Cara membaca color bar SMPTE, EBU, dan PM5544

Tes layar TV kami menyediakan tiga pola yang usianya lebih tua daripada kebanyakan penggunanya: color bar EBU, color bar SMPTE, dan kartu uji Philips PM5544. Ketiganya dibuat untuk televisi analog, untuk menyetel monitor studio agar seragam dan mengisi layar di sela acara. Banyak hal yang dahulu diukur dengan pola ini sudah tidak ada di dalam layar modern. Sebagian masih ada, dan beberapa bagian kini punya kegunaan lain.

Berikut asal tiap pola, tujuan setiap bagiannya, dan hal yang masih layak diperhatikan pada TV, monitor, atau proyektor. Kami merujuk kembali ke standar dan makalah yang diterbitkan para insinyur pada masa itu. Daftarnya ada di akhir.

Mengapa urutan warnanya seperti itu

Color bar hampir selalu berurutan putih, kuning, sian, hijau, magenta, merah, biru, dan sering diakhiri hitam. Urutan ini bukan kebetulan. Setiap bidang warna adalah satu dari delapan kombinasi untuk menyalakan atau mematikan ketiga warna primer sepenuhnya. Tuliskan setiap bidang sebagai tiga sakelar dengan urutan hijau, merah, biru, dan deretnya menghitung mundur dalam biner dari 111 untuk putih sampai 000 untuk hitam. Generator hanya perlu tiga gelombang kotak untuk menggambarnya: biru berganti pada setiap bidang, merah setiap dua bidang, dan hijau setiap empat bidang.

Hitungan yang sama juga mengurutkan bidang menurut kecerahan. Hijau menyumbang bagian terbesar dari apa yang dibaca mata sebagai kecerahan, disusul merah, lalu biru yang paling kecil. Dalam rumus video definisi standar ITU-R BT.601, kecerahan (luma) adalah 0,587 kali hijau ditambah 0,299 kali merah dan 0,114 kali biru. Jika dijumlahkan untuk setiap bidang, hasilnya putih 100%, kuning 89%, sian 70%, hijau 59%, magenta 41%, merah 30%, biru 11%, dan hitam 0. Setiap bidang lebih gelap daripada sebelumnya, jadi color bar juga berfungsi sebagai tangga abu-abu.

Generator color bar elektronik sudah ada sejak tahun-tahun awal TV berwarna. Insinyur RCA Norbert Larky dan David Holmes mengajukan paten generator pola uji warna pada 1951, dan paten itu diberikan pada 1956.

Kebanyakan color bar tidak memakai intensitas warna penuh, dengan alasan praktis. ITU-R BT.471 menamai sinyal color bar dengan empat angka: level bidang putih, bidang hitam, serta level tertinggi dan terendah pada bidang berwarna, masing-masing sebagai persentase putih. Pada intensitas penuh (100/0/100/0), ayunan sinyal warna kuning dan sian mencapai sekitar sepertiga lebih tinggi daripada putih: 131 sampai 133 satuan IRE dibandingkan 100 pada NTSC, menurut panduan latar belakang SMPTE sendiri. Pada color bar 75% SMPTE, puncak kuning dan sian tepat 100. Karena itu, color bar yang biasa dipakai membatasi warna pada 75%, agar sinyal uji tetap berada dalam rentang sistem yang diuji.

Color bar EBU

Color bar EBU memakai susunan 100/0/75/0: putih pada level penuh, keenam warna pada 75%, lalu hitam. Nama EBU berasal dari penggunaannya dalam penyiaran Eropa; standar ITU menyebutnya cukup dengan 100/0/75/0.

File kami menggambar delapan bidang sama lebar dalam bingkai 4:3, 768 kali 576, yaitu ukuran gambar PAL dengan piksel persegi. Pada layar lebar, bidang kedelapan yang berwarna hitam menyatu dengan bingkai hitam di samping. Itu memang semestinya.

