télévision - informatique. 1 PRÉSENTATION télévision, dispositif de transmission instantanée d'images, par câble ou par ondes hertziennes. La télévision a une place de choix dans la société moderne : dans les pays développés, plus de 90 p. 100 des ménages possèdent un téléviseur couleur. 2 HISTORIQUE Parmi les précurseurs de la télévision, on peut citer Willoughby Smith, qui montra la photoconductivité du sélénium en 1873. En 1880, le Français Maurice Leblanc indiqua les principes de la télévision telle qu'on la connaît aujourd'hui. L'histoire de la télévision est en fait 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. Ce disque était plat, circulaire et perforé d'une série de petits trous disposés en forme de spirale. En tournant, le dispositif balayait complètement l'image. En 1897, Ferdinand Braun mit au point le premier tube cathodique, instrument fondamental de la télévision. L'iconoscope fut inventé par Vladimir Kosma Zworykin en 1923, et le tube de dissection de l'image fut mis au point par Philo Taylor Farnsworth peu de temps après. 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 en Angleterre, en 1930 par CBS et NBC aux États-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. La télévision couleur apparut aux États-Unis dans les années 1950 et au début des années 1970 en Europe. 3 IMAGES DE TÉLÉVISION Comme la télécopie, la télévision repose sur le principe d'un « découpage « de l'image si fin que cette dernière semble ne pas avoir été modifiée avant d'être transmise. Les images de télévision sont formées d'un ensemble de teintes qui fusionnent pour composer une image complète. Cependant, contrairement aux procédés transmettant des images fixes, les points de teintes d'une image de télévision n'apparaissent pas simultanément sur la surface de réception, mais successivement, dans un temps suffisamment court pour que la persistance rétinienne prolonge la perception des points et compose ainsi une image cohérente. 3.1 Analyse de l'image par balayage La télévision utilise la technique du balayage pour découper une image en une séquence d'éléments individuels. Un premier balayage a lieu avant l'émission de l'image, un second à la réception afin de recomposer l'image originale qui a été découpée pour pouvoir être transmise. À cet effet, presque tous les systèmes de télévision modernes utilisent le déplacement d'un faisceau d'électrons. Le balayage électronique d'une image peut être comparé à l'oeil d'un lecteur, qui balaie une page de texte imprimé, mot par mot et ligne après ligne. Lors de l'analyse de l'image avant émission, les caractéristiques du faisceau de balayage varient selon la brillance du point analysé : on génère ainsi un signal électrique caractéristique pour chaque point de l'image. À la réception, un faisceau d'électrons balaie très rapidement l'écran, ces caractéristiques variant selon le signal reçu : on reconstitue ainsi l'image initiale en déplaçant un point dont la luminosité varie. Sous une forme simplifiée, la figure 1 montre le chemin suivi par un faisceau d'électrons balayant une image. Les lignes continues représentent le chemin du faisceau sur toute la surface de l'image et les lignes en pointillé les périodes de retour du faisceau. Pendant ces périodes, nécessaires pour ramener le faisceau au début de la ligne ou de l'opération complète de balayage (« trame «) suivante, le faisceau est « inactivé «. L'illustration montre un schéma de balayage simplifié comportant peu de lignes et se répétant simplement. Pour obtenir une bonne définition d'image, la télévision moderne met en oeuvre le balayage d'un grand nombre de lignes, suivant deux réseaux entrelacés. Un schéma de balayage individuel complet comme celui qui est montré produit une image fixe semblable à la trame d'un film de cinéma. Le balayage est cependant répété plusieurs fois par seconde, et les changements entre les images fixes balayées successivement produisent alors un effet de mouvement continu. La définition de l'image représente sa capacité à montrer des détails subtils ou des objets de petite taille. Elle dépend des nombres de lignes et de points par ligne balayés. Plus ces nombres seront importants, meilleure sera l'image. La fréquence de balayage et le nombre de lignes balayées sont standardisés pour chaque système télévisuel. En