Dossier: Le signal vidéo

Cette page n’a pas vocation à être exhaustive et ne prétend pas recenser tous les formats vidéos et connectiques existants (loin de là …). Je me suis concentré sur les points pour lesquels j’ai du, à plusieurs reprises, rechercher des informations (de forums spécialisés à Wikipédia). Le but de cet page est donc de regrouper en un même endroit, l’ensemble des informations à caractère « technique » concernant l’affichage (dans de bonnes conditions, le composite n’intéresse personne) des systèmes de jeux, console et arcade, ne comportant pas de sorties/entrées HDMI ;). Si vous constatez des erreurs ou pensez des améliorations, faites le savoir.

Connectique - Titre

Qu’il soit issu d’une NES ou d’une PS2, le signal vidéo se définit toujours de la même façon; c’est un signal électrique analogique permettant à un diffuseur (moniteur, téléviseur, projecteur, …) de former une image, dont la qualité sera conditionnée par une multitude de paramètres. Ces paramètres sont dépendants des caractéristiques intrinsèques des sources (console, ordinateur, PCB arcade) et diffuseurs utilisés ainsi que  des connectiques mises en oeuvre pour relier ces systèmes, véhiculer et parfois interpréter ces informations.

Connectique - frequences

Tout le monde le sait, et depuis longtemps, une Megadrive européenne c’est lent parce que « c’est en 50 Hz ». Du coup Sonic sur une console Jap’, c’est plus rapide et donc … mieux, normal « c’est en 60 Hz » ! Mais que signifient ces fréquences ?

Il faut distinguer les fréquences de rafraichissement et les fréquences de ligne:

La fréquence de rafraichissement (ou balayage vertical) : La fréquence de rafraîchissement d’un écran d’ordinateur ou d’un moniteur vidéo (en anglais ; refresh rate) est définie par le nombre d’images s’affichant par seconde, du haut vers le bas de l’écran (en anglais ; frame per second « fps »).

Cette valeur varie généralement entre 50 et 120 Hz.

Plus cette fréquence est élevée, plus le confort visuel est important. Sur nos moniteurs et autres dispositifs d’affichage, on désigne cette fréquence de rafraîchissement, aussi appelée fréquence de balayage vertical, sous l’appellation « vsync ».

Nous côtoyons avec nos consoles et autres systèmes de jeu, les standards 50 Hz et 60 Hz.

La fréquence de ligne (ou balayage horizontal) : La fréquence de ligne correspond à la fréquence de balayage horizontal d’un écran d’ordinateur ou d’un moniteur vidéo, laquelle s’effectue de droite à gauche pour chaque ligne de l’image. La fréquence de balayage horizontal est égale à la fréquence verticale multipliée par le nombre de lignes et le cas échéant, divisée par deux en cas d’entrelacement.

Notons que dans la majorité des cas, le nombre de lignes ne correspond pas exactement aux résolutions communiquées. En effet, il est admis qu’environ 8 % des lignes utilisées, dites « de service » véhiculent d’autres informations que l’image.

Alors que nos téléviseurs font peu cas de ces fréquences, les moniteurs équipant les bornes d’arcade y attachent une importance considérable. En effet, vouloir connecter un système avec une résolution importante sur un écran ne supportant pas la fréquence de ligne correspondante rendra impossible l’affichage vidéo.

Retenons que trois fréquences peuvent être rencontrées :

  • 31 kHz : fréquence de balayage horizontal pour une résolution correspondant au standard VGA (Video Graphic Array) de 640×480.
  • 24 kHz : fréquence de balayage horizontal pour une résolution se rapprochant du standard EGA (Enhanced Graphics Adapter) de 496×480.
  • 15 kHz : fréquence de balayage horizontal pour une résolution se rapprochant du standard CGA (Color Graphics Adapter) de 320×240.

Les écrans équipant les bornes d’arcade dits « tri-fréquences » supportent ces trois fréquences. Les autres, comme celui de mon Astro City ; font l’impassent sur le 31 kHz, raison pour laquelle un downscaler comme l’UVC d’Ultracade est utile pour convertir un signal d’une fréquence horizontale de 31 kHz en signal de 24 ou 15 kHz.