Pada layar modern, perhatikan tiga hal:

Setiap bidang harus rata. Warnanya seragam dari atas sampai bawah. Gambarnya benar-benar seragam, jadi bidang yang berubah rona atau tampak lebih terang di tengah daripada di ujung menunjukkan karakter panel atau lampu latarnya.
Kecerahan harus turun bertahap. Turunkan pengaturan Warna (saturasi) TV sampai minimum, dan bidang-bidang itu menjadi tangga abu-abu yang makin gelap dari kiri ke kanan, dengan tiap langkah terlihat jelas. Kembalikan pengaturannya setelah selesai.
Warna harus tegas, tidak menyala seperti neon. Dalam mode gambar cerah atau dinamis, kuning dan sian cenderung berpijar, dan batas antarbidang mendapat garis tipis terang atau gelap. Garis itu berasal dari penajaman TV, bukan dari pola.

Color bar EBU tidak cocok untuk pemeriksaan dengan kanal biru saja yang dijelaskan di bawah. Bidang putihnya berada pada level penuh, sedangkan biru dalam bidang berwarna hanya 75%, sehingga jika dilihat melalui kanal biru saja, bidang putih selalu lebih terang. Color bar SMPTE justru dimulai dengan abu-abu 75%, sehingga keempat bidang yang mengandung biru memiliki kadar biru yang sama.

Color bar SMPTE

Color bar SMPTE adalah pola yang dibayangkan kebanyakan orang Amerika Utara saat mendengar istilah color bar. Awalnya, pola ini dibuat untuk mengatasi satu masalah tertentu. Pada 1977, A. A. Goldberg dari CBS Technology Center mempresentasikannya dalam konferensi teknik NAB. CBS telah mempelajari pergeseran setelan monitor studio sejak 1975. Monitor harus diperiksa, biasanya sebelum setiap acara, agar seluruh deretan monitor menampilkan gambar yang sama. Cara lazim menyetel warna dan rona adalah mematikan penembak elektron merah dan hijau, lalu membandingkan bidang biru dengan mata. Cara ini tidak akurat: bidang yang dibandingkan berjauhan, biru pada monitor bisa berbeda antara sisi layar, dan mata tidak terlalu peka terhadap biru.

Perubahan Goldberg kecil saja. Di bawah bidang utama, ia menambahkan deret tipis bidang dengan urutan terbalik, sehingga setiap bidang yang perlu disamakan punya pasangannya tepat di bawah. Di area hitam kanan bawah, ia menambahkan sinyal PLUGE untuk level hitam. CBS memakai pola baru ini selama enam bulan di fasilitas jaringannya di New York dan menemukan bahwa penyetelan dengan mata sama akuratnya dengan penyetelan memakai fotometer presisi. CBS memilih tidak mematenkannya, sehingga pola ini menjadi domain publik. SMPTE menerbitkannya sebagai ECR 1-1978, lalu sebagai pedoman teknik EG 1-1990.

File kami mengikuti tata letak itu:

Dua pertiga bagian atas: tujuh bidang pada 75%, dimulai dengan abu-abu, bukan putih.
Deret tipis: biru, hitam, magenta, hitam, sian, hitam, abu-abu. Inilah empat bidang dari atas yang mengandung biru, dalam urutan terbalik, dengan hitam di antaranya.
Seperempat bagian bawah: −I, kotak putih 100%, +Q, hitam, dan tiga garis PLUGE di area hitam sebelah kanan. −I dan +Q adalah sinyal warna NTSC untuk memeriksa dekoder dengan vectorscope; pada layar komputer, keduanya hanya berupa kotak gelap dan tidak menguji apa pun.

Warna dan rona, lewat kanal biru saja

Alihkan layar ke mode biru saja. Sebagian TV dan proyektor menyediakan mode ini dalam pengaturan ahli atau kalibrasi. Filter biru pekat yang diletakkan di depan mata melakukan hal yang sama, dan dulu beberapa cakram kalibrasi menyertakannya. Hanya bidang yang mengandung biru yang tetap menyala: abu-abu, sian, magenta, dan biru, beserta bidang di bawahnya.

Warna (saturasi): atur sampai dua bidang terluar, abu-abu dan biru, cocok dengan bidang tepat di bawahnya.
Rona (hue): atur sampai dua bidang di tengah, sian dan magenta, cocok dengan pasangannya.

