Fiche de révision : Signal vidéo couleur et mesure

📋 Plan du Cours

1. Fluorescence des luminophores
2. Canon à électrons et cathode
3. Balayage du faisceau électronique
4. Représentation électrique de l’image
5. Lignes, images et trames
6. Formation de l’image couleur
7. Perception et bande passante couleur
8. Matriçage des composantes vidéo
9. Codage couleur et transmission vidéo composite
10. Transmission séparée Y/C
11. Cadences et unité IRE
12. Analyse des signaux et images vidéo à l’oscilloscope
13. Lecture des histogrammes vidéo
14. Analyse chromatique au vecteurscope
15. Usage actuel des outils vidéo

📖 1. Fluorescence des luminophores

🔑 Notions clés & Définitions

• Fluorescence : Émission de lumière par certains matériaux lorsqu’ils sont stimulés.
• Luminophores : Composés déposés en fine couche à l’intérieur du tube cathodique, répartis par lignes et colonnes pour former une image matricielle.

★ À maîtriser

• La stimulation plus ou moins forte des luminophores produit, sur un téléviseur noir et blanc, des nuances allant du noir au blanc.

Compléments

• Les luminophores cathodiques cités sont :

  • le blanc, composé de ZnS : Ag+ et de (Zn,Cd)S : Ag
  • le rouge, composé de Y₂O₂S : Eu³⁺
  • le vert, composé de ZnS : Cu²+, Al³+
  • le bleu, composé de ZnS : Ag+

• Dans les phosphores décrits, ZnS avec 0,01 % d’activateur argent émet une lumière bleue, tandis que ZnS avec 0,001 % d’activateur cuivre émet une lumière verte.

💡 Astuce mémo

Stimulation des luminophores → émission de lumière

📖 2. Canon à électrons et cathode

🔑 Notions clés & Définitions

• Luminance : Intensité lumineuse en un point de l’écran ; elle dépend de l’intensité du flux d’électrons qui stimule les luminophores.

★ À maîtriser

• Le canon à électrons émet des électrons qui sont condensés en faisceau et dirigés par les bobines de balayage vers la face interne de l’écran, où ils stimulent les luminophores.

Compléments

• L’intérieur du tube cathodique est sous vide, et les bobines peuvent agir à distance sur les électrons grâce à la force magnétique à laquelle leur charge électrique les rend sensibles.

• Le filament chauffe la cathode pour faciliter l’expulsion des électrons, puis la polarité positive de l’anode les attire vers l’écran phosphorescent.

• Le haut voltage nécessaire est estimé à 1 000 volts par pouce de grosseur du tube, soit 27 kV pour un tube de 27 pouces.

• Le thorium, de symbole Th et de numéro atomique 90, est un métal de la famille des actinides utilisé dans certains revêtements de filaments et dans des cathodes.

💡 Astuce mémo

Cathode chauffée → électrons accélérés → luminophores stimulés

📖 3. Balayage du faisceau électronique

★ À maîtriser

• Les bobines de balayage déplacent le faisceau d’électrons sur l’écran fluorescent ligne par ligne, de gauche à droite et de haut en bas.

• À chaque point de l’écran, le faisceau module son intensité afin de produire la luminance souhaitée.

• Pour la norme européenne standard, le balayage des images s’effectue à une cadence de 25 images par seconde (ips).

Compléments

• Vu de face, l’affichage apparaît inversé horizontalement et se lit de gauche à droite.

📖 4. Représentation électrique de l’image

★ À maîtriser

• Une tension de 0 mV représente un point noir, tandis qu’une tension de 700 mV représente un point blanc.

• La partie utile du signal électrique porte l’information visuelle, tandis que le pic de synchronisation ne porte pas d’information visuelle.

Compléments

• Le signal vidéo analogique est continu dans le temps et sa précision temporelle dépend des instruments de mesure disponibles.

• Le pic de synchronisation d’une ligne varie entre −300 mV et 0 mV, et l’ensemble du signal de ligne couvre un intervalle de 1 V.

