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Standard d’images, télévision et jeux vidéo (partie 1)

Sommaire

240p, 15 kHz, lo-res, PAL, NTSC-J, HDTV, etc. Les différents formats de vidéo utilisés par nos télévisions et nos consoles peuvent être un vrai cauchemar à comprendre. Et c’est sans parler des différents modes de codage des couleurs, de la gestion du signal, etc.

Je me suis donc décidé à lancer une petite série d’articles un peu techniques permettant de mieux comprendre et appréhender les différents formats vidéo utilisés couramment dans les appareils électroniques grand public et les différents types de signaux utilisés. Cette série se terminera par le test de deux upscalers, des appareils spécialisés dans la conversion de signaux et de résolutions de nos vieilles consoles vers des écrans modernes (non, ça ne sert pas à faire le kiki plus gros).

Tout est affaire de fréquence

Comme vous le savez probablement, il existe deux fréquences électriques différentes dans le monde : le 50 Hz et le 60 Hz. Ce choix va conditionner le fonctionnement des premiers postes de télévision de par le monde. Les pays dont le courant alternatif oscille à 60 Hz adopteront des standards de diffusion de télévision à 60 Hz ; les autres adopteront des signaux à 50 Hz. C’est ce qu’on appelle la fréquence de rafraîchissement (refresh rate en anglais).

Une autre fréquence conditionne le fonctionnement des premiers tubes cathodiques (et donc des premières télévisions), c’est la fréquence de balayage (ou fréquence de ligne ou encore fréquence horizontale). Cette dernière va permettre d’afficher plus ou moins de lignes toutes les secondes.

Ainsi pour afficher une image de 100 lignes tous les 1/60e de secondes, il faut que l’oscilloscope de la télévision ait une fréquence de balayage de :

100 × 60 = 6 000 Hz

Je te laisse quelques minutes pour te remettre de l’effort mental que tu viens de faire… Je bouge pas, je t’attends.

C’est bon, t’es prêt ? Allez, on continue.

Les premières télévisions vont cependant rapidement poser trois problèmes majeurs. D’abord, 60 images/seconde donne une fréquence de rafraîchissement inutilement élevée pour de la télévision (pour rappel, le cinéma fonctionne en 24 images/seconde).

Ensuite, les luminophores (les pastilles lumineuses des écrans CRT) s’allument quand le balayage les touchent mais s’éteignent très rapidement ensuite. Dans la pratique, sur les premiers postes de TV, lorsque le tube balaie les dernières lignes de l’écran, les premières sont déjà éteintes.

Et enfin, pour afficher beaucoup de lignes, il faut des oscillos avec des fréquences très élevées, ce qui implique un coût très élevé.

Pour résoudre ces problèmes, on invente l’entrelacement (ce n’est pas sale… enfin, un peu quand même). Cela consiste non plus à balayer l’ensemble d’une image toutes les 1/60e ou 1/50e de seconde, mais d’alterner le balayage des lignes paires et des lignes impaires : on peut avoir une image deux fois plus grande au prix d’un rafraîchissement deux fois plus lent. Et donc sans changer la fréquence de balayage, on peut afficher des images deux fois plus grandes. Le fait de rafraîchir une ligne sur deux va aussi permettre de compenser l’extinction rapide des luminophores, par effet de persistance rétinienne.

Pour reprendre l’exemple précédent, à 6 000 Hz en 30 images/seconde (ou 60 demi-images), on peut afficher une résolution de non plus 100 lignes mais 200 lignes. Si t’as besoin de faire une pause pour prendre une aspirine, tu peux.

Le NTSC (National Television System Commitee) adoptera une résolution de 525 lignes entrelacées à 30 images/seconde pour la télévision américaine. Cela donnera la fréquence de balayage standard 15 750 Hz (ou 15 kHz) qui restera un standard pour les écrans et moniteurs pendant de nombreuses années :

525 × 30 = 15 750 Hz

Mais en réalité, toutes les lignes en question ne sont pas utilisées pour afficher de l’image. D’abord parce que les téléviseurs ne pourraient pas afficher correctement les dernières lignes de l’image. Ensuite parce que quelques lignes de « service » sont réservées (correction du signal, informations supplémentaires, couleurs, etc.). Au final, la résolution de l’image est effectivement 480 lignes.

