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Qu'est-ce que l'on entend par vidéo progressive ?

Date de publication: 13.10.2001 17:59

Qu'est-ce la vidéo progressive ?

Prenons d'abord la vidéo standard. Depuis que les ingénieurs de RCA ont trouvé comment intégrer une image couleur dans un format noir et blanc, nous sommes en présence d'un format de vidéo désentrelacé. Le balayage désentrelacé combine deux trames (ou champs) pour générer une image de 525 lignes (dont seules 480 seront affichées). Votre télévision délivre une image désentrelacée tout d'abord en balayant les 240 lignes impaires dans une trame (en 1/60ème de seconde), suivi des 240 lignes paires de l'autre trame (en 1/60ème de seconde). Il faut donc deux trames pour construire une image vidéo ! Le format de vidéo progressive permet que les 525 lignes (toujours 480 en NTSC seront visible) soient scannées exactement en même temps ! Une télévision avec des entrées progressives peut donc scanner l'image entière en 1/60ème de seconde. Elle n'a donc besoin que d'un seul champ pour générer une image vidéo. Le résultat en est une image plus douce et plus nette, en haute résolution et sans effets de rémanence.

Image progressive

Comment obtenir des sorties progressives ?

Par le passé, une sortie progressive ne pouvait être créée qu'en rassemblant les signaux désentrelacés, d'où le terme doubleur de ligne. Maintenant, avec le DVD, la vidéo stockée sur le DVD l'est déjà dans un format progressif (pour les films), et les sorties progressives ont été créées pour faire bénéficier le marché de masse qu'est le DVD. Si tel est le cas, pourquoi ne pas envoyer ce signal directement à la sortie du lecteur, avec le minimum de traitement de l'image, qui ne ferait que la détériorer. Certains lecteurs de DVD ont déjà cette sortie, mais elle ne propose qu'une petite partie des avantages du Progressive Scan.

Quels sont les autres avantages d'avoir une sortie progressive ?

Comparer des les doubleurs de lignes les plus connus peut donner du bon et du moins bon... Il y a par contre des avantages importants dont on ne pourra profiter qu'à condition d'intégrer un doubleur de ligne dans un lecteur DVD. La course du film est un élément clé dans le processus de vidéo progressive. Dans les films récents, et dans les films plus anciens mais qui ont été restaurés à l'aide de stations de travail informatiques (numérique), il existe différents types d'images stockées sur le disque :

- issues du master pellicule (24 images par seconde, progressif)
- issues d'un master vidéo (60 trames par seconde, désentrelacées)
- issues d'un master numérique (60 images par seconde, progressif)

En fait, la plupart des DVD vendus aujourd'hui (et même les DVD de séries bon marché vendus à mois de 100 francs), utilisent des effets spéciaux pour la postproduction, et donc la version 100% pellicule est un lointain souvenir pour les réalisateurs de films...
Une des fonctionnalités les plus importantes des doubleurs de ligne de qualité est de détecter rapidement laquelle de ces trois sources est à l'origine du signal présent sur le DVD, et de basculer instantanément vers le meilleur algorithme de décodage pour reconstruire l'image d'origine. De plus, la propriété intellectuelle sur ces algorithmes est une partie essentielle. En clair, il peut exister d'énormes différences entre deux doubleurs de ligne...
Comprendre ces faits est décisif pour saisir les plaintes des fabricants de lecteurs de DVD à propos de la sortie progressive de leurs lecteurs. Pourquoi ? Et bien, que l'image soit construite par un décodeur MPEG ou par une puce séparée, les mêmes problèmes peuvent apparaître : on a trois sources de signal vraiment très différentes, et aucune ne rendra justice aux trois à la fois. Un lecteur de qualité doit détecter et basculer de l'une à l'autre en faisant travailler un algorithme rapidement, précisément, sans raccord, afin d'éviter le moindre artéfact de décodage ! Les sorties progressives intégrées aux décodeurs MPEG n'ont rien de ce niveau de sophistication. Les puces de doublage de ligne présentes dans les lecteurs à sortie progressives sont de simples tampons de champ, rien d'autre... Et le résultat est là : on peut souvent voir des défauts de décodage (contours crénelés sur des lignes diagonales, etc.), même sur une sortie progressive. De même, les transitions entre les différents types d'images (pellicule, vidéo et numérique) ne sont pas gérées de manière douce, on voit ainsi de gênants bugs d'affichage apparaître !

Pourquoi la source du film est-elle importante et qu'est-ce que le problème du 3:2 pulldown ?

