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La vidéo entrelacée : comprendre et exploiter

lundi 1er janvier 2007, par Benoît Labourdette.

La vidéo entrelacée, pourquoi et comment ?

La vidéo entrelacée, c’est 80% des images que nous voyons. Pourquoi y a-t-il un enjeu particulier à savoir ce que c’est, à savoir gérer cette particularité technique des images vidéo ?

Si on est face à des problèmes techniques comme :

- Visionnage sur écran d’ordinateur avec des effets "peignes" très désagréables.

- Arrêts sur image qui tremblent.

- Ralentis très moches.

- Impossibilité d’encoder en divx par exemple avec une bonne qualité, perte de définition d’image.

- Photographies extraites de films avec des effets "peignes".

Si on doit faire un kinescopage (report de vidéo sur film).

Tous ces problèmes proviennent d’une mauvaise gestion de l’entrelacement et/ou du désentrelacement. Repartons des bases pour bien comprendre, et aborder les outils pour améliorer toutes ces situations.

Qu’est-ce qu’une image numérique ?

C’est très basique, j’en conviens. Mais pour celui ou celle pour qui cette notion ne serait pas évidente, posons les bases. Nous allons dévoiler le principe de l’entrelacement dans le cadre des images numériques uniquement.

Une image numérique est composée de pixels, comme une grande grille dont chaque point prend une couleur. Pour la vidéo numérique standard (DV, Digital Bétacam...), par exemple, les images font toujours 720x576 pixels (soit 414 720 pixels), chacun ayant une couleur parmi 16 millions.

Jusque là, tout est simple.

Le principe de la photographie

Camera obscura

La photographie numérique va exposer une surface sensible à la lumière, selon le très ancien principe de la camera obscura. C’est ce qu’on appelle le capteur, une grille, là aussi, du même nombre de pixels que l’image à créer. Grâce au système optique, à la mise au point et à tous les réglages de l’appareil photo, une image va se former sur cette matrice de pixels pendant un bref instant. Chaque "point" de la grille, la matrice, est, pour simplifier, une sorte de cellule photo-électrique, qui produit un courant électrique d’intensité différente en fonction de la quantité de lumière reçue. L’image, exposée sur le capteur pendant un bref instant, se trouve donc convertie, pour chaque pixel, en une valeur électrique correspondant à l’éclairement reçu. Pour la couleur, il y a en fait 3 capteurs par point : un pour le rouge, un pour le vert et un pour le bleu. La combinaison des quantités respectives des trois couleurs primaires permet de capter, puis d’afficher, n’importe quelle couleur.

Le principe du cinéma

Le cinéma, c’est le croisement entre un appareil photo et la mécanique d’une machine à coudre, qui a permis de capter, sur un long ruban de pellicule, plein de photos les unes derrière les autres. En l’occurence, depuis 1920, c’est toujours 24 photos par seconde.

Ces photographies, projetées les unes derrière les autres à une telle vitesse, donnent au spectateur l’illusion du mouvement. Exactement comme un livre dont on tourne les pages très vite, avec un dessin un peu différent sur chaque page, qui nous donne l’illusion de son mouvement.

Le cinéma est confronté à une réalité technique très simple, qui a été la difficulté principale de sa mise au point au 19è Siècle : il faut que, 24 fois par seconde, la pelllicule soit fixe devant l’objectif photographique, mais il faut aussi que, 24 fois par seconde, la pellicule puisse avancer à l’image suivante. Si la pellicule avance pendant que la lumière impressionne la pellicule, l’image va être "filée", formée de traits verticaux. Ca ne va pas. Donc, la solution est que, pendant 1/48è de seconde, l’image est fixe devant l’objectif photographique et la lumière passe. Puis, pendant le 2è 48è de seconde, la lumière est coupée, et la pellicule défile à l’image suivante.

La projection cinéma est sur le même principe : 24 images par seconde. Pendant la moitié du temps, la lumière passe, pendant l’autre moitié du temps, la lumière est coupée, pour que la pellicule défile à l’image suivante. Donc, dans une salle de cinéma, sur l’écran, il n’y a des images que pendant la moitié du temps. Le clignotement n’est pas visible par l’oeil humain du fait de la persistance rétinienne.

L’objet qui permet qu’il n’y ait de la lumière que pendant la moitié du temps s’appelle l’obturateur. C’est un simple disque, dont la moitié est évidée, qui tourne derrière l’objectif. Ce disque est synchronisé avec la défilement et l’arrêt de la pellicule.

Le principe de la vidéo, définition de l’entrelacement

La vidéo, bien que le résultat soit visuellement similaire au cinéma, des images animées, est fondée sur un principe tout à fait différent. Au départ, l’enjeu, complètement différent de celui du cinéma, était de pouvoir transmettre à distance des images animées. Les reproduire, mais aussi les transmettre. Comment faire pour transmettre des images animées à distance ? La solution, assez simple, est qu’un rayon balaie l’image formée par l’objectif, ligne après ligne, et du bas vers le haut. En numérique, il y a donc 576 lignes à balayer. La problématique est qu’il y ait un synchronisme parfait entre l’émetteur et le récepteur, afin que les images ne soient pas décalées. Comment opérer ce synchronisme ? Aujourd’hui, l’électronique permet assez facilement ce type de synchronisation. Mais à l’époque de la conception de la vidéo, ce n’était pas le cas. L’idée a été de synchroniser le balayage des images vidéo sur une fréquence synchrone partagée par tous en France : le courant électrique alternatif. Le courant électrique qui arrive dans nos prises change de sens 50 fois par seconde. Mais 50 images par seconde, c’est trop. L’astuce a été d’enregistrer 50 images par seconde : pendant le premier 50è une image sur les lignes paires, et pendant le deuxième 50è une image des lignes impaires. Par ailleurs, cette astuce permet aussi d’éviter la sensation de scintillement sur l’écran cathodique.

