La HD : une histoire accélérée

JEU, 7 Février, 2013 - 17:14

Une fois n’est pas coutume, Backstage s’est intéressé à un aspect plus technique des médias audiovisuels : la Haute Définition ou HD. Que signifie exactement ce label, qu’implique-t-il et qu’apporte-t-il réellement dans notre vie quotidienne ? En une dizaine d’années, les écrans plats ont complètement remplacé les bons vieux postes de télévision, avec des nouvelles normes « HD Ready », puis « Full HD », destinées à rassurer les consommateurs en leur garantissant la pérennité de leur investissement. Aujourd’hui, il n’est pratiquement plus possible d’acheter un téléviseur qui ne soit pas Full HD, et la grande majorité des programmes HD sont des programmes diffusés en 1080 lignes. Du côté de la diffusion publicitaire, l’association ABMA-BVAM a lancé, en septembre 2009, le système de livraison des campagnes TV dématérialisée, mettant fin aux cassettes Betacam. Ce système a rendu la livraison des spots publicitaires plus fiable et moins coûteuse. En octobre 2011, le système s’est encore amélioré en donnant accès à HD-MAT, un nouveau standard HD. Le marché télévisuel belge permet désormais à tout annonceur de diffuser son spot publicitaire TV en Full HD. Cet engouement soudain pour une nouvelle technologie peut paraître surprenant, surtout après 60 ans d’une lente évolution sans réelle révolution depuis l’avènement de la couleur. Il n’est donc pas trop tard pour quelques explications sur la HD.

Il était une fois la Standard Definition

Les premières expériences de télévision datent des années 30. Elles consistaient à transformer une information visuelle qui varie dans l’espace et dans le temps, en un signal électrique unique qui évolue dans le temps. Grâce aux limitations de la vision humaine, il est possible de créer une impression d’images animées en balayant l’écran à l’aide d’un spot lumineux. En effet, le temps d’analyse de l’oeil et le temps de calcul du cerveau provoquent une certaine persistance de l’information visuelle. Chaque image est matérialisée dans le cerveau humain par la mémorisation du spot qui se déplace horizontalement, ligne après ligne, afin de couvrir toute l’image. L’impression de mouvement est quant à elle réalisée par la succession des images à intervalles réguliers (fig.1). Les techniciens de l’époque s’accordèrent assez rapidement sur la fréquence d’image, liée à la fréquence du réseau électrique : 25 images par seconde en Europe, 30 aux Etats-Unis. La définition de l’image, c’est-à-dire le nombre de lignes affichées sur l’écran, et donc balayées par le spot lumineux, a quant à elle fait l’objet de plusieurs tentatives. Les premiers systèmes ne présentaient qu’une trentaine de lignes. L’Angleterre a exploité un système à 405 lignes au début des années 30. L’Allemagne a enchéri avec 411 lignes. Des propriétés de la vision humaine, on peut déduire la définition minimale de l’écran. Elle est de 750 lignes pour autant que le téléspectateur soit placé à une distance équivalant à 4 fois la diagonale de l’écran. Cette condition empêche l’oeil de détecter une différence entre la scène originale filmée et l’image reproduite.

Figure 1

Dans cette optique, la France a normalisé un système à 819 lignes. Quasi parfait d’un point de vue de la résolution, ce système pouvait être considéré comme la haute définition analogique de l’époque. La France a diffusé les programmes de la première chaîne selon cette norme pendant plus de 30 ans. Télé Luxembourg a également choisi cette version pour démarrer ses émissions en 1955. Mais le passage à la couleur et la trop grande bande passante nécessaire ont eu raison de cette technologie. Les pays européens s’accordèrent finalement sur un standard moins ambitieux, mais plus réaliste : le 625 lignes, soit 25 images par seconde à balayage entrelacé.

Un système imparfait pendant plus de 60 ans

La lente évolution de la taille des écrans s’est accompagnée d’une diminution de la netteté perçue. La taille moyenne des écrans était de 12’’ (30cm) en 1950 ; elle est aujourd’hui de 50’’ (127 cm). Elle a donc quadruplé en 60 ans ! La taille de l’écran déterminant la distance de vision, et ne nous étant pas éloignés de l’écran, l’image y apparaît plus floue. Le passage au 16/9 a également aggravé cette situation. L’apparition des bandes noires en haut et en bas de l’écran a réduit encore un peu plus le nombre de lignes réellement utilisées dans l’image. Enfin, la comparaison avec les écrans informatiques conçus pour être regardés de très près n’est pas à l’avantage de la télévision. Qui n’a pas été déçu en voulant visionner ses photos numériques sur son téléviseur ? La demande pour un système avec une meilleure définition était donc mûre. Fallait-il encore disposer d’une technologie capable de la réaliser !

