Introduction à la télévision haute définition(HDTV)



Lorsqu'on entend parler de télévision numérique(DTV, Digital Television), on parle généralement de transmission de signaux de télévision purement numérique, ainsi que la réception et la présentation de ces signaux sur un téléviseur numérique. Plusieurs des nouveaux systèmes satellite, ainsi que le cāble numérique et les DVD utilisent un schéma d'encodage numérique qui permet de présenter une image de meilleure qualité par rapport aux images analogiques. Par contre, l'information numérique est convertie en format analogique pour pouvoir être présentée sur un téléviseur analogique(les plus répandus actuellement). L'image ainsi présentée représente une grande amélioration, si on la compare au VHS ou au cāble analogique, mais elle serait encore meilleure si on éliminait la conversion à l'analogique.

Les signaux numériques pouvant être diffusés soit par des moyens terrestres, par cāble ou par satellites avant d'être captés chez vous. Après réception, un décodeur transforme le signal numérique et en alimente directement votre téléviseur numérique. Une nouvelle classe de signaux numérique commence à prendre sa place dans l'échiquier de la télévision numérique, il s'agit du format de Télévision Haute définition(HDTV, High Definition Television).

HDTV est un signal vidéo numérique(DTV, Digital Television) haute résolution, combiné avec un son numérique ambiophonique(Dolby Digital Surround Sound, AC-3). Il représente le standard de résolution vidéo numérique le plus élevé présentement sur le marché. Cette combinaison crée une expérience audio-visuelle extrêmement enrichissante. Cependant, le HDTV requière de la part des stations de télévision qu'ils s'équipent de tout nouveaux équipements de production et de diffusion, et les consommateurs devront faire de même pour recevoir le signal. Il s'agit d'ailleurs là d'une des principale raisons pour laquelle l'implantation de ce standard est plus lente que prévue initialement.

HDTV offre une résolution d'image beaucoup plus élevée que ce qui se fait pour le moment, c'est d'ailleurs son principal avantage par rapport aux signaux numériques standard. On parle ici de 720 ou 1080 lignes de résolution, comparé aux 525 lignes auxquels les gens sont habitués en format NTSC, la différence est énorme.

Des 18 formats DTV, 6 sont des formats HDTV et 5 de ceux-ci sont basés sur une "analyse"(scanning) progressive et 1 autre sur une analyse "entrelacée"(Interlaced). Les 12 formats restants comprennent 1 format SDTV(Standard Digital Television) et les 11 autres sont des formats EDTV(Enhance Digital Television(4 avec un ration de 16:9 et 7 formats conventionnels avec un ratio de 4:3). Les réseaux et stations de télévision ont le choix d'utiliser l'un ou l'autre de ces formats. Les principaux formats susceptibles d'êtres utilisés en HDTV sont:

720p – 1280 X 720 pixels progressifs
1080i – 1920 X 1080 pixels entrelacés(Interlaced)
1080p – 1920 X 1080 pixels progressifs

Voici un tableau comparatif des différents standards existants:


SDTV(Standard Digital Television) consiste en un format digital standard de 480i/30Hz. Ce format est principalement utilisé lorsque la largeur de bande passante est une préoccupation importante. SDTV utilise un taux de transfert d'environ 4-7Mbps.

EDTV(Enhance Digital Television) représente une amélioration par rapport au SDTV, mais pas tout à fait aussi bon que le HDTV. La résolution verticale est limitée à 480 lignes, mais la résolution horizontale varie de 640 à 704 lignes. Le standard comprends des rapports de dimension de 4:3 et 16:9 et des taux de rafraîchissement de 24-30 et 60Hz, en plus de comprendre des signaux progressifs et entrelacés. EDTV sera utilisé lorsqu'une meilleure qualité d'image est désiré, mais sans utiliser la même largeur de bande que le HDTV.

HDTV(High Definition Television) utilise une bande passante d'environ 19 à 27Mbps* pour assurer une image de la meilleure qualité possible. Tous les formats HDTV ont un rapports de dimension de 16:9, à des taux de rafraîchissement variant également de 24-30 et 60Hz.

"Entrelacé(Interlaced)" et "progressif(progressive)" réfèrent au système d'analyse(scanning) de l'image. En format entrelacé, le système présente d'abord les lignes impaires puis, dans une deuxième analyse(scan), les lignes paires. Lorsqu'il y a 30 images par secondes, le moniteur montrera donc un demi frame chaque soixantième de secondes. Pour des moniteurs plus petit, cela est moins visible, mais lorsque les moniteurs deviennent plus gros, un problème peut apparaître dans l'image, qui est appelé "papillottement(flicker)". Le format progressif montre une image entière à chaque soixantième de seconde. Ce qui permet une image beaucoup plus douce, mais utilise plus de bande passante.


Tous les formats DTV utilisent présentement MPEG2 comme leur standard de compression vidéo, tout comme les DVD-Vidéo. MPEG2 est un algorithme de compression flexible qui s'adapte aisément aux haute résolution du DTV.

En format de télévision NTSC analogique(Amérique du Nord), l'image vidéo a 525 lignes, mais 480 seulement sont effectivement visibles. Un téléviseur normal aura donc une résolution effective d'environ 210,000 pixels. La résolution maximum des formats numériques(HDTV) permet une résolution d'environ 2,000,000 de pixels, ce qui représente environ 10 fois plus de détails pour une image en Haute définition. On peut utiliser des ratios de 4:3 ou 16:9, tel que montré dans la figure suivante:


Une émission de télévision typique est enregistré directement en vidéo NTSC, ou utilise un format film 35mm. Dans le cas du film, le signal est converti en signaux analogues pour la diffusion. Le format d'image film(35mm) est de 1.37:1, ce qui veut dire qu'il est 1.37 fois plus large qu'il est haut. Un téléviseur standard a un format de 4:3(1.33:1), alors la conversion est assez facilement réalisable.

