Entrelacement (vidéo)

Affichage successif des trames impaires et paires, avec retours de ligne invisibles

L'entrelacement (en anglais interlace), ou balayage entrelacé, est une technique destinée à réduire le papillotement des images diffusées à la télévision à une cadence proche de celle du cinéma. Elle consiste à parcourir l'image alternativement en affichant une ligne sur deux. On appelle « trame impaire » l'image comprenant la moitié des lignes de numéro impair, et « trame paire » son complément.

L'entrelacement permet de synchroniser l'image avec la fréquence de distribution de l'électricité à 50 ou 60 hertz, ce qui était nécessaire pour produire des téléviseurs économiques à tubes, dans les débuts de la télévision.

Les anciens modes entrelacés 50i et 60i sont de plus en plus remplacés dans l’audiovisuel par le balayage progressif à cadence élevée (High Frame Rate), qui, grâce au traitement numérique de l'image, peut afficher plusieurs fois l'image sans avoir besoin de la retransmettre intégralement.

Intérêt de l’entrelacement

Le but de l’entrelacement est d’éviter un effet de papillotement de l’image[1]. Pour reconstituer l'impression de mouvement, seize images par seconde suffisent. Le cinéma parlant a fait normaliser la cadence à 24 images par secondes. Pour éviter le papillotement, les projecteurs de cinéma insèrent une coupure au milieu de la projection de chaque image. Pour arriver au même résultat, la télévision doit utiliser une autre méthode. Il fallait que cette méthode soit économique, puisqu'elle allait se mettre en œuvre sur chaque téléviseur dans le public. Elle a été mise au point avec une électronique à tubes et une télévision monochrome, et maintenue jusqu'au XXIe siècle pour conserver la compatibilité avec les téléviseurs domestiques anciens.

La construction d'un téléviseur économique — sans nécessairement aller jusqu'à la méthode Muntz — impose de synchroniser le balayage vertical avec la fréquence de distribution de l'électricité en courant alternatif, 50 Hz en Europe ou 60 Hz en Amérique et dans d'autres parties du monde. Si on ne le fait pas, le passage à zéro du courant d'alimentation produit des bandes horizontales claires et sombres dans l'affichage, qui défilent verticalement plus ou moins vite. En balayant une image sur la durée de deux périodes du secteur, on obtient un papillotement désagréable. Si, pour l'éviter, on utilise des écrans très rémanents comme ceux des anciens radars et oscilloscopes, le mouvement est reproduit avec une forte traînée.

L'entrelacement permet d'afficher une image à demi-résolution verticale deux fois plus vite. Pour une image fixe, le changement de l'ordre de renouvellement des lignes, alternant les lignes paires et les lignes impaires, n'a pas de conséquence. La différence de luminosité entre les points les plus récemment et les plus anciennement balayés ne concerne plus des régions entières de l'écran, mais des lignes, et le papillotement devient un scintillement, beaucoup moins perceptible. Dans une image animée, le spectateur ne perçoit avec précision que ce qui reste immobile. La partie du système visuel qui traite les mouvements ne distingue que de plus grands objets.

Le balayage entrelacé à l'identique dans les caméras et les téléviseurs donne un système relativement simple, qui n'impose que d'identifier les trames impaires et les trames paires dans le signal de synchronisation.

L'utilisation du balayage entrelacé a permis le développement d'un système de télévision domestique. Il n'a pas imposé de contraintes particulières à la télévision couleurs, et s'est maintenu alors que le développement de l'électronique numérique et des mémoires permet de le remplacer par la répétition, à cadence élevée, des images.

Inconvénients

Détail de l'image entrelacée d'un objet en mouvement. Les lignes paires et impaires représentent des moments à 0,02 s d'écart

Le balayage entrelacé produit deux trames décalées dans le temps, de la moitié de la cadence d'une image complète. Par conséquent, la limite verticale d'un objet en mouvement latéral ne se trouve pas au même endroit dans les deux trames. Dans le flux ininterrompu des images, cela correspond approximativement à un flou de bougé ; mais c'est très visible sur une image arrêtée ou sur un ralenti.

L'image numérique transmet les images dans un flux compressé, qui exploite la similitude entre images successives pour réduire le débit d'informations. L'affichage recalcule chaque image par différence avec l'image précédente. Dans une image à balayage entrelacé, la progression du mouvement est décalée dans chaque trame, ce qui complique notablement la compression. On parvient à de meilleurs résultats avec des images en balayage progressif, dans lequel on peut considérer que l'ensemble correspond au même instant, conformément au théorème d'échantillonnage[2].

Fonctionnement

Une image se décompose en deux trames consécutives, une trame paire et une trame impaire. Une trame est une image de demi définition verticale. Le nombre de lignes dépend de la norme continentale, 525 en Amérique, 625 en Europe, desquelles il faut retirer pour chaque trame, vingt ou vingt-cinq lignes qui servent à la synchronisation et au retour du balayage en haut de l'écran, plus lent que le retour de droite à gauche pour des raisons techniques.

