SINYAL VIDEO
Ir. HUDIONO, M.T.DIGITAL TELEVISIMata kuliah : Sistem
VideoTELEVISI DIGITAL ....................... (1)CCIR memiliki
standar digitalisasi (Rekomendasi CCIR - 601) dan interfacing
(rekomendasi CCIR - 656) dari sinyal video digital dalam bentuk
komponen (Y, Cr, Cb dalam format 4:2:2).Digitalisasi sinyal video
analog dengan bandwidth fmax, akan diperlukan frekuensi sampling Fs
minimal dua kali frekuensi maksimum. Pada dasarnya, sampling sinyal
menciptakan dua sideband atas dan bawah yaitu Fs +Fmax dan Fs Fmax,
serta harmonisa yang terjadi disekitarnya.
TELEVISI DIGITAL ...................... (2)Untuk menghindari
pencampuran spektrum sinyal input dengan bagian bawah sideband,
diperlukan syarat bahwa :Fs - Fmax > fmax, yang bisa diwujudkan
dengan Fs > 2Fmax. Bandwidthnya tidak melebihi fmax = Fs/2.Untuk
sinyal video komponen, dengan bandwidth hingga 6 MHz, CCIR mengatur
frekuensi sampling sebesar Fs = 13,5 MHz. frekuensi ini tidak
tergantung pada standar scanning, menghasilkan :864 Fh untuk sistem
625 - line dan 858 Fh untuk sistem 525 - line. Jumlah sampling
aktif masing-masing per baris adalah 720.Metode sampling seperti
ini disebut sampling orthogonal.skema sampling lain yang sering
digunakan untuk video komposit adalah sampling (4 Fsc). Adalah
metode yang paling ekonomis dalam hal bit-rate. Untuk 8 bit
(memiliki 256 langkah kuantisasi) membutuhkan nilai rasio sinyal
terhadap noise minimum Sv/Nq = 59 dB Bit rate yang diperlukan untuk
digitalisasi komposit adalah :13.5 8 = 108 Mb/s (cukup besar).
TELEVISI DIGITAL ...................... (2)Sampling
Orthogonal
Metode digitalisasi sinyal komposit jarang digunakan untuk
aplikasi penyiaran (broadcasting), karena sangat sulit untuk
manipulasi sinyal (editing, dan kompresi).
DIGITALISASI SINYAL VIDEO ..... (1)FORMAT 4:2:2Rekomendasi CCIR
- 601, mendefinisikan parameter digitalisasi sinyal video dalam
bentuk komponen yang didasarkan pada Y, Cb, dan Cr dalam format
4:2:2 Format 4:2:2 artinya : empat sampling Y, dua sampling Cb dan
dua sampling Cr dengan 8 bit per sampling (yang dapat dikembangkan
sampai 10 bit per sampling). Frekuensi sampling 13.5MHz untuk
luminance dan 6.75MHz untuk chrominance. Hal ini menghasilkan 720
sampling video aktif per baris untuk luminance, dan 360 sampling
aktif per baris untuk setiap chrominance.
DIGITALISASI SINYAL VIDEO ..... (2)Sinyal krominan Cr dan Cb
berada secara bersamaan di setiap barisnya, dengan resolusi
vertikal untuk chrominance adalah sama seperti untuk luminance (480
baris untuk sistem 525 -line, 576 baris untuk Sistem 625 - line).
Total bit-rate yang dihasilkan dari proses ini adalah 13,5 8 + 2
6,75 8 = 216 Mb/s . Sedangkan untuk kuantisasi 10 bit, dihasilkan
bit-rate 270 Mb/s. Periode blanking horizontal dan vertikal dapat
diisi dengan data yang berguna lainnya, seperti digitalisasi sinyal
suara, sinkronisasi, dan informasi lainnya.Rekomendasi CCIR - 656
mendefinisikan standar interfacing untuk sinyal 4:2:2 yang
didigitalkan menurut rekomendasi CCIR - 601. Adalah format yang
digunakan untuk interfacing digital video D1, dan karena itu sering
disebut sebagai Format D1.Versi rekomendasi paralel ini memberikan
sinyal dalam bentuk multiplexing (Cr1, Y1 , CB1 , Y2 , Cr3 , Y3 ,
CB3 ... ) pada 8 - bit paralel interfacing, dengan clock 27MHz
(satu periode clock per sampling). Versi ini biasa menggunakan
konektor standar DB25. Ada juga bentuk serial interface CCIR - 656
yang menggunakan kabel koaksial 75 Ohm dengan konektor BNC,
membutuhkan bit-rate sedikit lebih tinggi (243 Mb/s) karena
menggunakan 9 bit per sampling.DIGITALISASI SINYAL VIDEO ....
