La Télévision à l'ére du numérique

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 Un peu d’histoire…

Quelques uns s’en souviennent encore : jusqu’en 1967 la Télévision ne connaissait que le noir et blanc. A cette époque une furieuse bataille opposait industriels français, étranger, laboratoires publics. Le choix fut fait du Secam 3b, très performant en transmission, diffusion et enregistrement, mais incapable de permettre directement mélange et trucages. 4P02Les studios, et plus généralement la production, se repliaient souvent sur des équipements PAL, moins chers et plus sophistiqués, quitte à transcoder pour diffuser en Secam.

Dès 1971, l’ORTF ne se satisfait pas de cette situation et crée alors le laboratoire de télévision numérique, presque immédiatement intégré au tout nouveau CCETT où se poursuit l‘aventure de la télévision numérique que nous allons conter dans cette exposition

Produire devient un plaisir

Sans surprise, c’est dans les studios de productions que cette nouvelle technique va apparaître dès 1985 : le coût des équipements reste acceptable dans un contexte professionnel et le gain de qualité est spectaculaire, on peut indéfiniment recopier sans perte de qualité, les méthodes de travail des réalisateurs deviennent plus simples et plus efficaces.

Mais transmettre est une gageure 

Un signal de télévision numérique constitue un volume d’information considérable : une image est représentée par 829 440 octets (soit plus de 6,6 Mbit). Une seconde de signal vidéo représente un débit de 166 Mbit/s. La largeur du canal de télévision de 8 MHz, avec les meilleures techniques de modulation de l’époque (au mieux 4 éléments binaires par Hertz) ne permet que 15%e du débit requis. La nécessité de comprimer le signal numérique de télévision est donc une évidence. Ces techniques vont être développées par le projet international MPEG, dans le cadre institutionnel de l’ISO, les solutions deviennent en effet abordables grâce à la baisse du prix des mémoires et des processeurs. Curieusement, ce n’est pas la télévision qui va bénéficier d’abord de ces travaux : le Vidéo CD sera le premier utilisateur en 1992 suivi par le DVD en 1995

Comprimer oui mais sans dégrader

4P03La réduction de l’énorme débit numérique généré par la numérisation des images de télévision a constitué un axe majeur dès le début des travaux dans la décennie 1970. On a très tôt compris qu’une image animée n’est pas une information aléatoire et se répète beaucoup. C'est ce qu'on appelle la redondance du signal.

Ce que l’on code n’est pas le point d’image lui-même, mais sa différence par rapport à une estimation obtenue à partir de ce qu’on connaît déjà. Cette approche s’est perfectionnée avec les progrès de la technologie et l’approfondissement des propriétés du système visuel. Les systèmes de prédiction mettent en œuvre une détection locale du mouvement. Cela a nécessité des capacités de mémoire et des vitesses de traitement de plus en plus importantes mais que le progrès de la technologie a permises.

Le saut décisif a été effectué dans le courant de la décennie 1980 en opérant dans un espace de fréquences (spatiales bidimensionnelles) par une transformation dite « en cosinus discrète ». C’est ainsi qu’ont été mis au point les systèmes de compression vidéo MPEG (1, 2 puis 4) utilisés actuellement pour la TNT, qui réduisent le débit d’un facteur pouvant atteindre 100 sans dégradation visible.

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Différents modes : les images I sont codées comme des images fixes, les P utilisent une prédiction à partir des images déjà reçues, les images B sont simplement interpolées.

Bien que moins exigeant en débit, le son est par contre très critique en qualité, chaque échantillon demandant à être représenté de façon beaucoup plus fine que pour l’image. Là encore, on a tiré parti des propriétés de l’audition, l’oreille n’étant pas critique en même temps sur toutes les fréquences à la fois. Certaines composantes sonores présentes peuvent être représentées plus sommairement, donc avec beaucoup moins de bits. L’application la plus connue est le mp3, et le son de la TNT fonctionne selon des principes similaires.

Quant à diffuser, c’est une autre histoire….
Les recherches sur les méthodes de transmission ont été menées au CCETT dès la seconde moitié des années 80 d’abord pour numériser la radio. Le son numérique avait acquis droit de cité avec le CD Audio. Le projet MPEG avait déjà produit une solution pour la compression du son, bien connue sous le sigle  MP3. La diffusion numérique du son a donc été le premier succès du système de modulation COFDM et cela dès 1995, sous le nom de DAB (Digital Audio Broadcasting).

