Agar tidak hilang begitu saja, maka ikatlah ilmu itu dengan cara menuliskannya.

 

 


 
Home | Produk | Alamat Kontak | Management | Bisnis Link | Artikel Teknik


Kompresi Sinyal Video

Sinyal video yang sudah dalam bentuk kode-kode biner dikirim secara serial agar bisa disalurkan melalui satu saluran, misalnya kabel coaxial. Kabel coaxial dapat menyalurkan sinyal hingga 6 Gbps. Tapi yang jelas, makin tinggi frekuensi sinyal akan mengalami redaman yang semakin besar pula, dengan kata lain akan semakin pendek jarak tempuhnya. Kabel coaxial Belden 1694A misalnya, dapat menyalurkan sinyal SD-SDI (270 Mbps) hingga 300 meter, tapi untuk sinyal HD-SDI (1,5 Gbps) hanya sampai 113 meter, sedangkan untuk sinyal 3G-SDI (3 Gbps) hanya bisa sampai 78 meter saja.

Untuk mencapai jarak yang lebih jauh diperlukan media lain misalnya fiber optic. Dengan fiber optic jarak tempuhnya bisa mencapai beberapa kilometer. Namun untuk itu diperlukan sebuah converter yang bisa merubah sinyal-sinyal listrik itu menjadi cahaya agar bisa disalurkan melalui fiber optic. Sebaliknya, di sisi penerima, diperlukan converter yang merubah cahaya itu menjadi sinyal listrik kembali. Converter seperti ini sudah banyak tersedia di pasar dengan berbagai macam pilihan. Prinsip kerja dari converter fiber optic bisa dipelajari lebih lanjut di sini.

Cara lain untuk mengirim sinyal video yang bandwidthnya sangat besar adalah dengan menggunakan sistem kompresi. Dengan sistem kompresi, kecepatan data yang sangat tinggi itu bisa diturunkan sedemikian rupa sehingga bandwitdh yang dibutuhkan menjadi jauh berkurang, namun tanpa banyak mengurangi kualitas sinyal aslinya. Hal ini sangat dimungkinkan karena di dalam sinyal video banyak mengandung elemen-elemen gambar yang berlebihan (redundancy).

Sebagai gambaran, coba perhatikan sebuah gambar berwarna berukuran 40x30 Cm2. Lalu bagilah gambar itu menjadi elemen-elemen gambar berupa kotak-kotak kecil yang masing-masing berukuran 8x8 mm2. Kemudian perhatikan dengan seksama setiap elemen gambar yang ada pada kotak-kotak kecil itu. Akan nampak bahwa gambar pada kotak-kotak kecil itu banyak sekali yang sama. Nah elemen-elemen gambar yang sama itu tidak perlu dikirim semuanya, cukup hanya beberapa saja. Tujuannya adalah agar sesedikit mungkin elemen gambar yang dikirim, dan ini berarti akan menghemat bandwidth.

Itu baru satu gambar. Padahal dalam waktu satu detik, sinyal video itu terdiri dari 25 gambar; gambar 1, gambar 2, gambar 3 dan seterusnya hingga gambar 25. Sekarang coba perhatikan sekali lagi dengan seksama, bahwa gambar 1 dan gambar 2 tentu mirip satu sama lain. Walaupun tidak sama persis, tetapi bisa dikatakan tidak terlalu jauh berbeda, atau paling tidak masih banyak kesamaannya. Nah berhubung masih banyak yang sama, maka elemen-elemen gambar yang sama tidak perlu dikirim semua, cukup satu saja, selebihnya yang dikirim adalah perbedaannya. Tujuannya jelas, yaitu untuk menghemat bandwidth. Padahal itu baru gambar 1 dan 2, sedangkan gambar 2 dan 3 juga begitu. Gambar 3 dan 4 juga begitu. Demikian seterusnya hingga gambar 24 dan 25 juga hampir mirip satu sama lain.

Makin banyak gambar yang sama antara gambar satu dengan gambar berikutnya, tentu akan makin sedikit elemen gambar yang perlu dikirim. Dan itu berarti kebutuhan bandwidthnya semakin kecil. Sebagai gambaran lagi misalnya adegan seorang penyiar berita yang sedang berbicara (the talking head). Dalam adegan ini, dalam selang waktu satu detik, antara gambar 1, 2, 3 sampai dengan gambar 25 relatif akan sama. Sebab yang berubah hanya mulut penyiar yang sedang bicara saja, sedangkan gambar background, tubuh, kepala dan bagian-bagian lainnya praktis tidak berubah. Maka pada adegan seperti ini bandwidth yang dibutuhkan bisa menjadi sangat kecil.