💡 Astuce mémo

0 mV = noir ; 700 mV = blanc

📖 5. Lignes, images et trames

★ À maîtriser

• Dans le système européen à 25 ips, une image comprend 575 lignes visibles, soit 576 lignes dans le standard SD.

• Le retour du faisceau au début de l’image suivante correspond à 50 lignes inutiles, portant le total à 625 lignes par image dans le système européen.

• En balayage entrelacé, les lignes paires sont affichées pendant une demi-durée d’image, puis les lignes impaires, ce qui double la cadence des trames par rapport à celle des images.

Compléments

• Dans le système pacifique à 30 ips, le nombre total de lignes par image est de 525.

• L’entrelacement consiste à redisposer les lignes au sein d’une image, en affichant d’abord les lignes paires puis les lignes impaires.

• Sur les premiers téléviseurs argentiques, les luminophores s’estompaient avant la fin du balayage de l’image, ce qui produisait un scintillement.

💡 Astuce mémo

Lignes visibles → lignes inutiles de retour → image suivante

📖 6. Formation de l’image couleur

🔑 Notions clés & Définitions

• Synthèse additive RVB : Produit une image couleur en superposant, en proportions variables, les composantes rouge, verte et bleue afin de générer l’ensemble du spectre coloré.

📝 Points essentiels

• Un tube couleur utilise trois canons à électrons, un pour chaque couleur primaire, et un masque perforé ou des fils pour diriger chaque faisceau vers les luminophores correspondants.

• Dans un écran couleur, trois luminophores rouge, vert et bleu par point sont modulés en intensité par les faisceaux d’électrons, et l’œil perçoit leur ensemble comme un point de teinte particulière.

📖 7. Perception et bande passante couleur

★ À maîtriser

• En 1949, Al Bedford montre dans les laboratoires de la RCA que l’acuité visuelle est plus faible pour les détails colorés que pour les détails en noir et blanc.

📌 La moindre résolution visuelle des détails colorés permet de réduire la bande passante de la chrominance sans altérer la qualité subjective de l’image.

Compléments

• Les acuités visuelles mesurées par rapport à la mire noire et blanche sont (Al Bedford, 1949) :

  • 40 % pour rouge/vert
  • 23 % pour rouge/bleu
  • 19 % pour vert/bleu

• En diffusion, la bande passante de la chrominance est réduite d’un facteur 4 par rapport à celle de la luminance, et en production ou postproduction broadcast, d’un facteur 2.

• En définition standard à 625 lignes, la bande passante est de 5,5 MHz pour la luminance et de 1,5 MHz pour la chrominance ; à 525 lignes, elle est respectivement de 4,2 MHz et 1,4 MHz.

• En haute définition à 1 080 lignes, la bande passante de la luminance est de 30 MHz.

💡 Astuce mémo

Moindre acuité pour les détails colorés → réduction de la bande passante de chrominance

📖 8. Matriçage des composantes vidéo

🔑 Notions clés & Définitions

• Matriçage : Opération réversible et sans altération qui transforme les composantes RVB en trois composantes Y, Dr et Db, répartissant l’information entre luminance et chrominance.
• Luminance : Varie comme les teintes neutres de l’image, du noir au blanc, et représente sa luminosité.
• Chrominance : Portée par Dr et Db (ou R-Y et B-Y), fournit les informations de couleur nécessaires pour reconstituer les teintes de l’image.

📝 Points essentiels

• Les composantes de chrominance sont renormalisées entre -350 et 350 mV.

• Les coefficients de définition de la luminance peuvent varier selon les normes, donnant notamment les systèmes YDrDb, YCrCb et YUV.

💡 Astuce mémo

Y porte la luminosité, Dr et Db portent la chromaticité

📖 9. Codage couleur et transmission vidéo composite

🔑 Notions clés & Définitions

• Signal vidéo composite : Le signal de luminance Y augmenté de la chrominance C, dont les composantes imbriquées dans un seul signal rendent l’interprétation graphique impossible.

