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La couleur en vidéo: les différentes normes
La couleur
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Couleur: NTSC, PAL of SECAM

Tout comme les émissions radio en stéréo qui doivent rester compatibles avec les récepteurs mono, les programmes couleurs doivent rester compatibles avec les équipements noir et blanc. Une télévision couleur doit aussi être en mesure de décoder un signal monochrome.

Cette page fait suite à la page consacrée au signal vidéo

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Un signal vidéo complet avec la perteuse couleur.
L'amplitude de la porteuse: la saturation
la phase de la porteuse: la teinte.
La phase de référence est envoyée pendant le palier de référence.


Le signal en vrai sur un oscilloscope

On voit la phase de référence (burst), les porteuses couleur et les niveaux de luminosité

Un oscilloscope montre par défaut toutes les lignes, ce qui produit des signaux indésirables.


Un vectorscope montre la phase de la porteuse couleur. Le signal correspond a une mire EBU avec les pavés blanc, jaune (Yl), cyan (Cy), vert (G), magenta (Mg), rouge (R), bleu (B) et noir.

Un vectorscope montre bien les teintes complémentauires: le magenta et le vert, le rouge et le cyan et le jaune et le bleu.

La modulation est réduite sur l'axe jaune-bleu pour éviter les débordements (le jaune vif dont la porteuse couleur dépasse le niveau de blanc et le bleu qui passe au niveau du top de synchronisation).


Un vectorscope en vrai

Les courbes sont produites par les défauts de la ligne, de l'émetteur au récepteur.


Une mire couleur sur un moniteur monochrome (qui n'a pas de filtre pour éliminer la porteuse couleur).
La porteuse est visible dans les parties de l'image qui sont en couleur.

Les télévisions étaient faites pour durer des décennies et on ne lancait pas un nouveau système à la légère, sans assurer la compatibilité avec les équipements déjà installés.

Tout comme pour la stéréophonie en radio, on utilise ici aussi une "onde porteuse" pour transmettre la couleur indépendamment de la luminance. Il s'agit en fait d'une sorte d'émetteur pour "emballer" l'information couleur indépendamment de l'information monochrome. Le signal est dit composite, car il contient plusieurs composant de l'image.

  • L'information couleur (la chrominance) est démodulée du signal composite
  • L'information monochrome (la luminance) est purifiée par filtrage de la porteuse couleur.

Baseband et porteuse

La luminance est l'information de base (base de bande ou baseband) non modulée, tandis que la chrominance est modulée, tout comme un programme radio est modulé pour pouvoir être émis. Le but ici n'est évidemment pas d'émettre la chrominance, mais de l'"emballer" pour qu'elle puisse être transmise par le même cable, de même qu'on emballe la stéréo dans le signal FM audio. La porteuse couleur se trouve sur une fréquence utilisée par la luminance, à 4.43MHz. Grace à un filtre en peigne, il est possible d'éliminer la composante couleur du signal de luminance.

Une image monochrome contient la même quantité de bleu, de vert et de rouge (qui sont les couleurs de base du modèle colorimétrique utilisé). La luminance est indiquée Y. La chrominance se compose du différentiel, c'est à dire de la composante pour faire d'une image monochrome une image couleur. On transmet le différentiel bleu (B-Y) et rouge (R-Y). Comme la luminance est toujours transmise, on peut récolter facilement la composante verte selon la formule: G = Y - (R+B) [nous utilisons ici la nomenclature internationale, G = green].

L'information couleur est limitée à 1/5 de la luminance (il y a moins d'1 MHz de disponible), mais en pratique cela ne pose aucun problème car nos yeux ne sont pas très sensibles aux détails dans les couleurs.

Lizez ce texte dont les couleurs sont totalement antinomiques ou complémentaires (orange et vert), mais dont la luminance est pratiquement identique. La lecture est fastidieuse car il n'y a pas de différence d'intensité.
Un truc: sélectionnez le texte avec le curseur pour le rendre inverse.

NTSC

Il nous faut donc transmettre deux signaux couleurs sur une seule sous-porteuse. C'est ici que les systèmes diffèrent l'un de l'autre. Le système le plus ancien (NTSC) transmet simultanément les deux couleurs en modulation d'amplitude, avec un déphasage de 90° (quadrature). Lors de la démodulation, on regarde la phase du signal démodulé pour déterminer l'amplitude des deux composants (démodulation synchrone).
  • L'intensité de la couleur est déterminée par l'amplidude du signal
  • La teinte est déterminée par la phase du signal.

