## PERANCANGAN DAN ANALISIS KINERJA PENGKODEAN AUDIO MULTICHANNEL DENGAN METODE CLOSED LOOP
Muhammad Sobirin dan Ikhwana Elfitri Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Andalas
Abstrak — Codec terbaru  yang  telah  distandardisasi  secara  internasional  adalah  MPEG  Surround. Namun sistem MPEG Surround open loop tidak memiliki kemampuan untuk meminimalkan error . Dalam penelitian ini dilakukan perancangan dan analisis kinerja pengkodean audio dengan metode closed loop pada  MPEG  Surround  yang  dapat  meminimalisasi  terjadinya error pada  kompresi  audio multichannel . Penerapan metode closed loop menyebabkan kenaikan nilai Signal to Noise Ratio (SNR). Nilai rata-rata SNR untuk semua bit rate yang diperoleh adalah 17.67385 dB untuk metode open loop dan 23.82338 dB pada metode closed loop . Kenaikan SNR tertinggi mencapai 82.72% dibandingkan dengan metode open loop .  Nilai  rata-rata  kenaikan Objective  Difference  Grade (ODG)  untuk  seluruh  sampel  audio  adalah sebesar  0.143917.  Secara perceptual  objective  test maupun subjective  test menunjukkan  bahwa  audio hasil  kompresi  MPEG Surround dengan  metode closed  loop bekerja  lebih  baik  daripada  metode open loop . Secara keseluruhan, impairment pada audio hasil kompresi bersifat imperceptible pada bit rate 90 kbps atau yang lebih tinggi.

## Kata Kunci : Audio multichannel, MPEG Surround, Closed loop
Abstract — The latest international standardized codec is MPEG Surround. But the open-loop system of the MPEG Surround not able to minimize errors. In this research, the design and performance analysis of the  audio  coding  in  MPEG  Surround  with  closed-loop  method  which  can  minimize  the  occurrence  of errors  on  multichannel  audio  compression  was  applied.  The  implementation  of  closed-loop  method increase the value of Signal to Noise Ratio (SNR). The average value of SNR for all bit rate for open-loop and  closed-loop  method  are    17.67385  dB  and  23.82338  dB,  respectively.  The  highest  SNR  increase reaches  82.72%  in  comparison  with  the  open-loop  method.  The  average  value  increase  of  Objective Difference Grade (ODG) for the entire audio sample is equal to 0.143917. In perceptual objective test and subjective tests indicate that the MPEG Surround  with closed-loop method works better than the open- loop method. Overall, the impairment of audio compression is imperceptible at bit rate 90 kbps or higher.
Keywords: Multichannel Audio, MPEG Surround, Closed loop

## I. PENDAHULUAN
Perkembangan  teknologi  dan  kualitas audio  yang  baik  merupakan  hal  yang  tak terpisahkan. Salah satunya
adalah perkembangan  teknologi multichannel  audio coding. Dalam  teknik audio  coding terjadi proses  kompresi  dari  sinyal  audio  yang direpresentasikan  dengan  jumlah  bit  sekecil mungkin  dengan  tetap  mempertahankan kualitas sinyal audio dengan tujuan pentransmisian maupun penyimpanan.
Audio  coding/compression masuk  ke dalam  blok source  coding .  Beberapa  contoh yang  populer  diantaranya Waveform  Audio
(WAV),  MPEG-1 layer 3  (MP3)  dan  MPEG Advance  Audio  Coding (AAC)  atau  biasa disebut MP4.
Teknologi multichannel  audio  coding bertujuan  menghasilkan  reproduksi  suara  yang lebih  berkualitas  dan  nyata.  Teknologi multichannel ini  mampu  memberikan  hasil output  audio  yang  membuat  pendengar merasakan  bahwa  audio  yang  mereka  dengar berasal dari sekeliling mereka sendiri sehingga memberikan kesan nyata.
Aplikasi multichannel  audio  coding menggunakan perangkat lunak atau coder untuk memproses  audio  orisinal  menjadi  audio dengan  format multichannel .  Beberapa  jenis
coder tersebut  antara  lain,  DTS  ( Digital Theatre Sound ), DD+ ( Dolby Digital Plus ), DD ( Dolby  Digital ),  AAC  ( MPEG  4  Advanced Audio  Coding )  dan  WMA  9  ( Windows  Media Audio 9) . Codec terbaru yang telah distandardisasi secara  internasional  adalah  MPEG  Surround. MPEG  Surround  telah  diadopsi  oleh  berbagai standard  aplikasi  seperti  World  DMB  (DAB, DAB+, DMB), ISDB-Tmm, DVB, DRM+, AT- DMB,  DLNA,  OIPTV  dan  ATIS-IFF.  Sistem MPEG  Surround open  loop tidak  memiliki kemampuan  untuk  meminimalkan error .  Oleh karena  itu,  dalam  penelitian  ini  dilakukan perancangan  dan  analisis  kinerja  pengkodean audio dengan metode closed loop pada MPEG
Surround yang diharapkan dapat meminimalisasi terjadinya error pada kompresi audio multichannel . Pengujian sistem dilakukan dengan  melakukan listening  test berupa  tes subjektif kepada pendengar. Kemudian pendengar  akan  memberikan  nilai  untuk  audio sampel.  Hasil  pengujian  sistem  tersebut kemudian di analisis dengan standar internasional.

