Écran plat, les principes de base

Format, définition, luminosité… tout ce qu'il faut savoir pour comprendre comment fonctionne un écran plat.

Sommaire

  1. Principe général
  2. Le format
  3. La définition
  4. La luminosité
  5. Le contraste
  6. la fréquence

 

1. Principe général

Un écran plat est constitué de trois éléments-clés : le tuner, l'intelligence électronique et l'écran à proprement parler.

Le tuner reçoit directement le signal capté par l'antenne classique. Lorsque ce signal provient d’une parabole ou d’une box d’accès au Net, il transite alors par un décodeur. Le tuner décrypte ensuite ce signal avant de l'envoyer au cerveau de l'écran plat : le système électronique.

L'intelligence électronique est composée de processeurs qui obéissent à ce qu'on appelle des algorithmes, c'est-à-dire un ensemble d'ordres et d'instructions défini par le fabricant, exactement de la même façon qu'un ordinateur a besoin d'un système d'exploitation pour fonctionner. Ce cerveau reconnaît les signaux traités par le tuner comme ceux provenant d'un lecteur de DVD externe ou d'une console de jeu. Il les analyse, les interprète et compose alors un jeu d'instructions qu'il envoie à l'écran qu’en termes techniques on appelle une « dalle ». C'est donc lui qui pilote tous les éléments déterminants de l'image tels que la luminosité, le contraste et la fréquence.

Enfin, l'écran affiche successivement les images selon les exactes consignes que lui donne l'électronique de l'écran plat.

Ainsi une même dalle, selon qu'elle est couplée à tel ou tel système électronique, peut donner des résultats qui changent du tout au tout. Une dalle de haute qualité ne donnera qu’une télévision médiocre si l’exploitation électronique n’est pas à la hauteur : la qualité des composants utilisés, la pertinence du logiciel qui traite l’image et le son font la différence. Puisque la télévision est en fait une chaîne, la qualité du produit final est directement corrélée à la performance de chacun des maillons. Ceci explique en particulier les différences de prix que l’on constate sur le marché, dans un rapport de 1 à 3, même si l’écart se réduit sensiblement lorsqu’on ne regarde que les produits les plus vendus.

 

2. Le format

Deux paramètres caractérisent le format d'une image : sa taille (c’est à dire sa surface) tout d’abord, ses proportions (sa forme) ensuite.

En ce qui concerne la taille, nous visualisons bien la différence qui existe entre une affiche publicitaire placardée dans la rue (4 x 3 m) et une photo d'identité (4 x 3 cm).

Quant à ses proportions, une image peut être plus ou moins large et plus ou moins haute. Il se trouve que la vision humaine est particulièrement adaptée à une perception visuelle sur l'axe horizontal. En d'autres termes, notre vision nous permet de voir de façon beaucoup plus large de gauche à droite que de bas en haut. Tout naturellement le monde du spectacle s’y est adapté : les scènes de théâtre, les écrans de cinéma, les téléviseurs adoptent toujours un format rectangulaire, plus large que haut.

Mais il y a rectangle et rectangle ! Le choix se corse car il existe une multitude de formats d'images. Citons par exemple le format Cinemascope, utilisé au cinéma qui est d'un rapport 2,55:1 (il existe des variantes) soit une image de 1 mètre de haut pour 2,55 mètres de large ou bien le format des anciens téléviseurs cathodiques de proportion 4/3 soit une image de 30 cm de haut pour 40 cm de large.

L'immense majorité des téléviseurs actuels utilise le format 16/9. Le rapport largeur/hauteur de l’image vaut donc 1,78.

