-bagian data yang berulang untuk mewakili informasi yang sama. Bagian data yang tidak terkait atau bagian data yang berulang tersebut disebut dengan data berlebihan (redundancy data). Tujuan daripada kompresi data adalah untuk mengurangi data berlebihan tersebut sehingga ukuran data menjadi lebih kecil dan lebih ringan dalam proses transmisi. Ada dua tipe utama kompresi citra (Putra, D., 2010) yaitu kompresi tipe lossless dan kompresi tipe lossy. 2.2.1.1 Lossy Compression Kompresi tipe lossy adalah kompresi yang mengakibatkan adanya data yang hilang selama proses kompresi. Kualitas data yang dihasilkan menggunakan metode ini akan lebih rendah dari kualitas data asli. Lossy compression menyebabkan adanya perubahan data jika dibandingkan sebelum dilakukan proses kompresi. Sebagai gantinya, lossy compression memberikan derajat kompresi lebih tinggi. Tipe kompresi ini cocok untuk kompresi file suara digital dan citra digital. File suara dan citra secara alamiah masih bisa digunakan walaupun tidak berada pada kondisi yang sama sebelum dilakukan kompresi. Tujuan dari kompresi lossy adalah untuk mencapai ketepatan terbaik yang dapat diberikan pada tingkat komunikasi yang tersedia atau kapasitas penyimpanan bit atau untuk meminimalkan jumlah bit yang merepresentasikan sinyal citra tergantung dari jumlah hilangnya informasi yang dapat diterima (Putra, D., 2010).

9

2.2.1.2 Lossless Compression Kompresi tipe lossless tidak menghilangkan informasi setelah proses kompresi terjadi. Dengan tidak ada hilangnya informasi maka kualitas citra hasil kompresi tidak menurun. Namun demikian, rasio kompresi yang digunakan untuk kompresi tipe lossless lebih kecil daripada rasio kompresi pada kompresi tipe lossy. Kompresi lossless memiliki derajat kompresi yang lebih rendah tetapi dengan akurasi data yang terjaga antara sebelum dan sesudah proses kompresi. Kompresi ini cocok untuk basis data, dokumen atau spreadsheet. Pada kompresi lossless ini tidak diijinkan ada bit data yang hilang ketika mengalamai proses kompresi (Putra, D., 2010). Tujuan dari kompresi citra lossless adalah merepresentasikan sinyal citra dengan kemungkinan jumlah bit terkecil tanpa kehilangan informasi apapun, sehingga

mempercepat

proses

transmisi

dan

meminimalkan

keperluan

penyimpanan. Jumlah bit yang mewakili sinyal biasanya dinyatakan sebagai bit rate rata-rata (rata-rata jumlah bit per sampel untuk citra yang tidak bergerak, dan rata-rata jumlah bit per detik untuk video). Pengurangan bit rate lebih besar dapat dicapai dibandingkan dengan kompresi

lossless. Pengurangan

bit rate

memungkinkan melibatkan penanganan banyak aplikasi realtime dan transmisi informasi audiovisual. Kompresi lossless dapat dilakukan karena pada umumnya terdapat redundancy yang signifikan pada sinyal citra. Redundancy sebanding dengan jumlah korelasi antara sampel data citra. Sebagai contoh, pada citra yang tidak bergerak, biasanya ada tingkat korelasi spasial yang tinggi antar sampel citra. Pada video, ada hubungan temporal tambahan antara sampel dalam frame video yang berurutan. Dalam citra berwarna dan citra multispectral terdapat suatu hubungan yang dikenal sebagai korelasi spectral antara sampel citra pada komponen spektrum yang berbeda. Pada pengkodean lossless, data citra yang didecode harus identik baik secara kuantitatif (numerik) dan kualitatif (visual)

dengan

citra asli yang

dienkodekan. Meskipun persyaratan ini mempertahankan akurasi representasi, seringkali pengkodean ini sangat membatasi jumlah kompresi yang dapat dicapai

10

dengan faktor kompresi dua atau tiga. Untuk mencapai faktor kompresi yang lebih tinggi, metode lossless coding mencoba untuk menghapus redundan serta informasi yang tidak relevan. Metode ini membutuhkan citra untuk dikodekan dan diterjemahkan hanya secara visual, dan tidak selalu secara numerik atau identik. Beberapa informasi yang hilang dapat ditolerir asalkan citra yang dibentuk kembali dianggap identik dengan yang asli. Meskipun penurunan yang lebih tinggi dalam bit rate dapat dicapai dengan kompresi lossy, terdapat beberapa aplikasi yang membutuhkan pengkodean lossless, seperti kompresi citra medis digital dan transmisi faximile citra bitonal. Aplikasi ini memicu pengembangan beberapa standar untuk kompresi lossless, termasuk standar lossless JPEG, standar kompresi faximile, JBIG dan standar kompresi JBIG2. Standar JPEG2000 merupakan salah satu jenis pengkodean yang dikembangkan sebagai standar kompresi terpadu yang terintegrasi antara kompresi lossy dan lossless ke dalam satu sistem untuk berbagai jenis citra termasuk continuoustone, bilevel, teks, dan citra majemuk. Selain itu, skema lossy membuat penggunaan komponen pengkodean lossless dapat meminimalkan redundansi pada sinyal yang dikompresi. 2.3

