College Notes for Today

Digital Rights Management of Multimedia

Digital rights management (DRM) adalah sebuah teknologi pengontrol akses yang melindungi dan memaksakan hak yang berhubungan dengan penggunaan konten digital, seperti data multimedia. Fungsi penting dari DRM adalah untuk mencegah akses tidak sah dan pembuatan salinan tidak sah dari suatu konten digital dan juga untuk menyediakan mekanisme dimana salinan dapat dideteksi dan dilacak. Sistem DRM yang efektif harus memiliki kebutuhan seperti berikut :

1. Sistem DRM harus mengemas konten agar dapat dilindungi dengan cara yang aman

2. Sistem DRM harus memperoleh kondisi akses (lisensi) yang telah dispesifikasikan oleh pemilik konten yang terlindungi.

3. Sistem DRM harus menentukan apakah kondisi akses sudah terpenuhi.

4. Sistem DRM harus tamper-proof untuk mencegah atau menghalangi percobaan untuk memodifikasi atau rekayasa ulang protokol keamanan  yang digunakan oleh sistem DRM.

Kondisi akses (lisensi) untuk DRM memiliki tiga komponen penting, yaitu :

1. Rights expression language (REL) atau protokol bagi pemilik konten untuk mengungkapkan kondisi akses / aturan akses secara fleksibel.

2. Mekanisme untuk mengasosiasikan atau mengikat kondisi akses ke konten. Biasanya menggunakan metada atau watermarks. Metadata adalah informasi yang disimpan bersama (tapi secara terpisah) konten. Sedangkan watermarks menempel pada konten.

3. Keamanan, untuk mencegah pengguna menghindari DRM dengan memodifikasi kondisi akses.

Arsitektur DRM secara umum

Gambar 1 Arsitektur DRM

Arsitektur DRM secara umum terdiri dari tiga modul, yaitu klien, server lisensi, dan server konten. Pengguna menggunakan perangkat klien untuk mengambil konten, baik dengan cara mengunduh atau live streaming dari server konten, kemudian melakukan permintaan aksi (missal play, view, dll.) untuk dilakukan pada konten. Pengontrol DRM pada perangkat klien mulai mengumpulkan informasi seperti ID konten, ID pengguna, dll. Ketika informasi yang dibutuhkan sudah dikumpulkan, pengontrol DRM menghubungi generator lisensi pada server lisensi. Generator lisensi melakukan validasi pada ID konten dan ID pengguna terusan, dan meminta hak-hak yang diminta dari perangkat klien untuk diberikan pada konten yang diunduh atau konten yang diambil secara streaming. Informasi yang diteruskan dari klien ke server DRM membutuhkan transaksi yang aman sehingga dibutuhkan enkripsi public key. Generator lisensi mengekstrak data enkripsi dari repository kunci yang berhubungan dengan konten, kemudian membuat dan mengirim lisensi ke perangkat klien. Pengontrol DRM pada sisi klien akan mengekstrak data enkripsi dari lisensi yang diterima untuk mendekripsi konten.

- Server konten DRM

Server konten adalah sistem komputer yang menyediakan konten atau media untuk perangkat yang terhubung ke sistem komunikasi. Fungsi utama server konten adalah untuk menerima dan memroses permintaan konten media, mengatur koneksi ke perangkat yang melakukan permintaan, dan mengatur transfer media ketika sesi komunikasi. Server konten terdiri dari :

a. Repositori konten, yang terdiri dari server file, content management system (cms), dan sistem digital asset management (DAM)

b. Informasi produk, yang berisi hak-hak digital dan metadata produk yang berhubungan dengan asset digital.

c. Pembungkus DRM bertugas untuk menggabungkan konten multimedia dan metadata dan mengenkripsi konten multimedia dengan kunci yang disediakan oleh server lisensi.

- Server lisensi DRM

Server lisensi adalah sistem yang mengatur daftar pemegang lisensi dan izin-izin untuk mengakses konten. Fungsi utama server lisensi adalah untuk memastikan atau menyediakan kode atau informasi yang dibutuhkan untuk pengguna atau sistem dengan kemampuan untuk melakukan akses tertentu pada konten yang terlisensi.

- Klien DRM

Klien DRM adalah perangkat keras atau perangkat lunak yang terkonfigurasi untuk menerima paket konten dari server konten dan meminta lisensi DRM dari server lisensi melalui jaringan.

Enkripsi

Proses enkripsi dilakukan menggunakan algoritma kriptografi yang mengacak data rahasia menjadi bentuk yang tidak dapat dipahami sehingga data tersebut aman dari yang tidak berhak dan dapat menjamin kemanan tingkat tinggi. Ada dua tipe utama enkripsi, yaitu enkripsi simetri (secret key cryptography. SKC) dan enkripsi asimetri (public key cryptography, PKC). Pada SKC, kunci yang digunakan untuk mengacak pesan dan menyusun kembali pesan adalah sama. Pada PKC, ada dua kunci yang berbeda yaitu public key dan secret key. Satu kunci digunakan untuk enkripsi dan kunci yang lain digunakan untuk dekripsi.

Digital watermarking

Digital watermarking adalah penambahan yang tidak terlihat atau penempelan informasi pada data multimedia. Teknik ini tidak membutuhkan dekripsi untuk memutar kembali konten digital. Sebuah watermark dapat berupa kumpulan karakter, angka, gamar, suara, bergantung pada aplikasinya di konten digital.

Digital watermarking dapat digunakan pada beberapa aplikasi, antara lain :

- Identifikasi kepemilikan secara legal

- Pembatasan penggunaan

- Fingerprint atau tracking konten

- Pemeriksaan keaslian

Tiga komponen utama dari digital watermark yatu :

- Watermark embedding

Pada watermark embedding, watermark dibuat dan ditambahkan ke konten digital original untuk menghasilkan konten yang memiliki watermark. Ada dua kelopok utama dalam teknologi penempelan watermark, yaitu coefficient-based dan system-based.

