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La longue marche de
l’image numérique L’AHTI a organisé, en mars 2005, deux réunions sur
l’historique de la numérisation des images, la première concernant l’image
télévisuelle, la seconde l’image interactive. Par suite d’incidents techniques,
il n’a pas été possible d’utiliser les enregistrements directs et le
compte-rendu qui est donné ici a été réalisé à partir des documents présentés
et des notes prises en séance. Le processus de numérisation des images télévisuelles La
séance était présidée par Michel Atten,
historien. La durée et la complexité du processus de numérisation
de la télévision par Yves Guinet, ancien directeur des études et recherches de TDF Les
premières applications opérationnelles de la technique numérique en télévision sont
apparues il y a trente ans. En France, un convertisseur numérique 625-819
lignes fut conçu au CCETT en 1974, sur demande de l’ORTF. J’en ai défini
l’algorithme d’interpolation des images et l’appareil fut réalisé par Robert
Boyer au LER de Thomson, puis exploité au centre ORTF de Cognac-Jay jusqu’à
l’arrêt des émissions en 819 lignes, en 1983. le plan câble de 1982 en France, la haute
définition terrestre de 1990 aux Etats-Unis, DVI en 1994 chez Philips). Echoua
aussi la politique publique européenne D2Mac/HDMac dans la décennie 1980,
prévue pour distribuer la télévision par satellites. Cette politique était
fondée sur un transport hybride, mi-analogique, mi-numérique, de l’image et sur
le traitement numérique des signaux dans les récepteurs publics. A contrario,
des applications qui jadis auraient paru, même aux plus optimistes,
techniquement inconcevables, telle la distribution de télévision sur paire
symétrique, sont devenues aujourd’hui une réalité. Pourquoi ? Plusieurs catégories de cause interviennent.
Une première tient à la nature anthropique du système télévisuel et aux
caractères des techniques de sa numérisation. La vision naturelle n’est ni
analogique, ni numérique. Le stimulus artificiel vu par un téléspectateur est
interprété par son cerveau. Il fallut attendre le début des années 1990, pour
que des systèmes informatiques spécialisés suffisamment puissants permettent de
stimuler, d’évaluer et d’optimiser empiriquement, par des moyens purement
logiciels, des algorithmes efficaces pour le traitement numérique de séquences
d’images animées, en vue de la compression du débit. Ces travaux débouchèrent
sur les normes ISO, MPEG1 et 2. Ce premier saut accompli, on comprit rapidement
que d’autres suivraient. L’exploitation
économique de ces nouveaux algorithmes exigeait des technologies ayant une
performance suffisamment élevée, en vitesse et capacité de mémoire, en
puissance et rapidité des processeurs, et un coût suffisamment bas pour que
l’application envisagée devienne économiquement viable. La vitesse des progrès
restant à accomplir par l’industrie des composants constituait une variable
exogène aux cultures des industries de la télévision. La difficulté à l’estimer
était accrue par l’ignorance de la complexité des algorithmes à utiliser. Une
seconde catégorie de causes tient aux conséquences de la diversification et de
la croissance des industries et des marchés de la télévision durant cette
période historique. La production des diverses catégories de programmes, le
financement et l’édition des services, l’échange et la distribution des
programmes, par réseaux ou par supports enregistrés, leurs consommations
professionnelles et grand public, chacun de ces secteurs appelle des outils
spécifiques à sa finalité. Les applications et les avantages concurrentiels
induits par l’usage de la technique numérique diffèrent donc totalement d’un
secteur à l’autre, de même que les contraintes économiques auxquelles elles
doivent satisfaire. La transformation concomitante des cadres juridiques
induisait celle de la structure des marchés et du comportement concurrentiel
des acteurs. Chacun d’eux, dans son secteur propre, tenta de soumettre le
processus au service de ses intérêts. Dans ce jeu, il arriva que les
acteurs en place trouvent leur intérêt dans un renvoi aux calendes grecques. Le secteur de la production fut le premier à être entièrement numérisé. Dès la fin des années 1970, plusieurs applications en révolutionnèrent les pratiques (synchronisation, post-production et effets spéciaux, puis enregistrement professionnel numérique). Elles conduisirent, en 1981, à l’adoption au CCIR d’une norme mondiale de représentation numérique de l’image aux interfaces entre équipements d’un studio de production. En France, une coopération établie entre la recherche du service public de la radio-télévision et l’industrie européenne, Thomson et Bosh-Fernseh, déboucha sur une première mondiale : l’installation à FR3 Rennes d’un studio de production entièrement numérique dès 1984. Une troisième catégorie de causes,
étrangères à la nature de l’image, tient à la diversité des propriétés
physiques des supports de sa distribution et aux exigences scientifiques
(théorie des modulations) et techniques (débit, taux d’erreur) du codage.
