LA TELEVISION NUMERIQUE REALISEE AVEC LA NORME DVB-T

N° d’ordre 01/GTR/TCO Année Universitaire : 2006/2007

UNIVERSITE D'ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT TELECOMMUNICATION

MEMOIRE DE FIN D'ETUDES

en vue de l'obtention

du DIPLOME d'INGENIEUR

Spécialité : Télécommunication

Option : Génie des Télécommunications et Réseaux

par : ANDRIAMBOAVONJY Henintsoa Harifidy

LA TELEVISION NUMERIQUE REALISEE

AVEC LA NORME DVB-T

Soutenu le lundi 10 décembre 2007 devant la commission d’examen composée de :

Président : M. RATSIHOARANA Constant

Examinateurs :

M. RADONAMANDIMBY Edmond Jean Pierre

Mme. RABEHERIMANANA Lyliane

M. RAZAFINDRADINA Henri Bruno

Directeur de mémoire : M. BOTO ANDRIANANDRASANA Jean Espérant

REMERCIEMENTS

La grâce de Dieu nous a inondé pendant toute l’élaboration de ce mémoire. De Lui découle tout -

tout ce qui a été fait, tout ce qui existe, et tout ce que je suis – et ce, pour sa gloire. Je Te loue Mon

Seigneur, Mon Sauveur et Mon Maître, Jésus Christ.

Je dédie ma profonde gratitude à :

- Monsieur RAMANANTSIZEHENA Pascal, Professeur et Directeur de l’Ecole Supérieure

Polytechnique d’Antananarivo, pour nos cinq années d’études dans cet établissement.

- Monsieur RANDRIAMITANTSOA Paul Auguste, Professeur et Chef du Département

Télécommunication à l’ESPA. Toute ma gratitude pour son assistance pendant mes années

d’études.

- Monsieur BOTO ANDRIANANDRASANA Jean Espérant, Enseignant au sein du

Département Télécommunication et Directeur de ce mémoire, qui n’a cessé de me

prodiguer de précieux conseils et de me guider durant tout ce travail.

- Monsieur RATSIHOARANA Constant, Enseignant au sein du Département

Télécommunication, qui nous a fait l’honneur de présider les membres de Jury de ce

mémoire.

Je remercie aussi tous les membres du Jury de ce mémoire :

- Monsieur RADONAMANDIMBY Edmond Jean Pierre, Enseignant du Département

Télécommunication.

- Madame RABEHERIMANANA Lyliane, Enseignante du Département


- Monsieur RAZAFINDRADINA Henri Bruno, Enseignant du Département


Qu’ils trouvent ici l’expression de notre reconnaissance profonde.

Je tiens également à remercier tous les différents corps de l’Ecole Supérieure Polytechnique, qui

nous ont permis d’effectuer nos cinq années d’étude au sein de l’Ecole.

Pour leur soutien tant spirituel que moral, je remercie ceux qui ont contribué, de près ou de loin, à

la réalisation de ce présent mémoire. Je remercie aussi toute ma famille et tous mes amis, vos

appuis et vos aides ont été si précieux. J’y ai trouvé ma source d’encouragement.

Grand merci à tous !

AVANT-PROPOS

Parmi les secteurs les plus attrayants actuellement, les télécommunications suivent une évolution

exponentielle. Depuis la veille des années soixante, et surtout ces deux dernières décennies, les

chercheurs en matière de nouvelles technologies n’ont cessé de nous impressionner, vue leurs

impacts socio-économiques ainsi que culturels.

Les divers pays développés donnent une place très importante aux télécommunications puisque ce

sont grâce à ces dernières que les échanges d’informations ont pu se faire correctement et

rapidement.

Le mémoire ci-présent va nous renseigner au mieux sur l’un des fruits de la montée technologique

en matière de diffusion de ces informations. Il a pour titre : ‘‘ La télévision numérique réalisée

avec la norme DVB-T’’.

i

TABLE DES MATIERES

TABLE DES MATIERES ............................................................................................................................. i

ABREVIATIONS ......................................................................................................................................... iv

INTRODUCTION GENERALE .................................................................................................................. 1

Chapitre 1 : Les bases de la télévision ..................................................................................................... 4

1.1 Historique .............................................................................................................................................................. 4

1.2 La perception d'une image par l'œil ..................................................................................................................... 5

1.2.1 La lumière ........................................................................................................................................................ 5

1.2.2 L'œil humain ................................................................................................................................................... 7

1.3 Les signaux de télévision ..................................................................................................................................... 10

1.3.1 Acquisition des signaux de télévision........................................................................................................... 10

1.3.2 Emission monochrome .................................................................................................................................. 11

1.3.3 Emission couleur ........................................................................................................................................... 12

1.3.3.1 Le signal de luminance .......................................................................................................................................... 12

1.3.3.2 Les signaux de chrominance ................................................................................................................................. 12

1.3.4 Signaux de synchronisation .......................................................................................................................... 13

1.3.4.1 Le signal de synchronisation et de suppression ligne ........................................................................................... 13

1.3.4.2 Le signal de synchronisation et de suppression trame .......................................................................................... 14

1.3.5 Signal vidéo composite .................................................................................................................................. 14

1.3.6 Signal audio ................................................................................................................................................... 15

1.4 L'analyse et la transmission d'une image ........................................................................................................... 15

1.4.1 Liaison par faisceaux hertziens .................................................................................................................... 17

1.4.2 Liaison par satellite ....................................................................................................................................... 17

1.5 Les systèmes mondiaux de télévision .................................................................................................................. 18

1.5.1 Le système NTSC .......................................................................................................................................... 18

1.5.2 Le système PAL ............................................................................................................................................. 19

1.5.3 Le système SECAM ...................................................................................................................................... 20

1.6 Transmission radioélectrique des signaux de télévision .................................................................................... 21

1.6.1 Antenne d’émission de télévision ................................................................................................................. 21

1.6.2 Antenne de réception de télévision .............................................................................................................. 23

1.6.3 Zone de couverture d’un émetteur de télévision ........................................................................................ 24

1.6.4 Défauts de transmission radioélectrique en émission de télévision ........................................................... 25

1.6.5 Réception de la télévision ............................................................................................................................. 25

Chapitre 2 : Introduction à la télévision numérique et la norme DVB-T .......................................... 27

2.1 Introduction ......................................................................................................................................................... 27

ii

2.2 Histoire de la télévision numérique .................................................................................................................... 27

2.3 Généralité sur la télévision numérique ............................................................................................................... 29

2.4 La norme DVB-T ................................................................................................................................................. 31

2.4.1 Définition ....................................................................................................................................................... 31

2.4.2 Les objectifs du DVB .................................................................................................................................... 32

2.4.3 Les paramètres de la norme DVB-T............................................................................................................ 32

Chapitre 3 : La télévision numérique réalisée avec la norme DVB-T ................................................ 35

3.1 Introduction ......................................................................................................................................................... 35

3.2 Synoptique de la chaîne de diffusion DVB-T ..................................................................................................... 35

3.3 Fonctionnement de la chaîne de diffusion numérique DVB-T ......................................................................... 36

3.3.1 Le codage de source ...................................................................................................................................... 37

3.3.1.1 Compression MPEG-2 ........................................................................................................................................... 37

3.3.1.2 Multiplexage et embrouillage ................................................................................................................................ 41

3.3.2 Séparateur ..................................................................................................................................................... 43

3.3.3 Codage de canal ............................................................................................................................................ 43

3.3.3.1 Dispersion d’énergie (brassage) ............................................................................................................................ 44

3.3.3.2 Codage Reed-Solomon (codage externe) ............................................................................................................... 45

3.3.3.3 Entrelacement externe ........................................................................................................................................... 47

3.3.3.4 Codage convolutif (codage interne) ...................................................................................................................... 49

3.3.3.5 Entrelacement interne ........................................................................................................................................... 51

3.3.4 Adaptation au canal de transmission terrestre ........................................................................................... 52

3.3.4.1 Modulation numérique et adaptation trame ......................................................................................................... 53

3.3.4.2 Modulation OFDM ................................................................................................................................................ 55

3.3.4.3 Modulation COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) .................................................... 58

3.3.4.4 Conversion numérique/analogique et transposition radiofréquence ................................................................... 61

3.3.4.5 Caractéristiques du canal de transmission terrestre ............................................................................................. 61

3.4 Utilisation des fréquences ................................................................................................................................... 63

3.4.1 Le Multi Frequency Network (MFN) ou réseau multifréquence .............................................................. 63

3.4.2 Le Single Frequency Network (SFN) ou réseau monofréquence .............................................................. 64

3.5 Principe de la réception numérique DVB-T ....................................................................................................... 64

3.6 Principe d’un récepteur numérique de télévision .............................................................................................. 66

3.6.1 Les adaptateurs numériques pour TV analogique ..................................................................................... 66

3.6.2 Les adaptateurs pour PC .............................................................................................................................. 67

3.6.3 Les récepteurs de télévision avec décodeur numérique intégré ................................................................ 67

3.6.4 Les boîtiers « triple play » compatibles avec la réception numérique hertzienne ................................... 67

Chapitre 4 : Simulation sous Matlab .................................................................................................... 68

4.1 Description du logiciel Matlab ............................................................................................................................ 68

4.2 Théories utilisées pour la simulation .................................................................................................................. 68

iii

4.3 Fonctionnement de la simulation ....................................................................................................................... 69

4.3.1 La partie présentation (fenêtre d’accueil) ................................................................................................... 69

4.3.2 L’interface d’exécution de la simulation ..................................................................................................... 70

4.3.3 La partie contenant les aides (aides)............................................................................................................ 71

4.4 Exemples effectués pour la simulation ............................................................................................................... 72

4.4.1 Pour ‘‘un émetteur’’ sélectionné.................................................................................................................. 72

4.4.2 Pour ‘‘deux émetteurs’’ ................................................................................................................................ 75

4.4.3 Dans le cas de ‘‘trois émetteurs’’ ................................................................................................................. 77

CONCLUSION GENERALE .................................................................................................................... 80

ANNEXE 1 : DEFINITIONS ET APPELLATIONS EN MODULATION NUMERIQUE .......... 82

ANNEXE 2 : CALCUL DU DEBIT UTILE ...................................................................................... 82

ANNEXE 3 : CODE DE REED SOLOMON .................................................................................... 83

ANNEXE 4 : SIGNIFICATION DE : ‘‘4 : 2 : 2’’ ............................................................................. 83

ANNEXE 5 : ORGANIGRAMME DU PROGRAMME DE LA SIMULATION ........ .................. 84

BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................................................... 85

iv

ABREVIATIONS

ASCII : American Standard Code for Information Interchange

ATSC : Advanced Television Standards Committee

BBC : British Broadcasting Corporation

BP : Basse Priorité

CBS : Columbia Broadcasting System

CCD : Charge Coupled Devices

CCETT : Centre Commun d’Etudes de Télédiffusion et Télécommunications

CCIR : Comité Consultatif International des Radiocommunications

CD : Compact Disc

CFT : Compagnie Française de Télévision

CIE : Commission Internationale de l’Eclairage

COFDM : Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing

CSA : Conseil Supérieur de l’Audiovisuel

DAT : Digital Audio Tape

DVB : Digital Video Broadcasting

DVB-C : Digital Video Broadcasting- Câble

DVB-H : Digital Video Broadcasting- Handheld

DVB-MHP : Multimedia Home Platform

DVB-S : Digital Video Broadcasting -Satellite

DVB-T : Digital Video Broadcasting-Terrestrial

DVD : Digital Versatile Disc

ES : Elementary Stream

ETSI : European Telecommunications Standards Institute

FCC : Federal Communications Commission

FEC : Forward Error Correction

FFT : Fast Fourier Transform

FI : Fréquence Intermédiaire

GOP : Group Of Pictures

HP : Haute Priorité

IES : Interférences Entre Symboles

v

IFFT : Inverse Fast Fourier Transform

ISDB-T : Integrated Service Digital Broadcast Terrestrial

ISO : International Standardization Operating

JPEG : Joint Pictures Expert Group

MATLAB : MAT trix LABoratory

MAC : Multiplex Analog Component

MFN : Multi Frequency Network

MP@ML : Main Profile at Main Level

MPEG : Moving Pictures Expert Group

MTC : Multi-Tone Channel

MPTS : Multiple Program Transport Stream

NBC : National Broadcasting Company

NICAM : Near Instantanious Companding Audio Multiplexer

NTSC : National Television System Committee

OFDM : Orthogonal frequency Division Multiplexing

PAL : Phase Alternation Line

PC : Personal Computer

PCI : Peripheral Component Interface

PES : Packetized Elementary Stream

PRBS : Pseudo Random Binary Sequence

QAM : Quadrature Amplitude Modulation

QPSK : Quadrature Phase Shift Keying

RF : Radio Fréquence

RGB : Red Green Blue

RS : Reed Solomon

RVB : Rouge Vert Bleue

SECAM : SEquence de Couleur Avec Mémoire

SFN : Single Frequency Network

STPS : Single Program Transport Stream

TEB : Taux d’Erreur Binaire

TFID : Transformée de Fourier Inverse Discrète

TNP : Télévision Numérique de Poche/Personnelle

vi

TNT : Télévision Numérique Terrestre

TPS : Transmission Parameter Signal

TSF : Télégraphie Sans Fil

UHF : Ultra High Frequency

UIT-R : Union Internationale des Télécommunications-Radiocommunications

UIT-T : Union Internationale des Télécommunications-Télécommunications

USB : Universal Serial Bus

VHF : Very High Frequency

1

INTRODUCTION GENERALE

Bien que les aspects économiques et le potentiel de création d'emplois soient clairement des

éléments essentiels à prendre en compte dans l'élaboration de la politique communautaire, c'est le

rôle socioculturel des médias de l'audiovisuel qui constitue le point de départ de la définition des

politiques. L'impact social de ces médias est considérable et puisqu'il s'agit de leur spécificité

même, il est au cœur des politiques les concernant. Le rôle de la télévision illustre déjà clairement

cet impact social. Cela étant dit, il convient de ne pas oublier le rôle toujours important de la radio

parmi les médias.

Les médias du secteur audiovisuel jouent un rôle capital dans la bonne marche de nos sociétés

démocratiques modernes. Sans cette libre circulation de l'information, ces sociétés ne peuvent

fonctionner. Les médias du secteur audiovisuel assurent en outre une mission fondamentale pour

le développement et la transmission des valeurs sociales : non seulement parce qu'ils influent

largement sur les faits et les images du monde qui nous sont présentés, mais aussi parce qu'ils

fournissent les concepts et catégorisations - politiques, sociales, ethniques, géographiques,

psychologiques, etc. - que nous utilisons pour décrypter ces faits et images. Ils contribuent donc à

définir non seulement « ce que nous voyons », mais aussi « notre manière de le voir ».

A l’heure actuelle, la télévision occupe une position forte mouvante. Le souci de vouloir toujours

améliorer la qualité des images et du son a conduit les ingénieurs à rechercher et à développer des

procédés numériques ou semi-numériques où les habituels défauts de diaphotie, mélange des

teintes colorées ou couleurs fondamentales, des couleurs qui n’existent plus et où le son acquiert

une grande qualité. Ces procédés imposent la détention d’un décodeur.

La numérisation de la distribution de la télévision correspond à une évolution mondiale. A long

terme, la Télévision Numérique Terrestre (TNT) va offrir une desserte additionnelle de chaînes de

télévision indépendantes des opérateurs par satellite et des câblodistributeurs.