## II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Prinsip Dasar Perceptual Audio Coding
Tugas  utama  dari  sebuah coder adalah merepresentasikan  data  suatu  sumber  audio seefektif mungkin dengan
tetap mempertahankan  kualitas  dari  audio  tersebut setelah dikompresi. Idealnya, Sinyal audio yang dikompresi  harus  terdengar  identik  dengan sinyal audio aslinya ( perceptual transparency ). Untuk  tujuan  ini,  fokus perceptual  audio coding lebih  diutamakan  untuk  mengetahui kualitas  dari  audio  yang  optimal  secara subjektif  daripada  pengukuran  objektif  seperti mean  squared  error (MSE)  atau Signal-to- Noise Ratio (SNR).
Perceptual audio coding
memanfaatkan  pengetahuan  tentang  persepsi manusia  terhadap  suara  dalam  bidang Psychoacoustics yang  memungkinkan  untuk meneliti  batasan  yang  dapat  diterima  manusia secara perceptual pada coding  distortion dan pengkodean yang handal yang dapat meminimalkan  gangguan  subjektif  yang ditimbulkan oleh coding distortion pada bitrate yang rendah.
ANALYSIS FILTERBANK QUANTIZATION & CODING ENCODING OF BITSTREAM PERCEEPTUAL MODEL AUDIO IN BITSTREAM OUT DECODING OF BITSTREAM INVERSE QUANTIZATION SYNTHESIS FILTERBANK IN OUT BITSTREAM AUDIO
Gambar 1. Struktur Umum Coder dan Decoder pada Perceptual Audio
Dari Gambar 1 dapat dilihat blok diagram dasar dari  perceptual audio  coder monofonik  yang terdiri dari beberapa komponen, yaitu [1]:

## a. Analisis Filterbank
Sinyal  input  dipetakan  ke  representasi spektral subsample menggunakan beragam tipe analisis filterbank. Untuk  alasan  efisiensi pengkodean,  skema  pengkodean  modern memiliki  ciri  penggunaan filterbank dengan sampling  kritis  (jumlah  sampel  input  sama dengan koefisien spektral) dan window analisis yang  tumpang-tindih  antara frame analisis berikutnya.  Contohnya  terdapat  pada modified discrete  cosine  transform (MDCT), filterbank fasa jamak ( polyphase ) atau struktur hybrid [9] [10].
b. Perceptual Model
Waktu  dan  frekuensi threshold sinyal diperkirakan  dengan  menggunakan perceptual model .  Nilai  ini  menggambarkan error kuantisasi maksimum yang terdapat pada sinyal audio  dengan  tetap  mempertahankan  kualitas sinyal  aslinya. Perceptual  model pada audio coding bergantung  pada  efek psychoacoustics seperti masking dalam  domain  frekuensi,  efek temporal  masking ,  dan masking asimetris antara bunyi dan noise.
c. Kuantisasi dan Pengkodean
Nilai  spektral  dikuantisasi  dan  dikodekan dengan  presisi  yang  sesuai  dengan  estimasi masking  threshold .  Dengan  cara  ini, noise kuantisasi  tersembunyi  oleh  sinyal  yang ditransmisikan  sehingga noise tidak  terlihat setelah  di decoding .  Kuantisasi uniform dan
non-uniform digunakan dalam konteks perceptual audio coding .
Pengurangan  redudansi  dapat  dilakukan dengan  teknik  pengkodean  entropi,  seperti Huffman  coding . Codec sering  beroperasi  di bawah  keterbatasan bitrate yang  ditetapkan pengguna,  karena  tidak  mungkin  untuk memenuhi  dua  batasan  pada  saat  yang  sama. Ketika masking  threshold yang  diestimasi menunjukkan  target  nilai  minimum  dari representasi  sinyal  yang  dikodekan, coder sering  kali  beroperasi  dibawah  batasan bitrate yang  dipilih user .  Algoritma encoding yang baik  harus  mampu  menghasilkan  representasi solusi encoding yang  dapat  diterima  untuk melihat  kualitas  audio  di  berbagai  kasus. Disamping  aspek perceptual  model ,  aspek alokasi  bit/alokasi noise merupakan  bagian penting untuk optimasi audio coder.
d. Bitstream Encoding
Seluruh  informasi  yang  relevan  (nilai spektral  yang  dikodekan  dan  informasi tambahan)  dipaketkan  menjadi bitstream dan ditransmisikan ke decoder.
Proses  yang  sebaliknya  berlaku  pada decoder seperti  tampak  pada  bagian  bawah Gambar  2.1. Bitstream didekodekan  dan diuraikan  menjadi  data  spektral  dan  informasi tambahan.
Kemudian
diperoleh invers kuantisasi  dari  koefisien  spektral  terkuantisasi. Akhirnya,  nilai  spektral  dipetakan  kembali  ke representasi  domain  waktu  menggunakan sintesis filterbank.

## 2.2 Struktur Encoder MPEG Surround
Struktur encoder MPEG  Surround ditunjukkan  pada  Gambar  2.  Sebuah  sinyal input multichannel diproses  pertama  kali  oleh channel-dependent  pregain .  Penguatan  ini memungkinkan penyesuaian level pada channel tertentu  (misalnya,  LFE  dan surround )  dalam downmix yang ditransmisikan.
Selanjutnya  sinyal  input  diuraikan  ke bentuk  waktu  atau  frekuensi  menggunakan analisis filterbank .
