Télévision couleur

Il est de tradition de donner des traductions facétieuses des acronymes du système de couleurs :

• "Jamais deux fois la même couleur".
• « Pictures At Last » (fait référence au temps qu'il a fallu à l'Europe pour obtenir la télévision couleur).
• « Payez pour plus de luxe »
• « Système essentiellement (entièrement ?) contraire à la méthode américaine ».

NTSC

Tous les systèmes de télévision couleur analogiques sont basés sur le système NTSC, qui, à l'époque, représentait une brillante prouesse d'ingénierie. L'idée sous-jacente était que pour transmettre la télévision couleur, il n'était pas nécessaire de transmettre des chaînes distinctes de rouge, de vert et de bleu. Trois canaux sont nécessaires, car nos yeux ont trois types de récepteurs de couleurs, mais ceux-ci peuvent être constitués de combinaisons de RG et B, de telle sorte qu'un canal correspond à une image monochrome et que les autres canaux indiquent au téléviseur comment s'écarter du monochrome. afin de recréer la couleur. Nous tenons désormais pour acquis qu'un téléviseur noir et blanc peut capter un signal couleur, mais les systèmes proposés avant cette invention n'étaient pas compatibles noir et blanc.

Les signaux utilisés sont appelés Luminance (Y), (où Y= 0,59R + 0,3G + 0,11B, la combinaison qui simule la lumière blanche), et différence de couleur RY et BY. Les signaux de différence de couleur sont connus sous le nom de Chrominance ou Chroma. Le canal Y est simplement modulé sur une forme d'onde TV monochrome, pour fournir un signal TV compatible noir et blanc, et la chrominance doit aller ailleurs. La chose évidente à faire avec la chrominance est de la placer dans quelques chaînes de télévision de rechange à côté de la chaîne monochrome, mais quelques astuces astucieuses rendent inutile une approche aussi gourmande en bande passante. La première observation est que l'œil est moins sensible aux détails en couleur (vision à cellules coniques) qu'en monochrone (vision à cellules en bâtonnets), de sorte que les deux signaux de différence de couleur peuvent être réduits en bande passante afin qu'ils n'aient chacun besoin que de la moitié de la largeur. d'une chaîne de télévision (ou moins). Alors maintenant, nous avons intégré le signal couleur dans seulement deux chaînes de télévision monochromes, mais mieux encore ; deux signaux peuvent être écrasés dans l’espace d’un seul en utilisant un système appelé modulation d’amplitude en quadrature (QAM) – la méthode utilisée de nos jours pour faire voyager de grandes (ish) quantités de données à travers les lignes téléphoniques. Nous n'en sommes plus qu'à une chaîne et demie, mais le fantôme du vieux Jean Baptiste Fourier vient nous montrer comment tout rassembler en une seule.

Si vous regardez le spectre d'un signal TV, vous constatez qu'il n'est pas continu, mais qu'il est constitué de pointes, à des multiples de la fréquence de balayage de la ligne. Chacune des pointes comporte des bandes latérales, espacées de multiples de la fréquence d'images, mais les bandes latérales des trames sont faibles par rapport aux harmoniques de ligne ; et donc le spectre comporte essentiellement des centaines de grandes lacunes, chacune étant suffisamment grande pour accueillir une station de radio AM. Les signaux chromatiques sont également des signaux TV, ils ont donc le même type de spectre, l'astuce consiste donc à moduler la chrominance sur une sous-porteuse qui se situe exactement à mi-chemin entre deux des pointes du spectre de luminance. De cette façon, le signal de chrominance peut être placé directement dans la bande vidéo et toutes les pointes de son spectre s'insèrent entre les pointes de luminance. Cette technique est appelée entrelacement et, en combinaison avec l'entrelacement, aboutit à une forme d'onde TV dans laquelle la phase de la sous-porteuse revient à son point de départ après quatre trames (2 images). L'enregistrement vidéo moderne était à l'époque en train d'être inventé par un certain AM Poiniatoff (par EXcellance)*, avec le soutien financier de Bing Crosby. Les ingénieurs de RCA ne le savaient peut-être pas, mais NTSC s'avérerait être « convivial pour le montage électronique ».

