PAL, NTSC, SECAM… "in memoriam … gloriam"

Comme certans posent encore quelques questions concernant ces standards de télévision analogique, je reprends ici un post que j' avais mis dans ce forum … vers 2002 …

Je le fais remonter (et y remets mes crobars), c'était sous le titre :

Chrominance, luminance, composite, YC,


Je remets mon grain de sel en reprennant une discussion que j'avais ouverte sous "provoc1" dans le forum "divers video" et en y apportant des corrections dues à Video98 ,vsb et saint Kro que je remercie.

Mon exposé et son schéma principal (reproduit début et fin de ce post) comportent des raccourcis, des approximations; en particulier, il ne faut pas en déduire que les dispositifs video comportent des boitiers indépendants et simplement réversibles ou que les entrées-sorties mentionnées y sont toutes disponibles.
Ces "cases" ne font allusion qu'à des étapes théoriques de traitements censés commencer à la capture et revenir à la restitution aux trois "tuyaux" RGB.
La distinction importante que constitue la différence des fréquences ligne et image entre les standards US et Européen n'est pas prise en compte ici.,; ne sont pas prises en compte, non plus**, les différences de définition en "lignes d' images" de différents standards tv ( 525 pour le NTSC - dont 480 effectives et 625 pour PAL et SECAM - dont 576 effectives); **non plus? : les deux ( fréquence et définition) sont interdépendantes.


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Premier traitement : le matriçage.

Dans un post maintenant "disparu", vsb ( ex-Repairenaute) avait fort bien ( dans le détail !) décrit l'étape du matriçage solution nécessaire vers 1950 pour garder la compatibilité avec la TV Noir&Blanc ( et ses équipements ) en créant le signal Y = Luminance …
Actuellement, le signal (tri-)composantes YUV est accessible en entrée sur des écrans plasma et des projecteurs, en E/S sur des matériels pros et surtout YUV est le point d'accès-retour de la numérisation DV, mais celà sans connexion extérieure directement utilisable (nb: écrit en 2002 !) .
nb 2009 : cette solution est maintenant "universalisée" dans le domaine de l' image numérique.


Le second traitement fusionne les deux composantes U et V sans modifier Y.

Cette étape est résolue en plaquant les vecteurs* variables U et V sur une fréquence (deux "alternées" pour secam).
[* désolé pour ce terme matheux… une fréquence s' exprime par une "fonction sinusoïdale" dite aussi "circulaire" car elle enregistre "dans le temps" l' ordonnée de l' extrêmité d'un vecteur tournant - dans le sens trigonométrique ( au contraire des aiguilles d' une montre !), .]

Pour NTSC (le précurseur) et PAL (son amélioration) les deux vecteurs modulent une fréquence "sous-porteuse" en quadrature, où ils sont additionnés selon le modèle "de Fresnel".
Dans le cas du NTSC, les deux vecteurs I (=U) et Q (=V) sont simplement en quadrature positive ( +90° = sens "trigo"), leur résultante, le vecteur C, CHROMINANCE véhicule toujours deux informations, l'une par son "module" (longueur) caractérise la saturation, l'autre, angulaire, la phase (phi), caractérise la teinte .
Après élaboration, la "sous-porteuse" est supprimée (nécessité d'un signal "burst" pour la reconstituer)…
Le problème est qu'à la reconstitution, il se produit des "sautes de phase" justifiant le sobriquet "Never Twice Same Color" et forçant (naguère) l'utilisateur TV US à une intervention manuelle de reréglage…

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PAL met en œuvre une astuce permettant de récupérer une phase "exacte" même après un "saut de phase".
Elle consiste à décaler alternativement les vecteurs U et V, une ligne en quadrature négative et la ligne suivante en quadrature positive, de soustraire la seconde valeur du déphasage résultant de la première valeur pour chacun des couples de points-ligne superposés de deux lignes successives, de faire la moyenne et ça fait :
[(phi + saut) - (-phi + saut)] / 2 = (phi + saut + phi - saut) /2 = 2 phi /2 = phi
la phase est retrouvée
ça marche évidemment lorsque le saut est nul, mais ça suppose qu'il n'y ait qu'une différence minime de chrominance entre deux points superposés de deux lignes successives ce qui est majoritairement le cas (à tester avec mouvement vertical brutal de camera VHS, SVHS, 8 ou Hi8…) et comme la luminance n'est pas affectée ça passe le plus souvent inaperçu.


SECAM est dû au pionnier de la TV française… Henri De France… (comme notre ex 819 lignes N&B).

