Television a haute definition

Haute définition

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La haute définition (HD) désigne une classification d'équipements, appareils, normes de télédiffusion et vidéo.

Ce sigle est utilisé pour désigner un ensemble de normes vidéo numériques.

Il représente une évolution de la qualification de définition « standard », SD (Standard Definition) ou SDTV.

Le terme HD s'étend à l'ensemble des technologies audiovisuelles numériques tels que HDV (grand public), HDCam (professionnel), télévision à haute définition (DVB-T, DVB-S, DVB-C, DSL TV...) ainsi que les supports Disque Blu-ray, HD DVD, l'enregistrement multimédias sur disque dur ainsi notamment qu'au stockage de données informatiques.

L'évolution de la TVHD est l'Hyper HD.

Sommaire

Principes techniques

Les spécificités de la HD nécessitent une résolution supérieure (au minimum d'un facteur deux) de l'image vidéo par rapport à la référence dite SD laquelle représente (en PAL) 720 pixels de base et 576 pixels de hauteur, notée en abrégé 720 x 576.

Les industriels considèrent qu'un équipement vidéo peut être qualifié HD dès lors qu'il traite ou exploite un signal vidéo dont la définition verticale (nombre de lignes) est supérieure à 720 pixels.

La HD nécessite des capacités techniques plus évoluées, à cause du flux et du volume de données à traiter, bien plus importants, et de leur encodage plus complexe (HDV, AVCHD). Par exemple, un film DVD avec une définition de 576 lignes (encodage MPEG-2 PAL) exploite un volume moyen de 4 à 8 Go, alors qu'en Haute Définition, le même film d'une définition plus que doublée exploite des fichiers pouvant atteindre de 8 à 50 Go à la norme MPEG-4 (selon le taux de compression appliqué).

Historique : télévision à haute définition

Écran de projection montrant une image de télévision à haute définition

À partir de 1953, la norme de télédiffusion française a adopté la définition 819 lignes, grâce aux brevets d'Henri de France (1911-1986). Initialement conçue pour être associé au standard couleurs SECAM a toujours exploité uniquement le noir et blanc (en dépit d'excellents résultats lors de transmissions expérimentales) ; les considérables surcoûts de production TV (caméras, régies, magnétoscopes, etc.), d'industrialisation des téléviseurs et de télédiffusion ont très rapidement freiné ce projet. Toutefois, la norme 819 lignes aura été exploitée jusqu'en 1984 (par la première chaîne historique ORTF devenue TF1), et même dans le sud de la France jusqu'en 1985 par TMC.

La norme CCIR 625 lignes a permis de coloriser la télévision européenne à moindre coût, à partir de 1965 (1967 en France). Dès lors, cette définition de 625 lignes est devenue la définition standard ou SD associée aux standards SECAM et PAL, la définition alternative étant le 525 lignes, principalement associée au standard couleurs NTSC.

Apparue dès la fin des années 1980 au Japon avec la norme analogique MUSE, la télévision HD a été exploitée au début des années 1990, toujours en analogique, par la norme européenne HD Mac au format image 16/9 et 1250 lignes. Ces deux normes TVHD ont dû être exploitées exclusivement par satellite du fait de la nécessité de bande passante considérable nécessaire aux signaux. À la même époque, plusieurs marques dont Pioneer, Sony et Panasonic, mettent sur le marché japonais, des lecteurs LaserDisc « Hi Vision ». Une centaine de programmes seront commercialisés dans la foulée, dont 34 films; les meilleurs résultats sont toutefois atteints par les documentaires directement filmés avec des caméras à haute définition puis traités numériquement pour s'adapter au mieux à la norme MUSE. À la même époque, plusieurs magnétoscopes W-VHS sont également commercialisés par JVC. Avec l'arrivée des normes numériques européennes puis internationales Digital Video Broadcasting et MPEG, les premières expérimentations de télédiffusion HD numérique par satellite sont réalisées en Europe à partir de 1996. La norme DVB exploitant les formats MPEG-2 puis le MPEG-4 est commercialement lancée par plusieurs bouquets de chaînes à péage par satellite à partir de 1999. Avec l'introduction de la télévision numérique terrestre au début des années 2000 au Japon, aux États-Unis puis en Europe, le format MPEG-4 (grâce à de meilleures performances que le MPEG-2) a permis de capter la HD via l'antenne TV « râteau ».