JPEG2000 Kebutuhan kompresi citra berunjuk kerja tinggi menjadi lebih besar

seiring dengan penggunaan citra digital yang semakin banyak digunakan di berbagai bidang kehidupan sehari-hari. JPEG2000 adalah standar kompresi stateof-the-art yang muncul dari Joint Photographic Experts Group (JPEG) yang bekerja di bawah naungan International Standards Organization. Standar JPEG2000 merupakan standard

baru yang mempunyai unjuk kerja melebihi

standar JPEG terdahulu dengan peak signal-to-noise ratio (PSNR)-nya sekitar 2 dB untuk beberapa citra pada setiap rasio kompresi. Dua hal utama yang menyebabkan kinerja JPEG2000 lebih baik dari metode kompresi lain adalah wavelet transform dan embedded block coding with optimal truncation (EBCOT). JPEG-2000 memberikan cara baru berinteraksi dengan citra terkompresi dalam scalable dan interoperable mode.

11

2.3.1

Kompresi Citra pada JPEG2000 Standar JPEG2000 menyediakan kompresi lossless dan lossy dan tersusun

atas tahapan-tahapan sebagaimana ditunjukkan gambar 2.2. Image original data

Compressed image data

Pre-processing

Discrete wavelet transform

Uniform quantizer with deadzone

Bit stream organization

Rate control

Embedded block coding

Gambar 2.2 Proses pengkodean JPEG2000 (Sumber: Nasri,et.al, 2010)

Pre-processing terdiri atas tiga sub tahapan, seperti ditunjukkan pada gambar 2.3. Langkah-langkah ini harus dijalani sehingga discrete wavelet transform (DWT) bisa dilakukan dengan benar.

Image original data

tiling

Level offset

Irreversible color transform (ICT)

Pre-processed image data

Gambar 2.3 Sub tahapan pre-processing (Sumber: Nasri,et.al, 2010)

Citra yang akan dikodekan mungkin lebih lebar daripada jumlah memori yang tersedia untuk encoder. Untuk mengatasi hal ini, JPEG2000 memungkinkan kita untuk melakukan optimalisasi tiling. Dalam tiling, input citra dibagi menjadi tile-tile persegi panjang dan non-overlapping dengan ukuran yang sama (kecuali mungkin bagi tile-tile yang berada di border gambar), seperti yang ditunjukkan di gambar 2.4. Masing-masing tile dikompresi secara independen dengan menggunakan parameter kompresinya sendiri.

12

Gambar 2.4 Contoh tiling dari citra Babon 8-bit (Sumber: Gray,---)

JPEG2000 mengharapkan contoh input datanya mempunyai sebuah jarak nominal yang dinamis, dimana jarak tersebut berpusat pada kisaran angka nol. JPEG2000 menggunakan high-pass filter dan sangat penting untuk memahami model citra yang menggunakan JPEG2000. Dari sudut pandang standar yang digunakan, sebuah citra disusun oleh satu komponen atau lebih, dan masingmasing komponen terdiri dari matrik sampel yang merepresentasikan level terang dari komponen pada titik tersebut (gambar 2.5). Nilai-nilai contoh bernilai bilangan bulat bisa tertandai ataupun tidak tertandai dan bisa mempunyai antara 138 bit per sampel.

Gambar 2.5 Komponen model citra (Sumber: Gray,---)

13

Kompresi JPEG2000 umumnya digunakan untuk mengkompres citra berwarna. Ada beberapa cara untuk merepresentasikan citra berwarna secara numerik , misalnya: RGB, YcbCr, YCM, dan HSB. Citra berwarna biasanya direpresentasikan dalam format RGB. Dalam format RGB, citra disusun dari tiga komponen plane, satu untuk masing-masing komponen warna merah, hijau, dan biru. Ketika DWT dilakukan dalam JPEG2000, masing-masing layer berwarna ditransformasikan secara independen. Namun, karena komponen warna Y, Cr dan Cb secara statistik kurang dapat diandalkan daripada komponen warna R, G, dan B. Oleh karena itu, dalam JPEG2000 sebuah trasnformasi warna yang tidak dapat diubah (ICT) dilakukan untuk mengkonversi data RGB menjadi data YcrCb, sebagaimana tertuang dalam gambar 2.6 dan persamaan 2.1 berikut: 𝑌 0.299 [𝐶𝑟 ] = [−0.169 𝐶𝑏 0.500

0.856 −0.331 −0.419

0.114 0.500 ] −0.081

𝑅 [𝐺 ]…………………………………...(2.1) 𝐵

Gambar 2.6 ICT dari citra babon (Sumber: Gray,---)

14

2.3.2

Discrete Wavelet Transform (DWT) JPEG2000 menggunakan sebuah dekomposisi DWT untuk menguraikan

tiap tile citra menjadi subband tinggi dan rendah seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.7 dan gambar 2.8. DWT ini dilakukan dengan menyaring tiap baris dan kolom dari tile citra yang belum diproses dengan sebuah filter high-pass dan lowpass. Karena proses ini menghasilkan dua kali lipat jumlah sampel, output dari masing-masing filter di turun-sampelkan dua kali (semua nilai lain dihilangkan) sehingga laju sampel tetap konstan. Selain itu, tidak menjadi masalah jika barisbaris atau kolom-kolom dari kompoanen matrik disaring terlebih dahulu, karena hasil DWT akan tetap sama (Putra, D., 2010). low-pas h0

