TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG BANDUNG 2004
PROPOSAL TESIS Nama
: Bayu Rahayudi
NIM
: 23203009
Program Studi
: Teknik Elektro.
Judul Tesis
: Desain dan Implementasi Dekoder Audio OggVorbis
Pembimbing I
: Dr. Ir. Armein Z.R. Langi
Pembimbing II
: Dr. Ir. Trio Adiono
Dilaksanakan
: Semester genap tahun 2004/2005. (Pebruari – Juli 2005)
Bandung, 18 Pebruari 2004 Yang mengusulkan,
Bayu Rahayudi Mengetahui, Pembimbing I
Pembimbing II
Dr. Ir. Armein Z.R. Langi
Dr. Ir. Trio Adiono
Koordinator Thesis,
Dr. Ir. Mervin T. Hutabarat.
1
PROPOSAL TESIS 1. Judul Tesis Desain dan Implementasi Dekoder Audio OggVorbis
2. Latar Belakang Masalah Pada saat ini, di sekitar kita, tidak pernah terlepas dari dunia multimedia, baik media tulisan maupun suara ataupun gambar. Kita memanfaatkannya ketika kita beraktivitas, misalnya mendengar radio atau musik, menonton televisi ataupun film. Dunia multimedia telah mengalami perkembangan yang cukup pesat. Perkembangan dunia multimedia tersebut pada akhirnya juga berdampak pada perkembangan desain teknologi, terutama teknologi SystemOn-Chip (SoC). Salah satu bagian dari multimedia adalah audio, yang banyak diimplementasikan ke dalam suara ataupun musik. Teknologi awal dalam pemrosesan sinyal audio dilakukan dengan merekam suara ataupun musik ke dalam media digital. Pada saat itu teknologi kompresi yang digunakan belum begitu baik, sehingga dibutuhkan media yang memiliki kapasitas penyimpanan yang besar, untuk menyimpan hasil rekaman tersebut. Saat ini perkembangan algorithma kompresi untuk audio telah berkembang pesat. Algorithma kompresi audio MP3 (MPEG-II layer 3), saat ini merupakan algorithma kompresi audio yang banyak digunakan, karena hasil kompresinya yang berukuran kecil (hampir 1/10 kali ukuran ketika belum dikompresi) tetapi kualitas yang dihasilkan tidak terlalu jauh berkurang. Tetapi perkembangan algorithma kompresi tidak berhenti, tetapi tetap selalu berkembang. Saat ini telah bermunculan algorithma kompresi audio yang lebih baik, antara lain AACPlus, OggVorbis, WMA (Windows Media Audio), MP3Pro, dan AAC (Advance Audio Coding), yang menghasilkan ukuran data audio yang lebih kecil dan kualitas suara yang juga lebih baik. OggVorbis, salah satu generasi lanjut dari MP3, adalah algorithma kompresi audio yang bebas lisensi (Open Source), sehingga merupakan alternatif yang
2
menarik bagi semua pihak, baik pengguna maupun pengembang perangkat lunak dan perangkat kerasnya.
3. Perumusan Masalah Algorithma enkoding dan dekoding yang digunakan format audio OggVorbis ini adalah algorithma yang komplek dan computation intensive, sehingga cukup menyulitkan para pengembang perangkat keras untuk segera mengimplementasikannya ke dalam perangkat dekoder audio. Untuk itu pada tesis ini akan dilakukan analisa dan dicari solusi yang terbaik agar algorithma ini dapat diimplementasikan secara hardware dan dibuat dalam suatu Systemon-Chip. Pada penelitian ini akan digunakan Field Programmable Gate Array (FPGA) sebagai alat bantu untuk membuat dekoder audio Vorbis.
4. Tujuan Tesis Pada tesis ini akan didesain dan diimplementasikan algorithma kompresi audio OggVorbis ke dalam bentuk hardware yang berupa audio dekoder, sehingga media yang menggunakan format kompresi OggVorbis dapat didekode dan diproses oleh perangkat ini sehingga hasilnya dapat dinikmati oleh pengguna.
5. Tinjauan Pustaka Algorithma kompresi audio OggVorbis dikembangkan oleh Xiph.org sebagai algorithma kompresi audio yang bebas lisensi dan royalti, sehingga pengguna
atau
pengembang
dapat
menekan
biaya
dan
melakukan
penghematan. OggVorbis merupakan salah satu bagian dari project multimedia yang dikembangkan oleh Xiph.org, dimana Ogg adalah merupakan suatu format container (pembungkus), dan Vorbis adalah algorithma
kompresi
audionya.
