KOMPRESI FILE CITRA BITMAP MENGGUNAKAN ALGORITMA RLE DAN LZ78
Iwan Fitrianto Rahmad1, Helmi Kurniawan2 1,2
STMIK Potensi Utama, Jl. K.L Yos Sudarso Km.6,5 No.3-A Tanjung Mulia Medan Email : iwanfitrah@yahoo.com1 , helmikk@yahoo.com2
ABSTRACT
In the field of information technology, data communication is often done. Data commu-nication is closely related to the data transmission system using electronic transmission from one computer terminal to another computer terminal. The amount of data size is sometimes an obstacle in the process of sending data. Data with large size transfer will take longer than the data that has a smaller size, sometimes there is a risk can not be accommodated in the storage medium and not tersampaikannya, so it will minimize the empty capacity in the memory storage medium. Therefore, people are always trying to find a way alterntif to address the problems, one of them by way of compression. The study was conducted using LZ78 algorithm. Compression applications, it is pointed to an image file only.
Keywords: image compression, RLE and LZ78 algorithms, methods huffman
ABSTRAK
Dalam bidang teknologi informasi, komunikasi data sangat sering dilakukan. Komuni-kasi data ini berhubungan erat dengan pengiriman data menggunakan sistem transmisi elektronik dari satu terminal komputer ke terminal komputer yang lain. Besarnya ukuran data terkadang menjadi kendala dalam proses pengiriman data ini. Data dengan ukuran besar akan memakan waktu transfer yang lebih lama dibandingkan dengan data yang memiliki ukuran lebih kecil, terkadang ada resiko tidak dapat tertampung pada media penyimpanan dan tidak tersampaikannya, sehingga akan memperkecil kapasitas kosong dalam memori media penyimpanan. Oleh karena itu, manusia selalu berusaha untuk me-nemukan suatu cara alterntif untuk menangani permasalahan tersebut, salah satunya dengan cara kompresi. Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode algoritma LZ78. Aplikasi kompresi ini ditekankan untuk file gambar saja.
Kata kunci: kompresi citra, algoritma RLE dan LZ78, metode huffman
PENDAHULUAN
Kompresi sangatlah berguna karena dapat membantu mengurangi konsumsi sumber daya, seperti hard disk atau bandwith. Di lain pihak, data yang telah dikompresi harus didekompres agar bisa digunakan, dan proses ekstra ini memegang peran sangat penting untuk beberapa aplikasi. Dewasa ini, pengembangan algoritma kompresi yang baik sangatlah vital digunakan untuk me-menuhi kebutuhan kecepatan dan kekompakan suatu sistem. Suatu teknik yang Pada pengembangan algoritma kompresi, ada sebuah masalah umum yang ditemukan, yaitu suatu cara untuk men-ampung tabel yang berisi frekuensi kumulatif dari sekumpulan data. Ada beberapa teknik penge-lompokan data dan teknik penyimpanan data yang dapat digunakan untuk melakukan kompresi pada sebuah file. RLE Tree dan LZ78 merupakan dua teknik kompresi file yang dapat digunakan untuk melakukan kompresi pada sebuah citra digital dengan format bitmap.