Avantages et nécessités d'évolution

Changer la définition des téléviseurs, des supports vidéo et des moyens de télédiffusion engendre des surcoûts, tant pour le consommateur que pour les diffuseurs et opérateurs techniques. La Haute Définition apporte certaines améliorations et avantages sur des plans distincts.

Progrès techniques

Les progrès réalisés en matière de compression numérique vidéo et de techniques de retransmission permettent la télédiffusion de chaînes de télévision en haute définition mais procurent également une qualité d'image vidéo très supérieure au grand public (enregistrement, stockage, montage, effets spéciaux…).

Pour le grand public, les écrans plats ont longtemps représenté un coût élevé pour n'afficher qu'une résolution maximum réelle de 625 lignes. À partir de 2005, les écrans portant le label HD Ready (abandonné depuis) ont offert obligatoirement une définition minimale de 720 lignes, soit deux fois plus de pixels que la télévision standard (SD). Toutefois, ces téléviseurs ne permettent pas d'exploiter alors la pleine résolution, sauf à adjoindre à l'écran, une source TVHD externe (récepteur satellite HD, xDSL TV HD, caméscope HD, etc...).

Les écrans au label Full HD (abandonné depuis) et (1080p) affichent une définition maximum de 1080 lignes (soit 1920×1080 pixels en format 16/9), soit 5 fois plus de pixels que la télévision standard (SD).

Les technologies d'affichage HD 1080p concernent les moniteurs informatiques, les téléviseurs, les rétroprojecteurs et les vidéoprojecteurs :

  • CRT (à tube cathodique, technologie progressivement abandonnée)
  • DLP/DMD (rétro et vidéoprojecteurs à un ou trois micro-miroirs et roue chromatique, c'est une technologie qui tombe en désuétude, notamment car la rémanence rétinienne provoque de désagréables effets d'arc en ciel chez certains usagers)
  • LCD moniteurs anciennement privilégiés pour les tailles inférieures à 40 pouces, leurs performances s'accroissent et sont aujourd'hui supérieures au premières génération de plasma.
  • Tri LCD (rétro et vidéoprojecteurs, la lumière traverse trois panneaux, rouge, bleu et vert)
  • Plasma progressivement abandonné pour les petites tailles, ces moniteurs sont essentiellement privilégiés pour les tailles supérieures à 40 pouces, guère plus couteux que les écrans LCD, ils sont plus performants que ces derniers mais ont subi des campagnes de dénigrement systématique quant à leur longévité.
  • SED/FED (technologie se rapprochant du CRT)
  • OLED (moniteurs et téléviseurs, très coûteux, c'est toutefois la technologie promise au plus bel avenir, économique et pérenne)
  • SXRD de Sony (rétro et vidéoprojecteurs, la lumière se reflète trois panneaux LCD, rouge, bleu et vert, ils représentent le haut de gamme de la vidéoprojection grand public)
  • D-ILA / LCOS de JVC (rétro et vidéoprojecteurs, c'est une technologie proche de la précédente)
  • SED de Canon et Toshiba (rétro et vidéoprojecteurs, abandonné)

La valeur 1080 représente le nombre réellement exploitable de lignes pour afficher une image vidéo sur un écran ou en projection. Le standard 1125 lignes a été ainsi adapté à la transmission numérique.

Les différents formats haute définition

Standard video res.svg

Chaque norme TVHD peut exploiter une variante d'affichage conforme aux standards vidéo historiques analogiques; le 50 Hz (conforme aux 25 images par seconde PAL ou Sécam) et le 60 Hz (conforme aux 30 images par seconde NTSC).

