Entrelacement
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Illustration de la différence entre balayage progressif et entrelacement ; cette animation illustre bien le principe, mais l'effet obtenu est très différent
Illustration de la différence entre balayage progressif et entrelacement ; cette animation illustre bien le principe, mais l'effet obtenu est très différent

L'entrelacement (en l'anglais Interlaced), ou balayage entrelacé, est une technique destinée à réduire l'impression de scintillement sur un écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou restituées par...) à faible fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot...) de balayage (50–60 Hz).

Intérêt de l'entrelacement (L'entrelacement (en l'anglais Interlaced), ou balayage entrelacé, est une technique destinée à réduire l'impression de scintillement sur un écran à faible fréquence de balayage (50–60 Hz).)

Balayage entrelacé et variation de contraste — normalement, l'image théorique est composée de
Balayage entrelacé et variation de contraste — normalement, l'image théorique est composée de " carrés " (pixels), les bandes de contraste sont en fait beaucoup plus petites, on en compte environ 500 pour la télévision (La télévision est la transmission, par câble ou par ondes radioélectriques, d'images ou de scènes animées et généralement sonorisées qui sont reproduites sur un poste...) à basse définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.)

L'intérêt de cette méthode est d'éviter un effet de papillonnement de l'image. En effet, lorsque le faisceau électronique balaie l'écran (voir Tube cathodique), les luminophores s'éclairent, puis l'intensité de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) décroît. Donc, au moment où le bas de l'image est formé (pleine luminosité), l'intensité du haut de l'image a légèrement baissé. Or, la fréquence de rafraîchissement de la télévision analogique (Le concept d'analogique est utilisé par opposition à celui de numérique.) est de 50 Hz (PAL et Secam) ou de 60 Hz (NTSC), en raison de la fréquence du courant domestique (50 Hz en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme une des...), 60 Hz aux États-Unis)[1] ; à cette fréquence, on peut voir une variation de contraste malgré la persistance ( Persistance (statistiques) Persistance (informatique) en peinture : La Persistance de la mémoire (1931) en médecine : la persistance du canal...) rétinienne. Il faut savoir qu'au début de la télévision, les luminophores, s'éteignaient rapidement, le bas de l'image s'allumaient alors que le haut de l'image s'eteignaient déjà, l'entrelacement palliait ce problème mais en introduisant un autre : le décalage temporel entre les trames paires et impaires. La technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) des luminophores a évolué, prolongeant la durée de leur illuminations et les téléviseurs 100Hz sont entretemps apparus (ils affichent chaque image 2 fois pour réduire l'effet de scintillement) mais les standards de transmissions pal, ntsc et secam ne pouvant être modifiés sans rompre le principe de retro-compatibilité (un téléviseur (Le téléviseur (ou un télé, apocope utilisée familièrement) est un appareil doté d'un écran servant généralement à recevoir, regarder et écouter les programmes de télévision. Le plus souvent, on peut...) noir et blanc (Le noir et blanc sont considérés ou non comme des couleurs selon la discipline qui en parle : imprimerie, photographie, physique, peinture, théorie de la perception. Dans...) de 1955 est capable de décoder le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les...) couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) d'un émetteur de 1990) on décida de conserver ce mode d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) et de transmission.

Si maintenant on effectue un balayage entrelacé, alors on balaie l'écran une ligne sur deux, et la variation de contraste a lieu entre deux ligne voisines et non plus entre le haut et le bas de l'écran. Les lignes étant très petites et resserrées, cela ne se voit pas, et l'on a un meilleur confort visuel.

Chaque trame (Le mot trame peut désigner :) transmise correspond donc à la moitié des lignes d'une image : la première trame a les lignes impaires de la première image, le seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc...) trame a les lignes paires de la deuxième image… Pour une fréquence de 50 Hz, on a une demie-image par balayage soit 25 images par seconde ; pour une fréquence de 60 Hz, on a 30 images par seconde[2].