2

x(n)

low-pas output h1

2 high-pas output

high-pas

Gambar 2.7 Struktur DWT (Sumber: Gray,---)

Gambar 2.8 Proses DWT untuk komponen Y dari citra babon (Sumber: Gray,---)

15

Dalam JPEG2000, beberapa tahap DWT dilakukan dan jumlah tahapan yang dilakukan tergantung pada implementasi. Gambar 2.9 menunjukkan tahap 1 DWT untuk komponen Y dari tile asli dari citra yang belum diproses. Empat kuadran tersebut didefinisikan sebagai berikut: LL: subband rendah dari penyaringan baris dan kolom HL: subband tinggi dari penyaringan baris dan subband rendah dari penyaringan kolom LH: subband rendah dari penyaringan baris dan subband tinggi dari penyaringan kolom HH: subband tinggi dari penyaringan baris dan kolom Dalam tahap 2 (gambar. 2.10), proses yang sama diulangi dengan subband LL1. Hanya saja subband LLnya ditrasformasikan lebih jauh karena subband tinggi jarang memuat sampel-sampel penting. Akhirnya, tahap 3 DWT diulangi lagi untuk yang ketiga-kalinya. Sekali lagi, hanya subband LL2 dari tahap 2 yang disaring lebih jauh, seperti yang ditunjukkan gambar. 2.11. JPEG2000 menunjang tahapan-tahapan dari 0-32. Untuk citra alami, biasanya digunakan antara 4-8 tahapan.

Gambar 2.9 Tahap 1 DWT dari citra babon 8-bit (Sumber: Gray,---)

16

Gambar 2.10 Tahap 2 DWT dari citra babon 8-bit (Sumber: Gray,---)

Gambar 2. 11 Tahap 3 DWT dari citra babon 8-bit (Sumber: Gray,---)

17

2.3.3

Kuantisasi Proses kuantisasi adalah proses perubahan nilai amplitudo kontinyu

menjadi nilai baru yang berupa nilai diskrit. Nilai amplitudo yang dikuantisasi adalah nilai-nilai pada koordinat diskrit hasil proses sampling (Putra, D., 2010). 2.3.4

Embedded Block Coding with Optimized Truncation (EBCOT) Dalam JPEG2000, sebelum pengkodean dilakukan, tiap subband dari tile

dipartisi lebih jauh menjadi kode-kode blok yang relatif kecil (contoh: sampelsampel 64×64 atau 32×32) sehingga kode blok dari sebuah subband mempunyai ukuran yang sama. Kode blok digunakan untuk mengijinkan sebuah organisasi bit stream yang fleksibel, sebuah contoh dari pem-partisian kode blok diberikan dalam gambar 2.12.

Gambar 2.12 Contoh devisi dari subband-subband menjadi code-blocks. (Sumber: Gray,---)

Dalam JPEG2000, tiap kode blok dikodekan secara independen. Algoritma pengkodean men-scan melalui matriks dari indeks-indeks kuantisasi kode blok dalam cara yag bergaris-garis seperti yang ditunjukkan gambar 2.13. Kode blok dipartisi menjadi garis-garis dengan ketinggian nominal empat sampel. Lalu, garis-garis tersebut discan dari atas ke bawah, dan kolom-kolom didalam garis discan dari kiri ke kanan.

18

Gambar 2.13 Urutan scan garis dalam sebuah blok (Sumber: Gray,---)

Alogaritma pengkodean yang digunakan disebut pengkodean embedded block. Indeks-indeks kuantisasi dari tiap kode blok tidak dikodekan pada level simbol melainkan pada level bit-plane. Sebuah konteks yang berbasis pada binary arithmetic code yang adaptif digunakan untuk mengkompres tiap bit-plane dalam sebuah urutan dari tiga pengkodean yang dilewati: significant propagation, magnitude refinement, dan clean-up. Dalam MSB-plane hanya tahap pembersihan yang dilewati. Kemudian, untuk tiap bit-plane, melanjutkan ke tingkat bit-plane yang paling tidak significan (LSB-plane), yang mana masing-masing dari tiga langkah pengkodean dilakukan. Pseudo code untuk tiap pengkodean dilewati. Bagaimanapun, sebelum pengkodean yang dilewati dijelaskan, konsep dari konteks signifikan harus dicakup. Pada waktu yang sama pada saat pengkodean embedded block dilakukan, bit gelombang-gelombang hasil dari masing-masing kode blok diorganisir menjadi lapisan kualitas. Quality layer adalah sebuah kumpulan dari beberapa tahap-tahap pengkodean bit-plane yang berurutan dari semua kode blok dalam semua subband dan semua komponen, dengan kata lain, dari tiap tile. Tiap kode blok dapat menyumbang sebuah jumlah tahap pengkodean bit-plane yang sangat besar menjadi lapisan, tapi tidak semua tahap pengkodean harus dijadikan lapisan kualitas. Tiap lapisan tambahan secara berturut-turut meningkatkan kualitas citra.

