II.2.2 -
Télévision analogique
Le terme analogique vient du grec analogikos et
signifie correspondant ou semblable. En d'autres termes, cela signifie que le
rendu d'une image ou d'un son est analogue à sa source. La technologie
de la télévision analogique utilise differents points mise
à la suite les uns des autres par ligne et enregistres avec les bonnes
valeurs chromatiques et de luminosite afin de rendre les diffrentes images.
L'enchanement de ces images en grand nombre sur une braif période de
temps (valeur typique de 25 images par seconde) donne une impression d'images
en mouvement. Le recepteur du téléviseur veille donc ce que les
differents points et images soient places dans le bon ordre chronologique afin
que le téléspectateur visualise ce que la caméra a vu et
enregistré.
II.2.2.1 Conception
Fondamentaux
II.2.2.1.1 Impression du
mouvement
La transmission sur un canal, ou l'enregistrement sur un
support magnétique ou optique d'une image animée,
nécessitent de la mettre sous forme d'un signal électrique dit
signal vidéo. Une image animée peut être
considérée comme une fonction de 3 variables : "Information
d'image" = I(x, y, t)
Dans le temps (t), on transmet un nombre suffisant d'images
par seconde pour que l'oeil, qui réagit assez lentement, ait
l'impression d'un mouvement continu ; connu depuis plus d'un siècle,
c'est le principe du cinéma. Au cinéma, la fréquence
d'affichage est de 24 images par seconde. Pour la télévision elle
est égale à la moitié de la fréquence du
réseau électrique, soit 25 images par seconde en Europe et dans
le reste du monde, à l'exception de l'Amérique du Nord, du Japon,
et d'une grande partie de l'Amérique du Sud pour lesquelles la
fréquence d'affichage est égale à 30 images par seconde.
Les valeurs numériques que nous donnerons par la suite correspondront
essentiellement aux normes d'affichage "européennes".
Si l'image contient des fréquences (temporelles ou
spatiales) supérieures à la moitié de la fréquence
d'échantillonnage, on assiste à des phénomènes de
repliement de spectre très nets : effet de moiré dans le domaine
spatial, battements dans le domaine temporel (c'est pourquoi une roue tournant
à 24 ou 26 tours par seconde apparaît à la
télévision comme faisant un tour par seconde, en sens inverse
dans le premier cas).
II.2.2.1.2 - le
balayage
a- Principe
Une image monochrome désigne une image "noir et blanc"
(dite "achrome") mais aussi chaque composante d'une image couleur, puisqu'on
sait qu'une image couleur peut être reconstituée par la
superposition de trois couleurs fondamentales (rouge, vert, bleu).
Dans l'espace (x ; y), on décompose l'image en un
nombre suffisant de lignes horizontales, puis on l'analyse point par point le
long de chaque ligne. Ces principes d'analyses sont les mêmes pour la
télécopie ou la transmission de photographies : après
l'échantillonnage dans le temps, on doit transmettre des images fixes.
Les images sont converties en signal électrique commandant l'afficheur
optique.
Figure II.17 : Principe du balayage de l'écran.
SOURCE: Document Systèmes Electroniques-
SysTélé2 Université Paris XI
b- balayage
entrelacé
Cependant, si l'oeil est incapable de percevoir des images
séparées si celles-ci sont affichées avec un taux de
répétition de 20 à 30 Hz, il reconnaît pour cette
gamme de fréquences les variations de luminosité d'une image
à l'autre, d'où un désagréable effet de
papillotement Pour éviter cela, le taux de "rafraîchissement" de
l'ensemble des lignes correspondant à un balayage de l'écran doit
être égal à au moins 50 Hz.
Pour conserver une fréquence d'affichage des images
égale à seulement 25 Hz (un affichage à 50 images par
seconde conduirait au doublement de la bande passante nécessaire pour
transmettre le signal vidéo), une image est analysée en deux
trames entrelacées. Une ligne sur deux est analysée à la
première trame, l'autre à la trame suivante. Comme il y a en
général un nombre impair de lignes par image, chaque trame
commence (cas des trames impaires) ou finit (cas des trames paires) par une
demi-ligne. La fréquence trame est donc le double de la fréquence
image, soit en Europe, F trame = 50 Hz.
Dans certains téléviseurs haut de gamme, la
fréquence trame est même doublée afin d'améliorer la
stabilité de l'image (balayage à "100 Hz") et limiter encore plus
le problème du papillotement. En pratique, chaque trame est mise en
mémoire pour être projetée deux fois à 50 Hz.
II.2.2.1.3 Signal
composite
Le signal vidéo en télévision N&B est
constitué par deux composantes (Figure II.18) : d'une part des
impulsions de synchronisation déclenchant les balayages ligne et trame,
et d'autre part par des niveaux de tension variables dits de "luminance",
représentatifs de la luminosité des différents points
affichés à l'écran. Voyons plus en détails comment
s'organise ce signal.
Figure II.18 : Constitution du signal vidéo pour une
ligne.
SOURCE: Document Systèmes Electroniques-
SysTélé2 Université Paris XI
a. Amplitude
L'amplitude du signal vidéo varie dans une plage de 1 V
crête à crête (sur lignes adaptées à 75 ?).
