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[lekomop]

Etude du signal vidéo en utilisant un logiciel d'analyse spectrale.

Public : Classes Terminales série S des lycées, enseignement de spécialité Physique.


But du T.P. :

L'étude du signal vidéo , pour illustrer la constitution des images de télévision , peut être menée par des techniques d'analyse spectrale car ce signal est essentiellement constitué de la superposition de signaux périodiques .


Schématiquement ces signaux se rangent en :

Des signaux généraux, dans ce sens qu'ils se retrouvent identiques, quelles que soient les particularités de l'image observée , par ailleurs.
Des signaux caractéristiques de l 'image observée : si celle ci a une structure simple (mire) leur interprétation est aisée.

Matériel : Camescope
Téléviseur
Oscilloscope (facultatif , mais utile, il sert de moniteur pour les réglages).


Ordinateur 486-66 MHz ou Pentium.
Interface d'acquisition de données Orphy-GTI.
Logiciel WinSpec (Groupe Evariste)


Mire de luminance croissante : bandes colorées parallèles qui seront placées verticalement , obtenues à  partir d'une pochette de papier à  dessin Canson , assortiment pastel. Coller les de la plus foncée à  la plus claire.


Mire noir et blanc , toujours en papier à  dessin , formée de bandes parallèles alternativement noires et blanches.



(Pour les deux mires , prendre une largeur pour chaque bande de 5 cm environ).


Le camescope , qui n'a même pas besoin d'enregistrer, est relié au téléviseur par sa prise Peritel , en parallèle sont branchées aussi sur celle-ci , l'interface Orphy-GTI (voie 8 par exemple) , et l'oscilloscope.(broches 17 de la prise peritel = masse , broche 20 = sortie du signal vidéo ).


Conduite de la manipulation :


A-Fréquence des images :


On suppose un pré-requis qui est de savoir que la fréquence des images est proche de celles du cinéma ( à  savoir 24 images/s pour celui-ci)

On suppose également que l'élève sait que l'image est formée de lignes horizontales parallèles (pour un téléviseur normalement disposé !).


Le camescope observe la mire de luminance croissante (que l'on appellera mire colorée à  ce stade).


Le signal est échantillonné pendant une durée longue par rapport au phénomène de persistance rétinienne : 0,4 s par exemple pour être sà»r que l'échantillonnage recouvre plusieurs images. Il faut donc choisir une fréquence d'échantillonnage assez faible (5000 Hz) et un nombre important de points (2048 échantillons).

On obtient le signal de la figure 1 , un calcul du spectre d'amplitude (fenêtre de Hamming) donne la figure 2.





Interprétation : Le spectre montre à  l'évidence dans sa partie de plus basse fréquence une série de raies de fréquences fo , 2 fo , 3 fo ... : On reconnaît une série de Fourier , ce qui indique la répétition périodique d'un signal de fréquence fo.


Comme toutes les images sont identiques , fo ne peut être que la fréquence de ces images.


L'utilisation du Curseur ( ou de <Traitement> , <Recherche des raies> ) donne la valeur de fo : 50 Hz dans les limites de la résolution spectrale.


Il est donc naturel d'admettre que chaque image est formée de 2 demies-images , correspondant aux lignes paires et impaires : 50 demies-images par seconde donne bien 25 images complètes par seconde.


B- Structure d'une image :

Chaque image est formée de lignes : on doit donc retrouver la fréquence des lignes à  condition d'augmenter la fréquence d'échantillonnage Fe, car on s'attend à  trouver 25x625 = 15625 lignes/s , on prendre Fe = 50.000 Hz , avec toujours 2048 points.


Le signal obtenu est celui de la fig 3



Son spectre celui de la figure 4 , la fréquence des lignes est bien celle attendue dans la limite toujours de la résolution spectrale.



Ces deux observations montrent des périodicités caractéristiques de l'image et indépendantes du caractère particulier de celle-ci , les deux points suivants illustrent l'apparitions de signaux périodiques supplémentaires induits par la mire observée.


C- Observation de mires noir et blanc :


Mire de bandes verticales :

On place la mire noir et blanc devant le camescope de faà§on à  observer 3 bandes noires alternées avec 3 bandes blanches : autrement dit trois périodes noir-blanc à  l'intérieur d'une même ligne.


Le signal de la fig.5



, donne le spectre de la fig 6.



On retrouve bien une raie à  la fréquence f= 3 x 15625 = 46875 Hz ( à  la résolution près).


Mire de bandes horizontales :

Il suffit de faire tourner de 90 ° la mire pour que ses bandes deviennent horizontales , une question à  poser est : quelles périodicités obtiendra-t-on dans le spectre ?

Dans les figures suivantes il y a 2 bandes noires et deux bandes blanches alternées sur la hauteur de l'écran de télévision.


(la réponse est que les lignes ne sont plus identiques à  l'intérieur d'une (demie) image , et que c'est la fréquence apparente des demies-images qui est multipliée par deux !)


fig 7 , signal temporel



; fig 8 spectre correspondant .



Remarque : sur la figure 8 apparaît la raie attendue de fréquence 100 Hz , mais également une raie de fréquence 50 Hz due au fait que chaque demie image est exactement dédoublée : il n'y a pas en particulier deux fois plus de Top de synchro image.

[Cendron]

Ca parait très intéressant...

Mais totalement théorique et sans rapport réel avec le contenu informatif d'une image, ce qui est quand même le plus important!

Un élève de Terminal comprend facilement que la fréquence image est de 50 Hz et que la fréquence ligne de 15625 Hz, et je ne vois pas bien l'intérêt de ce TP déconnecté de la réalité et qui risque au contraire de les dégouter.

Il existe des tas d'instrument dédiés à  l'analyse d'une image dans l'industrie TV utilisant ces conventions classiques de répresentation (niveaux de blanc et de noir, vecteur de couleur) : Moniteur de profil (oscilloscope), vecteurscope, histogramme, parade RGB, beaucoup plus parlants, car la relation est immédiate.

Pourquoi ne pas les utiliser?

Pour info, une mire telle que décrite s'appelle une mire de barres, comportant dans l'ordre :Blanc, Jaune, Cyan, Vert, Magenta, Rouge, Bleu et Noir. On en met en général 30 secondes au début de chaque cassette master d'un programme un peu sérieux pour étalonner les appareils de la chaîne de copie.

Toute personne ayant travaillé une journée dans l'industrie de la video en a au moins vu une.

A+