EP 1 : Les caractéristiques du signal vidéo
Ce dossier en dix épisodes est destiné à tous les techniciens appelés à manipuler des équipements vidéo de plus en plus présents dans des installations live ou événementielles. Nous commencerons ici par les bases théoriques du signal vidéo, avant de décrire précisément chaque technologie de transmission vidéo et son utilisation actuelle.
Ce premier épisode sera très théorique, mais c’est une base indispensable pour comprendre les caractéristiques du signal vidéo telles qu’elles sont données dans les manuels d’utilisation ou les interfaces des équipements vidéo.
Audio vs vidéo : une question de débit
Un signal audionumérique stéréo 44,1 kHz-16 bits (qualité CD) a un débit d’environ 1,4 Mbps. Même en multipliant les canaux pour du surround 7.1, le débit numérique reste sous la barre des 10 Mbps. Lorsque nous passons à la vidéo, nous plongeons dans un tout autre univers.
Un flux Full HD de 25 im/s codé sur 10 bits donne un débit de 1,5 Gbps, soit 1 000 fois plus qu’un signal audio stéréo ! Le standard à 25 im/s étant désormais remplacé par le 50 im/s, le débit double pour atteindre 3 Gbps. Le standard UHD (ultra haute définition), qui est l’équivalent de quatre images HD à 50 im/s, présente un débit d’environ 12 Gbps. En ligne de mire se trouve le 4K100 (100 images par secondes), nécessitant une bande passante de 24 Gbps. Enfin, des équipements sont déjà disponible sur le marché pour un workflow complet en 8K (équivalent de quatre images 4K ou 16 images HD) : caméras, codecs, murs LEDS, etc. L’histoire n’est pas finie…
Intéressons-nous à quatre aspects du signal vidéo : matriçage, sous-échantillonnage, quantification et compression.
Matriçage
La plupart du temps les signaux R, V, B provenant du capteur d’une caméra vont être immédiatement transformés en signaux numériques Y, Cb, Cr, c’est-à-dire : « luminance, chrominance bleue et chrominance rouge » que nous noterons plus couramment Y, U, V (en anglais). C’est ce qu’on appelle le matriçage. Pourquoi est-ce nécessaire ? Parce qu’à l’origine, le signal vidéo couleur devait être compatible avec les téléviseurs noir & blanc. Même si plus personne ne regarde la télé en noir et blanc, c’est un héritage qu’il est techniquement difficile d’abandonner et qui présente un avantage quant à la possibilité de sous-échantillonnage (voir paragraphe suivant). Le signal de luminance Y contient l’image noir et blanc. La recette de fabrication de la luminance est : Y = 60 % £V + 30 % R + 10 % B. Et les signaux de chrominance sont : U = B-Y et V = R-Y.
Sous échantillonnage chrominance
Ce matriçage va permettre un sous-échantillonnage : une diminution du débit en s’attaquant aux informations de chrominance tout en laissant intactes les données de luminance auxquelles l’œil est très sensible. Ce sous-échantillonnage utilise les notations : 4:4:4, 4:2:2 et 4:2:0.