Citra Digital
Citra digital dapat didefinisikan sebagai fungsi dua variabel, f(x,y), dimana x dan y adalah koordinat spasial dan nilai f(x,y) adalah intensitas citra pada koordinat tersebut, hal tersebut diilus-trasikan pada Gambar dibawah ini . Teknologi dasar untuk menciptakan dan menampilkan warna pa-da citra digital berpa-dasarkan papa-da penelitian bahwa sebuah warna merupakan kombinasi pa-dari tiga war-na dasar, yaitu merah, hijau, dan biru (Red, Green, Blue - RGB), sebagaimawar-na dapat dilihat pada Gambar.1
Gambar 1. Contoh Citra Digital
Sumber : Jain (2001 : 3)
RGB adalah suatu model warna yang terdiri dari merah, hijau, dan biru, digabungkan dalam membentuk suatu susunan warna yang luas. Setiap warna dasar, misalnya merah, dapat diberi ren-tang-nilai. Untuk monitor komputer, nilai rentangnya paling kecil = 0 dan paling besar = 255. Pilihan skala 256 ini didasarkan pada cara mengungkap 8 digit bilangan biner yang digunakan oleh mesin komputer. Dengan cara ini, akan diperoleh warna campuran sebanyak 256 x 256 x 256 = 1677726 jenis warna. Sebuah jenis warna, dapat dibayangkan sebagai sebuah vektor di ruang 3 dimensi yang biasanya dipakai dalam matematika, koordinatnya dinyatakan dalam bentuk tiga bilangan, yaitu kom-ponen-x, komponen-y dan komponen-z. Misalkan sebuah vektor dituliskan sebagai r = (x,y,z). Untuk warna, komponen-komponen tersebut digantikan oleh komponen R(ed), G(reen), B(lue). Jadi, sebuah jenis warna dapat dituliskan sebagai berikut: warna = RGB(30, 75, 255). Putih = RGB (255,255,255), sedangkan untuk hitam= RGB(0,0,0). Bentuk Representasi warna dari sebuah citra digitial dapat dilihat pada Gambar.2
Gambar 2. Representasi Warna RGB Pada Citra Digital
Sumber : Jain (2001 : 4)
Misal : terdapat Gambar berukuran 100 pixel x 100 pixel dengan color encoding 24 bits dengan R = 8 bits, G = 8 bits, B = 8 bits, maka color encoding akan mampu mewakili 0 ... 16.777.215 (mewakili 16 juta warna), dan ruang disk yang dibutuhkan = 100 x 100 x 3 byte (karena RGB) = 30.000 bytes = 30 KB atau 100 x 100 x 24 bits = 240.000 bits.
Kompresi Data
Kompresi berarti memampatkan/mengecilkan ukuran. Sedangkan kompresi data adalah pro-ses mengkodekan informasi menggunakan bit atau information-bearing unit yang lain yang lebih ren-dah daripada representasi data yang tidak terkodekan dengan suatu sistem enkoding tertentu. Contoh kompresi sederhana yang biasa dilakukan misalnya adalah menyingkat kata-kata yang sering diguna-kan tapi sudah memiliki konvensi umum, misalnya : kata “yang” dikompres menjadi kata “yg”. Pe-ngiriman data hasil kompresi dapat dilakukan jika pihak pengirim/yang melakukan kompresi dan pi-ak penerima memiliki aturan yang sama dalam hal kompresi data. Pihpi-ak pengirim harus menggunpi-akan algoritma kompresi data yang sudah baku dan pihak penerima juga menggunakan teknik dekompresi data yang sama dengan pengirim sehingga data yang diterima dapat dibaca/di-dekode kembali dengan benar. Kompresi data menjadi sangat penting karena memperkecil kebutuhan penyimpanan data, mempercepat pengiriman data, memperkecil kebutuhan bandwidth. Teknik kompresi bisa dilakukan terhadap data teks/biner, gambar (JPEG, PNG, TIFF), audio (MP3, AAC, RMA, WMA), dan video (MPEG, H261, H263).
Contoh kebutuhan data selama 1 detik pada layar resolusi 640 x 480 : 1. Data Teks
1 karakter = 2 bytes (termasuk karakter ASCII Extended) Setiap karakter ditampilkan dalam 8x8 pixels
Jumlah karakter yang dapat ditampilkan per halaman = 640 x 480 = 4800 karakter 8 x 8
Kebutuhan tempat penyimpanan per halaman = 4.800×2 byte = 9.600 byte = 9.375 Kbyte 2. Data Grafik Vektor
1 still image membutuhkan 500 baris. Setiap 1 baris direpresentasikan dalam posisi horisontal, vertikal, dan field atribut sebesar 8-bit
Sumbu Horizontal direpresentasikan dengan log2 640 = 10 bits Sumbu Vertical direpresentasikan dengan log2 480 = 9 bits Bits per line = 9 bits + 10 bits + 8 bits = 27 bits
Storage required per screen page = 500 × 27 = 1687,5 byte = 1,65 Kbyte 8
3. Color Display
Jenis : 256, 4.096, 16.384, 65.536, 16.777.216 warna Masing-masing warna pixel memakan tempat 1 byte
Misal 640 x 480 x 256 warna x 1 byte = 307.200 byte = 300 KByte
Kebutuhan tempat penyimpanan untuk media kontinyu untuk 1 detik playback:
1. Sinyal audio tidak terkompres dengan kualitas suara telepon dengan sample 8 kHz dan dikuantisasi 8 bit per sample, pada bandwidth 64 Kbits/s, membutuhkan storage:
2. Sinyal audio CD disample 44,1 kHz, dikuantisasi 16 bits per sample, Storage = 44,1 kHz x 16 bits = 705,6 x 103 bits = 88.200 bytes untuk menyimpan 1 detik playback.