- Watermark attack

Sebuah attack adalah proses yang disengaja atau tidak mungkin dapat menghapus watermark yang sudah ditempelkan. Ada empat kelompok attack yang dapat diidentifikasi yaitu removal attack, geometrical attacks, cryptographic attacks, dan protocol attacks.

- Watermark detection

Watermark detector digunakan untuk menentukan apakah ada sebuah watermark pada data.

MPEG-21

Digital Item Declaration

Digital item (DI) dapat didefinisikan sebagai objek digital terstruktur dengan representasi, identifikasi, dan metadata standar. DI terdiri dari resource, metadata, dan struktur. Sistem Digital Item Declaration (DID) membagi representasi DI menjadi tiga bagian unik, yaitu model, represemtasi, dan skema.

Identifikasi digital item (DI)

Digital item identification (DII) bagian dari MPEG-21 mengintegrasikan skema identifikasi yang sudah ada untuk berbagai ruang aplikasi ke dalam bingkai kerja MPEG-21. DI dan bagiannya dalam framework multimedia MPEG-21 diidentifikasi dengan melakukan enkapsulasi pada uniform resource identifiers (URIs). DII memiliki dua elemen XML yaitu identifiers dan relatedidentifiers. Identifier mengandung URI yang mengidentifikasi DI, penampung, komponen, atau fragmen. Sedangkan relateidentifier membawa identifier yang berhubungan dengan DI. Identifiers yang tercakup dalam spesifikasi DII dapat diasosiasikan dengan DI dengan mengikutsertakan mereka ke tempat spesifik dalam elemen statement dari deklarasi DI.

Gambar 2 Contoh album musik dimana identifier DII diikutkan dalam elemen statemen dari DID

Elemen DII harus memiliki URIs yang sah. MPEG sudah membuat mekanisme pendaftaran otoritas yang mengijinkan identifiers yang digunakan pada framework MPEG-2 dapat dikenali. Sehingga identifiers dapat diekspresikan dalam bentuk urn:mpegRA:mpeg21:dii:sss:nnn dimana string sss menandakan identifier untuk sistem identifikasi dan nnn menandakan identifier unik dalam sistem identifikasi.

Intellectual property management and protection (IPMP)

Rights expression language adalah bahasa terjemahan mesin yg digunakan untuk menyediakan mekanisme yang bekerja secara fleksibel untuk mendukung kegunaan sumber daya digital dalam penerbitan, distribusi, dan konsumsi buku elektronik dan juga dalam penyiaran, film digital, music digital, permainan interaktif, perangkat lunak computer dan ciptaan lain dalam bentuk digital yang dapat melindungi konten dan menghargai hak cipta, kondisi, dan biaya yang dispesifikasikan untuk konten digital.

Rights data dictionary (RDD) adalah kamus istilah kunci yang dibutuhkan untuk mendeskripsikan hak bagi siapapun yang mengatur DI, termasuk intellectual property rights dan hak akses yang diberikan, yang dapat dinyatakan menggunakan konversi standar sintaksis dan dapat diaplikasikan di seluruh domain dimana hak akses butuh untuk diekspresikan.

MPEG-21 rights expression language

MPEG-21 REL adalah bahasa deklaratif berbasis XML yang dapat digunakan untuk menentukan hak dan kondisi untuk distribusi dan penggunaan konten, sumber daya, atau servis. Tujuan REL antara lain :

1. Untuk mendefinisikan sintaksis dan semantik dari bahasa terjemahan mesin yang dapat digunakan untuk menentukan hak secara tidak ambigu.

2. Menyediakan model otorisasi  untuk menentukan apakah sebuah otorisasi atau permintaan kontrol akses dapat diijinkan berdasarkan sekumpulan ekspresi hak.

3. Untuk mendukung banyak model pemakaian dalam rantai nilai distribusi end-to-end.

Gambar 3 REL Data model

Sebuah lisensi mengandung grants, issuers, dan informasi lainnya. Secara konsep, lisensi adalah kumpulan grant yang diterbitkan oleh satu atau lebih issuers. Issuer adalah elemen dalam lisensi yang mengidentifikasi sebuah principal yang menerbitkan lisensi. Grant adalah elemen dalam lisensi yang memberi principal hak terhadap sebuah sumber daya. Hak/right adalah aksi yang diberikan kepada principal terhadap sumber daya digital di bawah beberapa kondisi. Resource/ sumber daya adalah objek yang dapat berupa benda digital (ebook, audio, video, image), servis, dan lain-lain. Sebuah kondisi menentukan syarat, kondisi, dan kewajiban dimana hak dapat dilakukan.

MPEG-21 Rights Data Dictionary (RDD)

MPEG-21 RDD sekarang memiliki lebih dari 2000 istilah. Istilah-istilah tersebut diambil dari kata kerja, dengan istilah pertama adalah ‘act’ dan disusun menjadi famili berdasarkan kegunaannya dalam konteks. Beberapa aksi umum yang mungkin digunakan pengguna adalah :

Digital Item Adaptation (DIA)

Akibat sering berkembangnya keragaman format media, terminal, dan jaringan, akses media secara universal semakin susah dicapai. Adaptasi secara efisien dibutuhkan dalam rute pengiriman dan metadata dapat memberikan efisiensi tersebut. MPEG-21 Digital Item Adaptation diajukan untuk mencapai akses yang dapat bertukar informasi secara transparan pada distribusi konten multimedia dengan melindungi pengguna dari permasalahan instalasi terminal dan jaringan, manajemen, dan implementasi. Kebutuhan dari MPEG-21 DIA antara lain :

1. Lingkungan penggunaan yaitu terminal, jaringan, pengiriman, pengguna, dan kemampuan lingkungan alami.

2. Kemampuan terminal yang meliputi properti penerimaan, tipe perangkat, profil, properti keluaran, properti perangkat keras, properti perangkat lunak, properti sistem, dan kemampuan yang berhubungan dengan IPMP.