Selain
OggVorbis,
Xiph.org
juga
mengembangkan OggTheora, yang merupakan algorithma kompresi video. Vorbis adalah algorithma kompresi audio yang masih dalam taraf pengembangan. Versi stabil codec yang pertama baru dirilis pada tahun 2002 yang lalu, sedangkan standar spesifikasi yang pertama baru dirilis bulan April
3
2003. Namun demikian, kualitas kompresi yang dihasilkan tidak kalah dengan kualitas dari AACPlus yang merupakan bagian dari MPEG-4, dan bahkan lebih baik dari format kompresi audio MP3. Pada bit-rate yang rendah (48 – 64 Kbps) suara yang dihasilkan masih baik, dan hal tersebut juga akan menghasilkan ukuran file yang lebih kecil (hampir 1/20 kali ukuran ketika belum dikompresi – hampir 2 kali lebih kecil dibanding yang dihasilkan oleh MP3). Karena sifatnya yang Open Source (selain keunggulan lainnya yang telah disebut di atas), maka format kompresi ini juga banyak digunakan sebagai bahan penelitian, baik itu dari sisi pengembangan algorithma, software maupun hardwarenya. Telah ada beberapa tesis dan disertasi yang membahas tentang implementasi algorithma kompresi audio ini ke dalam perangkat keras (hardware), antara lain : 1. Pada bulan Juni 2002, Kosaka, dkk membuat dekoder OggVorbis yang akan diimplementasikan untuk peralatan portabel audio. Agar dapat melaksanakan dekoding secara real-time, selain digunakan procesor ARM7TDMI sebagai pengendalinya, maka dibuat pula rangkaian khusus yang menunjang proses dekoding, yaitu pada proses LSP (Line Spectrum Pair). Selain itu pada modul tersebut juga diimplementasikan fixed point arithmetic. 2. Pada bulan Juli 2002, Luiz Azuara dan Pattara Kiatisevi mengembangkan OggVorbis sebagai System-on-Chip (SoC) pada sistem embedded, dengan memanfaatkan sumber-sumber yang bersifat open source, termasuk penggunaan prosesor Leon 32-bit. Agar proses dekoding dapat berlangsung secara real-time, maka dibuat pula modul khusus sebagai penunjang prosesnya, yaitu dengan membuat modul MDCT-core. 3. Pada bulan Pebruari 2004, Erik Montnemery dan Johannes Sandvall mengembangkan dekoder OggVorbis pada sistem embedded yang memiliki resource yang terbatas. Implementasi dilakukan dengan memanfaatkan chip DSP 55xx keluaran TI. 4. Pada bulan Juli 2004, Jacob Bower mengembangkan enkoder audio Ogg Vorbis sebagai System-on-Chip. Sistem dibuat dengan memanfaatkan
4
prosesor Leon dan ditunjang dengan pembuatan hardware khusus yang diimplementasikan dengan fixed point arithmetic untuk mempercepat proses.
Penelitian ini akan menggunakan penelitian yang telah dilakukan diatas sebagai bahan perbandingan, dan rujukan sehingga dapat dihasilkan desain yang lebih baik.
6. Desain Arsitektur Dekoder Secara garis besar, desain arsitektur dekoder yang akan dibuat dapat digambarkan sebagai berikut
Internal Memory Processor SRAM/SDRAM B U S
Eksternal Memory Interface Flash Memory
Button Module Decoder
I/O Interface
Display Audio Codec
Sistem terdiri atas prosesor yang berfungsi sebagai pengendali utama, module decoder yang berfungsi sebagai modul utama pendekompresian data, internal memory sebagai tempat penampungan tabel data dekompresi (codebook), Eksternal memory interface, dan I/O interface yang berfungsi sebagai penghubung dengan peralatan eksternal. Pada penelitian ini, akan digunakan prosesor 32-bit (OR1200 – Openr RISC yang Open Source dari www.opencores.org). Sedangkan pada pembuatan modul dekodernya, akan digunakan blok-blok DSP, sehingga proses pendekodean data secara real-time dapat tercapai. Eksternal memory interface digunakan untuk menghubungkan prosesor dan module decoder
5
dengan memori eksternal (SRAM dan atau SDRAM), yang akan digunakan sebagai memori untuk melakukan proses dekoding dan penyimpanan datanya. I/O interface akan menghubungkan prosesor dengan peralatan input/output, diantaranya, audio codec yang digunakan untuk menghubungkan dengan speaker, dan merupakan alat keluaran yang utama. Untuk
mewujudkan
penelitian
tersebut,
maka
desain
akan
diimplementasikan pada FPGA board. Diharapkan dengan penggunaan peralatan tersebut, dapat diketahui hasil implementasi dari desain yang dibuat.