3. Kebutuhan sistem PAL standar 625 baris dan 25 frame/detik
3 bytes/pixel (luminance, red chrom, blue chrom) Luminance Y menggunakan sample rate 13,5 MHz
Chrominance (R-Y dan B-Y) menggunakan sample rate 6.75 MHz Jika menggunakan 8 bit/sample, maka:
Kriteria dan Klasifikasi Teknik Kompresi Data
Adapun kriteria utama dari sebuah sistem yang bisa digunakan untuk kompresi data adalah sebagai berikut :
Kualitas data hasil enkoding harus bisa membuat ukuran file lebih kecil dari file sumber, serta data tidak rusak untuk kompresi lossy. Kecepatan, ratio, dan efisiensi proses kompresi dan dekompresi. Ketepatan proses dekompresi data harus bisa membuat data hasil dekompresi tetap sama dengan data sebelum dikompres (kompresi loseless) Sedangkan klasifikasi teknik kompresi data adalah sebagai berikut :
1. Entropy Encoding
Teknik kompresi ini memiliki ciri-ciri sebagai berikut : a. Bersifat loseless
b. Tekniknya tidak berdasarkan media dengan spesifikasi dan karakteristik tertentu namun berdasarkan urutan data.
c. Statistical encoding, tidak memperhatikan semantik data.
d. Misalnya : Run-length coding, Huffman coding, Arithmetic coding 2. Source Coding
Teknik kompresi ini memiliki ciri-ciri sebagai berikut : a. Bersifat lossy
b. Berkaitan dengan data semantik (arti data) dan media.
c. Misalnya : Prediction (DPCM, DM), Transformation (FFT, DCT), Layered Coding (Bit position, subsampling, sub-band coding), Vector Quantization.
3. Hybrid Coding
Teknik kompresi ini memiliki ciri-ciri sebagai berikut : a. Gabungan antara lossy + loseless
b. Misalnya JPEG, MPEG, H.261, DVI Analisa
Kompresi file dengan metode RLE dan LZ78 ini, yang menjadi permasalahan adalah bagai-mana melakukan kompresi pada sebuah file citra digital dengan format BMP dengan metode RLE dan LZ78 serta melihat perbandingan hasil kompresinya. Untuk itu, terlebih dahulu dilakukan analis ter-hadap cara kerja metode RLE dan LZ78 dalam melakukan kompresi pada sebuah file. Adapun hasil analisa yang peroleh adalah sebagai berikut :
1. Cara Kerja Kompresi RLE
Berdasarkan hasil analisa yang diperoleh, cara kerja kompresi dari metode RLE adalah dengan cara menjumlahkan pengulangan byte / karakter yang sama berturut-turut dan menampilkan hanya sebuah karakter yang mengalami pengulangan disertai dengan nilai jumlah pengulangan byte / kara-kter, sedangkan untuk byte / karakter yang tidak terjadi pengulangan maka karakter tersebut tidak akan dikompresi. Misalnya, pada kata ”aaab” yang terjadi pengulangan byte / karakter ’a’ sebanyak 3 kali dan byte / karakter ’b’ tidak mengalami perulangan sehingga kata tersebut akan dikompresi men-jadi ”a3b”.
2. Cara Kerja Kompresi LZ 78
Kompresi LZ78 (Lempel Ziv 78), bekerja dengan cara mengganti frase dengan codeword dengan data pada dictionary kompresi yang telah disediakan. Secara umum, cara kerja metode ini adalah sebagai berikut :
a) Inisialisasi dictionary dengan semuablok dengan panjang 1, b) Cari blok terpanjang W yang mun-cul dalam dictionary, c) Kodekan W dengan indeksnya dalam dictionary, d) Tambahkan W yang di-ikuti dengan simbol pertamadari blok berikutnya ke dalam dictionary, e) Kembali ke langkah 2.