Ainsi, lorsqu'un écran plat 16/9 affiche une image mesurant 111 cm de large, la hauteur de cette dernière atteint 62,5 cm. Pourtant, vous ne verrez jamais ces mesures figurer sur le descriptif d’un téléviseur. On vous vantera le charme d’un écran de 50 pouces. Pourquoi les marques et les magasins parlent-ils d'écrans de 26, 36, 42, 50 pouces sans jamais évoquer les dimensions réelles de l’image ? La réponse est à chercher du côté du génie marketing des fabricants. Pour mettre en avant la taille d'un écran mieux vaut faire le plus riche possible. En l'occurrence, parler de la diagonale de l'écran plutôt que de sa largeur et a fortiori de sa hauteur est plus flatteur. Et pour ne pas faire simple, les professionnels de l’image raisonnent en pouce, une unité de mesure anglaise qui vaut 2,54 cm.

Votre téléviseur de 50 pouces (de diagonale) affiche en réalité une image large de 43,7 pouces (111 cm) et haute de 24,6 pouces (62,5 cm).

En résumé : 

Retenez que tous les écrans plats actuels offrent une image 16/9*, ce qui définit un rectangle dont la largeur est 1,78 fois supérieure à la hauteur, et que l'on mesure la taille de l'image en fonction de sa diagonale. Cette mesure, exprimée en pouces (1 pouce = 2,54 cm) évolue de 19 jusqu'à 65 pour les plus grands écrans.

* À l'exception notable de certains modèles de marque Philips dont les proportions sont de 21/9, soit un rapport de 2,33:1. Rappelez-vous, le format Cinemascope est de 2,55:1, on est vraiment tout proche. De même pour le format cinéma Panavision, aujourd'hui très répandu, qui est de 2,35:1. Cette gamme ne doit rien au hasard : les cinéphiles amoureux de belles images qui veulent une restitution du film dans les exactes proportions souhaitées par le metteur en scène y trouvent leur bonheur. 


3. La définition (ou résolution) 

La dalle d'un écran plat peut tout à fait être comparée à un damier ou à une matrice qui comporte un certain nombre de lignes et de colonnes, comme un tableau Excel. Chacune de ces cases est appelée pixel et chaque pixel peut prendre une couleur et une luminosité définies pendant un temps déterminé.

On peut aussi comparer une dalle à une mosaïque où chaque pixel correspond à un des fragments qui composent la mosaïque. De très près, on ne voit rien d'autres que des éléments juxtaposés mais avec la bonne distance de recul (qui dépend de la taille de la mosaïque) la mosaïque devient un véritable tableau.

La définition d'une dalle correspond au nombre de lignes et de colonnes qu'elle peut afficher. La multiplication du nombre de colonnes par le nombre de lignes indique le nombre de pixels qui composent l'image affichée par l'écran plat.

Considérons la définition la plus répandue aujourd'hui (le standard) dans le monde des écrans plats : le Full HD 1920x1080.

Chaque image Full HD (Full High Definition ou Haute Définition Supérieure) comprend 1920 colonnes et 1080 lignes soit 2 073 600 pixels. Ce standard convient parfaitement au format 16/9, on le désigne parfois sous l’abréviation 2K. Selon la même logique, on parle de définition 4K (l’image comprend alors 3 840 colonnes et 2 160 lignes) et même de 8K (ultra haute définition). Pour le moment, seuls les laboratoires qui conçoivent les téléviseurs de demain sont concernés !

Plus de 2 millions de pixels composent donc chacune des images télévisées que nous regardons. Chaque pixel est lui-même composé de trois éléments électroluminescents capables d'afficher soit du bleu, soit du vert, soit du rouge. L'on parle alors du système de colorimétrie RVB (rouge, vert, bleu) ou RGB (pour red, green, blue en anglais).

Ensuite, place à la palette du peintre ! En mélangeant ces couleurs de base (on allume l’un des éléments, ou deux, ou les trois), on obtient les teintes les plus variées. En modulant l’intensité lumineuse, on multiplie encore les possibilités. De la sorte, plusieurs millions de nuances différentes sont disponibles. Et comme l’artiste, l'intelligence du téléviseur choisit avec grand soin la recette de chaque pixel pour restituer au plus juste l'image qu'on lui demande d'afficher. Un exemple : la lumière blanche comparable à celle du soleil est composée de rouge pour 30 %, de vert pour 59 % et de bleu pour 11 %.