La numérisation est inéluctable. Elle concerne l’ensemble des réseaux et des services de

communication. Les avantages qui résultent du passage au numérique intéressent à la fois les

téléspectateurs et les opérateurs : offre élargie de programmes et de services et souplesse de leur

consommation, qualité des images et du son, diffusion de tous types d’informations (vidéo, images

fixes, données, sons) sur n’importe quel support, interactivité, gestion plus économique du spectre

des fréquences, baisse des coûts et diversification des sources de revenus pour les opérateurs. A

2

ces attraits peuvent être ajoutés, pour le support hertzien, la portabilité, voire la mobilité, et par

voie de conséquence de nouveaux services.

Ce sont les moyens de transmission les plus récents (satellite puis câble) qui ont bénéficié les

premiers des avantages de la numérisation. Aujourd’hui, les évolutions technologiques permettent

la digitalisation de la diffusion hertzienne.

Des normes ont été adoptées au niveau européen. Le groupe européen Digital Video Broadcasting

ou DVB a ainsi établi des spécifications techniques, soumises aux organismes de normalisation

européenne, pour les différents supports de diffusion (terrestre, câble, satellite). Les techniques de

transmission pour la diffusion hertzienne terrestre (DVB-T où T pour Terrestrial) ont été définies

en 1997.

Nombre d’Etats procèdent aujourd’hui à un réexamen de leur cadre réglementaire à la lumière des

évolutions technologiques, en particulier leur égard à l’introduction pour le grand public des

techniques numériques et leurs corollaires (la compression des signaux, les systèmes d’accès

conditionnel). Quelques Etats membres de l’Union européenne ont déjà envisagé une date limite

pour la migration vers le numérique, aux environs de l’an 2010. Les enjeux sont importants. Ils ne

sont pas que technologiques et économiques ; ils sont surtout culturels. La technologie n’est pas

une fin en soi. Ce n’est pas la technologie que l’on réglemente, ce sont les usages.

Par ailleurs, la Commission européenne met actuellement la pression pour adopter une nouvelle

approche remplaçant la séparation réglementaire actuelle entre télécommunications et

radiodiffusion par une séparation réglementaire entre infrastructures de transmission et contenus.

Elle a établi un nouveau cadre réglementaire pour les réseaux et les services de communications

électroniques qui devra s’appliquer à tous les réseaux terrestres et satellitaires, filaires ou non

(réseau téléphonique commuté public, réseaux utilisant le protocole Internet, la télévision par

câble, les réseaux mobiles et terrestres de radiodiffusion). Le nouveau cadre réglementaire aborde

également la question du spectre radioélectrique.

Une des conséquences de cette approche européenne est qu’il conviendra à l’avenir de prévoir des

procédures distinctes pour la sélection des opérateurs de contenus et pour la sélection des

opérateurs techniques de transmission. La numérisation de la diffusion hertzienne terrestre est

l’occasion de réfléchir aux règles du jeu en regard des objectifs d’intérêt public rappelés ci-dessus.

Le présent mémoire, qui s’intitule ‘‘La télévision numérique réalisée avec la norme DVB-T’’, a

été fait pour fournir de plus amples informations à l’occasion de cette numérisation de la diffusion

hertzienne terrestre. De ce fait, nous procéderons par chapitre, c’est-à-dire de la manière suivante :

3

- Le premier chapitre portera sur les bases qu’il faudra connaître sur la télévision ; à savoir :

son historique, la perception d’une image par l’œil, les signaux de télévision, l’analyse et

la transmission d’une image, les systèmes mondiaux de télévision, et la transmission

radioélectrique des signaux de télévision.

- Nous consacrerons le second chapitre à un aperçu de la télévision numérique et de la

norme DVB-T ; notamment : l’histoire de la télévision numérique ainsi que sa généralité,

et la norme DVB-T.

- Dans le troisième chapitre, nous aborderons les techniques utilisées pour la télévision

numérique réalisée avec la norme DVB-T. Ceci mettra en évidence : l’introduction à

l’émission et à la réception numérique de la télévision normée DVB-T, un synoptique de la

chaîne de diffusion numérique DVB-T, le fonctionnement de cette chaîne, l’utilisation des

fréquences, le principe de réception numérique et enfin les matériels nécessaires pour cette

réception dans la voie terrestre.

- Et le dernier chapitre sera la simulation sous Matlab de l’installation radioélectrique

d’émetteurs de télévision DVB-T qui mettra en relief l’informatique avec la théorie en

matière de diffusion radioélectrique.

4

Chapitre 1 : Les bases de la télévision

1.1 Historique [2] [4]

L’histoire de la télévision est 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. En 1897, Ferdinand Braun mit au point le premier

tube cathodique, instrument fondamental de la télévision. Ferdinand Braun, corécipiendaire du

prix Nobel de physique en 1909 avec Guglielmo Marconi, pour leur contribution au

développement de la Télégraphie Sans Fil (TSF), est avant tout l’inventeur du tube cathodique ou

oscillographe (1895), élément principal des postes de télévision.

Le tube de dissection de l’image fut mis au point par Philo Taylor Farnsworth peu de temps après

1928. 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 (British Broadcasting Corporation) en Angleterre,

en 1930 par CBS (Columbia Broadcasting System) et NBC (National Broadcasting Company) aux

Etats-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.

Aux Etats-Unis, le système 525 lignes et 30 images par seconde a été pris comme standard en

1941, après la décision de la commission fédérale américaine des télécommunications tandis que

la Belgique et l’Italie ont démarré le système 625 lignes en 1948. Mais, les améliorations les plus

remarquables se sont surtout manifestées en 1953, après la définition du premier système couleur

NTSC (National Television System Committee). Ce nouveau codage de l’époque permet en fait

aux appareils noir et blanc de recevoir des émissions en couleur.

En 1957, le système SECAM (SEquence de Couleur Avec Mémoire) inventé et mis au point par

Henri De France, a vu le jour. Et ce n’est que trois ans plus tard que l’allemand Walter Bruch a pu

élaborer le système PAL (Phase Alternation Line). Ce dernier fut adopté par quelques pays

européens. C’est seulement vers les années 70 que les deux derniers systèmes de couleurs furent

bien établis. En cette même période, l’idée visait déjà à appliquer les techniques numériques aux

5

émissions de télévision, mais ces techniques restaient plutôt appliquées au trucage et mélange

vidéo dans les studios de production.

L’émission de télévision directe par satellite et par câbles conforme au système PAL et SECAM

s’est développée en Europe au début des années quatre vingt. En 1992, une nouvelle norme D2-

MAC (Multiplex Analog Component) vient de s’imposer comme étant le nouveau standard

d’émission de télévision par câble et par satellite, pourtant cette norme est toujours basée sur la

technique analogique.

En 1993, l’Europe a développé la recherche sur l’émission numérique de télévision destinée au

grand public. Cette recherche connut son succès l’année 97 grâce aux diverses techniques de

transmission numérique et surtout au développement et à la standardisation de la norme de MPEG

(Moving Pictures Expert Group) l’année 1994. Cette nouvelle technique d’émission de télévision

connue sous le nom de TNT (Télévision Numérique Terrestre) commence aujourd’hui à

s’implanter en Europe et même dans d’autres pays. Comme dans le cas d’émission analogique, de

nombreuses normes apparaissent ou sont en cours d’études dans divers pays ; on peut citer parmi

elles la DVB (Digital Video Broadcasting) de l’Europe, l’ATSC (Advanced Television Standards

Committee) des Etats-Unis et du Canada….

La télévision, par définition, consiste à transmettre à distance une image animée en noir et blanc

ou en couleur, et du son. Pour comprendre le principe de cette transmission, nous allons étudier

successivement les points suivants :

- La perception d'une image par l’œil ;

- Les signaux de télévision ;

- L’analyse et la transmission d’une image ;

- Les systèmes mondiaux de télévision ;

- La transmission radioélectrique des signaux de télévision.

1.2 La perception d'une image par l'œil [7]

Elle doit être étudiée en fonction de la nature de la lumière et des caractéristiques de l'œil humain.

1.2.1 La lumière

La lumière est un rayonnement électromagnétique de même nature générale que le rayonnement

hertzien utilisé par la radio et par la télévision, entre 380 nm et 780 nm. Ce rayonnement est

sensible à l'un de nos sens : l'œil. Il est constitué par des photons, particules sans masse. La

lumière blanche est constituée par la perception simultanée de l'ensemble des radiations sensibles

à l'œil et dans un rapport voulu. Au moyen d'un prisme on décompose la lumière blanche et on fait

6

apparaître le spectre des couleurs du rouge au violet. La figure suivante nous donne une indication

sur l'ensemble du rayonnement électromagnétique et la répartition des couleurs dans la petite

fraction visible par l'œil.

Figure 1.01 : Le rayonnement électromagnétique et le spectre des couleurs visibles par l'œil

La sensibilité de l'œil n'est pas égale pour toutes les fréquences. C'est la perception simultanée du

rayonnement électromagnétique qui donne la sensation de lumière blanche. L'œil est très sensible

à la couleur verte (550nm) et beaucoup moins aux extrémités du spectre visible. Les différentes

sources lumineuses ont chacune un spectre qui leur est propre ; le soleil, une ampoule à

incandescence, un tube fluorescent ne donne pas du tout la même courbe d'intensité en fonction de

la fréquence.

Ces rayonnements lumineux peuvent parvenir à notre œil soit directement, soit le plus souvent,

indirectement par l'intermédiaire des objets éclairés par cette source. Ces objets peuvent altérer

plus ou moins le rayonnement original suivant qu'ils absorbent ou réfléchissent de façon

préférentielle toute ou une partie du spectre reçu ; c'est l'impression de couleur que nous percevons

de ces objets.

On peut donc classer les matériaux selon leur comportement lorsqu'ils sont éclairés par une

lumière comprenant toutes les fréquences du spectre visible :

• S'ils se laissent traverser de façon égale par toutes les radiations, ils sont incolores

(exemple : verre, eau pure, etc.) ;

• S'ils absorbent toutes les directions et de façon égale tout le spectre, ils sont blancs ;

• S'ils absorbent toutes les radiations visibles, ils sont noirs ;

• S'ils absorbent ou diffusent inégalement ces radiations en fonction de leur longueur d'onde,

ils sont colorés.

7

1.2.2 L'œil humain

L'œil humain est comparable à une chambre photographique. Il comprend :

- Une chambre noire sphérique emplie d'une humeur vitrée ;

- Un objectif, la cornée et le cristallin ;

- Un diaphragme, l'iris percé d'un trou de diamètre variable, la pupille ;

- La surface photosensible, constituée par la rétine ;

- La paupière peut jouer le rôle d'un obturateur, mais pas comme en photographie où il faut

changer la surface photosensible lorsqu'elle est impressionnée ; la rétine est apte à recevoir

des impressions successives très rapprochées les unes des autres.

Figure 1.02: Coupe transversale de l’œil humain

Le corps vitré contient du liquide maintenant la structure autonome de l’œil.

La fonction optique de l’œil c’est de focaliser un stimulus de couleur sur sa partie photosensible,

la rétine.

Figure 1.03: Coupe longitudinale de l'œil humain

8

La cornée est une membrane transparente et résistante ; elle assure la focalisation principale.

Le cristallin forme sur la rétine une image, automatiquement au point et d'intensité lumineuse

optimale selon les fonctions de vision. Le cristallin est une lentille biconvexe molle qui permet de

focaliser le stimulus grâce à sa capacité à modifier sa courbure.

L’iris qui est une membrane coloriée (pigments protecteurs) joue le rôle de diaphragme contrôlant

la quantité de lumière qui pénètre dans l’œil et l’ouverture centrale est la pupille.

La rétine, partie photosensible, contient deux types de cellules : les cônes et les bâtonnets.

La rétine est formée de capteurs sensibles reliés au cerveau par les fibres du nerf optique :

• Les cônes sont reliés individuellement au cerveau, ils donnent les détails les plus fins

perceptibles ; ils sont seuls sensibles à la fréquence, donc à la couleur ;

• Les bâtonnets sont reliés par grappes au nerf optique, ils sont les plus sensibles à l'intensité

lumineuse. C'est pourquoi lorsque l'intensité lumineuse devient très faible, la vision

colorée s'estompe et disparaît. A ce moment, les cônes ne transmettent plus d'information

au cerveau et seuls les bâtonnets assurent la vision.

Ces capteurs sont très petits, leurs dimensions sont comprises entre 1 et mµ15 . L’œil humain ne

peut séparer deux sensations lumineuses très brèves et très rapprochées, deux flashes électroniques

par exemple ; il n'en perçoit qu'une. La persistance rétinienne est égale à 1/15ème de seconde. Cette

propriété est très importante, car elle a permis d'établir le principe du cinéma et de la télévision.

Les capteurs de la rétine, à l'endroit où ils sont les plus rapprochés (tâche jaune ou fovéa) sont

distants de mµ5,2 .

Comme la distance focale du cristallin est d'environ cm5,2 , nous déterminons l'angle d'acuité

visuelle ou du pouvoir séparateur de l'œil qui est d'environ une minute d'angle. L'œil ne peut donc

pas distinguer des informations trop petites ou trop proches l'une de l'autre. Cette caractéristique

permet de calculer la définition optimale de la transmission d'une image télévisée. Il est inutile de

reproduire une image avec une finesse supérieure à cet angle séparateur de 1' à la distance normale

de vision.

La couleur est le résultat de la perception sur la rétine d'une lumière incidente. La réponse de l’œil

à une lumière monochromatique a été mesurée en fonction de la longueur d’onde :

9

Figure 1.04 : La réponse de l'œil à une lumière monochromatique

La sensibilité spectrale de l’œil humain (fonction d’efficacité lumineuse relative spectrale) est

notée V(λ). Elle a été définie en 1924 par la CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) en

vision diurne photopique, et en 1951 pour la vision prénocturne (scotopic). La mesure des

grandeurs radiométriques (radiométrie) par rapport à l’organe de vision constitue la photométrie.

D’après la figure précédente : le vert paraîtra le plus brillant des trois couleurs car l’efficacité

lumineuse atteint un maximum dans la région du vert (555nm). Le rouge paraîtra moins brillant et

le bleu sera le plus foncé des trois.

Figure 1.05 : Sensibilités relatives des cônes et des bâtonnets

Il est important de noter que l'influence des cellules en bâtonnets n'est importante que pour la

vision scotopique.

10

1.3 Les signaux de télévision

Depuis son invention, l’émission de télévision n’a pas cessé d’évoluer, évolution qui se manifeste

par des modifications appliquées aux signaux vidéo et audio. En restant dans le domaine

d’émission analogique, l’évolution la plus remarquable est le passage de l’émission monochrome

(noir et blanc) à l’émission couleur. Dans l’émission monochrome, seul un signal dit de

‘‘luminance’’ caractérise l’image et selon les techniques utilisées dans divers pays pour son

émission.

A l’arrivée de l’émission couleur, des signaux dits de ‘‘chrominance’’ forment avec le signal de

luminance les éléments nécessaires pour une image. Selon les procédés d’émission des signaux de

chrominance, on définit le système de couleur comme Phase Alternation Line (PAL), National

Television System Committee (NTSC) ou SEquence de Couleur Avec Mémoire (SECAM).

Une émission analogique de télévision est alors aujourd’hui caractérisée par deux grands

paramètres : le standard et le système de couleur.

Deux grands standards de base sont adoptés pour la télévision : celui du Federal Communications

Commission (FCC) et celui du Comité Consultatif International des Radiocommunications

(CCIR).

Le standard de la FCC est paramétré par un nombre de lignes de l’écran égal à 525 et de trente

images affichées par seconde. Pour le standard du CCIR, le nombre de lignes de l’écran est de 625

et il affiche vingt-cinq images par seconde.

Notons que ces deux standards utilisent le format 4/3 (rapport entre la largeur et la hauteur de

l’écran). Ils regroupent seulement ceux qui ont le même nombre de lignes sur l’écran, et le même

nombre d’images affichées par seconde.