3. Kemampuan jaringan yang meliputi karakteristik delay, karakteristik kesalahan, dan karakteristik bandwidth. 

4. Kemampuan pengiriman yang meliputi tipe protokol transport yang didukung dan tipe koneksi yang didukung.

5. Karakteristik pengguna yang mencakupi pilihan pengguna dan informasi demografik.

6. Karakteristik lingkungan alam yang meliputi lokasi, tipe lokasi, akses jaringan yang tersedia pada area, kecepatan pengguna atau terminal, dan properti penerangan yang mempengaruhi pengguna atau terminal.

7. Kemampuan servis yang mencakupi peran pengguna dan tipe servis.

8. Interaksi dan hubungan antar pengguna yang meliputi hubungan antar bermacam dimensi dari deskripsi lingkungan penggunaan.

Wireless Broadband and Quality of Service

Teknologi nirkabel menjelaskan komunikasi dimana gelombang elektromagnetik membawa sinyal tanpa menggunakan kabel. 

Evolusi teknologi 3G

Sistem mobile phone third generation (3G) menggabungkan akses mobile kecepatan tinggi dengan servis berbasi internet protocol (IP). Generasi pertama servis mobile adalah advanced mobile phone service (AMPS) dan dibuat berdasarkan teknologi frequency-division multiple access (FDMA). Pada tahun 1990, servis mobile diperbaiki menjadi teknologi mobile digital atau yang biasa disebut generasi kedua (2G). Pada jaringan mobile phone ini, semua mobile phone portable menerima atau melakukan telepon melalui base station (transmitting tower).

Gambar 1 Servis 3G dibagi menjadi sel-sel dengan ukuran berbeda

Wideband CDMA-based 3G

Sistem nirkabel 3G yang berevolusi dari GSM disebut sebagai Wideband CDMA (WCDMA) dan juga disebut sebagai universal mobile telecommunication system (UTS) di pasar eropa. Untuk berevolusi dari sistem GSM dasar ke sistem 3G, General Packet Radio Service (GPRS) diciptakan sebagai langkah pertama menuju servis yang lebih mutakhir dibandingkan short message service (SMS). Upaya lain untuk memajukan GSM menuju 3G adalah dengan meningkatkan data rate untuk GSM Evolution (EDGE) yang dapat menyediakan data rate hingga 384 kbps. Variasi dari WCDMA adalah frequency-division duplex (FDD), time-division duplex (TDD), dan time-division CDMA (TDCDMA). Sedangkan Cina memiliki standar sendiri yaitu time division synchronous CDMA (TD-SCDMA). High-speed downlink packet access (HSDPA) menyediakan evolusi bagi jaringan UMTS ked ta rate yang lebih tinggi dan kapasitas yang lebih tinggi, seperti pada EDGE bagi GSM.

Beberapa teknologi penting yang diadopsi pada HSDPA adalah :

1. Skema pengkodean dan modulasi yang adaptif

2. Protokol retransmisi hybrid automatic repeat request (HARQ)

3. Penjadwalan paket cepat yang dikontrol oleh medium

Dengan teknologi ini, HSDPA memiliki kemungkinan untuk mencapai data rate tertinggi hingga sekitar 10 Mbps, dengan rate teoritis maksimum sebesar 14.4 Mbps.

CDMA2000-based 3G

Teknologi CDMA2000 1X dikembangkan oleh Qualcomm pada tahun 1999. CDMA2000 adalah teknologi antarmuka udara yang mengikuti IS-95 dan kompatibel dengan IS-95. 1X adalah kepanjangan dari teknologi transmisi radio 1 X (1X RTT) yang menunjukkan ukuran radio carrier saluran IS-95 (1.25 MHz) dan menyediakan puncak data rate sebesar 153 kbps untuk transisi downlink dan uplink. Servis CDMA2000-based 3G pertama disebut sebagai CDMA2000 1 x evolution-data only atau 1 x evolution-data optimized (1xEV-DO). EV-DO adalah teknologi data sentris yang mengijinkan saluran untuk hanya membawa lalu lintas data.

Karena 1xEV-DO hanya menyediakan servis data dan suara tidak diijinkan pada saluran, 1xEV-data/voice (1xEV-DV) kemudian dikembangkan untuk menawarkan saluran multimedia yang sesungguhnya.

Moving towards 4G wireless

Salah satu kelemahan utama servis mobile 3G adalah bandwidth yang tidak cukup besar dan stabil seperti jaringan kabel. Ada dua tujuan utama dari sistem nirkabel 4G, yaitu bandwidth yang lebih tinggi dan stabil, dan jaringan 4G tidak akan memiliki subsistem circuit-switched seperti jaringan 2G dan 3G. Jaringan 4G akan dibuat murni berbasis pada Internet Protocol (IP). Untuk mencapai kecepatan yang dispesifikasikan untuk sistem nirkabel 4G, beberapa terobosan teknis dibutuhkan, seperti : orthogonal frequency-division multiplexing access (OFDMA), untuk menggantikan CDMA yang digunakan pada 3G: bandwidth scalable channel hingga 20 MHz; dan teknologi multiple-input multiple-out (MIMO) smart antenna. OFDM adalah eknik yang membagi informasi sinyal kecepatan tinggi menjadi beberapa seri subsignals kecepatan rendah, dimana sistem mentransmisikan secara bersamaan pada frekuensi yang berbeda secara paralel.

Wi-Fi wireless LAN (802.11)

Pada tahun 1989, Kelompok Kerja IEEE 802.11 mulai mengelaborasi pada WLAN kontrol akses media (MAC) dan fisik (PHY). Draft akhir disahkan pada tanggal 26 Juni 1997. Sejak itu WLAN berbasis 802.11 telah diterima dengan cepat dan baru-baru ini dikerahkan secara luas di banyak lingkungan yang berbeda, termasuk kampus, kantor, rumah, dan hotspot. Dalam arsitektur komunikasi IEEE 802.11, semua komponen yang dapat terhubung ke media nirkabel dalam jaringan yang disebut sebagai stasiun (STA).