19

Gambar 2.14 Contoh distribusi lapisan kualitas untuk tahap 2 DWT dengan subband-subband yang terdiri dari hanya satu kode blok (Sumber: Gray,---)

Gambar 2.14 menunjukkan sebuah contoh dari bagaimana data yang dikodekan untuk tiap bit-plane dalam tiap kode blok bisa diorganisasikan menjadi lapisan kualitas. Pada grafik, dapat dilihat hubungan antara jumlah informasi penting dalam sebuah kode blok dan bagaimana lapisan kualitas dipresentasikan dalam kode blok tersebut. 2.3.5

Rate Control Rate Control adalah suatu proses dimana stream code diubah sehingga

kecepatan bit yang diinginkan bisa dicapai. Setelah seluruh citra telah dikompres, sebuah operasi setelah proses melewati seluruh blok-blok yang telah dikompres dan sebaiknya menentukan perpanjangan yang mana masing-masing embedded bit stream blok sebaiknya memotong untuk mendapatkan bit rate yang diinginkan. Strategi pemotongan yang ideal merupakan salah satu yang meminimalisir distorsi saat masih mencapai bit rate yang diinginkan.

20

2.3.6

Organisasi Bit-Stream Di dalam organisasi bit-stream, data yang dikompresi melalui pengkodean

bit-plane yang lewat merupakan yang pertama dipisah ke dalam paket-paket. Satu paket dihasilkan untuk setiap daerah di dalam tile. Satu daerah pada dasarnya merupakan sebuah gabungan dari kode blok dengan sebuah level resolusi. Daerahdaerah membagi sebuah level resolusi dari sebuah komponen menjadi kotak-kotak yang berukuran (Px, Py) yang berisi sampel 2Px×Py. semenjak area-area tidak dapat saling melengkapi kode blok-kode blok dan harus mempunyai dimensi yang tepat 2n (power of 2), ukuran daerah membatasi pemisahan kode blok bawahnya. Satu contoh dari pemisahan daerah ditampilkan pada gambar 2.15.

Gambar 2.15 Contoh pemisahan daerah (Sumber: Gray,---)

Seperti keadaan sebelumnya, setiap daerah menghasilkan satu paket, meskipun paket tersebut kosong. Untuk gambar 2.16, paket dimultipleksi untuk membentuk satu code-stream yang terdiri atas main header dan beberapa tile stream, setiap tile stream berisi tile header dan packet stream, pada packet stream terdiri atas beberapa packet yang setiap packet terdiri atas packet header dan data terkompresi.

21

Main header

Tile stream

packet

Packet header

tile header Tile stream

packet

Pack stream

Compressed data

packet Tile stream

EOC

End of code stream

Gambar 2.16 Organisasi code-stream (Sumber: Gray,---)

2.3.7

Decoding Mayoritas dari sumber JPEG-2000 tidak secara eksplisit menjelaskan

bagaimana decoder JPEG2000 berfungsi. Ini dikarenakan pada dasarnya decoder bekerja berlawanan terhadap encoder, seperti ditampilkan dalam gambar 2.17: Compressed image data

Embedded block decoding

Inverse DWT

Compressed image data

Inverse ICT

decuantization

Gambar 2.17 Proses decode JPEG2000 (Sumber: Gray,---)

Code-stream diterima oleh decoder sesuai keadaan urutan deret dalam header. Koefisien dalam paket-paket kemudian dipecah dan didekuantisasi, dan inverse ICT dijalankan sesuai rumus 2.4. 𝑅 1.0 0.0 [𝐺 ] = [1.0 −0.3441 𝐵 1.0 1.7718

𝑌 1.4021 −0.7142] [𝐶𝑟 ] 𝐶𝑏 0.0

(2.2)

22

Dalam kasus kompresi yang tidak bisa dibalikkan, dekompresi hanya menyebabkan data hilang. Gambar yang dihasilkan tidak tepat seperti yang asli. JPEG-2000 mempunyai fitur penting yaitu sebuah gambar dapat dikompresi dengan satu cara dan didekompresi dengan banyak cara berbeda dan berbagai macam implementasi dari fitur ini digambarkan pada gambar 2.18. Gambar babon didekompresi dengan banyak cara tergantung pada display perangkat dan bit-rate yang tersedia.

Gambar 2.18 Aplikasi praktis dari standar JPEG2000 (Sumber: Gray,---)

Dalam JPEG2000, alat kompresi menentukan resolusi maksimal dan kualitas maksimal dari citra yang akan digunakan, termasuk lossless. Beberapa kualitas citra atau ukuran kemudian bisa didekompresi dari hasil code-stream. Hal tersebut juga memungkinkan untuk dilaksanakannya akses acak dengan hanya dikompresinya bagian tertentu dari citra atau komponen tertentu dari citra (contoh: komponen abu-abu dari sebuah citra berwarna atau lapisan komponen yang memuat tulisan atau grafik). Keduanya dapat dilakukan per bagian dengan bermacam-macam kualitas dan resolusi. Hal ini penting untuk dicatat bahwa dalam setiap kasus hal tersebut memungkinkan untuk melacak, mengekstrak, dan

23

mendekode

byte

yang

diperlukan

untuk

hasil

citra

yang

diinginkan.

Mendekodekan seluruh code-stream merupakan hal yang tidak perlu dilakukan. 2.4

Protocol Stack Gambar 2.19 menunjukkan bahwa protocol stack berfungsi untuk

menggabungkan energi dan pemilihan jalur routing, mengintegrasikan data dengan protocol jaringan, efisiensi power komunikasi saat melewati media nirkabel, dan memberikan upaya-upaya kooperatif dari node sensor. Protocol stack terdiri dari lapisan fisik (physical layer), lapisan data link (data link layer), lapisan jaringan (network layer), lapisan transport (transport layer), lapisan aplikasi (application layer), serta sinkronisasi perangkat, penempatan perangkat, manajemen topologi perangkat, manajemen daya perangkat, manajemen mobilitas perangkat, dan manajemen fungsi perangkat (Akyildiz, 2010).