En Europe, les standards SÉCAM puis PAL reprendront la fréquence de balayage définie plus haut mais vont se permettre d’augmenter la résolution (puisque la fréquence de rafraîchissement diminue). Avec de l’électricité à 50 Hz, le rafraîchissement est de 50 images par seconde ou 25 images entrelacées par seconde. On obtient donc, en théorie :

15 750 ÷ 25 = 630 lignes

Dans la pratique, ce sera 625 lignes moins les lignes de service résultant en une image de 576 lignes exactement.

Notation

Jusqu’à présent, on a évoqué des standards de télédiffusion, avec leurs contraintes spécifiques (région, lignes de service, etc). Pour se simplifier la vie, et se détacher de cet aspect télédiffusion, on va utiliser les appellations de standard vidéo et non plus de télévision.

On parle alors de 480i30 correspondant au standard NTSC et de 576i25 pour le standard PAL/SÉCAM.

Le premier chiffre est la résolution totale de l’image que l’on cherche à afficher. Le dernier indique le nombre d’images par seconde. Le i indique que la vidéo est entrelacée (interlaced en anglais). Pour faire plus court, on va généralement parler de 480i et de 576i.

Arcade et consoles de salon

Si pour des signaux analogiques (comme la télévision), l’entrelacement n’est pas trop un problème et les résolutions d’image élevées fonctionnent relativement bien, pour le jeu vidéo c’est nettement plus problématique.

On va donc privilégier les rafraîchissements plus élevés au détriment de la résolution. Ainsi les bornes d’arcade vont effectivement utiliser des moniteurs 15 kHz mais en utilisant un rafraîchissement à 60 ou 50 images/seconde.

Cela va donc donner :

15 750 ÷ 60 ≃ 240 lignes.

Les jeux d’arcade durant les années 80 et au début des années 90 sont alors dit lo-res et utilisent un signal vidéo 240p60 (ou 240p), le p signifiant progressive c’est-à-dire que le signal est composé de 60 « vraies » images par seconde de 240 lignes chacune.

Depuis les premières consoles de salon jusqu’à la PlayStation, la Saturn et la Nintendo 64, le 240p restera le standard d’affichage des consoles (sauf pour les consoles PAL qui afficheront en général du 288p50 ou 288p pour faire plus court). Il faudra attendre la fin de vie de ces machines et la génération suivante pour qu’il y ait du changement.

En attendant, la conséquence la plus notable de ce choix technique est assez étrange : sur un téléviseur cathodique classique, comme sur un moniteur de borne d’arcade, le fait de n’avoir que 240/288 lignes en entrée signifie qu’une ligne sur deux est laissée noire/sombre/non-éclairée. C’est ce qui donne ce look si particulier aux jeux 8/16-bits : de fines bandes noires découpent littéralement les graphismes, c’est qu’on appelle les scanlines, ou lignes de balayage.

À gauche, une image sans scanline ; à droite, une image telle qu'elle est affichée sur un téléviseur CRT

À gauche, une image sans scanline ; à droite, une image telle qu’elle est affichée sur un téléviseur CRT

La comparaison est suffisamment éloquente : tous les jeux 240p/288p ont été conçus avec cette limitation en tête et ils ont une bien meilleure gueule comme ça !

Si le lo-res restera longtemps le standard, tant en arcade que dans nos salons douillets, vers le milieu des années 90, les bornes d’arcade évolueront pour proposer du 384p60 (résolution dite mid-res) et même du 480p60 (résolution dite hi-res) respectivement sur des moniteurs 24 kHz et 31 kHz (j’invite le lecteur assidu et vachement-balèze-en-math™ à refaire les calculs précédents pour le LULZ).

Dans la prochaine partie nous verrons la connectique et les signaux vidéo utilisés par nos différentes consoles.


Par Mortal
Le 17 avril 2014 | Catégories : Editos

En tout cas, moi, si j'étais une fille, je serais facile.
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