50
BAB IV ANALISA HASIL SIMULASI
4.1 Umum Pada bab ini akan
menjelaskan tentang performansi dari proses
pengkodean yang menggunakan High 4:4:4 Intra dan Main Profile yang akan ditransmisikan pada jaringan W-LAN. Analisis yang dilakukan mencangkup analisis performansi dengan parameter PSNR, SSIM, bitrate, dan rasio kompresi sedangkan performasi untuk jaringan wireless LAN dengan parameter jitter. Dari 2 skenario yang digunakan dalam tugas akhir ini, akan dilihat performansi dari kedua profile di atas jika ditransmisikan melalui jaringan WLAN sehingga terlihat performansinya sehingga bisa dibuktikan penambahan feature enhancement pada High 4:4:4 Profile dapat meningkatkan performansi dari H.264/MPEG-4 AVC.
4.2 Hasil Simulasi
4.2.1 Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) 4.2.1.1 Nilai PSNR Encoded Nilai PSNR diperoleh berdasarkan persamaan (3.1) yang dilakukan untuk setiap frame yang dikodekan. Nilai PSNR yang dihasikan adalah PSNR untuk komponen luminance (Y) dan komponen chrominance (U dan V). Dalam tabel ditampilkan nilai PSNR Y, PSNR U, dan PSNR V. PSNR Y adalah nilai PSNR komponen luminance, dan PSNR U dan V adalah nilai komponen chrominance
51
(cr dan cb). Untuk perbandingan PSNR rata-rata akan diwakilan dengan PSNR rata-rata Y yang lebih sensitive tehadap penglihatan manusia (HVS). 1)
Skenario 1 Dengan format YUV yang sama dari source video yang digunakan,
diperoleh nilai PSNR rata-rata Y, U dan V yang telah dikodekan dengan High 4:4:4 Intra dan Main Profile yang akan dijadikan sebagai video inputan disisi pengirim. Nilai PSNR encoded video tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah : Tabel 4.1 Nilai PSNR rata-rata Video Input Skenario 1 Nilai PSNR Rata-rata Encoded Video (Hasil Encoding)
Format
Jenis
PSNR
PSNR
PSNR
Profile
Rata-rata
Rata-rata
Rata-rata
(Source Video)
H.264
Y (dB)
U (dB)
V (dB)
Format YUV
Sequence Video
Kids
CIF
4:2:0
High 4:4:4
40.969
41.952
41.232
Kids
QCIF
4:2:0
Intra
39.654
40.394
39.624
Kids
CIF
4:2:0
40.869
42.699
44.056
39.522
41.268
42.036
Main Kids
QCIF
4:2:0
Nilai PSNR Y yang diperoleh dari keseluruhan profil menunjukkan bahwa High 4:4:4 Intra Profile memiliki nilai yang tinggi untuk masing-masing sequence dan format video, kemudian Main Profile memiliki yang kecil. Sedangkan untuk nilai PSNR U dan V, Main Profile memiliki nilai tertinggi. 2)
Skenario 2 Dengan perbedaan format YUV dari source video yang digunakan sesuai
dengan sampling pattern masing-masing profil, diperoleh nilai PSNR rata-rata Y, U dan V yang akan dijadikan sebagai video inputan disisi pengirim. Nilai PSNR encoded video tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah :
52
Tabel 4.2 Nilai PSNR rata-rata Video Input Skenario 2 Nilai PSNR Rata-rata Encoded Video (Hasil Encoding)
Format
Jenis
PSNR
PSNR
PSNR
Profile
Rata-rata
Rata-rata
Rata-rata
H.264
Y (dB)
U (dB)
V (dB)
40.975
45.2
46.641
39.654
44.313
45.121
Format YUV
Sequence Video (Source Video) Kids
CIF
4:4:4
High 4:4:4 Kids
QCIF
4:4:4 Intra
Room
HD
4:4:4
44.944
46.617
46.352
Kids
CIF
4:2:0
40.745
42.581
44.007
Kids
QCIF
4:2:0
39.354
41.231
41.989
Room
HD
4:2:0
43.989
43.888
43.575
Main
Nilai PSNR rata-rata Y, U, dan V yang diperoleh dari keseluruhan profil menunjukkan bahwa High 4:4:4 Intra Profile memiliki nilai lebih tinggi, dibandingkan Main Profile. Berdasarkan hasil yang diperoleh, keseluruhan profil H.264/MPEG-4 AVC memberikan nilai PSNR di atas 37 dB sehingga sesuai dengan definisi nilai MOS pada Tabel (3.5), nilai kualitas yang diperoleh sangat baik (excellent). 4.2.1.2 Nilai PSNR Decoded Video output yang dihasilkan adalah distorted video, video hasil transmisi melalui jaringan W-LAN yang telah di-encoding. Jumlah user yang mengakses video adalah single user yang tidak melakukan pergerakan dan dilayani oleh base station (0) dengan kecepatan pengiriman frame yaitu 100 milisecond.
