Soutenance mémoire
Les bases de la télévision
Historique
L’histoire de la télévision est intimement liée à la mise au point des appareils permettant d’analyser l’image par balayage. Le premier de ces dispositifs fut le disque Nipkow, breveté en 1884 par l’inventeur allemand du même nom. En 1897, Ferdinand Braun mit au point le premier tube cathodique, instrument fondamental de la télévision. Ferdinand Braun, corécipiendaire du prix Nobel de physique en 1909 avec Guglielmo Marconi, pour leur contribution au développement de la Télégraphie Sans Fil (TSF), est avant tout l’inventeur du tube cathodique ou oscillographe (1895), élément principal des postes de télévision. Le tube de dissection de l’image fut mis au point par Philo Taylor Farnsworth peu de temps après 1928. En 1926, John Logie Baird créa un système de télévision incorporant des raies infrarouges pour filmer dans l’obscurité. Cette date correspond ainsi à la première diffusion publique d’images télévisées. On sait que la télévision permet au particulier de regarder des émissions. Mais la télévision connaît aujourd’hui des applications plus techniques et plus scientifiques, telles que l’exploration de l’espace ou de notre planète vue de l’espace (analyse des phénomènes météorologiques, espionnage industriel ou militaire, etc.). Les premières émissions de télévision publiques furent réalisées en 1927 par la BBC (British Broadcasting Corporation) en Angleterre, en 1930 par CBS (Columbia Broadcasting System) et NBC (National Broadcasting Company) aux Etats-Unis. Cependant, la diffusion régulière d’émissions de télévision commença seulement en 1936 en Angleterre et en 1939 aux États-Unis. Les ventes de téléviseurs grimpèrent régulièrement dès la fin des années 1940, d’abord aux États-Unis puis en Europe. Aux Etats-Unis, le système 525 lignes et 30 images par seconde a été pris comme standard en 1941, après la décision de la commission fédérale américaine des télécommunications tandis que la Belgique et l’Italie ont démarré le système 625 lignes en 1948. Mais, les améliorations les plus remarquables se sont surtout manifestées en 1953, après la définition du premier système couleur NTSC (National Television System Committee). Ce nouveau codage de l’époque permet en fait aux appareils noir et blanc de recevoir des émissions en couleur. En 1957, le système SECAM (SEquence de Couleur Avec Mémoire) inventé et mis au point par Henri De France, a vu le jour. Et ce n’est que trois ans plus tard que l’allemand Walter Bruch a pu élaborer le système PAL (Phase Alternation Line). Ce dernier fut adopté par quelques pays européens. C’est seulement vers les années 70 que les deux derniers systèmes de couleurs furent bien établis. En cette même période, l’idée visait déjà à appliquer les techniques numériques aux émissions de télévision, mais ces techniques restaient plutôt appliquées au trucage et mélange vidéo dans les studios de production. L’émission de télévision directe par satellite et par câbles conforme au système PAL et SECAM s’est développée en Europe au début des années quatre vingt. En 1992, une nouvelle norme D2- MAC (Multiplex Analog Component) vient de s’imposer comme étant le nouveau standard d’émission de télévision par câble et par satellite, pourtant cette norme est toujours basée sur la technique analogique.
En 1993, l’Europe a développé la recherche sur l’émission numérique de télévision destinée au grand public. Cette recherche connut son succès l’année 97 grâce aux diverses techniques de transmission numérique et surtout au développement et à la standardisation de la norme de MPEG (Moving Pictures Expert Group) l’année 1994. Cette nouvelle technique d’émission de télévision connue sous le nom de TNT (Télévision Numérique Terrestre) commence aujourd’hui à s’implanter en Europe et même dans d’autres pays. Comme dans le cas d’émission analogique, de nombreuses normes apparaissent ou sont en cours d’études dans divers pays ; on peut citer parmi elles la DVB (Digital Video Broadcasting) de l’Europe, l’ATSC (Advanced Television Standards Committee) des Etats-Unis et du Canada….
La télévision, par définition, consiste à transmettre à distance une image animée en noir et blanc ou en couleur, et du son. Pour comprendre le principe de cette transmission, nous allons étudier successivement les points suivants :
– La perception d’une image par l’œil ;
– Les signaux de télévision ;
– L’analyse et la transmission d’une image ;
– Les systèmes mondiaux de télévision ;
– La transmission radioélectrique des signaux de télévision.
La perception d’une image par l’œil
Elle doit être étudiée en fonction de la nature de la lumière et des caractéristiques de l’œil humain.
La lumière
La lumière est un rayonnement électromagnétique de même nature générale que le rayonnement hertzien utilisé par la radio et par la télévision, entre 380 nm et 780 nm. Ce rayonnement est sensible à l’un de nos sens : l’œil. Il est constitué par des photons, particules sans masse. La lumière blanche est constituée par la perception simultanée de l’ensemble des radiations sensibles à l’œil et dans un rapport voulu. Au moyen d’un prisme on décompose la lumière blanche et on fait apparaître le spectre des couleurs du rouge au violet.