Atur warna lebih dulu karena pengaturan ini mengubah keempat bidang, baru kemudian rona. Saat keduanya tepat, batas antara setiap bidang dan pasangannya menghilang. TV yang menerima gambar dari komputer tidak lagi punya dekoder analog yang bisa bergeser setelannya, tetapi pengaturan Warna dan Rona masih memengaruhi gambar. Pada setelan netral dalam mode film atau filmmaker, bidang atas dan bawah seharusnya sudah cocok. Jika belum, ada pengaturan yang berubah atau mode gambar menambahkan warnanya sendiri.

PLUGE dan level hitam

PLUGE berasal dari Picture Line-Up Generating Equipment, gagasan dari BBC. Catatan tahun 1966 dalam Electronics Letters oleh S. F. Quinn dan C. A. Siocos dari Canadian Broadcasting Corporation menjelaskan cara kerjanya. Dalam area hitam terdapat dua garis sempit, satu sedikit lebih hitam daripada hitam dan satu sedikit lebih terang. Turunkan kecerahan sampai garis yang lebih gelap menghilang ke dalam hitam di sekelilingnya, sementara garis yang lebih terang tetap terlihat. Pada titik itu, hitam sudah sedalam mungkin tanpa menghilangkan detail di atasnya.

Quinn dan Siocos juga menemukan hal yang masih berlaku. Mereka mengukur cahaya yang dipantulkan layar monitor yang dimatikan dan mendapati bahwa setelan PLUGE yang tepat ikut berubah; angka mereka tidak lagi berlaku dalam ruang kontrol yang terang. ITU-R BT.814, standar PLUGE internasional saat ini, menyatakan hal yang sama: penyetelan sangat bergantung pada kondisi menonton. Atur level hitam dalam pencahayaan yang memang Anda gunakan untuk menonton.

Pada color bar SMPTE, PLUGE memiliki tiga garis, pada 3,5, 7,5, dan 11,5 satuan IRE. Garis tengah adalah hitam gambar. NTSC Amerika Utara menempatkan hitam pada 7,5 IRE, sedikit di atas level blanking sinyal, sehingga ada ruang untuk garis di bawah hitam.

PLUGE pada layar komputer

Di sini, aturan penyiaran perlu disesuaikan. File kami menyimpan ketiga garis sebagai nilai RGB 9, 19, dan 29 dari 255, yaitu 3,5%, 7,5%, dan 11,4% dari putih. Hitam pada layar komputer adalah 0, sehingga hitam pola ini sebenarnya abu-abu sangat gelap, dan bahkan garis yang lebih hitam daripada hitam masih berada di atas hitam sejati. Jika kecerahan diturunkan sampai garis kiri menghilang, detail bayangan yang sesungguhnya akan ikut hilang.

Bacalah dengan cara ini:

Ketiganya terlihat samar: pada layar yang disetel dengan benar dalam ruangan redup, ketiga garis bisa dibedakan, dengan garis kiri hanya samar-samar terlihat. Pada layar lebar, bilah hitam di samping adalah hitam sejati dan tampak sedikit lebih gelap daripada hitam pada pola.
Garis kiri hilang: jika menyatu dengan garis tengah, detail bayangan terpotong. Kecerahan terlalu rendah, mode kontras dinamis sedang bekerja, atau level sinyal tidak cocok (lihat bagian berikutnya).
Ketiganya sangat jelas: jika mudah sekali terlihat dan hitam di samping tampak abu-abu, level hitam terlalu tinggi.

Versi HD

Color bar SMPTE dibuat untuk definisi standar 4:3. Untuk HDTV, ARIB Jepang menerbitkan pola multiformat STD-B28 pada 2000, dan SMPTE mengadopsinya sebagai RP 219 pada 2002, lalu merevisinya menjadi RP 219-1 pada 2014. Pola ini dirancang untuk 16:9, dapat dipakai pada HD maupun SD, serta punya gradasi dan PLUGE sendiri. Tes kami menampilkan tata letak klasik 4:3.