Connectique - entrelacé

Cette question se posera à tous ceux qui tenteront, même si le choix est critiquable, de connecter une PS2, un GameCube, une Xbox ou une Wii à un écran plat. Ces systèmes leur offre le choix, la Wii parle même d’HDTV pour le 480p c’est dire … Mais que signifient ces lettres « i » et « p » accolées aux résolutions verticales ?

Le balayage entrelacé (en anglais ; interlace), permet de doubler le nombre d’images par seconde perçu sans augmenter le débit. L’entrelacement affiche les lignes impaires d’une image, suivies ensuite des lignes paires de cette même image (procédé qui s’appuie sur le phénomène physiologique dit de « persistance rétinienne »). Ces lignes paires et impaires constituent une demi-image appelée « trame ».

Ici, la fréquence de rafraîchissement (vsync) correspond au double de la fréquence d’image.

Ainsi, pour 25 images par seconde (considéré comme le seuil à partir duquel l’œil et le cerveau perçoivent un mouvement fluide), la fréquence de rafraichissement est de 50 Hz, soit 2 x 25 trames (paires et impaires) donc 50 trames (c’est la norme PAL).

De la même façon, pour 30 fps, vsync de 60 Hz (norme NTSC).

Les normes vidéos de diffusion d’images entrelacées utilisent la lettre « i » (ex : 576i).

Le balayage progressif (en anglais; progressive scan ) permet d’afficher la totalité de l’image en une seule fois.

Il n’y a donc plus besoin de recourir aux trames et à la division paire/impaire de l’image.

Ici, la fréquence de rafraîchissement de l’écran correspond à la cadence d’image.

Par analogie avec l’entrelacement, les normes vidéos de diffusion d’images progressives utilisent la lettre p (ex : 480p).

Astuce: sur PS2, pour forcer le balayage progressif d’un jeu compatible, appuyez simultanément sur X et ∆ au lancement du jeu

Connectique - connecteur

La question de la meilleur connectique pour chaque système est au coeur de mes préoccupations et de celles de beaucoup d’autres retrogamers. Cette dernière conditionne en effet l’optimisation du rendu vidéo. A titre d’exemple, une PS3 est vendue avec un câble composite utilisez-le et vous passerez complètement à côté du rendu souhaité par les créateurs de votre jeu …

Le connecteur YPbPr aussi appelé composante ou YUV (en référence à l’espace colorimétrique utilisé). J’en parle ici.

C’est un connecteur analogique qui n’achemine que le signal vidéo pour lequel luminance et chrominance sont séparées.

Sa restitution des composantes RVB est optimale, l’image obtenue est réputée meilleure qu’avec une connectique péritel/SCART.

Ce connecteur permet d’acheminer les résolutions suivantes; 480i, 480p, 576i, 576p, 720p, 1080i, 1080p.

Le connecteur SCART (Syndicat des Constructeurs d’Appareils Radiorécepteurs et Téléviseurs) plus communément appelé « prise péritel » (péritel est une marque !). J’en parle ici.

C’est un connecteur analogique qui achemine le son et l’image via l’utilisation de ses 21 broches. Les signaux envoyés peuvent être de qualités variables ; composite, s-vidéo ou RGB. On associe souvent la prise péritel au signal dit « RGB », lequel transmet la vidéo en séparant les trois couleurs primaires, offrant ainsi une qualité optimale.

Ce connecteur se distingue d’un connecteur VGA car il utilise 4 connexions, une pour chaque couleur, ainsi qu’une quatrième relative à la synchronisation mixée des signaux horizontaux et verticaux appelé « composite sync ». A ce titre, on peut le retrouver sous la désignation « RGBS ».

Ce connecteur est uniquement utilisé pour l’affichage de signaux entrelacés.
Ce connecteur est adapté au standard vidéo PAL ; soit une résolution max de 576i.

Le connecteur VGA (Video Graphics Array) aussi appelé « RGB », « HD-15 » ou « D-sub 15 ».

C’est un connecteur informatique analogique qui n’achemine que le signal vidéo via ses 15 broches organisées en trois rangées.

Comme avec le connecteur SCART, les composantes vidéo analogiques RGB (rouge, vert, bleu) sont bien distinctes. Cependant, ce qui le différencie de notre péritel, c’est la séparation des synchronisations horizontale (H) et verticale (V), raison pour laquelle on le désigne également par l’acronyme « RGBHV ».