Europe, on utilise les systèmes PAL et SECAM. Aux États-Unis, on utilise le système NTSC. 3.2 Le signal de télévision Le signal de télévision est une onde électromagnétique complexe (voir Électromagnétique, rayonnement). Il est constitué de quatre signaux distincts. Le premier, appelé signal vidéo, est la traduction en tension de la luminosité des points balayés. Sa fréquence est de 30 Hz à 4 MHz. Le second est constitué d'une série d'impulsions de synchronisation qui verrouillent le récepteur sur la même fréquence de balayage que l'émetteur. Le troisième est constitué d'une série d'impulsions de suppression qui donnent le potentiel de référence (tension nulle) et « codent « les retours du faisceau de balayage à la ligne ou à la trame suivante par cette tension nulle et donc « inactive «. Le dernier transmet le son en modulation de fréquence (MF) ou en modulation d'amplitude (MA), (voir Radio). Les trois premières parties du signal de télévision constituent le signal d'image. 4 CAMÉRA DE TÉLÉVISION La caméra de télévision ressemble à un appareil photographique. Elle est équipée d'une ou de plusieurs lentilles (voir Optique) et d'un dispositif permettant de concentrer sur une surface photosensible l'image formée. Les surfaces sensibles à la lumière sont des tubes électroniques particuliers, appelés tubes analyseurs, qui transforment les variations de luminosité en variations de charge ou d'intensité électrique. Le premier tube à avoir été utilisé dans les caméras est l'iconoscope. Il est aujourd'hui peu employé, car il nécessite un éclairage très intense ne pouvant être obtenu qu'en studio. Lorsque l'intensité lumineuse est faible, on utilise des appareils très sensibles, comme l'image-orthicon ou le vidicon. Ces derniers sont les tubes de caméra les plus utilisés aujourd'hui. 4.1 Image-orthicon C'est le plus sensible des tubes analyseurs. Sa sensibilité lumineuse lui permet de produire des signaux vidéo dans toutes les conditions de lumière où l'oeil peut distinguer les objets, y compris pour enregistrer des scènes seulement éclairées par des bougies. D'autre part, l'encombrement réduit de l'image-orthicon lui permet d'être intégré dans une petite caméra. L'une des extrémités de ce tube analyseur est occupée par un écran en verre dont la surface interne au tube, recouverte d'une couche continue d'un composé métallique alcalin, est photosensible. Les électrons sont émis par cette surface, accélérés et concentrés par un champ magnétique vers une cible en verre ayant une faible conductivité électrique. Devant la cible se trouve une grille au maillage très fin. Derrière la cible, un anneau métallique concentrique recouvrant l'intérieur du tube forme un élément de décélération. Derrière cet anneau, le col du tube comporte un revêtement cylindrique servant de plaque électrique positive ou anode. Enfin, à l'extrémité du tube se trouvent un canon à électrons et un dispositif appelé multiplicateur électronique. Le principe de fonctionnement de l'image-orthicon est le suivant. L'image lumineuse est captée par la surface photosensible. Celle-ci émet, proportionnellement à l'éclairement, des électrons qui vont frapper la cible et entraînent l'émission d'électrons secondaires. Les électrons émis par la surface photosensible frappent la cible, entraînant l'émission de plusieurs électrons secondaires. Ceux-ci créent une distribution de charges électriques (où la charge est d'autant plus positive que la zone de l'image analysée est lumineuse), traduction de l'image perçue par la surface photosensible. Les électrons secondaires sont capturés par la grille. La faible conductivité du verre et son épaisseur réduite permettent aux charges positives de traverser la cible. Elles neutralisent alors les charges négatives déposées par le faisceau de balayage émis par le canon à électrons qui est combiné à l'anode cylindrique. Ce faisceau est orienté par des bobines de déflexion montées à l'extérieur du tube. Juste avant d'atteindre la cible, il est ralenti par l'anneau de décélération chargé négativement. Il atteint la cible avec une énergie insuffisante pour repousser les électrons secondaires, mais neutralise les charges positives portées par la cible. L'excédent d'électrons, inversement proportionnel à la luminosité du point de l'image analysé, est réfléchi vers le canon et le multiplicateur associé. Ce dernier fonctionne par émission électronique secondaire et amplifie le signal vidéo en une ou plusieurs étapes. Cet amplificateur corrige également le signal produit, qui comporte, par rapport à l'image initiale, quelques « erreurs « induites par le tube électronique. 