Le téléviseur n'affiche rien pendant ces premières lignes, pendant lesquelles le signal vidéo reste en dessous du niveau du noir. La vidéo « utile » commence à la première ligne affichée de la trame impaire. À la dernière ligne, la vidéo utile s'interrompt pour le retour en haut de l'écran, où après quelques lignes, elle reprend pour la trame paire.

Signaux électriques

Le seul effet de l'entrelacement sur le signal vidéo réside dans le début des lignes par rapport au signal de synchronisation verticale, et la position correcte de la synchronisation ligne par rapport au début du balayage vertical suffit à assurer la reconstruction correcte de l'image.

Effets de l’entrelacement sur un écran d’ordinateur

L'affichage entrelacé permettait un affichage sur des écrans d'ordinateur domestique dont la mémoire vive n'aurait pas permis d'afficher une image non entrelacée, une résolution de SVGA — 1 024 x 768 pixels en 256 couleurs, ce qui nécessite 768 ko en mémoire vidéo — peut donc être affichée avec des cartes graphiques ne disposant que de 512 ko de mémoire vive[réf. nécessaire].

La cadence de rafraîchissement d’un écran d'ordinateur est supérieure à 50 Hz. L’effet de scintillement est diminué, certains peuvent donc travailler dans un mode différent des téléviseurs : une trame contient toutes les lignes et non pas une ligne sur deux, ce mode s’appelle « balayage progressif ». C’est notamment le cas des écrans plats, puisqu’il n’y a plus de balayage par un faisceau électronique.

Si l’on applique le signal électrique entrelacé sans modification, alors chaque trame est considérée comme une image complète (le film est considéré à 50 images par seconde au lieu de 25) et non pas comme une demi-image. En conséquence, un signal entrelacé peut ne pas apparaître net sur un écran d’ordinateur :

  • dans le cas d’une source pellicule
    • lorsque la trame paire succède à la trame impaire d’une image, cela ne pose pas de problème, mais
    • lorsque la trame impaire d’une image succède à la trame paire de l’image précédente, on se retrouve avec des lignes correspondant à deux images différentes à l’écran ;
  • dans le cas d’une source vidéo, chaque trame est une image différente.

Lors de séquences rapides, des bandes (on parle de « peigne ») apparaissent. Ce phénomène est réduit lors des séquences lentes, car les trames paires (faisant partie de l’image suivante) sont très proches des trames impaires (faisant partie de l’image en cours). Pour avoir un rendu correct, il faut désentrelacer le flux.

Avec un téléviseur à 25 ou 30 Hz, le problème ne se pose pas puisque la ligne adjacente à la ligne en cours d’affichage est déjà quasiment effacée.

Fin de l'entrelacement

La généralisation des capteurs CCD remplace le balayage par de l'image par le captage des niveaux sur chaque pixel d'un seul coup, dans un registre de transfert homologue à la structure des pixels, qui constitue déjà une image matricielle. Ce registre est un dispositif à transfert de charge, qui sérialise l'exposition que chaque site de captage a reçu. Des CCD sont conçus spécialement pour la vidéo entrelacée[3].

Bien que la transmission de l'image matricielle se fasse en série, l'ensemble des pixels correspond au même intervalle de temps. Si, pour des raisons de compatibilité avec les systèmes anciens, on souhaite continuer à transmettre des lignes entrelacées, on peut le faire ; mais ce n'est plus une nécessité. Les capteurs récents produisent, si nécessaire, une image entrelacée par interpolation numérique à partir des images matricielles complètes[4].

La diffusion de vidéo par internet, au milieu des années 2000, utilise des procédés de compression d'image pour lesquels l'entrelacement est plutôt une difficulté.

Cependant, la diffusion hertzienne continue en entrelacé. C'est une obligation en France pour les chaines diffusées via la Télévision Numérique Terrestre : « Le signal vidéo correspond aux caractéristiques 1080i (entrelacé) à 25 images/seconde de ces normes, quel que soit le format du signal vidéo d’origine. Les formats 1080/25p et 1080/25PsF sont proscrits[5] ».

Cette obligation de compatibilité avec les téléviseurs domestique ancien fait obstacle à l'abandon du balayage entrelacé, qui n'est plus imposé par des contraintes techniques.

Annexes

Liens externes

Article connexe

Notes et références

  1. (en) National Association of Broadcasters, Engineering handbook, Focal Press, , 10e éd., p. 156.
  2. (en) John Watkinson, The MPEG Handbook, Focal Press, , 2e éd., 435 p. (ISBN 9780-240-80578-8), p. 245 sq.
  3. (en) Gerald C. Holst, CCD Arrays Camera and Displays, JCD Publishing & SPIE, , 2e éd. (lire en ligne), p. 46.
  4. Holst 1998, p. 299.
  5. Commission supérieure technique de l'image et du son, « Recommandation Technique 040 ».