53
1)
Skenario 1 Berikut adalah nilai PSNR yang diperoleh dengan satu user yang
mengakses video terkompresi dalam waktu yang sama pada skenario 1 : Tabel 4.3 Nilai PSNR rata-rata Video Output Skenario 1 Nilai Rata-rata Decoded Video (Hasil Decoding) Format YUV Sequence
Format Video
(Source Video)
Kids
CIF
4:02:00
Kids
QCIF
4:02:00
Kids
CIF
4:02:00
Kids
QCIF
4:02:00
Jenis Profile High 4:4:4 Intra
Main
PSNR Ratarata
PSNR Ratarata
PSNR Ratarata
Y (dB)
U (dB)
V (dB)
40.82
41.92
41.31
39.52
40.41
39.7
40.87
42.7
44.06
39.52
41.27
42.04
Batas threshold untuk pengiriman video di jaringan W-LAN adalah 30 dB, maka Main Profile dan High 4:4:4 Intra Profile dapat dikatakan layak. 2)
Skenario 2 Berikut adalah nilai PSNR yang diperoleh dengan satu user yang
mengakses video terkompresi dalam waktu yang sama pada skenario 2 : Tabel 4.4 Nilai PSNR rata-rata Video Output Skenario 2 Nilai Rata-rata Decoded Video (Hasil Decoding)
Format
Format YUV
Sequence Video
CIF
PSNR
PSNR
Rata-rata
Rata-rata
Rata-rata
Y (dB)
U (dB)
V (dB)
37.44
42.85
44.04
36.94
42.57
43.24
Profile (Source Video)
Kids
PSNR
Jenis
4:4:4
High Kids
QCIF
4:4:4 4:4:4 Intra
Room
HD
4:4:4
44.81
46.14
45.45
Kids
CIF
4:2:0
40.75
42.58
44.01
Kids
QCIF
4:2:0
39.35
41.23
41.99
Room
HD
4:2:0
44.55
44
43.46
Main
54
Batas threshold untuk pengiriman video di jaringan W-LAN adalah 30 dB, maka High 4:4:4 Intra dan Main Profile dapat dikatakan layak.
4.2.1.3 Perbandingan PSNR High 4:4:4 Intra dan Main Profile Performansi High 4:4:4 Intra dan Main Profile diukur secara objective dengan cara membandingkan hasil keluaran dari High 4:4:4 Intra dan Main Profile yang dihasilkan decoder di sisi penerima.
Grafik4.1 PSNR rata-rata decoded High 4:4:4 Intra dan Main Skenario 1
Grafik 4.2 PSNR rata-rata decoded High 4:4:4 Intra dan Main Skenario 2
Dari gambar diatas terlihat bahwa hasil decoder video di sisi user dengan teknik pengkodean High 4:4:4 Intra dan Main Profile memberikan hasil PSNR diatas 30 dB sehingga masih layak untuk dikirimkan dalam jaringan Wireless LAN.