Pour récupérer les signaux de chrominance du signal TV, les concepteurs du système ont eu recours à une astuce appelée démodulation synchrone, une méthode utilisée par les spectroscopistes et autres pour récupérer les signaux enfouis dans le bruit. Il y avait cependant un petit problème, c'est que la sous-porteuse était visible sous forme de minuscules points sur l'écran, et même si les tubes couleur de l'époque étaient trop rudimentaires pour les reproduire, ils pouvaient être vus sur des plateaux en noir et blanc. La solution consistait à utiliser une astuce développée pour les communications radio à ondes courtes, qui consistait à utiliser une modulation d'amplitude à porteuse supprimée pour la chrominance. Cela peut paraître surprenant, mais le signal porteur d’une transmission radio AM ne véhicule aucune information. Une grande partie de la puissance de l'émetteur peut être économisée en la laissant de côté, à condition qu'elle soit réinsérée dans le récepteur avant la démodulation. Une radio à ondes courtes était équipée d'un oscillateur à insertion de porteuse ou d'un oscillateur à fréquence de battement (BFO) à cet effet. L'opérateur ajuste simplement le réglage pour placer l'oscillateur au bon endroit, et voilà, le signal devient intelligible. Toutefois, pour un signal QAM et pour une détection synchrone, la fréquence et la phase de la porteuse doivent être rétablies. Ainsi, en NTSC, une petite rafale de référence de porteuse est envoyée juste avant le début de chaque ligne. L'utilisation du QAM à porteuse supprimée était une idée brillante, car cela signifiait que dans les zones de l'image où il n'y avait pas de couleur, il n'y avait pas non plus de signal de couleur. L’interférence des points a ainsi été considérablement réduite et effectivement confinée aux zones de forte saturation des couleurs uniquement.

NTSC a atteint une compression de bande passante respectable de 3:1, à une époque où les valves (tubes à vide) étaient la technologie dominante et où personne n'avait encore fabriqué de circuit intégré, encore moins de puce DSP. C'était également très audacieux, utilisant toutes les astuces de traitement du signal analogique du livre ; et pour couronner le tout, ça a marché. Il n’est cependant pas parfait et souffre de deux défauts notables :

1. Lorsque le signal vidéo est riche en fréquences situées dans le canal couleur, la luminance s'infiltre dans le décodeur couleur et donne lieu à des effets psychédéliques. Pour cette raison, les carreaux et les rayures seront toujours démodés dans les studios de télévision NTSC (et PAL est intrinsèquement pire). L'effet est appelé « feu de couleur » ou « couleur croisée » et peut être éliminé par des techniques modernes de traitement du signal. Le téléviseur est doté d'un circuit « color killer », pour empêcher les couleurs croisées d'apparaître sur les images monochromes, bien qu'aujourd'hui les sociétés de télévision aient tendance à saboter les films en noir et blanc en laissant la rafale de couleurs activée.
2. Lorsque le signal composite NTSC souffre d'une distorsion dans la chaîne de transmission, le signal QAM est asymétrique en phase et des changements de teinte se produisent. Un téléviseur NTSC doit disposer d'un contrôle de teinte pour obtenir des tons chair corrects, mais même cela ne peut pas corriger la distorsion de phase différentielle dépendante de la luminosité qui se produit parfois. Le NTSC était au courant et un système alternatif appelé Chroma Phase Alternation (CPA) a été suggéré comme solution. Le CPA était basé sur l'observation que si l'un des signaux de différence de couleur (par exemple, RY) était inversé sur des champs alternés, alors toute erreur de teinte sur les lignes alternées d'un cadre entrelacé serait égale et opposée, et si vous vous éloigniez de l'écran , les paires de lignes mal colorées donneraient en moyenne la couleur correcte. Le problème était que si les erreurs de phase étaient mauvaises, elles donnaient à l'image un effet de « store vénitien » scintillant, qui pouvait paraître bien plus désagréable qu'une simple erreur de teinte. Le NTSC a décidé que l’avantage marginal du CPA ne justifiait pas une complexité accrue.