Gambar 2 (a) Ad hoc (b) Arsitektur infrastruktur WLAN

Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX)

WiMAX menentukan antarmuka udara, termasuk MAC dan lapisan PHY untuk akses broadband nirkabel generasi selanjutnya. Protokol standar WiMAX memiliki arsitektur sebagai berikut : lapisan MAC terdiri dari tiga sublayer yaitu convergence sublayer (CS), MAC common part sublayer (MAC CPS), dan sublayer keamanan. Kemudian juga ada lapisan PHY.

Kemajuan cepat dalam komputasi menyebabkan peningkatan penggunaan layanan multimedia real-time melalui internet. Hal ini terlihat dari penggunaan digunakan sistem streaming media, yaitu Microsoft Windows Media, RealNetwork itu RealPlayer, dan Apple QuickTime. Ada dua mekanisme pengiriman informasi multimedia yang umum digunakan yaitu :

Gambar 1 Pengiriman konten media secara live

Gambar 2 Pengiriman konten media on-demand

Mekanisme distribusi multimedia secara on-demand (permintaan) memiliki perbedaan besar dengan mekanisme untuk live streaming. Pada mekanisme ini tidak ada koneksi langsung antara encoder dan server. Video direkam terlebih dahulu, baru server dapat menggunakan file yang sudah dikompresi untuk didistribusikan.

Ada 6 komponen penting dalam sistem streaming multimedia yaitu kompresi multimedia, control QoS pada application-layer, servis distribusi media secara berkelanjutan, server streaming, mekanisme sinkronisasi media, dan protocol untuk media streaming. Setiap komponen adalah blok dasar dan dari blok-blok inilah sebuah arsitektur untuk streaming multimedia dapat dibangun.

1. Kompresi video dan audio

File mentah video dan audio harus dikompresi sebelum dikirimkan agar lebih efisien. Skema kompresi audio dan video dapat terjadi secara scalable atau non-scalable. Karena tuntuntan bandwidth yang lebih rendah untuk kompresi audio, pengkodean audio secara non-scalable adalah teknik pengkodean yang paling banyak digunakan dalam sistem streaming. Untuk streaming video, kontrol kemacetan mencoba untuk menyesuaikan tingkat pengiriman ke bandwidth yang tersedia dalam jaringan, sehingga video yang scalable lebih mudah beradaptasi dengan bandwidth tervariasi yang tersedia pada jaringan.

2. Kontrol QoS pada application-layer

Beberapa teknik kontrol pada lapisan ini antara lain kontrol kemacetan dan kontrol kesalahan. Kontrol kemacetan dilakukan untuk mencegah hilangnya paket dan mengurangi delay. Kontrol kesalahan dilakukan untuk meningkatkan kualitas video akibat hilangnya paket. Tujuan dari kontrol QoS pada application-layer adalah untuk menghindari kemacetan dan memaksimalkan kualitas video walaupun ada paket yang hilang.

3. Servis distribusi media secara berkelanjutan

Agar dapat menyediakan hasil multimedia dengan kualitas tinggi, dukungan jaringan yang cukup untuk menurunkan delay dan hilangnya paket adalah penting. Beberapa teknik filtering representative meliputi jaringan, multicast tingkat aplikasi, replikasi konten, dan lain-lain. Topik utama dari penelitian yang sedang dilakukan adalah bagaimana membangun infrastruktur deployable terukur, efisien, hemat biaya, dan tambahan untuk distribusi media berkelanjutan.

Sebagai teknik kontrol kemacetan, filter jaringan bertujuan untuk memaksimalkan kualitas media selama terjadi kemacetan jaringan.

4. Server streaming

Server streaming dibutuhkan untuk menerima komponen media secara sinkronus. Sebuah server streaming umumnya terdiri dari tiga subsistem yaitu komunikator utuk menangani lapisan aplikasi dan protocol transportasi, sistem operasi real-time untuk memenuhi kebutuhan aplikasi streaming secara real-time, dan sistem penyimpanan untuk mendukung media penyimpanan terus menerus dan pengambilan dalam layanan streaming.

Manajer proses

Digunakan untuk memetakan tiap proses tunggal ke sumber daya CPU sesuai dengan kebijakan penjadwalan tertentu.

Manajer sumber daya

Bertanggungjawab untuk kontrol penerimaan dan alokasi sumber daya yang terbatas meliputi CPU, memori, dan perangkat penyimpanan.

Manajer file

Menyediakan akses protokol dan fungsi kontrol untuk penympanan file dan pengambilan file.

Data Stripping

Pada teknik ini file multimedia yang tersebar di beberapa disk dan array disk dapat diakses secara paralel

Arsitektur penyimpanan hierarkis

Dalam arsitektur ini, hanya sebagian kecil file video yang sering diakses yang disimpan pada disk untuk akses cepat, sisanya berada di perpustakaan tape tersier otomatis.

5. Mekanisme sinkronisasi media 

Dengan mekanisme ini, aplikasi pada sisi penerima dapat menyajikan bermacam stream media dengan cara yang sama seperti mereka awalnya diterima. Sinkronisasi media mengacu pada pemeliharaan hubungan waktu dalam satu aliran data dan antara berbagai media stream.

6. Protokol untuk media streaming

Protokol untuk media streaming menyediakan servis seperti pengalamatan jaringan, transport, dan kontrol sesi. Berdasarkan fungsi, protokol streaming video dapat dikelompokkan menjadi :

Protokol lapisan jaringan

memberikan dukungan layanan jaringan dasar, seperti penanganan jaringan. IP berfungsi sebagai protokol lapisan jaringan internet video streaming.

Protokol transport 

menyediakan fungsi transportasi jaringan end-to-end untuk streaming aplikasi. Protokol transportasi termasuk pengguna protokol data (UDP), Protokol kontrol (TCP), protokol transport real-time (RTP), dan protokol kontrol real-time (RTCP).

Protokol kontrol sesi 

mendefinisikan pesan dan prosedur dalam lapisan aplikasi yang dibutuhkan untuk mengontrol pengiriman data multimedia selama sesi dibentuk.