Cependant, il existe d’autres paramètres nécessaires à définir pour une émission de télévision

(comme la modulation vidéo : positive ou négative, etc.). Notons qu’il y a huit standards dans le

monde qui définissent les caractéristiques des signaux audio et vidéo, ainsi que de leur émission.

1.3.1 Acquisition des signaux de télévision

En vidéo, c’est la caméra qui se charge de la transduction de la lumière en courant électrique ou

plus simplement, qui convertira une information optique en information électrique. Cette

conversion est obtenue grâce à la photocellule de cette caméra. Les signaux électriques ainsi

obtenus sont proportionnels aux caractéristiques des points formant l’image. En effet, l’acquisition

d’une image se fait par sa décomposition en plusieurs points élémentaires (pixels ou picture

element) et analyse des caractéristiques de ces points, à savoir : la luminance et la chrominance.

11

Cette analyse se fait séquentiellement point par point et ligne par ligne. On réalise la même

opération à la reproduction, c’est-à-dire qu’on affiche l’image point par point et ligne par ligne

grâce aux faisceaux d’électrons frappant chaque point de l’écran. Pour ce faire, on introduit la

notion de balayage de l’écran.

Le balayage se fait ligne par ligne et de gauche à droite en s’inclinant un peu vers le bas. A chaque

fin de ligne, on retourne rapidement vers la gauche et on doit s’assurer qu’à ce retour, aucun

faisceau d’électrons ne frappe l’écran, ainsi l’œil ne peut remarquer ce retour.

Pour éviter le scintillement qui se produit quand le passage d’une vue se fait trop lentement, en fait

l’œil pourrait percevoir le balayage du fait que les luminophores de l’écran des télévisions se

caractérisent en général par leur faible persistance, on procède au balayage entrelacé : on effectue

le balayage des lignes impaires, ce qui correspond aux trames impaires ; et après, le balayage des

lignes paires ce qui correspond aux trames paires. C’est ce procédé de balayage qui impose la

nécessité des signaux de synchronisation pour assurer la conformité de la reproduction d’une

image.

En plus de la nécessité de l’entrelacement, il faut aussi tenir compte que l’œil doit garder une

sensation de continuité. Cette continuité est obtenue au-delà de vingt images par seconde.

La prise du son peut se faire en monophonie ou en stéréophonie, mais dans un système de

télévision, les signaux audio et vidéo sont distincts.

Le signal émis à partir d’un émetteur de télévision est composé de deux principaux signaux : le

signal audio et le signal correspondant aux informations d’images. Ce dernier est encore composé

du signal de luminance, de chrominance et des signaux de synchronisation.

1.3.2 Emission monochrome

La structure actuelle du signal vidéo est étroitement liée à l’histoire de la télévision, en particulier

aux dispositifs de prise de vue et d’affichage de l’image. L’image en noir et blanc est analysée et

reproduite en appréciant uniquement la luminance (caractère clair ou sombre) des différentes

parties qui la composent.

A chaque valeur du signal vidéo (Y ou YE ) correspond une nuance de gris comprise entre le noir et

le blanc. Il faut souligner que la valeur de cette luminance évolue le long d’une ligne comme s’il

s’agissait d’une suite de points placés côte à côte. Ce signal est encadré de tops de synchronisation

ligne qui précise la position des bords gauche et droite de l’écran.

12

La particularité du signal de luminance est l’existence des intervalles libres, c’est-à-dire

l’intervalle de fréquence où l’énergie est nulle. Ces intervalles vont être exploités en système

couleur pour insérer les signaux de chrominance.

1.3.3 Emission couleur

Le système couleur repose sur la décomposition d’une image colorée en trois composantes,

couleurs fondamentales : Rouge, Vert et Bleu (RVB ou Red Green Blue pour RGB).

Comme en système monochrome, on doit assurer la transformation de ces images d’une seule

teinte en trois signaux électriques désignés souvent par RE pour l’image rouge, VE pour l’image

verte et BE pour l’image bleue. On n’émet pas directement et intégralement ces signaux mais

plutôt leur différence avec la luminance, plus précisément : YR EE − et YB EE − représentent les

bases des signaux de chrominance.

Avec ces signaux de différence, l’amplitude des signaux de chrominance est faible devant celle de

la luminance, et cet aspect contribue à protéger le récepteur noir et blanc des moirages quand il

s’agit d’observer l’image en noir et blanc.

1.3.3.1 Le signal de luminance

A l’arrivée du système couleur, la condition de compatibilité est exigée : un poste téléviseur noir

et blanc doit pouvoir recevoir en noir et blanc une émission couleur. Un signal est donc nécessaire

au récepteur de l’émission en noir et blanc, ce signal est la luminance dans l’émission couleur. Il

est obtenu par la combinaison des signauxRE , VE et BE selon la proportion suivante :

BVRY EEEE 11,059,030,0 ++= (1.01)

Cette proportion est valable pour tous les systèmes de couleur. On remarque ici l’autre avantage

des signaux de différence qui est constitué par le fait que ces différences deviennent nulles chaque

fois que le point de l’image explorée est blanc, gris ou noir ; donc les signaux de chrominance

disparaissent.

1.3.3.2 Les signaux de chrominance

Comme il faut rajouter au signal de luminance les deux signaux de base de couleur et qu’il n’y a

qu’une seule voie, un codage doit être entrepris. C’est là qu’interviennent les systèmes et leur

propre originalité. Cependant, dans tous les systèmes de télévision couleur, les signaux de

chrominance sont insérés dans le haut du spectre de luminance pour diminuer encore l’influence

sur la luminance ; et l’information de chrominance est portée par une sous-porteuse modulée par

les signaux de couleur.

13

1.3.4 Signaux de synchronisation

En tenant compte du balayage, pour assurer la synchronisation entre le système d’acquisition (le

balayage de la caméra) et le système de reproduction (le tube cathodique de l’écran), on ajoute des

informations supplémentaires dites de synchronisation aux signaux vidéo résultant de l’image. On

distingue alors : le signal de synchronisation ligne et le signal de synchronisation trame.

En outre, pour l’émission couleur on a le signal de synchronisation couleur.

Ces signaux sont enfin nécessaires pour éviter l’instabilité de l’image à l’écran (exemple : un

glissement de l’image) et une fausse reproduction de couleur.

1.3.4.1 Le signal de synchronisation et de suppression ligne

Les impulsions de synchronisation ligne servent de commande de fin de ligne à la réception. Ces

impulsions ont une durée de sµ2,07,4 ± pour les deux standards FCC et CCIR. On assure d’autant

plus la suppression des faisceaux d’électrons frappant l’écran pendant le retour de ligne, en

apportant au signal vidéo un niveau dit de suppression, légèrement inférieur au niveau noir. Cette

suppression dure sµ11 pour le FCC et sµ12 pour le CCIR. En outre, on émet pendant la suppression

la salve de référence pour avoir la synchronisation des signaux de chrominance.

En normalisant le signal vidéo à 1V, les divers ordres de niveaux de ces signaux dans le système

monochrome et les systèmes couleurs sont indiqués ci-dessous :

Figure 1.06 : Système monochrome

En notant A et A1 les durées de la salve de chrominance, respectivement égales à

sµ279,0514,2 ± et sµ5 ; nous avons, pour les trois systèmes NTSC, PAL et SECAM :

14

Figure 1.07a : Systèmes PAL et NTSC

Figure 1.07b : Système SECAM

Figure 1.07 : Signal de synchronisation et de suppression ligne

1.3.4.2 Le signal de synchronisation et de suppression trame

Comme en synchronisation ligne, la synchronisation trame indique au récepteur la fin de la trame

paire ou impaire.

Le signal de suppression trame est émis entre cycle trame. Il dure quelques vingtaines de la durée

d’une ligne avec un niveau légèrement inférieur au niveau noir. Ce signal est composé

d’impulsions de pré-égalisation de synchronisation trame et d’impulsions de post-égalisation.

Les impulsions d’égalisation permettent de raccorder la trame paire et impaire. En effet, la fin

d’une trame paire est exactement en fin de ligne alors que le début d’une trame impaire est en mi-

ligne. De même, la fin d’une trame impaire est en mi-ligne alors que la trame paire commence au

début de ligne, ce qui peut provoquer un problème de synchronisation ligne au bord supérieur de

l’image. Pour pallier à ce désaccord, cinq impulsions d’égalisation sont émises avant et après la

synchronisation trame. La principale caractéristique de ces impulsions est la fréquence double de

celle de la ligne, ce qui offre la possibilité de commencer le balayage trame en début ou en mi-

ligne.

Certaines lignes sont destinées à émettre la suppression trame, et ainsi ne donnent aucune

information sur l’image : ces lignes sont des lignes de synchronisation.

1.3.5 Signal vidéo composite

Le signal vidéo compositeME représente l’information intégrale d’une image. Il est composé de

signaux de luminance et de chrominance, ainsi que de divers signaux de synchronisation. Ainsi :

- Pour le NTSC :

)2cos()2sin( tfEtfEEE scQscIYM ππ ++= (1.02)

avec MHzfsc 58,3=

15

- Pour le PAL :

)2cos()2sin( tfEtfEEE scVscUYM ππ ±+= (1.03)

avec MHzfsc 43,4=

- Et pour le SECAM :

( )( )∫∆++= dtDffEE RORORYM π2cos07,0 (1.04)

pour la ligne rouge ; avec MHzfOR 40625,4= et kHzfOR 280=∆ ou

( )( )∫∆++= dtDffEE BOBOBYM π2cos07,0 (1.05)

pour la ligne bleue ; avec MHzfOB 25,4= et kHzfOB 230=∆

1.3.6 Signal audio

Le signal audio occupe la bande de fréquence de 40 Hz à 15 kHz. Il doit être capté et reproduit en

phase avec l’image.

En général, le signal audio en télévision est unique, mais certains standards autorisent l’émission

d’un ou de plusieurs signaux audio. Ces signaux pourront être les canaux gauche et droit pour un

son en stéréophonie ou des signaux audio sous deux langues lorsqu’il s’agit d’une émission

bilingue. Les signaux vidéo composite et audio sont les signaux nécessaires pour une émission de

télévision en analogique.

1.4 L'analyse et la transmission d'une image [5] [7]

L'analyse et la transmission d'une image doivent être déterminées en fonction des caractéristiques

de l'œil.

Nous avons vu que l'œil procède à une analyse simultanée de l'image formée sur la rétine. Il en est

de même en photographie, où tous les points sensibles de la gélatine sont impressionnés à la fois.

La projection fixe d'un cliché consiste à projeter simultanément sur un écran toutes les

informations de l'image enregistrée. On projette un nombre d'images fixes par seconde, supérieur à

la valeur de la persistance rétinienne de l'œil. Il fait la synthèse des différentes informations reçues

et recrée le mouvement. Notons que le nombre d'images doit être sensiblement plus grand que ne

le voudrait la persistance rétinienne ; c'est pourquoi il a été adopté une projection de 24 images par

seconde, au lieu de 15 images par seconde strictement nécessaires.

En télévision, il est difficile de procéder à une analyse simultanée des images à transmettre. En

effet, il faudrait autant de canaux qu'il y a de points élémentaires ; pour avoir une définition

suffisante et la reconstitution du mouvement, ce sont plusieurs millions de points qu'il faut

transmettre par seconde. Nous sommes donc obligés de procéder à une analyse séquentielle de

16

l’image ; c'est-à-dire de transmettre les points élémentaires les uns après les autres sur un canal

unique.

Chaque point élémentaire de l'image est analysé en fonction de sa luminance. Un point blanc

donne une tension maximale et un point noir une tension nulle. Toute l'échelle des gris donne une

tension intermédiaire, en fonction de sa densité. Il suffit de transmettre les points élémentaires de

chaque image dans un ordre déterminé. A la réception, ces points sont replacés au bon endroit sur

un écran, afin de reconstituer l'image initiale. Cette synchronisation entre l'émission et la réception

est assurée au moyen de signaux spéciaux qui sont superposés aux tensions produites par les

points élémentaires en fonction de leur luminosité.

L'établissement d'un système de télévision est basé sur ces principes. Chaque image est explorée

selon les lignes horizontales successives de gauche à droite. Les lignes sont placées les unes au-

dessous des autres pour former une image complète. Il faut transmettre 25 images par seconde

pour reconstituer le mouvement. Il faut donc prévoir un signal de synchronisation à la fin de

chacune des lignes, pour passer à la ligne suivante et un signal différent à la fin de chacune des

images.

Ainsi, à la réception, nous percevons un scintillement désagréable de l'image, parce qu'elle s'est

formée trop lentement. Pour y remédier, on adopte la synthèse par trames entrelacées. Dans ce cas,

on explore tout d'abord les lignes impaires, puis ensuite les lignes paires de l'image. Chaque demi-

image s'appelle une trame. On obtient donc cinquante trames par seconde ; ce qui correspond à la

fréquence du secteur d'alimentation. On évite ainsi les risques d'interférences dues à l'induction

magnétique ou à un filtrage insuffisant. Actuellement, ces problèmes ne se posent plus grâce à

l'évolution de la technologie et une fréquence différente pourrait être définie dans un standard

futur. Elle serait plus élevée pour réduire encore plus le scintillement sur une image très

lumineuse.

Dans les pays dotés d'un secteur 60Hz, le système de télévision est établi avec 60 trames et 30

images par seconde, pour les mêmes raisons.

Les lignes de deux trames successives doivent être légèrement décalées, afin de ne pas être

superposées, ce qui diviserait par deux la définition de l'image. On dit que l'entrelacement des

trames doit être rigoureux. Pour cela il faut que le nombre de lignes soit impair.

Les antennes de télévision sont généralement placées au sommet de hautes tours (ou immeubles)

pour permettre aux signaux hautes fréquences (qui sont transmis dans des directions bien précises)

d'atteindre les téléspectateurs sans être perturbés par d'éventuels collines ou immeubles voisins.

17

Les petites antennes paraboliques installées sur ces tours émettent et reçoivent des signaux hautes

fréquences à destination et en provenance d'autres stations, ou de reporters qui émettent en direct à

partir d'une station mobile située à proximité.

1.4.1 Liaison par faisceaux hertziens

Dans une telle liaison, le support utilisé est l'espace libre, et la liaison s'effectue en général en

visibilité directe. Dans la représentation du centre de production, c'est l'émetteur faisceau qui

assure le rôle d'appareil d'émission.

A travers cet équipement, le signal vidéo est combiné avec 4 sous-porteuses modulées par 4

signaux audio et l'ensemble module en fréquence une porteuse de fréquence de 70MHz

(Fréquence Intermédiaire FI). Un convertisseur transpose le signal FI vers la fréquence d'émission

comprise dans la bande de fréquences attribuée aux faisceaux hertziens et le signal est émis selon

une puissance de l'ordre de 5 à 25W.

Dans le cas où les deux centres sont suffisamment éloignés (supérieur à 50km), un système de

relais hertzien est nécessaire puisque la visibilité de la liaison n'est plus atteinte et la dégradation

du signal est très remarquée.

1.4.2 Liaison par satellite

Ce type de réseau s'emploie couramment pour une couverture nationale ; son principe est le même

que celui de la diffusion directe de télévision par satellite. Le centre de production émet à travers

un émetteur satellite les signaux vidéo et audio au satellite. Le satellite effectue la retransmission

de ceux-ci aux centres émetteurs, qui à leur tour, assurent la diffusion du signal. Selon la

technique de transmission utilisée, les signaux vidéo et audio à émettre au satellite peuvent être

analogiques ou numériques.

