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 W- LAN 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
(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)
Sequence
Format Video
Format YUV
Jenis Profile
H.264
PSNR Rata-rata
PSNR Rata-rata
PSNR Rata-rata
(Source Video) Y (dB) U (dB) V (dB)
Kids CIF 4:2:0 High 4:4:4
Intra
40.969 41.952 41.232
Kids QCIF 4:2:0 39.654 40.394 39.624
Kids CIF 4:2:0
Main
40.869 42.699 44.056
Kids QCIF 4:2:0 39.522 41.268 42.036
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 :
Tabel 4.2 Nilai PSNR rata-rata Video Input Skenario 2 Nilai PSNR Rata-rata Encoded Video (Hasil Encoding)
Sequence
Format Video
Format YUV
Jenis Profile
H.264
PSNR Rata-rata
PSNR Rata-rata
PSNR Rata-rata
(Source Video) Y (dB) U (dB) V (dB)
Kids CIF 4:4:4
High 4:4:4 Intra
40.975 45.2 46.641
Kids QCIF 4:4:4 39.654 44.313 45.121
Room HD 4:4:4 44.944 46.617 46.352
Kids CIF 4:2:0
Main
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
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.
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)
Sequence
Format Video
Format YUV
Jenis Profile
PSNR Rata- rata
PSNR Rata- rata
PSNR Rata- rata (Source
Video) Y (dB) U (dB) V (dB)
Kids CIF 4:02:00 High 4:4:4 Intra
40.82 41.92 41.31
Kids QCIF 4:02:00 39.52 40.41 39.7
Kids CIF 4:02:00
Main
40.87 42.7 44.06
Kids QCIF 4:02:00 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)
Sequence
Format Video
Format YUV Jenis Profile
PSNR Rata-rata
PSNR Rata-rata
PSNR Rata-rata
(Source Video) Y (dB) U (dB) V (dB)
Kids CIF 4:4:4
High 4:4:4 Intra
37.44 42.85 44.04
Kids QCIF 4:4:4 36.94 42.57 43.24
Room HD 4:4:4 44.81 46.14 45.45
Kids CIF 4:2:0
Main
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
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.
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
Sequence
Format Video
Format YUV
Jenis Profile
H.264
PSNR Rata-rata
PSNR Rata-rata
PSNR Rata-rata
(Source Video) Y (dB) U (dB) V (dB)
Kids CIF 4:2:0 High 4:4:4
Intra
0.9739 0.9809 0.9791
Kids QCIF 4:2:0 0.9775 0.9844 0.9813
Kids CIF 4:2:0
Main
0.9734 0.974 0.9773
Kids QCIF 4:2:0 0.9768 0.9737 0.9671
Tabel 4.6 Nilai SSIM rata-rata Skenario 2 Nilai PSNR Rata-rata SSIM
Sequence
Format Video
Format YUV Jenis Profile
PSNR Rata-rata
PSNR Rata-rata
PSNR Rata-rata
(Source Video) Y (dB) U (dB) V (dB)
Kids CIF 4:4:4
High 4:4:4 Intra
0.9739 0.9838 0.9858
Kids QCIF 4:4:4 0.9778 0.9855 0.9838
Room HD 4:4:4 0.99 0.9905 0.9898
Kids CIF 4:2:0
Main
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
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 Jenis Profile
H.264
Bitrate I Bitrate P Bitrate B Bitrate (Source
Video) (kbit/s) (kbit/s) (kbit/s) (kbit/s) Kids CIF 4:02:00 High
4:4:4 Intra
226.667 117.597 54.266 398.55
Kids QCIF 4:02:00 98.24 35.811 14.846 148.918
Kids CIF 4:02:00
Main
106.25 43.057 14.194 163.51
Kids QCIF 4:02:00 45.305 12.174 3.699 61.188
Tabel 4.8 Nilai Bit rate High 4:4:4 Intra dan Main Profile Skenario 2
Sequence
Format Video
Format
YUV Jenis Profile H.264
Bitrate I Bitrate P Bitrate B Bitrate (Source
Video) (kbit/s) (kbit/s) (kbit/s) (kbit/s)
Kids CIF 4:4:4
High 4:4:4 Intra
155.088 50.146 16.798 222.062
Kids QCIF 4:4:4 66.096 15.36 5.561 87.048
Room HD 4:4:4 780.6 1334.47 1322.83 3438.02
Kids CIF 4:2:0
Main
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
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.
Tabel 4.9 Nilai Rasio Kompresi Skenario 1
Sequence
Format Video
Format YUV Jenis Profile
H.264
Ukuran File Ukuran File
Rasio Kompresi (Source
Video)
Inputan (KB)
Keluaran (KB) Kids CIF 4:2:0 High 4:4:4
Intra
44550 253 176.086957
Kids QCIF 4:2:0 11138 101 110.277228
Kids CIF 4:2:0
Main
44550 206 216.262136
Kids QCIF 4:2:0 11138 81 137.506173
Tabel 4.10 Nilai Rasio Kompresi Skenario 2
Sequence
Format Video
Format YUV Jenis Profile
H.264
Ukuran File Ukuran File
Rasio Kompresi (Source
Video)
Inputan (KB)
Keluaran (KB)
Kids CIF 4:4:4
High 4:4:4 Intra
29700 97 306.18557
Kids QCIF 4:4:4 7425 42 176.78571
Room HD 4:4:4 81000 422 191.943128
Kids CIF 4:2:0
Main
14850 80 185.625
Kids QCIF 4:2:0 3713 32 116.03125
Room HD 4:2:0 44550 303 147.029703
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
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
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”),
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.
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.
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
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.