COPAIN

À mesure que le système américain NTSC arrivait sur le marché, d'autres pays, notamment européens, travaillaient sur leurs systèmes. En particulier, une équipe de Telefunken, sous la direction du Dr Walter Brüch, travaillait sur une ingénieuse modification du système NTSC qui impliquait d'inverser la phase de l'un des signaux de différence de couleur sur des lignes alternées. Ils ont appelé le système PAL, qui signifie Phase Alternating Line, ou quelque chose comme ça. Le problème avec la méthode PAL était que, si les erreurs de phase de chrominance étaient mauvaises, elles donnaient à l'image un effet révoltant de « store vénitien », qu'elles appelaient « Hanover Bars », du nom de la ville dans laquelle l'effet avait été « pour la première fois » découvert ( Le NTSC a presque certainement pris en compte à la fois le CPA en ligne et le CPA en champ – mais aurait rejeté la version en ligne au motif que, sur une image entière, elle exacerbe l'effet du store vénitien en produisant une paire de lignes d'une teinte suivie par une paire de lignes de couleur. un autre). La solution consistait à faire la moyenne électronique des erreurs de teinte, en prenant la ligne TV provenant de l'antenne et en la combinant avec la ligne précédente stockée dans une mémoire analogique (un memoire). La mémoire d'origine était un dispositif appelé « ligne à retard » (ligne comme dans un fil ou un câble, pas une ligne TV, même si elle stockait presque exactement une ligne TV), un ensemble encombrant et avec perte de bobines et de condensateurs conçus pour simuler le temps. retard d'un câble très long. Celui-ci fut bientôt remplacé par un petit bloc de verre sur lequel étaient collés deux transducteurs piézoélectriques – une ligne à retard ultrasonique.

La variante PAL du NTSC avait besoin de quelques ajustements pour en faire un standard viable. En particulier, l'interférence des points avec un décalage de sous-porteuse de couleur d'une demi-ligne était exacerbée par le processus d'inversion de phase, qui provoquait l'alignement vertical des points. La solution consistait à déplacer la sous-porteuse à une position située à un quart de la fréquence de ligne de l'une des harmoniques de ligne (en fait 15 625 x 283,75 + 25 Hz = 4,43361875 MHz). C'est une sorte de compromis, car l'entrelacement n'est pas très bon. Cela réduit le rapport signal/bruit du processus de démodulation synchrone, exacerbe le feu des couleurs et donne aux parties très saturées de l'image une apparence rampante. Le décalage d'un quart de ligne, avec entrelacement, aboutit également à une sous-porteuse qui revient à sa phase d'origine après 8 trames (4 images), ce qui exclut un montage électronique précis. Il s'agissait cependant d'un petit prix à payer pour avoir la possibilité de déposer des brevets en plus du système NTSC et de les utiliser pour contrôler le marché européen. Il ne s'agissait cependant pas de breveter la norme de transmission, qui n'était de toute façon que NTSC-CPA-H, mais de breveter la technologie utilisée dans le récepteur.