(3)4:2:0, SIF, CIF, DAN FORMAT QCIFUntuk aplikasi yang kurang
menuntut dalam hal resolusi, dan dalam pandangan pengurangan
bit-rate, sejumlah produk di luar format 4:2:2 telah juga
ditetapkan.Format 4:2:0Format ini dikembangkan dari format 4:2:2
dengan menggunakan sampling chroma yang sama untuk dua baris
berturut-turut, dalam rangka mengurangi jumlah memori yang
diperlukan pada pemrosesan,sementara pada saat yang sama pula di
dalam memberikan resolusi vertikal dan dengan urutan yang sama
seperti pada resolusi horisontal. Untuk luminance dan resolusi
chrominance horizontal adalah sama seperti format 4:2:2, maka
:Resolusi luminance : 720 576 (625 baris) atau 720 480 (525
baris)Resolusi chrominance : 360 288 (625 baris) atau 360 240 (525
baris) DIGITALISASI SINYAL VIDEO .... (4)Gambar di bawah ini
menunjukkan posisi sampling chroma untuk Format 4:2:0.
Format 4:2:0 adalah format yang khusus menggunakan format input
untuk coding D2 - MAC dan MPEG - 2 (MP @ ML).
DIGITALISASI SINYAL VIDEO .... (5)THE SIF (SOURCE INTERMEDIATE
FORMAT)Format ini diperoleh dengan mengurangi setengah resolusi
spasial vertikal dan resolusi temporal, sehingga menjadi 25 Hz
untuk sistem 625 - line dan 29,97 Hz untuk sistem 525 - line.
Tergantung pada standar sistem yang digunakan, resolusi spasial
yang dimaksud adalah :Resolusi luminance : 360 288 ( 625 baris )
atau 360 240 (525 baris);Resolusi chrominance : 180 144 ( 625 baris
) atau 180 120 (525 baris).Gambar di bawah ini menggambarkan posisi
sampling dalam format SIF.
DIGITALISASI SINYAL VIDEO .... (6)Pengurangan resolusi temporal
dan vertikal biasanya diperoleh dengan interpolasi sampling bidang
ganjil dan genap, tetapi kadang-kadang dicapai dengan hanya
menurunkan setiap detik interlaced bidang format input.
THE CIF (COMMON INTERMEDIATE FORMAT)Format ini adalah gabungan
antara format SIF Eropa dan Amerika.Resolusi spasial diambil dari
SIF 625 -line ( 360 288 ) dan resolusi temporal dari SIF 525 -line
( 29,97 Hz ). Format ini adalah biasa digunakan untuk komunikasi
video conferencing .
QCIF THE (QUARTER CIF)Format ini diperoleh dengan mengurangi
resolusi spasial 4 kalinya (2 di setiap arah) dan resolusi temporal
dengan 2 atau 4 kalinya (15 atau 7,5 Hz). Format ini sering
digunakan untuk ISDN video telephony yang menggunakan algoritma
kompresi H261.
