à‰tude comparative entre la norme européenne et chinoise pour la diffusion de la télévision numérique terrestre en RDC.

CHAPITRE II ETUDE DE LA NORME EUROPEENNE

II.1 introduction

Dans ce chapitre il sera question de parler de la norme, DVB-T, DVB-T2 de la compression MPEG-2 et MPEG-4, de la modulation OFDM ainsi que des avantages et des inconvénients de la norme DVB-T2.

II.2 définition de la norme européenne

DVB-T pour (Digital Video Broadcasting - Terrestrial) est une norme de diffusion de la télévision numérique par liaisons hertziennes terrestre il utilise une modulation OFDM. Cette norme est conçue pour offrir de bonnes performances en prenant en compte les contraintes d'une transmission hertzienne : bande disponible réduite 8 MHz en TV ; atténuation forte au niveau du récepteur, interférence avec les canaux adjacents et présence de bruit impulsif.

DVB-T2 pour (Digital Video Broadcasting - Terrestrial 2) est l'un des standards de la télévision numérique terrestre le plus récent successeur de DVB-T, parue en 2009 utiliser actuellement pour la TNT dans le cadre du passage au tout numérique, le DVB-T2 permet d'économiser environ 40% de bande passante. Cela pourrait permettre d'optimiser la diffusion de chaînes HD, voir de permettre celle de chaînes3D et Ultra HD.

II.3 Codage source

Le codage source a pour but de réduire la quantité d'information transmise. Pour l'image, le codage source fait intervenir en matière de compression de signaux, le découpage de l'image en blocs, la prédiction temporelle et la compensation du mouvement, la quantification et le codage à longueur variable. La norme prend en compte le balayage entrelacé propre au système de TV et permet un débit compris entre 2Mbps et 20Mbps. Dans le domaine son, le codage source peut s'effectuer en monophonie ou en stéréophonie selon le cas en utilisant plusieurs fréquences d'échantillonnage.

II.3.1 Le groupe MPEG (Motion Picture Expert Groupe)

MPEG, est un groupe de travail pour les standards de compression d'images animées, reconnu par l'ETSI (European Telecomunications Standard Institut). Le groupe MPEG a normalisé la norme du même nom et ses successeurs ; le MPEG2, MPEG4, MPEG 7, MPEG 21 ... Dans la Télévision Numérique Terrestre seuls le MPEG-2 et MPEG-4 sont utilisés .Le but de ces normes est de définir les codages qui permettront de limiter le débit d'une source audiovisuelle. Il est à noter que la norme MPEG ne concerne que les images animées. Les autres

Si des signaux multiples sont proches en fréquence (C et D), le signal qui a l'amplitude la plus importante aura pour effet de remonter le seuil d'audibilité B à son voisinage et par conséquent

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données, audio et informationnelles, sont codées séparément puis rassemblées chez l'utilisateur. La norme MPEG s'appuie sur un grand principe : "Ne jamais transmettre un élément d'image déjà transmis". Les principes de fonctionnement des normes seront expliqués par la suite.

II.3.1.1 la compression MPEG-2

Pour assurer l'animation dans une séquence vidéo, l'envoi de 24 images par seconde compressée chacune en JPEG est hors de question car beaucoup trop lourd : les taux de compression resteraient trop faible. On doit encore optimiser la compression en tenant compte des propriétés des images animées.

L'idée du codage MPEG2 (Moving Picture Expert Group) est d'envoyer des images JPEG en alternance avec des images « allégées » qui seront déduites des images JPEG en ne retenant que les variations importantes (mouvement, couleurs...) et en supposant que deux images successives sont en principe très semblables, ce qui est le cas la plupart du temps. Ainsi, sur 24 images par seconde au format cinéma, seules deux seront codées intégralement, (la 1 et la 12). Les autres seront interpolées et reproduites par le décodeur en tenant compte de ces deux images et des informations transmises. Ces images intercalées sont elles-mêmes calculées avec un degré de compression variable. La norme MPEG-2 a été utilisée dès le lancement de la TNT. Les chaines ont diffusé dans un premier temps en définition standard (SD=720x576 lignes)

II.3.1.1.1 compression MPEG-2 appliqué au son

Le principe de la compression audio consiste à utiliser les faiblesses de l'audition humaine pour réduire la quantité d'information à transmettre sans pour autant détériorer la qualité du signal audio. L'oreille humaine n'est capable de percevoir que des sons compris entre 20 Hz et 20 KHz et pour chacune de ces fréquences, la figure ci-dessous représente en A les différents seuils d'audibilité en fonction de la fréquence.

Figure 2.1 Seuil d'audibilité (A) et masquage fréquentiel (D masqué par B)

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de rendre l'oreille insensible aux fréquences voisines : il s'agit du phénomène de masquage fréquentiel. D'autre part, l'oreille ne perçoit pas les sons faibles précédent ou suivant un son de forte intensité et de même hauteur : il s'agit du phénomène de masquage temporel.