Topology Management Plane

Transport Layer Network Layer Data Link Layer

Task Manager Plane

Application Layer

Power Management Plane

Localization Plane

Mobility Management Plane

Synchronization Plane

Physical Layer

Gambar 2.19 Protokol pada Jaringan Sensor Nirkabel (Sumber : Akyildiz, 2010)

2.4.1

Physical Layer Physical Layer bertanggung jawab atas konversi aliran bit menjadi sinyal-

sinyal yang paling cocok untuk komunikasi di saluran nirkabel. Selain itu lapisan physical layer bertanggung jawab untuk pemilihan frekuensi, frekuensi carrier, deteksi sinyal, modulasi, dan enkripsi data. Frekuensi dan deteksi sinyal lebih berkaitan dengan perangkat keras yang mendasari desain transceiver.

24

Kehandalan komunikasi tergantung juga pada sifat hardware dari node, seperti sensitivitas antena dan sirkuit transceiver. Sebagian besar keuntungan JSN disediakan melalui komunikasi nirkabel, kemudahan penyebaran, jaringan infrastruktur-bebas dan komunikasi saluran. Namun, komunikasi nirkabel juga membawa beberapa tantangan dalam hal komunikasi yaitu, keterbatasan jangkauan, kesalahan, dan interferensi. 2.4.2

Data Link Layer Data link layer bertanggung jawab atas multiplexing data stream, deteksi

frame data, medium akses dan error control. Hal-hal tersebut berkaitan dengan koneksi point-to-point dan koneksi point-to-multipoint dalam komunikasi jaringan. Pada data link layer terdapat MAC address dan error control. 2.4.2.1 Medium Acces Control (MAC) Protocol MAC dalam jaringan nirkabel multi-hop harus mencapai dua tujuan. Tujuan pertama adalah menciptakan infrastruktur jaringan. Ribuan sensor node bisa tersebar di bidang sensor, sehingga skema MAC harus dapat membangun jaringan komunikasi untuk transfer data. Tujuan kedua adalah secara adil dan efisien membagi sumber daya komunikasi antara node sensor. Sumber daya ini termasuk waktu, energi, dan frekuensi. Beberapa protokol MAC telah dikembangkan untuk jaringan sensor nirkabel untuk mengatasi kebutuhan. Pada protokol MAC efisiensi energi merupakan hal yang paling penting, dimana sebuah protokol MAC tentu harus mendukung pengoperasian mode penghematan daya untuk node sensor. Selain itu, akses ke saluran harus dikoordinasikan sedemikian rupa sehingga tabrakan yang terjadi ketika dua node mengirimkan data pada waktu yang bersamaan dapat diminimalkan atau dieliminasi.

25

2.4.2.2 Error Control Fungsi lain yang penting dari data link layer adalah error control transmisi data. Dua mode penting dari error control dalam jaringan komunikasi adalah forward error correction (FEC) dan automatic repeat request (ARQ). Kompleksitas decoding lebih besar di FEC, sebagai kemampuan error correction perlu dibangun. Akibatnya, kode error control sederhana dengan kompleksitas rendah encoding dan decoding mungkin menyajikan solusi terbaik untuk jaringan sensor. Dalam desain skema tersebut penting untuk mengetahui dengan baik tentang karakteristik saluran dan teknik pelaksanaan. 2.4.3

Network Layer Pada jaringan sensor nirkabel, node sensor terletak secara tersebar.

Namun, jangkauan komunikasi yang terbatas mengakibatkan tidak dapatnya komunikasi langsung antara masing-masing node sensor dan node perangkat. Sehingga dibutuhkan protokol routing nirkabel multi-hop antara node sensor dan node sink yang menggunakan node sensor intermediate sebagai relay. Lapisan jaringan sensor biasanya dirancang sesuai dengan prinsip-prinsip berikut:  Power efisiensi selalu menjadi pertimbangan penting.  Jaringan sensor sebagian besar data-sentris.  Selain routing, relay node dapat menggabungkan data dari beberapa node melalui pengolahan lokal.  Karena besarnya jumlah node dalam JSN, ID unik untuk setiap node tidak dapat diberikan dan node mungkin perlu ditangani berdasarkan data atau lokasi mereka. Salah satu fungsi penting lain dari network layer adalah untuk memberikan internetworking dengan jaringan eksternal sink, perintah, sistem kontrol dan internet. Dalam satu skenario, node perangkat dapat digunakan sebagai gerbang ke jaringan lain, sedangkan skenario lain adalah untuk menciptakan backbone

26

dengan menghubungkan node perangkat bersama-sama dan membuat backbone yang dapat mengakses ke jaringan lain melalui gateway. 2.4.4

Transport Layer Transport layer diperlukan terutama ketika jaringan yang direncanakan

akan diakses melalui internet atau jaringan eksternal lain. Node sensor dipengaruhi oleh kendala perangkat keras seperti keterbatasan daya dan memori, sehingga setiap node sensor tidak bisa menyimpan data dalam jumlah besar seperti server dan pengiriman ack akan mengeluarkan banyak energi bagi jaringan sensor. Tujuan utama dari transport layer pada JSN adalah sebagai berikut. 