Notons que si l'on a des centres émetteurs arrosant une région décomposée en plusieurs cellules

(c'est-à-dire, un émetteur assure la couverture d'une cellule selon un canal de fréquences), c'est la

technique de faisceau chaud qui est utilisée pour une réalisation du réseau de liaison. Cette

technique se base seulement sur une transposition directe de fréquence : un émetteur diffuse à un

canal de fréquence, les autres émetteurs dotés d'équipement de réception reçoivent le signal de la

même manière qu'un poste téléviseur classique et transposent directement la fréquence du signal

qu'ils reçoivent vers un autre (aucune opération de démodulation n'est réalisée). Il amplifie le

signal et le retransmet.

18

1.5 Les systèmes mondiaux de télévision [1]

1.5.1 Le système NTSC

National Television System Committee (ou NTSC) a été mis au point entre 1950 et 1953 aux

USA; il est le fruit de la collaboration des sociétés électroniques américaines. Il est très ingénieux

et sert de base à tous les autres systèmes mis au point ultérieurement.

Il utilise, bien entendu, les principes de : compatibilité, bande passante et trichromie (luminance et

chrominance).

Cependant, il a fallu trouver le moyen de transmettre deux signaux de différence de couleur avec

une seule sous-porteuse.

Le plan de chrominance de Fresnel permet de suivre le principe de ce système. Sur ce plan, un

vecteur quelconque, issu de l’origine, est l’image d’une sinusoïde dont l’amplitude est

proportionnelle à sa longueur et la phase de la sous-porteuse exprime la teinte de la couleur et que

l’amplitude représente la saturation. En particulier, la sous-porteuse disparaît en l’absence de

couleur à transmettre, points blancs, gris ou noirs.

L’écart des porteuses vision et son est de 4,2MHz aux USA et la fréquence de la sous-porteuse est

fixée à MHzfsc 58,3= .

La sous-porteuse est modulée en amplitude par le signal de différence YB EE − avec suppression

de la porteuse.

Une autre onde sinusoïdale, de même fréquence mais déphasée de 90° (en quadrature) par rapport

à la précédente, est modulée en amplitude avec suppression de la porteuse par le signal de

différence YB EE − .

La superposition de ces deux signaux donne la sous-porteuse de chrominance.

En fait, le codeur NTSC n’utilise pas directement les signaux de différence de couleur ; mais des

combinaisons déterminées pour éviter certains inconvénients.

Tout d’abord, on ne prend qu’une fraction des signaux de différence YB EE − et YB EE − afin

d’éviter une surmodulation en amplitude de la sous-porteuse par le signal résultant.

D’autre part, de nombreuses expériences ont démontré que la sensibilité de l’œil soumis à des

variations de teinte et de saturation n’est pas uniforme pour toutes les teintes. L’œil est plus

sensible aux variations de tonalité qu’à celles de saturation. Dans ces conditions, le codeur

détermine les signaux IE (in phase) et QE (quadrature) qui se déduisent des deux axes de

19

différence de couleur par une rotation de +33° et un changement d’échelle. On ne prend que 87%

du signal RE et 49% du signal BE .

On a donc, à l’émission, les signaux suivants :

• Luminance :

BVRY EEEE 11,059,030,0 ++= (1.06)

• Chrominance :

BVRQ

BVRI

E , -E,-E,

E

E,E, -E,E

32028060

310520210

=

+= (1.07)

Le signal résultant a alors pour expression :

( ) ( )tfEtsc

f EOP (t)E scQIC ππ 2cos2sin + == (1.08)

Avec tfscπϕ 2= , cette équation est illustrée par :

Figure 1.08 : Chrominance dans le système NTSC

Comme la largeur de la bande passante vision est de 4,2MHz et que la fréquence de la sous-

porteuse est de 3,58MHz, il ne reste pratiquement que 0,6MHz pour la modulation en amplitude

des signaux de chrominance. On a vu que c’est le signal qui doit donner le plus d’informations, en

fonction de la sensibilité de l’œil : sa bande passante est fixée à 1,3MHz. Par contreQE n’occupe

que 0,6MHz.

1.5.2 Le système PAL

Phase Alternation Line (ou PAL) a été mis au point et présenté en 1993. Il est basé sur le système

NTSC, mais il comporte des modifications, afin d’améliorer certains de ces défauts et en

particulier sa sensibilité aux distorsions de phase.

L’idée fondamentale de l’inventeur est d’inverser de 180° la direction de l’axeIE une ligne sur

deux, d’où son nom. A la réception, un inverseur permet de retrouver le signal IE dans la phase

correcte.

20

Les signaux de différence de couleur sont transmis avec la même largeur de bande, égale à

1,5MHz. En Europe, la fréquence de la sous-porteuse est fixée à 4,43MHz

Le signal UE est toujours émis avec la même phase, tandis que le signal VE est déphasé de +90°

pendant une ligne et de -90° la ligne suivante et ainsi de suite. Pour que le décodeur, à la

réception, connaisse la polarité de la porteuse IE (90° ou 270°), on transmet une salve dont la

phase est alternativement 180° - 45° = 135° et - 180° + 45° = - 45° (salve alternante).

Dans le système PAL, les composantes du signal de chrominance sont les suivants :

) - E(E,E

) -E(E,E

YRV

YBU

870

490

==

(1.09)

L’expression du signal de chrominance est alors :

)( ± )= tπfΕtπf( EE scVscUC 2cos2sin (1.10)

Le système PAL est une amélioration du système NTSC en apportant une méthode pour éliminer

l’erreur de phase dont l’idée fondamentale est d’inverser de 180° la direction de l’axe VE une ligne

sur deux.

Figure 1.09 : Compensation d'erreur de phase dans le système PAL

En plus de la correction de l’erreur de phase, l’amplitude du signal de chrominance résultant est

beaucoup plus importante qu’en système NTSC, ce qui confère au système PAL une forte

saturation en couleur.

1.5.3 Le système SECAM

SEquence de Couleur Avec Mémoire (ou SECAM) a été développé par la Compagnie Française

de Télévision (ou CFT) ; c’est le système adopté par la France et par différents autres pays

mondiaux.

21

Les grandes bases de ce système sont toujours celles mises au point par le NTSC ; l’inventeur a

cherché, tout comme pour le PAL à éliminer les défauts dus aux variations d’amplitude et de

phase des signaux de chrominance.

Comme la principale difficulté réside dans la transmission simultanée des deux signaux de

chrominance sur une même sous-porteuse, le SECAM a choisi de transmettre les deux

informations l’une après l’autre ; d’où le nom du système.

Les composantes du signal de chrominance sont désignées par RD et BD et qui sont définies par :

)- E(E,D

) -E(E, -D

YRR

YBB

51

91

==

(1.11)

A la différence avec les systèmes PAL et NTSC, le système SECAM utilise une émission

séquentielle de signaux de chrominance. En effet dans ce système, on émet alternativement le

signal BD et RD pour deux lignes consécutives, on dénomme alors une ligne comme "rouge"

lorsque c’est RD qui est émis, et comme "bleue" lorsque c’estBD qui est émis.

Dans le cas d’une ligne rouge, le signalRD module en fréquence une porteuse de

fréquence kHzMHzfOR 240625,4 ±= avec une excursion de fréquence kHzfOR 280±=∆ . Et pour

une ligne bleue, BD module en fréquence une porteuse de fréquence kHzMHzfOB 2250,4 ±= avec

une excursion de fréquences kHzfOB 230±=∆ .

Comme dans tous les systèmes couleurs, sur le palier arrière de suppression ligne, on transmet un

signal alternatif sinusoïdal de fréquence ORf ou OBf , pour identifier que le signal de chrominance

émis pendant cette ligne estRD ou BD .

1.6 Transmission radioélectrique des signaux de télévision [3] [7] [8]

La réception des images de télévision suppose, avant toute chose, que l’on dispose d’un collecteur

d’ondes, autrement dit, d’une antenne.

Une antenne constitue un organe de transition entre un conducteur (circuit, ligne, guide d’onde …)

et un milieu de propagation indéfini quelconque. Son rôle est réversible : à l’émission, elle

rayonne de l’énergie, à la réception, elle capte de l’énergie. Ses caractéristiques conditionnent la

qualité de la liaison.

1.6.1 Antenne d’émission de télévision

Une antenne d’émission est un conducteur qui transforme une énergie électrique en énergie de

rayonnement électromagnétique. Cette énergie est rayonnée sous la forme d’ondes

électromagnétiques qui sont définies par deux champs, l’un électrique, l’autre magnétique dont les

22

lignes de forces constitutives sont disposées perpendiculairement les unes par rapport aux autres,

et qui se déplacent à la vitesse de la lumière, soit 300.000km/s.

La même antenne peut souvent servir à émettre ou capter selon qu’elle est alimentée ou non en

courant.

Une protection améliorée contre les échos est un gage de la qualité des images reçues, dans des

emplacements où sévissent de nombreuses réflexions parasites.

Lorsque des problèmes d’encombrement et de poids se posent, il est évident d’envisager des

antennes qui ne sacrifient ni au gain, ni à la directivité. La solution c’est celle de l’antenne

panneau. L’antenne panneau est souvent réalisée sous la forme d’un groupement en quadruple

nappe.

En général, dans le système de transmission de télévision, les antennes utilisées sont à polarisation

rectiligne horizontale comme l’indique la figure suivante. Ce choix se justifie, qu’avec une telle

polarisation l’effet du multi trajet est minime par rapport à la polarisation verticale face à

l’environnement de propagation considéré.

Figure 1.10 : Onde rayonnée par l’antenne à polarisation horizontale

La principale caractéristique de cette antenne est sa grande largeur de bande (ce qui justifie son

utilisation en télévision). Voici l’allure du diagramme de rayonnement dans le plan horizontal et

dans le plan vertical de l’antenne panneau :

23

Figure 1.11a : Dans le plan horizontal

Figure 1.11b : Dans le plan vertical

Figure 1.11 : Allure du diagramme de rayonnement d'une antenne panneau

Pour améliorer le gain dans le plan horizontal, plusieurs antennes peuvent être placées les unes

au-dessus des autres.

Figure 1.12 : Association de plusieurs antennes panneaux

1.6.2 Antenne de réception de télévision

Une antenne de réception traduit un rayonnement électromagnétique en courant électrique induit.

L’antenne Yagi est l’antenne de réception de télévision la plus utilisée, de plus elle sert de base à

d’autres antennes de télévision.

Une telle antenne se présente sur la figure suivante :

24

Figure 1.13 : Antenne Yagi

Le diagramme de rayonnement d’une antenne Yagi est :

Figure 1.14 : Diagramme de rayonnement d’une antenne Yagi

Pour un rendement optimal, une antenne de réception de télévision doit être orientée

perpendiculairement à la direction de l’émetteur.

1.6.3 Zone de couverture d’un émetteur de télévision

En émission de télévision, les ondes se propagent sensiblement en ligne droite, donc on ne tient

généralement compte dans ce système que de la portée optique, soit une liaison à vue entre

antennes de l’émetteur et du récepteur.

Figure 1.15 : Liaison à vue entre les antennes de l'émetteur et du récepteur

On a la formule suivante qui donne la distance maximale du récepteur par rapport à l’émetteur

pour qu’il reste dans la zone de couverture de l’émetteur : ( )2157,3 hhD += en km.

25

Où h1 et h2 sont exprimées en mètres et représentent les hauteurs respectives des antennes

d’émission et réception par rapport au sol.

Cette formule n’est en fait que la portée optique d’un émetteur de télévision, mais on doit aussi

tenir compte du niveau de tension minimale, disponible aux bornes de l’antenne émettrice, pour

avoir une meilleure qualité de réception. Cette qualité pourra être obtenue lorsque la tension

disponible à l’antenne réceptrice est supérieure à 60dBµV soit 1mV en VHF (Very High

Frequency) et 63dBµV soit 1,41mV en UHF (Ultra High Frequency).

1.6.4 Défauts de transmission radioélectrique en émission de télévision

La principale source de défaut, comme dans toute liaison radioélectrique, est le trajet multiple du

fait que les fréquences des signaux rayonnées par les émetteurs de télévision sont facilement

renvoyées par un obstacle (montagne, building, …).

Le récepteur reçoit alors des signaux issus du rayon direct et des rayons réfléchis, ce qui dégrade

la qualité du son et de l’image en réception. Le premier effet du trajet multiple est l’apparition, à

l’écran d’un poste téléviseur, d’une image "fantôme" (image dédoublée) ou une image floue du

fait qu’on reçoit plusieurs fois le même signal mais décalé d’un petit intervalle de temps.

Le second effet, couramment appelé "fading", est l’atténuation importante des signaux si la

différence entre le trajet direct et réfléchi est supérieure à la demi-longueur d’onde d’émission.

Figure 1.16 : Principe de formation du dédoublement d’images

Pour réduire l’effet de ce phénomène, dans la transmission analogique on utilise une antenne de

réception beaucoup plus directive.

1.6.5 Réception de la télévision

La réception de la télévision, comme tout système de réception, consiste à effectuer les opérations

inverses appliquées aux signaux de télévision en émission pour retrouver ces signaux dans ses

états initiaux qui sont plus rapprochés à la production.

26

Bien que l’émission de télévision soit conditionnée par les paramètres des standards et les

systèmes de couleur, les téléviseurs d’aujourd’hui sont en général multistandards et multi

systèmes.

27

Chapitre 2 : Introduction à la télévision numérique et la norme DVB-T

2.1 Introduction

Le "numérique" a le vent en poupe. Depuis la sortie des premiers "CD" (Compact Disc) dans les

années quatre vingt, les applications du numérique n'ont cessé d'augmenter.

La télévision numérique n'est plus dans le domaine du futur, elle est maintenant une réalité dans le

monde. Aux États-Unis d'abord, où des satellites offrent depuis quelques années plusieurs dizaines

de chaînes de télévision en numérique ; en Europe ensuite, où on assiste à une véritable

mobilisation depuis les premières semaines de l'année 1996. Ce qui a permis la révolution

numérique, ce sont les progrès réalisés dans la compression des données et plus particulièrement

les travaux du groupe de normalisation MPEG (Moving Pictures Expert Group) dont furent issues

entre autres les normes MPEG-1 et MPEG-2.

Ce chapitre nous permettra donc d’élargir un peu nos connaissances sur :

- L’histoire de la télévision numérique ;

- La généralité sur la télévision numérique ;

- Et la norme DVB-T.

2.2 Histoire de la télévision numérique

Il est assurément difficile de donner une date précise marquant le premier pas de la télévision

numérique et, pour un observateur de 1995, cette époque se perd déjà dans la nuit des temps. On

peut néanmoins situer au milieu des années 60 le moment où des ingénieurs, dans un laboratoire,

réussirent l’exploit (car c’en était un, avec la technologie de l’époque) d’échantillonner à plus

d’une dizaine de mégahertz un signal vidéo et de le quantifier : c’était l’époque où les techniques

de transmission numérique et de commutation électronique prenaient leur essor dans le domaine

de la téléphonie, mais la numérisation de la transmission de la télévision représentait un enjeu bien

moindre. Les réseaux de transmission à grande distance par faisceaux hertziens venaient d’être

construits, les besoins quantitatifs ne croissaient que lentement et les besoins qualitatifs étaient

dominés par l’introduction du SECAM pour la télévision en couleur.

Le besoin était marginal et la technologie balbutiante. Un moteur puissant pour le développement

des techniques de base de la télévision numérique allait cependant apparaître peu après et occuper

le devant de la scène pendant toute la fin des années 60. Dans le domaine de télévision numérique,

cette période est à marquer d’une pierre blanche, car c’est pratiquement à ce moment qu’est

apparu pour la première fois le concept de compression. Le besoin était exactement le même que

celui qui préside aujourd’hui à la relance de la télévision numérique en transmission et en

28

diffusion : grâce à la numérisation, utiliser des supports de transmission banalisés, notamment sur

le réseau de transmission à grande distance et, grâce à la compression, abaisser le débit par voie et

donc le coût de transmission.

