PENGANTAR TEORI SISTEM VIDEO

Tentang  Sinyal  Video,  Sinyal Audio,  Sistem Televisi  Analog dan Radio.

Sinyal audio dan video memiliki berbagai aplikasi yang luas, dan akan bermanfaat untuk mengulas tujuan masing-masing dari sinyal-sinyal ini. Kata "video" berasal dari bahasa Latin yang berarti "Saya Lihat," sementara kata "audio" merujuk pada "Saya Dengar." Kedua istilah ini mencerminkan perannya yang khas, dengan video digunakan untuk merekam cahaya dan visual, sedangkan audio digunakan untuk merekam suara. Perbedaan antara keduanya dijelaskan secara detail dalam Gambar 1.1.

Gambar 1.1 (a) dan (b) Perbandingan sinyal-sinyal  audio  dan  video   digunakan  dalam  elektronika 

(a) sinyal  audio  untuk  suara , (b) sinyal video untuk  gambar.

Pada Gambar 1.1a, sistem audio yang umum digunakan melibatkan penggunaan mikrofon untuk mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik yang sesuai untuk sinyal audio. Pengeras suara, yang juga dikenal sebagai loudspeaker, menerima sinyal audio ini melalui terminal masukan, baik melalui koneksi langsung atau sebagai bagian dari sistem penyiaran nirkabel.

Selanjutnya, pengeras suara menghasilkan kembali suara asli yang awalnya direkam oleh mikrofon, sehingga kita dapat mendengarnya dengan jelas seperti yang direkam oleh mikrofon.

 

Pada Gambar 1.1b, terlihat bahwa tabung kamera memiliki peran penting dalam mengubah cahaya yang masuk menjadi perubahan listrik yang sesuai untuk menghasilkan sinyal video yang dapat dilihat. Dalam sistem video, tabung kamera ini memiliki fungsi yang setara dengan mikrofon dalam sistem audio. Pada tahap akhir sistem video, tabung gambar mengubah tegangan sinyal video dari masukan menjadi cahaya pada keluaran. Informasi visual yang dihasilkan ini kemudian ditampilkan kembali di layar tabung gambar, sehingga kita dapat melihat gambar sesuai dengan yang telah direkam oleh tabung kamera tersebut.

Perbedaan Antara Video dan Audio.

Citra cahaya (light image) dalam konteks video diubah menjadi sinyal listrik hanya untuk suatu daerah kecil pada suatu saat tertentu. Hasilnya, sinyal video yang dihasilkan oleh tabung kamera mencakup perubahan berurutan dalam waktu untuk area yang berbeda. Oleh karena itu, diperlukan suatu prosedur pemindai (scanning) untuk mencakup seluruh gambar, yaitu titik demi titik dari kiri ke kanan dan baris demi baris dari atas ke bawah. Proses pemindaian ini berlangsung sangat cepat, di mana hanya memerlukan 63,5 mikrodetik (µdet) untuk satu baris horizontal. Karena pemindaian yang cepat ini, sinyal video memiliki frekuensi tinggi, mencapai sekitar 4 Mhz.

Selama proses pemindaian, pulsa-pulsa sinkronisasi (synchronizing pulse) digunakan bersamaan dengan sinyal video untuk mengatur waktu pemindaian pada tabung kamera dan tabung gambar. Pada tabung gambar, daerah cahaya yang kecil atau daerah bayangan, jika ada, akan direkonstruksi kembali dalam posisi yang tepat untuk membentuk gambar keseluruhan dengan akurat.

 

Sinyal Frekuensi Dasar pada Video dan Audio

Sinyal video dan audio memiliki suatu ciri khas yang disebut sebagai daerah frekuensi dasar (baseband) yang merefleksikan perubahan frekuensi tanpa adanya tambahan seperti encoding atau modulasi untuk fungsi-fungsi tertentu. Pada dasarnya, frekuensi-frekuensi ini sesuai dengan informasi visual atau suara yang diinginkan, tanpa adanya perubahan kompleks.