On s'oriente en Europe aujourd'hui vers deux normes principales : Résolution 1080 lignes de 1920 points en affichage entrelacé (1080i) Résolution 720 lignes de 1280 points en affichage progressif (720p)

Les principaux formats d'image HD exploités dans le monde sont :

Dimension des écrans

En considérant que le pouvoir séparateur de l'œil est de une minute d'arc (0 °01'), la distance idéale pour regarder un téléviseur classique 4/3 (576 lignes et 720 pixels par ligne) est d'environ quatre fois la diagonale de l'écran (soit une distance de 2 mètres pour un téléviseur de 50 centimètres de diagonale) ; pour un 16/9 la distance idéale est d'environ trois fois la diagonale.

Les téléviseurs les plus grands atteignent aujourd'hui plus d'un mètre de diagonale (voire jusqu'à 4 mètres pour les vidéoprojecteurs), mais la distance à laquelle le téléspectateur les regarde, reste sensiblement la même. Pour conserver la même qualité d'image subjectivement perçue avec un téléviseur de 1 mètre de diagonale positionné à la même distance, il est nécessaire d'augmenter la résolution de l'image affichée.

Qualité de l'image de diffusion

  • Depuis juin 2005, Canal+ diffuse un programme démo HD qui est devenu une offre régulière depuis 2006.
  • Depuis début 2006, TPS diffuse des programmes HD sur les chaînes TPS Star (en permanence), TF1 et M6 (ponctuellement).
  • L'opérateur de satellites Astra diffuse aussi un canal de démonstration HD.
  • Le satellite Hot-Bird diffuse un programme test du HD Forum, consortium de firmes autour du concept HD.
  • Le satellie Turksat diffuse une chaîne Tuksat HD Promo.
  • La TNT HD émet 5 chaînes en Haute Définition (dont une semi-gratuite) depuis le 31 octobre 2008.

Pour l'UFC-Que choisir, « le gain en qualité HD par rapport à une image numérique standard est nettement moins spectaculaire que celui constaté entre l'analogique et le numérique[1] ».

Qualité de l'image du support

On trouve sur Internet de nombreux petits films, des bandes annonces notamment, au format MPEG-4 ou aux formats dérivés : DivX, ou Windows Media Video HD. La compression élevée de ces formats permet d'obtenir de la vidéo HD (1920×1080 ou 1280×720) de qualité correcte avec un débit de 8 ou 9 Mbit/s, soit le débit actuel du MPEG2 utilisé pour les DVD vidéo.

Les différentes définitions

Le p signifie « progressif » (progressive en anglais), le i signifie « entrelacé » (interlaced en anglais).

  • 1080p : 1 920 x 1 080
  • 1080i : 1 920 x 1 080
  • 720p  : 1 280 x 720
  • 480p ou 576p : 720 x 480 ou 720 x 576 (appelé ED - Enhanced Definition)
  • 576i : 720 x 576 (appelé SD, sous PAL ou SECAM)
  • 480i : 720 x 480 (appelé SD, sous NTSC)

Les différentes vitesses

Les cadences d'images peuvent être en mode progressif (P) ou entrelacé (I) ; le mode entrelacé est issu historiquement de la diffusion d'images destinées aux tube cathodiques, et permet de donner l'impression visuelle d'une grande fluidité dans le mouvement tout en contenant le débit. Le progressif, lui, offrant une pleine définition de l'image.

Il existe ensuite en HD plusieurs vitesses de défilement d'images :

  • 24P im/s : vitesse de défilement du cinéma (film)
  • 25P im/s : vitesse de défilement Progressif en Europe (et dans les pays en PAL et SECAM)
  • 30P im/s : vitesse de défilement Progressif aux États-Unis et Japon (et Pays en NTSC) qui est en fait de 29,97 im/s
  • 50I im/s : Standard de télévision dite « PAL[2] (en fait 50 demi-images par secondes en entrelacé, fluidité doublée)
  • 60I im/s : Standard de télévision « NTSC[2] » (en fait 59,94 demi-images par seconde en entrelacé, fluidité doublée)

à venir:

  • 50P im/s : fluidité doublée en progressif en Europe
  • 60P im/s : fluidité doublée en progressif aux États-Unis et Japon

Plus il y a d'images par seconde, plus les mouvements sont fluides.