La télévision haute définition, quand à elle, offre une image contenant beaucoup plus de détails, ce qui permet un résultat plus "propre". Les images que nous voyons dans nos téléviseurs sont composés de petit éléments appelés "pixels". Chacun de ces pixels est composé de trois "points de couleur" très rapprochés (rouge, bleu et vert).

Avec les signaux NTSC analogiques traditionnel, 256 degrés d'intensité sont possible pour chacune de ces 3 couleurs. Le résultat donne une possibilité de 16,8 millions de couleurs pour chaque pixels. Dans un système analogique, les pixels sont un peu plus haut que large. Par contre, avec un signal en HDTV, les pixels sont carrés et sont également plus petits et plus rapprochés entre eux. 1920 pixels horizontaux en luminance Y(noir et blanc) et 960 pixels pour chacune des deux couleurs Pb et Pr(soit la luminance moins le rouge, et la luminance moins le bleu). La définition verticale est donc de 1080 lignes utiles. Cette définition permet d'obtenir des pixels carrés, pour une image au format 16/9, puisque 1920/16 = 120 et 1080/9 = 120. Le rapport étant identique si les points sont carrés, ce qui facilite toutes les opérations numériques qui pourraient être réalisées à partir de ces images. On pourra ainsi mettre 4.5 pixels HDTV dans le même espace qu'aurait occupé un pixel NTSC. Il en résulte qu'un téléviseur HD peut présenter 4.5 fois plus de détails qu'un téléviseur analogique NTSC.


Pour opérer avec les nouveaux standards HDTV, les diffuseurs devront se ré-équiper de a à z, car les formats digitaux HDTV ont:

- Une image plus large.
- Une image beaucoup plus détaillée.
- Une qualité audio supérieure(5.1 canaux Dolby Digital, AC-3).
- La possibilité d'envoyer de l'information directement à votre moniteur ou PC(la transmission HDTV est basée sur un flux de données digitale de 19.3 Mbps*).



En HDTV, le ratio utilisé est de 16:9(1.78:1), ce qui est plus près de celui utilisé dans les salles de cinéma(1.85:1 ou 2.35:1). Présentement les diffuseurs doivent utiliser une méthode appelée "pan and scan"(découper l'image complète à un ratio de 4:3, en éliminant une partie de l'image), ou "letterbox" (présenter l'image complète seulement dans la partie centrale de l'image). Avec le format 16:9, utiliser le "pan and scan" n'élimine qu'une infime partie de l'image et le "letterbox" ne bloque que très peu de l'image. Le ATSC(Advanced Television Systems Committee) à adopté le ratio 16:9 "wide-screen" comme standard pour la télévision haute définition numérique car cela permet de présenter beaucoup plus d'information dans votre téléviseur. De plus, comme de plus en plus de films sont présentés à la télévision et/ou en vidéo(DVD, VHS, etc...), cela permet de présenter l'information au complet. Au préalable on devait faire un "pan and scan" du document et, donc, couper une partie de l'image. L'"association" cinéma et vidéo/télévision est donc plus facilement réalisable.

Il est important de souligner que la diffusion des deux ratios(16:9 et 4:3) de signaux numériques est possible, même s'il est présumé que tous les signaux DTV seront diffusés en ratio 16:9 dans un avenir peut-être pas si lointain. Votre téléviseur numérique pourra décoder les deux ratios sans égard a son ratio "natif". Lorsqu'un programme est transmit en 4:3, sur un téléviseur 16:9, l'image sera présenté en "window-box", centrée dans l'image, avec des barres noires verticales de chaque côté. Lorsque vous regarderez un programme 16:9 sur un téléviseur 4:3, l'image sera présentée en "letter-box", avec des bandes noires horizontales au dessus et en dessous de l'image.

Non seulement l'arrivée du DTV nous offre une qualité d'image presque parfaite, mais le format inclus également l'encodage audio numérique, qui améliore grandement la qualité. Le standard audio numérique pour tous les formats DTV est le "Dolby Digital". Ce qui permet au standard une vaste gamme d'algorithmes, selon les besoins. "Dolby Digital" est un format beaucoup plus flexible que simplement le format 5.1 canaux surround sound, il offre la possibilité d'encoder en formats 1.0 canaux(mono), 2.0 canaux(stéréo, incluant les option Dolby Pro-Logic et Pro-Logic II). Les fans du cinéma maison pourrons également profiter du format 6.1 Extended Surround Sound et le Dolby Digital EX. Dolby Digital utilisera seulement la quantité de data nécessaire, selon les paramètres choisis.

Il est également à noter que le cāble numérique, tel qu'offert présentement, n'est pas un signal DTV(à quelques exceptions près). Il s'agit d'un signal analogique, transformé en numérique pour sa transmission et retransformé en format analogique de façon à ce que votre téléviseur puisse le présenter.




*- La largeur de bande passante utilisée pour diffuser les signaux numérique n'est pas fixe. Elle évoluera en fonction de différents facteurs, dont les plus importants sont le prix de la bande passante versus la qualité d'image et l'évolution des algorithmes d'encodage qui permettrons de réduire la taille du signal sans affecter la qualité. Présentement on prévoit utiliser entre 12 et 19 Mbps, mais ce chiffre pourrait encore baisser.



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