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SECAM postule la même supposition de "différence minime…" que PAL, mais il "zappe" la phase en modulant deux fréquences distinctes.
Dr (=U) module une première sous-porteuse (F1) et Db (=V), une seconde (F2). Pour une ligne, les données Dr sont relevées, injectées sur F1 et mises en mémoire, alors que les données Db mémorisées de la ligne précédente sont injectées sur F2… pour la ligne suivante, la séquence est inversée, Db, relevé est injecté sur F2 et mémorisé et Dr repris de la mémoire est réinjecté sur F1… (des fréquences différentes peuvent "cohabiter dans un même tuyau" = exemple fibre téléphonique moderne et fibre optique).
Avec l'électronique des télés de l'époque (1955 : pas encore de "puces" hors recherche, donc pas de microprocesseurs), la moulinette SECAM était "top", mais elle complique fortement les mises en œuvre d'effets et le matériel de montage video.
Combattu par la concurrence SECAM était une niche industrielle et …politique.
Le signal Y étant le même en PAL et en SECAM, il y a compatibilité des deux en Noir & Blanc.
Au niveau de cette réduction à 2 tuyaux : Y et C la plupart des matériels récents*** sont pourvus de prise Entrée/Sortie (ushiden ou péritel dédiée), c'est le SVidéo décliné en SVHS et Hi8, mais bien sûr différents selon PAL et NTSC… (SECAM, très rare).
Un ennui du matériel DV, pour être lu sur téléviseur, est de devoir "redescendre" à ce niveau.

*** récents, lorsqu' écrit … en 2002 …
…En 2006, "ajouté" : les "écrans" sont, en majorité, devenus prévus pour "le numérique" … La connexion HDMI va se généraliser et la plupart acceptent les signaux composantes (YUV) …
… Et, nous sommes en 2009 !

La troisième et dernière étape, l' imbrication, conduit au tuyau unique

Elle consiste à imbriquer (comme les doigts de deux mains) Y et C sur une même BANDE de FRÉQUENCES, les trois système la réalisent de façon identique.
C'est une application de la "loi de Fourrier" qui énonce que toute fréquence modulée de façon complexe peut être décomposée en une somme de fréquences sinusoïdales (simples) harmoniques d'une fréquence de base… Une harmonique est une fréquence double, triple, …multiple de la fréquence de base. Dans cette étape la fréquence de base est déduite de la fréquence ligne.
Le signal
Y ( Luminance) est décomposé sur les harmoniques basses et paires …Les différents signaux sinusoïdaux deviennent de plus en plus faibles avec l'élévation dans les harmoniques.
C ( Chrominance) est décomposé sur les harmoniques hautes et impaires …Les différents signaux sinusoïdaux vont en décroissant avec la descente dans ces fréquences.
Le tout est calculé de façon que le chevauchement entre les hautes fréquences de Y et les basses de C soit "minimal".
Tout cela est envoyé dans un seul tuyau, c'est le signal COMPOSITE.

Au retour, il faudrait séparer le pair de l'impair.
C'est la fonction des fameux filtres en peigne, mais leur mise en œuvre est coûteuse et réservée au matériel… qui coûte cher
Le matériel commun sépare les hautes fréquences de la chrominance par un filtre passe-haut des basses fréquences de la luminance par un filtre passe-bas … Et quand ça se chevauche trop, ça en passe dans l'un et dans l'autre qui ne devrait pas, ça s'appelle cross color et c'est produit par l'abondance de détails trop fins qui font monter dans les fréquences de Y : milleraie, petits cailloux contrastés, etc…

Le signal composite est celui qui part vers ou revient des circuits d'antenne hertzienne, c'est lui que les magnétoscopes VHS et "8" enregistrent et restituent au travers de prise cinch (jaune) ou scart (péritel).


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NB (écrit en 2006) :
Si les notices de camescopes distinguent encore PAL de NTSC, pour la vidéo, c'est par commodité de langage pour distinguer des fréquences qui restent différentes dans les deux zones …
Ce qui est exposé ci-dessus ne concerne plus que l' analogique qui sort (ou entre) par les prises S-Vidéo (ushiden / scart) ou "composite ( Cinch / scart).
YUV n'est maintenant plus réservé aux matériels pros mais devient avec le numérique une connexion popularisée alors qu'elle reste analogique, sans que, pour autant, sa "qualité" en soit affectée, d' aileurs, sorti ou pas d'un camescope numérique, le signal YUV précède la numérisation.