Durant ce long processus, de nouveaux
supports apparurent qui concurrencèrent les supports traditionnels analogiques
de l’émission hertzienne terrestre et de l’enregistrement magnétique :
réseaux de câbles, disques optiques, émission satellitaire, tous supports dont
le codage numérique est techniquement plus simple que celui des supports
historiques. La télévision numérique par satellite commença à se développer aux
Etats-Unis, puis en Europe vers 1995. Le choix normatif, à cette même époque,
de modulations multi-porteuses pour coder le support de l’émission hertzienne
terrestre aura pour effet de reporter sa numérisation de plusieurs années, en
l’attente des technologies nécessaires à la mise en œuvre de cette technique. Avoir
vécu les contradictions économiques qu’induisait la pénétration de la
numérisation dans les produits audiovisuels grand public, cela aide à
comprendre pourquoi il aura fallu plus de trente années pour numériser la
télévision de bout en bout !
Les recherches en télévision numérique, 1973-1982 par Jacques Sabatier, ancien directeur du CCETT Voir sa présentation power point Je vais parler de la préhistoire de la numérisation au CCETT, dans les années 1970. Le contexte est marqué par de gros progrès dans la numérisation des signaux d’images. On s’achemine vers une généralisation de la numérisation des réseaux de télécommunications,. alors qu’on rencontre des difficultés à maintenir la qualité des images de télévision en couleurs lors d’une transmission analogique à grande distance. La première phase des travaux du CCETT sur la compression et la transmission numérique est présentée à Venise en 1977. La démonstration réalisée en temps réel comprend un débit de 52 Mbit/s par programme (niveau 3 de la hiérarchie en France), un codage différentiel des trois composantes du signal et une transmission utilisant les faisceaux hertziens de TDF, les câbles de la DGT et le satellite Symphonie. La seconde phase fait l’objet d’une démonstration en réseau TDF entre Laval et Nantes en 1981. Le débit est réduit à 34 Mbit/s, avec des codecs en cascade. Le codage par transformation n’est pas retenu, parce qu’une qualité équivalente pouvait être obtenue en codage différentiel avec une complexité moindre. Deux programmes étaient multiplexés, afin d’atteindre le débit de 70 Mbit/s permis par le réseau. Deux codecs étaient mis en cascade, avec un contrôle automatique de qualité. Les équipements ont été réalisés par TRT et par la SAT. Mais tous ces travaux n’aboutissent pas, parce que l’UER choisit d’exploiter son satellite en analogique et que TDF se désintéresse du sujet. Seule la DTRN de la DGT achète plusieurs dizaines de codecs. Il faut attendre le programme ETSI, quelques années plus tard, pour relancer le sujet.D’autres travaux du CCETT qui vont converger ultérieurement portent sur l’évaluation subjective de la qualité des images. Les travaux sont axés sur les seuils de perception des dégradations. Celles-ci sont liées à la compression et au traitement des signaux, ou bien aux erreurs de transmission, avec une possibilité de cumul des défauts. On aboutit ainsi à modéliser la vision des couleurs et à établir des critères objectifs de qualité. La méthode préconisée par l’UER pour la définition des méthodes d’essais subjectifs a beaucoup emprunté aux travaux du CCETT. Elle aboutit à la définition et à la production de signaux de tests. La production de programmes bénéficie de façon spectaculaire des progrès en traitement numérique des images. L’augmentation de la capacité de mémorisation apporte des solutions nouvelles et efficaces à des problèmes anciens : le translignage entre le 625 lignes et le 819 lignes ; la conversion de normes entre le 625/50 et le 525/60 ; la correction de bases de temps et la synchronisation de sources ; la réduction du bruit. Il en résulte de nouveaux produits qui, entre 1974 et 1977, vont constituer des îlots numériques dans une mer analogique et conduire progressivement à la notion d’interface numérique unique et normalisé. La porte sera ainsi ouverte au concept de studio numérique. A partir de 1976, les produits destinés au studio numérique sont étudiés par le CCETT en collaboration avec l’industrie. Il en est ainsi de la transmission autour de 200 Mbit/s à faible ou moyenne distance, de la commutation et du mélange de programmes, ou encore des effets spéciaux. Mais c’est surtout l’enregistrement numérique, véritable clé de voûte de la production, qui pose les problèmes les plus difficiles. Les travaux conduits de 1976 à 1978 à 52 Mbit/s prouvent qu’il n’est pas possible de travailler en production sur des signaux comprimés. Il faut attendre 1980 et un nouveau matériel Bosch prêté par Thomson pour que les travaux sur l’enregistrement reprennent. Pendant ce temps, les travaux sur l’interface numérique du studio ont aussi progressé. Dès 1973, le CCETT avait fait des propositions pour le codage séparé des composantes du signal de télévision, Y, R-Y, B-Y. De 1974 à 1978 les structures d’échantillonnage fixes font l’objet de nouvelles propositions. Les courbes