Le premier moyen pour abaisser le débit de transmission est apparu de manière assez naturelle en

visiophonie, puisqu’il s’agit de l’abaissement de la fréquence d’échantillonnage : le visiophone,

par construction, partait d’une résolution réduite, verticalement (267 lignes ou 313 lignes suivant

que la fréquence trame était de 60 ou 50Hz) et horizontalement (signal vidéo limité à 1MHz de

bande, alors que la télévision traditionnelle en demande 5 ou 6). En échantillonnant à 2MHz

(suivant la règle bien connue de Shannon, qui veut que, pour reproduire fidèlement un signal, on

l’échantillonne à 2 fois au moins sa fréquence maximum), on voit qu’il fallait une efficacité de

codage de l’ordre de 3 bits/échantillon si l’on voulait utiliser un système de transmission à

6,3Mbits/s et de moins de 1bit/échantillon si l’on voulait “passer” sur les voies à 1,5Mbits/s. C’est

cette situation qui les a poussés (les Bell Laboratories) à abandonner les chemins déjà en bonne

partie défrichés du codage “intra-image”, pour explorer un domaine vierge mais prometteur : celui

de l’exploitation de la redondance temporelle des signaux télévisuels par des systèmes de codage

“inter-image”. En deux mots, il s’agissait d’exploiter le fait que deux images successives prises à

la cadence normale de la télévision de 25 à 30 images par seconde se “ressemblent” beaucoup et

que, pour faire des économies de transmission, il “suffit” de transmettre ce qui a changé entre une

image et la suivante.

Avec le début des années 70, un tournant se produit dans la finalité des études et des

développements en matière de codage d’images : l’application au visiophone passe au second

plan, alors que s’ouvre le champ d’application à la télévision conventionnelle. On peut trouver un

signe de cette évolution, en même temps que de la lucidité des fondateurs, dans le fait que le

CCETT (Centre Commun d’Etudes de Télédiffusion et Télécommunications), qui voit le jour à

Rennes en 1972, inscrit la numérisation des images en première ligne de son champ

d’investigations, aux frontières des télécommunications et de l’audiovisuel. On peut penser qu’il

s’agit là d’une réaction de techniciens désireux de dépasser rapidement la cassure encore fraîche

du monde européen entre le PAL et le SECAM. On peut penser que le problème de la

normalisation de la télévision numérique de base était relativement simple, puisqu’il suffisait de

fixer trois paramètres : la fréquence d’échantillonnage de la luminance, celle de la chrominance, et

la finesse de quantification (nombre de bits/échantillon). Le dernier paramètre ne portait guère à

discussion car on savait, pratiquement depuis le tout début des travaux sur la numérisation des

29

images qu’il fallait 8bits/échantillon pour représenter et restituer toutes les demi-teintes. Par

contre, le choix des fréquences d’échantillonnage a fait l’objet de débats homériques,

essentiellement entre américains et européens. C’est pourquoi, lors d’une réunion “historique” à

Winchester en 1981, un compromis est pourtant trouvé qui devait être ensuite “coulé dans le

bronze” sous l’appellation de “Recommandation 601 du CCIR” (publiée en 1982). Cette norme

mondiale de représentation numérique de la télévision fixe à 13,5MHz la fréquence

d’échantillonnage de la luminance et à la valeur moitié, 6,75MHz, la fréquence d’échantillonnage

de chacun des 2 signaux de couleur. C’est la première fois qu’un pont est jeté entre les univers du

525lignes/60Hz (Amérique du Nord et Japon) et du 625lignes/50Hz (reste du monde, dont

l’Europe). A partir de cette date charnière, le numérique se déploie de manière assez progressive

dans le secteur de la production, en commençant bien sûr par les générateurs d’effets spéciaux et

les magnétoscopes et en s’étendant, au fur et à mesure des échéances de renouvellement de

matériel, à l’ensemble des équipements et des studios. Le premier studio “tout numérique”

opérationnel au monde a été mis en service à Rennes en 1985.

2.3 Généralité sur la télévision numérique [9]

Le numérique intervient à divers titres dans les processus d’information et de communication, en

particulier d’une part comme agent de transport et d’autre part comme facteur déterminant des

modes médiatiques utilisés.

Le procédé numérique permettra de faire passer cinq ou six chaînes par fréquence, là où

l’analogique ne permettait d’en faire passer qu’une seule.

Par définition, la numérisation est la conversion d'un objet réel en une suite de nombres permettant

de représenter cet objet en informatique ou en électronique numérique. On utilise parfois le terme

franglais "digitalisation" (digit signifiant chiffre en anglais). La numérisation est une des manières

de créer des données à traiter. Les procédés de numérisation sont multiples :

- La numérisation directe d'image par des matériels électroniques :

o Une caméra CCD, appareil photo numérique ;

o Un scanner ;

- La numérisation d'un modèle analogique (son, vidéo) :

o Par échantillonnage (sampling).

La suite de nombres obtenus est en général stockée dans un fichier.

La numérisation pose le problème de la représentation des données sous forme de nombre, donc

du format des données.

30

Pour numériser une image vidéo, la première étape consiste à sous diviser chaque image vidéo

selon une résolution donnée (normalement 720 x 486pixels pour une image vidéo normale) et à

associer une valeur numérique à chacun des éléments qui forment la couleur de ce pixel (RGB) en

utilisant une table de conversion de couleurs (normalement 24bits par pixels pour 16millions de

couleurs possibles en chaque point).

Ce procédé de conversion doit se faire très rapidement étant donné qu'une image vidéo

traditionnelle contient plusieurs milliers de pixels et que la vidéo analogique NTSC défile à près

de 30images par seconde (25images de 720 x 576pixels par seconde en PAL). Heureusement, il

existe actuellement plusieurs puces permettant d'accomplir cette tâche en temps réel.

Si un signal vidéo de 720x486pixels de résolution est numérisé en utilisant la norme RGB 4:2:2, le

fichier résultant sera de 1025,16Ko/image ou 30,03Mo/s. C'est ce qu'on appelle le format non

comprimé de ratio 1:1. Ces valeurs sont calculées de la façon suivante :

geoctets/ima 760 049 1 bits/pixel 24 pixels 486 pixels 720 =×× (2.01)

La conversion octets/image en Koctets/image est telle que :

Ko/image 1025,16 = octets Ko/1024 1 geoctets/ima 760 049 1 × (2.02)

La conversion Koctets/image en Koctets/s se calcule par :

Ko/s 30754,69 = images/s 30 Ko/image 1025,16 × (2.03)

Et la conversion Koctets/s en Moctets/s est telle que :

Mo/s 30,03 = Ko Mo/1024 1 Ko/s 30754,69 × (2.04)

Ces calculs sont valides pour le format NTSC. Pour le PAL, les calculs donneront environ

25,03Mo/s en se basant sur la résolution 720 x 576pixels à 25images/s.

La télévision numérique est un mode de diffusion de télévision dans lequel les signaux vidéo,

audio et de données ont été numérisés puis ordonnés dans un flux unique, le "multiplex", avant

d’être diffusés via les ondes électromagnétiques.

De nombreuses normes d'émission numérique sont aujourd'hui admises dans divers pays comme

l'ATSC (Advanced Television Standards Committee) aux Etats-Unis et au Canada, l'ISDB-T

(Integrated Service Digital Broadcast-Terrestrial) au Japon, le DVB (Digital Video Broadcasting)

en Europe,…. Pour ce qui est de notre travail, nous avons à étudier la norme DVB, en particulier

la DVB-T (Digital Video Broadcasting -Terrestrial).

Voici la chronologie de la télévision numérique terrestre avec la norme DVB :

31

Figure 2.01 : La chronologie de la Télévision Numérique avec la norme DVB

Notons que l’apparition de l’émission numérique de télévision est surtout liée au développement

des normes de compression, en particulier MPEG-2. Ajoutée aux techniques de transmission,

l’émission numérique de télévision est rendue possible, tout en conservant quelques ressources en

analogique (antenne de réception, canal de fréquence,…).

2.4 La norme DVB-T

Aujourd’hui, on ne peut que constater l’évolution rapide de la numérisation du monde de

l’audiovisuel. Cette numérisation est d’abord apparue dans les équipements et régie de production

pour ensuite gagner les secteurs des réseaux de transmission et de diffusion que sont le câble,

l'hertzien et le satellite.

Encore est-il qu'aujourd’hui, c’est au tour des réseaux hertziens terrestres d’être numérisés. Les

téléspectateurs abonnés ni au câble, ni au satellite pourront désormais recevoir chez eux des

images numériques et des services interactifs. C’est pourquoi, cette étude va nous permettre de

mieux comprendre les grands principes de fonctionnement de la diffusion numérique terrestre.

Dans ce chapitre, nous allons parcourir successivement les points suivants :

• La définition de DVB ;

• Ses objectifs ;

• Et ses paramètres.

2.4.1 Définition [11]

DVB ou Digital Video Broadcasting est le nom du projet européen associant plus de 180

structures (des industriels aux diffuseurs et aux instances de régulation) de plus de 20 pays en

32

Europe, qui a défini les standards de diffusion numérique Satellite (DVB-S ou Digital Video

Broadcasting - Satellite), Câble (DVB-C) et Hertzien (DVB-T ou Digital Video Broadcasting -

Terrestrial). Il a également défini un système de cryptage pour le contrôle d’accès. D’autres

standards DVB ont également été définis, comme le DVB-TXT (télétexte), DVB-MHP

(Multimedia Home Platform ou moteur d’interactivité) et plus récemment DVB-H (Handheld).

Le Digital Video Broadcasting (DVB, ou Transmission Vidéo Numérique) assure une réception

sans interférence, donnant ainsi accès à une image et un son de qualité remarquable.

Ce qui est encore nouveau aujourd'hui (depuis le 31 mars 2005), c'est la diffusion terrestre de ce

DVB (DVB-T) car depuis longtemps, ce signal est déjà diffusé par le satellite (DVB-S) et par le

câble (DVB-C).

2.4.2 Les objectifs du DVB

Les objectifs principaux du DVB sont :

- de créer un cadre européen pour un développement de la télévision numérique (satellite,

câble, hertzien) équilibré et guidé par le marché ;

- d’établir les spécifications techniques pour l’élaboration des normes ;

- de faciliter l’introduction de nouveaux services utilisant ces normes ;

- et de faciliter la coordination entre normalisation, recherche et développement.

DVB établit donc des spécifications techniques, qui sont ensuite soumises aux organismes de

normalisation pour devenir des normes européennes (ETSI ou European Telecommunications

Standards Institute pour les signaux de télévision numérique).

La compression des signaux audio et vidéo, la constitution du multiplex (multiplexage) et

l’embrouillage sont communs à tous les supports de diffusion (terrestre, câble, satellite). Il n’y a

que les techniques de transmission qui sont spécifiquement adaptées.

2.4.3 Les paramètres de la norme DVB-T [12]

Les paramètres issus de la norme nécessaires pour la planification des fréquences sont

essentiellement les suivants :

- le type de modulation : QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM (Quadrature

Amplitude Modulation), ou 64QAM ;

- le rendement de code ;

- le mode de réception (qui se traduit en type de canal de transmission, Rice pour le mode de

réception fixe et Rayleigh pour le mode de réception portable).

33

Le choix d’une combinaison de ces paramètres détermine la valeur du rapport porteuse / bruit

minimal (P/Bmin) nécessaire à l’entrée du récepteur numérique pour assurer une bonne réception et

cette valeur de P/Bmin se traduit par un niveau de champ minimal nécessaire au niveau de

l’antenne de réception. Ce dernier permet à son tour de déterminer le niveau de puissance à

l’émission nécessaire pour couvrir une zone donnée, d’où son influence directe sur la planification

des fréquences.

Par ailleurs, d’autres paramètres de la norme ont des conséquences sur la capacité et sur la qualité

de couverture du signal numérique, sans forcément influencer directement la planification des

fréquences. Ces paramètres sont :

- le mode (2k pour 1705 porteuses, ou 8k pour 6817 porteuses). Il influe, de par la durée du

temps symbole correspondant, sur la robustesse du signal vis-à-vis de certains types de

bruits (bruits impulsifs, plus gênants sur un système à 2000 porteuses) et sur la facilité de

réception en mobile (limitation de la vitesse avec le système à 8000 porteuses) ;

- la durée de l’intervalle de garde. Elle influe sur le débit utile total qui peut être transmis

dans un canal/fréquence numérique. D’un autre côté, un intervalle de garde plus grand

facilite l’ingénierie dans une plaque mono fréquence (SFN ou Single Frequency Network).

En France, le CSA (Conseil Supérieur de l’Audiovisuel) a effectué la planification des fréquences

en prenant comme hypothèse l’utilisation des paramètres suivants :

- Modulation : 64 QAM ;

- Rendement de code : 2/3 ;

- Mode de réception : fixe (canal de transmission de type Rice) ;

- Mode : 8k (6817 porteuses) ;

- Intervalle de garde : 28µs.

Avec ces paramètres, le niveau de champ médian minimal à planifier à une hauteur de 10m par

rapport au sol est de 53dBµV/m en bande IV et de 57dBµV/m en bande V. Comparé au champ

médian minimal à planifier à 10m pour la télévision analogique (65dBµV/m en bande IV et

70dBµV/m en bande V), nous pouvons déduire le recul de puissance du signal numérique par

rapport au signal analogique à l’émission qui permet de couvrir la même zone, qui est de 12dB en

bande IV et de 13dB en bande V. Il est rappelé que le recul de puissance est défini comme l'écart

numérique.

D’autre part, la planification des fréquences numériques dans une bande occupée par la télévision

analogique nécessite la connaissance d’un ensemble de valeurs de rapports de protection (un

34

rapport de protection est le rapport minimal qu’il faut respecter entre les niveaux d’un signal utile

et d’un signal brouilleur présents à l’entrée du récepteur pour assurer une bonne réception).

Les modulations employées seront donc choisies de manière très attentive en fonction du type du

canal de transmission et un arsenal de technique de correction d'erreur sera également mis en

place.

35

Chapitre 3 : La télévision numérique réalisée avec la norme DVB-T

3.1 Introduction [12]

Dernier moyen de communication électronique asservi à une réception fixe, la télévision devrait,

dans un avenir très proche, accéder à son tour au nomadisme ‘‘high-tech’’, comme l’ont fait

depuis longtemps déjà la radio, récemment le téléphone et l’ordinateur, plus récemment encore le

cinéma grâce au lecteur de DVD (Digital Versatile Disc) portable. Ainsi, la micro télévision ou

TNP (Télévision Numérique de Poche/Personnelle) pourrait se déployer en même temps, voire

plus rapidement, que la maxi télévision, celle que l’on reçoit sur de grands écrans adaptés à la

haute définition. Toutes les deux facilitées par l’avènement de la diffusion numérique, elles

constituent les deuxième et troisième volets du développement de celle-ci après l’accroissement

du nombre de chaînes.

Une des principales caractéristiques des canaux de diffusion numérique tient au fait qu'ils peuvent

subir de grandes dégradations sans que cela ne soit visible. Mais lorsque l'on dépasse un certain

seuil, la rupture de service est brutale et totale. C'est tout ou rien.

Ce chapitre va nous renseigner au mieux en ce qui concerne l’émission et la réception numérique

de la télévision par la diffusion terrestre. Dans ce cas, nous aborderons ci-après :

• Le synoptique de la chaîne de diffusion DVB-T ;

• L’étude de son fonctionnement ;

• Et le principe de réception numérique DVB-T.