Cette capacité de recréer l’éventail des couleurs varie d'un écran plat à l'autre en fonction de ce qu'on appelle sa « richesse de couleurs ». Plus elle est élevée, plus l’image semble naturelle. On le comprend de suite, cette richesse est directement fonction de la puissance de calcul de l’intelligence électronique. Et plus il y a de processeurs, plus le prix grimpe…

Remarque : Un pixel peut mourir, lorsque au moins un des 3 éléments électroluminescents ne fonctionne plus correctement. Feu le pixel affiche alors en permanence un point noir, bleu, vert, rouge… en fait il reste figé dans la position où il se trouvait au moment de tomber en panne. Fort heureusement, le phénomène est rare et l’œil détecte avec peine quelques pixels morts sur un écran qui en comporte plus de 2 millions, d'autant plus que l’image est animée. La panne peut aussi provenir de l'intelligence électronique du téléviseur qui oublie d’informer une ligne ou une colonne entière. Le phénomène est rarissime.

En résumé :
La définition la plus courante des écrans plats, dite 1920x1080, correspond à une image composée de plus de 2 millions de pixels soigneusement rangés dans une matrice de 1 080 lignes et 1 920 colonnes. Selon la taille de l'écran, la taille des pixels et leur écartement peut varier. Mais le recul compense visuellement ces nuances lors du visionnage. Chaque pixel peut afficher jusqu'à plusieurs millions de couleurs différentes.

 

4. La luminosité 

On l’a vu, l'image restituée est en fait composée de plus de deux millions de pixels, chacun de ces pixels étant constitué de trois éléments électroluminescents qui s’allument sur ordre du cerveau électronique du téléviseur. Une question s’impose alors : comment les processeurs doivent-ils calculer l'intensité lumineuse pour piloter l'allumage de ces éléments ?

Pour reproduire la nuit (le noir total), c’est très simple : tous les éléments sont éteints ! Par beau temps, les choses se compliquent. En effet, l'image ne doit pas être aveuglante (si trop lumineuse), ni trop pâle (on distinguerait mal l’image en plein jour ou dans une pièce particulièrement bien éclairée). De plus, la luminosité de l’écran doit sembler homogène.

Et l'œil humain a ses fantaisies ! D'une part, il ne perçoit pas la luminosité de chacune des couleurs de façon uniforme. Certaines lui paraissent plus lumineuses que d’autres. De plus, il est plus sensible à la luminosité des bleus quand la luminosité ambiante diminue. Enfin, il ne perçoit pas la luminosité de façon linéaire proportionnellement à la lumière émise. Il existe des paliers. On y remédie grâce à un procédé technique appelé correction Gamma ou progressivité.

La luminosité d'un écran plat est donc le fruit de multiples composantes, il convient d’en réaliser le meilleur compromis. Chaque fabricant réalise son propre choix, paramètre son intelligence électrique en conséquence, ce qui donne une empreinte personnelle à l’image. Les puristes se piquent de voir ces différentes empreintes…

Remarque : Certains téléviseurs haut de gamme disposent d'un capteur de luminosité ambiante afin de moduler la propre luminosité de l'image.

Autre point important, les téléviseurs sont tous dotés en façade d’une plaque transparente qui protège l’écran. Celle-ci réfléchit plus ou moins la lumière et génère ainsi plus ou moins de reflets. Cette capacité à réfléchir s'appelle la réflectance ; bien évidemment moins elle est forte mieux c'est. Il en existe de différentes qualités.

À savoir : le paramètrage de la luminosité peut être modifié par l'utilisateur en modifiant les réglages de son téléviseur. Ne vous contentez pas de la « programmation usine », n’hésitez pas à faire des tests grandeur nature.