de qualité d’images en fonction de la structure et de la fréquence d’échantillonnage sont reprises par le CCIR, pendant que se poursuit le débat sur les mérites comparés des fréquences d’échantillonnage liées ou non à la fréquence de la sous-porteuse PAL. En 1978, est adopté le système « 2+1+1 », fruit des travaux sur les largeurs de bande et les fréquences d’échantillonnage souhaitables pour la luminance et les signaux de différences de couleurs. En 1979-81 enfin, de nombreuses démonstrations et des tests sur la qualité intrinsèque des images numérisées et sur les conséquences de traitements particulièrement exigeants, par exemple l’incrustation, conduisent à la norme mondiale de 1982. Les années 1980-82 ont ainsi vues la concrétisation du concept de studio numérique, avec la normalisation de l’enregistrement numérique au sein du groupe Magnum, et le début de la réalisation du studio numérique de Rennes. Les travaux sur le MAC, dont les principes avaient été publiés par l’IBA en 1981, achèvent de montrer la supériorité de l’approche « composants séparés » en traitement et codage de l’image. L’élaboration du système MAC fait progresser de façon importante les techniques de multiplexage du son numérique de haute qualité et de modulation numérique adaptée aux contraintes des canaux de télévision. Dès lors, les travaux de recherche sur la télévision en définition standard sont achevés et l’intérêt se porte sur la TVHD ! La contribution industrielle de Thomson à la
télévision numérique, 1972-1982 par
Robert Boyer, ancien directeur du LER à Thomson Voir sa présentation powerpoint Les travaux de R&D à Thomson, en vue d’assurer la transition des technologies analogiques vers les technologies numériques dans la chaîne de l’audiovisuel, ont conduit dès 1973 à la réalisation de premiers convertisseurs analogique/numérique et numérique/analogique, puis a celle d’équipements traitant le signal composite, en vue de constituer des îlots numériques. Des démonstrateurs et prototypes ont permis de valider les principes du traitement en composantes, en production, en post-production et en enregistrement, et ceux du codage pour la diffusion et le transport. Les premiers équipements de série ont été réalisés à partir de 1986. Mais les étapes industrielles débordent quelque peu la période considérée, 1972-82, compte tenu du temps nécessaire à la profession pour mettre en place les investissements et les moyens. Les études, la formation aux techniques numériques, le marketing, le développement, la fabrication, etc. doivent être en phase avec l’évolution des technologies, notamment ASIC, circuits intégrés VLSI, mémoires, et en phase avec la demande du marché. Le groupe Thomson a joué un rôle considérable parmi les industriels, avec le LER surtout, qui a été le premier intervenant pendant la période 1972-82 et qui a contribué ensuite à l’effort d’industrialisation des filiales TVE/TBS, puis de TMM. Les toutes premières réalosations, dans la période 1974-78, ont concerné : - La matrice d’un convertisseur de standards 625/819 lignes, à partir d’une étude conduite par le CCETT pour TDF Cognac-Jay, et reposant sur un algorithme établi par Y. Guinet et une base de temps asservie par Genlock. -
Un codage composite conduisant à des boîtes noires en 1975-78 et comprenant un
synchroniseur/correcteur de base de temps pour asservissement des sources, un
réducteur de bruit de fond et des interfaces avec les éléments de la chaîne de
distribution analogique, qu’elle soit Secam, PAL ou NTSC, à l’aide de
convertisseurs fonctionnant à 17,75 MHz, soit 4 Fsc. -
Un codage des composantes du signal video, Y, CR et CB, selon la structure
2+1+1, avec la réalisation de premiers modules d’interfaces, avec la RVB/YDrDb/CA/N. définies : 4.1.1 avec fréquence d’échantillonnage moitié pour les signaux de chroma et 4.2.0 avec transmission alternée des signaux de chrominance, compatible Secam. Ultérieurement, les Etats-Unis et le Japon préfèreront un codage à 10 bits par mot, qui permet un enregistrement plus aisé des signaux composites, qui favorise une amélioration dans le traitement du signal vidéo numérisé à la source (cas des CDD à grande dynamique), qui augmente la précision des traitements en post-production et qui accroît la capacité en transport de données auxiliaires dans les intervalles de suppression. Les débits sont alors portés à 270 Mbit/s en 4.2.2 ; à 143 Mbit/s en NTSC et à 177 Mbit/s en PAL Enfin la norme finale précise les conditions d’interface entre équipements : liaison parallèle à 10 bits ou liaison série permettant la récupération d’horloge. Un premier démonstrateur 2+1+1 est présenté en 1979. En coopération avec le CCETT, le LER étudie, en 1978, les premiers maillons d’une chaîne de traitement numérique destinée à une régie de télévision : éléments de commutation et de mélange utilisant les composantes R, V, B/Y, CR, CB avec une distribution parallèle ; générateur d’effets spéciaux utilisant les possibilités d’une mémoire d’images. Après quelques mois d’essais à TDF, l’ensemble est présenté au Symposium de Montreux