Le référentiel (burst) est transmis au moment où il n'y a pas d'image à transmettre, donc pendant le palier. Le référentiel permet de synchroniser l'oscillateur local permettant de discriminer les couleurs. Si le synchronisme est perdu, les couleurs sont toujours détectées (amplitude), mais la teinte ne correspond plus. La télé contient un circuit qui bloque le traitement couleurs quand il y a défaut de synchronisation (par exemple en cas de signal d'antenne trop faible).

Le système NTSC a un défaut, c'est que les erreurs de phase produisent un mauvais rendu des couleurs. Un déphasage peut se produire à tous les échelons du traitement du signal. Un syntonisateur mal réglé peut produire une telle condition.

PAL

Le système PAL (Phase Alternating Line) élimine ce défaut en alternant la phase à chaque ligne. Une erreur de phase agit à chaque ligne de façon positive (l'orange devient rouge) ou négative (l'orange devient jaune). Les erreurs de phase s'annihilent, avec comme résultat une teinte moins prononcée, mais correcte. Pour permettre l'annihilation totale, on utilise une ligne à retard de 64µs qui contient la chrominance de la ligne précédente.

Les téléviseurs bons marchés n'avaient pas cette ligne à retard pour éviter de payer la licence Telefunken (PAL signifie également Pay Another Licence). Le résultat est une image se composant de lignes trop jaunes ou trop rouges, mais la résolution limitée de ces téléviseurs produit un lissage qui rend l'effet indiscernable. L'erreur de phase ne se produit pratiquement plus avec les installations modernes transistorisées. La réception multipath (réception directe et via un batiment qui joue le rôle de réflecteur) peut produire des erreurs de phase.

SECAM

Le système français SECAM (Séquentiel Couleur à mémoire) ne transmet qu'une seule composante couleur par ligne et l'autre composante est stockée momentanément dans une ligne à retard de 64µs. La résolution verticale de la couleur est ainsi diminuée de moitié, mais cela est aussi le cas avec le système PAL. Dans la pratique cela ne se voit pas, la résolution horizontale étant même limitée plus fortement. Techniquement, le système SECAM est le plus performant.

Mais, tandis que le PAL et le NTSC utilisent la modulation d'amplitude, les français utilisent la modulation en fréquence. L'information couleur est plus robuste, ce qui est un avantage sur de longues distances. Ils auraient mieux fait de mettre le son en FM au lieu de la couleur, le son défaillant s'entend, tandis que la couleur défaillante ne se voit pratiquement pas.

La porteuse (qui doit toujours être présente en modulation de fréquence) produit une interférence avec la luminance. C'est cette même interférence qui se voit sur les moniteurs monochromes (qui ont généralement une bande passate élevée à cause de leur utilisation dans les systèmes informatiques). Avec le système PAL, cette interférence ne se voit que là où il aurait dû y avoir des couleurs saturées (voyez l'exemple). En SECAM, l'interférence se voit partout.

L'utilisation d'une porteuse FM signifie en plus qu'il n'est pas possible d'utiliser une table de mixage pour mélanger les signaux synchrones (ce qui est possible en NTSC et PAL). Une console de mixage vidéo doit nécessairement travailler avec les composantes couleurs démodulées (B-Y et R-Y), quitte à les remoduler par après.

Le système SECAM a été inventé comme alternative au système NTSC, mais les français n'ont pas utilisé la norme PAL adoptée par le restant de l'Europe. SECAM signifie non seulement "Something exceedingly Contrary to the American Method" ou "Système Elégant Contre les AMéricains" mais surtout "Surtout Eviter la Compatibilité Avec le Monde". Eviter la compatibilité, cela a d'abord été obtenu avec la "guerre des lignes" (819 au lieu de 625), puis quand ils ont été contraints de passer en 625 lignes par la "guerre de la modulation" (positive au lieu de négative). La norme SECAM se retrouve ainsi surtout chez les pays totalitaires, la république démocratique allemande, l'URSS et ses satellites,... C'est un moyen comme un autre d'éviter que la population ne regarde la télé d'autres pays.

La guerre NTSC/SECAM/PAL a un vainqueur: la norme numérique DVB (digital video broadcast). Il n'y a plus d'émissions analogiques en Europe. Par contre le signal vidéo-composite se retrouve à la sortie de certains décodeurs DVB-T et lecteurs de DVD. C'est toujours du PAL

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