MAKALAH KONSEP MULTIMEDIA

“KEBUTUHAN BIT HEADER PADA AUDIO”

Oleh :

Nike Kartika Sari (0810960016)

Febriyani P (0810960046)

Rully Dwi Ayu (0810963070)

PROGRAM STUDI ILMU KOMPUTER

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2010

Pengertian Audio

Audio didefinisikan sebagai sesuatu yang dihasilkan oleh benda yang mengalami getaran

sehingga menghasilkan gelombang yang berada di udara. Bentuk gelombang yang berulang-

ulang pada waktu tertentu disebut suatu periode. Suatu bentuk gelombang yang tidak

menghasilkan suara yang periodik sama seperti sebuah noise. Frekuensi dari suatu suara adalah

banyaknya periode gelombang dalam waktu satu detik (Hz).

Frekuensi suara manusia = 20 Hz –20 KHz. Jenis-jenis frekuensi yang lain antara lain:

Infra-sound = 0 – 20 Hz

Ultra-sound = 20 KHz – 1 GHz

Hyper-sound = 1 GHz – 10 THz

Audio memiliki karakteristik :

Kecepatan Sampel : frekuensi sampling per detik

Encoding : representasi data audio

Presisi : jumlah bit yang digunakan untuk menyimpan masing-masing sampel audio.

Hukum A dan hukum μ disimpan dengan ketelitian 8 bit, PCM disimpan dengan berbagai

ketelitian pada umumnya 16 bit.

Kanal /saluran

Representasi audio dalam komputer terjadi secara berkelanjutan dikarenakan adanya

gelombang analog. Untuk merubah gelombang analog kedalam komputer dapat dilakukan

dengan cara digitalisasi gelombang analog. Analog to Digital Converter (ADC) mengubah

amplitude sebuah gelombang kedalam waktu interval (samples) sehingga menghasilkan

representasi digital dari suara. Sebaliknya untuk menampilkan suara digital kedalam alat suara

analog (speaker) digunakan DAC untuk mengkonversinya. Beberapa sample gelombang yang

diambil dalam waktu 1 detik disebut dengan sampling rate. Teorema Nyquist mengatakan bahwa

“ untuk melakukan digitalisasi secara lossless sampling rate sedikitnya lebih besar 2 kali lebih

besar dari frekuensi maksimum yang akan didengar.”

Pengertian bit

Bit merujuk pada sebuah digit dalam sistem angka biner (basis 2). Sebagai contoh, angka

1001011 memiliki panjang 7 bit. Digit biner hampir selalu digunakan sebagai satuan terkecil

dalam penyimpanan dan komunikasi informasi di dalam teori komputasi dan informasi digital.

Teori informasi juga sering menggunakan digit natural, disebut nit atau nat. Sementara,

komputasi kuantum menggunakan satuan qubit, sebuah potongan informasi dengan

kemungkinan informasi tersebut bernilai benar.

Bit juga digunakan sebagai satuan ukuran, yaitu kapasitas informasi dari sebuah digit

biner. Lambang yang digunakan adalah bit, dan kadang-kadang (secara tidak resmi) b

(contohnya, modem dengan kecepatan 56 kbps atau 56 kilo bit per second/detik). Satuan ini

dikenal juga sebagai shannon, dengan lambang Sh.

Sebuah bit atau binary digit adalah unit dasar informasi dalam komputasi dan

telekomunikasi , itu adalah jumlah informasi yang dapat disimpan oleh sebuah perangkat digital

atau sistem fisik lainnya yang biasanya bisa eksis dalam hanya dua yang berbeda negara . Ini

mungkin menjadi dua posisi yang stabil dari saklar listrik , dua yang berbeda tegangan atau arus

tingkat diperbolehkan oleh sirkuit , dua yang berbeda tingkat intensitas cahaya , dua arah

magnetisasi atau polarisasi , dll .

Dalam komputasi , sedikit juga dapat didefinisikan sebagai variabel atau kuantitas yang

dihitung hanya dapat memiliki dua kemungkinan nilai . Kedua nilai ini sering ditafsirkan sebagai

angka biner dan biasanya dinotasikan oleh Arab digit angka 0 dan 1. Memang, istilah "" bit

kontraksi digit biner. Dua nilai juga dapat diartikan sebagai nilai logika (benar / salah, ya / tidak),

aljabar tanda (+ / -), aktivasi negara (on / off), atau dua-atribut lainnya dihargai. Dalam beberapa

bahasa pemrograman populer, 0 numerik adalah setara (atau mobil) ke salah logis, dan 1 untuk

benar. Korespondensi antara nilai-nilai dan negara fisik yang mendasari penyimpanan atau

perangkat adalah masalah konvensi, dan tugas yang berbeda dapat digunakan bahkan di dalam

perangkat yang sama atau program .