 

5. Le contraste 

Comme la luminosité, le contraste est une caractéristique déterminante de la qualité de l’image. Le contraste correspond à la faculté de l'écran plat d'afficher une grande différence de densité entre les parties foncées et les parties claires d'une image. C'est la capacité à restituer une image la moins terne, la moins laiteuse et donc la plus éclatante possible. Lorsqu'il est très faible, le contraste réduit le niveau de détail d'une image.

Pour bien comprendre, imaginons une échelle de 0 à 100. 0 est le noir absolu, 50 un gris parfaitement équilibré et 100 le blanc le plus pur. L'idéal serait de pouvoir reproduire chaque nuance, mais la technologie à ses limites. Tel téléviseur joue sur une plage comprise entre 20 et 80, tel autre réagit entre 30 et 70. Plus l'amplitude est grande, plus le contraste est élevé, plus éclatante est l'image. Les fabricants expriment ce contraste en million, un rapport au calcul savant et qui dans l’esprit des consommateurs reste… bien flou !

À savoir : Comme la luminosité, le contraste de l’écran plat peut être paramètré et divers tests permettent de voir réellement comment le contraste agit sur l'image.

 

6. La fréquence 

On va vous faire une confidence sur la fréquence : un film, une émission, une séquence vidéo est constitué d’une succession d'images. Le nombre d’images qui défilent chaque seconde s’appelle la fréquence.

Au cinéma, le projecteur envoie sur l'écran 24 images par seconde, ce qui crée l'illusion du mouvement grâce à la persistance rétinienne : quand nous voyons une image, celle-ci reste gravée sur notre rétine pendant un très court laps de temps. À raison de 24 images vues chaque seconde, nous voyons déjà l'image suivante alors que l’image précédente n’est pas tout à fait effacée, l’image devient animée.

Sur un écran plat, le principe est identique. Sauf que la fréquence est différente. Les anciens téléviseurs à tube cathodique fonctionnaient au rythme de 50 hertz, c’est à dire 50 images par seconde. Pour les écrans plats, le standard démarre à 100 Hz, soit le double. Certains écrans montent même jusqu'à 200 Hz, la qualité de l’image s’en trouve bien sûr améliorée, et les professionnels du marketing des grandes marques vont jusqu'à évoquer des fréquences encore supérieures !

Mais il y a un hic : les sources vidéo des images tout comme l’ensemble des émissions TV sont toujours émises en 50 Hz car les infrastructures de radio diffusion ne peuvent accepter un flux d’images plus élevé. L'astuce consiste donc à créer des images supplémentaires « au point de livraison », au sein même du téléviseur. Les marques les plus sérieuses intègrent un programme (algorithme) spécial dans l'intelligence du téléviseur qui analyse chaque image (que l'on appellera A) puis l'image suivante (B) et invente de toutes pièces une image intermédiaire (que l'on nommera ab) qu'il insère entre les deux images réelles et le tour est joué. De la séquence A-B telle que la reçoit l'électronique du téléviseur, on dispose d’une séquence A-ab-B affichée sur la dalle. Le cerveau de l'écran plat traite ensuite les images B et C pour créer une image bc et ainsi de suite. D'autres appareils font l'économie de ce calcul et doublent simplement la première image (créant une séquence A-A-B) ou – pour les plus paresseux - insèrent tout bonnement une image noire (créant une séquence A-noir-B). L'œil humain se laisserait presque berner sauf que les séquences réellement calculées (A-ab-B) offrent une fluidité d'image supérieure et sont nettement plus agréables à regarder !

Pour obtenir une fréquence de 200 Hz, la façon de procéder est identique sauf que l'intelligence calcule 3 images intermédiaires (ab1, ab2 et ab3), on obtient alors une séquence A-ab1-ab2-ab3-B. De la même façon, les écrans les plus performants calculent réellement ces « fausses » images quand d'autres se contentent de répéter la première (A-A-A-A-B). À notre connaissance, au-delà de 200 Hz, les téléviseurs ne calculent plus d'images intermédiaires mais insèrent de multiples images répétées à l'identique (jusqu'à 12 fois de suite). Dans ces conditions, pas sûr que l'œil humain y gagne au change ! D’autant que si l’image d’origine n’est pas parfaitement nette, cette duplication excessive en renforce l’aspect flou jusqu’à provoquer un effet dit « fantôme » qui au final réduit la clarté de la séquence vidéo. C’est particulièrement vrai pour toutes les scènes d'action (films d'aventure, retransmissions d'événements sportifs…) et a fortiori pour les jeux vidéos.