3.2 Synoptique de la chaîne de diffusion DVB-T

Le schéma synoptique de base d’une chaîne de diffusion numérique est généralisé par :

Figure 3.01 : Synoptique de la chaîne de diffusion numérique

C’est dans le codage de source que s’effectuent : la numérisation du signal analogique, les

compressions audio et vidéo, …. Il permet aussi de supprimer certains éléments binaires peu

significatifs du signal numérisé. Après le codage de source, la source de signal numérique ainsi

constitué est caractérisée par son débit binaire.

36

Le codage de canal, appelé aussi codage détecteur et/ou correcteur d’erreurs, est une fonction

spécifique des transmissions numériques qui n’a pas son équivalent en transmission analogique.

Cette opération permet d’améliorer la qualité de la transmission. Le codage de canal consiste à

insérer dans le signal des éléments binaires dits de redondance suivant une loi donnée.

Pour émettre le signal ainsi obtenu, il faut l’adapter au canal de transmission d’où le dernier bloc.

Dans notre cas, nous avons comme application de cette chaîne de diffusion numérique la chaîne

d’émission de télévision numérique avec la norme DVB-T suivante :

Figure 3.02 : Synoptique de la chaîne de diffusion DVB-T

Le principe de cette chaîne de diffusion est l’adaptation des signaux de télévision en bande de base

à la sortie du multiplexeur aux caractéristiques du canal terrestre.

3.3 Fonctionnement de la chaîne de diffusion numérique DVB-T [6] [9] [10] [11] [12] [13]

[14] [15] [16] [17]

Comme nous l’avons vu dans le paragraphe précédent, avec un débit d'environ 30Mo/s, la vidéo

numérique non-comprimée exigerait donc plus de 1,8Go d'espace disque pour capter une minute

de vidéo. Le problème est donc de diminuer au maximum le nombre de bits ou d'octets utilisés

pour représenter une image et, par là, de réduire le débit binaire nécessaire pour la transmettre.

37

La première solution est de diminuer le nombre d'images par secondes, sauf qu'en dessous de 15 à

18images par seconde, notre œil commencera à capter une saccade plutôt désagréable.

La deuxième possibilité est de réduire le nombre de points de l'image par 2 ou par 4 sauf que la

qualité visuelle de l'image résultante sera passablement réduite, voire même inacceptable.

La troisième possibilité est de coder moins d'informations de couleur, sur 2octets (16 bits) par

pixel en 64 000couleurs, par exemple, ou encore sur un seul octet par pixel en palette de 256

couleurs. Pour les applications multimédia, cette solution est acceptable et d'ailleurs très

recommandée pour les présentations multimédia, mais pas pour le montage vidéo, même amateur.

Toutes ces méthodes auront bel et bien pour effet de réduire le débit des données, mais la

dégradation de l'image sera si importante que même un amateur la rejetterait. La seule vraie

solution au problème de débit est apportée par la compression, aussi appelée Bit Rate Reduction

(réduction du débit binaire), d’où le paragraphe qui suit :

3.3.1 Le codage de source

Retenu par DVB, le codage de source repose sur le standard MPEG-2. Il est appliqué à l’audio et à

la vidéo, et a pour fonction de réduire le débit numérique pour une économie de bande.

Les composantes Rouge, Verte et bleue d'un signal vidéo sont numérisées chacune sur 8 bits

(diffusion) ou 10bits (en production). En diffusion on obtient donc 256 niveaux de rouge, de vert

et de bleu soit un total de 16 777 216couleurs (256x256x256).

L'oreille étant particulièrement exigeante, le signal audio est numérisé sur 16 bits, ce qui permet

d'obtenir une résolution de 65536 niveaux. La fréquence d'échantillonnage doit être supérieure au

double de la fréquence analogique la plus élevée. Pour l'audio, les très bonnes oreilles peuvent

entendre un son jusqu'à 20000Hz. La fréquence d'échantillonnage devra être supérieure à

40000Hz. La norme a retenu 44100Hz pour le CD audio. Le DAT (Digital Audio Tape)

échantillonne à 48000Hz. Le signal NICAM (Near Instantanious Companding Audio Multiplexer)

étant limité à la transmission d'une fréquence maximum de 15kHz, l'échantillonnage se fera à

32000Hz.

Recevoir une émission de télévision en définition standard ne nécessite que 4Mbits/s, soit près de

quarante fois moins, et sans dégradation visible de qualité. Les normes de compression constituent

donc les fondations de la télévision numérique.

3.3.1.1 Compression MPEG-2

MPEG (Moving Pictures Expert Group) est un comité formé en 1988 et constitue une norme

internationale ISO (International Standardization Operating). Il s’agit d’un groupe de travail dont

38

le propos est de définir des standards pour la compression de la vidéo et de l’audio au format

numérique.

MPEG-2, un standard dédié originalement à la télévision numérique, offre une qualité élevée à un

débit pouvant aller jusqu'à 40Mbits/s, et 5 canaux audio. Le MPEG-2 fut conçu pour traiter des

séquences d'images entrelacées et a été retenu pour les chaînes gratuites.

Le but était de produire des images de la qualité d'un système vidéo composite avec un débit

binaire de l'ordre de 4 à 8Mbits/seconde ou des images de haute qualité avec un débit de 10 à

15Mbits/s. Les domaines d'application principaux de MPEG-2 sont liés à la distribution de

programmes vidéo : diffusion par satellite, télédistribution, Digital Versatile Disc ou DVD. Il

permet de plus une identification et une protection contre le piratage.

MPEG appliqué à l’audio :

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 20Hz et 20kHz et

pour chacune de ces fréquences, l’illustration suivante représente en A les différents seuils

d’audibilité.

Figure 3.03: Seuil d’audibilité en fonction de la fréquence en présence d’un signal perturbateur C

Avec :

A : seuil normal de l'audition

B : seuil modifié dû à la tonalité C

D : bande du bruit rendue inaudible par la présence de la tonalité C

Si des signaux 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 de rendre

l’oreille insensible aux fréquences voisines : il s’agit du phénomène de masquage fréquentiel.

39

D’autre part, l’oreille ne perçoit pas les sons faibles précédant ou suivant un son de forte intensité

et de même hauteur : il s’agit du phénomène de 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.

MPEG appliqué à la vidéo :

Le format vidéo numérique utilise 166Mbits/s de débit brut pour coder les images avant

compression. On souhaite obtenir à la sortie du compresseur, un débit de 15Mbits/s au format

MP@ML (Main Profile at Main Level : les profils définissent les outils de compression utilisés,

tandis que les niveaux caractérisent la résolution de l’image), d’où la nécessité de réduire ce débit

en partant des principes suivants :

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

- "Si une image est très semblable à sa voisine, il suffit de ne transmettre que leurs

différences".

- "Certaines informations peu ou non pertinentes pour notre système visuel peuvent être

codées plus grossièrement, voire supprimées".

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.

La compression MPEG-2 va s’effectuer sur des séquences répétitives d’images, appelées GOP

(Group Of Pictures), 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 ».

40

Figure 3.04 : Enchainement des trois types d’images MPEG sur un GOP

o Les images "I" : ce sont des images de référence comprimées de manière

indépendante, sans référence à une autre image. Elles sont codées en JPEG (Joint

Pictures Expert Group) sans aucune référence à d’autres images. Elles contiennent

tous les éléments nécessaires à leur reconstruction par le décodeur. Leur taux de

compression est le plus faible car il fait seulement l’objet d’un codage de type

JPEG. Elles sont le point d’entrée à une séquence.

o Les images "P" : ces images sont codées en tenant compte des images «I» ou «P»

prédites précédentes. Elles sont codées par rapport à l’image de type I ou P

précédente grâce aux techniques de compression avec compensation de

mouvement. 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 en amplifiant toute erreur de codage. Leur taux de compression est

nettement plus important que celui des 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.

o Les images "B" : elles sont obtenues par interpolation bidirectionnelle entre les

images «I» et «P» qui les entourent. Comme elles ne sont pas utilisées pour définir

d’autres images, les images B ne propagent donc pas les erreurs de codage, elles

présentent le taux de compression le plus élevé.

La norme de compression MPEG-2 est la norme de compression vidéo broadcasting 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. Ce sont des techniques de codage et de compression

dont résulte chaque fois un débit maximal. De toutes les combinaisons, MP@ML est devenue la

norme de diffusion numérique pour la télévision avec un débit de 15Mbits/s.

41

3.3.1.2 Multiplexage et embrouillage

Multiplexage des programmes

Les données audio et vidéo viennent de subir des opérations de réduction de débit. Il est nécessaire

maintenant d’organiser ces données grâce à des codeurs audio et vidéo qui fournissent à leur sortie

des trains élémentaires de données ES (Elementary Stream). Chaque train élémentaire (ES) est

divisé en paquets qui constituent ainsi un PES (Packetized Elementary Stream) comme le montre

la figure 3.05. Les PES sont obtenus en découpant le flux ES en morceaux plus ou moins longs.

Un en-tête est rajouté à chaque paquet PES pour l’identifier. Ces paquets restent de longueur

importante et variable et ne sont pas du tout adaptés à la transmission.

Figure 3.05a : Mise en paquets du signal vidéo

Figure 3.05b : Mise en paquets du signal audio

Figure 3.05 : Mise en paquets des données élémentaires

En transmission, on travaille avec des paquets de format court, fixe et à débit constant. C’est

pourquoi on réalise à partir des flux de données PES, un flux de transport TS (Transport Stream)

composé de paquets de 188octets (4 octets d’en-tête (Packet header) et 184octets de données utiles

(Payload)). Ces paquets TS sont obtenus en découpant les PES en petits morceaux de 184octets

(Payload).

Figure 3.06 : Hiérarchie du flux transport stream

Les PES vidéo sont découpés en TS vidéo et les PES audio sont découpés en TS audio.

42

Les PES audio et vidéo d’un même programme sont multiplexés pour obtenir un SPTS (Single

Program Transport Stream).

Les SPTS de plusieurs programmes peuvent être ensuite multiplexés par un opérateur de

multiplexage pour obtenir un MPTS (Multiple Program Transport Stream).

Figure 3.07 : Organisation du flux de transport TS, SPTS et MPTS

Le multiplexage permet la diffusion dans un même canal de plusieurs programmes de télévision

(cinq à six) organisés en « multiplex de programmes ».

Toutes les données numériques organisées en flux de transport SPTS sont ensuite transmises à

l’opérateur de multiplexage.

Figure 3.08 : Opérateur de multiplexage

43

La technique du multiplexage permet l’insertion de données associées telles que le sous-titrage, le

système d’information facilitant la navigation entre les différents services du ou des multiplex (5 à

6 programmes audiovisuels sur la même fréquence), ainsi que les services interactifs.

Avec le numérique, on gagne de la place mais ça ne veut pas dire qu’on va diviser une bande de

8Mhz uniformément en 5 ou 6 plages. Les programmes sont donc comprimés et vont pouvoir

voyager ensemble par petits morceaux sur la même bande de 8Mhz, là où ils trouvent de la place.

Au final, toute la bande sera occupée, et les 5 ou 6 programmes qui voyageront ensemble sur la

même bande formeront un multiplex.

Embrouillage

Une partie des émissions numériques seront payantes. La norme DVB a donc défini un algorithme

commun d’embrouillage CSA (Common Scrambling Algorithm) qui consiste à transformer un

signal numérique en un signal numérique aléatoire en vue d’en faciliter la transmission ou de le

rendre inintelligible.

L’embrouillage peut intervenir à deux niveaux : soit au niveau paquet élémentaire de données

PES, soit au niveau paquet transport TS.

3.3.2 Séparateur

Comme on l’observe dans la synoptique de la chaîne de diffusion en DVB-T, le séparateur fournit

à sa sortie deux flux de priorité différente : haute et basse.

La notion haute priorité résulte du fait qu’il y a une grande protection contre les erreurs de

transmission et que le débit binaire est assez bas. Quant au flux basse priorité, il sous entend la

faible protection contre les erreurs de transmission et un débit binaire élevé. Pour un décodage

sans erreur, la réception du flux basse priorité nécessite de meilleures conditions de réception.

3.3.3 Codage de canal

Le codage de source vient d’être effectué et on dispose maintenant d’un flux de transport MPEG-2

TS que l’on désire transmettre par voie radiofréquence vers les utilisateurs. Le canal de

transmission n’étant pas exempt d’erreurs qui viennent perturber le signal utile (bruit,

interférences, échos…), il est nécessaire de prendre des mesures avant la modulation pour

permettre la détection et la correction dans le récepteur des erreurs apportées par le canal de

transmission. Ces mesures, dont la principale consiste à apporter de la redondance au flux de

multiplex, constituent l’essentiel du codage de canal. Lorsque les conditions de transmission

deviennent mauvaises, on constate une disparition totale du signal en numérique. C’est pourquoi,

44

les données à transmettre MPEG-2 TS sont séparées en deux modes : mode hiérarchique et mode

non hiérarchique.

- Le mode hiérarchique

• Mode Simulcast

Il offre la possibilité de transmettre le flux de transport MPEG-2 TS multiplexé en un flux de

transport haute priorité (grande protection contre les erreurs de transmission et débit binaire assez

bas) et un flux de transport basse priorité (faible protection contre les erreurs de transmission et

débit binaire élevé) incluant les modules en pointillé dans la partie codage de canal du schéma

synoptique de la figure 3.02. La réception du dernier flux conduit à une meilleure qualité mais

nécessite de meilleures conditions de réception pour un décodage sans erreur.

• Mode non simulcast (multiprogramme)

Le flux basse priorité peut contenir un ou plusieurs programmes différents de ceux présents dans

le flux haute priorité. Un récepteur portable pourra décoder les programmes transmis avec une

forte protection tandis qu’un récepteur fixe pourra décoder le flux basse priorité permettant

d’obtenir des programmes supplémentaires.

- Le mode non hiérarchique

Ce mode nécessite uniquement le traitement représenté en traits pleins sur le schéma synoptique

de la chaîne de diffusion de la figure 3.02. La séparation n’est plus nécessaire, ce qui entraîne

qu’un flux peut véhiculer un ou plusieurs programmes protégés de façon identique qui supprime

alors de la chaîne de diffusion la partie où circule le flux basse priorité.

3.3.3.1 Dispersion d’énergie (brassage)

Le flux de transport d’entrée MPEG-2 TS est organisé en paquets de longueur fixe de 188octets.

Ici on veut répartir l'énergie sur l'ensemble du canal de transmission.

Le brassage sert à effectuer une dispersion d’énergie, c’est-à-dire, une répartition uniforme de

l’énergie dans le canal d’émission afin d’éviter les longues suites de 1 ou de 0 qui créeraient des

raies parasites dans le spectre du signal et qui empêcheraient la récupération de l’horloge. Il assure

cependant qu'un flux numérique soit envoyé au modulateur même s'il n'y a pas de signal vidéo à

transmettre.

Par embrouillage du polynôme générateur g(x), le signal TS est rendu quasi-aléatoire tel que :

15141)( xxxg ++= (3.01)

Pour pouvoir faire le traitement inverse en réception, on emploie deux mécanismes de

synchronisation. Au premier paquet TS qui se présente, on charge le générateur (série de registre à

45

décalage) avec un mot d'initialisation connu (100 1010 1000 0000) et l'octet de synchronisation du

paquet (47H) est inversé pour devenir B8H. Huit paquets d'affilée sont ainsi brassés. Au neuvième

paquet, le mot d'initialisation est de nouveau chargé et l'octet de synchronisation est de nouveau

inversé.

La fonction de dispersion d'énergie se valide par la porte ET (ou en anglais AND), grâce à l'entrée

E qui est mise au niveau bas à chaque octet de synchronisation pour ne pas les brasser et ainsi

conserver ces points de repère.

On attend un octet ayant le mot de synchronisation B8H pour charger le mot d'initialisation et

débrasser les huit paquets.

