Le signal video

Page pour débutants expliquant comment est transmise une image en télévision

Le balayage de l 'écran

Sur l'écran d'un téléviseur, le spot lumineux construisant l'image se déplace de gauche à droite et de haut en bas, il décrit donc des lignes comme indiqué figure ci contre.

Avec un écran cathodique, le spot, après s'être déplacé de A vers B revient rapidement en C pour commencer une nouvelle ligne, pendant ce temps dit temps de retour ligne, (de B vers C, en pointillé sur la figure) sa vitesse de déplacement est plus grande et sa luminosité est ramenée à zéro si bien qu'on ne le voit pas revenir ; par contre il est plus ou moins lumineux dans sa phase utile ( de A vers B, de C vers d etc) afin de produire l'image à l'écran.

Arrivé en bas de l'écran, il remonte rapidement en haut pour démarrer un nouveau balayage ; pendant ce temps dit temps de retour trame, (de Z vers le haut, en pointillé sur la figure, sa luminosité est ramenée à zéro si bien qu'on ne le voit pas revenir ici non plus.

On peut voir cependant ces retours ligne et trame sur un moniteur cathodique en poussant exagérément la luminosité.

Nombre d'images par seconde

Le nombre d'images à envoyer par seconde dépend dans un premier temps de la persistance rétinienne, pour cela, il faut en envoyer au moins une quinzaine par seconde, sinon l'œil humain percevra une succession d'images différentes et non un mouvement continu, le cinéma pour cela a adopté un rythme de 24 images par seconde, la télévision par contre a du tenir compte en outre de la fréquence du secteur alternatif (50 Hz en Europe) et adopter 25 images par seconde, car les défauts de filtrage des alimentations, ou les inductions créent des déformations à l'écran qui sont peu perceptibles si elles restent fixes (télé en phase avec le secteur) mais sont insupportables si elles se déplacent à l'écran (par exemple défilement de déformations du haut vers le bas) ce qui est le cas quand les deux ne sont pas en phase.

La fréquence du secteur étant de 60 Hz outre Atlantique, le standard Américain NTSC fonctionne à 60 images par seconde.

L'entrelacement

Pour une image de 625 lignes, on aurait donc pu, moyennant ces remarques, balayer successivement les 625 lignes en un vingt cinquième de seconde, et en rester là, mais il semble que l'œil humain est difficile, et il ne s'en accommodait mal, avec des effets de scintillation ; une astuce a permis de le tromper un peu mieux : l'interlignage ou entrelacement :

On n'envoie plus l'image en un seul jet de 625 lignes, mais par deux jets successifs appelés trames de 312,5 lignes : Ici, la première trame à gauche sur le dessin , dite trame paire part du haut à gauche de l'écran ; le spot trace les lignes AB, CD, etc, et en bas d'écran termine par la ligne WX et par la demi ligne YZ.

Du point Z il remonte pour démarrer la trame suivante, en A', qui sera une trame impaire et qui commence par une demi ligne A'B' en milieu d'écran ; suivent après des lignes normales C'D', etc pour finir en bas par W'X' et Y'Z'.
Chacune de ces trames de 312,5 lignes est balayée en un cinquantième de seconde, si on les dessine toutes les deux sur la même figure (à droite) on voit que ce décalage d'une demi ligne entre les trames paires et impaires, permet aux lignes des deux trames de s'intercaler exactement, de s'entrelacer .
Et grâce à la persistance rétinienne, on a bien les 625 lignes de l'image totale sur le fond de l'œil, mais envoyées en deux demi images de 312,5 lignes plus rapides.

Signal vidéo composite : la luminance

Le signal vidéo composite qui transporte cette image doit contenir plusieurs informations : la luminosité du spot à tout instant et sa couleur ou chrominance, il doit aussi dire au téléviseur où placer le spot sur l'écran.

Cette figure représente le signal électrique correspondant à une ligne de télévision monochrome (noir et blanc), il varie de 0 à 1 Volt ; la partie comprise entre 0,3V et 1V détermine la luminosité du spot : en fait, quand le signal est inférieur à 0,375V le spot est noir (éteint) ; quand il est à 1Volt, le spot est blanc (luminosité maximale) entre 0,375 et 1 V il est gris plus ou moins foncé suivant la tension.