Congestion Control: Packet loss akibat kepadatan dapat mengganggu

kehandalan bahkan ketika informasi yang cukup dikirim oleh sumber. Oleh karena itu, congestion control pada transport layer adalah komponen penting untuk mencapai reliabilitas yang dibutuhkan. Congestion control tidak hanya meningkatkan efisiensi jaringan, tetapi juga membantu melestarikan sumber daya sensor yang terbatas. 

Reliable transport: berdasarkan persyaratan aplikasi, fitur yang diekstrak

harus dipindahkan secara handal. Demikian pula, pemrograman / retasking data untuk operasi sensor, perintah, dan pertanyaan harus dikirim ke target node sensor untuk menjamin ketepatan fungsi JSN. 

Demultiplexing: aplikasi yang berbeda dapat dilayani di node sensor

melewati jaringan yang sama. Transport layer harus menjembatani aplikasi dan lapisan jaringan dengan menggunakan multiplexing dan demultiplexing. 2.4.5

Application Layer Application layer mencakup aplikasi utama serta beberapa fungsi

manajemen. Application layer berfungsi sebagai interface antara aplikasi dengan fungsionalitas jaringan, mengatur bagaimana aplikasi dapat mengakses jaringan, dan kemudian membuat pesan-pesan kesalahan. Protokol yang berada dalam lapisan ini adalah HTTP, FTP, SMTP, dan NFS.

27

2.5

Komponen Imote2 (Intel Mote generasi ke-2) Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) merupakan sekumpulan perangkat yang

saling berkomunikasi dan berkoordinasi menggunakan media nirkabel untuk memberikan data-data yang didapat dari sensor-sensor pada nodenya, dapat berupa sensor skalar atau multimedia, untuk diteruskan kepengguna melalui unit pengolahan terpusat. Secara umum arsitektur JSN terdiri dari: (1) Radio board, (2) Sensor skalar atau sensor multimedia, (3) battery board. Board berfungsi sebagai alat bantu atau disebut juga interface board yang dapat dilihat pada gambar 2.20.

Gambar 2.20 Board Imote2 (Sumber : Akyildiz, 2010)

Imote2 merupakan salah satu platform JSN generasi kedua yang mempunyai kemampuan multimedia. Perangkat ini diciptakan menggunakan XScale PXA271 CPU berdaya rendah dan juga terintegrasi dengan standar radio 802.15.4. Desainnya sesuai dengan interface konektor untuk perluasan board disisi atas dan bawah. Konektor atas menyediakan satu set standar I/O sinyal untuk board standar. Konektor bawah menyediakan interface tambahan dengan kecepatan tinggi untuk aplikasi I/O tertentu. Battery board berfungsi mensuplay energi untuk sistem yang dapat dihubungkan ke kedua sisi. Imote2 terdiri dari radio board, scalar sensor board, multimedia sensor board, battery board, interface board.

28

2.5.1

Radio Board (IPR2400/IPR2410) Radio board (IPR2400/IPR2410) merupakan node platform JSN generasi

kedua berkecepatan tinggi dan mampu melakukan pemrosesan sinyal untuk aplikasi visual. Platform ini didesain menggunakan processor Intel XScale PXA271 dan beroperasi pada level tegangan 0,85 V dengan frekuensi kerja rendah (13-416MHz) sehingga mempunyai kemampuan bekerja pada daya rendah. Board mempunyai memori SDRAM 32 MB dan 32 MB flash. Komunikasi nirkabelnya menggunakan radio 802.15.4 (CC2420) dengan antena yang sudah terintegrasi pada board-nya. Selain itu, CC2420 dapat mendukung data rate 250kb/s dengan 16 channel pada pita frekuensi 2.4GHZ. Pada I/O terdapat GPIO, 2x SPI, 3x UART, PC, SDIO, USB host, USB Client, Kamera (Gambar 2.26b). Board ini didesain untuk sistem operasi Intel Platform X, SOS, dan TinyOS. Karena kemampuan dari board imote2, para pengembang sistem embedded telah mampu mengembangkan suatu sistem operasi embedded berbasis linux. Dengan adanya sistem embedded linux maka pengembangan aplikasi akan lebih mudah dan dinamis.

Gambar 2.21 (a) Imote2 radio board (b) Arsitektur Imote2 radio board

29

2.5.2 Scalar Sensor Board (ITS400) Scalar sensor board (ITS400) terdiri dari sensor temperatur, humadity dan 3 buah ADC. Yang memiliki fungsi sebagai sensor penginderaan, baik terhadap suhu dan kelembaban. Gambar 2.22 menunjukkan scalar sensor board pada platform imote2.

Gambar 2.22 Scalar sensor board

2.5.3

Multimedia Sensor Board (IMB400) Gambar 2.23 merupakan multimedia Sensor board (IMB400) yang terdiri

dari miniatur speaker dan line output, color image dan video camerachip, OmniVision OV7670, audio capture dan playback CODEC, WM8940, Onboard Microphone and Line Input, dan sensor gerak PIR (Passive Infra Red). Board berfungsi untuk mengambil citra/gambar.

Gambar 2.23 Multimedia sensor board

2.5.4

Interface Board (IIB400) Interface board (IIB400) adalah board yang berfungsi sebagai interface

untuk transfer, debug, atau flashing pada radio board dari suatu komputer host

30

melalui kabel. Gambar 2.24 menunjukkan interface board yang terdapat pada platform imote2.