L'équipe Telefunken a décrit trois méthodes de décodage pour HCPA (désolé, PAL), qu'elle a appelées PAL-S, PAL-D et PAL-N (le N dans ce cas signifie « nouveau » et n'a rien à voir avec le système TV N. utilisé en Amérique du Sud). PAL-S (PAL simple) était l'approche « laissez-les reculer jusqu'à ce que les barres de Hanovre ne soient plus visibles », qui ne pouvait pas être brevetée en raison de l'art antérieur NTSC. PAL-D était la méthode de base de ligne à retard, et PAL-N ou « Chrominance Lock », était une méthode de ligne à retard plus sophistiquée qui pouvait suivre et annuler la distorsion de phase différentielle, sans la perte de saturation des couleurs qui se produit avec le D de base. méthode. Telefunken a breveté les méthodes de ligne à retard et a utilisé ces brevets avec vigueur pour tenter d'exclure les fabricants de téléviseurs japonais du marché européen. Par conséquent, jusqu'à l'expiration des brevets PAL au milieu des années 1970, tous les téléviseurs japonais en Europe utilisaient le dégoûtant PAL-S ou étaient fabriqués par Sony.

Au début des années 1970, Sony a introduit une gamme de téléviseurs PAL Trinitron, dotés d'un contrôle Hue comme un téléviseur NTSC. C'était une bouffée d'air frais par rapport aux terribles téléviseurs Shadow-Mask de l'époque, et c'était tout un symbole de statut social d'en posséder un. Le décodeur couleur contenait une ligne à retard. Telefunken a intenté une action en justice – et a perdu. Les redoutables Japonais avaient découvert une troisième méthode de ligne à retard, si diaboliquement simple que seul quelqu'un dont le cerveau n'était pas saturé de propagande pro-PAL pouvait la voir. Sony a utilisé la mémoire pour stocker une ligne afin de pouvoir supprimer les lignes alternatives et traiter le signal comme s'il était NTSC*. Si NTSC était aussi mauvais qu'on le prétend, Sony aurait dû être inondé de plaintes ; mais dans les faits, si vous possédiez un téléviseur Trinitron à cette époque, les gens venaient chez vous pour le regarder avec vous, et les chaînes de télévision ont adopté les versions de moniteurs vidéo comme moniteurs de studio (malgré les luminophores à tube EIA – c'était le cas). luminosité qu'ils voulaient). L'ironie était que les propriétaires de téléviseurs les plus exigeants regardaient PAL au format NTSC. Sony a opté pour la méthode PAL-D lorsque les brevets Telefunken ont expiré et s'est senti obligé de concevoir un contrôle de teinte pour cela, afin de maintenir la tradition. Le contrôle n'a rien fait d'utile, il a essentiellement donné à l'utilisateur le choix d'avoir ou non des barres de Hanovre, et ils ont abandonné l'idée assez rapidement.

SECAM

Le système français résulte d'une observation très pertinente, d'Henri de France, son inventeur ; que si vous envisagez d'utiliser une mémoire coûteuse pour décoder le signal, vous pourriez aussi bien vous passer du QAM gênant et simplement envoyer RY et BY sur des lignes alternatives. Il s'est ainsi rapproché d'un projet qui aurait pu apporter une nette amélioration dans n'importe quel environnement (studio, montage et transmission), mais le diable est toujours dans les détails. Il existait à l'époque deux méthodes techniquement réalisables pour extraire les signaux enfouis sous d'autres signaux : l'une était la démodulation synchrone et l'autre était l'effet de capture FM. Il est bien connu que les stations de radio FM sont immunisées contre les interférences impulsionnelles, et l’idée était d’utiliser cette astuce pour rendre le canal de couleur immunisé contre le canal de luminance. Voilà pour la couleur croisée, mais malheureusement, l’immunité n’est pas réciproque. Vous ne pouvez pas supprimer une porteuse FM, donc un système FM-SECAM a des points dans les parties de l'image où il n'y a pas de couleur, et les points ne sont pas liés à la structure des lignes. Par conséquent, un signal SECAM donne une très mauvaise visualisation sur un téléviseur en noir et blanc (certains diraient catégoriquement qu'il n'est pas compatible avec le noir et blanc), et il existe d'autres problèmes de traitement du signal en studio.