★ À maîtriser

📌 Le codage couleur ramène les trois signaux Y, Dr et Db à un seul signal composite transmissible par les infrastructures du signal noir et blanc ; cette opération n’est ni réversible ni sans dégradation de l’image.

• Les standards de codage composite et leurs zones d’utilisation sont :

  • NTSC : Amérique du Nord, une partie de l’Amérique du Sud et le Japon
  • PAL : Europe, Asie du Sud et une partie de l’Afrique
  • SECAM : anciennement en France, en Russie et dans certains pays d’Afrique francophone, désormais passés au PAL

• Dans le codage composite, les deux composantes de chrominance sont codées en un seul signal C par modulation en quadrature en NTSC et en PAL, ou par transmission alternée d’une composante par ligne en SECAM, puis C est ajouté à Y ; la bande passante de chrominance peut être réduite avec peu d’effet perceptible car l’œil est plus sensible aux variations de luminance qu’à celles de chrominance.

📌 La différence entre les systèmes NTSC, PAL et SECAM tient à la façon dont le signal de chrominance est ajouté au signal de luminance Y.

Compléments

• Les zones NTSC correspondent aux pays cadencés à 30 images par seconde, tandis que les zones PAL et SECAM correspondent à ceux cadencés à 25 images par seconde.

• Dans le signal composite, le signal de référence du nouvel encodage, appelé burst, est reporté au début de chaque ligne, après le pic de synchronisation et avant le début de la ligne active.

• Dans le signal composite, la chrominance est superposée à la luminance par multiplexage fréquentiel et transposée en fréquence par modulation d’amplitude ou de fréquence selon le système.

📖 10. Transmission séparée Y/C

🔑 Notions clés & Définitions

• Signal Y/C : Une variante du composite dans laquelle les signaux de luminance et de chrominance restent séparés au niveau des connecteurs, bien que chacun soit codé comme en composite.

★ À maîtriser

• La qualité d’image du signal Y/C est meilleure qu’en composite, car la bande passante de la luminance reste intacte et les signaux ne peuvent pas interférer entre eux.

Compléments

• En Y/C, les pertes concernent uniquement la chrominance, dont la bande passante est aussi étroite qu’en composite.

• Le signal Y/C a servi de base aux formats SVHS et Hi8 et a été utilisé sur certaines cartes vidéo d’entrée-sortie pour ordinateurs, mais n’a jamais été exploité dans l’univers broadcast.

• Le connecteur Y/C attribue la broche 1 à la masse de Y, la broche 2 à la masse de C, la broche 3 à Y (luminance) et la broche 4 à C (chrominance).

💡 Astuce mémo

En composite, Y et C sont multiplexés ; en Y/C, ils restent séparés.

📖 11. Cadences et unité IRE

🔑 Notions clés & Définitions

• Unité IRE : Nommée d’après l’Institute of Radio Engineers, sert à mesurer le niveau du signal vidéo et à décrire les niveaux et amplitudes des signaux vidéo plutôt que des tensions continues.

★ À maîtriser

• Pour le NTSC, les interférences entre audio et vidéo ont conduit à réduire la cadence de 30 à 29,97 images par seconde, obtenue par réduction de la fréquence du signal analogique.

• En NTSC, 100 IRE correspondent à +714 mV, 0 IRE à 0 mV et l’impulsion de synchronisation est à −40 IRE ; l’écart du pic au creux d’un signal entièrement blanc est donc de 140 IRE.

Compléments

• La cadence NTSC de 29,97 images par seconde a nécessité l’adaptation du timecode selon le mode appelé drop frame.

• Le format « Pacifique » à 23,98p est réservé aux films normalement produits à 24 images par seconde qui doivent être convertis en 29,97p ou 59,94i.

• En NTSC, une unité IRE vaut environ 7,143 mV ; le niveau de noir vaut 53,57 mV, soit 7,5 IRE.

• En PAL, le signal oscille entre −300 mV et +700 mV ; une unité IRE vaut 7 mV, le pic de synchronisation correspond à −43 IRE et le niveau vidéo maximal à +100 IRE.

