P09 - KOMPRESI CITRA

Capaian Pembelajaran Pertemuan 9 Mahasiswa Mampu memahami pengertian teknik kompresi citra, mengetahui cara kerja algoritma kompresi dan dekompresi pada citra serta metode-metode kompresi citra yang digunakan.

PEMBAHASAN MATERI PERTEMUAN KE 9

9.1. Pengenalan Kompresi Citra Enkoder / Compresor : software atau hardware yang dapat mengkodekan data asli / orisinil menjadi data terkompres. Dekoder / Decompresor : software atau hardware yang dapat mendekode data terkompres menjadi data orisinal. Codec : software atau hardware yang mengkodekan dan mendekodekan data. Algoritma: Teknik yang digunakan dalam proses pengkodean/kompresi (Huffman, LZW- Lempel, Ziv, Welch) Contoh software kompresi: winzip, winrar, 7zip, IZArc, dll

Menurut himawan (2014) dalam David A. Huffman (1952) Algoritma kompresi Huffman dibuat dan dikembangkan oleh seorang mahasiswa MIT pada tahun 1952 bernama David A. Huffman dalam paper-nya yang berjudul ”A Method for the Construction of Minimum Redudancy Codes” yang mendefinisikan algoritma greedy yang akan digunakan untuk pembuatan kode optimal yang disebut dengan kode Huffman (Huffman code). Himawan, Arisantoso, Asep Saefullah. (2014). Perbandingan Kinerja Penggunaan Teknik Kompresi Data Menggunakan Algoritma Loseless Conpression pada Data Teks. Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Multimedia STMIK AMIKOM, Yogyakarta.

Pada tahun 1977, Abraham Lempel dan Jacob Ziv membuat dan memperkenalkan algoritma kompresi yang kita kenal sekarang dengan algoritma kompresi LempelZiv (LZ77) dan beberapa variannya, kemudian diikuti dengan algoritma kompresi Lempel-Ziv versi yang kedua yaitu LZ78 kurang lebih 1 tahun setelah kemunculan algoritma kompresi LZ77 (Ziv, J. & Lempel A. (1978).

Pada tahun 1984, Terry Welch melakukan modifikasi terhadap algoritma LZ78 yang akan digunakan untuk mengimplementasikan penggunaan disk-controller berkemampuan tinggi. Hasil dari modifikasi yang dilakukan Terry Welch ini adalah algoritma kompresi baru yang kita kenal dan sering ditemukan sekarang dengan sebutan algoritma kompresi LZW.

9.2. Definisi /Pengertian Dikutip dari Nurul (2012) dikatakan bahwa Kompresi Citra adalah aplikasi kompresi data yang dilakukan terhadap citra digital dengan tujuan untuk mengurangi redundansi (berlebih-lebihan) dari data-data yang terdapat dalam citra sehingga dapat disimpan atau ditransmisikan secara efisien. Nurul. (2012). Sistem Multimedia. Retrieved 30 Mei 2022 from https://nurul_a.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/45354/sistem_multimedia07.pdf.

9.3. Teknik Kompresi Citra 1. Lossy Compression: Menurut Witriana Endah Pangesti, dkk (2020) dalam jurnal khatulistiwa informatika dikatakan bahwa Lossy compression merupakan suatu metode kompresi data yang menghilangkan sebagian “informasi” dari data asli selama proses kompresi dengan tidak menghilangkan secara signifikan informasi yang ada dalam data secara keseluruhan.

Contoh: Discrete Cosine Transform (DCT), Vector Quantization, Waveled Compression, Distributed Source Coding (DSC). Berikut ini adalah ilustrasi dari kompresi lossy di jelaskan pada gambar 9.4:

2. Loseless Compression: Lossless compression Yaitu suatu metode kompresi data dengan tidak ada “informasi” data yang hilang atau berkurang jumlahnya selama proses kompresi. Sehingga setelah proses dekompresi jumlah bit (byte) data atau informasi dalam keseluruhan data hasil sama persis dengan data aslinya. Kompresi jenis ini tidak selalu dapat mengurangi ukuran data secara berarti, karena tidak semua data mengandung informasi yang tidak perlu. Selain itu, data yang telah dikompresi tidak dapat dikompresi lagi. Teknik kompresi citra dimana tidak ada satupun informasi citra yang dihilangkan. Biasa digunakan pada citra medis.

Berikut ini adalah gambar ilustrasi dari kompresi lossless di jelaskan pada gambar 9.5 sebagai berikut: Gambar 9.5. Lossless Compression Sumber: (https://pemrogramanmatlab.com/2018/11/01/kompresi- lossless-pada-citra-digital/)

https://shortpixel.com/online-image-compression Gambar 9.6. Hasil Perbandingan Lossy Compression dan Lossless Compression

9.3. Hal Penting dalam kompresi citra 1. Scalability/Progressive Coding/Embedded Bitstream: a. Adalah kualitas dari hasil proses pengkompresian citra karena manipulasi bitstream tanpa adanya dekompresi atau rekompresi. b. Biasanya dikenal pada loseless codec. c. Contohnya pada saat preview image sementara image tersebut didownload. Semakin baik scalability, makin bagus preview image.