Les studios travaillant en NTSC ou PAL peuvent verrouiller toutes leurs caméras sur une référence de sous-porteuse. Les studios PAL doivent également verrouiller leurs caméras sur une référence d'identification de ligne, afin qu'elles produisent toutes des lignes +(RY) ou -(RY) en même temps. Lorsque cela est fait, il est possible d'effectuer un fondu enchaîné entre différentes sources presque aussi facilement que si elles étaient monochromes. Il s'agit d'une pratique fondamentale en studio, mais cela n'est pas possible si les sous-porteuses sont FM. Si vous mélangez deux signaux FM, vous obtenez d’horribles interférences. La solution évidente était de travailler avec un canal de chrominance en bande de base séparé (vous n'en avez besoin qu'un seul avec SECAM), mais la solution pragmatique adoptée par de nombreuses sociétés de télévision consistait à acheter du matériel PAL et à le transcoder en SECAM pour la distribution finale. Il ne s’agit cependant pas d’une échappatoire comme cela pourrait paraître, car les signaux SECAM sont très robustes en termes de transmission. (Bien entendu, de nombreuses sociétés de télévision utilisent désormais des systèmes numériques en interne.)

Les systèmes PAL et SECAM doivent transmettre une référence d'identification de ligne, pour indiquer au téléviseur quel type d'informations de chrominance va suivre. Dans le cas PAL, cela se fait en décalant la phase de la salve de référence de sous-porteuse. Dans le cas SECAM, cela se fait en envoyant une rafale de référence dans l'intervalle de suppression verticale (SECAM-V) ou dans l'intervalle de suppression horizontale (SECAM-H). SECAM-V est le plus ancien des deux systèmes, et le signal peut transporter les deux types d'identification de ligne pour une compatibilité transitoire avec les anciens ensembles. Le signal V-Ident doit toutefois être transmis si la chaîne de télévision souhaite transmettre des sous-titres ou du télétexte.

S-Vidéo

Le point important concernant toutes les normes de télévision couleur est qu’elles ont en réalité été conçues comme des normes de transmission. Lorsque vous ajoutez des informations de couleur au signal TV, cela dégrade toujours la qualité de l'image monochrome de base. Il n'est donc vraiment pas nécessaire de le faire, sauf si vous devez envoyer le signal par radio. Il a fallu un certain temps aux fabricants d'équipements vidéo pour comprendre ce point, mais lorsqu'ils l'ont fait, ils ont imaginé le S-Vidéo. Avant cela, nous devions travailler avec des CVBS composites (Chroma, Video, Blanking et Sync) ou RVB séparés. S-Vidéo (séparé) n'est que le C et le VBS dans des câbles séparés, mais autrement exactement comme ils l'auraient été sous forme composite. Si vous souhaitez utiliser un moniteur vidéo monochrome avec une caméra couleur, alimentez-le avec la partie VBS de la S-Vidéo, plutôt que composite, et vous obtiendrez une image exempte de points de sous-porteuse.

Enregistrement vidéo VHS

Si vous échangez des cassettes vidéo au format national avec des personnes résidant dans d’autres pays, la plateforme qui vous intéresse est presque certainement la VHS. Les points suivants sont donc pertinents :

1. Toutes les machines NTSC à 525 lignes utilisent le même format d'enregistrement.
2. Toutes les machines PAL 625 lignes utilisent le même format d'enregistrement.
3. Les machines VHS 525 lignes et 625 lignes utilisent la même géométrie de balayage, elles font simplement tourner les têtes et alimentent la bande à des vitesses différentes ; ils peuvent donc être amenés à lire des bandes extraterrestres si le fabricant décide d'inclure cette installation. Cela a conduit au développement de signaux de couleur hybrides spéciaux (voir la section suivante) qui peuvent tromper un téléviseur et lui faire fonctionner une mauvaise norme de ligne.
4. Tous les enregistrements SECAM ne sont pas identiques.