Internet Protocol TV (IPTV)

IPTV menyediakan beberapa fungsionalitas tambahan berdasarkan sistem TV dua arah terpaket. IPTV secara formal didefinisikan sebagao servis multimedia yang dikirimkan melalui jaringan berbasis IP yang diatur sedemikian rupa untuk menyediakan level QoS & QoE yang dibutuhkan, keamanan, interaktifitas, dan keandalan. 

Jaringan multimedia harus dapat memungkinkan data multimedia yang berasal dari suatu sumber untuk dapat dikirimkan melalui jaringan IP (internet) dan ditampilkan pada tujuan. Berbagai sistem telah tersedia pada protokol jaringan untuk mendukung Quality of Service/ mutu layanan, antara lain model integrated services (IntServ) dan differentiated services (DiffServ). 

Lapisan Protokol Internet (IP)

Protokol IP, atau yang biasa disebut sebagai protokol TCP/IP, adalah sekumpulan protokol komunikasi yang mengimplementasikan tumpukan protokol dimana internet dan sebagian besar jaringan komersial berjalan. Protokol IP secara umum diterima sebagai model dengan lima lapisan, seperti pada Gambar 1.

Gambar 1 lapisan pada protokol internet

Lima lapisan pada protokol IP antara lain :

- Lapisan aplikasi. Pada lapisan ini, data dialirkan dari program dalam format aplikasi secara spesifik, kemudian dienkapsulasi ke dalam protokol lapisan transport.

- Lapisan transport. Lapisan ini bertanggungjawab untuk transfer data end-to-end yang independen dari jaringan yang mendasari, bersamaan dengan kontrol kesalahan, fragmentasim dan kontrol alur.

- Lapisan jaringan. Lapisan ini bertugas untuk mendapatkan paket data dari end-to-end (sumber ke tujuan), dimana lapisan data-link bertanggungjawab untuk pengantaran paket node-to-node (hop-to-hop). Internet control message protocol (ICMP) dan Internet group management protocol (IGMP) adalah protokol yang umum digunakan pada lapisan jaringan. Pesan ICMP dibangun pada lapisan jaringan, umumnya dari datagram IP yang menghasilkan respon ICMP. Lapisan jaringan kemudian mengenkapsulasi pesan ICMP dengan header IP baru dan mengirim hasil datagram. Berdasarkan IETF RFC 792, datagram paket data IP didefinisikan menjadi VERS, HLEN, Tipe servis (ToS), panjang total, identifikasi, penanda, frag offset, TTL, protokol, header checksum, IP options, dan padding.

- Lapisan data-link. Lapisan ini manyediakan cara prosedural dan fungsional untuk mengirim data antara entitas jaringan dan dapat menyediakan cara untuk mendeteksi dan membetulkan kesalahan yang mungkin muncul pada lapisan fisik.

- Lapisan fisik. Lapisan ini bertanggungjawab untuk encoding, transmisi, dan penerimaan data melalui physical data link yang menghubungkan node jaringan.

IP quality of service

Parameter pengukuran QoS jaringan antara lain :

1. Delay / latency

Berdasarkan rekomendasi delay ITU-T one-way VoIP, one-way trip time (OTT) dibawah 150ms cukup memuaskan dan tidak terlihat. Kualitas OTT yang melebihi 250 ms tidak dapat ditoleransi dan dapat menyusahkan pengguna ketika melakukan tugas interaktif.

2. Delay variation (delay jitter)

Delay jitter adalah pengukuran QoS mengenai fluktuasi atau variasi delay pada end-to-end dari satu paket ke paket selanjutnya dalam aliran/alur/koneksi paket yang sama.

3. Throughput/ bandwidth

Pada jaringan komunikasi, throughput/bandwidth adalah jumlah data digital per satuan waktu yang terkirim melalui hubungan secara logikal/fisik atau yang terkirim melalui simpul jaringan tertentu.

4. Packet loss / error rate

Packet loss dapat disebabkan oleh kepadatan jaringan, sehingga paket tidak terkirim. Penyebab lain hilangnya paket adalah kehadiran channel komunikasi noise. Beberapa teknik untuk pemulihan hilangnya paket antara lain pengiriman paket ulang pada lapisan transport, perbaikan kesalahan pada lapisan fisik, atau penggunaan codec pada lapisan aplikasi yang dapat mengganti kerugian paket yang hilang.

Mekanisme QoS

Mekanisme QoS antara lain :

1. Klasifikasi lalu lintas

Mekanisme ini mengidentifikasi dan memisahkan lalu lintas data menjadi beberapa aliran atau kelompok aliran. Tiap aliran atau gabungan beberapa aliran dapat ditangani secara selektif. Mekanisme ini dapat diimplementasikan pada beberapa perangkat jaringan. 

2. Manajemen lalu lintas paket data

Dulu, lalu lintas data ditangani dengan basis antrian first-in-first-out (FIFO), yaitu dengan meneruskan paket data dengan urutan yang sama ketika paket-paket tersebut sampai pada interface. Saat ni, teknik manajemen lalu lintas data dilakukan berdasarkan klasifikasi atau karakteristiknya. Beberapa teknik antrian yang populer adalah priority queueing, custom queueing, dan weighted fair queueing.

3. Manajemen sumber jaringan

Karena saat ini internet interkoneksi dengan beberapa domain administrasi, atau sistem otonom (Ass), rangkaian data forwarding domain-to-domain lah yang menyediakan pengiriman endto-end. Oleh karena itu, dibandingkan dengan berurusan dengan manajemen lalu lintas tingkat paket, IP QoS juga dapat ditangani melalui teknik manajemen sumber daya jaringan untuk end-to-end QoS. Ada dua kategori populer manajemen sumber daya, yaitu bandwidth overprovisioning dan explicit resource management.