La ligne représentée à droite, dite en escalier, commence par une plage blanche puis par une gris clair puis par une plus foncée, pour arriver jusqu'au noir ; si toutes les lignes de l'image sont identiques à celle ci, on obtient une mire de barres.

La zone BC à 0,3V sert au téléviseur à repérer son niveau du noir, on l'appelle aussi zone de blanking ou niveau d'infra noir. De même pour la zone DA'.

La synchronisation lignes

La partie AB à 0V correspond aux signal de synchronisation, cette impulsion rectangulaire en fin de ligne signifie au téléviseur qu'il doit ramener son spot en début d'écran pour commencer la ligne suivante

Pour ce faire, il dispose du temps compris entre le point A et le point C, il faut faire vite. Au temps C, le spot doit apparaître à gauche de l'écran et défiler régulièrement vers la droite pour atteindre le bord droit à l'instant D.

La partie visible de C à D dure 52µs.

De B à C, comme de D à A', le spot est noir, de même que pendant l'impulsion de synchronisation AB, le spot retourne donc en début de ligne suivante sans être vu.

L'impulsion de synchronisation ligne (top ligne) dure 5µs (4,7µs à mi-course des fronts de montée et de descente), son amplitude est de 0,3V quel que soit le contenu de l'image, le palier infra noir BC qui le suit dure aussi 5µs et le palier noir DA' en fin de ligne dure 2µs; l'ensemble dure donc 5+5+52+2=64µs soit une fréquence de récurrence de 15625 Hz appelée aussi fréquence ligne.
Si on multiplie le nombre de lignes (625) par le nombre d'images par seconde (25), on obtient (heureusement) ce même nombre de 15625 lignes par seconde.

La chrominance

L'information correspondant à la couleur du spot est ajoutée au signal vidéo composite sous la forme d'une sous porteuse modulée par le signal chrominance, la luminance est toujours déterminée par l'amplitude du signal composite comprise entre 0,3V et 1V ce qui rend la transmission compatible pour les téléviseurs couleur et noir et blanc.

En Pal, qui est le standard le plus utilisé en émission amateur (en Europe), cette sous porteuse est modulée en amplitude avec porteuse supprimée, elle est 16 dB plus faible que le signal luminance et sa fréquence est précisément choisie pour de ne pas produire des moirages à l'écran ; la fréquence est 4.433.619 Hz, elle permet aux spectres luminance et chrominance de bien s'intercaler.

A l'oscilloscope, cette information chrominance apparaît sous la forme d'une 'herbe' qui se superpose au signal luminance, c'est très caractéristique avec une mire de barres où cette 'herbe' est présente sur toutes les marches de l'escalier, sauf le noir et le blanc. A ce sujet, il faut faire attention quand on mesure le niveau d'un signal vidéo, car sur les couleurs claires l'herbe peut amener le signal au dessus de 1V, il faut donc être certain de faire la mesure sur un signal blanc, ou alors filtrer le 4,43 MHz avant de faire la mesure.

Le système nécessite une synchronisation du récepteur sur la phase de cette sous porteuse, c'est le rôle des salves de chrominance, ou 'bursts chroma' insérés en début de lignes dans la zone de blanking BC ; l'amplitude de ce burst est de 0,3 Vcc.

La synchronisation trame

Pour signaler au téléviseur qu'il doit faire remonter le spot en haut de l'écran, le signal composite comporte un top dit de synchro trame long de 160 ms, soit la durée de 2,5 lignes, précédé et suivi de lignes noires afin que le spot ne soit pas visible durant sa remontée.

En fait cette partie du signal n'est pas aussi simple et pour permettre la synchronisation avec un bon entrelacement du téléviseur 5 tops dits de pré égalisation larges de 2µs sont placés avant le top trame, ils sont espacés de 32µs ; 5 tops de post égalisation larges de 2µs sont placés après le top trame, ils sont espacés aussi de 32µs , et 5 impulsions positives larges de 2µs sont placés à l'intérieur du top trame, toujours espacées de 32µs .

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