Dalam teori informasi , satu bit biasanya didefinisikan sebagai ketidakpastian dari suatu

variabel acak biner yaitu 0 atau 1 dengan probabilitas yang sama, atau informasi yang diperoleh

ketika nilai variabel tersebut menjadi dikenal. Dalam komputasi kuantum , sedikit kuantum atau

qubit adalah sebuah sistem kuantum yang dapat eksis dalam superposisi dari dua nilai bit,

"benar" dan "salah".

Ada 4 bit yang dibutuhkan , yaitu :

a. Bit Layer.

Bit Layer pada audio dibedakan menjadi 3, yaitu: Layer 1, Layer 2, dan Layer 3

Dari masing – masing layer, mempunyai bit value yang berbeda – beda seperti yang ada

pada tabel di bawah.

b. Bit ID

Bit ID merupakan kumpulan bit dari nama file audio.

c. Bit Frekuensi Sampling

Sampling frekuensi atau sampling rate didefinisikan sebagai suatu nilai sample per detik

yang dihasilkan dari signal tak putus menjadi signal diskrit. Notasinya adalah hertz (Hz).

Kebalikan dari sampling frekuensi adalah periode sampling atau waktu sampling, yaitu waktu

yang dibutuhkan untuk melakukan sampling. Tidak ada aturan baku yang mengatur berapa batas

sampling yang diperkenankan pada satu periode sampling.

d. Bit Mode

Bit Mode pada audio dibedakan menjadi empat yaitu :

Mono

Stereo

Dual Channel

Joint Stereo

Terkadang dual channel stereo mengirimkan informasi yang sama. Dengan menggunakan

joint stereo, informasi yang sama ini cukup ditempatkan dalam salah satu channel saja dan

ditambah dengan informasi tertentu. Dengan teknik ini bitrate dapat diperkecil.

HeaderMerupakan format yang paling dikenal. Bitrate yang umum dikenal masyarakat umum adalah

mp3 dengan bitrate 128 kbps, sebab pada bitrate inilah terjadi perubahan kualitas yang paling

signifikan per-bitrate. Dengan kata lain, rasio bitrate vs. quality paling besar. Bitrate ini

memberikan ukuran yang cukup kecil, dengan kualitas suara yang hampir tidak berubah. Namun

untuk pendengar kritis, bitrate ini jelas tidak mencukupi. Bitrate maksimum yang disupport

format ini mencapai 320 kbps (8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256,

320 kbps), dengan ukuran file hanya seperenam hingga seperlima ukuran file dalam format wav.

Mp3 sendiri mengikuti standar MPEG-1 baik layer 1, 2, dan yang terbaru, layer 3. Coding

terbaru mp3 menggunakan standar MPEG-2 untuk dukungan channel hingga 5.1.

Format Header MP3 :

File MP3 terdiri atas 2 bagian data:

Header : berfungsi sebagai tanda pengenal bagi file MP3 agar dapat dibaca oleh MP3

player yang berukuran 4 byte. Beberapa karakteristik yang dibaca komputer adalah bit

ID, bit layer, bit sampling frequency dan bit mode.

Data audio : berisi data file mp3.

Header terdiri dari empat byte (32 bit) dan terletak dibagian awal dari frame yang

bersangkutan. Sebelas bit yang pertama adalah sinkronisasi frame dan ke-sebelas bit ini selalu

bernilai 1. Bit ke-duabelas sampai bit ke-tigapuluhdua berisi informasi mengenai versi dari

MPEG, layer, proteksi, bitrate, frekuensi cuplik, mode (stereo/mono) dan emphasis.

Kompresi yang dipakai pada MPEG secara umum memerlukan proses dekompresi yang

rumit dan membutuhkan pengolahan yang cepat. Tentu saja dengan microcontroller biasa akan

sulit diwujudkan. Dengan diluncurkannya Integrated Circuit (IC) yang dikhususkan sebagai

dekoder dari MP3 maka rangkaian untuk memainkan file MP3 menjadi sederhana.