Figure 3.09 : Schéma du brasseur

C'est un dispositif simple formé de 15 registres à décalage, d’un ET et d'un OU exclusif. Le même

circuit s'emploie à la réception.

3.3.3.2 Codage Reed-Solomon (codage externe)

Afin de pouvoir corriger la majeure partie des erreurs introduites par le canal de transmission, on

introduit une redondance dans le signal permettant de détecter et de corriger ces erreurs. Le code

utilisé est un code de Reed-Solomon RS (204, 188, T=8) qui permet, complété d’un procédé

d’entrelacement, de corriger les erreurs en rafale (plusieurs octets consécutifs). Il s’applique à tous

les paquets de transport TS brassés de 188 octets, y compris les octets de synchronisation (inversés

ou non) :

Figure 3.10 : Format des paquets transport protégés

46

RS (204, 188, T=8) signifie qu’avec 188octets en entrée, 204octets en sortie, 8octets erronés par

paquet peuvent être corrigés en sortie, au delà le paquet sera considéré comme défectueux. Ceci

est possible puisque sa distance minimale de Hamming est d = 17octets ; ce qui permet bien de

corriger jusqu'à 82

1 =−= dt octets erronés. Le codage Reed-Solomon est donc particulièrement

bien adapté à la correction de petits paquets d’erreurs.

Le code Reed-Solomon ajoute 16octets de redondance derrière chaque paquet TS du train MPEG-

2 de 188octets portant ainsi à 204octets la longueur des séquences à la sortie du codeur.

Le polynôme générateur de ce code est :

( )( )( ) ( )( )1514210 ........)( λλλλλ +++++= xxxxxxg (3.02)

Avec H02=λ ou simplement :

161515

22

110 ...)( xxgxgxggxg +++++= (3.03)

Où les coefficients gi sont donnés par :

Coefficient Valeur en hexadécimal

g0 3B

g1 24

g2 32

g3 62

g4 E5

g5 29

g6 41

g7 A3

g8 08

g9 1E

g10 D1

g11 44

g12 BD

g13 68

g14 0D

g15 3B

Tableau 3.01 : Coefficients du polynôme générateur

47

Pour comprendre l'esprit de ce code, voici un exemple très simple : imaginons que nos paquets TS

fassent 3octets de long et que l'on transmette le paquet suivant : 03 10 15, on va rajouter deux

octets de redondance. Le premier est la somme de nos trois données soit 28, le deuxième est la

somme pondérée des 3octets telle que chaque octet est multiplié par son rang : 3x1 + 10x2 + 15x3

soit 68. Notre paquet à la sortie du codeur devient donc : 03 10 15 28 68 Après transmission et

perturbation, le récepteur reçoit le paquet : 03 12 15 28 68. On refait la somme simple

03+12+15=30 et la somme pondérée 3x1 + 12x2 + 15x3=72. La différence des sommes simples

(30-28) nous donne la valeur de l'erreur et la différence des sommes pondérées divisée par l'erreur

est égale au rang de l'erreur, donc (72-68)/2=2. On peut alors corriger notre paquet.

Le décodage à la réception est basé sur l'algorithme de Peterson-Gorenstein-Zierler qui utilise des

calculs matriciels. Cette procédure consiste à déterminer la localisation des erreurs dans le

polynôme reçu ainsi que l'amplitude de l'erreur (le symbole qu'il faudrait ajouter au symbole reçu

afin de retrouver le symbole encoder d'origine).

3.3.3.3 Entrelacement externe

Cette étape est destinée à augmenter l’efficacité du codage de Reed-Solomon. Un code a une

capacité de correction de paquets d’erreurs très inférieure à la capacité de correction d’erreurs

isolées. Afin de rendre plus efficace la correction par le codage Reed-Solomon, on disperse les

erreurs au moyen d’un entrelaceur. A la réception, l’ordre initial des échantillons est rétabli, ce qui

a pour effet de diviser les paquets d’erreurs en erreurs isolées et de faciliter la correction.

L’entrelacement n’augmente pas la capacité de correction mais seulement son efficacité. Une des

choses les plus difficiles à corriger est une longue suite de bits ou d'octets consécutifs erronés. On

va donc répartir, à l'émission, les octets d'un paquet dans d'autres paquets.

Dans la pratique on utilise un jeu de registres à décalage et de commutateurs pour placer chacun

des octets d'un paquet dans des 12 paquets différents.

Figure 3.11 : Principe de l'entrelaceur et du désentrelaceur

48

Notons que chaque registre à décalage ‘‘R’’ est composé de 17 cellules de 1octet.

A gauche, l'entrelaceur et à droite, le désentrelaceur. Ce qui d'un point de vue paquet se traduit

par :

Figure 3.12 : Résultat de l'entrelacement et du désentrelacement

A : avant entrelacement B : après entrelacement C : après désentrelacement

Le premier octet du paquet An va être le premier octet du paquet Bn. Le deuxième octet du paquet

An devient le deuxième octet du paquet Bn+1, et ainsi de suite jusqu’au 12ième octet du paquet An,

qui va devenir le 12ième octet du paquet Bn+11. On reprend de nouveau le cycle, c’est-à dire que le

13ième octet du paquet An va être le 13ième octet du paquet Bn, et ainsi de suite jusqu’au 204ième

octet du paquet An qui sera le 204ième du paquet Bn+11.

Voici un exemple d’utilisation de l’entrelacement : considérons la suite de paquets de 5octets

suivante :

niche

chien

poule

tasse

fours

balles

video

audio

petit

porte

49

Chaque paquet est mis en mémoire horizontalement et relu verticalement. Ainsi si on relit les

paquets depuis le e de niche, cela donne les paquets suivants :

eeuaf nlsob esuav erlia sldup eedep soito

A la suite de la transmission, on reçoit la séquence suivante affectée d'erreur :

eeuaf nlsob esuav **lia s***p eedep soito

Après désentrelacement, on retrouve les mots suivants :

e - - - - tass* fou*s bal*es vi*eo - - - -

On voit nettement que l'entrelacement a permis de répartir les erreurs sur plusieurs paquets. Seul

un octet par paquet est affecté et le code Reed Solomon, vu avant, peut facilement corriger ces

erreurs. Sans entrelacement, ce sont les mots complets qui auraient été affectés sans espoir de

pouvoir les récupérer.

3.3.3.4 Codage convolutif (codage interne)

Comme le canal de transmission hertzien est un canal fortement perturbé, il convient de renforcer

encore les mesures de protection des données à transmettre par l’ajout d’un deuxième code

correcteur d’erreurs : le code convolutif. La forte redondance introduite par ce code permet une

correction d’erreurs efficace, mais elle double le débit initial. Afin d’en améliorer le rendement

qui est de 1/2, on va effectuer une opération de poinçonnage en ne transmettant pas tous les bits en

sortie du codeur convolutif, dans le but de réduire la redondance du code et le débit total.

Rendement R Schéma de poinçonnage Séquence transmise après conversion parallèle / série

3/4 X : 101 Y : 110 X1Y1Y2X3

Tableau 3.02 : Matrice de poinçonnage pour un rendement de 3/4

L'idée du code convolutif est de lier un bit à un ou plusieurs bits précédents de sorte à pouvoir

retrouver sa valeur en cas de problème. Voici le codeur utilisé par DVB :

50

Figure 3.13 : Le codeur utilisé dans DVB

On voit que chaque bit incident va générer deux bits sortants et qu'il sera lié aux 6bits précédents.

Le bit 1 de sortie est un "OU exclusif" entre les bits 1, 2, 3, 4 et 7 tandis que le bit 2 de sortie est

un "OU exclusif" des bits 1, 3, 4, 6 et 7.

Ce code dit "en treillis" va permettre de retrouver la valeur la plus probable d'un bit en observant

les bits précédemment reçus et l'opération de décodage est réalisée en réception par le décodeur de

Viterbi.

Une autre opération doit être faite après le codage convolutif pour améliorer le rendement de ½ :

c’est le poinçonnage. Il consiste à ne pas transmettre certains bits sortant du codeur convolutif. Si

trois bits se présentent en entrée du codeur, on va en retrouver six en sortie mais on n’en

transmettra que quatre. Le rendement sera alors de 3/4. On parle aussi de FEC 3/4 (Forward Error

Correction). Voici un tableau montrant quelques rendements et quelques FEC :

Nombre de bits en entrée Nombre de bits en sortie Nombre de bits transmis FEC

1 2 2 1/2

2 4 3 2/3

3 6 4 3/4

5 10 6 5/6

7 14 8 7/8

Tableau 3.03 : Le poinçonnage

Bien sur, ce poinçonnage crée des erreurs puisque l'on ne transmet pas tous les bits. En réception,

dans le décodeur de Viterbi, on remplace ces bits par des zéros. De part la robustesse et la nature

du code convolutif choisi, on retrouve leur valeur la plus probable.

51

Il est à noter que dans le cas de la transmission par câble, qui est considéré comme un milieu

protégé, il n'y a pas d'application du code convolutif et donc du poinçonnage.

Avant d’associer la suite d’éléments binaires au symbole relatif à QPSK ou QAM-16 ou QAM-64,

l’entrelacement interne est effectué.

3.3.3.5 Entrelacement interne

Il est décomposé en :

- entrelacement de bits : qui permet de supprimer la corrélation des erreurs en

véhiculant sur une porteuse des bits qui ne sont pas consécutifs.

En mode non hiérarchique, l’unique flux de bits à l’entrée est démultiplexé en v flux où v est le

nombre de bits associés à un symbole (2bits pour QPSK, 4 pour QAM-16, 6 pour QAM -64). Si

nous allons noter : dX le bit en entrée du démultiplexeur où l’indice d désigne le rang du bit à

l’entrée, et 0,deb le bit sur une sortie du démultiplexeur où l’indice edésigne le numéro de la sortie

du démultiplexeur et d0 le rang du bit sur cette sortie ; nous avons la correspondance suivante :

0,ded bX → tel que :

[ ] [ ]2/2)2/)(( vdvdivvde ×+= (3.04)

Et

)2/)((0 vdivdd = (3.05)

Où [ ]signifie modulo et div désigne l’opérateur de division entière.

Par exemple, pour QAM-16, 4=v et 0,33 bx → puisque : [ ] [ ] 32322)(43 =×+= dive

Et 4)(30 divd = .

Ce qui donne bien 3=e et 00 =d .

En mode hiérarchique, le flux de bits haute priorité est démultiplexé en 2 flux et celle basse en

)2( −v flux. En notant dx' l’entrée haute priorité et dx" celle basse priorité, les indices eet

0d seront calculés par : [ ]2de= et 2)(0 divdd = pour 0,deb correspondant à dx' tels que :

[ ] 2)2

2(2)2

2)()(2( +

−×+−−= vdvdivvde (3.06)

Et

)2)((0 −= vdivdd (3.07)

Pour 0,deb correspondant à dx" .

52

En réception, après démultiplexage, chaque donnée 0,deb est groupée en 126bits pour former le

vecteur )(cB et passe dans l’entrelaceur de bit. Ce dernier associera le vecteur

),…,a,a,aA(e) = (a e,e,e,e, 125210 à chaque vecteur ),…,b,bB(e) = (b e,e,e, 12510 présent à son entrée avec

[ ]125,0)(,, ∈∀= wba weHewe où )(weH est la fonction d’entrelacement qui diffère pour chaque

entrelaceur. Il y a v entrelaceurs et dont leurs sorties sont groupées pour former les symboles de v

bits appelés symboles numériques. La sortie de l’ensemble est alors décrite par le

vecteur ),...,,(' ,1,1,0 wvwww aaay −= .

- entrelacement de symboles : qui consiste à effectuer des permutations des symboles

numériques issus des entrelaceurs de bits de façon à ce que les symboles

numériques successifs ne soient pas transmis sur des porteuses adjacentes. En fait,

ces symboles modulent des multiples de porteuses dont le nombre ( maxN ) sont

respectivement 1512 et 6048 pour les modes 2k et 8k.

Ainsi, l’entrelaceur de symboles associe le vecteur ),...,,,( 1max210 −= NyyyyY pour chaque vecteur

)',...,',','(' 1max210 −= NyyyyY à son entrée et selon une fonction de permutation décrite par un

algorithme.

Nous avons donc à la sortie de l’entrelaceur le symbole numérique qy formé de v

bits ),...,,( ,1,1,0 qvqq yyy − .

L’entrelacement de bits permet de supprimer la corrélation des erreurs en véhiculant sur une

porteuse des bits qui ne sont pas consécutifs. Quant à l’entrelacement de symboles, il permet de ne

pas moduler plusieurs porteuses consécutives par des symboles consécutifs.

Nous avons à la sortie du codage de canal, une suite de symboles qui vont être appliqués à une

constellation et qui va nous permettre de convertir du binaire sous une forme d’amplitude/phase et

les moduler sur une onde porteuse.

3.3.4 Adaptation au canal de transmission terrestre

Les systèmes de transmission numérique véhiculent de l'information entre une source et un

destinataire en utilisant un support physique comme le câble, la fibre optique ou encore, la

propagation sur un canal radioélectrique. Les signaux transportés peuvent être soit directement

d'origine numérique, comme dans les réseaux de données, soit d'origine analogique (parole,

image...) mais convertis sous une forme numérique. La tâche du système de transmission est

d'acheminer l'information de la source vers le destinataire avec le plus de fiabilité possible.

53

Le signal numérique a une forme rectangulaire et son spectre en fréquence est infini (unx

xsin ).

Donc, il nécessite un filtrage de façon à réduire la bande occupée. Le filtre choisi est le filtre de

Nyquist qui va diminuer le débit utile de notre signal en fonction d'un coefficient appelé Roll Off

et notéα . La largeur de bande occupée sera égale à :

)+1 ( utile Débit =occupée bande de Largeur α× (3.08)

3.3.4.1 Modulation numérique et adaptation trame

La modulation a pour rôle d'adapter le spectre du signal au canal (milieu physique) sur lequel il

sera émis. Cette opération consiste à modifier un ou plusieurs paramètres d'une onde porteuse

centrée sur la bande de fréquence du canal. Les paramètres modifiables sont : l’amplitude, la

phase et la fréquence.

Dans les procédés de modulation M-aire, le signal est transmis à l'aide d'un paramètre qui prend M

valeurs. Ceci permet d'associer à un état de modulation un mot de n digits binaires.

A la sortie de l’entrelaceur interne, on obtient une suite de symboles qy qui vont être appliqués à

la constellation (conversion binaire en amplitude/phase).

Figure 3.14: Mapping des symboles

Un mappeur associe les symboles qy formés de v bits à un symbole complexe kkk jbac += . Les

v bits sont décomposés en deux groupes pair et impair. Le groupe de bits pair correspond aux

symboles ka et le groupe impair correspond aux symboleskb . Ces deux symboles prennent leur

valeur sur l’alphabet A conforme à la modulation utilisée telle que QPSK, QAM-16 et QAM-64

uniforme ou non uniforme.

Lorsqu’on module les porteuses OFDM, on utilise une modulation hiérarchique ou non

hiérarchique.

La modulation hiérarchique permet d’assurer la transmission de deux multiplex DVB-T

autonomes sur un seul canal de télévision. Elle nécessite le choix du quadrant de phase sur la base

de deux bits d’un train de données QPSK en haute priorité (HP), et de la formation de la

constellation phase /amplitude complémentaire à l’intérieur du quadrant sélectionné en fonction

des deux ou quatre bits restants (QAM-16 ou QAM-64) d’un autre train de données en basse

54

priorité (BP). Dans la modulation non hiérarchique, le mappeur associe directement le symbole

numérique qy à un symbole complexekc .

Nous allons voir ici deux méthodes de modulation numérique : le QAM-16 et le QAM-64.