Les logos sur les appareils HD[3]

Fin 2008 les fabricants devront se plier à la décision de l'EITCA (European Information, Communications and Technology Industry Association)

Depuis le 1er décembre 2008, en raison d'une grande confusion, les logos « HD Ready », « HD Ready 1080p » et « Full HD » sont définitivement abandonnés et doivent être supprimés des références commerciales.

Subsistent alors les logos HD TV et HD TV 1080p.

Connectiques

Plusieurs types de connectiques permettent de transmettre des signaux HD.

Le principal type de câbles utilisé est le HDMI. Malgré quelques problèmes d'incompatibilité à l'époque des premières normes (1.1, 1.3...), ces soucis sont aujourd'hui résolus et ce port s'est standardisé et généralisé. Utilisant un signal numérique similaire au DVI (il existe des adaptateurs DVI/HDMI), le HDMI transporte en plus le son, en 5.1. voire en 7.1. Le HDMI supporte le HDCP (signaux de droits d'auteurs). Le HDMI délivre une qualité d'image théoriquement sans perte.

La deuxième connexion la plus utilisée pour véhiculer des signaux Haute définition est le signal composantes. La liaison composante est analogique, mais délivre une image d'excellente qualité, visuellement équivalente à la connexion HDMI. La liaison composante est composée de trois câbles (bleu, rouge, vert), qui servent uniquement à transporter le signal vidéo (deux câbles pour les signaux de différence couleur, un câble pour les signaux de luminance en noir et blanc) : le son n'est pas transporté et doit être transmis autrement (par sortie optique par ex.). Le composantes est à différencier du composite RCA (rouge, blanc, jaune) qui, lui, transporte des signaux SD analogiques avec un son stéréo.

Enfin, il ne faut pas oublier que les signaux HD peuvent être transmis par câble FireWire (ou IEEE1394), entre un caméscope (notamment HDV) et l'ordinateur. Le HDMI n'est pas recommandé pour l'acquisition de vidéo haute définition sur un ordinateur car contrairement au FireWire, il ne transmet pas les signaux de contrôle à distance du caméscope(démarrage/arret/marche arrière), fonction utilisée par tous les logiciels de montage.

Transmission sans fil[4].

Plusieurs constructeurs sont engagées dans une « guerre des normes », où chaque groupement veut imposer sa technologie pour permettre la transmission de flux vidéo en Haute Définition sans fil. Ces technologies concurrentes sont :

  • WirelessHD (soutenu par Intel, Panasonic, LG Electronics, NEC, Toshiba, Samsung et Sony)
  • WHDI (soutenu par Broadcom, Hitachi, Motorola, Samsung, et Sharp)
  • UWB
  • Wireless HDMI
  • Wi-Fi 802.11n


1080i, 1080p, 720p ? Qui est HD qui ne l'est pas ?

Rappelons tout d'abord les choses:

  • Les dalles 1920*1080 furent appelé un temps Full_HD et ont la compatibilité 1080p ...dés lors par simplification marketing le 1080p fut appelé Full_HD.
  • 1080i50 , 1080p25 et 720p50 délivrent toutes environ 50 MegaPixels par seconde :

1920*1080*25 = 1920*540*50 = 51 840 000 pixels/seconde
1280*720*50 = 46 080 000 pixels/seconde

  • Les dalles LCD/Plasma n'ont qu'une restitution progressive ; quel que soit le signal, elles vont afficher du P, en 1920*1080 pour les Full_HD et en 1366*768 (ou autre) pour les dalles HD_Ready .

Dans tous les cas, on a 5 fois plus de pixels par seconde qu'en SD PAL 720*288*50 = 9 828 000 pixels / seconde. Tous ces modes sont donc vraiment HD. Les termes HD_Ready et Full_HD concernent donc les écrans et non pas les différentes résolutions HD.