Le numérique ouvre la porte à la TV HD

Avec la numérisation, l’image est décomposée en éléments, les pixels (720 pour chaque ligne en SD), dont les niveaux caractérisant leur couleur sont codés numériquement. Cette méthode permet d’accroître la qualité et de se prémunir des dégradations engendrées – notamment - par la transmission. Elle souffre malheureusement d’un inconvénient de taille : elle augmente la quantité d’informations à transmettre de manière considérable. Les méthodes de compression permettent néanmoins d’extraire les informations redondantes et, globalement, d’atteindre des débits tout à fait réalistes. Ce qui ouvrit la voie à la transmission de la télévision en haute définition. L’objectif principal fut de créer un système qui soit enfin transparent pour la vision humaine, en dépassant la résolution des 750 lignes requises par les caractéristiques de l’oeil. Pour y parvenir, les paramètres de la TV HD ont été calculés en respectant deux conditions : le format de l’image adopte exclusivement le 16/9 et la résolution est multipliée par 2. Cela aboutit à un nouveau standard : 1920 pixels par 1080 lignes. Le passage à la HD fut aussi l’occasion de rediscuter de la façon dont les images sont balayées. L’électronique de l’époque a contraint à l’utilisation du balayage « entrelacé ». Il était construit en décomposant l’image en deux trames, chacune composée respectivement des lignes paires et impaires de l’image. Les trames étaient affichées alternativement sur l’écran. Cet entrelacement permettait d’éviter les phénomènes de papillotement, tout en gardant une quantité limitée d’informations à transmettre. Cependant, il pouvait générer des imperfections de l’image, aussi a-t-on inventé le balayage progressif qui a corrigé ces défauts en traitant des images complètes à la place des trames. Le prix à payer fut le doublement du débit d’informations.

Il existe donc désormais deux normes désignées par le nombre de lignes et le mode de balayage : le 1080i (« i » pour « interlaced », entrelacé) et le 1080p (« p » pour « progressif »). L’idéal est le 1080p, mais il coûte plus cher que le 1080i en termes de débit et de complexité technologique. Afin de bénéficier des avantages du balayage progressif sans devoir en payer le prix, une norme intermédiaire a été envisagée. Il s’agit du 720p. Le principe était de réduire la résolution de l’image pour neutraliser l’augmentation de débit engendrée par le mode progressif. La surface de l’image est divisée par deux, mais le nombre d’images est multiplié par deux. Le débit reste donc le même que pour le 1080i (fig. 2). Aux Etats-Unis, l’extinction de l’analogique décrétée par le FCC, l’organisme de régulation des télécommunications, a eu lieu le 12 juin 2009. Ce passage au « tout numérique » a encouragé les diffuseurs américains à choisir un mode de diffusion en haute définition. Le 720p a remporté un certain succès, notamment parmi les chaînes sportives qui ont décidé de privilégier la qualité de la reproduction des mouvements à la résolution. Il faut tout de même souligner que 720 lignes constituent une amélioration non négligeable pour le téléspectateur américain par rapport aux 475 lignes réellement affichées par la télévision analogique. Le succès du 720p en Europe est beaucoup plus mitigé. Recommandé un certain temps par l’UER, il n’a été adopté que par un petit nombre de diffuseurs, dont la VRT, la NRK (télévision norvégienne) et certaines chaînes allemandes. Il est vrai que l’accroissement de la résolution est beaucoup moins impressionnant pour le téléspectateur européen qui bénéficiait déjà du standard de 625 lignes.

Figure 2

Par ailleurs, s’il est vrai que le balayage progressif améliore la visualisation des mouvements rapides dans les programmes sportifs, ce n’est pas le cas pour la fiction. La production cinématographique traditionnelle utilise des caméras qui capturent 24 images par seconde, et afin d’assurer la fluidité du visionnement, chaque image est projetée deux fois. Le télécinéma, qui convertit le film en vidéo « entrelacée », crée les deux trames vidéo au départ de la même image du film. Il y a donc un rendu équivalant au balayage « progressif ».

