College Notes for Today

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;