Gambar 2.24 Interface board

2.5.5

Battery Board Gambar 2.25 merupakan Battery board yang terdiri dari 3 battery AAA

berfungsi sebagai catu daya dari platform imote2.

Gambar 2.25 Battery board

Ada beberapa cara yang dapat digunakan sebagai sumber catu daya, yaitu: 

Menggunakan Baterai Primer

Baterai ini biasanya dipasang langsung pada board MEMSIC battery Imote2, baik pada konektor dasar atau tambahan. 

Menggunakan baterai isi ulang

Baterai ini memerlukan konfigurasi board khusus yang terpasang baik pada konektor dasar atau tambahan. Imote2 ini dilengkapi dengan pengisi daya untuk Li-Ion atau baterai Li-Poly. 

Menggunakan USB

31

Imote2 juga dapat digunakan melalui on-boardmini-B USB konektor. Cara ini juga dapat digunakan untuk mengisi baterai isi ulang yang terpasang.

2.6

Linux Sejarah sistem operasi Linux berkaitan erat dengan proyek GNU, proyek

program bebas (freeware) terkenal diketuai oleh Richard Stallman. Proyek GNU diawali pada tahun 1983 untuk membuat sistem operasi seperti Unix lengkap kompiler, utiliti aplikasi, utiliti pembuatan dan seterusnya diciptakan sepenuhnya dengan perangkat lunak bebas. Pada tahun 1991, pada saat versi pertama kerangka Linux ditulis, proyek GNU telah menghasilkan hampir semua komponen sistem ini kecuali kernel. Torvalds dan pembuat kernel seperti Linux menyesuaikan kernel mereka supaya dapat berfungsi dengan komponen GNU, dan seterusnya mengeluarkan sistem operasi yang cukup berfungsi. Oleh karena itu, Linux melengkapi ruang terakhir dalam rancangan GNU. Linux Embedded adalah penggunaan Linux dalam komputer tertanam sistem seperti ponsel, pemutar media, set-top box, dan lainnya elektronik konsumen perangkat, jaringan peralatan, kontrol mesin, otomasi industri, peralatan navigasi dan instrumen medis. 2.6.1

Change Mode (chmod) Perintah chmod (change mode) merupakan perintah Unix yang

memungkinkan pengguna memberitahu system akan sedikit banyaknya hak akses pada suatu file. Hal tersebut mengubah file system pada file dan direktori.

32

Numerical Permissions: Tabel 2.1 Numerical Permission #

Permission

rwx

7

Full

111

6

Read and write

110

5

Read and execute

101

4

Read only

100

3 Write and execute 011 2

Write only

010

1

Execute only

001

0

none

000

Pada tabel 2.1 hak akses masing-masing didapatkan menggunakan power of two. Hak untuk membaca adalah 4, menulis adalah 2, dan untuk eksekusi adalah 1. Angka-angka tersebut dapat ditambahkan secara bersama untuk mendapatkan hak akses yang tepat. Chmod juga menerima finer-grained symbolic notation, semua permission dan mode khusus diwakilkan oleh mode parameternya. Salah satu cara untuk mengatur mode file atau direktori adalah dengan menentukan mode simboliknya. Mode simbolik terdiri dari tiga komponen, yang digabungkan untuk membentuk satu string teks. $ Chmod [''referensi''] [''Operator''] [''mode'']'''' file1 ...

Referensi (atau kelas) digunakan untuk membedakan kepada siapa permission berlaku. Jika tidak ada referensi yang ditentukan maka dianggap default. Referensi diwakili oleh satu atau lebih dari huruf dan dijelaskan pada tabel 2.2

33

Tabel 2.2 Kelas pada chmod Referensi Kelas Deskripsi u user pemilik file g group user yang merupakan anggota grup o others user yang bukan pemilik file maupun anggota grup a all semua dari kelas diatas, atau sama dengan “ugo”

Program chmod menggunakan sebuah operator untuk menentukan bagaimana mode file harus disesuaikan. Berikut adalah operator yang dapat diterima dijelaskan pada tabel 2.3 Tabel 2.3 Operator pada chmod Operator Deskripsi + Menambahkan mode tertentu untuk kelas tertentu Mengurangi mode tertentu untuk kelas tertentu = Menentukan mode tertentu untuk kelas tertentu Modus yang menunjukkan hak akses yang akan diberikan atau diambil dari kelaskelas tertentu. Ada tiga mode dasar yang sesuai dengan hak akses dasar yang dijelaskan pada tabel 2.4 Tabel 2.4 Mode pada chmod Mode Nama Deskripsi r read Membaca file atau isi dari sebuah direktori w write Menulis kepada file atau direktori x execute Eksekusi file atau akses direktori

34

Contoh perintah chmod dan penjelasannya dapat dilihat pada tabel 2.5 Perintah

Deskripsi read ditambahkan ke semua kelas execute permission dihilangkan dari semua kelas Menambahkan read dan write permission ke semua kelas pada suatu file chmod u=rw,go= file read and write diset untuk user, semua permission dihilangkan untuk kelas group dan others chmod -R u+w,go-w Mengubah permission pada direktori docs dan docs menambahkan permission write ke seluruh file di dalamnya untuk kelas user, serta menghapus permission write untuk group dan others. chmod file Menghilangkan semua hak akses chmod 777 file Menambahkan permission read, write dan execute untuk semua kelas. chmod 664 file Mengeset read dan write namun tidak untuk eksekusi kepada kelas user dan group, dan read, saja untuk others. chmod -R u+rwX,gset sebuah direktori menjadi rwx, rw untuk user, rwx,o-rwx directory --- untuk group dan others. chmod -R a-x+X menghilangkan execute permission pada semua directory file dalam suatu direktori, namum memperbolehkan untuk browse direktori tersebut. sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Chmod chmod a+r file chmod a-x file chmod a+rw file