Le choix du 1080i s’impose donc naturellement pour les chaînes dont la fiction constitue un élément essentiel de leur programmation. C’est d’ailleurs la norme opérationnelle pour la plupart des chaînes belges membres de l’ABMABVAM (Vmmtv, IP et RMB).

La TV HD pour les producteurs d'images

Pour les « broadcasters », la transition vers la haute définition n’est pas anodine. Une étude de l’IABM montre que cette migration est le principal projet technique des chaînes de télévision depuis 2010. Il s’agit d’une opération coûteuse qui nécessite une révision profonde des processus de production. La cause principale en est le débit. Un rapide calcul montre que le 1080i produit un flux d’un peu plus d’un Gigabit par seconde (un milliard de bits par seconde). Pour donner un ordre de grandeur, le débit d’une connexion Internet domestique est de l’ordre de 20 Megabits par seconde. Le débit du 1080i correspond à celui d’une cinquantaine de connexions Internet ! Heureusement, la compression permet de le réduire considérablement. Les algorithmes de compression le font tomber à 100 ou même à 50 Megabits par seconde, soit 10 à 20 fois moins, mais il reste malgré tout important. Il est de 2 à 8 fois plus élevé que pour la TV standard, avec des impacts importants sur la production, à cause de la bande passante nécessaire. Les transmissions par satellite pour les duplex par exemple, requièrent la réservation de 3 à 5 fois plus de canaux qu’auparavant. Cela a évidemment une répercussion financière immédiate.

Sans oublier que l’augmentation de la résolution permet de mieux discerner les détails de l’image. Finis donc les décors faits de cartonpâte ! La finition des décors doit être améliorée pour passer le test de la HD, ce qui engendre aussi un coût.

Même le maquillage doit être revu. On raconte que certaines séries américaines ont continué à être produites en SD sous la pression d’acteurs qui estimaient que la HD offrait une image trop réaliste, et donc moins flatteuse de leur visage.

Ces contraintes technologiques pèsent lourd financièrement et d’un point de vue de l’organisation. Elles imposent des limites qu’il n’est pas toujours facile de faire accepter dans les milieux artistique et journalistique. A ce jour, peu de chaînes de télévision sont 100% HD. En Belgique, les chaînes du groupe RTL ont opté pour une production interne complètement en HD, y compris pour le journal, qui constitue le processus de production le plus complexe en raison de la rapidité de réaction nécessaire. Il est à noter que pour que le téléspectateur puisse bénéficier de la HD, il est indispensable que les canaux de distribution de la télévision (VOO, Belgacom, Telenet…) offrent un débit suffisant. 

L'après-HD

Le 1080p ne représente pas la fin d’une évolution. Depuis quelques années, la télévision japonaise (NHK) présente les évolutions d’un projet dénommé « Super Hi Vision », qui propose d’augmenter la résolution à 7680 pixels sur 4320 lignes, soit une définition 16 fois supérieure à celle de la télévision Full HD. Conçue pour être visionnée à une distance de 0,75 de la hauteur de l’écran et pour remplir 110° du champ visuel, cette expérience procure un réalisme incroyable. Bien entendu, elle engendre un débit énorme (pas moins de 48 Gigabits par seconde).

Il ne s’agit pas de science-fiction ; tous les éléments de la chaîne de production existent aujourd’hui à l’état de prototype. Même si la commercialisation n’est pas prévue avant une dizaine d’années, ce projet créera une réelle révolution.

Par ailleurs, la BBC a démontré récemment que le système de balayage progressif à 50 images par secondes n’était pas suffisant pour éliminer tous les artéfacts dans les mouvements rapides. Elle propose d’y remédier en augmentant la fréquence d’image à 300 images progressives par seconde. Cela se traduira de nouveau par une augmentation considérable du débit.

Les pistes d’amélioration de la HD existent bel et bien, tant dans le domaine de la résolution spatiale que suivant l’axe temporel dans le but d’améliorer l’illusion de la télévision. Mais elles ne seront réellement applicables que si l’évolution des technologies de compression permet de les rendre compatibles avec les réseaux de télécommunications. Impossible ? Ce qui le semblait hier fait pourtant aujourd’hui partie de notre quotidien.

F.B.

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