Kebutuhan Bit pada Beberapa Format AudioA. MP3

a. Tentang Mp3Merupakan format yang paling dikenal. Bitrate yang umum dikenal masyarakat umum

adalah mp3 dengan bitrate 128 kbps, sebab pada bitrate inilah terjadi perubahan kualitas yang paling signifikan per-bitrate. Dengan kata lain, rasio bitrate vs. quality paling besar. Bit rate adalah suatu ukuran kecepatan bit suatu data dari tempat satu ke tempat lain yang biasanya diukur dengan

waktu seperti Kbps (Kilobit per second), Mbps (Megabit per second) dan seterusnya. Bitrate ini memberikan ukuran yang cukup kecil, dengan kualitas suara yang hampir tidak berubah. Namun untuk pendengar kritis, bitrate ini jelas tidak mencukupi. Bitrate maksimum yang disupport format ini mencapai 320 kbps (8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256, 320 kbps), dengan ukuran file hanya seperenam hingga seperlima ukuran file dalam format wav.Mp3 sendiri mengikuti standar MPEG-1 baik layer 1, 2, dan yang terbaru, layer 3. Coding terbaru mp3 menggunakan standar MPEG-2 untuk dukungan channel hingga 5.1. Format Header MP3, File MP3 terdiri atas 2 bagian data:

a. Header : berfungsi sebagai tanda pengenal bagi file MP3 agar dapat dibaca oleh MP3 player yang berukuran 4 byte. Beberapa karakteristik

yang dibaca komputer adalah bit ID, bit layer, bit sampling frequency dan bit mode.

b. Data audio : berisi data file mp3.

b. Dasar kompresi audio MPEGProses kompresi dibedakan menjadi dua yaitu lossy compresion (setelah dekompresi ada

data-data yang hilang) dan lossless compresion (setelah dekompresi tidak ada data-data yang hilang) kompresi MPEG termasuk lossy compresion. Ini berarti setelah audio digital dikompres dengan MPEG dan didekompresikan kembali menjadi sinyal analog, sinyal yang dihasilkan tidak sama dengan aslinya. Memang benar ada data yang hilang dan bunyi atau suara yang dihasilkan tidak sesuai dengan aslinya. Tetapi bunyi atau suara yang dihilangkan adalah bunyi yang tidak dapat dibedakan dengan pendengaran manusia. Lain halnya jika suara yang dihasilkan dibandingkan dengan aslinya dengan alat ukur atau dengan spectrum analyzer.

Audio digital dengan kualitas CD biasanya didapatkan dengan mencuplik sinyal analog dengan resolusi cuplik 16 bit dan frekuensi cuplik 44,1kHz. Dengan demikian akan didapatkan 16 x 44.100 = 705.600 bit tiap detik. Untuk kanal stereo didapatkan 2 x 705.600 = 1.411.200 bit tiap detik. Untuk satu lagu yang panjangnya 4 menit didapatkan data sebesar 4 x 60 x 1.411.200 = 338.688.000 bit. Kalau disimpan akan didapatkan file dengan ukuran 42.336.000 byte.

Dengan menggunakan pengkodean MPEG akan didapatkan file yang lebih kecil (lihat tabel 1). Sebagai contoh perhitungan di atas, didapatkan file dengan ukuran 42.336.000/12 = 3.528.000 byte.

Tabel 1Faktor Reduksi MPEG

4 : 1 Layer 1 (384 kbps) stereo6 : 1 .. 8 : 1 Layer 2 (256 .. 192 kbps) stereo

10 : 1 .. 12 : 1 Layer 3 (128 .. 112 kbps) stereo

MPEG Audio Layer-3 adalah teknik kompresi yang paling istimewa. Dengan kualitas suara yang bagus diperlukan bit rate yang paling rendah, dengan bit rate yang rendah dihasilkan suara yang paling bagus. MPEG Audio Layer-3 dapat dipakai dalam beberapa mode, bandwidth atau bit rate (lihat tabel 2).

Tabel 2Kwalitas Suara Bandwidth Mode Bitrate Faktor

ReduksiSuara Telepon 2,5 KHz Mono 8 kbps 96:1

Lebih baik dari suara radio SW 4,5 KHz Mono 16 kbps 48:1

Lebih baik dari suara radio AM 7,5 KHz Mono 32 kbps 24:1Lebih baik dari suara radio FM 11 KHz Stereo 56..64 kbps 16..24:1Medekati CD 15 KHz Stereo 96 kbps 16:1

CD >15 KHz Stereo 112..128 kbps 14..12:1

c. MP3 PlayerFile MPEG terdiri dari bagian-bagian kecil yang disebut frame. Biasanya tiap frame dapat

berdiri sendiri. Tiap frame memiliki header yang berisi informasi frame tersebut. Pada file MPEG tidak ada header file, karena itu memotong file MPEG bisa dilakukan dimana saja selama masih dalam batasan frame. Lain halnya pada MP3, beberapa frame bisa merupakan bagian yang saling tergantung.Untuk membaca informasi mengenai file MPEG dapat dilakukan dengan membaca header dari frame pertama. Tapi untuk file MPEG yang menggunakan variable bit rate / bitrate switching, informasi dari frame berubah-ubah. Dengan variable bit rate akan didapatkan file yang lebih kecil tanpa menurunkan kualitas suara.