Les enregistreurs vidéo convertissent le signal de luminance en FM et l'enregistrent sous forme de bandes diagonales sur la bande, une trame à la fois. La quantité de bande qui est avancée au fur et à mesure que chaque bande est écrite dépend de l'épaisseur de la tête et de la vitesse à laquelle le tambour tourne, c'est pourquoi les cassettes 625 (E) et 525 (T) ont des longueurs de bande différentes pour une donnée donnée. durée. La chrominance est séparée pour l'enregistrement et déplacée vers une sous-bande située en dessous de la luminance, à environ 650 KHz. Les enregistreurs PAL et NTSC utilisent un système hétérodynique simple pour décaler la chrominance vers le bas et la reculer lors de la lecture en utilisant un VCO (oscillateur contrôlé en tension), qui est ajusté en comparant les signaux de rafale à une référence locale de 3,58 ou 4,43 MHz. Le système VCO apporte ainsi une correction de base de temps à la chrominance et protège les informations de phase délicates contre les caprices d'un système mécanique (c'est-à-dire wow et flutter). Cependant, il n'y a généralement pas de correction de base de temps correspondante pour la luminance, et donc les enregistrements en diagonale ont toujours des bords légèrement bancaux sur toutes les verticales de l'image. Ce problème peut être résolu en faisant passer le signal vidéo via un boîtier appelé Timebase Corrector (TBC). Certains lecteurs S-VHS haut de gamme intègrent un TBC.

SECAM peut être enregistré sur VHS standard de deux manières. Il peut soit être hétérodyné vers le bas et vers l'arrière ; ou comme il s'agit de FM, il peut être traité comme une chaîne d'impulsions, divisée par quatre pour la faire descendre dans la sous-bande, et multipliée par quatre pour la récupérer. La méthode de division par quatre est la plus courante. La méthode hétérodyne s'appelle MESECAM (qui, je pense, signifie « Moyen-Orient »). Cependant, les enregistreurs S-VHS n'utilisent aucune de ces méthodes ; ils transcodent en PAL pour l'enregistrement et retranscodent en SECAM pour la lecture ; ce qui signifie que le S-VHS est compatible dans tous les pays PAL et SECAM à 625 lignes (mais malheureusement pas bien établi en tant que format VTR national).

Normes de lecture hybride

NTSC-4.43, PAL-525 et NTSC 625

Ce ne sont pas des normes de transmission, même si elles proviennent de modulateurs RF. Ils sont utilisés pour permettre à certains magnétoscopes de lire des cassettes avec une norme de ligne incorrecte. Ils exploitent tous le fait que les systèmes de ligne 625 et 525 ont des fréquences de ligne similaires (15 625 contre 15 734 Hz). Ainsi, un moniteur ou un téléviseur peut généralement se synchroniser avec l'un ou l'autre, avec un petit ajustement du maintien vertical pour combler la différence entre 50 et 59,94 Hz. . Le but de la norme hybride est de faire en sorte que la couleur fonctionne également.

NTSC-4.43 est apparu dans les années 1970 pour permettre aux magnétoscopes Sony U-Matic PAL de lire des bandes NTSC de 525 lignes. La qualité de reproduction est excellente, mais le système nécessite un type de moniteur spécial.
PAL-525 (Mitsubishi et autres), consiste à recoder le signal NTSC en PAL, sur une sous-porteuse de 4,43 MHz. Cela fonctionne avec presque tous les moniteurs ou téléviseurs à 625 lignes, mais la ligne de retard du décodeur est 0,44 microseconde plus longue que les lignes réelles, ce qui provoque des erreurs de décodage aux limites de couleur de l'image. Les résultats sont néanmoins globalement acceptables.

NTSC-625 consiste simplement à déchiffrer les signaux PAL et à les recoder en NTSC-3.58. Il n'y a pas de problèmes inhérents à part le fait que l'entrelacement de chrominance n'est pas optimal – ce qui n'a aucune importance à condition que le S-Vidéo soit utilisé pour la liaison entre le magnétoscope et le moniteur.

Source : http://www.camerasunderwater.info/engineering/tv_stds/colortv.html