Berbeda dengan adegan kebakaran, misalnya, dimana di situ ditampilkan nyala api yang berkobar-kobar dengan sangat cepat, ditambah lagi dengan banyaknya petugas kebakaran yang sedang berlalu-lalang. Maka dalam selang waktu satu detik, gambar 1 sampai gambar 25 akan banyak perbedaannya, sehingga akan semakin banyak elemen-elemen gambar yang harus dikirim. Dalam adegan seperti ini dibutuhkan bandwidth yang lebih besar.

Kebutuhan bandwith yang berubah-ubah sesuai adegan inilah yang kemudian melahirkan istilah Variable Rate, meskipun kebutuhan bandwidth itu bisa juga dipatok pada angka tertentu (Fixed Rate).

Gambar (1): Gambaran umum tentang metoda sistem kompresi sinyal video
Sumber: Hewlett Packard "MPEG-2 The Basics of How It Works"

Uraian di atas menjelaskna bahwa sinyal video banyak mengandung elemen gambar yang berlebihan (redundancy) dimana di dalam satu gambar terdapat banyak sekali elemen-elemen gambar yang sama. Demikian juga dengan urutan gambar. Dari gambar 1, 2, 3 dst banyak sekali elemen-elemen gambar yang sama, sehingga yang perlu di kirim cukup elemen-elemen inti sarinya saja dan selebihnya hanya dikirim perbedaannya. Inilah yang disebut dengan proses kompresi. Dengan cara ini maka pengiriman sinyal akan menjadi lebih ringan karena bandwidth yang dibutuhkan menjadi jauh berkurang. Demikian juga dengan kebutuhan untuk media penyimpannya, makin sedikit data yang hendak disimpan akan makin kecil pula kapasitas penyimpan yang dibutuhkan.

H.261 HINGGA H.265

Sistem kompresi sinyal video yang pertama kali dibakukan adalah MPEG-1 (H.261). Sistem kompresi ini banyak digunakan pada Video-CD dimana kecepatan datanya dipatok pada angka tetap (fixed rate) sebesar 1,15 Mbps sehingga video berdurasi 1 jam 20 menit bisa disimpan ke dalam satu keping CD berkapasitas 700 MB. Di tahun 90-an mesin pemutar VCD menjadi sangat populer menggantikan mesin pemutar cassete VHS dan Betamax. Namun gambar yang hasilkan oleh VCD ini kualitasnya masih rendah mengingat resolusinya gambarnya hanya 352x288 pixel (setengah dari resolusi gambar pada siaran TV PAL). Itulah sebabnya sistem kompresi MPEG-1 tidak pernah digunakan untuk keperluan siaran TV. Akan tetapi, walaupun MPEG-1 kini sudah ditinggalkan, penemuan sistem kompresi MPEG-1 telah melahirkan sebuah sistem kompresi audio yang hingga kini masih tetap digunakan, yaitu MPEG-1 Layer-3 atau yang lebih dikenal dengan mp3.

Sistem kompresi generasi berikutnya setelah MPEG-1 adalah MPEG-2 (H.262), dimana sistem kompresi ini banyak digunakan pada piringan DVD (Digital Versatile Disk). Dalam sistem kompresi MPEG-2 kecepatan data outputnya bisa dipilih: fixed rate atau variabel rate, tergantung kebutuhan. Sistem kompresi audionya juga bisa dipilih: mp3 yang hanya berisi dua kanal (stereo) atau multi-kanal (Dolby AC3 atau AAC). Resolusi gambarnya pun juga bisa dipilih, SIF (352 x 288 pixel), standar PAL (720 x 576 pixel) atau standar HDTV (1920 x 1080).

Menggunakan sinar laser dengan panjang gelombang lebih pendek dibanding laser yang digunakan pada CD, kapasitas piringan DVD menjadi makin besar. Dengan kapasitas yang cukup besar ini (4,7 GB) memungkinkan video berkualitas broadcast berdurasi 2 jam bisa disimpan dalam satu keping DVD. Hal ini dimungkinkan karena kecepatan data video SD-SDI yang sangat tinggi (270 Mbps), oleh sistem kompresi MPEG-2 dipadatkan menjadi rata-rata hanya 6 Mbps saja. Angka rata-rata yang dimaksud di sini adalah untuk menjelaskan nilai rata-rata dari kecepatan data yang berubah-ubah (variable rate). Sebab pada mode variable rate kecepatan data outputnya bisa bervariasi mulai dari 2 Mbps hingga 9,8 Mbps.

