images vidéo images informatiques

Transcription

IMAGES VIDÉO
IMAGES INFORMATIQUES
L
es images vidéo, telles que celles observées
sur un téléviseur, et les images informatiques constituent ce qu’il est convenu
d’appeler les images électroniques.
Mais, contrairement à ce qui pourrait paraître
lorsqu’on les observe, elles font partie de deux
familles bien distinctes puisque les signaux électroniques qui permettent de générer les images
vidéo et les images informatiques sont de natures
différentes.
Malheureusement, aucun équipement de visualisation n’est en mesure d’exploiter indifféremment les deux types de signaux sans interface.
Cette dernière peut se voir confier des tâches
plus ou moins complexes. Elle doit adapter, de
façon simple dans le meilleur des cas, les signaux
issus de la source de telle manière qu’ils soient
exploitables par le système d’affichage. La qualité
des images est alors préservée. Mais seuls les
équipements haut de gamme (projecteurs tritubes
vidéo-informatiques...) sont susceptibles de se
satisfaire d’une telle adaptation.
Pour les autres équipements (téléviseurs...),
l’interface doit transformer, voire torturer, les
signaux pour que ceux-ci deviennent enfin exploitables. Cela n’est pas sans conséquence sur la qualité de restitution des images.
CNDP-DIE — Dossier n°12. Avril 1993
7
IMAGES VIDÉO, IMAGES INFORMATIQUES
NATURE DES SIGNAUX
Lorsqu'on passe de la vidéo à l'informatique, la
nature des signaux électroniques générant les images
diffère ; les modes d'affichage varient également d'un
domaine à l'autre. Il faut en tenir compte pour garantir la compatibilité de l’appareil avec le ou les
domaines dont relèvent les applications pédagogiques envisagées.
Le signal vidéo
Le signal vidéo est un signal comportant à
la fois les informations relatives au contenu
de l’image elle-même et les signaux de
« commande » (synchronisations horizontale
et verticale, mélangées ou composites). Il doit
tout d’abord répondre à des caractéristiques
concernant les niveaux électriques : de 0 à
1 volt crête à crête sur une impédance caractéristique de 75 ohms.
Ces niveaux électriques se décomposent
comme suit :
— de 0 à 0,3 volt pour les signaux de synchronisation (polarisation positive) ;
— de 0,3 à 1 volt pour le signal « image ».
Visualisation
des points
sur une ligne
1 - La différence entre ces
deux standards
réside essentiellement
dans le codage de la
chrominance.
2 - Pour le standard
NTSC, basé sur une
fréquence secteur de
60 Hz, cette même séquence d’une seconde sera
réalisée à partir de 30
images de 525 lignes
chacune, ce qui
correspond à une fréquence de balayage horizontal
de 15 750 Hz (525 x 30).
8
Signal vidéo
1 alternance vidéo
1 alternance vidéo correspond à 2 points
(ici 1 blanc et 1 noir)
Une séquence d’images vidéo animée est
reconstituée (déroulée) ligne par ligne puis
image par image par effet de « balayage » : de
gauche à droite (horizontal) et de bas en haut
(vertical). Ces balayages doivent être effectués à un rythme ou, plus précisément, suivant des fréquences précises déterminées par
des normes régissant les différents standards
de télévision : PAL, SECAM, NTSC.
Ainsi, pour ce qui est des standards PAL
et SECAM1, établis pour une fréquence secteur de 50 Hz, une séquence d’une seconde
d’images vidéo sera constituée de 25 images
de 625 lignes chacune (dont seulement 575
visibles, comme on le verra plus loin). La fréquence de balayage horizontal, plus communément appelée « fréquence ligne 2 », sera
alors de 625 x 25 = 15 625 Hz.
Ce nombre de 25 images par seconde, correspondant à la moitié de la fréquence secteur, a été choisi afin de limiter la bande passante à transmettre et, par conséquent,
l’encombrement spectral du canal de transmission hertzienne.
