Balayage progressif

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Animation schématisée du principe de balayage progressif.

Le balayage progressif (en anglais, progressive scan) est la transmission séquentielle, ligne par ligne dans l'ordre, d'une image matricielle ou définie ligne par ligne, notamment vers un écran électronique ou un téléviseur. L'expression balayage progressif s'emploie principalement pour le différencier du balayage entrelacé, mode de transmission d'image historique de la télévision.

L'intitulé du format vidéo précise soit le balayage progressif par le suffixe « p », soit le balayage entrelacé par le suffixe « i ».

Histoire

Origine du procédé

Le principe de la transmission d'images par balayage, ligne après ligne, d'une extrémité à l'autre, remonte au milieu du XIXe siècle. C'est le moyen de transmettre une image avec un seul signal électrique, à cette époque, celui du télégraphe. Le pantélégraphe de Giovanni Caselli est en service commercial en 1861.

Le temps de transmission d'une image se compte en minutes. La mise au point du système, puis du procédé Korn (de) et du belinographe, précise les problèmes que posent l'analyse, la transmission et la reproduction d'une image par balayage progressif : repérage du début des lignes, largeur de bande nécessaire.

Le balayage progressif reste le principe de l'analyse d'image pour obtenir un signal électrique jusqu'à l'invention du capteur CCD, capable d'obtenir une image matricielle d'un seul coup. Le scanner en tire son nom[a].

L'électronique permet une accélération de la transmission, à partir des années 1920. Les inventeurs se mettent rapidement au travail sur la transmission d'images animées. Pour arriver à ce résultat, il faut que le balayage prenne une fraction de seconde.

Télévision

En novembre 1926, John Logie Baird présente un téléviseur à balayage mécanique à balayage de type progressif.

La télévision se développe comme média de masse après la seconde guerre mondiale. Ses images doivent être retransmises par modulation hertzienne, à l'instar de la radio. Pour réduire les coûts et la complexité industrielle des appareils récepteurs, il est nécessaire de réduire le plus possible, la bande passante d'émission à exploiter. Jusqu'aux années 1940, les autorités de répartition du spectre hertzien réservent le bas de la bande VHF pour la télévision d'avant-guerre. Pour obtenir un succès commercial, l'effort d'investissement doit être pris en charge par les opérateurs et diffuseurs mais ne doit pas être répercuté sur le prix d'achat des appareils récepteurs ou des téléviseurs.

Le Russe Léon Thérémine, les deux Américains Randall Ballard de la société RCA et surtout Ulysse Armand Sanabria sont les principaux inventeurs du principe de l'entrelacement ; Sanabria élabore le premier la technique et, en janvier 1925, il dépose le brevet d'un dispositif « intercalated scanning », littéralement « balayage intercalé » puis un autre brevet en 1931, avant celui de Ballard - RCA. Léon Thérémine dépose le sien aux États-Unis, le [1].

En août 1931, Ulysse Armand Sanabria présente son prototype de caméra à balayage mécanique. Son appareil exploite le principe du balayage entrelacé et génère une succession de demi-images ou trames vidéo ainsi qu'un signal de synchronisation.

Sanabria fonde son entreprise en 1929 et prépare la fabrication d'émetteurs de télévision exploitant le principe de l'entrelacement. L'ingénieur supervise durant cette période, la production de 24 stations d'émission dotés de la même technologie[2].

En 1938, le principe de l'entrelacement est expérimenté dans les laboratoires de Philo Farnsworth, affichant une image de réolution 441 lignes entrelacées, sur le principe développé par Telefunken en Allemagne ; l'ingénieur américain observe alors l'efficacité de la technologie : « « le résultat était une trame fine, homogène, sans sautillement, ni papillonnement» »[3].

Entre les années 1950 et 1980, le balayage entrelacé est l'unique mode d'affichage en télévision, alors que le mode progressif commence à apparaître à la fin des années 1970, pour l'univers de l'affichage vidéo informatique ; mais avant l'apparition des écrans plats notamment LCD, le mode enrelacé reste exploité par les ordinateurs, conformément aux formats internationaux recommandés par la Video Electronics Standards Association (VESA), avec les signaux couleur de tyope RVB comme de type vidéo composante[4].

Animation schématisée du principe de balayage entrelacé.

La première norme de télévision à balayage progressif adoptée en 1986 est le HD Mac. Ce système peut exploiter un format intermédiaire de 1.250 lignes à balayage entrelacé (trame de 625 lignes), soit à balayage progressif à résolution 1.250 lignes, 25 fois par seconde[5].

Lancée en septembre 1988, la norme japonaise MUSE de télévision Haute Définition exploite 1.125 lignes au mode entrelacé, avec une fréquence de trame de 60 Hz[6]. Toutefois, comme le HD Mac, cette norme analogique est abandonnée au milieu des années 1990 avec l'introduction des normes de télévision numérique.

À la fin des années 1990, alors que les normes de télévision numérique terrestre et la connectique HDMI ne sont pas encore adoptées par les fabricants au plan international, l'arrivée des lecteurs DVD-vidéo permettant de produire un signal vidéo progressif marque un tournant[7].

Principes techniques

La Commission électrotechnique internationale définit le balayage progressif comme l'exploration de l'image ligne par ligne, en une seule trame[8]. Une trame, dans ce contexte est un ensemble de lignes réparties uniformément sur toute la hauteur de l'image et balayées successivement[9].