IP multicast and application-level multicast (ALM)

IP multicast adalah teknik untuk komunikasi many-to-many melalui infrastruktur IP. IP multicast diinisiasi oleh penerima. Alamat grup IP multicast digunakan oleh sumber dan penerima untuk mengirim dan menerima konten. SUmber menggunakan alamat grup sebagai alamat IP tujuan pada paket data mereka. Penerima menggunakan alamat grup untuk memberitahukan jaringan bahwa mereka tertarik untuk menerima paket yang dikirimkan ke grup tersebut. Protokol yang digunakan penerima untuk bergabung dengan suatu grup adalah Internet Group Management Protocol (IGMP). Fungsionalitas multicast dasar dari IP multicast antara lain :

1. Group membership management., yaitu mengatur informasi mengenai anggora grup multicast

2. Data delivery path maintenance, yaitu menyusun jalur pengiriman yang menjangkau seluruh penerima yang meminta stream

3. Replication dan forwarding, yang memungkinkan simpul interior dalam jalur pengiriman untuk menyalin dan meneruskan stream.

Application-level multicast (ALM) atau overlay multicast mengangkat fungsionalitas multicast ke lapisan aplikasi. Ada dua arsitektur ALM yaitu (proxy-based) content delivery network (CDN) dan jaringan peer-to-peer (P2P).

- Content delivery networks (CDNs)

CDN adalah sekumpulan server dengan lokasi strategis pada area luas internet. Penyedia konten, seperti website atau sumber video streaming, memiliki kontrak dengan CDN komersil untuk mendistribusikan konten. CDN adalah hamparan jaringan yang disusun dari sebuah grup yang diletakkan secara strategis dan terdistribusi secara geografis. Ketika pengguna meminta sebuah konten media, permintaan tersebut akan dialihkan ke server CDN terdekat menggunakan mekanisme user request redirection tertentu.

Gambar 2 Content delivery networks

- Sistem peer-to-peer (P2P)

Sistem medi streaming P2P dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori berdasarkan mekanisme pengiriman datanya, yaitu tree-push, mesh-pull, dan push-pull. Pada tree-push P2P, konten media pertama dikirimkan dari peer (simpul) sumber ke beberapa internediate peer. Intermediate peer  kemudian meneruskan data ke peer sisanya. Pada mesh-pull P2P, peer disusun secara acak menjadi struktur mesh dab pilihan peer yang aktif untuk pertukaran data ditentukan secara umum berdasakan round-trip-time (RTT) antar peer. Sedangkan push-pull P2P menggabungkan keuntungan dari mekanisme tree-push dan mesh-pull.

Gambar 3 Peer-to-peer

Digital Multimedia Broadcasting

Digital broadcasting memungkinkan tingkat kualitas dan fleksibilitas tak terjangkau dengan siaran analog dan menyediakan berbagai layanan yang nyaman berkat gambar yang tinggi dan kualitas suara, kemampuan interaktivitas, dan penyimpanan.

Kedatangan multimedia home platform yang merupakan satu kumpulan spesifikasi TV interaktif berbasis Java yang dikembangkan oleh DVB project adalah capaian lain sejak aplikasi MHP yang dapat dijalankan di berbagai macam perangkat terminal. Servis MHP pertama diluncurkan pada platform DVB-T di Finlandia tahun 2002. Inti dari MHP juga telah diadopsi oleh system nonDVB seperti ATSC dan Blu-ray Disk Association. Platform DVB-T adalah system fleksibel yang menyediakan servis untuk antena atap dan penerimaan bergerak.

Komunitas DVB kemudian diminta untuk menyediakan servis bertipe TV untuk alat yang kecil seperti mobile phone. Hal ini memperkenalkan tantangan lebih ke sistem transmisi DVB melayani perangkat tersebut. Lebih khusus lagi, sistem transmisi perangkat mobile bertenaga baterai ini harus dilengkapi dengan kemampuan untuk meminimalkan konsumsi daya dan sehingga meningkatkan durasi penggunaan baterai, mulus mempertahankan akses ke layanan ketika penerima meninggalkan sel transmisi yang diberikan dan memasukkan yang baru, andal menerima program TV disampaikan dalam suatu lingkungan yang menderita saluran multipath ponsel parah dan kebisingan tingkat tinggi buatan manusia, dll perangkat mobile ini harus mampu menangani sejumlah skenario penerimaan: indoor, outdoor, pejalan kaki, dan bagian dalam kendaraan bergerak dengan berbagai kecepatan. Untuk mengatasi tantangan teknis, sub-standar baru yang disebut penyiaran video digital - genggam (DVB-H) berdasarkan jasa desain berbasis IP diusulkan dan telah diumumkan sebagai European Telecommunications Standards Institute (ETSI) Standar EN 302 304 pada bulan November 2004.

Perpindahan dari DVB-T ke DVB-H

Aspek peting dari system DVB-T adalah penggunaan MPEG-2 transport stream (TS) dan penggunaan Coded Orthogonal Frequency-Division Multiplex (COFDM). MPEG-2 TS adalah protocol komunikasi untuk audio, video, dan data yang telah dispesifikasikan pada MPEG-2 part 1, systems (ISO/IEC standard 13818-1). Tujuan desain MPEG-2 TS adalah untuk multipleks video dan audio digital dan untuk menyinkronkan keluarannya.

The OFDM, juga disebut sebagai multicarrier atau modulasi multitone diskrit, adalah teknik yang membagi kecepatan tinggi sinyal informasi seri menjadi beberapa sub-sinyal kecepatan rendah, sehingga sistem dapat lebih efektif mengirimkan sub-sinyal secara bersamaan pada frekuensi yang berbeda secara parallel.

Figure 1 Representasi format data MPEG-2 TS

Berbagai modul yang digunakan di COFDM untuk DVB adalah :

- Satelit (DVB-S):QPSK

- Kabel (DVB-C) : 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM

- Terestial (DVB-T) : QPSK, 16-QAM, 64-QAM, non-uniform 16-QAM, non-uniform 64-QAM

Pengirisan waktu pada DVB-H

Dengan MPE-FEC, IP datagram setiap irisan waktu dilindungi oleh RS (Reed-Solomon) FEC (Forward Error Correction) yang dihitung dari IP datagram. RS (n,k) merupakan salah satu jenis kode penghapusan di mana pesan k ukuran simbol dapat digunakan untuk membuat nk paritas simbol. Pada dasarknya, nilai k asli ditransmisikan simbol ditambahkan simbol nk. Setiap k dari simbol transmisi n dapat digunakan untuk memecahkan kode pesan asli.