Gambar (2): Perbandingan kerapatan data pada keping CD, DVD dan Blu-Ray
Sumber: Wikipedia DVD dan Wikipedia Blu-Ray

Hadirnya sistem kompresi MPEG-2 menjadi kabar gembira bagi para broadcaster, khususnya bagi mereka yang memanfaatkan satelit sebagai sarana untuk memperluas jangkauan siaran. Sebab dengan kompresi MPEG-2 beaya sewa transponder satelit menjadi turun drastis, minimal menjadi seperempatnya. Bandwidth satu transponder sebesar 36 MHz yang semula hanya cukup untuk satu program TV analog, dengan kompresi MPEG-2 menjadi bisa digunakan untuk menyiarkan 4 sampai 8 program TV digital. Dari sinilah era siaran TV digital dan TV berbayar via satelit mulai marak.

Namun sayangnya, kompresi MPEG-2 tidak didesain untuk memenuhi kebutuhan bandwidth kecil, seperti saluran internet. Pada kecepatan di bawah 1 Mbps, gambar yang dihasikan oleh MPEG-2 justru sangat buruk, bahkan lebih buruk dibanding MPEG-1. Itulah sebabnya MPEG-2 hingga saat ini tidak pernah digunakan untuk menyalurkan sinyal video melalui internet. Atas kasus inilah kemudian dikembangkan sistem kompresi berikutnya yang sangat ramah terhadap internet, yaitu MPEG-4 (H.264). Hampir semua video yang ada di Youtube menggunakan sistem kompresi berbasis MPEG-4.

Hadirnya MPEG-4 juga disambut gembira oleh para broadcaster maupun operator TV berbayar. Sebab MPEG-4 mampu menghemat bandwidth setengah dari bandwidth yang dihasilkan oleh MPEG-2. Jika dikombinasikan dengan sistem modulasi 8PSK, maka dengan kompresi MPEG-4 satu transpoder bisa digunakan untuk menyiarkan 30 (tiga puluh) program TV digital. Atas kemampuan sistem kompresinya yang demikian tinggi ini, MPEG-4 kemudian diberi tambahan label AVC (Advanced Video Compression). Lalu dengan semakin populernya HDTV yang sangat rakus terhadap bandwdith, dimana kompressi tingkat tinggi sangat diperlukan, maka MPEG-4 dianggap sebagai solusi atas perkembangan HDTV. Sinyal HD-SDI dengan kecepatan 1,5 Gbps oleh MPEG-4 mampu dikompres menjadi tinggal 6 Mbps saja dengan kualitas gambar yang masih tetap terjaga.

Namun pada bulan April 2013, International Telecommunication Union (ITU) mengumumkan standar kompresi baru yang diberi nama H.265, dimana sistem kompresi ini mampu menghemat bandwidth setengah dari bandwidth yang dihasilkan oleh MPEG-4/H.264/AVC. Atas keunggulannya ini sistem kompresi H.265 kemudian diberi label HEVC (High Efficiency Video Coding). Kemudian sebagai tanggapan atas perkembangan teknologi ini, pada bulan September 2014 Blu-Ray Disc Association mengumumkan bahwa piringan Blu-Ray akan mengikuti standar UHD-4K dengan mengadopsi sistem kompresi H.265/HEVC ini. Sebulan kemudian, pada bulan Oktober 2015, H.265/HEVC versi 2 telah dibakukan sebagai standar ITU-T.

Jadi nampaknya ada dua sisi yang saling berkejaran. Di satu sisi sinyal video mengejar resolusi gambar yang semakin tinggi, dengan konsekuensi kebutuhan bandwidthnya semakin besar, namun di sisi lain sistem kompresi mengejar penghematan bandwidth yang semakin efisien. Keduanya seperti sedang berkejaran tapi saling mendukung satu sama lain. Tujuannya jelas, yaitu untuk memanjakan mata dan telinga manusia dalam menikmati tayangan audio visual.

Artikel selanjutnya Transmisi Digital, artikel sebelumnya Sinyal Videol

Ditulis oleh Dwi Ananto Widjojo @ PT. Dua Wijaya Teleinformatika © Feb 2015