La transmission séquentielle d'une image matricielle se fait par balayage : on transmet successivement chaque point d'une ligne, ligne après ligne. Dans une transmission analogique, le signal est continu pour chaque ligne ; dans une transmission numérique, celle-ci est divisée en échantillons appelés pixels. Le balayage progressif transmet les lignes dans l'ordre. Le plus souvent, les lignes sont horizontales et numérotées de haut en bas.

Ce système, le plus simple, est utilisé pour les premiers essais de transmission d'image par télévision. En 1936, l'ingénieur John Logie Baird le décrit comme « balayage séquentiel » (en anglais sequential scanning) pour ses transmissions expérimentales de 30 lignes, puis de 240 lignes à l'Alexandra Palace, en Angleterre. Pour améliorer l'image avec un prix acceptable, la télévision utilisera ensuite le balayage entrelacé.

Au début des années 1980, le balayage progressif « est peu employé et notamment pas en radiodiffusion visuelle par suite du papillotement de l'image qui en résulterait du fait de la faible fréquence d'image adoptée pour limiter la bande de fréquences occupée par le signal vidéo[10] ». Les terminaux informatiques emploient le balayage progressif[b] ; la largeur de la bande occupée n'est pas critique comme pour la radiodiffusion. Les écrans, qui n'affichent au début que des images fixes, en général du texte, peuvent aussi limiter le papillotement (vidéo) avec des écrans à forte rémanence. À partir des années 1970, les écrans à cristaux liquides[c] peuvent utiliser le balayage progressif. La numérisation de la télévision et l'abandon des écrans à tube cathodique rendent l'entrelacement inutile. Le retour au balayage progressif s'effectue au XXIe siècle.

Comparaison avec le balayage entrelacé

Article détaillé : Entrelacement (vidéo).

Le balayage entrelacé permet de contourner les limites de l'électronique des premiers temps de la télévision et ce mode d'affichage continue à être exploité jusqu'aux années 2020 en télédiffusion numérique ou analogique.

Simulation schématisée de la réduction du nombre d'images qui génère un effet de papillonnement, spécifique au balayage : progressif (à gauche), entrelacement (au centre) et désentrelacement numérique de type « bob » (à droite)

Le balayage progressif suit beaucoup plus rigoureusement les lois mathématiques de la transmission. Pour cette raison, il se prête bien à la réduction de la bande passante du signal modulé en analogique et à la réduction du débit numérique, permettant, avec la même largeur de bande, de transmettre plus d'information. Le traitement numérique du signal permet d'économiser la redondance de certaines données composant l'image vidéo, ou sur deux ou plusieurs images consécutives[13].

Voir aussi

Articles connexes

Notes et références

  1. ↑ balayage se dit scanning en anglais (Vocabulaire électrotechique international).
  2. ↑ Avant le premier écran cathodique à balayage d'ordinateur, en 1964[11], l'interface est imprimée ou limitée à une ligne de symboles sur tubes Nixies, ou utilise un affichage vectoriel sur écran d'oscilloscope[12].
  3. ↑ Les écrans à cristaux liquide ne papillotent pas même avec des faibles fréquences de renouvellement de l'image, car les points ne s'éteignent pas entre deux images.
  1. ↑ (en) Paul Marshall, « Interlacing – the hidden story of 1920s video compression technology : Entrelacement - l'histoire cachée de la technologie de compression vidéo des années 1920 », sur becg.org.uk, (consulté le ).
  2. ↑ (en) « Mechanical Television, Ulises Armand Sanabria », sur Early Television Museum, (consulté le ).
  3. ↑ (en) George Evenson, La vie de Philo F. Farnsworth, New York, The Vail-Bllou Press, , p. 202.
  4. ↑ (en) Keith Jack, Video Demystified - A Handbook for the Digital Engineer, Eagle Rock, États-Unis, LLH Technology Publishing, (ISBN 1-878707-56-6, lire en ligne), p. 76.
  5. ↑ Jean Cluzel, « Rapport d'information N°384 du Sénat. Annexe au procès-verbal de la séance du 3 juin 1992. Rapport sur l 'audiovisuel français à la veille du marché unique européen » [PDF], sur senat.fr (consulté le ), p. 114.
  6. ↑ « Recommandation UIT-R BO.786, annexe 1. Système MUSE pour les services de radiodiffusion de TVHD par satellite. 1992 » [PDF], sur senat.fr (consulté le ).
  7. ↑ (en) Don Munsil et Brian Florian, « DVD Benchmark – Part 5 – Progressive Scan DVD », sur hometheaterhifi.com (consulté le ).
  8. ↑ Commission électrotechnique internationale, « Radiodiffusion : Son, vidéo, données / Télévision : Analyse et affichage de l'image - Signaux vidéo », dans Vocabulaire électrotechnique international, (lire en ligne), p. 723-05-09 « balayage progressif ».
  9. ↑ Commission électrotechnique internationale, « Radiodiffusion : Son, vidéo, données / Télévision : Analyse et affichage de l'image - Signaux vidéo », dans Vocabulaire électrotechnique international, (lire en ligne), p. 723-05-17 « trame ».
  10. ↑ Michel Fleutry, Dictionnaire encyclopédique d'électronique anglais-français, La maison du dictionnaire, (ISBN 2-85608-043-X), p. 679.
  11. ↑ (en) « Computer monitor history » (consulté le ).
  12. ↑ (en) « The Evolution of Computer Displays » (consulté le ).
  13. ↑ (en) John Watkinson, The MPEG Handbook, Focal Press, , 2e éd., 435 p. (ISBN 9780-240-80578-8), p. 245 sq.

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