Data RS diringkas menjadi MPE – FEC bagian yang merupakan bagian dari brust dan langsung dikirim setelah bagian MPE terakhir, dalam ES yang sama dengan table id berbeda dari bagian MPE, yang memungkinkan penerima untuk membedakan dua jenis bagian pada ES. Pada perhitungan data RS menggunakan sebuah frame MPE-FEC.

T-DMB multimedia broadcasting untuk perangkat portabel

T-DMB menggunakan MPEG-4 H.264/AVC (profil dasar pada tingkat 1.3) untuk pengkodean video dan MPEG-4 bitsliced pengkodean aritmatika (BSAC) atau MPEG-4 HE AAC untuk pengkodean audio. Data audio dan video terkompresi dikemas dalam MPEG-2 transport aliran (TS) dan MPEG-4 layer sinkronisasi (SL) untuk streaming. digital terrestrial multimedia broadcasting juga mendefinisikan fungsi layanan data interaktif untuk menyediakan layanan konvergen dalam penyiaran dan telekomunikasi. Ini mengadopsi MPEG-4 format biner untuk adegan (BIFs) sebagai pilihan untuk mengaktifkan layanan siaran interaktif. MPEG-4 BIFs adalah bagian dari sistem MPEG-4 yang digunakan untuk MPEG-4 scene description.

Aplikasi lain dari T-DMB adalah Visual Radio, yang merupakan layanan radio yang mampu mengirimkan dua frame video per detik. Konsep Visual Radio adalah sangat mirip dengan slideshow ditawarkan oleh transfer objek multimedia (MOT) protokol transport untuk transmisi konten multimedia di saluran Data DAB ke berbagai penerima dengan kemampuan multimedia. Visual Radio juga menggunakan MPEG-4 BSAC untuk penyiaran audio digital dengan urutan frame gambar H.264/AVC.

ATSC untuk penyiaran video terrestrial Amerika Utara

Standar Advanced Television Systems Committee (ATSC) televisi digital (DTV, A/53) menjelaskan sebuah sistem yang dirancang untuk mengirimkan video berkualitas tinggi dan audio, dan tambahan data, dalam siaran saluran televisi terrestrial 6 MHz tunggal. Desain yang menekankan pada kualitas mengakibatkan munculnya HDTV digital dan multichannel surround sound. Sistem dapat memberikan sekitar 19 Mbps di 6 MHz saluran penyiaran terestrial dan sekitar 38 Mbps dalam 6 MHz saluran televisi kabel.

Standar ATSC menggunakan sintaks aliran video MPEG-2 (Profil Utama di Tingkat Tinggi) untuk pengkodean video dan AC3 untuk pengkodean  audio. Standar ATSC DTV  mendefinisikan enam format video untuk HDTV (1920.1080 dan 1280.720) dan 12 format video untuk SDTV (704,480 dan 640,480).

Digital Broadcasting ISDB di Jepang

Digital broadcasting di Jepang didasarkan pada sistem yang sangat serbaguna yang disebut Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB). Sistem ISDB dirancang untuk memberikan  layanan informasi digital terpadu yang terdiri dari audio, video dan data melalui satelit, terestrial, atau saluran transmisi jaringan TV kabel. ISDB ini dirancang untuk memungkinkan sistem dengan mudah untuk mengakomodasi layanan baru seperti audio berkualitas tinggi dan video dan penyiaran data, melalui digitalisasi saluran transmisi penyiaran.

Pada tahun 2000 Jepang meluncurkan penyiaran HDTV satelit pertama di dunia yang disebut BS, terdiri dari 1090 baris pemindai efektif (interlaced) sebagai format input video MPEG-2 pengkodean sumber video sampai 5.1 channel sinyal audio untuk MPEG-2 AAC audio.

Digital Video Coding

Bentuk-bentuk dari video digital antara lain :

Interlaced scan

Interlaced scan dipakai pada sistem broadcast TV analog. Interlaced scan merekam gambar dalam set baris ganjil dan genap. Tiap set baris ganjil dan genap adalah field dan pasangan field ganjil dan genap disebut sebagai frame.

Progressive scan

Progressive scan menangkap dua kali field per detik dari interlaced bila keduanya beroperasi pada nilai frame per detik yang sama.

Beberapa teknik tambahan dalam pengkodean video digital :

Chroma subsampling

Kompresi intraframe : untuk menghapus redundansi spasial pada frame tunggal yang kemudian dapat digunakan untuk kompresi interframe

Kompresi interframe : untuk menghapus redundansi sementara antar frame dan sering disebut sebagai estimasi dan kompensasi gerakan

Pengkodean entropi

Kontrol rate : penentuan langkah kuantisasi supaya seluruh bitrate dapat memenuhi penyimpanan data yang telah ditentukan dan kebutuhan transmisi

Tujuan dari pengkodean video digital adalah untuk pengurangan bitrate dalam penyimpanan dan transmisi menggunakan statistik dan redundansi subjektif dan untuk memanfaatkan informasi probabilitas menggunakan teknik pengkodean entropi untuk menurunkan panjang pengkodean symbol secara lossless. Teknik – teknik kompresi pada pengkodean video digital antara lain :

Teknik simple

Digunakan untuk operasi dengan kompleksitas sangat rendah / pengkodean lossless. Teknik truncation mengurangi jumlah bit yang digunakan untuk merepresentasikan nilai data domain spasial / domain transform. Color look-up Table (CLUT) digunakan untuk mengubah nomor logical warna yang disimpan pada tiap pixel memori video ke dalam warna fisik. Run-length coding (RLC) digunakan untuk kompresi set terbatas dari kode sumber yang memiliki kemunculan frekuensi yang ganjil.

Teknik interpolatif

Teknik interpolatif mengurang dimensi spasial komponen chrominance video masukan sehingga jumlah pixel yang akan dikodekan berkurang.