Dalam konteks sistem audio, lebar frekuensi dasar (baseband) berkisar antara 20 hingga 20.000 Hz, namun seringkali rentang 50 hingga 15.000 Hz digunakan untuk audio berkualitas tinggi. Di sisi lain, dalam sistem video, rangkuman frekuensi dasarnya dimulai dari 0 Hz untuk arus searah hingga mencapai 4 MHz.

Sinyal frekuensi dasar audio dapat disalurkan ke pengeras suara untuk menghasilkan suara yang diinginkan, sedangkan sinyal frekuensi dasar video dapat dikirimkan ke tabung gambar untuk menghasilkan gambar yang diinginkan.

Alasan di balik konversi informasi suara dan gambar menjadi sinyal listrik frekuensi dasar adalah kemampuan untuk memperkuat sinyal audio dan video sesuai kebutuhan. Selain itu, pengolahan sinyal melalui rangkaian elektronik relatif mudah dan dapat diterapkan dalam berbagai konteks penggunaan.

 

 

Sinyal Pemancar Radio.

Dalam transmisi radio nirkabel, sinyal audio frekuensi dasar (baseband) digunakan untuk memodulasi gelombang pembawa frekuensi radio (RF - radio frequency). Modulasi ini diperlukan karena frekuensi audio terlalu rendah untuk transmisi yang efisien. Selain itu, stasiun-stasiun radio yang berbeda menggunakan frekuensi pembawa yang berbeda pula. Penerima radio dapat disetel (tuned) ke frekuensi pembawa yang diinginkan. Di penerima radio, sinyal RF yang telah dimodulasi akan dideteksi untuk memulihkan informasi audio yang asli.

Sinyal Pemancar Televisi

Konsep yang sama berlaku dalam pemancar televisi seperti yang digunakan dalam pemancar radio. Sinyal frekuensi dasar video digunakan untuk memodulasi gelombang pembawa frekuensi tinggi untuk melengkapi transmisi nirkabel. Di penerima televisi, detektor video digunakan untuk memulihkan sinyal video yang asli. Proses pemancaran televisi mirip dengan pemancaran radio, kecuali bahwa modulasi video digunakan untuk sinyal gambar, dan sinyal suara termasuk dalam gelombang pembawa yang terpisah. Semua sistem ini membutuhkan gelombang radio elektromagnetik untuk transmisi. Dalam penyiaran televisi, modulasi amplitudo (AM - Amplitude Modulation) digunakan untuk sinyal gambar, sementara modulasi frekuensi (FM - Frequency Modulation) digunakan untuk sinyal suara yang sesuai.

Penyiaran Televisi

Istilah "siaran" (broadcast) berarti mengirimkan informasi ke segala arah. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1-2, antena pemancar mengirimkan gelombang radio elektromagnetik yang dapat diterima oleh antena penerima. Pemancar televisi memiliki dua fungsi utama, yaitu mengirimkan informasi visual yang dapat dilihat dan informasi audio yang dapat didengar. Sinyal gambar yang dimodulasi amplitudo (AM) dan sinyal suara yang dimodulasi frekuensi (FM) dikirimkan bersama-sama dari antena pemancar. Wilayah layanan mencakup sekitar 75 mil (121 km) dalam segala arah dari pemancar.

Dalam proses pemancaran visual, tabung kamera memainkan peran penting dalam mengubah bayangan cahaya menjadi sinyal video. Tabung kamera ini adalah jenis tabung sinar katoda (CRT - cathode ray tube), yang terdiri dari pelat bayangan fotolistrik dan sebuah senjata elektron (electron gun) yang tertutup dalam sebuah tabung berisi vakum yang dilapisi dengan kaca. Salah satu jenis tabung kamera yang umum digunakan adalah "vidicon," yang dapat dilihat pada Gambar 1-3.

Pada dasarnya, tabung kamera menangkap bayangan optik dari pemandangan atau adegan pada pelat fotolistriknya. Pelat ini kemudian dipindai (scanned) dalam garis-garis horizontal oleh sekelompok elektron yang bergerak dari kiri ke kanan dan dari atas ke bawah, jika dilihat dari perspektif kamera.