Encoder spasial menghasilkan  sinyal downmix dan  parameter spasial untuk  tiap  bagian waktu  dan  frekuensi. Parameter  ini  dikuantisasi  dan  dienkoding menjadi  parameter bitstream oleh encoder parameter  Q. Downmix dikonversi  ke domain waktu menggunakan sintesis filterbank .
Terakhir, postgain diaplikasikan untuk mengatur  keseluruhan  level  sinyal downmix [2]-[4][6].
G T/F SPATIAL ENCODER G T/F T/F -1 T/F -1 G G Q Spatial Parameter Parameter Encoder Parameter Bit Stream Downmix Output Post-Gain Pre-Gain Analysis FIlterbank Synthesis
Filterbank
Multichannel input Parameter Extraction & Downmix
Gambar 2. Struktur Encoder MPEG Surround

## 2.3 Struktur Decoder MPEG Surround
Struktur decoder MPEG  Surround ditunjukkan  pada  Gambar  3.  Proses downmix pertama  kali  dilakukan pregain ,  yang merupakan  kebalikan postgain pada encoder MPEG  Surround.  Kemudian  sinyal  input diproses dengan analisis filterbank yang identik dengan filterbank di encoder.
G T/F SPATIAL DECODER G T/F T/F -1 T/F -1 G G Q Spatial Parameter Parameter Decoder Parameter Bit Stream Downmix Input Post-Gain Pre-Gain Analysis FIlterbank Synthesis Filterbank Multichannel Output Spatial Synthesis
Gambar 3. Struktur Decoder MPEG
Surround Decoder spasial  menghasilkan  audio multichannel dengan  mengatur  sifat  spasial pada  parameter  yang  didekoding.  Akhirnya, dengan  menerapkan  sintesis filterbank dan postgain (kebalikan encoder pregain ) menghasilkan sinyal output multichannel dalam domain waktu [2][13][15].

## III. METODOLOGI

## 3.1 Proses dan Jenis Penelitian
Berdasarkan  tujuan  dan  manfaat penelitian,  maka  penelitian  ini  termasuk penelitian analisis. Maksudnya bahwa penelitian ini merupakan perancangan, pengujian  dan  analisa  terhadap  suatu  aplikasi, dalam hal ini pengkodean audio multichannel .
Proses  penelitian  perancangan  dan analisis kinerja pengkodean audio multichannel dengan  metode closed  loop dapat  dilihat  pada Gambar 4.
3.2  Metode Closed  Loop pada  Pengkodean Audio Multichannel
Gambar  5  mengilustrasikan  prinsip kerja metode closed loop yang akan dirancang.
Model  sistem  yang  dapat  mensintesis  sinyal dengan sejumlah
set
parameternya ditentukan[16].  Model  sistem  yang  digunakan pada penelitian ini adalah MPEG Surround[17].
R-OTT OTT Downmix & Residual Recalculation New Downmix Signal New Residual Signal CLD, ICC (Spatial Parameters) Residual Signal Downmix Signal Recreated Signals Original Signals Original Signals Gambar 5. Blok Diagram
Metode Closed Loop Perbedaan antara sinyal yang
diobservasi  dan  sinyal  hasil  sintesis  digunakan pada blok error minimization untuk menentukan parameter sistem yang
optimal[16].
Konfigurasi spatial  encoder yang diterapkan  pada  metode closed  loop ini  dapat diliuhat pada Gambar 6.
Penggunaan  metode closed  loop bertujuan untuk mengurangi error yang terjadi pada  proses  kuantisasi.  Pada  penelitian sebelumnya  digunakan  metode closed  loop R- OTT module .  Penggunaan  metode closed  loop R-OTT ini menyebabkan akumulasi error yang besar karena sinyal audio diproses per blok R- OTT.  Oleh  karena  itu,  dalam  penelitian  ini digunakan metode closed loop pada coding tree R-OTT  yang  telah  diintegrasikan  agar error tersebut dapat lebih diminimalkan.
Hybrid  QMF  tidak  sesuai  untuk digunakan  pada  metode closed  loop, karena respon  impuls  dari  analisis  dan  sintesis filterbanknya  berbeda,  sehingga  menyebabkan delay .  Namun  hal  ini  tidak  terjadi  jika digunakan  MDCT.  Selain  itu,  penggunaan MDCT pada metode closed loop adalah karena kemampuannya  dalam  merekonstruksi  sinyal dengan sempurna[14].