en 1979. Un ingénieur de la SFP, Max Debrenne réalise une courte production mettant en valeur ces effets spéciaux : La bande à Basile. En 1985, une première réalisation d’envergure apparaît, avec la régie 4.2.2. Dès 1980, la Thomson, avec le LER, avait pris une sérieuse avance dans le traitement numérique du signal vidéo en composantes. Aussi est-il fait appel à lui en 1981 pour la réalisation d’un prototype de production en numérique à la norme 4.2.2, encore en discussion, et comportant les interfaces série et magnétoscope numérique. Avec le soutien du ministère de l’Industrie et la collaboration de TDF, de la SFP et du CCETT, une régie d’exploitation entièrement numérique voit le jour en 1985. En parallèle Bosch-Fernseh produit le premier magnétoscope numérique. Et la SFP peut réaliser le premier vidéoclip numérique Nous deux en mai 1985, en coproduction Videogram et TF1. L’ensemble, installé à Rennes en novembre 1985, représente le premier studio numérique, permettant une exploitation réelle et un suivi technique par les chercheurs. En exploitation, ce studio a permis de vérifier les économies d’équipement et d’exploitation. En postproduction, la création artistique bénéficie d’effets spéciaux, de corrections colorimétriques, de possibilités de cadrage et de phasage, d’effets d’enchaînement, etc. et de la qualité finale. Cette première installation sera suivie dans le monde de nombreuses réalisations. A partir de 1987, commencent des réalisations commerciales : la Régie 16 de la SFP aux Buttes-Chaumont, avec des équipements numériques, qui fut complétée par la suite d’équipements de télécinéma à traitement numérique et de générateurs d’images de synthèse, puis fut suivie de toute une gamme de réalisations 4.2.2 de série. TVE, devenu Thomson Broadcast System en 1988, aura réalisé en 1993 plus d’une cinquantaine de studios numériques. D’autres réalisations notables de l’époque ont été ses équipements de prise de vue à senseurs solides. L’avènement de la télévision numérique, à partir des années 1980, a bouleversé les méthodes d’exploitation : primautéde la post-production, rapprochement des méthodes cinématographiques, manipulations a posteriori et accroissement sensible de la qualité. La suite a été, dans la décennie 1983-1993, la télévision améliorée et la télévision à haute définition et, dans la décennie 1994-2004, le programme DVB de diffusion numérique.
La normalisation de la télévision numérique 1972-1994
Jacques Poncin, ancien directeur du CCETT Voir sa présentation power point A l’exposé présenté en séance, les Cahiers
ont préféré, compte tenu des conditions d’enregistrement, un texte plus complet
proposé par l’auteur. L’exposé comporte deux grandes parties :
le cadre général de la normalisation et deux épisodes marquants de la
normalisation de la télévision numérique : la définition de la
norme de production et celle de la norme de diffusion par satellite et par
câble Le cadre général de la normalisation
Qu’est-ce qu’une norme ? Deux citations :
-
Décret 84-74 du 26/01/84 fixant le statut de la normalisation : « La
normalisation a pour objet de fournir des documents de référence comportant des
solutions à des problèmes techniques et commerciaux concernant les produits,
biens et services, qui se posent de façon répétée dans des relations entre
partenaires économiques, scientifiques, techniques et sociaux » -
Manuel AFNOR « Le
principe fondamental de la normalisation est le consensus. Les normes sont le
fruit d’une négociation entre les différents partenaires. La norme est là pour
traduire des pratiques industrielles, commerciales ou autres. Par principe, les
normes sont d’application volontaire et contractuelle, donc facultatives. Par
exception, les normes peuvent être rendues obligatoires… » Quelques mots importants : référence, commercial, relations (échanges), consensus, volontaire , obligatoire (décret national, directive européenne) Pourquoi des normes ? Compatibilité ( plug to plug ) entre équipements de même fonctions et de constructeurs différents (marché ouvert). Essentiel pour les équipements grand public (récepteurs de télévision). Compatibilité entre éléments constitutifs de la chaîne du signal (en fait un peu plus compliqué : familles de normes). Qui établit les normes ? Les institutions ou organismes patentés de normalisation : - Mondiaux : émanations de l’ONU (UIT) ou ONG ; CCIR (maintenant UIT-R) / Commission XI (maintenant CE6) ; représentations par les État ; CMTT (mixte CCIR / CCITT) : aspects de transmission à grande distance (maintenant UIT-T CE IX) ; ISO (récepteurs) ; CEI. - Régionaux : en Europe l’ETSI
(issu à l’origine de la CEPT), le CEN, le CENELEC, etc. Dans
la période considérée, les organes de l’UIT fonctionnent par impulsions,
en tranches de 4 ans (périodes), terminées par une session plénière, avec, au
milieu de la période, une session intérimaire. Les
sessions sont alimentées par des contributions et produisent des rapports (état
de l’art dans un domaine donné) et des recommandations
(ou avis) qui sont des normes Qui
prépare les contributions ?