Cette bande passante, ou largeur du
spectre, est définie par la relation suivante :
Bande = nombre de points par ligne x fréquence ligne
passante ————————————————————
2
Ainsi, pour transmettre 700 points par ligne
– soit 350 alternances du signal vidéo – une
bande passante de 5,5 MHz est nécessaire.
Précisons que si 700 points par ligne sont
effectivement transmis, tous ne sont pas utilisés pour reconstruire l’image. En effet, si,
conformément à la norme vidéo, le temps
nécessaire pour que le faisceau balaie une
ligne est de 64 microsecondes, seules
52 microsecondes sont réellement consacrées
à l’image. Les 12 microsecondes restantes
correspondent à la commande d’extinction et
de retour au début de la ligne suivante du
faisceau de balayage (top de synchronisation
ligne) et aux informations d’identification de
chrominance. Par conséquent, si 700 points
par ligne sont effectivement transmis, seuls
environ 570 seront visibles (700 x (52 ÷ 64)).
Cela étant, si l’on n’affichait que 25
images par seconde, un effet de « papillotement » apparaîtrait, en raison des caractéristiques psychosensorielles de l’œil humain. Il
a donc fallu avoir recours à un petit subterfuge consistant à transmettre la moitié des
lignes d’une image 50 fois par seconde, en
divisant une image de 625 lignes en deux
« trames » de 312,5 lignes chacune (l’une
constituée par les lignes paires, l’autre par les
lignes impaires). De ces 312,5 lignes utilisées
pour « balayer » l’écran, seules 287,5 reconstituent l’image et sont donc visibles. Le
temps correspondant aux 25 manquantes est
consacré principalement à l’extinction et au
retour au début de la trame suivante du faisceau de balayage (top de synchronisation
trame).
Ces deux trames sont transmises l’une
après l’autre à raison de 50 par seconde (fréquence de balayage trame). On dit d’une telle
image qu’elle est entrelacée d’ordre 2.
Les signaux informatiques
Les signaux informatiques sont beaucoup
plus diversifiés. En effet, selon le micro-ordinateur à partir duquel ils sont générés, ils
peuvent être soit analogiques, soit TTL
(Transistor-Transistor Logic) c’est-à-dire
logiques, soit les deux à la fois (signaux RVB
analogiques, signaux de synchronisation TTL
ou inversement) et polarisés positivement ou
négativement.
D’autre part, leur impédance élevée interdit de longues liaisons entre l’unité centrale et
l’équipement de visualisation. Citons
quelques exemples :
• PC et compatibles CGA :
— signal vidéo : TTL ;
— signaux de synchronisation : TTL.
• PC et compatibles EGA :
— signal vidéo : TTL ;
Début trame 1
Début trame 2
Image entrelacée d'ordre 2
• PC et compatibles VGA :
— signal vidéo : analogique ;
• Commodore Amiga :
• Apple Macintosh :
Afin d’optimiser le confort visuel de
l’observateur, l’affichage des images à l’écran
peut être réalisé selon deux méthodes :
— soit de façon progressive (VGA 640 x 480,
Macintosh, stations graphiques) avec des
fréquences de balayage image élevées
(60 Hz et plus);
— soit en entrelacé (IBM 8514/A 1024 x 768
par exemple) lorsque le nombre de lignes
horizontales constituant l’image est suffisamment élevé pour que l’œil ne soit pas
gêné par l’instabilité verticale de l’image
9
générée par ce mode d’affichage. Cela
offre l’avantage de pouvoir diminuer la
bande passante qui aurait été nécessaire
pour afficher le même nombre de points et
de lignes en mode progressif et, par conséquent, de diminuer le coût du moniteur de
visualisation.
Pour préserver la lisibilité d’une image
informatique (80 caractères par ligne, détails
fins...), la fréquence de balayage horizontal
(ligne) doit être élevée, ce qui assure la netteté
de la transition entre deux points successifs
d’une même ligne.