Comment ça fonctionne ?

Dans le cas d'une image en provenance d'une source progressive telle que le cinéma soit 24 images secondes :

1/ Le film est légèrement accéléré pour passer de 24 à 25 images par seconde.

2/ Dans le cas d'une diffusion en 1080i (ou 1080 50i), chaque image est coupée en deux parties (entrelacées). Puis chacune de ces demi-images est envoyée tous les 1/50e de seconde ; le téléviseur va attendre que les deux parties de l'image arrivent puis va reconstituer l'image. Dans ce cas précis le résultat sur une dalle LCD/Plasma du 1080i50 est strictement identique au 1080p25. On appelle cela du PsF (1080PsF).

Cependant il n'y a pas que la fréquence et la résolution à prendre en compte, mais également la compression du débit. Ainsi, une vidéo sur Bluray1080p24 est bien supérieure à celle sur une chaîne de la TNT_HD, parce que cette dernière (utilisant le même codec que le Bluray) utilise un encodage avec un débit de 7-8 Mbits, à comparer aux 20-25 Mbits du Bluray. Sur le câble et le satellite on est à 12-14 Mbits/s. Conclusion : le 1080p est dans ce cas supérieur au 1080i du fait d'une moindre compression sur le support qui l'emploie (Bluray/HD DVD vs TNT_HD, Câble, Satellite). Néanmoins, du 1080i encodé au même bitrate aurait les mêmes résultats visuels. Bref c'est simplement un raccourci marketing visant à faire comprendre que le BluRay a une image réellement supérieure à la TNT_HD.

Dans le cas d'une image nécessitant une plus grande fluidité (jeux vidéo, sport etc...):

Les 50 images secondes 1920*540 ou 1280*720 vont être redimensionnées pour donner du 1920*1080 sur une dalle Full_HD (ou par exemple du 1366*768 sur une dalle HD_Ready). Les meilleurs téléviseurs vont se servir des images précédentes et suivantes pour fournir du détail supplémentaire. Les moins bons téléviseurs vont simplement redimensionner images par images (n'ajoutant alors pas de détail).

Au niveau de la fluidité on a 50 images par secondes (ce qui est important en cas notamment de retransmission sportive foot, formule 1).

Dans ce cas là d'ailleurs le 720p50 donne de meilleurs résultats visuels ne subissant pas d'artefact de désentrelacement.

Une source 1080p50 donnerait évidemment une plus belle définition . Il ne semble pas y avoir de source 1080p50 grand public disponible à l'heure actuelle.

Conclusion :

Que ce soit le 1080p25, le 720p50 ou même le 1080i50 (le plus polyvalent) tous les modes HD ont leur raison d'être :

Le 720p50 très haute fluidité, image parfaitement stable et bien définie.

Le 1080p25 fluidité cinéma, image parfaitement stable et très hautement définie.

Enfin le 1080i50

  • avec une source progressive fluidité cinéma, image parfaitement stable et très hautement définie
  • avec une source entrelacée très haute fluidité, image stable et très bien définie.

Notes et références

  1. « Tout sur le numérique », Que choisir, n° 465, décembre 2008, p. 16-17.
  2. a  et b Les normes PAL, SECAM et NTSC concernent la définition standard. Leur utilisation pour la HD constitue un abus de langage»
  3. Les logos de la HD sur tntrama.fr, consulté le 28 novembre 2008
  4. La HD sans fil : une nouvelle guerre se profile ! sur HdNumerique.com

Bibliographie

  • Jean-Charles Fouché, La pratique de la HD et du cinéma numérique, éditions Baie des Anges, 2009.
    978-2-917790-05-2
     
  • Jean-Charles Fouché, Comprendre la vidéo numérique, éditions Baie des Anges, 2007.
    9282952439176
     
  • Philippe Bellaïche, Les Secrets de l'Image Vidéo, Eyrolles, 2006 

Voir aussi

Liens externes

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