Pour les organes de l’UIT, les Etats. En
fait, pour l’essentiel les centres de recherches (et à l’époque Centres de recherche
publics, émanation des opérateurs : pour la France, la DGT (France
Télécom) / CNET (FT R&D), pour l’ORTF (TDF) / Service des études + CCETT. En cas de consensus régional (rare en Europe, plus souvent aux États-Unis), les organismes corporatifs de représentation des radiodiffuseurs : UER, SMPTE, etc. Quelle est la durée de vie d'une norme ? En fait, il vaut mieux parler de
génération de normes. Il n’y a pas de règle, et c’est souvent imprévisible au
moment où l’on établit la norme. Mais : - une norme « ne s’use que si
l’on s’en sert » (une norme qui n’est pas utilisée dans les mois qui
suivent sa promulgation risque d’être définitivement caduque) ; - la
génération suivante apparaît inéluctablement du fait de l’évolution des besoins
et des technologies, mais l’évolution est discontinue : il faut que la
nouvelle norme apporte un plus indéniable par rapport à l’ancienne.
Il y a donc des paliers, qui correspondent à un usage stabilisé d’une génération de normes par l’ensemble des acteurs et à la rentabilisation des investissements qu’ils ont faits pour l’introduire. Dans le cas des normes grand public, l’effet de parc peut se traduire par des paliers relativement longs (ex. Secam : 1970-20xx , soit plus de 40 ans) Enfin,
il peut y avoir un recouvrement plus ou moins long des générations (ex. 819L /
625L ; noir et blanc / Secam ; aujourd’hui : Secam / numérique 1e
génération), mais cela entraîne des complications; à partir d’un certain seuil
d’obsolescence, il vaut mieux tuer l’ancienne norme. Exigences de base pour une nouvelle norme :
- Compatibilité. À cause de ce qu’on vient de voir, la norme doit être compatible avec l’environnement dans lequel elle s’introduit, c’est à dire essentiellement avec la (famille de) norme(s) précédente(s), compatibilité qui prend deux formes : les signaux à la nouvelle norme doivent pouvoir être reçus (éventuellement avec des caractéristiques dégradées) sur les récepteurs anciens ; les signaux à l’ancienne norme doivent pouvoir continuer à être reçus par les récepteurs nouveaux. Dans
le cas du numérique, qui introduit une véritable révolution par rapport aux
représentations analogiques préexistantes, ces exigences ne sont en fait pas
aussi bien remplies qu’elles avaient pu l’être au passage du noir et blanc à la
couleur : on a recours à des artifices, comme l’ajout d’un boîtier
décodeur externe au récepteur, ou une simple duplication au niveau du récepteur
(cohabitation d’un décodeur numérique et d’un décodeur Secam dans le récepteur)
ou de la diffusion des signaux ( Simulcast
numérique / Secam) - Evolutivité (Scalability) qui doit permettre de faire vivre la norme, sans toucher à ses paramètres fondamentaux, en introduisant des fonctionnalités nouvelles (on prolonge ainsi le palier de rentabilisation de la norme). Cette exigence est facilitée dans le cas des normes numériques, d’une part, par le fait que certaines fonctions sont réalisées en logiciel dans le décodeur, d’autre part, par le fait que le train de données numériques transmis ou diffusé contient une provision de bits, sans affectation figée au moment de l’édition de la norme. - Familles
de normes. Le système de télévision est un système complexe, dont les
différents éléments de production (enregistrement) / transmission /
diffusion) ont des exigences variées. Une norme unique ne peut convenir pour
tout le système et il faut construire une famille de normes compatibles pour
optimiser le système. L’une des caractéristiques du système de télévision est
qu’il concerne des équipements professionnels (tout l’amont jusqu’aux
émetteurs) mais aussi des équipements grand public (les récepteurs où est décodée
la norme de diffusion). La grande
(r)évolution des années 1990.
Au
cours des années 1990, et sans beaucoup de transition, le processus décrit
ci-dessus, qui faisait intervenir essentiellement les organismes patentés, s’est trouvé remis en cause et un
nouveau cadre de mise au point des normes est apparu : les groupes ad-hoc ou forums. La télévision n’est pas une
exception et l’ensemble du secteur des télécommunications a connu la même
évolution à la même époque, voire un peu avant (cf. les groupes ATM et GSM), en
partie par diffusion des méthodes utilisées en informatique, mais aussi à cause
des avantages propres qui sont listés ci-dessous : - Un forum est a priori un dispositif beaucoup moins formel que les organismes patentés (ce qui ne veut pas dire qu’il n’obéit pas à des règles strictes de gestion). C’est une structure légère, même s’il implique, de fait, beaucoup de monde - Il est établi spécialement pour une opération ponctuelle de normalisation et dissous quand son travail est terminé (en fait, il transmet les résultats de ses travaux, d’une part aux organismes patentés dont le rôle ne disparaît pas complètement (mais se réduit à peu près à donner un coup de tampon), d’autre part à un ou plusieurs nouveaux forums qui poursuivent les pistes de prolongement qui ont pu être identifiées. - La composition du forum est ouverte à tous les utilisateurs ou parties prenantes (depuis les politiques ou réglementeurs jusqu’aux concepteurs de circuits intégrés). Le ciment qui les rassemble est une perception commune de l’urgence du besoin. - Un forum travaille pratiquement en continu, et souvent avec des dates d’objectif, voire des jalons intermédiaires, fixés au départ. Les avantages principaux que la méthode des forums a fait rapidement apparaître sont :
- L’édition de normes immédiatement prêtes à l’emploi : les mêmes participants, chacun dans son domaine propre, sont au courant des tendances et des étapes de mise au point et peuvent donc entreprendre en parallèle la réalisation de prototypes des équipements qui les concernent et sortir les équipements de série très peu de temps après l’édition des normes. Le forum précurseur, et en même temps modèle pour la normalisation de la télévision numérique, a été le groupe DVB (Digital Video Broadcasting) (cf. plus loin) Une
bonne norme au bon moment.
