Deux formats d’image TVHD

Mis à jour le mercredi 27 août 2008

• Actuellement, le format d’image TVHD est le CIF (Common Image Format) de format 1920*1080 lignes, noté parfois HD-CIF pour le différencier du CIF (352*288) de la compression Mpeg-1.
  Adopté par tous les continents, le CIF est déclinable dans les nombreuses cadences images existantes : 30 et 60 pour les continents américains et une partie de l’Asie, 25 et 50 pour le reste du monde, 24 pour le cinéma numérique. La numérisation totale a facilité cette unification en améliorant la qualité des transferts grâce aux convertisseurs de format mettant en œuvre les interpolations numériques.
  Cependant, pour la majorité des broadcasters américains, la HD n’a été envisagée en tant que transposition des techniques habituelles de la télévision avec comme seul changement ce doublement de la définition. Les autres paramètres techniques restaient identiques.
  Techniquement, le saut en définition était d’importance, car le passage à la HD signifie qu’il faut traiter 5,5 fois plus d’informations à la seconde qu’en SD (le doublement de la définition quadruple le nombre de points dans l’image - facteur 2 en horizontal et vertical-).
  De son côté, le passage au 16/9 induit une augmentation des pixels horizontalement d’un facteur 1,33 (16/9 = 4/3*4/3) pour obtenir les indispensables pixels carrés. Par souci d’unification, les européens se rallièrent à la fréquence d’échantillonnage de 74,25MHz, déjà adoptée par les Japonais et les Américains.
  Ainsi, en plus du CIF, La HD a pu démarrer avec une fréquence d’échantillonnage commune, déterminant un débit commun, le CDR (Common Data Rate), fixé à 1,485GHz, correspondant à une image 1920*1080 en composantes (4 :2 :2) à 30 i/s (ou 60 trames), en 10 bits de quantification.
  En matière de cadre, la HD transcende les habitudes de la SD. En SD, on a l’habitude de privilégier les plans serrés du fait de la faible définition spatiale, et d’éviter les plans d’ensemble. Sur un plan serré, l’image paraît plus riche en détails, ce qui n’est qu’une illusion, mais une illusion flatteuse. A l’inverse, les plans mous sinon flous, car les détails fins ne sont pas suffisamment présents. En HD, du fait de l’augmentation de la définition, le cadreur peut choisir d’élargir et de montrer dans le même plan le sujet principal et le décor. De même, en SD, on privilégie souvent les plans courts pour multiplier les gros plans qui vont décrire le sujet filmé. En HD, on peut se permettre de jouer avec de longs plans descriptifs, car l’œil a beaucoup plus de matière à parcourir et d’éléments à décrypter.

  Progressif ou entrelacé ?
  La télévision fonctionne depuis le début en balayage entrelacé. Cela signifie qu’une image est en réalité divisée en deux, chaque demi-image étant appelée trame. Cette opération a pour but de doubler la cadence de prise de vue, en évitant une bande passante ou un débit total trop élevé.
  A l’opposé, le progressif signifie que toutes les lignes d’une image sont décrites en une seule fois, qu’il n’y a plus de trames. Se pose alors un choix technique pour l’opérateur : soit la fréquence image reste la même que pour l’entrelacé et alors la définition est divisée par deux, soit la fréquence image est doublée (pour être égale à la fréquence trame initiale et conserver une définition temporelle élevée), ce qui se traduit par un doublement de la bande passante. Il faut alors un autre système d’enregistrement, un magnétoscope enregistrant au double de la capacité habituelle, ce qui n’existe pas en SD.

  La « sécession » du 720p
  Au sein de l’ATSC, certains broadcasters américains ont voulu aller plus loin dans la convergence avec le monde de l’informatique.Pour eux, si l’entrelacé présentait des avantages dans un monde analogique, les inconvénients deviennent prédominants dans un environnement devenu entièrement numérique. Le progressif entraîne une simplifications des traitements et effets numériques, alors qu’une image entrelacée nécessite un processus préalable de désentrelacement. De même, les algorithmes de compression sont à la fois plus simples et plus efficaces puisqu’ils s’appliquent toujours au même ensemble de pixels, au lieu de s’appliquer soit au trame, soit aux images, enfonction de la détection de mouvement. Enfin, l’entrelacé était logiquement adapté au tube cathodique et son balayage par faisceau d’éléctrons, technologie d’écran dominante jusqu’à ces dernières années. Mais aujourd’hui, les nouvelles technologies de diffusion, écrans à cristaux liquides, plasmas, et en projection, les micro miroirs, fonctionnent toutes sur la base d’une image entière, mise en mémoire avant son affichage sur l’écran lui-même. Tous ces écrans effectuent donc au préalable un désentrelacement si la source est entrelacée. _Les tenants du progressif n’ont pas pu convaincre les traditionnalistes de l’entrelacé. En effet, ceux-ci ont mis en avant l’inconvénient majeur du progressif, le doublement de la bande passante à définition spatiale et temporelle égales. En effet, le 1920*1080 à 60 i/s ( et en 10 bits de quantification) débouche mathématiquement sur une fréquence d’échantillonnage de 148,5 MHz et un énorme débit de 3 Gbits/s ! En 1995, ce chiffre tellement énorme semblait irréaliste même à moyen terme. Aujourd’hui, on peut constater que le 1080/60p (p pour progressif) est utilisé en production haut de gamme avec des caméras comme la Viper de Thomson, et que Sony a présenté au Nab 2005 deux caméras de télévision (sans enregistreur) commutables en 1080/60p ! Aussi le progressif à 60 Hz fut bien adopté pour l’ATSC, mais avec une résolution spatiale moins élevée, de seulement 1280 pixels sur 720 lignes pour conserver le débit commun de 1,485 Gbits/s. Ce format reçu le nom de 720p et fut normalisé par la SMPTE sous l’appelation 296M en 1997. Limitée dans un premier temps aux fréquences image de 60 et 59,94 Hz, la norme fut ensuite étendue à 50 Hz pour une utilisation extra américaine. Si la définition spatiale du 720p peut sembler faible dans l’absolu, il faut préciser que la définition verticale est meilleure avec seulement 720 lignes en progressif qu’avec 1080 en entrelacé (soit 540 l. par trame !).