Les fréquences de balayages horizontal et
vertical varient ainsi selon le mode d’affichage :
LES INTERFACES
Le choix de l’un ou l’autre type d’interface
sera guidé par l’équipement de visualisation à
mettre en œuvre et par la limite acceptable de
dégradation de la qualité des images, en fonction des applications informatiques envisagées.
• Mode CGA (640 x 200) :
— fréquence ligne : 15 750 Hz ;
— fréquence image : 60 Hz.
• Mode EGA(640 x 350) :
• Mode VGA (640 x 480) :
• Mode VGA étendu (800 x 600) :
• Mode IBM 8514/A entrelacé (1024 x 768)
— fréquence image : 43, 5 Hz.
• Macintosh II :
— fréquence image : 66, 6 Hz.
• NeXT (1020 x 832) :
Ces quelques valeurs montrent donc bien
qu’un moniteur informatique doit avoir une
bande passante élevée (de 30 à 100 MHz), et
être capable de « travailler » aux fréquences
de balayage correspondant au(x) standard(s)
d’affichage spécifiques du (ou des) microordinateur(s).
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L’interfaçage vidéo-informatique
Ce type d’interfaçage est nécessaire
lorsque l’on désire visualiser en direct (Video
Overlay) des images vidéo, telles que celles
issues d’un magnétoscope, sur tout ou partie
de l’écran du moniteur d’un poste informatique (au minimum VGA). Cette interface,
essentiellement développée et utilisée pour
des applications multimédias, se présente
généralement sous la forme d’une carte enfichable dans le micro-ordinateur (Screen
Machine, VideoBlaster...).
L’interfaçage informatique-vidéo
Cet interfaçage est indispensable lorsque
l’on veut visualiser des images informatiques
sur tout autre support que l’écran d’un moniteur informatique spécifique. En effet, comme
il a été dit plus haut, les signaux informatiques sont incompatibles avec les signaux
vidéo, qui sont les seuls susceptibles d’être
exploités par les autres équipements de visualisation (vidéoprojecteur, moniteur vidéo,
téléviseur…).
Il existe à cet effet trois familles d’interfaces correspondant chacune à une étape de
transformation dégradant plus ou moins les
signaux informatiques :
• interface RVB/synchro horizontale et verticale ;
• interface RVB/synchro composite ;
• interface convertisseur-encodeur.
RVB/synchro horizontale et verticale
Son rôle est d’adapter les niveaux, l’impédance et la polarisation des signaux issus du
micro-ordinateur à la norme relative aux
signaux vidéo, mais en conservant les fréquences de synchronisation horizontale et
verticale :
Interface RVB/S (H & V)
Signaux RVB "informatique"
Signaux RVB "vidéo"
Synchro horizontale
Synchro horizontale
Synchro verticale
Synchro verticale
— amplitude des signaux RVB et synchro :
1 volt crête à crête ;
— impédance : 75 ohms ;
— polarisation : positive.
Opérant un traitement relativement
simple des signaux, ce type d’interface offre
l’avantage de préserver les caractéristiques
des images issues du micro-ordinateur, tout
en offrant la possibilité d’utiliser des câbles
de longueur respectable. Il pourra être par
conséquent recommandé pour des applications informatiques particulièrement « exigeantes », du type dessin assisté par ordinateur (DAO), conception assistée par
ordinateur (CAO)...
En revanche, il présente l’inconvénient de
n’être utilisable qu’avec un équipement de
visualisation « haut de gamme » (vidéoprojecteur informatique par exemple) ayant une
large bande passante (plusieurs dizaines de
mégahertz) et offrant la possibilité d’entrer
séparément les signaux de synchronisation
horizontale et verticale aux fréquences correspondant au standard d’affichage informatique requis par le micro-ordinateur (appareil
à multi-balayage ou multiscan). Ces caractéristiques ne seront donc pas sans conséquences
sur le coût de l’équipement.
RVB/synchro composite (ou RVB/S)
Outre une adaptation des niveaux, de
l’impédance et de la polarisation des signaux
issus du micro-ordinateur à la norme relative
aux signaux vidéo, cette interface doit aussi
convertir et mélanger les fréquences de
balayage des signaux informatiques au standard vidéo composite (image entrelacée
d’ordre 2) :
— fréquence horizontale :
15 625 Hz (en Europe) ;
15 750 Hz (aux USA et au Japon).