Gambar 1.2 Diagram Blok Sistem Penyiaran Televisi

Proses pemindaian ini memerlukan waktu sekitar 1/30 detik untuk mencakup keseluruhan gambar yang terdiri dari 525 garis pemindaian. Akibatnya, keluaran dari tabung kamera berupa urutan perubahan listrik, yang disebut sebagai sinyal video, yang sesuai dengan informasi gambar. Sinyal video ini kemudian diperkuat, dan pulsa-pulsa penyelarasan ditambahkan. Modulasi amplitudo dari frekuensi pembawa gambar menghasilkan sinyal gambar dalam bentuk modulasi amplitudo (AM).

Gambar 1-3. Tabung  kamera vidicon. Panjang  6 inchi (152,4 mm) (RCA)

Antena penerima berfungsi untuk menangkap sinyal pembawa gambar dan suara. Sinyal-sinyal ini kemudian diperkuat dan selanjutnya dideteksi untuk mendapatkan modulasi awal. Output dari detektor video mencakup sinyal video yang diperlukan untuk merekonstruksi gambar.

Selanjutnya, sinyal video yang telah dideteksi diperkuat sejauh yang diperlukan untuk mengendalikan katoda kisi (cathode grid) pada tabung gambar. Seperti yang digambarkan pada Gambar 1-4, tabung gambar ini mirip dengan tabung sinar katoda (CRT) yang digunakan dalam osiloskop. Layar tabung ini memiliki pelat penyetel yang terbuat dari kaca di bagian depan dengan lapisan fosfor di permukaan dalamnya. Di bagian leher tabung terdapat senapan elektron. Ketika berkas elektron menabrak layar fosfor, cahaya akan dipancarkan.

Misalnya, jika tegangan sinyal video membuat kisi pengatur (control grid) kurang negatif, maka arus berkas elektron akan bertambah, sehingga membuat cahaya yang dipancarkan menjadi lebih terang. Cahaya maksimum yang dipancarkan adalah cahaya putih terang pada layar.

Sebaliknya, tegangan yang lebih negatif akan mengurangi arus berkas dan membuat layar menjadi lebih gelap. Jika tegangan kisi cukup negatif untuk memutuskan arus berkas, maka tidak akan ada cahaya yang dipancarkan. Ini sesuai dengan warna hitam pada layar.

Diagram blok pada Gambar 1-2 menggambarkan sistem untuk gambar monokrom. Pada televisi berwarna, digunakan kamera berwarna dan tabung gambar berwarna. Kamera berwarna menghasilkan sinyal video untuk informasi gambar dalam tiga warna: merah, hijau, dan biru. Demikian pula, tabung gambar berwarna memungkinkan bayangan yang direkonstruksi dalam warna merah, hijau, dan biru, serta semua campuran warna di antaranya, termasuk warna putih.

Gambar 1.4 Tabung Gambar Televisi (CRT – Cathode Ray Tube).

 

Saluran Penyiaran Televisi

Lebar spektrum frekuensi yang digunakan untuk mengirim sinyal video dan audio disebut sebagai saluran televisi (channel). Setiap stasiun televisi ditetapkan oleh FCC (Federal Communication Commission) ke dalam saluran dengan lebar 6 MHz dan frekuensi pembawa tertentu. Seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 1-1, semua saluran televisi dibagi menjadi tiga kategori lebar spektrum:

Saluran televisi adalah alokasi khusus dalam spektrum frekuensi yang memungkinkan penyiaran konten televisi. Pembagian ini penting untuk mencegah interferensi dan memastikan bahwa setiap stasiun televisi memiliki saluran yang unik untuk transmisi mereka. Hal ini juga memudahkan pemirsa untuk menyetel penerima televisi mereka ke saluran tertentu untuk menonton program yang mereka inginkan.

 

Saluran Penyiaran Televisi

Saluran televisi dibagi menjadi tiga kategori berdasarkan lebar spektrum frekuensi:

1. Saluran Lebar Bidang Rendah dengan Frekuensi yang Sangat Tinggi (Lowband VHF - Very High Frequency): Ini mencakup saluran 2 hingga 6.


2. Saluran VHF dengan Lebar Bidang Tinggi: Ini mencakup saluran 7 hingga 13.
3. Saluran Frekuensi Ultra-Tinggi (UHF - Ultra High Frequency): Ini mencakup saluran 14 hingga 83.