📌 En NTSC, le niveau de noir est à 7,5 IRE (53,57 mV), tandis qu’en PAL il coïncide avec le niveau de suppression à 0 IRE et 0 mV.

📌 Dans la convention IRE, le niveau de noir est réglé à 0 % et le niveau du blanc maximal à 100 % ; une luminosité du sujet supérieure à 100 IRE peut surexposer l’image.

• La mesure traditionnelle de la sensibilité vidéo d’un objectif correspond au réglage d’ouverture en f-stop nécessaire pour atteindre 100 unités IRE de luminance sur une carte blanche de réflectance 89,9 %, éclairée à 2 000 lux et 3 200 K, avec le gain maître à 0 dB, le gamma désactivé et les améliorations d’image désactivées.

📖 12. Analyse des signaux et images vidéo à l’oscilloscope

🔑 Notions clés & Définitions

• Oscilloscope : Un outil qui affiche l’évolution d’un signal électrique en fonction du temps.

★ À maîtriser

• L’oscilloscope permet d’afficher en temps réel l’aspect d’une ligne vidéo sélectionnée dans l’image analysée.

• L’oscilloscope affiche l’évolution d’un signal électrique en fonction du temps et permet d’observer l’ensemble des lignes de l’image vidéo.

📌 L’oscillogramme permet de vérifier l’exposition en contrôlant que les zones perçues comme noires correspondent à 0 mV et les zones perçues comme blanches à 700 mV.

Compléments

• L’oscillogramme de la composante de luminance Y d’une ligne vidéo permet de distinguer les zones de luminance rencontrées le long de cette ligne, notamment un plateau correspondant à une zone presque blanche.

• Les composantes vidéo R, V, B, Y, Dr et Db peuvent être affichées séparément en mode parade ou cumulées sur un même repère.

💡 Astuce mémo

Visualiser une ligne vidéo comme une courbe de luminance qui se déroule dans le temps.

📖 13. Lecture des histogrammes vidéo

🔑 Notions clés & Définitions

• Histogramme vidéo : Un histogramme vidéo représente en abscisse l’intensité de la composante étudiée, en millivolts ou en pourcentage, et en ordonnée le nombre de points de l’image possédant cette intensité.

★ À maîtriser

📌 Contrairement à l’oscillogramme, l’histogramme ne conserve pas la position des points sur chaque ligne et est donc moins précis.

Compléments

• L’histogramme permet de lire rapidement l’exposition de l’image et les effets des réglages d’exposition ou de colorimétrie.

💡 Astuce mémo

L’oscillogramme garde la position des points ; l’histogramme ne garde que leur fréquence.

📖 14. Analyse chromatique au vecteurscope

🔑 Notions clés & Définitions

• Vecteurscope : Un vecteurscope visualise la répartition des informations de couleur d’une image en plaçant chaque point selon Db en abscisse et Dr en ordonnée.

★ À maîtriser

• Sur le vecteurscope, les limites du domaine des couleurs représentables dans un espace RVB donné forment un hexagone, dont les sommets correspondent aux couleurs primaires et secondaires.

📌 Dans les coordonnées cylindriques d’un vecteurscope, l’angle exprime la teinte et la distance à l’origine exprime la saturation.

Compléments

• Des couleurs uniformes et franches forment des nuages de points regroupés autour de leur teinte, tandis que des couleurs présentant de légères variations forment des taches plus larges.

💡 Astuce mémo

Imaginez les couleurs comme des nuages de points répartis sur une ellipse, selon leur teinte et leur saturation.

📖 15. Usage actuel des outils vidéo

📝 Points essentiels

• Les outils d’analyse issus de la vidéo analogique sont simulés par les équipements audiovisuels logiciels et matériels, et leur usage quotidien demeure incontournable à tous les niveaux de la chaîne de production audiovisuelle.

💡 Astuce mémo

La simulation sur les équipements numériques → l’usage quotidien des outils reste incontournable.