Teknik entropi

Dua teknik utama entropi adala kode Huffman dan pengkodean aritmatik

Prediktif dan estimasi gerakan

Teknik ini dapat diaplikasikan ketika korelasi antara pixel yang berhubungan secara temporal/spasial atau koefisien domain transform kuat. Kunci utama menghapus redundansi sementara adalah dengan estimasi gerakan, dimana vector gerakan diprediksi antara frame sekarang dan frame referensi. Algoritma pencarian cepat pola blok rektangular antara lain three-step search (3SS), four-step search (4SS), dan block-based gradient descent search (BBGDS). Algoritma pencarian cepat pola blok nonrectangular adalah algorirtma Diamond Search (DS). Algoritma pencarian ini menggunakan dua pola pencarian antara lain large diamond search pattern (LDSP) dan small diamond search pattern (SDSP). Langkah-langkah algoritma DS adalah :

Inisialisasi LDSP pada posisi tengah dari jendela pencarian dan 9 poin pengecekan LDSP diuji. Jika poin SAD minimum yang dihitung diletakkan pada posisi tengah, lanjut ke langkah 2, bila tidak, lanjut ke langkah 3.

Poin SAD minimum yang telah dihitung pada langkah sebelumnya diatur ulang posisinya sebagai poin tengah, untuk membentuk LDSP baru. Jika poin minimum SAD yang baru terletak pada posisi tengah, lanjut ke langkah 3, bila tidak, ulangi langkah ini secara rekursif.

Ubah pola pencarian dari LDSP ke SDSP. Poin SAD minimum yang dihasilkan pada langkah ini adalah solusi akhir untuk vector gerakan dan menunjuk ke blok dengan pasangan terbaik.

Gambar 1 three-step search untuk estimasi gerakan

Gambar 2 four-step search untuk estimasi gerakan

Transformasi

Tujuan transformasi adalah untuk dekorelasi konten frame gambar dan untuk encodekoefisien transformasi. DCT digunakan dengan dua cara yang berbeda. Cara pertama adalah digunakan untuk mengurangi redundansi spasial dari frame tunggal video. Cara kedua adalah untuk dikombinasikan dengan teknik kompresi gerakan untuk mengurangi redundansi temporal menggunakan estimasi gerakan, yang kemudian dilanjutkan dengan DCT untuk mengurangi redundansi spasial lebih lanjut.

Statistikal

Pengkodean video H.263 dan H.263+

Langkah –langkah pengkodean :

Struktur frame video

Standar H.263 mendukung mendukung lima format gambar terstandardisasi yaitu sub-QCIF, QCIF, CIF, 4CIF, dan 16CIF.

Transformasi DCT

Kuantisasi

Pengkodean entropi

Mode opsional

H.263+ atau H.263 versi 2 dikembangkan dengan tujuan melebarkan jarak aplikasi dan untuk meningkatkan efisiensi kompresi. Perbaikan pada versi ini adalah peningkatan kualitas dari video terkompresi untuk komunikasi dua arah secara real-time.

Pengkodean video MPEG-1 dan MPEG-2

Pengkodean video MPEG-1

Teknik pengkodean ini mirip dengan skema dasar blok H.261 hibrid DCT/DPCM, yang meliputi struktur blok makro, kompensasi gerakan, dan penambahan kondisional. Standar MPEG-1 mengkategorikan tiga tipe pengkodean macroblock (MB), yaitu :

Skipped_MB, dimana vektor gerakan adalah nol dan semua koefisien kuantisasi DCT adalah nol.

Inter_MB, dimana prediksi kompensasi gerakan dari referensi frame lalu dan mendatang digunakan.

Intra_MB dimana tidak ada prediksi dari frame sebelumnya yang digunakan.

Pengkodean video MPEG-2

Konsep yang digunakan dalam pengkodean video MPEG-2 adalah gambar frame & field, prediksi gerakan pada frame & field, DCT frame & field, dan scan alternative. Mode pengkodean scalable dari MPEG-2 antara lain :

Skalabilitas SNR, digunakan untuk menyediakan degradasi kualitas dengan basis skalabilitas frekuensi dari video pada media transmisi.

Skalabilitas spasial, digunakan untuk mendukung tampilan dengan resolusi spasial yang berbeda pada penerima.

Skalabilitas temporal, digunakan untuk mendukung resolusi temporal atau frame rate yang berbeda.

Pengkodean MPEG-4 dan H264/AVC

Pengkodean ini mengandalkan representasi objek pada data video. Objek video dikategorisasikan berdasarkan property intrinsic seperti bentuk, tekstur, dan gerakan. Fitur pada pengkodean ini adalah :

Pengkodean objek media yang mengijinkan kompresi data dari objek media yang meliputi audio, visual, atau konten audio-visual

Komposisi objek media yang mengijinkan komposisi dari objek media untuk menciptakan bahan objek media sehingga dapat membentuk adegan audio-visual.

Multiplex objek media yang meliputi multiplexing dan sinkronisasi asosiasi data dengan objek media untuk transport antar jaringan.

Interaksi objek media yang mengijinkan interaksi dengan adegan audio-visual pada penerima.

Pengkodean H.264/MPEG-4 AVC

Pengkodean ini mirip dengan pengkodean video MPEG-2 yang terdiri dari gabungan antara temporal block-based dan prediksi spasial dan pengkodean transformasi block-based.

Windows Media Video 9 (WMV-9)

Beberapa inovasi pada WMV-9 adalah :

Transformasi ukuran blok yang adaptif

Tranformasi dengan presisi terbatas

Kompensasi gerakan

Kuantisasi dan dekuantisasi

Pengkodean entropi yang mahir

Penyaring deblocker secara inloop

Pengkodean B-frame yang mahir

Pengkodean interlace

Overlap smoothing

Low-rate tools

Kompensasi kekaburan.

WMV-9 mendefinisikan empat mode vector gerakan, yaitu :

Ukuran blok campuran (16x16 dan 8x8), quarter-pixel, bicubic;

16x16, quarter-pixel, bicubic;

16x16, half-pixel, bicubic;

16x16, half-pixel, bilinear;