DIGITALISASI SINYAL VIDEO .... (7)FORMAT HIGH DEFINITION 720P ,
1080IDua format gambar standar telah dipertahankan untuk siaran
Aplikasi HDTV, masing-masing yang ada dalam dua varian (59,94 Hz
atau 50 Hz tergantung sistem yang digunakan), yaitu :Format 720p :
adalah format progressive scan dengan resolusi horisontal 1280
pixel dan resolusi vertikal 720 baris (atau piksel ).Format 1280i :
Format interlaced ini menawarkan resolusi horisontal 1920 pixel dan
resolusi vertikal 1080 baris (atau piksel).Untuk kedua format
tersebut, memiliki resolusi horisontal dan vertikal yang setara
(piksel persegi) karena mereka memiliki rasio yang sama dengan
aspek rasio gambar (16:9).Bit-rate yang dibutuhkan untuk
digitalisasi format 4:4:4 untuk kedua format HD ini, memberikan
bit-rates 1 sampai dengan 1,5 Gb/s tergantung pada frame rate dan
resolusi, yaitu 4 sampai 5 kali lebih besar daripada standar -
definition interlaced video.
TRANSMISI VIDEO DIGITAL....... (1)MASALAH TRANSPORTASIHal ini
jelas bahwa bite-rate untuk tingkat 200 Mb/s, seperti yang
dibutuhkan format 4:2:2, tidak dapat digunakan untuk siaran
langsung sampai pada akhir pengguna (end-user), karena akan
memerlukan bandwidth kisaran 40MHz dengan Modulasi 64-QAM (6
bit/simbol) untuk televisi kabel, atau 135MHz dengan modulasi QPSK
(2 bit / simbol) untuk siaran televisi satelit. Sehingga
menghasilkan 5-6 kali bandwidth yang diperlukan untuk transmisi
sistem analog PAL atau sinyal SECAM. Hal ini tentu saja akan
menjadi pertimbangan, dengan meningkatnya bit-rates 4 sampai 5 kali
lebih tinggi yang dihasilkan oleh digitalisasi gambar high
definition di format 720p atau 1080i.Salah satu solusinya adalah
dengan menggunakan sistem kompresi.Kompresi telah digunakan selama
beberapa tahun untuk link kontribusi di bidang video profesional,
yang mengurangi bit-rate hingga 34 Mb/s, akan tetapi bandwidth ini
masih terlalu tinggi untuk aplikasi konsumen, karena tidak
memberikan keuntungan lebih terhadap pentransmisian analog yang
ada. TRANSMISI VIDEO DIGITAL....... (2)Solusi untuk masalah
tersebut di atas, dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori
utama :Source coding. Ini adalah istilah teknis untuk kompresi.
Meliputi semua video dan teknik kompresi audio yang digunakan untuk
mengurangi sebanyak mungkin bit-rate (dalam hal Mb/s diperlukan
untuk mengirimkan gambar bergerak dari resolusi tertentu dan
suara).Channel coding. Diperoleh dengan mengembangkan algoritma
error correction yang sangat berhubungan dengan teknik modulasi dan
efisiensi spektrum (dalam hal Mb/s per MHz), dengan memperhitungkan
bandwidth yang tersedia dan ketidak sempurnaan saluran transmisi di
kemudian hari. Dengan mempertimbangkan kenyataan bahwa banyak
program dapat ditularkan pada satu saluran RF, dengan urutan
operasi yang akan dilakukan di sisi pemancar kira-kira seperti yang
diilustrasikan pada Gambar di bawah ini.TRANSMISI VIDEO
DIGITAL....... (3)Catatan 1 : CCIR adalah cabang komunikasi radio
dari mantan CCITT (Comite Consultatif International Telegraphe and
Telephone), yang baru-baru ini berganti nama menjadi ITU
(International Telecommunications Union). CCIR sekarang disebut
sebagai ITU-R.
TRANSMISI VIDEO DIGITAL....... (4)Catatan 2 :Untuk beberapa
aplikasi multimedia (terutama video dalam PC), Frekuensi sampling
yang sering digunakan untuk memperoleh apa yang disebut sebagai
piksel persegi adalah untuk memudahkan pencampuran video live
dengan gambar pada komputer tanpa distorsi. Pada kenyataannya,
standar gambar TV dan layar komputer memiliki rasio 4/3 (rasio
lebar dengan tinggi gambar) .Dalam rangka memperoleh resolusi yang
sama di arah horisontal dan vertikal, yang merupakan format layar
komputer saat ini, diperlukan bahwa rasio sejumlah pixel per baris
terhadap sejumlah baris aktif adalah 4/3. Hal ini bukan merupakan
format yang diberikan oleh CCIR - 601, baik di dalam standar 625
line ( 720/576 < 4/3 ) maupun pada standar 525 -line (720/480
> 4/3).Untuk standar 525 -line (480 baris aktif), jumlah piksel
persegi yang dibutuhkan adalah 480 4/3 = 640 pixel/garis, yang
diperoleh untuk frekuensi sampling 12,2727 MHz. Mode ini pada
kenyataannya adalah sebuah varian uninterlaced atau progresif
scanning untuk standar scanning NTSC (garis frekuensi = 31.468 Hz,
dengan frekuensi frame = 59,94 Hz ).
