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La télévision numérique

La numérisation de l'image

La représentation des images animées par des signaux vidéo conduit, pour que les images soient acceptables (cf. La télévision à haute définition), à des largeurs de bande de plusieurs mégahertz avec un rapport signal à bruit d'environ 100 en amplitude. Ce débit d'information élevé a retardé jusque dans les années 1970 l'introduction du numérique qui était déjà largement utilisé, mais à des vitesses bien moindres, par les ordinateurs.

La numérisation consiste à représenter l'image par une suite de nombres qui constituent la mesure de la valeur du signal vidéo à intervalles réguliers et suffisamment rapprochés pour ne pas en perdre les détails. Cette opération d'échantillonnage s'analyse mathématiquement : la fréquence d'échantillonnage doit être au moins deux fois plus élevée que la composante la plus haute du spectre du signal analogique d'origine, qui peut alors être restitué parfaitement. Corrélativement, la précision avec laquelle on mesure l'échantillon doit être en rapport avec la précision du signal lui-même (rapport signal à bruit) : cette opération dite de quantification est définie par le nombre de chiffres affectés à la valeur mesurée. Des normes ont été établies, d'abord pour le monde professionnel dans le début des années 1980. Chaque ligne comprend, dans sa partie visible, 720 points, et en chaque point est prélevé un échantillon de luminance, ce qui correspond à une fréquence d'échantillonnage de 13,5 MHz. Pour une image en couleurs (ce qui est quasi systématique en télévision), on ne numérise pas le signal composite (systèmes NTSC, PAL ou Secam) utilisé en émission mais un échantillon de chaque différence de couleurs est prélevé un point sur deux, soit une fréquence d'échantillonnage de 6,75 MHz (chaque signal de différence de couleurs). Chaque échantillon est représenté par un nombre binaire ayant de 8 à 12 bits, soit 256 à 4 096 niveaux possibles. Ces valeurs s'appliquent aux systèmes à 525 lignes et à 625 lignes. Avec 8 bits par échantillon, elles conduisent à un débit brut (incluant les périodes de suppression horizontale et verticale) de 216 Mbit/s. Ces débits très élevés ne sont accessibles qu'à une technologie dédiée (et en particulier pas à la technologie informatique générale). La numérisation de l'image a d'abord été appliquée à des systèmes professionnels de traitement d'image impliquant des mémorisations et des retards importants (pour lesquels le traitement numérique est particulièrement efficace), a pu migrer ensuite vers les domaines de la transmission puis de la diffusion grâce aux progrès de la compression du débit, appuyés sur une importante évolution technologique, et est enfin devenue accessible au grand public grâce aux progrès de la microélectronique.

La compression du débit binaire

Malgré le très gros débit d'information qui résulte de la numérisation d'une image animée, cette information comporte une redondance importante qui traduit le fait qu'une image n'est pas un tableau aléatoire de chiffres. Un travail considérable a été effectué, depuis les années 1970, pour réduire cette redondance, c'est-à-dire compresser le débit binaire. Les opérations de base des systèmes utilisés en pratique sont les suivantes :

– au lieu de prendre la valeur du point d'image, on prend la différence entre cette valeur et une valeur estimée au moyen de ce que l'on connaît déjà (points, lignes ou images déjà transmis), opération appelée prédiction ;

– cette différence est représentée finement si elle est petite, et bien plus grossièrement si elle est importante, mais les propriétés de la vision font que l'œil s'en satisfait ;

– les statistiques de la représentation de la différence sont telles que les petites valeurs sont bien plus fréquentes et peuvent être représentées par des mots de code très courts. Les valeurs moins fréquentes nécessitent en revanche des mots de code plus longs mais, globalement, le débit nécessaire est plus réduit.

La prédiction met souvent en œuvre des systèmes élaborés qui suivent les zones en mouvement. La première et la troisième opération sont sans perte, mais, lors de la deuxième, une partie de l'information est irréversiblement détruite du fait de la représentation plus ou moins grossière de la différence. Cependant, l'information sacrifiée peut être très [...]

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Pour citer l’article

Dominique NASSE, « TÉLÉVISION - Nouvelles télévisions », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 13 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/television-nouvelles-televisions/