Le choix d’une norme fait souvent l’objet de débats (cf. le débat actuel
MPEG2 / MPEG4 pour la télévision numérique de terre) et l’unanimité absolue est
rare. On peut toutefois lister quelques critères qui permettent de dire qu’on
tient bien la bonne norme au bon moment :
- Elle répond à un besoin « réel » et
consensuel (contre-exemples: les normes MAC, les normes TVHD). - Elle est
implantable « raisonnablement » (coût, fiabilité) avec la technologie
du moment. - Elle est compatible avec l’environnement (à
pondérer : cf. supra MPEG2 vs MPEG4). - Elle présente
de la souplesse, pour évoluer en termes d’implémentation, avec la technologie
et pour introduire des « facilités » supplémentaires (ex. accès
conditionnel, services associés).
Pourquoi l’histoire de la normalisation de la télévision numérique est-elle
si riche et, en un sens, exemplaire ? C’est essentiellement du fait de la
conjonction, au cours de la période d’une vingtaine d’années considérée, de
deux phénomènes majeurs :
- Une évolution rapide et marquée du besoin de consommation de la télévision et des modalités de cette consommation : explosion du nombre de chaînes accessibles et viables (de trois à plus d’une centaine en France) ; apparition de nouveaux vecteurs de diffusion (câble et satellite) ; affinement de la consommation (accès conditionnel) - Une révolution technologique encore sans borne : circuits intégrés à grande échelle ; processeurs de traitement du signal ; mémoires de capacités croissantes et de prix en chute libre ; technologies d’enregistrement performantes sur les supports traditionnels (magnétiques) ou nouveaux (optiques). Deux épisodes marquants de la normalisation de la
télévision numérique
La définition
de la norme de production (1972-1981)
Le déroulement général du processus
aboutissant à la définition de la norme est représenté sur la figure 1. On a
classé les évènements intervenant dans ce processus en cinq catégories : technologie, priorité commerciale, activités des laboratoires, réunions des instances
de normalisation (CCIR et CMTT), positions des principaux contributeurs : UER et SMPTE. Bien
que ce schéma paraisse complexe et illustre des interactions multiples, on peut
y pointer six faits principaux : - Le contexte de départ. En 1972, le monde de
la télévision est profondément divisé :
à la dichotomie 525 / 625
lignes, qui existe depuis le début, viennent se
rajouter les fractures liées au choix des systèmes de télévision en
couleur : Secam, Pal, NTSC. Cette
situation entraînera deux types de
comportements : le chacun pour soi, dans un premier
temps, puis, sur la
fin, le comportement opposé de recherche d’une solution convergente. -
L’influence de la technologie. Si
l’influence de la croissance des performances des circuits intégrés
(processeurs, et surtout
mémoires) au cours de la décennie considérée est un
phénomène général qui touche bien d’autres domaines
que la télévision, un fait
spécifique intervient vers 1978 : les progrès des technologies d’enregistrement magnétique autorisent
des débits d’enregistrement dépassant sensiblement 100 Mbit/s : la porte est
ouverte pour la réalisation de magnétoscopes numériques professionnels. - Un renversement de priorités. Les objectifs
initiaux portaient sur la numérisation de la transmission (transport à longue distance pour alimenter les
émetteurs); cependant, avec les technologies de l’époque, les performance des
systèmes de compression restent modestes ( 34 à 60 Mbit/s par canal) et les
transmetteurs sont peu motivés. Par contre, au début des années 1980, avec la
faisabilité des magnétoscopes numériques et la perspective de nombreuses
innovations dans le domaine des effets
spéciaux, les organismes de radiodiffusion voient des avantages à court
terme de la numérisation dans le secteur de la production des programmes. - Un débat entre codage du signal composite et
codage des composantes. Longtemps incertain, et plutôt en faveur du composite
en raison du poids du Pal et du NTSC à travers le monde, le choix bascule très
vite en faveur des composantes,
vers 1979, en raison de la priorité donnée à la production. Une
intense activité, à la fin de l’année 1980 et au début de 1981, se développe à
l’approche des réunions du CCIR de l’automne 1981. Sur le terrain des
composantes, il apparaît alors possible et souhaitable de définir une norme
commune au niveau mondial : un compromis est finalement trouvé au
printemps 1981 entre européens (représentés par l’UER) et américains
(représentés par le SMPTE) ; le fait accompli entraîne le ralliement du Japon. Dix ans après la normalisation de la
télévision en production, et l’évolution technologique aidant toujours, on
s’intéresse au segment de la distribution
terminale
(des émetteurs terrestres ou satellitaires, ou des stations
centrales de réseaux de câbles vers
les récepteurs), pour lequel les enjeux de
services et les enjeux économiques sont