Figure 2.2 Masquage temporel

La compression audio va donc utiliser les propriétés acoustiques du système auditif humain décrit par les deux phénomènes de masquage précédents. Un grand nombre de sons sont en effet inaudibles et considérés comme inutiles. Ils sont alors éliminés du signal audio à transmettre, permettant ainsi de réduire le débit sans que la qualité subjective d'écoute n'en soit altérée.

Le codage audio va dans un premier temps diviser la bande passante audio (20Hz - 20KHz) en 32 sous-bandes. Le modèle psycho-acoustique permet ensuite d'éliminer les signaux de sous-bandes non perçus par l'auditeur et de quantifier chacune des sous-bandes de manière à ce que le bruit de quantification reste inférieur au seuil d'audibilité.

II.3.1.1.2 compression MPEG-2 appliqué à la vidéo

Le format vidéo numérique utilise 166 Mbits/s de débit brut pour coder les images avant compression. On souhaite obtenir à la sortie du compresseur, un débit de 15 Mbits/s au format MP@ML (profil défini par la norme MPEG-2, MP@ML : Main Profile at Main Level, définissant les outils de compression utilisés et les résolutions de l'image), d'où la nécessité de réduire ce débit en partant du principe suivant :

y' Il est inutile de répéter un à un les points qui sont identiques sur une image.

y' Si une image est très semblable à sa voisine, il suffit de ne transmettre que leurs différences.

y' Certaines informations peu ou pas pertinentes pour notre système visuel peuvent être codées plus grossièrement, voire supprimées.

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On souhaite donc obtenir un fort taux de compression tout en préservant une bonne qualité d'image. Les outils spécifiques pour la compression des images animées utilisent le principe selon lequel une image renferme des pixels identiques. Il est donc inutile de coder séparément chacun de ces pixels puisqu'un seul peut les caractériser tous. D'autre part, il existe une très forte corrélation entre les images successives.

Deux types de compressions sont principalement appliqués : une compression intra image (pour chaque image) et une compression dite temporelle. La compression intra image repose principalement sur ce que l'on appelle la transformation en cosinus discrète (DCT), une fonction mathématique permettant de transformer une image en fréquences (principe de la compression pour les images JPEG). Les informations superflues se trouvant concentrées dans les hautes fréquences, il est très facile alors de les éliminer. Pour que la DCT soit efficace, il faut, auparavant, découper chaque image en une mosaïque de petits blocs, de 8 x 8 ou 16 x 16 pixels : les macros blocs, Plus la surface de travail est faible, plus le traitement est pertinent.

La compression temporelle va s'effectuer sur des séquences répétitives d'images, appelées GOP (Group Of Images), qui se composent de trois types d'images en partant du principe qu'une image d'une séquence est généralement très peu différente de celle qui la précède. Ces images sont appelées : I (Intra), P (Prédite), B (Bidirectionnelle). Un GOP est une séquence d'images comprises entre deux images « I ». Plus les images I sont espacées, plus le GOP est grand et plus la qualité de l'image diminue.

Figure 2.3 Enchaînement des 3 types d'images MPEG sur un GOP

Les images : « I » (Intra) : ce sont des images de référence compressées de manière indépendante, sans référence à une autre image, qui contiennent tous les macros blocs de la DCT. Le taux de compression des images I est le plus faible car il fait seulement l'objet d'un codage de type JPEG. Ces images représentent le point d'entrée obligatoire à une séquence.

Les images « P » (Prédite) : ces images sont codées en tenant compte des images « I » ou « P » prédites précédentes. On ne pourra pas multiplier indéfiniment le nombre d'images « P » entre deux images « I », car, étant utilisées pour coder d'autres images « P » ou « B », elles propagent

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en l'amplifiant toute erreur de codage. Leur taux de compression est nettement plus important que les images « I » car on ne code plus que l'erreur de prédiction qui est normalement moins riche en détails fins que l'image d'origine.

Les images « B » (Bidirectionnelles) : elles sont obtenues par interpolation bidirectionnelle entre les images « I » et « P » qui les entourent. Elles ont le taux de compression le plus élevé car l'erreur de prédiction est encore plus faible que pour les images « P ». Ces images ne sont pas utilisées pour définir d'autres images : elles ne propagent donc pas les erreurs.

La norme de compression MPEG-2 est la norme actuelle de compression vidéo éprouvée pour le broadcast, et elle est conçue pour toutes les applications de distribution d'images et de sons par satellite, câble et voie terrestre. Elle introduit le principe de profils et de niveaux (débits). Ce sont des techniques de codage et de compression dont résulte chaque fois un débit maximal. De toutes les combinaisons, MP@ML est le meilleur compromis et est devenue la norme de diffusion numérique pour la télévision avec un débit de 15 Mbits/s.

Cela dit, cette norme MPEG-2 est déjà ancienne et son évolution a donné naissance à un nouveau standard MPEG-4, dédié plus spécifiquement au bas débit, et qui va probablement révolutionner le monde de la vidéo.