Il faut faire ici la distinction entre la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) d'un enregistrement sur pellicule (télécinéma) et la prise de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) vidéo :

  • lorsque l'on transfère un film tourné sur pellicule — film de cinéma (On nomme cinéma une projection visuelle en mouvement, le plus souvent sonorisée. Le terme désigne indifféremment aujourd'hui une salle de projection ou...), téléfilm ou émission tournée sur pellicule (avant le développement de la vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support adapté à l'électronique et non de type...), toutes les retransmissions télévisuelles en différé étaient tournées sur pellicule) — l'image est déjà fixée (sur la pellicule), figée, on la transmet donc en deux trames ;
  • lorsque l'on filme en direct ou que l'on retransmet un enregistrement vidéo (La fréquence d'un signal vidéo peut aller jusqu'à 6,5 MHz. Pourtant le support de stockage habituellement utilisé en vidéo, la bande magnétique, est limitée au niveau de la...), on capte une trame toutes les 0,02 secondes, les deux trames successives transmises ne correspondent donc pas au même instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.)[3], pas à la même image, on a donc 50 demi-images par seconde, et non pas 25 images complètes: la première correspondant à la trame des lignes impaires (1 à 575) et l'autre des lignes paires (de 2 à 576), "l'image paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :)" étant enregistrée 1/25ième de seconde après "l'image impaire" et donc dans les mouvements rapides la ligne 2 est décalée par rapport à la première.

On présente souvent l'entrelacement comme une manière de réduire le taux de transmission des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.). Ceci est erroné : le taux de transmission dépend du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'images par seconde multiplié par la résolution, et pas du caractère entrelacé ou progressif. La confusion provient peut-être du problème technologique qu'a résolu l'entrelacement : au cinéma, pour éviter le scintillement, on projette plusieurs fois la même image : trois fois à l'époque du cinéma muet à 16 images par secondes, 2 fois en 24 i/s (voir Projection cinématographique), ce qui donne une fréquence d'affichage (L' affichage désigne l'application d'une surface de papier script dans un lieu public(et non du foyer)sur un support destiné à son émission,...) de 48 Hz. Avec la télévision, il aurait fallu pouvoir stocker une trame pour l'afficher deux fois, ce qui n'était pas possible avec la technologie de l'époque. L'entrelacement permit donc de ne pas avoir à stocker l'image mais de l'afficher au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure de sa transmission.

C'est en fait la diminution de la résolution de l'image à chaque trame — celle-ci est divisée par deux — qui permet de réduire le taux de transmission.

Usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.)

Typiquement, une image est décomposée en deux trames consécutives, une trame paire et une trame impaire. Une trame est une image de demi résolution verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) composée de 287,5 lignes[4]. Une trame contient une ligne sur deux de l'image.

Il n'y a pas de lien direct entre l'entrelacement et les normes PAL, SECAM, NTSC. En effet, ces dernières concernent le codage (De façon générale un codage permet de passer d'une représentation des données vers une autre.) de la couleur.

Fonctionnement

Les seize premières lignes ne sont pas vues par le téléspectateur car elles servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) au signaux de service et aux paliers de suppression de trame. La vidéo " utile " commence en général à la ligne 17 de la trame impaire, la première affichée.

La trame impaire est affichée; elle se termine par une demi-ligne servant à faire revenir le faisceau en haut de l'image, cette demi-ligne se dit aussi retour trame. La trame paire est ensuite affichée, ou plutôt entrelacée avec la trame impaire. La trame impaire puis la trame paire entrelacée (ou décalée en position sur le tube cathodique de l'épaisseur d'une ligne) s'affichent les unes après les autres; c'est la persistance rétinienne qui fait l'effet de voir une image.

Signaux électriques

Signaux de balayage vertical et horizontal sur une trame
Signaux de balayage vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) et horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche vers la...) sur une trame
Signaux de balayage vertical et horizontal sur quelques lignes
Signaux de balayage vertical et horizontal sur quelques lignes
Affichage successif des trames impaires et paires, avec retours de ligne invisibles
Affichage successif des trames impaires et paires, avec retours de ligne invisibles
Signal vidéo : une ligne se compose d'une impulsion (vers le bas) de synchronisation, puis de l'intensité du spot balayant l'écran
Signal vidéo : une ligne se compose d'une impulsion (vers le bas) de synchronisation, puis de l'intensité du spot balayant l'écran

Dans le cas d'un tube cathodique, on a un faisceau d'électrons qui balaie l'écran. La déviation du faisceau se fait par un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la...) créé par des bobines. On applique trois signaux électriques :

  • un signal commandant le balayage horizontal, latéral (" en x "), sur les bobines situées au-dessus et en dessous du faisceau ;
  • un signal commandant le balayage vertical (" en y "), sur les bobines situées à gauche et à droite du faisceau ;
  • un signal commandant l'intensité du faisceau d'électrons et la synchronisation, le signal vidéo.