MULAI Melakukan Studi Literatur dan Menentukan Parameter Perancangan Perancangan Pengkodean Audio dengan Metode Closed Loop Menguji Apakah Sistem Berfungsi baik? Melakukan Listening Test Apakah Hasil Listening Test sesuai Standar? Membuat Kesimpulan SELESAI Tidak Ya Tidak Ya
Gambar 4. Flow Chart Penelitian
Setiap  blok  R-OTT  menghasilkan sinyal downmix ,  residual,  dan spatial parameter (CLD dan ICC) seperti yang terlihat pada Gambar 3.2. Sinyal downmix dan residual pada  blok  R-OTT  secara  matematis  dapat dinyatakan dengan persamaan-persamaan berikut ini:
𝑑𝑚 2 = 𝑥𝑟 1 +𝑥𝑟 2 𝑔 𝑎 +𝑔 𝑏 (1) 𝑟𝑒𝑠 2 =   𝑥𝑟 1 − 𝑔 𝑎 . 𝑑𝑚 2 = 𝑔 𝑏 . 𝑑𝑚 2 − 𝑥𝑟 2 (2) 𝑑𝑚 3 = 𝑥𝑟 3 +𝑥𝑟 4 𝑔 𝑎 +𝑔 𝑏 (3)
𝑟𝑒𝑠 3 =   𝑥𝑟 3 − 𝑔 𝑎 . 𝑑𝑚 3 = 𝑔 𝑏 . 𝑑𝑚 3 − 𝑥𝑟 4 (4)
𝑑𝑚 1 = 𝑑𝑚 2 +𝑑𝑚 3 𝑔 𝑎 +𝑔 𝑏 (5)
𝑟𝑒𝑠 1 =   𝑑𝑚 2 − 𝑔 𝑎 . 𝑑𝑚 1 = 𝑔 𝑏 . 𝑑𝑚 1 − 𝑑𝑚 3 (6) 𝑚𝑖𝑥 = 𝑑𝑚 1 +𝑥𝑟 5 𝑔 𝑎 +𝑔 𝑏 (7)
𝑟𝑒𝑠 0 =   𝑑𝑚 1 − 𝑔 𝑎 . 𝑚𝑖𝑥 = 𝑔 𝑏 . 𝑚𝑖𝑥 − 𝑥𝑟 5 (8)
Untuk  mengaplikasikan  sistem closed loop, maka  blok  OTT  ditempatkan  di encoder untuk merekonstruksi sinyal audio. Output dari
coding  tree R-OTT  berupa  sinyal downmix , residual, dan spatial parameter (CLD dan ICC) kemudian  diproses  di  blok  OTT.  Sinyal downmix dan  residual  pada  blok  OTT  secara matematis dapat dinyatakan dengan persamaan- persamaan berikut ini:
𝑟𝑑𝑚 1 =   𝑔 𝑎 . 𝑚𝑖𝑥 + 𝑟𝑒𝑠 0 (9)
𝑟𝑑𝑚 2 =   𝑔 𝑎 . 𝑟𝑑𝑚 1 + 𝑟𝑒𝑠 1𝑛𝑒𝑤 (10) 𝑟𝑑𝑚 3 =   𝑔 𝑏 . 𝑟𝑑𝑚 1 − 𝑟𝑒𝑠 1𝑛𝑒𝑤
(11)
𝑟𝑒𝑠 2𝑛𝑒𝑤 =   𝑥𝑟 1 − 𝑔 𝑎 . 𝑟𝑑𝑚 2 (12a)
𝑟𝑒𝑠 2𝑛𝑒𝑤 = 𝑔 𝑏 . 𝑟𝑑𝑚 2 − 𝑥𝑟 2 (12b)
𝑟𝑒𝑠 3𝑛𝑒𝑤 =   𝑥𝑟 3 − 𝑔 𝑎 . 𝑟𝑑𝑚 3 (13a)
𝑟𝑒𝑠 3𝑛𝑒𝑤 = 𝑔 𝑏 . 𝑟𝑑𝑚 3 − 𝑥𝑟 4 (13b)
𝑟𝑒𝑠 1𝑛𝑒𝑤 =   𝑑𝑚 2 − 𝑔 𝑎 . 𝑟𝑑𝑚 1 (14a)
𝑟𝑒𝑠 1𝑛𝑒𝑤 = 𝑔 𝑏 . 𝑟𝑑𝑚 1 − 𝑑𝑚 3 (14b)
Konstanta  energi  kedua  sinyal  (g a dan g b ) dinyatakan oleh persamaan 15a dan 15b. 𝑔 𝑎 = 𝜆 1 cos(𝛼 + 𝛽) (15a) 𝑔 𝑏 = 𝜆 2 cos(𝛼 − 𝛽) (15b)
𝜆 1 2 + 𝜆 2 2 = 1 (16)
𝜆 1 = √ 10 𝐶𝐿𝐷/10 1+10 𝐶𝐿𝐷/10 (17a)
𝜆 2 = √ 1 1+10 𝐶𝐿𝐷/10 (17b)
𝛼 = 1 2 𝑎𝑟𝑐cos (𝐼𝐶𝐶) (18)
𝛽 = 𝑡𝑎𝑛 [ 𝜆 2 −𝜆 1 𝜆 2 +𝜆 1 ] 𝑎𝑟𝑐 tan(𝛼) (19)
CLD 𝑏 = 10 𝑙𝑜𝑔 10 𝜎 𝑋1,𝑏 2 𝜎 𝑋2,𝑏 2 (20)
Dengan 𝜎 𝑋 1,𝑏 2 adalah  energi  sinyal X i pada parameter band b,
𝜎 𝑋 1,𝑏 2 = ∑ ∑ 𝑋 𝑖,𝑚 [𝑘]𝑋 ∗ 𝑖,𝑚 [𝑘] 𝑚 𝑏 +1 −1 𝑚=𝑚 𝑏 𝑘 (21) (.)
