Télévision analogique terrestre

Dès les débuts de la télévision, les chaines TV sont diffusées par voie terrestre hertzienne analogique.

En Europe, jusque dans les années 1970, la plupart des pays diffusaient 2 ou 3 chaines terrestres nationales, principalement des chaines publiques. Ensuite, au début des années 1980, beaucoup de pays ont fait des réformes de l'audiovisuel, permettant la diffusion de nouvelles chaines terrestres nationales, notamment des chaines privées, en plus des chaines publiques[1].

Durant l'ère analogique, les pays où la télévision analogique terrestre est restée le moyen principal, dominant, pour recevoir les chaines TV sont par exemple: le Royaume-Uni, la France, l'Espagne, l'Italie et le Japon, ces pays utilisant le réseau terrestre analogique pour diffuser leurs chaines publiques, privées et thématiques principales.

D'autres pays ont par contre choisi la télévision analogique par câble comme moyen principal de réception TV, à partir des années 1970 et 1980, ce qui est le cas par exemple des Pays-Bas, de la Belgique et de la Suisse.

Aux États-Unis, la télévision par câble est devenue le moyen dominant de réception TV à partir des années 1970 et 1980, mais il y avait aussi un réseau terrestre hertzien important diffusant les réseaux nationaux (networks) : NBC, CBS, ABC, Fox, UPN, The WB, PBS[2].

À partir du début des années 2000, la plupart des pays ont commencé à remplacer la télévision analogique terrestre par la télévision numérique terrestre (TNT). Au sein de l'Union Européenne, les flux de télévision analogique ont cessé d'émettre en 2012.

Les caractéristiques fondamentales de tous les systèmes de télévision ont été en grande partie définies par rapport à des considérations physiologiques de l’œil humain, telles que :

• la persistance rétinienne : 1/20 de seconde ;
• le pouvoir de résolution de l’œil : 1’ d’angle environ ;
• le nombre d'or : notion de distance normale d’observation d’un objet en fonction de ses dimensions (5 à 7 fois sa diagonale pour un objet rectangulaire, selon les peintres)^{[réf. nécessaire]}.

Afin d’éviter un effet de scintillement, le principe de structurer l’image en deux trames entrelacées (trame paire et impaire) a été choisi. La période de chaque trame étant de 1/50 de seconde (en Europe), ou de 1/60 de secondes (au Japon, États-Unis et Canada) ; soit la fréquence du réseau électrique local.

Pour résoudre le problème du décalage vertical des deux trames sans exiger trop de précision des générateurs de balayage, il a été fixé un nombre impair de lignes ; la première trame démarrant au centre du bord supérieur de l’écran et la seconde au coin supérieur gauche.^{[réf. nécessaire]}

Ce système de double trame entrelacées est commun à tous les standards de télévision analogique. La trame est constituée de deux mouvements, l’un horizontal, décrivant une ligne de gauche à droite sur l’image restituée, l’autre vertical, plaçant les lignes les unes sous les autres, de haut en bas, ces lignes constituant la trame.

Chacun de ses mouvements comprend deux phases ; une phase utile pendant laquelle se forme le signal utile de traduction de l’image, une phase de suppression lors de laquelle le mouvement du spot s’inverse (retour vers le début de ligne ou trame suivante). Pendant ce temps, le signal est mis à une tension constante de référence : le niveau de suppression.

Il est nécessaire de synchroniser le mouvement ligne et trame :

• par insertion d'un top de synchro ligne ;
• par insertion d'informations de synchro trame ;

Dans les principaux standards, le nombre de lignes est de :

• 625 pour les standards européens ;
• 525 pour le standard en usage au Japon, États-Unis et Canada.

Le nombre d’images par seconde est respectivement de 25 et 30.

La période d’une image est fixée à 40 ms, et donc celle d’une trame à 20 ms (Europe).1/64 La fréquence de balayage ligne est donc de 625 x 25, soit 15 625 Hz, ou une période de 64 μs. Pour un format 4/3 le nombre de points par ligne est de 625 x 4/3, soit 833 points.

La bande passante est maximale lorsque l'on alterne les points noirs et blancs, créneau dont la fréquence est la moitié des points transmis :

833/2 points x 625 lignes x 25 images par seconde = 6,5 MHz

Ce créneau nécessiterait la transmission d'une dizaine d'harmoniques pour être restitué, en pratique nous observons de grandes zones uniformes qui induisent des fréquences plus faibles. Le temps entre deux points d'une ligne est de τ =(1/625) x (3/4) x 64 μs ; la bande passante d'un système du premier ordre dont le temps de montée à 90 % donne 2,3 x τ soit une bande passante de 2,3 / (2 x π x τ ) = 4,77 MHz environ qui est une valeur théorique plus proche de la réalité.

Le temps réservé au retour de balayage est utilisé pour transmettre des impulsions assurant la synchronisation des cycles de balayage entre émetteur et récepteur. Ces signaux sont composés de plusieurs phases appelées :

• pré-égalisation ;
• synchro trame ;
• post-égalisation.

Afin de contrôler la qualité d’une transmission, des paramètres quantifiables ont été définis ; ils permettent de mesurer des distorsions linéaires ou non, ainsi que le bruit introduit par la transmission.

Pour contrôler et éventuellement corriger les performances d’un système de transmission, on a réservé dans l’ensemble des lignes transmettant l’information vidéo, un certain nombre d’entre elles pour transmettre des signaux de contrôle, dont les lignes test.

Elles permettent de caractériser le réseau et sont insérées au début de la chaîne de transmission pendant les périodes de suppression de la trame. Ces signaux subissent donc les mêmes dégradations que l’image.