Ce connecteur est prioritairement utilisé pour l’affichage de signaux progressifs.

Ce connecteur permet d’acheminer les résolutions suivantes; VGA (480p ou 640×480), SVGA, XGA, SXGA, UXGA, QXGA.

Connectiques - colorimetrique

L’espace colorimétrique RVB (en anglais; RGB pour Red, Green, Blue) repose sur le principe d’addition des 3 couleurs primaires. Les téléviseurs et moniteurs LCD / CRT (nos bons vieux tubes) l’utilisent.

L’espace colorimétrique YUV repose sur trois composantes, une de luminance (Y) et deux de Chrominance (U et V). Le signal YUV est créé depuis une source analogique composée des trois couleurs primaires RGB (rouge, vert et bleu).

  • Luminance : La luminance ou signal de luminosité (LUMA) désigne la partie du signal vidéo correspondant à l’intensité lumineuse produite, soit le niveau entre le noir et le blanc. La luminance transporte également les signaux de synchronisation « trame » (signal vertical) et « lignes » (signal horizontal).
 La luminance s’obtient en additionnant le poids relatif des valeurs de R, G et B.
 Le signal de luminance est noté Y.
  • Chrominance : La chrominance désigne la partie de l’image vidéo correspondant à l’information de couleur et de son intensité.
 Les signaux de chrominance sont notés U et V.
 Le signal U est obtenu en soustrayant la luminance du signal bleu. Il est désigné « Pb » (Y-B = Pb).
 Le signal V est obtenu en soustrayant la luminance du signal rouge. Il est désigné « Pr » (Y-R = Pr).

Connectique - standards

Comme expliqué au plus haut, nous sommes,  de façon quasi-inné, au fait de la distinction PAL et NTSC, aujourd’hui moins en terme de rapidité et plus en terme de compatibilité, voir de « zonage » entre même système de régions géographique différentes. Je sais de quoi je parle, je recherche une Xbox 360 japonaise pour pouvoir y jouer aux SHMUP exclusivement compatible NTSC-J :(.

Le PAL : Phase Alternating Line (alternance de phase suivant les lignes).

C’est le standard vidéo européen. Il affiche 25 images par seconde et 625 lignes par image (576 seulement sont affichées car 8 % des lignes servent à la synchronisation et au transport de certaines données numériques).

La définition au standard PAL peut donc atteindre une résolution de 720 × 576 lignes.

Le système colorimétrique utilisé par le standard PAL est le YUV.

Dans ce standard, la fréquence de rafraîchissement utilisée est de 50 Hz. (Cette fréquence correspond à celle du courant domestique utilisé en Europe).

Le NTSC : National Television System Committee (Comité du système de télévision nationale).

C’est le standard vidéo américain (NTSC-M) et japonais (NTSC-J). Il affiche vidéo 30 images par seconde et 525 lignes par image.

La définition au standard NTSC peut atteindre une résolution de 720 × 480 lignes.

Le système colorimétrique utilisé par le standard NTSC est le YIQ.

Dans ce standard, la fréquence de rafraîchissement utilisé est de 60 Hz. (Cette fréquence correspond à celle du courant domestique utilisé USA et au Japon).

8 réflexions au sujet de « Dossier: Le signal vidéo »

  1. Ping : Techno – Comprendre le signal vidéo | Retroblog.fr

  2. Ping : Techno – Raccorder ses consoles à une Astro City | Retroblog.fr

  3. Ping : Commande – SLG-in-a-Box (Arcade Forge) | Retroblog.fr

  4. Ping : Bon plan – Megadrive 2 ASIA neuve ! | Retroblog.fr

  5. je possede un camescope brand vm 48c qui posede un sortie audio et video en fiche rca je cherche une connectique qui permet de le brancher sur un ordi par usb ou vga afin que les k7 soit enregistrees sur le pc
    merci d’avance

  6. Trés bien ton article sur une chose que l’on surestime souvent, bien décrit et l’essentiel est présent. clap, clap!!

  7. Ping : Retroblog – Radiant Silvergun ST-V (SEGA) | Retroblog.fr

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