ICC 𝑏 = Re { ∑ ∑ 𝑋 1,𝑚 [𝑘]𝑋∗ 2,𝑚 [𝑘] 𝑚𝑏+1 −1 𝑚=𝑚𝑏 𝑘 σ X1,b σ X2,b } (22)
Jika  kita  lakukan  substitusi  persamaan  14 ke  persamaan  10  dan  11, maka  diperoleh hasil sebagai berikut:
𝑟𝑒𝑠 1𝑛𝑒𝑤 =   𝑑𝑚 2 − 𝑔 𝑎 . 𝑟𝑑𝑚 1 𝑟𝑑𝑚 2 =   𝑔 𝑎 . 𝑟𝑑𝑚 1 + 𝑟𝑒𝑠 1𝑛𝑒𝑤 𝑟𝑑𝑚 2 =   𝑔 𝑎 . 𝑟𝑑𝑚 1 + 𝑑𝑚 2 − 𝑔 𝑎 . 𝑟𝑑𝑚 1 𝑟𝑑𝑚 2 = 𝑑𝑚 2
𝑟𝑒𝑠 1𝑛𝑒𝑤 = 𝑔 𝑏 . 𝑟𝑑𝑚 1 − 𝑑𝑚 3
𝑟𝑑𝑚 3 =   𝑔 𝑏 . 𝑟𝑑𝑚 1 − 𝑟𝑒𝑠 1𝑛𝑒𝑤 𝑟𝑑𝑚 3 =   𝑔 𝑎 . 𝑟𝑑𝑚 1 − (𝑔 𝑏 . 𝑟𝑑𝑚 1 − 𝑑𝑚 3 ) 𝑟𝑑𝑚 3 = 𝑑𝑚 3
Berdasarkan  analisis  secara  matematis tersebut,  dapat  dilihat  bahwa  sinyal downmix pada blok R-OTT sama dengan OTT. Sehingga dapat  dikatakan  bahwa  tidak  terdapat error pada output encoder.
Hasil  output encoder adalah  sinyal downmix , sinyal residual, dan spatial parameter (CLD  dan  ICC)  yang  kemudian  dikirimkan  ke decoder untuk  direkonstruksi  kembali  menjadi audio multichannel .
3.3 Sampel Audio dan Subjek Listening Test
Sampel audio yang digunakan adalah audio digital dengan  format waveform (.wav).  Jenis audio yang  digunakan  sebagai  sampel ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Sampel Audio yang digunakan
Jenis Audio Codec Channel Mode Bit Rate/ Channel (kbps) Tertawa MPEG Surround 5.1 channel 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160.
Musik Klasik
Musik Akustik Suara Manusia Tepuk tangan
Kelima jenis audio ini dikompresi dengan codec MPEG Surround standard dan closed loop . Dalam  praktiknya,  terdapat  dua  jenis pendengar dalam pengujian sinyal audio, yaitu:
1. Pendengar Ahli Pendengar  ahli  merupakan  subjek  tes yang  memiliki  kemampuan  dalam  bidang audio .Khususnya dalam pendeteksian gangguan  pada  sinyal audio .Sangat  penting dalam  pengujian  subjektif  dengan  gangguan kecil  untuk  mendapatkan  data  penilaian  dari subjek uji yang memiliki kemampuan dalam
R-OTT
R-OTT
R-OTT R-OTT xr3 xr4 xr1 xr2 xr5 dm3 res3 dm2 res2 dm1 res1 mix res0 OTT OTT rdm2 res2 new rdm3 res3 new rdm1 res1 new Residual Recalculation Residual Recalculation mix res0 Residual Recalculation
Gambar 6. Konfigurasi Spatial Encoder Metode Closed Loop
mendeteksi gangguan kecil sehingga data yang didapat  memiliki  kualitas  yang  tinggi  dan akurat.
2. Pendengar Tidak Ahli
Pada rekomendasi ITU-R BS.1116-1 diatur beberapa proses pemilihan subyek tes[18].
a. Pre-screening subjects
Pre-screening subjects
merupakan pemilihan  subjek  dengan  mempertimbangkan pengalaman  subjek  tes  dan  kinerja  dalam pengujian. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan  efisiensi  pada  pengujian  yang dilakukan.
b. Post-screening subjects
Proses  pemilihan  subjek  ini  didasarkan pada  dua  faktor  utama.  Pertama  didasarkan pada perbandingan inkonsistensi terhadap hasil rata-rata  dari  subjek  yang  bergantung  pada kemampuan subjek untuk memberikan identifikasi  yang  benar.  Kedua,  faktor  statistik dari  subjek  yang  didapat  dari  faktor  pertama. Kedua  hal  ini  dapat  memperjelas  hasil pengujian yang dilakukan.
Subjek yang terlibat dalam pengujian ini adalah  mahasiswa  Jurusan  Teknik  Elektro- Universitas  Andalas.Seluruh  subjek  diberi pelatihan  atau training yang  berhubungan dengan pengujian dan sistem audio
multichannel . Ke-20 subjek yang dipilih, secara berurutan melakukan pengujian dan memberikan  penilaian  berdasarkan  kualitas audio yang didengar.

## 3.4 Teknik Analisis Pengujian
Metode  pengujian  yang  digunakan  pada pengujian  subjektif small  impairment adalah metode  yang  disebut the  double-blind  triple- stimulus  with  hidden  reference .Metode  ini memiliki  kestabilan  dan  sensitivitas  yang  baik dan  memungkinkan  untuk  menghasilkan  data yang akurat.
Pada  metode  ini,  digunakan  tiga  stimulus atau  materi  pengujian.  Stimulus  pertama  atau stimulus A merupakan sinyal audio (sinyal asli) yang diketahui oleh subjek.Stimulus kedua dan ketiga (stimulus B dan stimulus C) merupakan stimulus  yang  tidak  diketahui  oleh  subjek (pendengar)  dan  diberikan  secara  acak  kepada subjek pengujian.