Les niveaux de synchronisation occupent 30% de cette plage, les niveaux de
luminance les 70% restants. Cette répartition résulte d'un
compromis entre la fiabilité de la synchronisation des balayages ligne
et trame et la qualité de l'image. Elle permet de plus de séparer
facilement à la réception les impulsions de synchronisation des
niveaux de luminance par un simple écrêtage.
Pour un signal dont l'amplitude varie entre 0 et 1 V, les
impulsions de synchronisation apparaissent entre 0 et 0,3 V.
Ce niveau de 0,3 V est désigné comme le niveau
de suppression (blanking). Il correspond à un affichage noir à
l'écran. Avec l'exemple précédent, les niveaux de
luminance s'échelonnent entre 0,3 V et 1 V. Plus le niveau de tension
est important, plus l'intensité du faisceau excitant le matériau
luminescent (luminophores, en anglais phosphors) de l'écran est grand et
plus le point de l'écran apparaît clair. Le niveau du "noir" peut
coïncider ou non avec le niveau de suppression, suivant que l'on souhaite
obtenir à la restitution sur l'écran une image plus ou moins
lumineuse (Figure II.19). On peut être également conduit à
introduire à un décalage pour un problème lié au
non linéarité de la réponse de l'écran (Figure
II.18). Le niveau du noir peut alors être situé 0,07 V au-dessus
du niveau de suppression.
Figure II.19 : Choix du niveau de référence
`noir' pour la luminance.
SOURCE: Document Systèmes Electroniques.-
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b.Synchronisation
Les impulsions de synchronisation marquent le début
d'une trame ou d'une ligne. Elles déclenchent des signaux en dents de
scie qui permettent de repérer le balayage des lignes d'une trame ou les
points d'une ligne. La différenciation entre impulsion de
synchronisation "trame" et "ligne" s'effectue à partir de leurs
durées respectives.
Les impulsions correspondant au balayage horizontal sont des
impulsions de 0,3 V à 0 V (suivant l'exemple développé
dans la section précédente) de durée 4,7 us à 4,8
us (Figure II.18). Cette impulsion est placée 1,4 à 1,5 us
après la fin des variations du signal de luminance correspondant
à la ligne précédente, et 5,4 à 6,4 us avant le
début des variations des niveaux de luminance de la ligne à
balayer, d'où une durée totale du "retour ligne" de l'ordre de 12
us.
Les intervalles de temps entre impulsions de synchronisation
et niveaux de luminance (occupant pour une ligne les 52 us restantes)
permettent d'éviter les risques d'interférence entre ces deux
types de variations de tension. Pour ce qui est de l'intervalle de 1,4 à
1,5 us (front porchen anglais), il assure de plus que l'instant de
déclenchement du balayage ligne ne soit pas perturbé par le
dernier niveau de luminance intervenant dans la ligne précédente
(Figure II.20).
Figure II.20 : Intérêt du "front porch" pour la
synchronisation ligne.
SOURCE: Document Systèmes Electroniques.-
SysTélé2 Université Paris XI
Les "codages" des télévisions à
péage peuvent consister à faire fluctuer selon un algorithme de
cryptage la position du front des impulsions de synchronisation de ligne.
Les impulsions de synchronisation de trame occupent
elles-aussi deux niveaux (0,3 et 0 V) mais apparaissent pendant la durée
de plusieurs lignes. Elles se décomposent en trois séquences de
2,5 lignes (une trame comporte 312,5 lignes) : une première avec 5
impulsions courtes apparaissant dans les 2,5 dernières lignes de la
trame précédente, une deuxième avec 5 impulsions plus
larges dans les 2,5 premières lignes de la nouvelle trame, et enfin le
troisième avec de nouveau 5 impulsions courtes (Figure II.21).
Figure II.21 : Déclenchement des trames pour un
standard à 625 lignes.
SOURCE: Document Systèmes Electroniques.-
SysTélé2 Université Paris XI
A ces 7,5 lignes supprimées par trame s'ajoutent encore
une vingtaine de lignes "noires" ne transmettant pas d'informations image mais
par exemple des lignes test ou des informations codées (sous-titrage,
télétexte dans les 12 premières lignes...
II.2.2.1.4 - La
transmission
a. Son
Le signal sonore est multiplexé avec le signal
vidéo : il est modulé en amplitude (système
français pour la diffusion hertzienne) ou en fréquence (la
plupart des autres systèmes) sur une sous-porteuse d'environ 7,5 MHz
dans le standard européen. Il n'interfère pas alors avec la bande
de base du signal vidéo qui occupe au maximum 6 MHz. A
l'émission, la puissance transmise correspondant au son est environ 5
fois plus faible que la puissance correspondant à l'image.
b. fréquences
porteuses
Pour transmettre le signal vidéo sur de longues
distances, il faut le moduler. Les caractéristiques de la modulation
employée varient selon la nature de la transmission (Figure II.22).
Figure II.22 : Les différentes natures de la diffusion
de la télévision.
SOURCE: Document Systèmes Electroniques-
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