4.2 Vidicon Dans ce type de tube, l'image est projetée sur une couche photoconductrice, constituée d'un semiconducteur, comme le trisulfure d'antimoine ou l'oxyde de plomb, dont la conductivité électrique augmente avec l'exposition lumineuse. Ce matériau photoconducteur est appliqué sur une électrode transparente conductrice, qui est chargée positivement par rapport à la source du faisceau d'électrons. Le principe de fonctionnement du vidicon est identique à celui de l'image-orthicon. Les vidicons, connus sous le nom de plumbicons, ont une cible à l'oxyde de plomb traitée de façon spéciale, ce qui leur donne certaines propriétés, comme l'absence de retard (qui provoque une traînée laissée sur l'écran par les objets en mouvement) et un signal de sortie proportionnel à la brillance de l'image. Cela les rend particulièrement adaptés aux caméras de télévision couleur. Le vidicon est un tube de caméra simple et compact d'une grande sensibilité, très utilisé pour la télévision en circuit fermé, où la transmission n'est pas à longue distance. Une caméra alimente directement des moniteurs situés à proximité, à l'aide de simples connexions par câble. La télévision en circuit fermé est utilisée dans l'industrie, le commerce et la recherche pour surveiller à distance des endroits inaccessibles ou dangereux. 5 RADIODIFFUSION DES IMAGES À quelques exceptions près, le système de transmission de la télévision, qui s'effectue par onde électromagnétique, est semblable à celui d'une station radio. Comme cela a été décrit précédemment, un signal de télévision est constitué d'un signal d'image et d'un signal sonore. Ils sont transmis par des émetteurs distincts. 5.1 Canaux La diffusion des images de télévision connaît cependant des problèmes qu'on ne rencontre pas lors de la transmission, plus ordinaire, du son. Le problème majeur est celui de la largeur des bandes de fréquence. Le procédé de modulation d'une onde électromagnétique consiste à générer des bandes qui sont les intervalles centrés sur les fréquences radio porteuses, et dont la largeur est donnée par les fréquences de modulation. En émission radio classique, les bandes ont une largeur qui ne dépasse pas 10 kHz. On peut donc allouer aux différentes stations des fréquences porteuses séparées de seulement 10 kHz sans qu'il y ait d'interférences gênantes. Par contre, la largeur de bande d'un signal de télévision est d'environ 4 MHz, et le spectre de fréquences s'encombre donc beaucoup plus facilement. De plus, il est nécessaire que les fréquences porteuses soient élevées. Pour réduire l'encombrement, on utilise deux modes de transmission : l'un se trouve dans la bande des très hautes fréquences (VHF), l'autre, dans celle des ultra hautes fréquences (UHF). 5.2 Transmission à haute fréquence L'utilisation des hautes fréquences pour la transmission des signaux de télévision réduit considérablement la portée de ceux-ci. Souvent, la portée ne dépasse pas l'horizon, déterminé par la courbure terrestre. Alors que la portée d'une station radio dépasse généralement 160 km, celle des stations émettant des signaux de télévision est limitée à une cinquantaine de kilomètres. Pour couvrir le territoire entier d'un pays, on a donc souvent besoin de nombreuses stations relais. On rencontre un autre problème dans la transmission des signaux de télévision : les ondes, qui se comportent à haute fréquence comme les ondes lumineuses, sont réfléchies par les solides (bâtiments, collines, etc.). Les réflexions répétées introduisent la répétition des mêmes images avec des décalages temporels, introduits par les réceptions successives du même signal. Ces problèmes ont cependant été résolus en grande partie grâce à l'utilisation d'antennes directionnelles, qui amplifient les signaux issus d'une direction donnée, et éliminent les signaux inutiles et gênants. Cependant, le rendement de ces antennes est faible pour les signaux qui ne proviennent pas de leur direction d'orientation. Les satellites artificiels constituent également des moyens de transmission des signaux de télévision sur toute la surface du globe. Les principaux problèmes techniques rencontrés sont la distorsion et l'affaiblissement du signal lors de sa traversée de l'atmosphère, et les phénomènes d'écho parfois causés par les décalages temporels des signaux. 