Subjek  akan  diminta  membandingkan sinyal audio stimulus  B  dengan  sinyal audio stimulus  A,  dan  stimulus  C  dibandingkan dengan  stimulus  A.  Berdasarkan  standar  yang ada pada rekomendasi ITU-R BS.1116-1 audio B  dan  C  harus  dapat  dibedakan  dengan  audio A[5][18]-[25].
Pengujian  dilakukan  untuk  mendapatkan grade terhadap  hasil  output  audio  yang dihasilkan  dengan  metode closed  loop .  Posisi pendengar  dan  posisi speaker diposisikan dalam  keadaan  tetap  atau  tidak  berpindah.
Dimana pendengar akan berada pada pusat area keluaran speaker yang  diletakkan  mengelilingi pendengar  dengan  sudut-sudut  dan  jarak tertentu[20-22].

## 3.5 Akuisisi Data
Kinerja  sistem  akan  diujikan  dan dianalisis  dengan  menggunakan  penilaian subjektif  dengan  metode small  impairment . Pendengar  memberikan  nilai  untuk  masing- masing  audio  yang  diujikan  dengan  kriteria audio  sesuai  pada  Tabel  2.  Data  tersebut  diuji validitasnya menggunakan metode post screening . Subjective  Difference  Grade (SDG) masing-masing subjek dihitung untuk mendapatkan  nilai subject  expertise .  SDG merupakan  selisih  antara grade kualitas  sinyal under test dengan grade kualitas sinyal asli[16]. Kedua  sinyal  diukur  dengan  menggunakan skala  gangguan  (1  sampai  5).Skala  SDG  yang digunakan berada pada rentang 0 hingga (-4).
Tabel 2. Skala Nilai Audio pada Pengujian
Subjektif Impairment Grade Imperceptible 5 Perceptible, but not annoying 4 Slightly Annoying 3 Annoying 2 Very Annoying 1
Persamaan  23  digunakan  untuk  normalisasi hasil  subjek  dengan  tetap  mempertahankan skala asli[23].
𝑍 𝑖 = (𝑥 𝑖 −𝑥 𝑠𝑖 ) 𝑠 𝑠𝑖 .  𝑠 𝑠 + 𝑥 𝑠 (23)
Keterangan : Z i = Hasil normalisasi X i = Nilai subjek ke-i X si = Nilai rata-rata subjek ke-i pada sesi s X s = Nilai rata-rata total subjek pada sesi s S s = Standar deviasi semua subjek pada sesi s S si = Standar deviasi subyek ke-i pada sesi s
Setelah  nilai  normalisasi  didapat, kemudian dilanjutkan dengan menentukan  nilai SDG  atau  nilai  valid  untuk codec yang  diuji. Nilai SDG dihitung dengan mengurangkan nilai
normalisasi sinyal undertest dengan sinyal asli. Persamaan  yang  digunakan  adalah  persamaan 24 untuk menentukan SDG tiap sampel.
SDG = Z i(undertest) − Z i(original) (24)
Setelah  didapat  nilai  SDG  kemudian dapat  dilakukan  analisa  hasil  pengujian.Data SDG  yang  didapat  harus  disajikan  ke  dalam nilai  selang  kepercayaan  ( confidence  interval ). Nilai ini didapat dari standar deviasi dan besar data  sampel  yang  digunakan  dengan  besar probabilitas confidence interval yang digunakan pada pengujian adalah 90%. Hal ini dilakukan untuk menentukan rentang nilai rata- rata  data  yang  didapat  memiliki  kemungkinan populasi nilai yang masuk pada rentang 90%.
𝛿 = 𝛼 𝑆 √𝑁 (25)
𝛼 = 1 − 𝑃𝑟𝑜𝑏. 𝛿 (26)
Keterangan : δ  = Confidence Interval α  =  level signifikan yang digunakan S  =  Standar deviasi N    =  Besar data sampel

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengukuran  SNR  dilakukan  untuk mengevaluasi keseluruhan kinerja dari rancangan  pengkodean  audio  multichannel metode closed  loop dengan bit  rate yang bervariasi  dan  membandingkannya  dengan kinerja metode open loop .
Tabel 3. Perbandingan Kinerja Sistem MPEG Surround dengan Metode berbeda
Berdasarkan  hasil  pengujian  dan pengolahan  data,  didapat  data  SNR  yang menyatakan  kualitas  metode  yang  diterapkan pada  MPEG  Surround  yang  dapat  dilihat  pada Tabel 3.
Dari  Gambar  7  dapat  dilihat  bahwa pada metode closed loop yang diterapkan pada MPEG  Surround  menyebabkan  kenaikan  SNR jika  dibandingkan  dengan  metode open  loop . Persentase kenaikan ini menjadi semakin tinggi jika bit rate dinaikkan. Kenaikan SNR terendah pada  audio  ‘Tepuk  Tangan’  dengan bitrate/ channel 40  kbps,  yaitu  0.52%.  Sedangkan kenaikan  SNR  tertinggi  pada  audio  ‘Musik Klasik’dengan bitrate/ channel 160 kbps, yaitu 82.72%.  Persentase  kenaikan  SNR  rata-rata untuk  seluruh  sampel  audio  adalah  sebesar 30.90528%.