Ketidakcocokan rentang yang masih bisa dideteksi PLUGE

Komputer biasanya mengirim RGB dari 0 sampai 255, yang disebut rentang penuh. TV sering mengharapkan level video, dengan hitam 16 dan putih 235, yang disebut rentang terbatas; itulah nilai kode yang dipakai ITU-R BT.709 untuk video HD. Panduan driver Intel sendiri menyebut bahwa rentang terbatas paling umum pada TV dan menyarankan rentang penuh. Keduanya wajar. Masalah muncul saat kedua perangkat tidak sepakat, yang sering terjadi pada laptop yang tersambung lewat HDMI.

Komputer mengirim rentang penuh, TV mengharapkan rentang terbatas: semua nilai 16 ke bawah ditampilkan sebagai hitam. Garis PLUGE kiri dan bingkai menyatu menjadi hitam, garis tengah hanya 3 tingkat di atasnya, dan detail bayangan dalam film serta game menghilang. Semua nilai di atas 235 terpotong menjadi putih.
Komputer mengirim rentang terbatas, TV mengharapkan rentang penuh: hitam tiba sebagai 16 dan ditampilkan sebagai abu-abu gelap. Seluruh gambar tampak datar dan pudar, dan bilah hitam di samping pola terlihat abu-abu.

Solusinya adalah menyamakan kedua ujungnya. Pada komputer, pengaturannya bernama Quantization Range (Intel), Output dynamic range (NVIDIA), atau Pixel Format (AMD). Pada TV, cari HDMI Black Level, HDMI Video Range, atau nama serupa. Dengan color bar SMPTE di layar, saat keduanya cocok akan terlihat: ada tiga garis, dengan yang kiri nyaris tak terlihat.

Philips PM5544

Kartu uji PM5544: kisi putih di atas abu-abu, blok hitam-putih di tepi, bilah warna di samping, dan lingkaran berisi color bar, tanda silang tengah, kisi garis, serta tangga abu-abu — Kartu uji PM5544, 4:3, dengan kotak nama stasiun dibiarkan kosong.

PM5544 adalah kartu uji berlingkaran yang pernah dilihat banyak orang di berbagai belahan dunia saat sebuah saluran tidak punya acara lain untuk ditayangkan. Philips membuatnya di laboratorium peralatan uji TV dekat Kopenhagen pada akhir 1960-an, dan tata letaknya disebut sebagai karya insinyur Denmark Finn Hendil. Philips menjelaskannya pada 1970 dalam jurnal triwulan Electronic Measuring and Microwave Notes.

Kartu uji sebelumnya biasanya berupa gambar di depan kamera, atau pola yang dietsa pada tabung kamera khusus bernama monoskop. PM5544 menghasilkan seluruh gambar secara elektronik. Bahkan lingkarannya digambar dengan logika digital, baris demi baris, dari memori inti ferit, dengan diameter sekitar 83% tinggi gambar dan kesalahan di bawah 1%. Philips menulis bahwa belum ada rekomendasi internasional yang mencakup pola uji gabungan, jadi mereka menghimpun sinyal-sinyal uji yang diperkirakan akan tetap berguna. Tujuannya adalah memeriksa dan menyetel TV, monitor, atau dekoder cukup dengan melihat layar, tanpa alat lain.

Berikut fungsi setiap bagian menurut Philips, dan apa yang masih ditunjukkannya sekarang.