Perhatikan bahwa rentang frekuensi ini adalah 30 hingga 300 MHz untuk VHF dan 300 hingga 3000 MHz untuk UHF. Setiap saluran televisi memiliki lebar spektrum 6 MHz. Lebar spektrum ini diperlukan untuk mengakomodasi modulasi frekuensi video hingga 4 MHz, termasuk sinyal warna 3,58 MHz untuk televisi berwarna. Selain itu, sinyal suara FM juga ada dalam saluran ini.

Frekuensi-frekuensi radio (RF) pembawa gambar dan suara selalu dipisahkan oleh 4,5 MHz dalam semua saluran. Frekuensi 4,5 MHz ini disebut sebagai frekuensi suara antar pembawa (intercarrier sound frequency).

Ketika televisi pertama kali diperkenalkan di Amerika Serikat, saluran 1 menggunakan rentang frekuensi 44 hingga 59 MHz, namun sekarang daerah frekuensi ini digunakan untuk layanan lain. Antara saluran 4 dan 5, frekuensi 72 hingga 76 MHz digunakan untuk layanan radio lainnya, termasuk navigasi udara. Saluran pemancaran komersial FM dengan lebar spektrum 88 hingga 108 MHz berada tepat di atas daerah frekuensi saluran televisi 6, namun tidak berhubungan dengan penyiaran televisi. Pada tahun 1952, saluran UHF 14 hingga 83 ditambahkan untuk meningkatkan jumlah stasiun televisi. Tidak ada stasiun televisi yang diperbolehkan bekerja pada saluran UHF 69 hingga 83 karena frekuensi-frekuensi ini digunakan untuk radio mobil (mobile radio).

Di pesawat penerima, tuner frekuensi radio (RF tuner) digunakan untuk memilih stasiun yang diinginkan dengan mengatur ke lebar spektrum 6 MHz. Dengan dua tuner yang dapat diputar, satu untuk VHF dan satu untuk UHF, pesawat penerima dapat menyetel saluran VHF dan UHF. Posisi saluran pada satu tuner VHF digunakan untuk menghidupkan tuner. Pada lebar spektrum VHF dan UHF, sinyal-sinyal disebarkan melalui transmisi garis pandang (line of sight transmission) dari antena pemancar ke antena penerima. Biasanya, sinyal ini tidak mengikuti lengkungan bumi dan tidak dipantulkan oleh ionosfer seperti sinyal radio pada frekuensi rendah. Transmisi garis pandang ini membuat ketinggian antena sangat penting untuk mendapatkan cakupan sinyal penyiaran televisi yang baik.

FCC bertanggung jawab untuk menetapkan saluran-saluran televisi dan menjaga standar teknis yang ketat. Setiap stasiun harus memenuhi persyaratan FCC dan melayani kebutuhan masyarakat. Lisensi stasiun tersebut secara berkala ditinjau ulang, dan masyarakat diundang untuk berpartisipasi dalam proses perbaruan ini.

Cara Kerja Studio Televisi

Pada awal perkembangan televisi, sebagian besar program disiarkan secara langsung ("live"), dan setiap stasiun televisi menggunakan kamera-kamera studio untuk menghasilkan program mereka sendiri. Jaringan "feds" (federasi) menyediakan program-program untuk meliput berbagai daerah di seluruh Amerika Serikat. Jaringan utama termasuk CBS (Columbia Broadcasting Company), ABC (American Broadcasting Company), dan NBC (National Broadcasting Company) yang dimiliki oleh RCA. Distribusi program-program jaringan tersebut dikelola oleh fasilitas "Bell Telephone." Gelombang mikro dan kabel digunakan untuk menghubungkan daerah-daerah dengan lebar spektrum frekuensi.

Sumber-sumber tambahan program televisi adalah menggunakan film 35mm. Kamera film televisi mengubah bayangan optik dari sebuah tabung kamera menjadi sinyal video.