Analisa Strategi
Adapun langkah-langkah yang lakukan dalam menyelesaikan masalah kompresi file dengan menggunakan algoritma RLE dan LZ78 ini terdiri dari beberapa tahapan sebagai berikut :
1. Mengumpulkan teori dan contoh-contoh kasus
Dalam tahapan ini, mengumpulkan teori-teori yang berhubungan dengan masalah kompresi file dengan menggunakan algoritma RLE dan LZ78. Teori-teori ini kumpulkan dari beberapa sumber seperti buku-buku di perpustakaan, artikel-artikel di internet serta referensi dari tugas akhir maha-siswa lain yang berhubungan dengan masalah yang dihadapi. Selain mengumpulkan teori-teori, juga mengumpulkan contoh-contoh kasus dalam bentuk jurnal penelitan sebagai referensi dalam memecah-kan masalah kompresi file dengan menggunamemecah-kan algoritma RLE dan LZ78.
2. Merancang program
Setelah teori-teori dan contoh-contoh kasus penunjang rasakan cukup, langkah selanjutnya melakukan perancangan terhadap program. Program rancang untuk dapat melakukan kompresi sebuah file citra yang diinputkan user dengan menggunakan algoritma RLE dan LZ78.
Langkah pertama dalam perancangan program ini adalah merancang proses kerja sistem. Proses kerja sistem rancang menggunakan sebuah bagan alir (flowchart) yang menjelaskan secara rinci proses-proses yang akan dilakukan program dalam melakukan komroesi sebuah file dengan menggunakan algoritma RLE dan LZ78. Langkah berikutnya adalah merancang bentuk tampilan program. Bentuk tampilan program yang rancang adalah sebuah form dengan tombol-tombol yang dapat digunakan
user untuk berinteraksi dengan program yang dirancang. Dalam langkah ini juga merancang
algorit-ma pemrograalgorit-man yang akan gunakan dalam implementasi rancangan program dalam bahasa pemrograman yang digunakan.
3. Mengimplementasikan rancangan program.
Bahasa pemrograman yang dipilih dalam implementasi rancangan program adalah Microsoft
Visual Basic 6.0. Pada tahapan ini, mengimplementasikan rancangan tampilan program serta
melaku-kan Kompresi sesuai dengan bahasa pemrograman yang digunamelaku-kan. Tahapan implementasi program yang lakukan adalah membuat tampilan form, membuat module-module yang dibutuhkan serta mem-buat sintax-sintax terhadap tombol-tombol dan menu-menu pada form, dan melakukan pengujian program. Pada tahapan akhir ini, melakukan serangkaian pengujian terhadap program yang dihasil-kan. Pengujian-pengujian ini dilakukan untuk mencari kesalahan-kesalahan (error) pada program dan melakukan perbaikan-perbaikan yang dibutuhkan. Adapun skema metode penyelesaian masalah yang di lakukan dapat dilihat pada Gambar.3 berikut :
Gambar 3. Metode Penyelesaian Masalah
Rancangan Sistem
Setelah melakukan analisa terhadap sistem perangkat lunak yang akan dirancang, selanjutnya dilakukan perancangan terhadap perangkat lunak tersebut. Adapun tahapan perancangan yang dilaku-kan meliputi perancangan proses, perancangan antarmuka program serta perancangan algoritma.
Start
Mengumpulkan teori dan contoh kasus
Merancang program Mengimplementasikan rancangan program Melakukan pengujian program End
Perancangan Proses
Berdasarkan hasil analisa masalah yang dilakukan sebelumnya, merancang proses kerja per-angkat lunak Kompresi File dengan metode RLE dan LZ78. Adapun bentuk rancangan proses kerja perangkat lunak ini seperti terlihat pada Gambar.