— fréquence verticale :
50 Hz (en Europe) ;
60 Hz (aux USA et au Japon).
Il peut se présenter soit comme une carte à
intégrer dans le micro-ordinateur (pour peu
qu’il y ait de la place !), soit comme un boîtier
externe.
L’avantage de ce type d’interface est qu’il
permet de visualiser une image informatique
sur n’importe quel appareil vidéo autorisant
l’entrée des signaux RVB/S (sur un téléviseur, par l’intermédiaire de sa prise péritélévision par exemple).
Il présente cependant l’inconvénient de ne
pas conserver les caractéristiques originales
de l’image informatique. En effet, lorsqu’une
image informatique initialement non entrelacée devient entrelacée, l’image a tendance à
« papilloter » (flicker), ce qui peut être très
gênant pour l’observateur. Par conséquent, la
plupart de ces interfaces sont équipées d’un
dispositif (antiflicker) destiné à limiter ce phénomène, lequel a pour effet de diminuer la
résolution verticale dans des proportions plus
ou moins importantes, l’élimination totale du
« papillotement » revenant à afficher une
image à l’aide d’une seule trame (constituée
donc de 312 lignes – cf. Le signal vidéo, p.8).
Ainsi, le recours à ce type d’interface
devra être plutôt réservé à des applications
informatiques ne demandant pas une excellente qualité d’image.
Interface RVB/Synchros mélangées
Signaux RVB "vidéo"
Synchro horizontale
Synchros mélangées
Synchro verticale
11
Convertisseur-encodeur
Convertisseur–encodeur
Cette interface est en fait un convertisseur
RVB/S du même type que celui décrit plus
haut, auquel on a ajouté un étage électronique
chargé de coder les signaux selon un standard
de télévision, le plus souvent PAL ou NTSC.
Il est alors possible, avec ce type d’interface, et lui seul, d’enregistrer des images informatiques sur un magnétoscope, mais c’est
bien là le seul intérêt qu’il présente. En effet,
les signaux informatiques issus du microordinateur subissent alors une véritable opération chirurgicale provoquant de graves
lésions quant à la qualité de l’image informatique ainsi transformée. D’autre part, rappelons que la bande passante du signal informatique pouvant atteindre 100 MHz se trouve
alors ramenée à celle du signal vidéo, soit
environ 5,5 MHz en PAL.
Afin de profiter au moins de la totalité de
cette bande passante, l’utilisateur, s’il possède
un équipement doté d’une entrée composite
séparée (Y/C), devra choisir de préférence un
convertisseur-encodeur possédant une sortie
Y/C, ce qui permettra, au moins, de limiter
les dégâts en éliminant les interférences entre
chrominance et luminance (cross-color).
C’est ainsi qu’il faudra essentiellement
limiter l’usage de ce type d’interface au
domaine de la présentation assistée par ordinateur (PréAO) et veiller à ce que le système
antiflicker, s’il existe, soit le plus efficace possible.
Synchro horizontale
Signal vidéo composite
Synchro verticale
PAL, SECAM, NTSC,
composantes séparées Y/C
L’utilisateur aura quelquefois la possibilité
d’opter, pour un même type d’interface,
soit pour une carte à insérer dans le
micro-ordinateur, soit pour un boîtier
externe. Dans cette hypothèse, il sera
peut-être préférable d’acquérir cette
interface en boîtier externe. En effet,
outre le fait qu’il n’y a pas à intervenir
dans la machine, cette version présente
l’avantage, lorsque le parc informatique
de l’établissement est relativement
homogène, de ne pas « dédier »
– donc mobiliser – un micro-ordinateur
pour les visionnements collectifs
d’images informatiques.
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le service
télématique
du centre national de documentation pédagogique
contact : Unité des Télécommunications éducatives (1) 46 34 94 67
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