55
4.2.2 Structure Similarity (SSIM) Nilai SSIM diperoleh berdasarkan persamaan (3.3). Dari hasil simulasi maka diperoleh nilai SSIM untuk setiap perbandingan antara video input dan video output. Tabel 4.5 Nilai SSIM rata-rata Skenario 1 Nilai PSNR Rata-rata SSIM
Format
Jenis
PSNR
PSNR
PSNR
Profile
Rata-rata
Rata-rata
Rata-rata
(Source Video)
H.264
Y (dB)
U (dB)
V (dB)
Format YUV
Sequence Video
Kids
CIF
4:2:0
High 4:4:4
0.9739
0.9809
0.9791
Kids
QCIF
4:2:0
Intra
0.9775
0.9844
0.9813
Kids
CIF
4:2:0
0.9734
0.974
0.9773
0.9768
0.9737
0.9671
Main Kids
QCIF
4:2:0
Tabel 4.6 Nilai SSIM rata-rata Skenario 2 Nilai PSNR Rata-rata SSIM
Format
Format YUV
Sequence Video
CIF
PSNR
PSNR
Rata-rata
Rata-rata
Rata-rata
Y (dB)
U (dB)
V (dB)
0.9739
0.9838
0.9858
0.9778
0.9855
0.9838
Profile (Source Video)
Kids
PSNR Jenis
4:4:4 High
Kids
QCIF
4:4:4 4:4:4 Intra
Room
HD
4:4:4
0.99
0.9905
0.9898
Kids
CIF
4:2:0
0.9729
0.9736
0.9771
Kids
QCIF
4:2:0
0.976
0.9731
0.9669
Room
HD
4:2:0
0.9907
0.9911
0.9905
Main
56
Pada skenario 1 nilai SSIM untuk komponen luminance menunjukkan bahwa pada video Kids CIF dan QCIF, High 4:4:4 Intra memberikan nilai yang tinggi daripada Main Profile. Pada skenario 2 nilai SSIM untuk komponen luminance menunjukkan bahwa High 4:4:4 Intra memberikan nilai yang tinggi daripada Main Profile pada semua video. Pada kedua skenario, terlihat bahwa format QCIF lebih memberikan nilai SSIM yang lebih baik dibanding CIF untuk keseluruhan sequence video. Sedangkan untuk komponen chrominance, menunjukkan nilai rata-rata dari High 4:4:4 Profile lebih baik dibandingkan Main Profile. Dari tabel di atas dapat disimpulkan bahwa seluruh profil menghasilkan video encoded yang memiliki tingkat kemiripan dengan video input yang relative baik. Karena rentang nilainya adalah -1 sampai 1.
4.2.3 Bitrate Analisa laju bit yang dilihat dari besarnya bitrate yang dihasilkan dari proses encoder dengan kecepatan pergerakan frame sebesar 30 frame untuk setiap detik. Tabel 4.7 Nilai Bit rate High 4:4:4 Intra dan Main Profile Skenario 1
Sequence
Format Video
Format YUV (Source Video)
Kids
CIF
4:02:00
Kids
QCIF
4:02:00
Kids
CIF
4:02:00
Kids
QCIF
4:02:00
Jenis Profile H.264
Bitrate I
Bitrate P
Bitrate B
Bitrate
(kbit/s)
(kbit/s)
(kbit/s)
(kbit/s)
High 4:4:4 Intra
226.667
117.597
54.266
398.55
98.24
35.811
14.846
148.918
106.25
43.057
14.194
163.51
45.305
12.174
3.699
61.188
Main
57
Tabel 4.8 Nilai Bit rate High 4:4:4 Intra dan Main Profile Skenario 2 Format Format
YUV
Jenis Profile
Video
(Source
H.264
Bitrate I
Bitrate P
Bitrate B
Bitrate
(kbit/s)
(kbit/s)
(kbit/s)
(kbit/s)
155.088
50.146
16.798
222.062
66.096
15.36
5.561
87.048
Sequence
Video) Kids
CIF
4:4:4
High 4:4:4 Kids
QCIF
4:4:4 Intra
Room
HD
4:4:4
780.6
1334.47
1322.83
3438.02
Kids
CIF
4:2:0
132.379
43.128
14.371
189.907
Kids
QCIF
4:2:0
55.949
12.158
3.566
71.702
Room
HD
4:2:0
597.072
934.936
943.816
2475.9
Main
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa nilai bit rate High 4:4:4 lebih tinggi dibandingkan dengan Main Profile dengan format video dan Level IDC yang sama.
4.2.4 Rasio Kompresi Rasio kompresi adalah perbandingan video keluaran sesudah dilakukan kompresi dengan pengkodean High 4:4:4 Intra dan Main Profile H.264 dengan video inputan sebelum dilakukan kompresi. Video inputan adalah raw video dengan format YUV.