particulièrement importants, puisqu’on
touche directement à ce que reçoit l’usager final (téléspectateur) et
au
matériel qui lui permet de
recevoir. Pour ce téléspectateur, mais aussi pour les producteurs de programmes qui sont en amont, la situation est alors plutôt embrouillée : depuis des années, on leur parle de diffusion directe, de normes MAC, de télévision haute définition, tous sujets qui donnent lieu à d’interminables batailles d’experts au niveau européen et mondial, sans qu’un consensus se dégage et que des développements effectifs s’ensuivent. Des facteurs multiples sont en cause, mais les procédures traditionnelles de normalisation (en particulier dans le cadre de l’UIT), ont une part de responsabilité dans ces blocages et cette confusion. L’annonce, assez inattendue, de la FCC aux Etats Unis de relancer la TVHD terrestre en imposant le numérique (appel à propositions lancé en 1990) accroît encore un peu plus le trouble, tout en attirant l’attention sur le fait que les technologies numériques ont sensiblement mûri. Une autre démarche, qui monte en puissance, retient l’attention des experts: celle d'un groupe de travail mixte ISO /CEI, dit JTC-MPEG, mis en place en 1990, pour la « définition des caractéristiques de codage d’images animées et de sons associés ». On remarque que le mot télévision ne figure pas dans ce mandat, et, effectivement, ses membres viennent, au départ, plutôt du milieu de la microinformatique ou du multimédia en général. Ses premiers résultats, qui sortent sous le nom de MPEG1, correspondent à un débit global (1,5 Mbit/s) et par conséquent à une qualité d’image insuffisants pour la télévision traditionnelle ; mais les procédés techniques envisagés, aussi bien que la méthode de travail en forum, paraissent spécialement intéressants et, lorsque ce groupe met en chantier dans la foulée un MPEG2 adapté à la télévision, il y a peu de doute qu’il arrive effectivement à une solution satisfaisante dans le délai qu’il annonce (spécifications techniques arrêtées en novembre 1993), d’autant que des experts de la télévision se joignent alors à son travail.
à se réunir, de manière informelle, dans le courant de 1992, sous le nom d’ELG (European Launching Group), pour tenter de définir une position européenne. Le groupe s’élargit petit à petit et se dote d’une structure technique d’analyse et de proposition. A l’automne 1992, la volonté de travail en commun et les chances de déboucher rapidement paraissent assez fortes pour qu’on consolide la structure de coopération. C’est ainsi que voit le jour, à la fin de 1992, le forum DVB (Digital Video Broadcasting), sur la base d’un MOU (Memorandum of Understanding) pour « l’harmonisation du développement de la télévision numérique en Europe ». Les principes affichés sont les suivants : - Ouverture à toutes les parties intéressées : radiodiffuseurs et éditeurs de programmes, opérateurs de satellites, câblo-opérateurs, opérateurs de télécoms, industriels du matériel grand public, de l’électronique professionnelle, des composants, administrations, instances de réglementation, Commission européenne). Au départ, l’identité européenne est exigée des participants, mais progressivement, cette contrainte sera levée, pour donner aux travaux une base et un impact plus larges. - Secrétariat assuré par le Centre technique de l’UER à Genève. - Choix de l’ETSI (ou, dans certains cas particuliers, du Cenelec), pour le traitement en aval des spécifications techniques élaborées et leur transformation en normes européennes (ETS), ou en Recommandations techniques, selon les procédures normales (normes provisoires, période probatoire, votes, etc..). - Classement en priorités des différents objectifs possibles dégagés par le groupe technique. Sous une forte pression des radiodiffuseurs privés, une priorité est donnée à la spécification des paramètres pour la télévision standard (la TVHD est donc mise en 2e priorité), et une priorité absolue à la spécification des systèmes pour la diffusion par câble et par satellite (la diffusion par émetteur de terre, plus délicate à spécifier, doit être étudiée en parallèle, mais débouchera plus tard). - Les spécifications doivent être complètes, pour pouvoir donner lieu à des implémentations immédiatement après leur édition (voire en parallèle avec le travail formel, quand on peut anticiper sans risque): elles doivent donc porter sur le codage de source (son et image), l’embrouillage, le multiplexage, le codage de canal, la modulation, le contrôle d’accès et les informations de service. - Pour le codage de source (qui ne constitue, comme on vient de le voir qu’une partie des spécifications), il est décidé de s’appuyer sur MPEG2, en tenant compte du fait qu’il s’agit d’une norme de type « boîte à outils », et qu’un travail complémentaire est donc à conduire pour définir les configurations (niveaux et profils) à retenir pour la télévision diffusée.