2.6.2

Bahasa pemrograman C Bahasa pemrograman C merupakan salah satu bahasa pemrograman

komputer. Dibuat pada tahun 1972 oleh Dennis Ritchie untuk Sistem Operasi Unix di Bell Telephone Laboratories. Meskipun C dibuat untuk memprogram sistem dan jaringan computer namun bahasa ini juga sering digunakan dalam mengembangkan software aplikasi. C juga banyak dipakai oleh berbagai jenis platform sistem operasi dan arsitektur komputer, bahkan terdapat beberepa compiler yang sangat populer telah tersedia. C secara luar biasa memengaruhi bahasa populer lainnya, terutama C++ yang merupakan extensi dari C. Pustaka (seringkali dirujuk sebagai library), adalah kumpulan fungsifungsi yang terkandung dalam satu file, Setiap file pustaka mempunyai satu

35

Header file yang menyimpan cetak biru dari fungsi-fungsi yang terkandung dalam file pustaka. Bahasa C seringkali dipakai untuk membuat file-file pustaka yang menyimpan fungsi-fungsi tertentu, dikarenakan C dapat dikompile menjadi bahasa mesin yang sangat cepat dan kecil ukurannya, kemudian bahasa pemrograman lain seperti Python yang akan menciptakan antar-muka dari fungsi-fungsi yang dikandungnya. Pustaka yang paling sering dipakai adalah Pustaka Standar C, yang berisi fungsi-fungsi standar yang berasal dari ANSI C. Pustaka standar ini sekarang telah terkandung dalam hampir setiap kompiler C yang dipakai. sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/C_(bahasa_pemrograman)

2.6.2.1 Geany Integrated Development Environment (IDE) Geany dikembangkan dengan tujuan untuk menyediakan IDE yang ringan dan cepat, yang hanya memiliki beberapa dependensi dari paket lain. Tujuan lainnya adalah agar sebisa mungkin untuk independen dari sebuah Desktop Environment khusus seperti KDE atau GNOME. Geany hanya membutuhkan runtime library GTK2. Salah satu aspek terbaik dari Geany adalah kenyataan bahwa Geany mendukung sejumlah besar tipe file. Selain itu, tidak perlu untuk instal banyak dependensi untuk membuatnya bekerja. Tampilannya terlihat sangat bersih dan sangat mudah digunakan. Keterbatasan Geany adalah tidak dapat membuat sebuah proyek dari template. Akan lebih baik jika beberapa jenis sistem template diterapkan, sehingga dapat memiliki struktur proyek dari awal. Fitur yang tersedia pada Geany:    

Syntax highlighting code completion auto completion of XML and HTML tags Suppot terhadap beberapa file tipe seperti C, Java, PHP, HTML, Perl, Pascal

36

2.6.3

Open JPEG Program OpenJPEG membaca sebuah citra dengan format tertentu dan

mengkonversikannya ke file JPEG2000. Untuk menjalankan proses kompresi OpenJPEG ada beberapa command line yang perlu dijalankan. Berikut adalah beberapa penjelasan dari command OpenJPEG: image_to_j2k ... -i

a) Merupakan command line untuk menentukan input file. Input ekstensi citra yang valid diantaranya BMP, PGM, PGX, PNG, PNM, PPM, RAW, TGA, TIF. Ketika menggunakan option ini maka output file harus ditentukan dengan menggunakan-o.

b)

-o

Merupakan command line untuk menentukan output file. Digunakan jika menggunakan option –i. Output ekstensi citra yang valid adalah J2K, JP2, J2C. -r

c)

Merupakan command line untuk menentukan nilai rasio kompresi. Setiap

nilai yang diinputkan pada compression ratio merupakan faktor kompresi, jadi jika diinputkan nilai compression ratio-nya 20 ini berarti citra akan mengalami 20 kali kompresi. –n

d)

Pilihan ini menawarkan kemungkinan untuk menentukan jumlah resolusi

atau jumlah dekomposisi untuk discret transformasi wavelet (DWT). Nilai default adalah 6.

–t <Tile size>

e)

37

Pilihan ini menawarkan kemungkinan untuk membagi citra dalam beberapa tile. Kedua nomor yang ditentukan masing-masing lebar dan tinggi dari tile. -I

f) Pilihan ini menawarkan kemungkinan untuk bekerja dengan Irreversible Color Transformation (ICT) sebagai ganti dari Reversible Color Transformation (RCT) dan dengan irreversible DWT 9-7 sebagai ganti dari filter 5-3.

Berikut merupakan contoh command line untuk kompresi citra yang dilakukan: imote2$ image_to_j2k -i foo.ppm -o foo.j2k -r 50

Command line diatas menunjukkan bahwa suatu citra akan dikompresi dengan format .j2k dimana input citra nya adalah foo.ppm dan output citra nya adalah foo.j2k dimana ratio kompresinya adalah 50.