6 RÉCEPTEURS DE TÉLÉVISION L'élément le plus important du récepteur de télévision est le tube-image qui transforme les impulsions électriques du signal de télévision en faisceaux organisés d'électrons. Ces faisceaux heurtent l'écran à l'extrémité du tube, produisant la lumière et une image continue. 6.1 Kinescopes Le kinescope joue le même rôle pour le récepteur que le tube de caméra pour l'émetteur de télévision. Dans sa structure actuelle, le kinescope est un tube cathodique : il génère un faisceau d'électrons provenant de sa cathode, ou électrode négative. Dans un kinescope classique, la cathode émet un faisceau d'électrons. La grille de contrôle, dont le potentiel est légèrement inférieur à celui de la cathode, et les deux anodes, dont le potentiel positif croît vers la sortie du tube, accélèrent les électrons du faisceau. Grâce au champ électrique qu'elles créent, les deux anodes permettent également de polariser le faisceau vers un point précis de l'écran. Cette fonction est également remplie par un système de plaques de déflexion, voire par l'utilisation d'une bobine magnétique. 6.2 Écran L'écran est formé en recouvrant la face interne de l'extrémité du tube par un produit phosphorescent, dont la luminescence (rougeoiement) se manifeste lorsqu'il est bombardé par un faisceau d'électrons. Quand le tube est en fonctionnement, le faisceau électronique apparaît sur l'écran sous la forme d'un petit point lumineux. Dans un kinescope, le faisceau d'électrons est déplacé pour le balayage à l'aide de deux paires de plaques de déviation : l'orientation du faisceau est obtenue par l'application d'une différence de potentiel entre les plaques. La première paire de plaques dévie le faisceau verticalement, la seconde le dévie horizontalement. Un bon fonctionnement du récepteur nécessite que la fréquence et la séquence de balayage du kinescope soient automatiquement verrouillées sur celles du tube de l'émetteur. Cela s'effectue par les impulsions de synchronisation produites par l'émetteur. Le signal vidéo issu de l'émetteur est amplifié par le récepteur et appliqué sur la grille de contrôle du kinescope. Plus la charge électrique de la grille est négative, plus les électrons sont retenus. Les électrons qui franchissent la grille produisent sur l'écran un point lumineux plus ou moins brillant. Par l'action combinée de la tension de balayage et de la tension du signal de caméra, le faisceau électronique trace un schéma lumineux sur l'écran qui est une reproduction exacte de l'image originale. Les phosphores utilisés sur l'écran continuent de rougeoyer pendant un temps court après avoir été activés par le faisceau électronique, ce qui provoque une fusion des points lumineux individuels successifs et la formation d'images continues. 6.3 Circuits de réception Le signal reçu par l'antenne est accordé et amplifié dans le sélecteur radio-fréquentiel. Puis il est est associé au signal de sortie de l'oscillateur local qui génère une fréquence stable. Cette combinaison produit des fréquences de battement correspondant au signal de l'image et au signal du son. Les deux signaux sont séparés par des circuits de filtrage sélectifs, qui ne laissent passer qu'une bande de fréquences donnée, puis sont amplifiés séparément. Le signal de son est amplifié (amplificateur intermédiaire), démodulé et amplifié à nouveau (amplificateur audio). Dans de nombreux récepteurs actuels, le signal de son est séparé du signal d'image lors d'une étape ultérieure, au niveau de l'amplificateur vidéo. Le signal vidéo est également amplifié par un amplificateur intermédiaire distinct puis reconnu. Après une amplification supplémentaire par un amplificateur vidéo, le signal est divisé en deux composantes distinctes par des circuits de filtrage. Le signal vidéo et les impulsions de suppression du faisceau parviennent directement jusqu'à la grille du kinescope et contrôlent l'intensité du faisceau d'électrons. Les deux ensembles d'impulsions de synchronisation sont séparés par filtrage pour donner les composantes verticale et horizontale. Celles-ci sont appliquées à des oscillateurs qui génèrent les tensions utilisées pour dévier le faisceau d'électrons. Le récepteur de télévision domestique est devenu de plus en plus sophistiqué. Les appareils les plus récents ne se contentent plus de recevoir des émissions télévisées, mais sont aussi dotés de fonctions multimédias : télétexte (utilisation de quelques lignes libres pour afficher des informations écrites ou des dessins simples), programmation avancée, connexions à des magnétoscopes et à des ordinateurs. 