  L’ATSC laisse donc le choix des deux formats d’image. La plupart des diffuseurs choisirent le 1080i (i pour interlaced), comme NBC, CBS, WB, UPN. Etant des clients Sony, le constructeur japonais devint le promoteur de ce format. Les quelques chaînes (ABC, Fox) qui optèrent pour le 720p avaient plutôt des liens avec l’autre grand japonais qu’est Panasonic. _Celui-ci devint donc le principal développeur d’équipement 720p.

  Deux formats d’image aux cadences multiples
  Si le format est unique en HD, la cadence image est une question à étudier à tête reposée.Car en réalité, les Américains produisent non pas à 30, mais à 29,97 i/s, cadence héritée du passage de la télévision N & B au NTSC composite dans les années 50. A cette époque, il avait été constaté que, pour éviter moirage dû à la sous-porteuse couleur sur les télévisions N & B, il suffisait de décaler très légèrement la fréquence image des émissions en couleur. Ce décalage correspond à une image supprimée toute les mille images. C’est ce qui correspond au code temporel drop frame. Ainsi, la cadence image habituelle est toujours de 29,97 i/s (30/1,001) alors même que l’on produit en composantes (et non plus en composite) depuis les années 1980. C’est pourquoi les normes HD comportent les doubles cadences images de 30 et 29,97, 60 et 59,94 i/s. De plus pour la HD à 24 i/s, on doit envisager le fonctionnement à 23,98 i/s (24/1,001). Auxquelles s’ajoutent bien sûr les deux cadences européennes, le 25 et le 50 i/s. Ainsi la norme 274M ne comporte-t-elle pas moins de onze variantes sur la base de 1920*1080, depuis le 60 i/s en progressif jusqu’au 23,98, en passant par le 30, le 29,97 et le 25 entrelacés ou progressifs. Le 24p, convergence avec le cinéma
  Dans l’élaboration des normes HD, les ingénieurs eurent la bonne idée d’envisager un large choix de fréquence images, laissant ainsi la porte ouverte à une convergence vidéo/cinéma. Sony fut le premier à se doter d’un gamme d’appareils orientés cinéma, issus de HDCam et dénommée Cinealta. Il s’agit de camescopes et magnétoscopes fonctionnant en 1920*1080 à 24 i/s en progressif. En abaissant la cadence image de 60 à 30 ou 24 i/s, il devient en effet possible d’enregistrer une image 1080 en mode progressif sur un magnétoscope prévu à l’origine pour le 1080/60 entrelacé. Il faut bien entendu que les capteurs et l’électronique de la caméra soient modifiés pour assurer la prise de vue en progressif. _ Comme on l’a vu pour le 720p, le passage en progressif permet de profiter de la pleine définition verticale du format image 1920*1080. L’enregistrement d’un signal 24, 25 ou 30 progressif sur une bande prévue initialement pour l’entrelacé ne demande que peu de modifications. Il suffit de segmenter l’image progressive en deux parties, similaires en quantité de pixels à deux trames. C’est le mode appelé PsF, (progressive segmented frame). Le PsF ne désigne pas un mode supplémentaire de prise de vue. C’est seulement l’enregistrement sur la bande d’une prise de vue effectuée en progressif. Le 24p permet de tourner en numérique en vue d’une diffusion dans un circuit cinéma. Mais le 24p permet aussi la masterisation d’un film en numérique sur bande. _Enregistré en 24 i/s, le film devient un « master universel », selon le principe qui a fait du cinéma jusqu’à aujourd’hui le format de production universel. La fréquence image de 24 Hz est en effet facilement déclinable dans tous les standards de télévision. En Europe, le film est diffusé en 25 i/s, comme le ferait le un télécinéma d’un film. Cette augmentation de vitesse de 4% est imperceptible. Aux Etats-Unis, il est effectué un 3/2 pull down, opération de conversion de 24 à 30 i/s : unie image film est dupliquée sur deux trames vidéo, la suivante sur trois trames. Enfin, le master 24p est directement utilisable pour une projection en salle, soit sur un projecteur numérique soit par l’intermédiaire d’un kinescopage.

  Source : Sonovision n°499