Lingkaran hanya bulat jika rasio aspek dan pemindaian benar. Sekarang, bentuk oval berarti gambar diregangkan, biasanya oleh pengaturan ukuran gambar TV seperti Lebar atau Zoom, atau oleh resolusi yang harus diperbesar layar agar memenuhi bidang tampilan. Tes kami mempertahankan kartu pada 4:3, jadi penyebabnya bukan browser.
Kisi harus terdiri dari kotak-kotak persegi, dengan alasan yang sama. Pada CRT, kisi juga dipakai untuk konvergensi. Pada proyektor, ini masih berguna: kisi menunjukkan koreksi trapesium dan apakah fokus tetap tajam sampai ke sudut.
Blok hitam-putih di sepanjang tepi menunjukkan apakah TV melakukan overscan, yaitu memotong pinggir gambar. Sebagian TV masih melakukannya pada masukan HDMI kecuali pengaturan yang biasanya bernama Just Scan, Fit to Screen, atau Full Pixel diaktifkan. Pada TV layar lebar, kartu kami memenuhi tinggi layar, jadi jika deret blok atas atau bawah terpotong, TV sedang memangkas semua sisi dan mengubah skala semua gambar yang ditampilkan.
Tanda silang tengah memiliki garis horizontal yang disusun dari dua field interlaced dengan urutan berlawanan dari garis kisi. Karena itu, interlacing yang tidak benar membuat kedua jenis garis terlihat berbeda ketebalannya. Pada panel progresif, tanda ini hanya menandai titik tengah.
Blok hitam-putih di atas color bar membentuk gelombang kotak 250 kHz pada level 75%, untuk melihat overshoot dan ringing. Sekarang, garis terang atau gelap di sepanjang tepinya berarti TV melakukan penajaman.
Color bar berada pada 75%, sebagai acuan saturasi. Dengan penembak elektron merah dan hijau dimatikan, bidang biru seharusnya cocok dengan blok abu-abu 75% tepat di atasnya, sama seperti pemeriksaan SMPTE.
Kisi garis terdiri dari lima kelompok garis gelombang sinus, pada 0,8, 1,8, 2,8, 3,8, dan 4,8 MHz dalam versi PAL, yang menunjukkan seberapa banyak detail halus bisa diteruskan TV. Pada TV normal, tiga kelompok pertama mempertahankan kontras penuh dan kelompok terhalus hanya sedikit. Sekarang, setiap kelompok seharusnya tampak sebagai garis yang bersih dan seragam. Moiré yang berkilau atau halo berarti ada proses pengambilan sampel ulang atau penajaman gambar: penskala TV, pengaturan ketajamannya, atau jendela yang tidak tampil penuh.
Tangga abu-abu memiliki enam tingkat dari hitam sampai putih; milik kami memakai 0, 20, 40, 60, 80, dan 100%. Setiap tingkat harus bisa dibedakan, dan setiap abu-abu harus netral, tanpa rona biru, hijau, atau merah muda.
Blok merah di atas kuning di bawah lingkaran memeriksa apakah warna dan kecerahan tiba bersamaan. Philips mengatakan perlu banyak percobaan sebelum memilih merah di atas kuning. Video digital masih bisa membawa warna dengan resolusi lebih rendah daripada kecerahan (subsampling kroma), tetapi pada blok sebesar ini efeknya hanya berupa tepi yang sedikit lunak.
Pulsa jarum, garis-garis tipis di samping tangga hitam-putih dekat bagian atas dan bawah lingkaran, dipakai untuk memeriksa pantulan sinyal dari kabel dan antena. Bilah berwarna di kedua sisi membawa sinyal selisih warna PAL untuk memeriksa dekoder. Pada gambar digital, keduanya tidak lagi punya fungsi pemeriksaan.

Yang tidak bisa ditunjukkan pola-pola ini

Pola ini adalah acuan untuk mata, bukan hasil pengukuran. Pola menunjukkan saat gambar diregangkan, dipotong, kehilangan detail bayangan atau sorotan, atau ditajamkan berlebihan, dan membuat beberapa kesalahan warna terlihat jelas. Pola tidak bisa memberikan angka untuk akurasi warna, kecerahan puncak, atau keseragaman lampu latar; itu memerlukan kolorimeter dan perangkat lunak kalibrasi. Halaman kalibrasi monitor kami menjelaskan hal yang bisa disetel dengan mata. Gambar ini juga memakai rentang dinamis standar. HDR punya versinya sendiri, dan BT.814 kini menyertakan sinyal PLUGE untuk HDR, tetapi browser menampilkan pola-pola ini dalam SDR.

Coba sendiri

Buka tes layar TV dan pilih Pola uji siaran. Klik, ketuk, atau tekan spasi untuk beralih pola, dan tekan Esc untuk keluar. Bilah di bawah dan tombol tutup menghilang setelah beberapa detik agar tidak menutupi pola; gerakkan mouse atau ketuk untuk menampilkannya kembali.

Untuk TV, gunakan browser bawaannya atau komputer yang tersambung lewat HDMI. Mentransmisikan tab atau mencerminkan layar ponsel mengirim video terkompresi, yang melunakkan kisi garis dan bisa menggeser garis-garis mendekati hitam yang menjadi acuan PLUGE.