Dahulu, sebagian besar program televisi dihasilkan dan disimpan dalam format pita sebagai system memori. Perekam video tape magnetic (VTR - Video Tape Recorder) melakukan hal yang sama untuk program-video seperti yang dilakukan pita audio dan perekam suara (phonograph record) untuk program-program audio. Keuntungan utama adalah program-program ini dapat direkam pada pita pada suatu saat dan disimpan untuk penyiaran di kemudian hari. Iklan-iklan juga dapat disimpan dalam pita video. Keuntungan lainnya adalah bahwa program-program yang dikirimkan melalui gelombang mikro atau satelit dapat direkam selama jam-jam di luar jam sibuk dan kemudian disiarkan pada waktu yang paling sesuai untuk stasiun.

Hubungan Studio-Pemancar (STL - Studio Transmitter Link)

Biasanya, studio tempat sinyal-sinyal video dan audio diproduksi, dan tempat mesin-mesin pita dipasang, terletak di daerah tengah kota agar mudah diakses oleh para pembuat program. Atau program-program tersebut bisa berasal dari luar studio. Namun, pemancar (transmitter) berada di lokasi terpencil, biasanya di gedung tertinggi. Sinyal-sinyal video dan audio frekuensi dasar disampaikan ke pemancar melalui gelombang mikro atau melalui sistem kabel berbanding lebar yang disediakan oleh "Bell Telephone." Dalam banyak kasus, pemancar memiliki koneksi gelombang mikro tersendiri, yang disebut STL. Pemancar tersebut menggunakan antena gelombang mikro, yang terpasang di studio dan tempat pemancar. Piringan (dish) gelombang mikro yang terlihat di atas Menara pada Gambar 1-5 digunakan untuk tujuan ini. Sistem-sistem STL beroperasi dalam rentang frekuensi antara 2 dan 12 gigahertz (GHz), yang telah ditetapkan oleh FCC untuk ketiga stasiun di Amerika.

Gambar 1.5 Antena Stasiun Pemancar Televisi

PENGGUMPULAN BERITA ELEKTRONIK

(Electronic News Gathering - ENG)

Ketika teknologi perekam video, yang biasa dikenal dengan Video Cassette Recorder (VCR), mengalami peningkatan untuk memenuhi persyaratan penyiaran minimum, sistem pengumpulan berita secara elektronik (ENG) pun berkembang. ENG melibatkan penggunaan sebuah kamera televisi portabel dan VCR. Kamera ini dirancang dengan sangat kompak, sehingga mudah dibawa. Kamera dan VCR tersebut ditenagai oleh paket baterai yang diikat pada sabuk yang dipakai oleh operator kamera. ENG menggantikan penggunaan kamera film portabel. Sinyal-sinyal dari peralatan ENG dapat dengan mudah diakses. Untuk playback selanjutnya, pita rekaman dapat dikirimkan ke studio, atau sinyal video dan audio dasar dapat dikirim melalui sambungan gelombang mikro untuk ditampilkan di layar.

PRODUKSI LAPANGAN ELEKTRONIK (Electronic Field Production - EFP)

Sistem Produksi Lapangan Elektronik (EFP) juga menggunakan peralatan video portabel yang kompak, mirip dengan yang digunakan dalam ENG. Namun, tujuan dari EFP adalah untuk memproduksi acara hiburan di lokasi yang jauh dari studio, seperti program dokumenter atau wawancara di rumah seseorang.

PENYAKELARAN DAN PENGGABUNGAN (Switching and Mixing)

Semua kamera dan peralatan perekam video terhubung melalui sebuah generator penyelarasan, sehingga pemutaran menjadi seragam untuk semua sumber. Metode ini memungkinkan penyakelaran elektronik antara berbagai perangkat seperti program perekam video, sumber langsung, dan peralatan perekam kaset khusus yang digunakan untuk menyimpan acara komersial. Dalam proses ini, gangguan minimal terjadi. Anda melihat layar hitam selama penyakelaran dilakukan dalam selang waktu vertikal yang kosong. Pada saat itu, layar berada dalam keadaan mati, sementara jejak pemutaran elektronik bergerak dari bawah ke atas pada bingkai gambar. Waktu pengosongan vertikal ini relatif panjang, sekitar 1300 mikrodetik.