Mais ce n’est pas si simple…

Reprenons notre exemple d'un écran plat 16/9 1080.

Nous l’avons vu, il possède une définition de 1080 lignes x 1920 colonnes, soit un peu plus de 2 millions de pixels, composés chacun de 3 éléments électroluminescents. Il fonctionne en 200 Hz, il reçoit donc 50 images par seconde, en recalcule 150 dans le même temps pour au final en renvoyer 200 à la dalle qui les affiche.

À vos calculettes : les processeurs doivent réaliser toutes les secondes : 

200 x 2 073 600 x 3 = 1 244 160 000 ! 

Que nous arrondissons à 1,25 milliard. En d'autres termes, à chaque seconde, l'écran plat 16/9 1080 200 Hz doit procéder à un minimum de 1,25 milliard de calculs par seconde !

Lorsque le calculateur est assez puissant, pas de soucis : la dalle affiche l'intégralité des images à chaque instant. On parle alors de système « progressif » ou « progressive » en anglais et l'on ajoute un « p » à 1080 (soit 1080p) pour indiquer cette faculté d'afficher chaque image dans son intégralité. Il arrive en outre que l'on y ajoute la fréquence d’émission de la source en précisant le nombre d'images par seconde du signal d’origine, ce qui donne 1080p24 (s’il s’agit d’un film de cinéma) ou 1080p50 (pour une émission de télévision) mais cela est rare et somme toute pas très utile.

Mais gare aux apparences ! La filière de l'image numérique, jamais à cours d’idées, recourt parfois à une astuce pour réduire tout bonnement de moitié le volume d'instructions vidéos qui composent les images. L'intérêt est financier : les chaînes de télévision diffusées via le satellite font ainsi l’économie de 50 % du volume d'informations qui transitent par ledit satellite, les fabricants de télés implantent un calculateur de moindre puissance, moins cher. Cette technique s'appelle l'entrelacement (interlaced en anglais) et elle est désignée par un « i » que l'on accole à 1080, soit 1080i.

Le principe de l'entrelacement consiste à littéralement tronçonner chaque image en bandelettes horizontales puis à n'afficher qu'une bandelette sur deux en alternance. Dans notre exemple, la dalle a une capacité d'affichage de 1080 x 1920, soit 1 080 lignes. L’image est découpée en 1 080 bandelettes La dalle affiche dans un premier temps les seules lignes paires de l'image (soit 540 lignes) puis ensuite les lignes impaires.

Ainsi, de façon schématique, si l'on appliquait la technique de l'entrelacement à un mille-feuille dont on observe la tranche, on voit d'abord et uniquement les couches de pâte puis uniquement les couches de crème. La vitesse élevée de défilement des images rend l’astuce invisible.

Toutefois, le rendu d’une image progressive ou entrelacée n'est pas strictement identique surtout pour les grandes tailles d'écran. Les puristes affirment en effet que mieux vaut, à partir d'une diagonale de 42 pouces (107 cm), une image progressive qu'entrelacée. Heureusement, la plupart des écrans plats actuels jouent plutôt la carte du progressif.

Remarque : Ces notions de fréquence et d'images progressives ou entrelacées jouent un rôle essentiel dans la gestion de la 3D. Ce sujet fait l'objet d'un dossier spécial ici.

 

N'hésitez pas à nous communiquer vos remarques, suggestions ou commentaires en nous adressant un mél à contact@technidomia.com

Image & sonImageTéléviseur Comment ça marche

Informations complémentaires Téléviseur ...