Comme nous l'avons dit plus haut, l'image est composée de 525 lignes horizontales, dont 480 sont effectivement disponibles pour contenir l'image. La vidéo NTSC est désentrelacée. En d'autres termes, même si la vidéo est diffusée à 29.97 images par secondes, chaque image contient en fait deux trames. Un champ est composé de lignes horizontales impaires ; l'autre est composé de lignes horizontales paires. Alors en dépit du fait que le NTSC affiche 29.97 images par secondes, il affiche en fait 59.94 trames par seconde. En conséquence, chacune des 4 images séquentielles A, B, C et D est dessinée sur l'écran en tant que A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2, ou les 1 et 2 représentent le champ à l'intérieur de l'image. Voilà ce que la vaste majorité des diffuseurs vidéo, et donc sans doute le vôtre, attendent de recevoir du signal vidéo. Les films en 35 ou 70mm sont filmés en 24 images par seconde. Sur un écran de cinéma, les artéfacts visibles sont réduits en projetant le film à 48 images par seconde. Pour conserver la bonne vitesse à l'écran, le projecteur répète chaque image. Donc, chaque image sera projetée ainsi : A, A, B, B, C, C, D, D. Mais comme le nombre d'images par seconde pour un film et pour la vidéo NTSC sont très différentes (24 img/s contre 29.97 img/s), lors du transfert film vers vidéo, il y a comme un problème... En transférant simplement chaque image du film sur chaque image vidéo, le film tournerait 24.9% plus vite que la vitesse normale... La solution intelligente à ce problème est de répéter une image périodiquement de manière mathématique. La redondance en résultant empêche l'accélération du film lorsqu'il est diffusé à la vitesse de la vidéo. Voilà l'astuce !

Télécinéma vers Vidéo NTSC

La machine à télécinéma utilisée pour transférer un film vers des masters vidéo D2 (pour les cassettes VHS, les laserdisc ou de la diffusion TV) projette le film sur un écran à 59.94 images par seconde (identique et synchronisé avec le débit de la vidéo) et répète les images du film dans un modèle 3:2. En d'autres termes, la séquence du film sera A, A, A, B, B, C, C, C, D, D, comme indiqué par le schéma suivant :

Le processus de télécinéma NTSC, le 3:2 Pulldown

La première image, A, est répétée trois fois et est enregistrée comme le champ 1 et le champ 2 de la première image, et le champ 1 de la deuxième image vidéo. La seconde image, B, est répétée deux fois, et est enregistrée comme le champ 2 de la seconde image vidéo et le champ 1 de la troisième image. La troisième image du film, est répétée trois fois et est enregistrée comme le champ 2 de la troisième image et comme les trames 1 et 2 de la quatrième image. La quatrième image, D, est répétée deux fois et est enregistrée comme le champ 1 et le champ 2 de la cinquième image vidéo. Vous voyez le schéma ? Répétez cette séquence six fois et 24 images de film deviennent 30 images de vidéo !

Le MPEG-2 et le DVD

Donc, la base de cette technique est de restaurer la bonne durée en générant une image redondante de 4 images de film pour une image de vidéo NTSC sur cinq. Mais ne serait-ce pas idiot de gâcher 20% de l'espace disponible sur un DVD avec la duplication d'images ? Heureusement, le standard MPEG-2 évite gentiment cette inefficacité. Lorsque la source d'un film est encodée pour être destinée à un DVD, elle est stockée à 24 images secondes; chaque image vidéo contient toutes les informations de l'image pour chaque image du film. Il n'y a donc ni redondance, ni duplication. Un tel transfert est gravé sur le DVD avec une image désentrelacée de 720 pixels de largeur sur 480 pixels de hauteur (ou chaque image contient deux trames de 720 pixels sur 480), et il n'y a que 24 images pour chaque seconde de film. On appelle cela le 480i24. Sur chaque DVD encodé depuis une source film, un marqueur est inséré dans le flux de données MPEG-2 qui donne au lecteur de DVD l'ordre de répéter certaines trames pour reconstruire la vidéo désentrelacée à 29.97 images par seconde. Le lecteur DVD effectue alors un pulldown 3:2 en temps réel, en créant continuellement des séquences désentrelacées comme le montre le schéma ci-dessus, "Le processus de Pulldown Télécinéma 3:2 pour la vidéo NTSC". Cette capacité du lecteur lui permet de produire une image vidéo compatible avec des diffuseurs conventionnels qui ont été conçus pour le standard NTSC.

La contrepartie.

Tandis que le processus du 3:2 pulldown recréé la bonne vitesse du film en vidéo, il génère quelques problèmes gênants. Deux séquences vidéo consécutives sur cinq images vidéo contiennent des images de différentes images du film. S'il y a un mouvement sur l'image du film, 40% des images vidéo contiendront une image distordue.

