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Article

1 - NUMÉRISATION DU SIGNAL VIDÉO

2 - QUANTIFICATION

  • 2.1 - Luminance
  • 2.2 - Chrominance

3 - FORMAT 4:2:2

4 - INTERFACE PARALLÈLE DE L’UER

5 - SÉRIALISATION DU FORMAT 4:2:2

6 - AUTRES FORMATS

7 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : TE5330 v1

Numérisation du signal vidéo
Signal vidéo numérique

Auteur(s) : Guy BALESTRAT

Date de publication : 10 févr. 2001

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  • Guy BALESTRAT : Responsable de l’option Audiovisuel et Multimédia à l’École nationale supérieure des télécommunications (ENST)

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INTRODUCTION

La numérisation du signal vidéo s’est développée dans les années 1970 pour aboutir à la publication en 1982 de l’avis 601 du Comité consultatif international des radiocommunications (CCIR), devenu en 1995 la recommandation UIT-R BT.601-5 sur le format 4:2:2. Il est légitime de se demander les raisons pour lesquelles le signal vidéo a été numérisé puisque la qualité du signal analogique est remarquable.

Le numérique présente plusieurs avantages. Pour l’enregistrement, par exemple, le bruit augmente à chaque génération en analogique, ce qui n’est pas le cas en numérique. La qualité reste constante en transmission. Dans ces deux cas, il n’y a pas de dégradation. De plus, le numérique permet de nombreux effets spéciaux et corrections colorimétriques, qui devaient être faits à la source auparavant. Par exemple, depuis que les incrustations se font en numérique, le « bleu » a disparu des cheveux du présentateur de la météo.

Le numérique a d’abord trouvé des applications ponctuelles comme le TBC (Time Base Corrector) pour les magnétoscopes, puis il a été introduit dans les chaînes analogiques (exemple du mélangeur truqueur numérique de Thomson, commercialisé avec entrées et sorties analogiques), ce qui a permis de profiter de certains des avantages du numérique sans avoir à changer entièrement d’équipement. Le principe des îlots numériques dans une chaîne analogique faisait intervenir un nombre important de conversions analogique-numérique et numérique-analogique, avec les problèmes afférents à ces conversions. Pour pallier cela, la chaîne de traitement doit être entièrement numérique, ce qui a été réalisé par le format 4:2:2 pour la production, la diffusion étant encore majoritairement analogique avec les systèmes NTSC, PAL et SECAM.

Avec trois codages analogiques pour la diffusion, identifiés à deux standards différents (625 lignes 25 images par seconde avec les systèmes PAL et SECAM et 525 lignes 30 images par seconde avec le système NTSC − 29,97 exactement), le risque était grand de se trouver dans une situation identique pour le numérique. Nous verrons comment cela a été évité.

La première étape de cette uniformisation a été de définir la nature du signal à numériser. En effet, le signal vidéo couleur peut se présenter sous forme « composite » comme le NTSC, le PAL ou le SECAM, ou bien en « composantes », c’est-à-dire un signal de luminance et deux signaux de différences de couleurs. C’est cette dernière solution, beaucoup plus souple, qui a été retenue. Dès lors, il a fallu définir le rapport de qualité à établir entre les informations de luminance et celles des composantes de couleur.

Cet article présente successivement les caractéristiques de la numérisation du signal vidéo puis les spécificités des recommandations.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-te5330


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1. Numérisation du signal vidéo

La numérisation d’un signal quelconque consiste dans un premier temps – et après filtrage pour éviter le repliement du spectre – à l’échantillonner.

Ces échantillons analogiques sont ensuite quantifiés sur un certain nombre de niveaux, ce qui donne un train binaire sur n bit en parallèles. Pour des facilités de transport, il s’ensuit une étape de sérialisation, ce qui permet de revenir au câble coaxial comme en analogique.