Gambar 4. Flowchart Program
Perancangan Algoritma Program
Untuk memudahkan proses penulisan coding dalam bahasa pemrograman yang digunakan, penulis merancang algoritma program yang akan digunakan sebagai bahan acuan. Bentuk rancangan algoritma program dari perangkat lunak Kompresi File dengan metode RLE dan LZ78 adalah sebagai berikut :
Start
Tampilkan Form Utama Input file citra digital
Start Input File Citra Digital Tampilan Form Utama Y RLE N Kompresi N RLE N Keluar End Input Pilihan Proses Pilih Metode Kompresi LZ78 Kompres Dengan RLE Baca Dictionary LZ78 Kompres Dengan LZ78 Simpan Hasil Kompresi Y Y
Dekompresi Pilih Metode Dekompresi LZ78 Dekompres Dengan RLE Dekompres Dengan LZ78 Simpan Hasil Dekompresi N N Y Y N N Y
Input Mode Proses If Mode = Kompresi Then
Input metode kompresi If metode = RLE Then
Kompresi file citra dengan metode RLE Else
Kompresi file citra dengan metode LZ78 End If
Input lokasi penyimpanan hasil kompresi Simpan hasil kompresi pada lokasi tujuan Tampilkan hasil kompresi
Else If Mode = Dekompresi Then Input metode dekompresi If metode = LZ78 Then
Dekompres file citra dengan metode RLE Else
Dekompres file citra dengan metode LZ78 End If
Input lokasi penyimpanan hasil dekompresi Simpan hasil dekompresi pada lokasi tujuan Tampilkan hasil dekompresi
End If End
Tampilan Hasil
Hasil dari implementasi perangkat lunak yang penulis rancang adalah sebagai berikut : 1. Tampilan Form Utama
Tampilan Form Utama merupakan form yang ditampilkan pertama kali pada saat perangkat lunak dijalankan. Form Utama ini berisi tampilan menu untuk menerima inputan mode proses dan metode kompresi serta melakukan proses kerja dari kompresi file. Adapun tampilan Form Utama seperti ditunjukkan pada Gambar.5
Gambar 5. Tampilan Form Utama
2. Tampilan Form Struktur
Tampilan Form Struktur merupakan tampilan yang muncul jika user menekan tombol Struktur File Sumber atau tombol Struktur File Target pada form Utama. Adapun tampilan form Struktur seperti ditunjukkan pada Gambar.6
Gambar 6. Form Struktur
3. Tampilan Form Dictionary
Tampilan Form Dictionary merupakan tampilan yang muncul jika user melakukan kompresi menggunakan metode LZ78. Pengguna dapat memilih ukuran file dictionary yang diinginkan dengan memilih ukuran dari pilihan yang tersedia. Adapun tampilan form Dictionary seperti ditunjukkan pada Gambar.7
Gambar 7. Form Dictionary
Hasil Pengujian Sistem
Setelah mendapatkan hasil tampilan perangkat lunak, tahap selanjutnya penulis melakukan pengujian terhadap sistem tersebut. Adapun metode pengujian sistem yang penulis lakukan adalah metode statis (static technique) dimana pengujian dibagi dalam beberapa tahapan.
1. Menetapkan Parameter Pengujian
Adapun paramaeter pengujian yang penulis gunakan dalam pengujian sistem ini adalah sebagai berikut :
a. Kestabilan Sistem
Parameter ini digunakan untuk menguji apakah sistem masih mengalami error pada saat dieksekusi atau pada saat melakukan penghapusan file dalam daftar file yang akan dihapus. b. Ketepatan Hasil
Parameter ini digunakan untuk menguji apakah sistem telah dapat bekerja seperti apa yang diharapkan dalam perancangan.
2. Menyiapkan Perangkat Pengujian
Dalam tahap ini, penulis menyiapkan sebuah file citra digital dengan nama file sunset2.BMP. Citra digital ini mempunyai dimensi 800 X 600 dengan format BMP dan mempunyai ukuran sebesar 1,37 MB. Adapun tampilan dari citra digital yang dijadikan perangkat pengujian ini penulis ambil menggunakan aplikasi Microsoft Paint seperti terlihat pada Gambar.8
Gambar 8. Citra Digital Pengujian
3. Melakukan Pembacaan Struktu File Citra
Dalam tahap ini, penulis melakukan pengujian terhadap kemampuan sistem dalam membaca struktur is file dari citra digital pengujian. Pengujian ini dilakukan untuk memperoloeh informasi dari nilai binary file citra yang diinputkan.Adapun hasil pengujian sistem ini seperti terlihat pada Gambar.9
Gambar 9. Pengujian Pembacaan Stuktur File
Dari pengujian yang dilakukan, sistem terlihat stabil pada saat melakukan load terhadap citra digital yang disiapkan. Tidak ada pesan error yang muncul, sehingga penulis menarik kesimpulan bahwa sistem telah stabil dalam melakukan proses load terhadap sebuah citra digital.