Le seul point d’achoppement sérieux sera la mise en œuvre du contrôle d’accès (pour la télévision à péage), sur lequel des positions technico-commerciales radicalement différentes s’opposeront (systèmes ouverts ou terminaux propriétaires), mais on pourra trouver des solutions ménageant les deux possibilités. Un sujet qui n’est pratiquement jamais pris en compte dans les normes au sens classique, mais qui est essentiel pour les utilisateurs industriels, sera traité pratiquement en même temps que les spécifications techniques : il s’agit de la propriété industrielle et du regroupement des différents détenteurs de droits en un groupement de brevets, qui joue, entre autres, le rôle de guichet unique pour un industriel désireux de réaliser un terminal complet. Finalement, les dates d’objectifs seront tenues et, à la fin de 1993, les spécifications techniques pour les structures de trames, le codage de canal, et la modulation pour les systèmes par satellite, d’une part, les réseaux câblés, d’autre part, seront transmis à l’ETSI
Le système continuera à fonctionner avec la même efficacité pendant plusieurs années, et le forum DVB continuera même à grossir (100 organismes participants en septembre 1993, 150 en juin 1994). Le forum fournira notamment : - les spécifications pour la télévision hertzienne de terre (TNT) et pour les antennes collectives homologues de ce qui a été fait pour le câble et le satellite, - la définition de procédures de test et de la métrologie (permettant la mise en place de trois centres de test au niveau européen dés le 2e semestre 94), - la caractérisation d’interfaces externes et internes des récepteurs, - les éléments pour l’implantation de guides électroniques de programmes, du sous-titrage, du télétexte, - une extension de performances des récepteurs, dans une dimension d’interactivité, moyennant une voie de retour pouvant utiliser divers supports de communication à bas débit, Mais le point essentiel est sans doute que les développements industriels, engagés sur la base des spécifications de la fin de 1994, auront permis le démarrage opérationnel de services numériques européens de diffusion par satellite dés la fin de 1995, et par câble dés la fin de 1996, soit à peine plus d’un an après les services homologues américains, basés sur des spécifications nettement moins élaborées. On a vu depuis à quel point l’augmentation du nombre de canaux ainsi offertes aura permis de diversifier l’offre de programmes. On mentionnera pour terminer qu’une telle réussite n’est pas passée inaperçue au niveau mondial et que, dés le milieu des années 1990, le secrétariat de DVB,avec l’aide au coup par coup des principaux participants, a conduit une intense activité de communication et de promotion, appuyée de démonstrations dans le monde entier, ce qui a permis de rallier à la norme DVB un nombre appréciable d’utilisateurs non européens. Extraits de la
discussion générale A une question sur le moteur de la
numérisation, il est répondu que l’industrie américaine s’est montrée plus
motivée que l’industrie européenne. Un auditeur s’interroge sur le rôle moteur
des possibilités d’effets spéciaux en production et sur celui de la compression
numérique. Mais la compression n’a été appliquée qu’au vu des résultats obtenus
en télécommunications, par crainte d’un bruit correspondant. Pourquoi avoir, en 1972, donné la
numérisation de la télévision comme objectif au CCETT créé à Rennes ?
Parce que les perspectives de la télévision par câble posaient de nouveaux
problèmes et aussi parce que l’option téléinformatique ouvrait de nouvelles
possibilités, même si le choix de la technique des paquets ne fut pas la plus
favorable en télévision. En termes de service et d’impact économique et
culturel, la télévision est bien apparue comme le domaine d’application majeur,
même si elle a bénéficié des techniques mises au point pour d’autres secteurs
utilisant les images (visiophonie, manipulation d’images sur ordinateur, jeux
video, etc.). A une question sur les satellites, il est
répondu que c’est aux Etats-Unis que se réalisa la prise de conscience que le
satellite était fait pour la télévision. A une autre demande, il est précisé que, après la fin de l’ORTF, le rôle de TDF fut complété par celui de la SFP dans plusieurs domaines de recherche.
Acronymes AFNOR, Agence française de normalisation CCETT, Centre commun d’études des télécommunications
et de télédistribution CCIR, Comité consultatif international de
radiocommunications CEI, Comité électronique international CEN, Centre européen de normalisation DGT, Direction générale des télécommunications des PTT DTRN, Direction des télécommunications du réseau
national de la DGT DVB, Digital Video Broadcast ETSI, European Telecommunications Standard Internatinal FCC, Federal Communications Commission ISO, International Standard Organization LER, Laboratoire d’études et recherches de Philips MPEG, Moving Picture Experts Group NTSC, National
Television System Committee ORTF, Office de radio-télévision française ONG, Organismes non gouvernementaux SAT, Soviété anonyme des télécommunications SFP, Société française de production SMPTE, Society of Motion Pictures and Television
Engeneers TDF, Télédistribution française TRT, Télécommunications radioélectriques et téléphoniques
du groupe Philips TVHD, Télévision à haute définition UER, Union européenne de radiodiffusion
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