Considérons les systèmes à 625 lignes et 50 Hz. Une trame de 20 millisecondes (0,02 secondes, 1/50e de seconde) correspond au balayage vertical et au retour du spot. On applique donc un signal triangulaire : le signal augmente durant 18,4 ms (balayage vers le bas, 92 % de la période), puis retourne à 0 en 1,6 ms (retour en haut, 8 % de la période). Une trame correspond à 312,5 lignes balayées (une trame commence ou se termine par une demie ligne) ; on a 287,5 lignes réellement affichées, le retour du spot équivaut à 25 lignes.

Durant ces 20 ms, le spot fait donc 312 allers-retour. Pour ce balayage horizontal, on applique donc un signal triangulaire de période 64 microsecondes (0,064 ms, 1/50/312 seconde) : le signal croît durant 57 µs (89 % de la période), puis revient à 0 en 7 µs (11 % de la période).

Le signal vidéo comprend donc :

  • des impulsions de synchronisation pour marquer le début de l'image ;
  • le signal vidéo de la première ligne, durant 57 µs, entre 0,3 et 1 volts (0,3 V pour un point (Graphie) noir, 1 V pour un point d'intensité maximale) ;
  • une impulsion à 0 V durant 7 µs, qui assure que le spot est bien noir durant le retour et permet la synchronisation.

Comme le balayage vertical est continu, on voit qu'une ligne est en diagonale (On appelle diagonale d'un polygone tout segment reliant deux sommets non consécutifs (non reliés par un côté). Un polygone à n côtés possède diagonales.) (le spot continue à descendre tandis qu'il progresse vers la droite), avec une légère pente. Le spot progresse en zig-zag.

Paramètres

La fréquence d'affichage des images est de 25 par seconde (1/25 sec par image); celle des trames est donc double, 50 trames par seconde (1/50 sec par trame). En Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de l'Europe et de...) et au Japon, l'entrelacement est à une fréquence de 30 images/seconde. Il y a un lien entre ces fréquences et la fréquence du réseau électrique (Un réseau électrique est un ensemble d'infrastructures permettant d'acheminer l'énergie électrique des centres de production vers les consommateurs...): en Europe, nous disposons du 50 Hertz (Le hertz (symbole : Hz) est l’unité dérivée de fréquence du système international (SI). Elle est équivalente...), contrairement au 60 Hertz des pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus souvent sous forme de...) pré-cités. Le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit...) est utilisé à des fins de synchronisation.

Effets de l'entrelacement sur un écran d'ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits...)

Exemple de l'effet de peigne sur un travelling latéral. L'image du bas, progressive, n'a pas ce défaut
Exemple de l'effet de peigne sur un travelling latéral. L'image du bas, progressive, n'a pas ce défaut

La fréquence de rafraîchissement d'un écran d'ordinateur moderne est supérieure à 50 Hz . L'effet de scintillation est dimunué, 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 " 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 secondes au lieu de 25) et non pas comme une demie image. En conséquence, un signal entrelacé n'apparaît pas net sur un écran d'ordinateur :

  • dans le cas d'une source pellicule (cf. supra)
    • 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 (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace,...).

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 (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de lumière et...) correct, il faut désentrelacer le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un...).

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.

Notes

  1. à l'époque des premiers téléviseurs, du fait des parasites générés par l'électronique, il était plus simple d'avoir une fréquence synchrone avec le secteur
  2. au cinéma, on se contente de 24 images par secondes ; 18 images par seconde permettent d'avoir une fluidité (La fluidité est la capacité d'un fluide à s'écouler sans résistance.) suffisante du mouvement, le nombre plus élevé correspond à des contraintes techniques : bande passante (La bande passante (angl. bandwidth) est un intervalle de fréquences pour lesquelles la réponse d'un appareil est supérieure à un minimum. Elle est généralement...) pour le son optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) au cinéma, et fréquence du courant du secteur pour la télévision ; notons que lorsqu'un film est passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps...) à la télévision, il faut changer la cadence des images, c'est le télécinéma (Le télécinéma est un système permettant de transférer un élément film (pellicule argentique) sur support utilisable en post production et diffusion télévision (image électronique vidéo).)
  3. en fait, le haut de l'image même ne correspond pas exactement au même moment que le bas, puisqu'il y a un peu moins de 0,2 secondes de différence entre les deux
  4. sur les 625 lignes théoriques d'une image, il faut compter l'équivalent de 50 lignes pour le retour du spot en haut de l'écran, soit 575 lignes, donc 287,5 lignes par trame ; une trame commence ou se termine par une demie ligne
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