7. Metodologi Penelitian Penelitian akan dilakukan sesuai dengan langkah-langkah berikut: •
Studi literatur Studi literatur dilakukan dengan melakukan pencarian data di Internet, tentang algorithma kompresi audio OggVorbis, juga tentang penelitian dan pengembangan yang telah dilakukan. Selain itu juga dilakukan studi terhadap buku literatur tentang kompresi data multimedia dan algorithmaalgorithma pemrosesan sinyal.
•
Pembuatan Model Setelah dilakukan studi literatur, kemudian dilakukan pembuatan dan pengujian algorithma kompresi dengan menggunakan bahasa C. Kemudian dikembangkan dengan melakukan pembuatan model sistem dengan menggunakan SystemC. Hal ini dilakukan untuk menganalisa dan melakukan proses partitioning hardware/software terhadap sistem yang akan dibuat.
•
Pembuatan desain, desain hardware dengan bahasa HDL dan desain software dengan bahasa assembly. Setelah proses partitioning dilakukan, dan telah diketahui pembagian desain antara hardware dan software, maka dilakukan pembuatan desain hardware sistem dengan bahasa HDL. Sedangkan desain software dibuat dengan menggunakan bahasa assembly.
6
•
Pengujian sistem Pengujian dilakukan pada saat disain, dengan melakukan simulasi dengan tools yang ada (mis. ModelSIM). Pengujian akhir dilakukan setelah desain hardware dan software selesai dibuat, yaitu dengan mengimplementasikan desain ke dalam FPGA board.
•
Pengambilan kesimpulan Setelah pengujian telah selesai dilakukan, dan desain telah mencapai kriteria yang ditentukan, maka diambil suatu kesimpulan.
8. Relevansi dan Kontribusi Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat menjadi bahan referensi bagi para pengembang perangkat keras yang berusaha mengimplementasikan format audio kompresi OggVorbis ke dalam suatu perangkat dekoder audio. Selain itu dengan hasil penelitian yang dilakukan, juga dapat memberikan masukan untuk pengembangan algorithma audio kompresi ini menjadi lebih baik dan lebih dapat diimplementasikan ke dalam perangkat keras.
9. Rencana Kegiatan Penelitian Sept Okt Nop Des Jan Peb JADWAL KEGIATAN TESIS 2004 2004 2004 2005 2005 2005 No 1 Penyusunan dan presentasi proposal 2 Studi literatur 3 Pembuatan program pengujian algorithma 4 Pembuatan model dengan SystemC Pembuatan desain hardware dengan 5 bahasa HDL Pembuatan desain software dengan bahasa 6 assembly 7 Pengujian dan analisa fungsional sistem 8 Penulisan laporan tesis 9 Pemeriksaan laporan tesis 10 Penyempurnaan laporan tesis 11 Presentasi dan sidang tesis
7
Mar Apr Mei Juni Juli Sept JADWAL KEGIATAN TESIS 2005 2005 2005 2005 2005 2005 No 1 Penyusunan dan presentasi proposal 2 Studi literatur 3 Pembuatan program pengujian algorithma 4 Pembuatan model dengan SystemC Pembuatan desain hardware dengan 5 bahasa HDL Pembuatan desain software dengan bahasa 6 assembly 7 Pengujian dan analisa fungsional sistem 8 Penulisan laporan tesis 9 Pemeriksaan laporan tesis 10 Penyempurnaan laporan tesis 11 Presentasi dan sidang tesis
10. Daftar Pustaka 1. Azuara, Luis. Kiatisevi, Pattara, (2002), Design of an Audio Player as Systemon-Chip, University of Stuttgart, German 2. Bower, Jacob. (2004), A System-on-Chip for Audio Encoding, Imperial College London, English 3. Kosaka, Atsushi. Yamaguchi, Satoshi. Okuhata, Hiroyuki. (2002), A Hardware Implementation of Ogg Vorbis Audio Decoder with Embedded Processor, Osaka University, Japan. 4. Montnemery, Erik. Sandvall, Johannes. (2004), OggVorbis in embedded systems, Lunds Universitet, Hogskola.
8