Un signal vidéo est constitué de plusieurs parties :

• l'information de luminance d'une dynamique de 700 mV ;
• la synchronisation ligne, impulsion de 300 mV ;
• l'information de chrominance (restitution de la couleur) ;
• un burst de synchronisation pour la sous porteuse chrominance ;
• des informations de synchronisation trame dans certaines lignes.

Sous une charge normalisée 75 Ω, l'amplitude crête à crête d'un signal vidéo est 1 V. La durée d'une ligne est de 64 μs, soit 15 625 Hz. Le signal utile dure 52 μs, la synchronisation utilise donc 12 μs.

Au signal vidéo composite monochromatique, la couleur est gérée en ajoutant une sous porteuse modulée par des signaux de chrominance et ce, afin de constituer un nouveau signal composite CVBS (color video blanking synchronisation). Pour la télévision couleur, l’image est transmise sous la forme de deux informations complémentaires : la luminance qui exprime la luminosité et les contours des formes visualisées et la chrominance, porteuse de l’information couleur.

Pour des raisons de compatibilité avec les systèmes précédents, l’adjonction de la couleur devait se faire de façon à ne pas perturber le fonctionnement d’un téléviseur noir et blanc. Cette information chromatique avait donc comme obligation d’être positionnée dans un canal de 8 MHz, occupé déjà par 5 MHz (ou 6) de luminance vidéo ainsi que la sous porteuse audio.

Le signal de luminance Y est une combinaison linéaire des trois couleurs primaires rouge, vert bleu. Disposant de cette information qui représente le signal noir et blanc, deux signaux complémentaires sont nécessaires afin de transmettre la couleur : signaux de chrominance bleu et signaux de chrominance rouge.

• Y = 0,587V + 0,299R + 0,114B
• Cb = 0,886 (B – Y)
• Cr = 0,713 (R – Y)

Systèmes de codage des signaux de chrominance :

• le système NTSC (National Television Standards Committee, ou ironiquement « Never Twice Same Color »), 1953 ;
• le système SECAM (Séquentiel Couleur à Mémoire), 1957 ;
• le système PAL (Phase Alternation line), 1963.

Le signal vidéo composite (CVS) occupe une largeur de bande d'environ 5 MHz selon le standard utilisé. Ce signal bande de base pourrait moduler en amplitude une porteuse HF (Modulation d'amplitude à double bande) et occuperait alors 10 MHz de bande passante. En principe, l'une des deux bandes peut être supprimée, du fait que chacune d'elles transmet la même information.

Il serait donc possible d'émettre l'information en AM-BLU (Bande latérale unique ou AM-SSB). Toutefois, le signal vidéo dispose d'information aux fréquences basses auxquelles l'œil est très sensible, de plus, la difficulté de réaliser des filtres aux fréquences de coupures sévères, sans distorsion de temps de groupe, oblige à utiliser le système à bande latérale réduite : MA-BLR. Cette modulation est donc utilisée sur les émetteurs de télévision hertzienne (TDF).

         △                △
         |────────────    │
        ╱│            ╲   │ Audio
       ╱ │             ╲  │
      ╱  │  Vidéo       ╲ │ 
     ╱   │               ╲│
 ────────┼────────────────┼───> f [MHz]
   1,25  fp              6,5 

Dans le cas de la MA-BLR, une bande latérale entière est émise ainsi qu'une partie de la seconde appelée talon. À la réception (dans le téléviseur), il faut s'assurer que la zone latérale réduite n'apparaît pas avec une amplitude double au niveau du démodulateur. Afin de s'affranchir de ce problème, on utilise un filtre à flanc de Nyquist normalisé, le principe consiste à transmettre la moitié du signal sous la porteuse et la moitié au-delà sur une certaine bande de fréquence. Dans la plupart des cas, le signal est traité à une fréquence intermédiaire de 38,9 MHz (sous porteuse image).

En réception le signal est transposé à 38,9 MHz le spectre peut se trouver inversé si la fréquence de l'oscillateur est supérieure à celle du canal (transposition supradyne); cette FI est filtrée par un FOS qui récupère uniquement le signal vidéo (par exemple K6257K de Siemens Matsushita S+M) la bande passante est de 5 MHz environ ; les pertes sont d'environ 6 dB à 38,9 MHz et 33,9 MHz. Une réjection importante est présente à 32,4 MHz pour un FOS adapté au standard L, cela représente une fréquence 6,5 MHz avant la porteuse image située à 38,9 MHz; cette réjection est située sur la sous porteuse son.

Le modulateur MABLR est relativement compliqué à réaliser et n'existe pas de façon intégrée. Il faut utiliser dans ce cas un circuit intégré à modulation double bande en fréquence intermédiaire 38,9 MHz. Cette fréquence normalisée est ensuite filtrée par un FOS au gabarit spécifique dont le flanc est identique mais la bande passante inférieure plus importante afin de laisser passer les différentes sous-porteuses audio qui sont 6,5 MHz pour la monophonie et 5,85 MHz pour la sous-porteuse NICAM.

Le signal FI-MABLR subit ensuite une double transposition, une première à une FI plus élevée de 900 MHz par exemple, afin de pouvoir utiliser un FOS gsm, puis une seconde transposition accordable en UHF. La raie de transposition est alors 900 MHz au-delà de la raie utile et donc plus facile à filtrer que dans une transposition simple ou une raie résiduelle parasite subsisterait 38,9 MHz de part et d'autre du signal utile.

• http://www.rennes.supelec.fr/ren/perso/jweiss/
• http://perso.wanadoo.fr/jf.fourcadier/television/lignes_test/lignes_test.htm
• « Le signal video », sur f5ad.free.fr (consulté le 31 octobre 2021)
• (en) http://www.pembers.freeserve.co.uk/World-TV-Standards/Colour-Standards.html#Top

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