La numérisation d’un signal vidéo impose des contraintes supplémentaires en raison de son aspect tridimensionnel. Il faut échantillonner le signal, le quantifier mais aussi choisir une structure d’échantillonnage, c’est-à-dire tenir compte aussi bien de l’aspect spatial de l’image que de l’aspect temporel.

Rappelons quelques caractéristiques du signal vidéo. Nous évoluons dans un espace à quatre dimensions, trois spatiales et une temporelle. Lorsque la télévision est apparue, une dimension spatiale a disparu puisque l’objectif de la caméra projette le réel sur un plan. Il ne reste que deux dimensions spatiales (horizontale et verticale) et la dimension temporelle. Ce signal tridimensionnel a alors été transformé en un signal monodimensionnel de la forme u = (t). Pour ce faire, le signal a été discrétisé dans le plan temporel (comme au cinéma) en choisissant 25 ou 30 images par seconde suivant les systèmes et un entrelacement d’ordre deux, ce qui donne 50 ou 60 trames par seconde. Puis, sur le plan spatial, la dimension verticale a été discrétisée avec 625 ou 525 lignes par image.

Nota :

initialement, d’autres formats existaient, comme le format français de 819 lignes, encore exploité en noir et blanc à la fin des années 1970.

Ainsi, la seule dimension continue est la dimension horizontale. Numériser un signal vidéo consiste donc dans un premier temps à l’échantillonner horizontalement et dans un deuxième temps à quantifier les échantillons ainsi obtenus. Mais le signal étant déjà discrétisé en temporel et en vertical, il faut choisir une structure d’échantillonnage adéquate.

Nous allons donc présenter le choix de la structure d’échantillonnage 1.1 et de la fréquence...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DELMAS (J.-P.) -   Éléments de théorie du signal : les signaux déterministes  -  . 1991 Ellipses.

  • (2) - RÉMY (M.), POUYFÉRIÉ (A.), GRÉGEOIS (J.) -   Notions fondamentales de colorimétrie  -  . Télévision, n 165, Société des éditions radio.

  • (3) - GOUSSOT (L.) -   La télévision monochrome et en couleurs  -  . 1972 Coll. technique de l’ORTF, Eyrolles.

  • (4) - RUMSEY (F.) et WATKINSON (J.), trad. de BOURRE (J.-P.) -   Les Interfaces Numériques  -  . 1998 Eyrolles. The Book : An engineer’s guide to digital transition. N Vision. The video engineer’s guide to digital audio. N Vision.

  • (5) - BENOÎT (H.) -   La Télévision Numérique, les principes du système européen DVB  -  . 2e éd., 1998 Dunod.

  • (6) - BOUKELIF (A.) -   Techniques...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

  • Compression des données. Compression d’images

  • Organisations internationales de télécommunications

1 Recommandations

UIT-R BT 601-5 oct. 1995 Paramètres de codage en studio de la télévision numérique pour des formats standards d’image 4:3 (normalisé) et 16:9 (écran panoramique)

UIT-R BT 656-4 fév. 1998 Interface pour les signaux vidéo numériques en composantes dans les systèmes de télévision à 525 lignes et 625 lignes fonctionnant au niveau 4:2:2 de la recommandation UIT-R BT 601 (partie A)

UIT-R BT 799-3 fév. 1998 Interface pour les signaux vidéo numériques en composantes dans les systèmes de télévision à 525 lignes et 625 lignes fonctionnant au niveau 4:4:4 de la recommandation UIT-R BT 601 (partie A)

HAUT DE PAGE

2 Organismes

 

 

Union internationale des télécommunications - Secteur des radiocommunications UIT-R http://www.itu.int/ITU-R/index-fr.html

Union européenne de radiodiffusion UER

HAUT DE PAGE

3 Constructeurs et fabricants

Thomson Broadcast http://www.thomsonbroadcast.com

Sonyhttp://bpgprod.sel.sony.com

Philips http://www.broadcast-philips.com

Barcohttp://www.barco.com

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