Header terdiri dari empat byte (32 bit) dan terletak dibagian awal dari frame yang bersangkutan. Sebelas bit yang pertama adalah sinkronisasi frame dan ke-sebelas bit ini selalu bernilai 1. Bit ke-duabelas sampai bit ke-tigapuluhdua berisi informasi mengenai versi dari MPEG, layer, proteksi, bitrate, frekuensi cuplik, mode (stereo/mono) dan emphasis.Kompresi yang dipakai pada MPEG secara umum memerlukan proses dekompresi yang rumit dan membutuhkan pengolahan yang cepat. Tentu saja dengan microcontroller biasa akan sulit diwujudkan. Dengan diluncurkannya Integrated Circuit (IC) yang dikhususkan sebagai dekoder dari MP3 maka rangkaian untuk memainkan file MP3 menjadi sederhana. Salah satu dari IC MP3 Decoder adalah STA013.

Blok diagram dari MP3 player dengan STA013 dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1, Blok diagram MP3 player

STA013 adalah dekoder MPEG Audio Layer-3. STA013 bisa mendekodekan MPEG-1, MPEG-2 dan MPEG-2.5. STA013 menerima data secara serial melalui Serial Input Interface. Keluaran STA013 adalah data digital yang dapat dihubungkan langsung dengan D/A converter dengan PCM Output Interface. Sedangkan untuk mengatur kerja dari STA013 digunakan I2C. Data source adalah memori untuk menyimpan file MP3. Memori tersebut bisa berupa hardisk, CD-ROM atau komponen semikonduktor. Beberapa player MP3 yang ada di pasaran memakai Flash Memory untuk penyimpanan file. Kelebihan dari flash memory adalah ukurannya yang kecil dan ringan. Kekurangannya adalah harga tiap byte nya masih lebih mahal jika dibandingkan dengan hardisk atau CD-ROM. STA013 bisa bekerja dengan dua mode yaitu mode broadcast dan mode multimedia. Beda dari kedua mode ini adalah sumber clock yang mengatur

bitrate. Pada mode broadcast clock dihasilkan oleh microcontroller sedangkan pada mode multimedia clock dihasilkan oleh STA013 sendiri. Untuk MP3 player yang dibahas pada artikel ini menggunakan mode multimedia.

Struktur Frame MP3

Struktur Frame MP3

Keterangan tentang struktur header pada frame MP3 dapat dilihat pada tabel berikut.

B. AACFormat AAC (Advanced Audio Coding) merupakan format yang umum digunakan ketika

melakukan kompresi CD audio pada Apple iPod dan iTunes (eksensi .m4a). Format ini merupakan bagian standar Motion Picture Experts Group (MPEG). Aac awalnya dikembangkan sebagai penyempurna mp3, namun pada perkembangannya, format ini malah berdiri sendiri sebagai saingan dari format mp3. Format ini memiliki berbagai kelebihan dibanding mp3, diantaranya memiliki frekuensi sampling (sample frekuencies) yang lebih lebar, akurasi dan

efisiensi coding yang lebih tinggi, dll. Perbandingan sederhananya adalah, kualitas aac ber-bitrate 96 kbps adalah sama dengan mp3 ber-bitrate 128 kbps. Secara umum, aac memiliki ukuran berkas yang lebih besar daripada mp3 dengan bitrate yang sama, walaupun tidak secara mencolok. AAC mengikuti standar MPEG-2 part 7 atau MPEG-4 part 3. Ada beberapa jenis AAC, dengan berbagai karakter dan penggunaan yang berbeda. Bitrate aac adalah berkisar dari 8 hingga 529 kbps.

C. Sampling FrekuensiSampling frekuensi atau sampling rate didefinisikan beberapa gelombang yang diambil

dalam satu detik atau sebagai suatu nilai sample per detik yang dihasilkan dari signal tak putus menjadi signal diskrit. Notasinya adalah hertz (Hz). Kebalikan dari sampling frekuensi adalah periode sampling atau waktu sampling, yaitu waktu yang dibutuhkan untuk melakukan sampling. Tidak ada aturan baku yang mengatur berapa batas sampling yang diperkenankan pada suatu periode sampling.

Contoh : jika kualitas CD Audio dikatakan memiliki frekuensi sebesar 44100 Hz, berarti jumlah sample sebesar 44100 per detik.

Nyquist Sampling Rate : untuk memperoleh representasi akurat dari suatu sinyal analog secara lossless, amplitudonya harus diambil sample-nya setidaknya pada kecepatan (rate) sama atau lebih besar dari 2 kali lipat komponen frekuensi maksimum yang akan didengar.Mis: Untuk sinyal analog dengan bandwith 15Hz – 10kHz → sampling rate = 2 x 10KHz = 20 kHz