7 TÉLÉVISION COULEUR La télévision couleur nécessite la transmission, en plus du signal de brillance, ou luminance, indispensable pour reproduire l'image en noir et blanc, d'un signal appelé signal de chrominance, qui transporte l'information de couleur. Le signal de luminance indique la brillance des éléments successifs de l'image, alors que le signal de chrominance spécifie la nuance et la saturation des mêmes éléments. Les deux signaux sont obtenus à partir de combinaisons appropriées de trois signaux vidéo produits par la caméra de télévision couleur. Chacun de ces signaux correspond aux variations d'intensité de l'image vue séparément à travers des filtres rouge, vert et bleu. Les signaux combinés de luminance et de chrominance sont transmis de la même façon qu'un simple signal de télévision noir et blanc. Au niveau du récepteur, les trois signaux vidéo de couleur sont reconstitués à partir des signaux de luminance et de chrominance. Ils génèrent les composantes rouge, bleue et verte de l'image, qui, vues en superposition, reproduisent l'image d'origine dans ses couleurs naturelles. Décrivons maintenant plus précisément le fonctionnement d'un système de télévision couleur. 7.1 Formation des signaux de couleur L'image couleur passe à travers la lentille de la caméra et atteint successivement deux miroirs dichroïques qui réfléchissent chacun une couleur donnée et laissent passer toutes les autres. Ainsi, le premier miroir réfléchit la lumière rouge et laisse passer les rayons verts et bleus, le second réfléchit la lumière bleue et laisse passer les rayons verts et rouges, etc. Les trois images ainsi créées, une rouge, une bleue et une verte, sont concentrées sur les faces de trois tubes de caméra (imageorthicon ou Plumbicon). Devant les tubes, des filtres de couleur sont disposés afin d'assurer que la réponse en couleur de chaque canal de la caméra correspond aux couleurs primaires (rouge, bleu et vert) à reproduire. Le faisceau électronique de chaque tube balaie l'image et produit un premier signal de couleur. Des échantillons de ces trois signaux de couleur sont ensuite envoyés à un additionneur, qui les combine pour produire la brillance, c'est-à-dire le signal noir et blanc. Des échantillons de signaux sont également envoyés à une autre unité qui les code ou les combine pour produire un signal transportant les informations de teinte et de saturation. Le signal de couleur est alors combiné avec le signal de brillance pour former le signal de télévision couleur émis. 7.2 Récepteurs couleur Un récepteur de télévision couleur contient un tubes-image trichrome doté de trois canons à électrons, un pour chaque couleur primaire. Les minuscules points phosphorescents de l'écran, qui peuvent être au nombre de 1 million ou plus, sont regroupés par trois (un point pour le rouge, un autre pour le vert et le dernier pour le bleu). Un « masque « disposé entre les canons à électrons et l'écran de télévision est transpercé de minuscules ouvertures, placées de telle façon que le faisceau d'électrons en provenance de chaque canon atteint uniquement le phosphore de la bonne couleur. Lorsque le signal entrant atteint le récepteur, il passe à travers un séparateur qui sépare le signal de couleur de celui de brillance. L'information de couleur est alors décodée. Quand elle est recombinée avec l'information de brillance, une série de premiers signaux de couleur est produite et atteint le tube tricolore, ce qui recrée l'image vue par la caméra couleur. Si le signal de télévision couleur atteint un récepteur noir et blanc, les données électroniques de teinte et de saturation sont ignorées par les circuits du récepteur. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.