Caméra fixe

Caméra faisant un panoramique vers la gauche

L'image vidéo a gauche est correcte. Le cercle sur le film est assez stable, ainsi les lignes paires et impaires donnent une image stable. Maintenant, si la caméra fait un mouvement vers la gauche, cela créé un mouvement du cercle vers la droite. Notez que dans l'image de droite, une des deux images du champ vidéo sur une séquence de cinq images qui contient des trames de deux champs différents de l'image - le cercle est dans une position sur les lignes paires et sur une autre dans les lignes impaires. Quel bazar ! Répétez ce processus 40% du temps et l'œil va commencer à y voir tout flou, pour tout objet en mouvement. pour ces images contenant une coupure d'une scène vers une autre, l'image devient encore plus horrible :

Ici, le monteur du film a coupé notre image du cercle noir vers une image d'un rectangle vert venant de la droite et une partie d'un cône bleu venant de la gauche. Pour une image vidéo qui capture des images de ces deux images du film, une avant et une après le changement de scène, les trois objets apparaissent sur l'écran vidéo pendant la durée de l'image vidéo. Pendant un très bref moment (33.37ms), notre résolution verticale a été divisée par deux pour cette image. Ce sont les deux artéfacts visibles créés par le désentrelacement de l'image; nous parlerons des artéfacts temporels dans un moment. Maintenant, voyons comment réduire ces effets désagréables en regardant nos DVD.

Doubleurs de lignes.

Télécinéma inverse NTSC, 3:2 Pulldown

Commençons avec la solution la plus répandue, inverser le 3:2 pulldown lorsque la vidéo est convertie par un doubleur de lignes de la vidéo désentrelacée en vidéo progressive. Chaque image vidéo est reconstruite en collant ensemble les lignes paires et impaires des images dérivées de la même image du film. Les images vidéo sont alors diffusées deux fois plus vite que le standard NTSC avec une matrice 3:2 répétitive. Cela double effectivement le nombre de lignes horizontales pour chaque seconde, d'où le nom de l'appareil utilisé pour ce travail : le doubleur de lignes. Parce que beaucoup de moniteurs informatiques et de vidéoprojecteurs haut de gamme sont capables d'afficher des gammes plus larges de taux de rafraîchissement verticaux, il est possible de créer temporairement une vidéo progressive symétriquement qui défile à deux ou trois fois la vitesse du film : soit 48 ou plus généralement 72 images par seconde. Pour garder la bonne durée, chaque image doit être répétée deux ou trois fois, respectivement, pour que la séquence devienne A, A, B, B, C, C, D, D ou A, A, A, B, B, B, C, C, C, D, D, D. Chaque image du film est diffusée sur l'écran vidéo pour exactement la même durée, créant ainsi une symétrie temporaire. Donc, non seulement les distorsions ont été éliminées, mais les décalages lors de mouvement panoramiques le sont aussi ! 48 images par seconde nécessitent un rafraîchissement horizontal de 25.000 Hz et un rafraîchissement vertical montant jusqu'à 48Khz. 72 images par seconde nécessitent un rafraîchissement horizontal de 37.800 Hz et un rafraîchissement vertical qui monte jusqu'à 72Khz. Détail intéressant : pas mal de vidéoprojecteurs sont capable de monter à ces fréquences.
Seule l'intégration d'une carte Cinématrix permet d'obtenir une sortie progressive supérieure à 480p. Il est assez remarquable de noter combien la qualité d'image peut être améliorée en éliminant les artéfacts du 3:2 pulldown avec un processus approprié tout en convertissant en vidéo progressive. Passez un bon transfert anamorphique sans renforcement des contours et la diffusion ressemblera étrangement à un vrai film comme au cinéma !

Quels sont les avantages d'intégrer un désentrelaceur et un doubleur à un lecteur DVD ?

La mise en place d'une carte Cinématrix à jour à trois gros avantages sur les doubleurs de lignes :

1) Haute précision et stabilité. Un DVD masterisé à partir d'un film contient toutes les informations nécessaires pour produire une image progressive précise, tandis que les doubleurs de ligne externes doivent piocher dans l'image source afin de déterminer la nature de la source et pouvoir ainsi allouer les images à diffuser.

2) la conversion tout-numérique minimise la dégradation du signal car le signal du DVD vidéo est numérique, la conversion progressive peut s'effectuer numériquement à l'intérieur même du lecteur. La qualité du signal est protégée jusqu'a ce qu'elle sorte du lecteur par les prises analogiques. Au contraire, un doubleur externe ou intégré dans un vidéoprojecteur reçoit d'abord les informations de la sortie analogique de la source (Lecteur DVD) et convertit seulement après le signal analogique vers son processeur numérique pour le doublage de ligne. Enfin, il doit re-traduire le signal en analogique avant de le ressortir. Toutes ces conversions analogiques-numériques-analogiques ne font que dégrader le signal.

3) La carte Cinématrix est optimisée pour la haute qualité vidéo du DVD. Les doubleurs de lignes sont eux conçus pour fonctionner avec de nombreuses sources de tout type (analogiques ou numériques), et donc leurs réglages ne sont pas nécessairement idéaux pour le DVD. La conversion progressive de la carte Cinématrix est optimisée pour une haute résolution et le bruit très faible du format vidéo du DVD. Ceci permet de préserver la qualité de l'image vidéo du DVD sur des écrans de toutes tailles, des réprojecteurs à tubes aux vidéoprojecteurs.

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