Teori : Sinyal Digital

Sistem digital atau sistem biner adalah sistem elektronika yang hanya mengenal dua kondisi harga saja, yaitu “1” dan “0”. Sistem biner ini dapat mewakili semua informasi elektronik yang sebelumnya diwakili oleh besaran analog. Informasi tersebut antara lain berupa sinyal audio/suara, sinyal gambar diam, sinyal video, angka, tulisan atau besaran-besaran listrik yang ada pada sistem instrumentasi dan kendali.

Gambar 1.1.a. memperlihatkan perbedaan utama antara sinyal analog (kiri) dengan sinyal digital (kanan). Sinyal analog memiliki harga yang kontinyu, baik terhadap sumbu mendatar (sumbu waktu) maupun sumbu tegak (sumbu tegangan), sedangkan sinyal digital hanya memiliki 2 nilai saja pada sumbu tegaknya, yaitu “1” dan “0” atau HIGH dan LOW. Variasi sinyal digital hanya berkisar pada 2 harga sumbu tegak beserta variasi durasi waktu atau lebar nilai HIGH atau LOW tersebut.

(a)

(b)

Gambar 1.1. (a). Perbandingan sinyal analog dengan sinyal digital

                  (b). Pemulihan kualitas sinyal digital.

Keunggulan sinyal digital terhadap sinyal analog antara lain :

a.       Lebih kebal terhadap noise dan lebih mudah dipulihkan kualitasnya (lihat Gambar 1.1.b.).

b.       Sederhana, murah dan aman untuk diterapkan pada sistem pengolahan data.

Kelemahan sinyal digital terhadap sinyal analog antara lain :

a.       Memerlukan lebih banyak transistor untuk penerapan atau aplikasi tertentu. Misalnya, pada rangkaian filter analog lebih sedikit menggunakan transistor daripada di rangkaian filter digital, namun sebenarnya kelemahan ini telah tertutupi dengan berkembangnya teknologi semikonduktor, sebab dengan teknologi VLSI atau ULSI, puluhan juta transistor dapat dikemas dalam satu wafer / keping yang ukurannya tidak lebih dari 1 cm².

b.       Pada banyak situasi, respon sistem digital lebih lambat jika dibandingkan dengan respon sistem analog yang setara dengannya. Namun, kelemahan inipun sebenarnya sudah dapat diatasi dengan penerapan teknik kompresi sinyal dan paralell processing. Meskipun lambat, namun karena ukuran sinyal diperkecil sedemikian rupa atau prosesnya dilakukan secara paralel (1 tugas diselesaikan oleh banyak prosesor), maka kecepatan proses atau transmisinya dapat menjadi setara atau lebih baik dari sistem analog yang setara dengan-nya.

Berikut ini adalah beberapa contoh representasi biner (binary representation) atau hal-hal yang berkaitan dengan teknik mewakili informasi analog dengan informasi digital.

a.   Tulisan.

Setiap huruf atau angka pada tulisan latin dan arab dapat diwakili dengan kode biner tertentu. Untuk tulisan latin kita mengenal istilah kode ASCII yaitu kode 7-bit bilangan biner untuk mewakili huruf atau angka tertentu, misalnya huruf a kecil dapat diwakili dengan kode biner 011 1010.

b.   Bilangan.

Saat ini terdapat 2 jenis bilangan, yaitu bilangan bulat (integer) dan bilangan riil (floating point). Bilangan integer dapat diwakili dengan 8-bit unsigned integer, yaitu 8-bit kode biner yang mewakili bilangan bulat desimal mulai 0 sampai 255. Atau 8-bit signed integer, yaitu 8-bit kode biner yang mewakili bilangan bulat desimal mulai –127 sampai 127. Misalnya angka 63 dapat diwakili oleh 8-bit unsigned integer dengan kode 00111001.

Sedangkan bilangan riil biasa diwakili dengan 32-bit kode biner, sebagian bit untuk besaran (magnitude) dan sebagian lagi untuk pangkat sepuluh (mantissa). Misalnya angka 2,287 dapat diwakili dengan 24-bit kode biner magnitude dan 8-bit kode biner mantissa, sehingga kode biner tsb mewakili angka 2287.10^-3. Untuk jangkauan yang lebih besar atau resolusi yang lebih teliti, jumlah bit pada kode binernya dapat ditambah menjadi 64-bit, 128-bit dan seterusnya tergantung kebutuhan.

c.   Sinyal 1 dimensi.

Gambar 1.2. memperlihatkan teknik mengubah sinyal analog 2 dimensi (a) menjadi deretan kode biner serial (c) atau paralel (d) melalui diskritisasi atau kuantisasi (b). Diskritisasi membatasi kehalusan sinyal analog pada kisi-kisi dengan ukuran tertentu. Makin kecil ukuran kisi, makin teliti upaya mewakili sinyal analog, tetapi makin banyak kode biner yang dibutuhkan untuk mewakilinya.

d.   Sinyal 2 dimensi.

Gambar 1.3. memperlihatkan sebuah gambar diam yang dipecah menjadi kotak-kotak kecil. Jika ukuran kotak diperkecil hingga mencapai ukuran 1 titik, kotak kecil tsb disebut pixel atau picture element, setiap pixel memiliki warna tertentu. Jika gambar yang ingin diwakili hanya berupa gambar hitam putih, maka setiap pixel cukup diwakili dengan 1-bit data. Makin halus ukuran pixel dan makin banyak jumlah warna yang harus diwakilinya, maka makin besar pula jumlah bit yang harus mewakilinya. Sebagai contoh, gambar pada desktop window operating system biasanya dipecah menjadi 800 x 600 pixel dengan 32-bit atau 2³² kemungkinan variasi warna untuk setiap pixel. Artinya untuk mewakili sebuah gambar pada desktop diperlukan 800 x 600 x 4 byte data digital.

Gambar 1.3. Sebuah gambar diam yang dipecah menjadi 256 kotak.

Kesimpulan

1.       Keunggulan sinyal digital terhadap sinyal analog antara lain :

a. Lebih kebal terhadap noise dan lebih mudah dipulihkan kualitasnya.

b. Sederhana, murah dan aman untuk diterapkan pada sistem pengolahan data.

2.       Sedangkan kelemahannya antara lain :

a.      Memerlukan lebih banyak transistor untuk penerapan pada aplikasi tertentu. Misalnya filter analog lebih sedikit menggunakan transistor dari pada filter digital. Tetapi kelemahan ini tertutupi dengan berkembangnya teknologi semikonduktor. Dengan teknologi VLSI atau ULSI, puluhan juta transistor dapat dikemas dalam wafer yang ukurannya tidak lebih dari 1 cm².

 b.      Pada banyak situasi, respon sistem digital lebih lambat dari respon sistem analog yang setara dengannya. Tetapi kelemahan inipun dapat diatasi dengan penerapan teknik kompresi sinyal dan paralel processing. Meskipun lambat, tetapi karena ukuran sinyal diperkecil sedemikian rupa atau prosesnya dilakukan secara paralel (1 tugas diselesaikan oleh banyak prosesor), maka kecepatan proses atau transmisinya dapat menjadi setara atau lebih baik dari sistem analog yang setara dengannya.

3.      Contoh representasi biner (binary representation) informasi digital adalah: Tulisan, Bilangan, Sinyal 1 dimensi, Sinyal 2 dimensi.