Gambar 7. Perbandingan Nilai SNR Tujuan  dari  tes  objektif  adalah  untuk mengestimasi kualitas perseptual dari
rancangan  pengkodean  audio  dengan bit  rate yang  bervariasi.  Belum  ada  tes  objektif  untuk sinyal  audio multichannel kualitas  tinggi. Sehingga  dapat  disesuaikan  dengan perceptual evaluation  of  audio  quality (PEAQ)[25], rekomendasi ITU-R BS.1387-1 untuk penilaian sinyal  audio  mono,  dan  berdasarkan  proses standarisasi yang ada dilakukan untuk penilaian audio multichannel [26].  Sebuah software yang dikembangkan  oleh  McGill  University[27] digunakan untuk menghitung nilai ODG.
Sama  halnya  dengan  nilai  SNR,  nilai
ODG pada MPEG Surround dengan menggunakan  metode closed  loop secara keseluruhan  juga  lebih  baik  daripada  dengan menggunakan metode open loop. Nilai rata-rata kenaikan  ODG  untuk  seluruh  sampel  audio adalah sebesar 0.143917.
Berdasarkan  Gambar  8  dapat  dilihat bahwa  hasil  pengujian  yang  didapat  kualitas sampel  audio  yang  paling  baik  adalah  ‘Suara Manusia’    dengan  nilai  SDG  yang  didapat sebesar  0.34,  dan  nilai  SDG  subjek  yang didapat  berada  pada  rentang  0.44  untuk  nilai maksimum  dan  0.24  untuk  nilai  minimum. Rentang ini disebut dengan confidence interval , confidence  interval yang  ditetapkan  pada pengujian  ini  sebesar  90%. Confidence  interval menggambarkan  bahwa  score  SDG  yang didapat  pada  pengujian  yang  dilakukan  akan berada pada rentang tersebut.
40 60 80 100 120 140 160 Closed 8.423 16.65 23.68 26.56 27.6 31.41 32.44 Open 8.221 14.77 18.62 19.84 20.17 20.98 21.12 0 10 20 30 40 SN R ( d B ) SNR Audio Rata-Rata
1; 0.02 1; -0.07
1; -0.16 2; 0.44 2; 0.34 2; 0.24 3; 0.13
3; 0.04
3; -0.06 4; -0.18
4; -0.27 4; -0.36
5; 0.15 5; 0.06 5; -0.03 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0 1 2 3 4 5 6 SDG Rata-Rata Audio Tertawa Suara Manusia Musik Klasik Musik Akustik Tepuk Tangan
Gambar 8. Grafik SDG Rata-Rata Audio

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  yang  telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan:
1. Metode closed  loop pada  MPEG  Surround memiliki  kinerja  yang  jauh  lebih  baik dibandingkan  dengan  metode open  loop . Hal  ini  dapat  dilihat  dari  persentase kenaikan Signal to Noise Ratio (SNR) yang signifikan,  yaitu  mencapai  82.72%.  Dan persentase  kenaikan  parameter  ini  semakin tinggi jika bit rate channel nya dinaikkan.
2. Persentase  kenaikan  SNR  rata-rata  untuk seluruh  sampel  audio  adalah  sebesar 30.90528%.
3. Sama halnya dengan nilai SNR, nilai ODG pada MPEG Surround dengan menggunakan  metode closed  loop secara keseluruhan  juga  lebih  baik  daripada dengan  menggunakan  metode open  loop. Nilai rata-rata kenaikan ODG untuk seluruh sampel audio adalah sebesar 0.143917.
4. Berdasarkan listening  test yang  dilakukan diperoleh bahwa kualitas sampel audio hasil kompresi  yang  paling  baik    adalah  ‘Suara Manusia’    dengan  nilai  SDG  rata-rata  dari seluruh  subjek    sebesar  0.34,  dan confidence  interval nilai  SDG  subjek  yang diperoleh    berada  pada  rentang  0.44  untuk nilai  maksimum  dan  0.24  untuk  nilai minimum.
5. Secara perceptual  objective  test maupun subjective  test menunjukkan  bahwa  audio hasil  kompresi  MPEG Surround dengan metode closed  loop bekerja  dengan  baik.
Secara keseluruhan, impairment pada audio hasil  kompresi  bersifat imperceptible pada bit rate 90 kbps atau yang lebih tinggi. Hal ini  menunjukkan  bahwa  tujuan  penelitian telah tercapai, yaitu kompresi audio dengan tetap mempertahankan kualitasnya.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Herre,  Jurgen.  2002. Audio  Coding-an-All Around  Entertainment  Technology .  AES 22nd  International  Conference  in  Virtual, Synthetic  and  Entertainment  Audio, Finlandia. nt
[2]  Breebaart,  Jeroen  dkk.  2007. Background, concept, and Architecture for the Recent MPEG Surround Standard on Multichannel  Audio  Compression. J. Audio Eng. Soc., Vol. 55, No. 5.
[3]  Breebaart,  Jeroen.  2007. Analysis  and Synthesis  of  Binaural  Parameters  for Efficient  3D  Audio  Rendering  in  MPEG Surround .  Proceeding  IEEE  International Conf. on Multimedia Expo.
[4]  Bosi,  Marina  dan  Richard  E.  Goldberg. 2003. Introduction  to  Digital  Audio Coding  and  Standards .  Netherlands: Kluwer Academic Publishers.
[5]  Erne,  Markus.  2001. Perceptual  Audio Coders  “What  to  Listen  For” . AES  111th Convention Paper, New York, USA.