58
Tabel 4.9 Nilai Rasio Kompresi Skenario 1 Format YUV
Jenis
Ukuran File
Ukuran File
(Source
Profile
Inputan
Keluaran
Video)
H.264
(KB)
(KB)
Format Sequence Video
Rasio Kompresi
Kids
CIF
4:2:0
High 4:4:4
44550
253
176.086957
Kids
QCIF
4:2:0
Intra
11138
101
110.277228
Kids
CIF
4:2:0
44550
206
216.262136
11138
81
137.506173
Main Kids
QCIF
4:2:0
Tabel 4.10 Nilai Rasio Kompresi Skenario 2 Format YUV
Jenis
Ukuran File
Ukuran File
(Source
Profile
Inputan
Keluaran
Video)
H.264
(KB)
(KB)
29700
97
306.18557
7425
42
176.78571
Format Sequence Video
Kids
CIF
4:4:4
Rasio Kompresi
High 4:4:4 Kids
QCIF
4:4:4 Intra
Room
HD
4:4:4
81000
422
191.943128
Kids
CIF
4:2:0
14850
80
185.625
Kids
QCIF
4:2:0
3713
32
116.03125
Room
HD
4:2:0
44550
303
147.029703
Main
Dari tabel diatas, pada skenario 1, Main Profile memiliki rasio kompresi yang besar dibandingkan High 4:4:4 Intra. Sedangkan pada skenario 2 High 4:4:4 Intra Profile memiliki rasio kompresi yang besar dibandingkan Main Profile. 4.2.5 Jitter Nilai jitter yang diukur adalah one way jitter dan inter arrival jitter, penilaian jitter dilakukan dengan cara memparsing hasil trace dari network simulator-2 untuk setiap titik pengambilan data. Topologi jaringan adalah
59
wireless-LAN tertutup karena tidak adanya pengiriman data yang lain selain pengiriman video yang telah mengalami proses encoding.
Grafik 4.3 Nilai One way dan Inter arival Jitter Skenario 1
Nilai one way jitter terkecil diperoleh pada High 4:4:4 Intra Profile dengan format kids QCIF sebesar 2.98065 ms, dan yang terbesar pada Main Profile dengan format kids CIF sebesar 5.02354 ms. Untuk nilai inter arrival jitter terkecil diperoleh pada Main Profile dengan format kids QCIF sebesar 14.87706 ms, dan yang terbesar pada High 4:4:4 Intra Profile dengan format kids CIF sebesar 26.75469 ms.
Grafik 4.4 Nilai One way dan Inter arival Jitter Skenario 2
60
Nilai one way jitter terkecil diperoleh pada High 4:4:4 Intra Profile dengan format kids QCIF sebesar 2.33079 ms, dan yang terbesar pada High 4:4:4 Intra Profile dengan format Room HD sebesar 15.18756 ms. Untuk nilai inter arrival jitter terkecil diperoleh pada Main Profile dengan format Room HD sebesar 2.45858 ms, dan yang terbesar pada High 4:4:4 Intra Profile dengan format Room HD sebesar 27.89453 ms.
4.2.6 Skenario Pergerakan User Meningkatnya jarak user terhadap access point (AP) akan menurunkan nilai PSNR, seperti terlihat pada grafik dibawah.
Grafik 4.5 Skenario Pergerakan User pada jarak tertentu
Saat user berada dekat dengan AP, kualitas video yang diterima sangat baik nilai PSNR>37 dB (Excellent). Seiring bertambah jauhnya user dari AP, kualitas vdeo yang diterima mulai turun. Jika mengacu pada standar ITU-R, dimana nilai minimum yang masih dapat diterima adalah 25 DB (kualitas “fair”),
61
maka jarak maksimum yang diperbolehkan agar kualitas video masih dapat diterima yaitu sekitar 300 kaki.
4.3
ANALISA HASIL SIMULASI
4.3.1 Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) Nilai PSNR Y rata-rata yang dihasilkan pada encoded video untuk seluruh skenario, dapat terlihat bahwa High 4:4:4 Intra Profile memiliki nilai yang besar dibandingkan Main Profile pada semua format dan sequence video. Pada skenario 1, nilai PSNR U dan V rata-rata Main memiliki nilai tertinggi dibandingkan High 4:4:4 Profile. Sehingga feature enhancement yang diinginkan pada High 4:4:4 Profile belum dapat memperbaiki kualitas. Hal ini berhubungan dengan format YUV video input yang digunakan. Dengan tetap menggunakan format YUV 4:2:0, maka yang terjadi hanyalah pemampatan informasi pada saat proses encoding yaitu terlihat ketika sequence video kids yang memiliki 300 frame, jika Main Profile tetap dikodekan sejumlah 300 frame, namun High 4:4:4 hanya mengkodekan 150 frame yang telah mewakili 300 frame tersebut. Berbeda dengan skenario 2 yang menggunakan format YUV video input sesuai dengan sampling patterns pada masing-masing profil, maka nilai PSNR rata-rata U dan V menunjukkan perbaikan kualitas karena nilai informasi yang diwakilkan dengan format 4:4:4 memiliki jumlah lebih besar dibandingkan dengan format 4:2:0. Sehingga dengan meningkatnya jumlah sampling yang digunakan pada Chrominance akan menghasilkan nilai PSNR yang lebih baik.