4. Melakukan Pengujian Kompresi Dengan Metode RLE
Dalam tahap ini, penulis melakukan pengujian terhadap kemampuan sistem dalam melakukan kompresi pada file citra digital menggunakan metode RLE serta mengamati hasil kompresi yang dihasilkan. Adapun bentuk tampilan dari pengujian ini seperti terlihat pada Gambar.10
Gambar 10. Hasil Pengujian Kompresi File Dengan Metode RLE
Hasil dari pengujian kompresi dengan metode RLE ini kemudian penulis simpan dengan nama file TesRLE.HMF.
5. Melakukan Pengujian Kompresi Dengan Metode LZ78
Dalam tahap ini, penulis melakukan pengujian terhadap kemampuan sistem dalam melakukan kompresi pada file citra digital menggunakan metode LZ78 serta mengamati hasil kompresi yang dihasilkan. Adapun bentuk tampilan dari pengujian ini seperti terlihat pada Gambar.11
Gambar 11. Hasil Pengujian Kompresi File Dengan Metode LZ78
Hasil dari pengujian kompresi dengan metode LZ78 ini kemudian penulis simpan dengan nama file TesLZ78.HMF
6. Melakukan Pengujian Dekompresi Dengan Metode RLE
Dalam tahap ini, penulis melakukan pengujian terhadap kemampuan sistem dalam melakukan dekompresi pada file citra digital menggunakan metode RLE serta mengamati hasil kompresi yang dihasilkan. Adapun bentuk tampilan dari pengujian ini seperti terlihat pada Gambar.12
Gambar 12. Hasil Pengujian Dekompresi File Dengan Metode RLE
Hasil dari pengujian kompresi dengan metode RLE ini kemudian penulis simpan dengan nama file HasilRLE.BMP.
7. Melakukan Pengujian Dekompresi Dengan Metode LZ78
Dalam tahap ini, penulis melakukan pengujian terhadap kemampuan sistem dalam melakukan dekompresi pada file citra digital menggunakan metode LZ78 serta mengamati hasil kompresi yang dihasilkan. Adapun bentuk tampilan dari pengujian ini seperti terlihat pada Gambar.13
Gambar 13. Hasil Pengujian Dekompresi File Dengan Metode LZ78
Hasil dari pengujian kompresi dengan metode LZ78 ini kemudian penulis simpan dengan nama file HasilLZ78.BMP
SIMPULAN
Berdasarkan hasil perancangan dan implementasi terhadap perangkat lunak kompresi file dengan metode RLE dan LZ78 mengambil kesimpulan sebagai berikut :
(1).Untuk melakukan kompresi terhadap sebuah file, dapat dilakukan dengan menyederhanakan isi file yang memiliki karakteristik sama, sehingga dalam proses penyimpanan, ukuran file dapat diper-kecil. (2) Metode RLE dapat melakukan kompresi terhadap file citra dengan kecepatan yang lebih ce-pat daripada metode LZ78. (3) Metode LZ78 dace-pat menghasilkan kompresi dengan ukuran yang lebih kecil daripada metode RLE. (4) Semakin banyak isi file yang memiliki karakteristik yang sama, sebu-ah file dapat dikompres dengan ukuran hingga 50% dari ukuran aslinya.
DAFTAR RUJUKAN
Al Bahra Nin Ladjamuddin, 2006, Rekayasa Perangkat Lunak, Penerbit Graha Ilmu, Yogyakarta. Compression Team, 2002, The LZW Algorithm, Data Compression Reference Center
Halverson, M., 2000, Microsoft Visual Basic 6.0 Profesional, Cetakan I, Penerbit PT. Elex Media Komputindo, Jakarta.
Linawati Dan Henry P. Panggabean,2004, Perbandingan Kinerja Algoritma Kompresi Huffman, LZW, dan DMC Pada Berbagai Tipe File, Jurnal INTEGRAL, Vol. 9 No. 1
Witten, I.H, et al., 1994, Managing Gigabytes, Van Nostrand Reinhold, New York.
Ziviani, N., de Moura, E. S., 2000, Compression: A Key for Next Generation Text Retrieval System, Department of Computer Science Univ. Federal de Minas Gerais, Brazil.