 

Mais la Télévision c’est un monde différent …

Il nous faut4P05

Pas simple !!! Le débit numérique doit dépasser 20 Mbit/s pour multiplier le nombre de chaînes, mais la propagation terrestre nous réserve de mauvaises surprises : elle est affectée par les échos provenant des réflexions du signal sur les différents obstacles (immeubles, relief, …) avant d’atteindre l’antenne du téléviseur.

4P06La construction du signal COFDM repose sur la compréhension de ce phénomène : les échos ont pour effet de détruire partiellement des portions du signal, et d’en renforcer d’autres. La suite de bits ‘0’ ou ‘1’ issus de la compression audio-vidéo est transformée par 2 opérations : un rajout de redondance qui lie entre eux les bits consécutifs, et un entrelacement qui mélange ces bits de sorte que les bits liés par la redondance se retrouvent séparés les uns des autres. Le résultat de ces transformations est ensuite distribué sur le signal. En réception, les bits portés par les portions du signal (« porteuses ») détruites par les échos pourront être reconstruits grâce au lien apporté par la redondance qui les lie aux bits transmis par les portions renforcées du signal. Ces techniques mises bout à bout ont permis de construire un système qui répond à nos exigences.

Une collaboration européenne exemplaire a ensuite permis l’adoption d’une norme européenne de diffusion numérique de la télévision tellement efficace que la TNT (déployée en 2005) a permis de diffuser 5 programmes dans un canal qui ne véhiculait qu’un programme analogique. Les progrès ont permis de passer à 30 chaînes en haute définition, devenue la règle en France en avril 2016.

Et demain

L’image démultipliée et enrichie

La télévision est devenue multiforme dans sa transmission, dans son contenu et surtout dans son mode de consommation. Sur de multiples écrans de taille variant de1m à 10cm et surtout elle se consomme en mobilité.

Chacun se prétend créateur et partage allègrement sur les réseaux sociaux des productions de qualité variée !.

Mais par ailleurs se préparent des améliorations drastiques de la qualité : plus grande résolution (4K et au delà), dynamique du signal, espace de couleurs, fluidité. Les normes associées existent et certains pays se sont déjà lancés.

Si les résolution supérieures (8K) ou le 3D font débat, on peut penser que l’image de demain sera immersive. C’est une étape déjà engagée avec des expériences de Réalité augmentée et d’interactivité. La Bretagne est fière à juste titre de sa position de leader du plan réalité virtuelle français.

La connectivité diffuse

Les débits ont explosés en diffusion terrestre, en filaire et en radio. Les technologies OFDM contribuent à cette évolution et cela dans tous les secteurs sur les réseaux filaires (ADSL), radio 4G et bientôt 5G mais aussi WIFI. Elles nous assureront une connectivité en tout lieu et pour tous objets de notre superbe écran à ces objets plus ou moins exotiques que nous avons sur nous ou en poche.

Rôle et contributeurs du CCETT

Dans les années 70 s’installaient en région Rennaise, notamment à Cesson-Sévigné, des entreprises, grandes écoles et laboratoires de recherche majeurs en électronique, audiovisuel et télécommunications. Pendant plus de 40 ans se sont accumulées des compétences multiples et une notoriété internationale rare dans les domaines des télécommunications et de l’image. Ce patrimoine, exceptionnel comme tout patrimoine, ne prend sa valeur qu’en vivant et en irriguant son milieu naturel.

L’A3C7, l’Association Amicale des Agents du CCETT (aujourd’hui Orange Labs) a l’ambition, modestement, de conserver et de mettre en valeur une partie de ce patrimoine, celle pour laquelle le CCETT a été un acteur ou un partenaire majeur. Dans cet esprit a été conçu un premier évènement, à l’occasion des 25 ans de l’adoption de la norme JPEG, puis un second autour du véhicule intelligent et communicant 30 ans après le lancement du programme Carminat.

Aujourd’hui le sujet est un service particulièrement familier : la Télévision Numérique. Fiers d’avoir été partenaire de son développement nous en dévoilons l’histoire, expliquons « comment ça marche » en termes simples et proposons quelques aperçus des évolutions ou ruptures à attendre demain dans ces domaines.

C’est rendre hommage aux hommes et femmes engagés dans cette aventure que de montrer comment ces compétences et cette notoriété d’hier sont des atouts majeurs pour le développement économique du territoire aujourd’hui.

Credits

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