[6]  http://www.mpegsurround.com/  diakses pada 03/11/2013 5:40 PM
[7] Hull, Joseph. 1999. Surround Sound: Past, Present  and  Future . San  Francisco: Dolby Laboratories Inc.
[8]  Fuchs,  Harald.,  Korte,  Okaf.,  Hilpert, Johannes.  2009. Digital  Broadcasting  with MPEG Surround. Fraunhofer IIS.
[9]  Herre,  Jurgen  dkk.  2005. The  Reference Model  Architecture  for  MPEG  Spatial Audio  Coding .  AES  118 th Convention Paper, Barcelona, Spain.
[10]  Breebaart,  Jeroen  dkk.  2005. MPEG Spatial  Audio  Coding/  MPEG  Surround: Overview  and  Current  Status .  AES  119 th Convention Paper, New York, USA. [11]  Engdegard,  Jonas  dkk.  2008. Spatial Audio  Object  Coding  (SAOC) – The Upcoming MPEG Standard on Parametric Object  Based  Audio  Coding .  AES 124 th Convention  Paper,  Amsterdam,  The Netherlands.
[12]  Elfitri,  Ikhwana.  2009. Spatial  Audio Coding . TeknikA, No. 32 Vol. 1 Thn XVI [13] Herre, Jurgen dkk. 2008. MPEG Surround
– The ISO/ MPEG Standard for Efficient and  Compatible  Multichannel  Audio Coding . J.  Audio  Eng.  Soc.,  Vol.  56,  No. 11.
[14]  Elfitri,  Ikhwana.,  Shi,  Xiyu.,  Kondoz, Ahmet.  2013. Analysis  by  Synthesis Spatial  Audio  Coding .  IET  Signal Process., pp.1-8.
[15] Breebaart, Jeroen dkk. 2006. Multichannel goes Mobile MPEG
Surround  Binaural  Rendering .  AES  29 th International Conference, Seoul, Korea.
[16]  Elfitri,  Ikhwana.,  Günel,  Banu.,  M. Kondoz.,  Ahmet.  2011. Multichannel Audio  Coding  Based  on  Analysis  by Synthesis. Proceedings  of  the  IEEE,  Vol. 99, No. 4.
[17]  ISO/IEC  23003-1.  2007. Information Technology – MPEG Audio Technologies, Part 1: MPEG Surround.
[18]  ITU.  1997.  Rec  ITU-R  BS.1116-1: Methods  For  The  Subjective  Assessment Of  Small  Impairments  In  Audio  Systems Including Multichannel Sound Systems .
[19]  Saputra,  Rio.  2011. Perancangan  Sistem Pengenalan  Ucapan  Tipe Connected Word Dengan  Metode  MFCC  dan
Hidden  Markov  Model (HMM)  untuk Mengakses Aplikasi Komputer . Padang : Universitas Andalas.
[20]  Mason,  Andrew  dkk.  2007. EBU  Test  of Multi-Channel Audio Codecs . AES 122 nd Convention Paper, Vienna, Austria.
[21]  Herrero,  Carlos.  2007. Subjective  and Objective  Assessment  of  Sound  Quality: Solutions and Applications . HUT, Telecommunications Software and Multimedia Laboratorio. [22]Bosi, Marina. 2000. High-Quality Multichannel  Audio  Coding  Trends  and Challenges .  J.  Audio  Eng.  Soc.,  Vol.  48, No. 6.
[23]  ITU.  2003.  Rec.  ITU-R  BS.1284-1: General  Methods  for  The  Subjective Assessment of Sound Quality .
[24]Watanabe,  Kaoru. Objective  perceptual audio
quality measurement
method. Broadcast  Technology    no.35, Combined  Issue  Autumn  2008-Winter 2009
[25]  ITU-R  BS.1387-1:  ‘ Method  for  Objective Measurements  of  Perceived  Audio Quality ’, 2001.
[26]  Liebetrau,  J.,  Sporer,  T.,  Kampf,  S., Schneider,  S.:  ‘ Standarization  of  PEAQ- MC:  Extension  of  ITU-R  BS.1387  to Multichannel  Audio ’.  Presented  at  AES 40 th Int.  Conf,  Spatial  Audio:  Sense  the Sound  of  Space,  Tokyo,  Japan,  October 2010.
[27]  Kabal,  P.:  ‘ An  examination  and interpretation of ITU-R BS.1387: perceptual  evaluation  of  audio  quality ’, Telecommunication and Signal Processing Laboratory,  Department  of  Electrical  and Computer Engineering, McGill University (URL: http://www- mmsp.ece.mcgill.ca/documents/Software/)
[28]  Marston,  D.,  Kozamernik,  F.,  Stoll,  G., Spikofski,  G.:‘ Further  EBU  test  of multichannel  audio  codecs ’.  Presented  at the  126th  Convention  of  the  Audio Engineering  Society,  Munich,  Germany, May 2009

## Biodata Penulis
Muhammad  Sobirin ,  Lahir  di  Medan  22  Juli 1989.  Memperoleh  gelar  Sarjana  Teknik  pada tahun  2011  dari  Departemen  Teknik  Elektro, Universitas  Sumatera  Utara,  Konsentrasi Teknik Telekomunikasi.Saat ini sedang menempuh  pendidikan  di  Magister  Teknik Elektro,  Universitas  Andalas,  Konsentrasi Teknik Telekomunikasi dan Multimedia.