La sensibilité de l’œil n’est pas égale pour toutes les fréquences. C’est la perception simultanée du rayonnement électromagnétique qui donne la sensation de lumière blanche. L’œil est très sensible à la couleur verte (550nm) et beaucoup moins aux extrémités du spectre visible. Les différentes sources lumineuses ont chacune un spectre qui leur est propre ; le soleil, une ampoule à incandescence, un tube fluorescent ne donne pas du tout la même courbe d’intensité en fonction de la fréquence. Ces rayonnements lumineux peuvent parvenir à notre œil soit directement, soit le plus souvent, indirectement par l’intermédiaire des objets éclairés par cette source. Ces objets peuvent altérer plus ou moins le rayonnement original suivant qu’ils absorbent ou réfléchissent de façon préférentielle toute ou une partie du spectre reçu ; c’est l’impression de couleur que nous percevons de ces objets.
On peut donc classer les matériaux selon leur comportement lorsqu’ils sont éclairés par une lumière comprenant toutes les fréquences du spectre visible :
• S’ils se laissent traverser de façon égale par toutes les radiations, ils sont incolores (exemple : verre, eau pure, etc.) ;
• S’ils absorbent toutes les directions et de façon égale tout le spectre, ils sont blancs;
• S’ils absorbent toutes les radiations visibles, ils sont noirs ;
• S’ils absorbent ou diffusent inégalement ces radiations en fonction de leur longueur d’onde, ils sont colorés.
L’œil humain
L’œil humain est comparable à une chambre photographique. Il comprend :
– Une chambre noire sphérique emplie d’une humeur vitrée ;
– Un objectif, la cornée et le cristallin ;
– Un diaphragme, l’iris percé d’un trou de diamètre variable, la pupille ;
– La surface photosensible, constituée par la rétine ;
– La paupière peut jouer le rôle d’un obturateur, mais pas comme en photographie où il faut changer la surface photosensible lorsqu’elle est impressionnée ; la rétine est apte à recevoir des impressions successives très rapprochées les unes des autres.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre 1 : Les bases de la télévision
1.1 Historique
1.2 La perception d’une image par l’œil
1.2.1 La lumière
1.2.2 L’œil humain
1.3 Les signaux de télévision
1.3.1 Acquisition des signaux de télévision
1.3.2 Emission monochrome
1.3.3 Emission couleur
1.3.3.1 Le signal de luminance
1.3.3.2 Les signaux de chrominance
1.3.4 Signaux de synchronisation
1.3.4.1 Le signal de synchronisation et de suppression ligne
1.3.4.2 Le signal de synchronisation et de suppression trame
1.3.5 Signal vidéo composite
1.3.6 Signal audio
1.4 L’analyse et la transmission d’une image
1.4.1 Liaison par faisceaux hertziens
1.4.2 Liaison par satellite
1.5 Les systèmes mondiaux de télévision
1.5.1 Le système NTSC
1.5.2 Le système PAL
1.5.3 Le système SECAM
1.6 Transmission radioélectrique des signaux de télévision
1.6.1 Antenne d’émission de télévision
1.6.2 Antenne de réception de télévision
1.6.3 Zone de couverture d’un émetteur de télévision
1.6.4 Défauts de transmission radioélectrique en émission de télévision
1.6.5 Réception de la télévision
Chapitre 2 : Introduction à la télévision numérique et la norme DVB-T
2.1 Introduction
2.2 Histoire de la télévision numérique
2.3 Généralité sur la télévision numérique
2.4 La norme DVB-T
2.4.1 Définition
2.4.2 Les objectifs du DVB
2.4.3 Les paramètres de la norme DVB-T
Chapitre 3 : La télévision numérique réalisée avec la norme DVB-T
3.1 Introduction
3.2 Synoptique de la chaîne de diffusion DVB-T
3.3 Fonctionnement de la chaîne de diffusion numérique DVB-T
3.3.1 Le codage de source
3.3.1.1 Compression MPEG-2
3.3.1.2 Multiplexage et embrouillage
3.3.2 Séparateur
3.3.3 Codage de canal
3.3.3.1 Dispersion d’énergie (brassage)
3.3.3.2 Codage Reed-Solomon (codage externe)
3.3.3.3 Entrelacement externe
3.3.3.4 Codage convolutif (codage interne)
3.3.3.5 Entrelacement interne
3.3.4 Adaptation au canal de transmission terrestre
3.3.4.1 Modulation numérique et adaptation trame
3.3.4.2 Modulation OFDM
3.3.4.3 Modulation COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
3.3.4.4 Conversion numérique/analogique et transposition radiofréquence
3.3.4.5 Caractéristiques du canal de transmission terrestre
3.4 Utilisation des fréquences
3.4.1 Le Multi Frequency Network (MFN) ou réseau multifréquence
3.4.2 Le Single Frequency Network (SFN) ou réseau monofréquence
3.5 Principe de la réception numérique DVB-T
3.6 Principe d’un récepteur numérique de télévision
3.6.1 Les adaptateurs numériques pour TV analogique
3.6.2 Les adaptateurs pour PC
3.6.3 Les récepteurs de télévision avec décodeur numérique intégré
3.6.4 Les boîtiers « triple play » compatibles avec la réception numérique hertzienne
Chapitre 4 : Simulation sous Matlab
4.1 Description du logiciel Matlab
4.2 Théories utilisées pour la simulation
4.3 Fonctionnement de la simulation
4.3.1 La partie présentation (fenêtre d’accueil)
4.3.2 L’interface d’exécution de la simulation
4.3.3 La partie contenant les aides (aides)
4.4 Exemples effectués pour la simulation
4.4.1 Pour ‘‘un émetteur’’ sélectionné
4.4.2 Pour ‘‘deux émetteurs’’
4.4.3 Dans le cas de ‘‘trois émetteurs’’
CONCLUSION GENERALE