Resolution progressive Quality Tipe Component progressive Scalability progressive

Hal Penting dalam kompresicitra 2. Region of Interest Coding: daerah-daerah tertentu di enkode dengan kualitas yang lebih tinggi daripada yang lain. 3. Meta Information: image yang dikompres juga dapat memiliki meta information seperti statistik warna, tekstur, small preview image, dan author atau copyright information

9.4. Pengukuran Error Kompresi Dalam kompresi image terdapat suatu standar pengukuran error (galat) kompresi: 1. Mean Square Error (MSE ), yaitu sigma dari jumlah error antara citra hasil kompresi dan citra asli. Dimana: I(x,y) adalah nilai pixel di citra asli I’(x,y) adalah nilai pixel pada citra hasil kompresi M,N adalah dimensi image 2. Peak Signal to Noise Ratio (PSNR), yaitu untuk menghitung peak error. Nilai MSE yang rendah akan lebih baik, sedangkan nilai PSNR yang tinggi akan lebih baik. PSNR = 20 * log10 (255 / sqrt(MSE))

9.5. Algoritma Kompresi / Dekompresi Citra Algoritma umum untuk kompresi image adalah: 1. Menentukan bitrate dan toleransi distorsi image dari inputan user. 2. Pembagian data image ke dalam bagian-bagian tertentu sesuai dengan tingkat kepentingan yang ada (classifying). Menggunakan salah satu teknik: Discreate Wavelet Transform (DWT) yang akan mencari frekuensi nilai pixel masing-masing, menggabungkannya menjadi satu dan mengelompokkannya

Dimana –LL : Low Low Frequency (most importance) / paling penting –HL : High Low Frequency (lesser importance) / kurang penting –LH : Low High Frequency (more lesser importance) / lebih penting lagi –HH : High High Frequency (most less importance) / paling tidak penting

Algoritma Level Dekompresi

Hasil dekomposisi 3 level decomposition

Gambar 9.4. Contoh Gambar Citra Kompresi dan Citra Dekompresi Sumber: (Sriani, Ali Ikhwan, Yusnidah, 2017)

3. Pembagian bit-bit di dalam masing-masing bagian yang ada (bit allocation). 4. Lakukan kuantisasi (quantization). a. Kuantisasi Scalar : data-data dikuantisasi sendiri-sendiri b. Kuantisasi Vector : data-data dikuantisasi sebagai suatu himpunan nilai-nilai vektor yang diperlakukan sebagai suatu kesatuan. 5. Lakukan pengenkodingan untuk masing-masing bagian yang sudah dikuantisasi tadi dengan menggunakan teknik entropy coding (huffman dan aritmatik) dan menuliskannya ke dalam file hasil.

Sedangkan algoritma umum dekompresi image adalah: 1. Baca data hasil kompresi menggunakan entropy dekoder. 2. Dekuantisasi data. 3. Rebuild image.

Gambar 9.5. Contoh Aplikasi Kompresi dan Decompresi Sumber: (Sriani, Ali Ikhwan, Yusnidah, 2017)

9.6. Beberapa metode kompresi citra

9.7. Teknik Kompresi GIF Graphic Interchange Format (GIF) dibuat oleh Compuserve pada tahun 1987 untuk menyimpan berbagai file bitmap manjadi file lain yang mudah diubah dan ditransmisikan pada jaringan komputer. GIF merupakan format citra web yang tertua yang mendukung kedalaman warna sampai 8 bit (256 warna), menggunakan 4 langkah interlacing, mendukung transparency, dan mampu menyimpan banyak image dalam 1 file. Gambar 9.6. Perusahaan Perangkat Lunak CompuServe

Kompresi GIF menggunakan teknik LZW: gambar GIF yang berpola horizontal dan memiliki perubahan warna yang sedikit, serta tidak bernoise akan menghasilkan hasil kompresan yang baik. LZW kurang baik digunakan dalam bilevel (hitam-putih) dan true color

Animated GIF: tidak ada standar bagaimana harus ditampilkan sehingga umumnya image viewer hanya akan menampilkan image pertama dari file GIF. Animated GIF memiliki informasi berapa kali harus diloop. Tidak semua bagian dalam animated GIF ditampilkan kembali, hanya bagian yang berubah saja yang ditampilkan kembali.