TRANSMISI VIDEO DIGITAL....... (5)Untuk standar 625 -line (576
baris aktif), jumlah piksel persegi yang dibutuhkan adalah 576 4/3
= 768 pixel/garis , memerlukan frekuensi sampling 14,75 MHz.format
high-definition 720p dan 1080i memiliki perbandingan jumlah pixel
horizontal dan vertikal yang sama, untuk aspek rasio gambar
(16:9).
TRANSMISI VIDEO DIGITAL....... (6)Catatan 3 :sinyal D
dinamissinyal D dinamis dengan amplitudo peak to peak maksimum FPP
, di kuantisasi dengan m langkah (m = 2b , dimana b adalah jumlah
bit kuantisasi ), adalah rasio antara VPP dengan nilai puncak
maksimum kesalahan kuantisasi , dan sama sampai dengan langkah
kuantisasi Q. Menurut definisi, Q adalah sama dengan maksimum
amplitudo puncak - ke puncak FPP dibagi dengan jumlah kuantisasi m
langkah, yaitu Q = VPP / m = VPP/2b. Sehingga, sinyal D dinamis (
dalam dB ) adalah sama dengan :D(DB) = 20 log (VPP / Q) = 20
log(VPP 2b/VPP)= 20 log 2b = b 20 log 2Sehingga, D = b 6 dBContoh 1
( video). Kuantisasi untuk 8 bit ( b = 8 ) menghasilkan D = 48
dB.Contoh 2 ( audio). Kuantisasi untuk 16 bit ( b = 16 )
menghasilkan D = ... dB.
TRANSMISI VIDEO DIGITAL....... (7)Catatan 3 :Perbandingan Sinyal
dengan Noise KuantisasiJika Q adalah langkah kuantisasi, maka nilai
tegangan noise kuantisasi :Nq = Q /12. Untuk sinyal video, dengan
VPP sama dengan amplitudo hitam to putih VBW, maka Q = VBW / m =
VBW/2bSinyal to noise kuantisasi ratio, SV/Nq adalah rasio sinyal
FBW hitam to putihterhadap tegangan noise kuantisasi NQ :SV/Nq (DB)
= 20 x log (VBW x 2b x 12/VBW)
= 20 log (2b x 12) = b 6 +20 log12 Atau,SV/Nq = D +10,8 dBOleh
karena itu, dalam kasus Contoh 1 di atas (sinyal video
terkuantisasidengan 8 bit), nilai D = 48 dB dan SV/Nq= 58,8 dB
.
TRANSMISI VIDEO DIGITAL....... (8)Catatan 3 :Perbandingan Sinyal
dengan Noise KuantisasiUntuk sinyal audio, signal to noise
kuantisasi ratio, SA/Nq adalah rasio dari root mean square (RMS)
sinyal VRMS terhadap tegangan noise kuantisasi Nq. Jika kita
mengasumsikan amplitudo sinyal sinusoidal maksimum peak to peak
VPP, maka maksimum tegangan RMS adalah VRMS = VPP/2y/2. Sehingga,
SA/Nq(DB) = 20 log (VPP x 2b x 12/VPP 22)
= 20 log (2b x 12/22)Atau,SA/Nq(DB) = b 6 + 20 (log 12 - log 22)
= D + 20 0,09 SA/Nq = D +1,8 dB
Dengan demikian, dalam kasus Contoh 2 (sinyal audio dikuantisasi
dengan 16 bit), nilai :D = 96 dB dan SA/Nq = 97,8 dB.