En vidéo, il n’y a donc pas vraiment d’images, comme en cinéma. Il n’y a que des demi images. Pour le spectateur sur un écran de TV, le rendu du mouvement est plus fluide que celui d’une image cinéma. Cela est possible car la TV restitue, comme au moment de la prise, les images par demi images successives, lignes paires puis lignes impaires. C’est ce qu’on appelle l’entrelacement. Jusqu’ici tout va bien...

Défauts de l’entrelacement vidéo

Ce qui est un peu étrange, dans l’entrelacement, c’est qu’il y a un décalage temporel entre les lignes paires et impaires. En effet, si le sujet filmé bougeait assez vite, entre le premier cinquantième de seconde et le deuxième, il n’est pas à la même place. Voici le rendu d’un détail d’une image entrelacée :

On voit bien l’effet "peigne", dû au fait que la personne a légèrement bougé entre les deux cinquantièmes de seconde. Cela n’est pas visible sur un écran de télévision, mais est visible dès qu’on veut par exemple exporter une image fixe, dès qu’on fait un arrêt sur image, dès qu’on regarde simplement une vidéo entrelacée sur un écran d’ordinateur, dès qu’on veut reporter sur film, etc.

Par ailleurs, aujourd’hui, avec les écrans plasma, les écrans informatique, les tubes cathodiques tendent à disparaître, et l’entrelacement n’est plus qu’un héritage encombrant. Même sur les caméras HD de dernière génération, le signal vidéo est entrelacé, alors que cela ne répond plus à aucune nécessité technique ! Les habitudes, même les plus mauvaises, ne changent pas comme cela...

Le désentrelacement

Pour "arranger" cette situation, afin de pouvoir voir normalement son film sur écran d’ordinateur, ou d’imprimer une image sans l’effet peigne, etc., il y a une solution : on peut "désentrelacer" les images.

La première solution pour désentrelacer est très simple (c’est, par exemple, dans Photoshop, le filtre vidéo/désentrelacement) : on supprime toutes les lignes paires (ou impaires, au choix) de l’image, donc on n’a plus qu’une demi image (on a perdu la moitié de la définition de l’image...), puis on remplace toutes les lignes noires par une "interpolation", c’est à dire une sorte de mixage de la ligne d’au-dessus et de la ligne d’en dessous. Voici le résultat :

Le désentrelacement a donc un effet positif et un effet négatif :

- L’effet positif : les images sont exploitables partout, débarassées de leur effet "peigne" très désagréable.

- L’effet négatif : les images sont deux fois moins nettes. La perte de définition est vraiment visible, le film devient globalement un peu flou.

Il existe des outils logiciels, des algorythmes de désentrelacement beaucoup plus sophistiqués, qui permettent de ne presque pas réduire la définition de l’image. Ils sont très complexes à manier et doivent être adaptés à chaque film.

Quidam production propose des prestations techniques de désentrelacement vidéo de haute qualité, notamment pour la bonne qualité de sortie sur écran d’ordinateur.

Comment tourner ?

Grande question... Je dirais qu’il vaut mieux tourner en mode progressif, si on a une caméra qui le propose. Mais le problème est que les modes progressifs des caméras vidéo ne sont pas toujours très bons.

Comment post-produire ?

Grande question aussi, qui n’a pas de réponse toute faite, car toute la chaîne de la post-production vidéo est encore complètement empreinte d’entrelacement. Donc, à priori, restons en mode entrelacé pour la post-production, sinon des saccades mal gérées par les logiciels risquent d’apparaître.

Mais le débat sur le tournage et la post-production en mode progressif ou en mode entrelacé est très vaste, et en réalité vraiment spécifique à chaque projet.

Quidam production propose une expertise sur le sujet, ce sont des questions qu’il vaut mieux anticiper.

Un petit exemple : sur toutes les copies du long métrage "Interstella 5555" (2003), basé sur un album de Daft Punk et réalisé par Kazuhisa Takenôchi (auteur de la série Albator) le signal vidéo d’origine ayant été très mal désentrelacé, c’était une heure et demi de mouvements bizarres et saccadés, très dommageables à la réception du film. Le prix du kinescopage (report de vidéo sur film) étant tel et le problème n’ayant pas été anticipé, le film avait dû être exploité en l’état.

Liens

- Ancor, le spécialiste du kinescopage (transfert de vidéo sur pellicule), spécialiste aussi du désentrelacement vidéo (merci à Jean-Paul Musso pour sa collaboration à cet article).

- Article du site Lab DV sur l’entrelacement vidéo, avec conseils de logiciels de désentrelacement. Un peu ancien (2001), mais utile pour ses détails techniques.