9.8. Teknik Kompresi PNG Portable Network Graphics (PNG ) digunakan di Internet dan merupakan format terbaru setelah format GIF, bahkan menggantikan GIF untuk Internet image karena GIF terkena patent LZW yang dilakukan oleh Unisys (Unisys Corporation adalah perusahaan teknologi informasi global Amerika yang berbasis di Blue Bell, Pennsylvania, yang menyediakan layanan, perangkat lunak, dan teknologi TI). Teknik Kompresi PNG menggunakan Teknik loseless dan mendukung: 1. Kedalaman warna 48 bit 2. Tingkat ketelitian sampling: 1,2,4,8, dan 16 bit 3. Memiliki alpha channel untuk mengkontrol transparency Teknik pencocokan warna yang lebih canggih dan akurat Gambar 9.8. Perusahaan Perangkat Lunak Unisys

9.9. Teknik Kompresi JPG Joint Photographic Experts Group (JPEG) menggunakan teknik kompresi lossy sehingga sulit untuk proses pengeditan. JPEG cocok untuk citra pemandangan (natural generated image), tidak cocok untuk citra yang mengandung banyak garis, ketajaman warna, dan computer generated image Dikembangkan awal tahun 1980

9.9.1. JPEG 2000 Jpeg 2000 Adalah pengembangan kompresi JPEG. Didesain untuk internet, scanning, foto digital, remote sensing, medical imegrey, perpustakaan digital dan e-commerce. Kelebihan: 1. Dapat digunakan pada bit-rate rendah sehingga dapat digunakan untuk network image dan remote sensing 2. Menggunakan Lossy dan loseless tergantung kebutuhan bandwidth. Loseless digunakan untuk medical image 3. Transmisi progresif dan akurasi & resolusi pixel tinggi 4. Menggunakan Region of Interest (ROI) dimana pengolahan gambar hanya pada daerah/bagian tertentu dari citra / cropping citra (images). 5. Ketahanan terhadap Kesalahan bit (Robustness to bit error) yang digunakan untuk komunikasi jaringan dan wireless

Kelebihan: 6. Open architecture: single compression/decompression 7. Mendukung protective image security: watermarking, labeling, stamping, dan encryption 8. Mendukung image ukuran besar 64k x 64k, size up to 232 9. Mendukung meta data dan baik untuk computer generated imagenary. 10. Dulu JPEG standar baik untuk natural imagenary.

9.10. TIFF (Tagged Image File Format) TIFF (Temporary Instruction File Format) adalah salah satu format gambar standar yang digunakan dalam dunia teknologi dan percetakan dengan kualitas gambar yang sangat tinggi. April 1987, Oktober 1988, Revisi 4.0 Revisi 5.0 dengan Revisi 3.0 atas ditambah penemuan bantuan palet produsen warna dan LZW scanner dan compression developer Aldus software Corcopration 1986 2 publikasi draft awal

9.11. Exchange Image File (EXIF) Format gambar untuk kamera digital (termasuk ponsel cerdas) Dikembangkan tahun 1995, versi 2.2 dipublikasikan tahun 2002 oleh Japan Electronics and Information Technology Industries Association (JEITA) EXIF yang dikompres menggunakan sistem JPEG memungkinkan penambahan tag untuk kualitas cetak yang lebih baik

9.12. Windows BMP (Bitmap) BMP format file , juga dikenal sebagai file gambar bitmap. Format file bmp digunakan pada sistem operasi Microsoft Windows dan OS / 2. Gambar Bitmap dipresentasikan dalam bentuk matrik, atau dipetakan dengan menggunakan bilangan binner atau sistem bilangan lain, memiliki kelebihan untuk memanipulasi warna namun untuk merubah objek lebih sulit. Jenis kompresi bmp format file menggunakan kompresi dengan Teknik Run Length Encoding (RLE) adalah algoritma yang dapat digunakan untuk melakukan kompresi data sehingga ukuran data yang dihasilkan menjadi lebih rendah dari ukuran sebenarnya. Bmp format file dapat menyimpan gambar 24 bit.

9.13. Latihan Soal Mandiri Pertemuan 9 1. Elemen citra digital yang merupakan keadaan yang ditimbulkan oleh perubahan intensitas pada piksel piksel yang bertetangga. Pernyataan tersebut merupakan elemen citra digital … a. Grafik b. Gambar c. Kontur d. Bunyi e. Cahaya

2. Referesentasi citra digital yang dipresentasikan dalam bentuk matrik memiliki kelebihan untuk memanipulasi warna… a. Bitmap b. Vektor c. Raster d. Color e. Grafik

3. Elemen Citra Digital yang merupakan intensitas cahaya yang dipancarkan piksel dari citra yang dapat ditangkap oleh sistem penglihatan disebut: a. Counter b. Luminan c. Brightness d. Texture e. Color

4. Software (atau hardware) yang mendekode data terkompres menjadi data orisinal (asli)… a. Recorder b. Compressor c. Dekoder/ decompressor d. WinZIP e. WinRAR

5. Suatu Teknik atau metode yang digunakandalam proses pengkodean/kompresi… a. Dekoder b. Compressor c. Recorder d. Algoritma e. Struktur kode