62
Nilai PSNR Y rata-rata yang dihasilkan pada decoded video untuk seluruh skenario, untuk single user untuk pengaksesan 1 video terkompresi memiliki nilai PSNR rata-rata untuk High 4:4:4 Intra dan Main Profile memiliki nilai di atas threshold yaitu lebih besar dari 30 dB. Artinya kedua profil ini layak untuk ditransmisikan melalui jaringan W-LAN. Dari skenario 2, terdapat kecenderungan bahwa justru sequence yang tidak memiliki banyak gerakan seperti Kids akan menghasilkan nilai yang lebih baik dibandingkan dengan Room.
4.3.2 Structure Similarity (SSIM) Nilai SSIM yang dihasilkan pada seluruh skenario menunjukkan bahwa video yang memiliki redundasi spatial dan temporal yang tinggi seperti Kids maka High 4:4:4 Intra Profile menghasilkan nilai SSIM Y yang tinggi. Sedangkan video yang memiliki redundasi spatial dan temporal yang rendah seperti Room, Main Profile yang menghasilkan nilai SSIM Y yang tinggi. Pada skenario 2, terlihat bahwa nilai SSIM rata-rata untuk Y, U, dan V menunjukkan nilai yang lebih tinggi dibandingkan dengan Main Profile. Hal ini dikarenakan kesesuaian format YUV video input dengan sampling patterns untuk chrominance. Apalagi feature separate colour plane coding dapat membuat proses encoding video dilakukan secara paralel karena masing-masing komponen luminance dan chrominance dianggap sebagai video monochrome. Sedangkan pada skenario 1, terjadi kondisi yang tidak stabil karena terkadang High 4:4:4 Profile memiliki nilai SSIM lebih baik, nmaun terkadang Main yang lebih baik, terutama pada komponen U dan V.
63
SSIM dan PSNR merupakan dua metode yang digunakan untuk membandingkan gambar input dan output. Dari persamaan yang dijabarkan pada pada bab 3, metode SSIM memiliki tingkat kompleksitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan PSNR. Sehingga hasil yang diperoleh pun dapat lebih menggambarkan kemiripan dari 2 gambar yang dibandingkan.
4.3.3 Bitrate dan Rasio Kompresi Dari hasil simulasi seluruh skenario menunjukkan nilai bitrate pada High 4:4:4 Profile memiliki nilai yang lebih besar dibandingkan dengan Main Profile. Sehingga untuk video input yang memiliki format YUV sama pada skenario 1, ukuran file yang dihasilkan menjadi lebih besar pula. Oleh karena itu, rasio kompresi yang dihasilkan High 4:4:4 Profile memiliki nilai lebih kecil dibandingkan dengan Main Profile. Artinya, kurang efisien untuk menghemat bandwidth yang tersedia. Pada skenario 2, dari awal sudah dibedakan format video YUV untuk masing-masing profil. Walaupun memang ukuran video inputan High 4:4:4 Profile memiliki ukuran lebih besar, namun jika terlihat dari nilai bitrate dan ukuran file yang dihasilkan, maka High 4:4:4 Intra Profile memiliki nilai rasio kompresi yang tinggi. Sehingga dengan feature enhancement yang dimiliki oleh profil baru ini serta efisien dari nilai rasio kompresi, High 4:4:4 memiliki performansi yang handal untuk menghemat bandwidth yang tersedia. Untuk jenis video, video kids memiliki rasio kompresi yang lebih tinggi dari video Room, hal ini disebabkan karena video kids memiliki redundansi spatial dan temporal yang lebih tinggi dari video Room. Sedangkan untuk tipe
64
ukuran Video jelas terlihat dari tabel bahwa ukuran file CIF memberikan rasio kompresi yang jauh lebih baik dari ukuran file video dengan format QCIF.
4.3.4 Jitter Nilai jitter baik untuk seluruh skenario menunjukkan bahwa semuanya masih memenuhi standar yang ditetapkan oleh CISCO yaitu One way jitter bernilai < 50 ms dan Inter arrival jitter berkisar antara 4-5 s. Hal ini juga terpengaruh dengan hanya digunakannya single user, sehingga tidak terjadi antrian data yang dapat menyebabkan semakin besarnya nilai jitter.