La transmission distincte des deux trains de données HP et BP, qui ont chacun leur propre

protection contre les erreurs, se traduit par le fait que la transmission de la QPSK incorporée dans

une modulation QAM-16 ou QAM-64 est moins sensible au brouillage que la QAM-16 ou la

QAM-64.

La modulation QAM-16

Les bits HP du symbole numérique qy sont qy ,0 et qy ,1 . Leurs combinaisons définissent la

position du symbole kc (associé àqy ) dans l’un des quatre quadrants. Pour les retrouver en

réception, il suffit de trouver le quadrant auquel le symbole complexe reçu pourrait appartenir. Les

bits BP du symbole numérique qy sont qy ,2 et qy ,3 . Associés aux bits HP, ils définissent

exactement la position de kc dans la constellation QAM-16. Leur décodage en réception sera

beaucoup plus compliqué car ceci nécessite d’abord la connaissance de la position du symbole

complexe reçu pour estimer le symbole numérique associé à ce dernier et pour extraire finalement

les bits BP.

Si chaque axe code maintenant deux bits, on va transporter 4 bits par symbole :

Figure 3.15: La constellation QAM-16

La modulation QAM-64

La procédure est la même que dans le cas du QAM-16, mais les bits BP sont augmentés de qy ,4 et

de qy ,5 au lieu de qy ,2 et de qy ,3 seulement.

Pour ceci, il faut coder 6bits par symbole :

55

Figure 3.16: La constellation QAM-64

Notons que pour une modulation QAM-32, elle nécessite le codage en 5bits d’un symbole.

On voit que plus on code de bits par symbole, plus les symboles sont rapprochés et donc plus on

est sensible au bruit. Un symbole très bruité et donc éloigné de son emplacement d'origine, peut

être confondu avec le symbole adjacent (d'ou l'utilité des opérations d'entrelacement et de

correction d'erreurs).

3.3.4.2 Modulation OFDM

Les techniques qu’on appelle multiporteuses consistent à transmettre des données numériques en

les modulant sur un grand nombre de porteuses en même temps. Ce sont des techniques de

multiplexage en fréquence qui existent depuis longtemps.

Pour OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ou MTC (Multi-Tone Channel), le

principe est de transmettre des données numériques en parallèles modulées sur un grand nombre

de porteuses à bas débit. Il consiste à grouper des données numériques par paquets de N, qu’on

appellera symbole OFDM et de moduler par chaque donnée une porteuse différente en même

temps.

Pour expliquer ceci, considérons la séquence de N données 110 ,...,, −Nccc en provenance du

mappeur. Appelons sT la durée symbole c’est-à-dire le temps qui sépare deux séquences de N

données. Chaque donnée kc module un signal à la fréquence kf telle que [ ]maxmin, KKk ∈ avec

0min =K et 1704max =K pour le mode 2k et 6816max =K pour le mode 8k. Le signal individuel

s’écrit sous forme complexe tkfj

kecπ2

; et le signal s(t) total correspondant à toutes les données

d’un symbole OFDM est la somme des signaux individuels :

56

tkfjN

kkects

π2

01 )( ∑=

= (3.09)

Le multiplexage est orthogonal si l’espace entre les fréquences estsT

1 . Alors :

sk T

kff += 0 (3.10)

Et

sTktjN

kk

tfjecets

ππ

21

0

02

1 )( ∑=−

= (3.11)

Voici le schéma de principe de la modulation :

Figure 3.17: Schéma de principe d’un modulateur OFDM

Rappelons que le symbole OFDM est un regroupement de N symboles numériques sur N

porteuses. Chaque porteuse modulant une donnée pendant une fenêtre de duréesT , son spectre est

la transformée de Fourier de la fenêtre.

L'analyse algébrique indique que le signal de sortie est sous la forme de l’équation 3.09.

En discrétisant ce signal et en le ramenant en bande de base pour l'étude numérique on obtient une

sortie sous la forme :

Nkn

jN

kkecns

π21

01 )( ∑=

−

= (3.12)

57

Les )(1 ns sont donc obtenus par une Transformée de Fourier Inverse Discrète (TFID) deskc . En

choisissant le nombre de porteuses N tel que nN 2= , la Transformée de Fourier Inverse se

simplifie et peut se calculer par une simple IFFT (Inverse Fast Fourier Transform).

Voici une représentation des spectres :

Figure 3.18: Spectres des N porteuses

Cette figure montre que l’espace entre chaque sous-porteuse sT

1 permet, lorsque le spectre d’une

sous-porteuse est maximal, d’annuler le spectre de toutes les autres : c’est la condition

d’orthogonalité. Et le spectre total est la somme des spectres individuels.

Par exemple, pour huit porteuses, les spectres sont représentés comme suit :

Figure 3.19: Spectre du signal OFDM pour huit porteuses

La figure ci-dessus montre qu’alors, la bande en fréquence est occupée de façon optimum, puisque

le spectre est presque plat dans cette bande. La bande occupée est à peu près sT

NB = (en 9

excluant les lobes secondaires de part et d’autre de la bande), chaque sous-porteuse occupant à peu

près 1/TS.

58

D’après la figure 3.17, le modulateur ainsi que le démodulateur devrait comporter N modulateurs

individuels ; ce qui est suffisamment grand en DVB-T.

Le principe de la démodulation dépend des perturbations subies par le signal après son passage

dans le canal. Les modulations multiporteuses sont particulièrement utiles pour des canaux

comportant des échos multiples.

L’OFDM associé au code convolutif constitue le système COFDM ou Coded Orthogonal

Frequency Division Multiplexing. C’est pourquoi nous parlerons de cette modulation dans le

paragraphe suivant.

3.3.4.3 Modulation COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

C’est une des spécificités de la télévision numérique par voie terrestre : cette dénomination

(COFDM) se justifie par le fait que l’on assure la transmission à l’aide d’un multiplex fréquentiel

de sous porteuses orthogonales entre elles séparées par un intervalle de garde.

Le challenge relevé est qu'à la réception on puisse retrouver les symboles transmis

indépendamment des chemins multiples (réflexions, échos, antenne recevant deux émetteurs

différents, effet doppler dans le cas de la réception mobile) empruntés depuis le ou les émetteurs.

Une même suite de symbole arrivant à un récepteur par deux chemins différents se présente

comme la même information arrivant à deux instants différents et qui s'additionnent. Ces échos

provoquent deux types de défauts :

• L'interférence intra symbole : addition d'un symbole avec lui même légèrement déphasé ;

• L'interférence inter symbole : addition d'un symbole avec le suivant plus le précédent

légèrement déphasé.

Par définition, les caractéristiques d'un canal de transmission ne sont pas constantes dans le temps.

Mais durant un court laps de temps, les caractéristiques d'un canal hertzien sont stables. Le

COFDM découpe le canal en cellules selon les axes du temps et des fréquences.

59

Figure 3.20: Découpage des canaux en cellules

Le canal est alors constitué d'une suite de sous bandes de fréquence et d'une suite de segments

temporels :

Figure 3.21: La constitution d'un canal

A chaque cellule fréquence/temps est attribuée une porteuse dédiée qui représente un symbole

COFDM. On va donc répartir l'information à transporter sur un ensemble de ces porteuses,

modulée chacune à faible débit par une modulation du type QPSK ou QAM. Deux choix existent,

le mode dit 8k (6817 porteuses dans le canal) ou le mode dit 2k (1705 porteuses dans le canal).

Chacune des porteuses est orthogonale à la précédente.

Voici alors l’illustration d’une séquence OFDM :

60

Figure 3.22: Structure de la séquence OFDM

Entre chaque symbole transmis, on insère une zone ‘‘morte’’, connue sous l’appellation

‘‘intervalle de garde’’, à chaque début de symbole. Cet intervalle de garde est une valeur qu’il est

possible de paramétrer ; il permet de s’affranchir de l’interférence inter symbole qui résulte, au

niveau du récepteur, de la combinaison du signal direct et des différents échos. L’intervalle de

garde évite la prise en compte de ce signal déformé et doit donc être d’une période supérieure au

retard maximum apporté par les échos. Cependant, plus l’intervalle de garde est grand, moins on

transmet de symbole ; ce qui réduit le débit et oblige à augmenter le nombre de porteuses.

L’intervalle de garde prolonge la durée de chaque symbole transmis et assure donc un intervalle

de sécurité au symbole suivant. Le ratio de l’intervalle de garde par rapport à l’intervalle total pour

chaque symbole est en général de 1/4, 1/8, 1/16 ou 1/32.

Des pilotes de synchronisation sont insérées dans certaines porteuses pour faciliter le travail du

récepteur :

- Les pilotes fixes : ils sont toujours présents sur la même porteuse d’un symbole (177

porteuses en mode 8k et 45 en mode 2k) ;

- Les pilotes disséminés : ils occupent certaines porteuses de façon glissante d’un symbole à

l’autre et transportent des informations connues par le récepteur. Les porteuses pilotes vont

servir à estimer la fonction de transfert du canal et effectuer une égalisation du signal avant

démodulation.

- Les pilotes Transmission Parameter Signal ou TPS qui transportent un seul et unique bit de

données sur 17porteuses par symbole en mode 2k et 68porteuses par symbole en mode 8k.

Elles, ces porteuses, sont toujours présentes dans un symbole OFDM pour pouvoir accéder

à l’émission de télévision à tout instant.

61

Les deux premiers pilotes sont générés à partir d’un Pseudo Random Binary Sequence ou PRBS

connu par le récepteur, et sont émis selon une amplitude supérieure aux porteuses de données

utiles. L’insertion de ces porteuses pilotes est affectée dans le block adaptation trame du schéma

synoptique de la chaîne de diffusion DVB-T du paragraphe 3.2.

3.3.4.4 Conversion numérique/analogique et transposition radiofréquence

La suite formée de soixante huit symboles OFDM constitue une trame OFDM et quatre trames

forment une super trame c’est-à dire :

Mtrames_OFDOFDMsymboles 1_68 = et trameertrames _sup14 = (3.13)

Comme nous avons, issu du modulateur : Nkn

jN

kkecns

π21

01 )( ∑=

−

= ; le signal avant émission doit être

converti en analogique puis transposé vers la fréquence d’émission.

Le signal émis est organisé par trames :

∑ ∑ ∑=∞

= ==

0

67

0,,

max

min

,,

2)(.Re)(

m lklm

K

Kk

klm

tcfjtcets ψπ

(3.14)

Avec :

ss

smTslTtuTkj

klm TmltTmlpourailleurs

et )168()68(::0

)()68('2

,, ++≤≤+

=

−−∆−π

ψ (3.15)

Et 2

)(' minmax KK

kk+

−= où klmc ,, est le symbole complexe modulant la porteuse de rang k du

symbole OFDM de rang )1( −l dans la trame m ; et cf est la fréquence centrale du signal

radiofréquence (RF) émis.

3.3.4.5 Caractéristiques du canal de transmission terrestre

Le signal reçu en onde Hertzienne est rarement unique et de bonne qualité. Il subit des réflexions à

partir d’obstacle et prend des trajets différents. Tous ces phénomènes physiques entraînent des

échos et des évanouissements du signal, ce qui provoque une réception du signal principal ainsi

qu’une multitude de signaux atténués et retardés. De plus, en réception mobile, les échos évoluent,

et les ondes changent de fréquence en permanence à cause de l’effet Doppler.

62

Figure 3.23 : Signal direct et écho des ondes hertziennes

Il est caractérisé par plusieurs phénomènes physiques :

- la réflexion du signal sur un obstacle,

- la réfraction du signal lorsque celui-ci traverse un milieu d’indice différent de celui

d’où il provient,

- la diffraction due à un obstacle.

Ces échos (propagation par trajets multiples due à la présence d’obstacles) peuvent engendrer des

fadings (évanouissements) qui sont des « trous de transmission » résultant de l’annulation du

signal à un instant et une fréquence donnée, et des IES (Interférences Entre Symboles). Par

conséquent, lorsqu’on est en réception fixe, portable ou mobile, la probabilité de recevoir

uniquement une onde directe provenant d’un émetteur est très faible. On va donc recevoir le signal

émis par l’émetteur ainsi qu’une multitude de signaux atténués et retardés provenant des différents

échos.

La fonction de transfert d’un canal résultant d’une propagation à trajets multiples présente une

réponse fréquentielle qui n’est pas plate, mais comporte des creux et des bosses dus aux échos et

réflexions entre l’émetteur et le récepteur. Un très grand débit impose une grande bande passante,

et si cette bande couvre une partie du spectre comportant des creux, il y a perte totale de

l’information pour la fréquence correspondante. Le canal est dit alors sélectif en fréquence. Pour

63

remédier à ce désagrément, l’idée est de répartir l’information sur un grand nombre de porteuses,

créant ainsi des sous-canaux très étroits pour lesquels la réponse fréquentielle du canal peut être

considérée comme constante. Ainsi, pour ces canaux, le canal est non sélectif en fréquence, et s’il

y a un creux, il n’affectera que certaines fréquences, qui pourront être récupérées grâce à un

codage convolutif.

Figure 3.24: Fonction de transfert du canal de transmission

D’autre part, lors du déplacement d’un récepteur dans le cas d’une réception mobile, plusieurs

ondes parviennent au récepteur, ayant chacune un décalage de phase variable dans le temps. Cela

engendre sur le signal résultant des variations permanentes dans l’amplitude du signal. Cette

variation temporelle des phases et de l’amplitude des signaux s’appelle l’effet Doppler.

Pour résumer, c’est grâce à la modulation OFDM que l’on va pouvoir s’affranchir des

évanouissements dus aux échos en répartissant l’information sur un grand nombre de porteuses

orthogonales modulées à bas débit.

3.4 Utilisation des fréquences

Il existe généralement deux genres de réseaux pour la télévision numérique normée par DVB-T :

3.4.1 Le Multi Frequency Network (MFN) ou réseau multifréquence

Il utilise des fréquences différentes pour deux sites de diffusions voisines. C’est le mode déjà

utilisé en télévision analogique, et qui a permis une initialisation de la télévision numérique

terrestre. Cependant, il consomme plus de fréquences.

Voici une présentation simple de ceci :

64

Figure 3.25: Le réseau MFN

3.4.2 Le Single Frequency Network (SFN) ou réseau monofréquence

Il utilise une fréquence unique pour la diffusion d’un multiplex sur une région ou un pays. Moins

consommateur en fréquences, il est plus coûteux à implémenter.

Notons que pour faciliter l’introduction de la télévision numérique de terre, une approche mixte

SFN/MFN a été retenue dans un cadre de simulcast ou pour la cohabitation avec la télévision

analogique.

Figure 3.26 : Le réseau SFN

Pour éviter que la télévision numérique terrestre ne brouille certains émetteurs analogiques, il est

nécessaire de procéder à des réaménagements de fréquence.

Un réaménagement consiste à parler des points suivants :

• opérations techniques concernant les équipements de diffusion : réglage de l’émetteur

(inférieure à 25W), changement de l’antenne, pose de filtres ;

• communication et gestion de la réception chez les téléspectateurs : réglage des téléviseurs,

adaptation des antennes.

3.5 Principe de la réception numérique DVB-T

Actuellement, il existe trois modes de réception de l’émission numérique de télévision avec la

DVB-T :

65

• La réception fixe : pour recevoir de l’émission DVB-T, il suffit tout simplement d’avoir un

adaptateur qui effectue une triple action telle que le démultiplexage, le décodage et le

décryptage. Dans ce cas, il n’est pas nécessaire de modifier l’antenne sur le toit, déjà

utilisée pour la réception analogique.

• La réception portable : une antenne intérieure posée sur le poste téléviseur voir intégrée à

ce dernier permet de recevoir les programmes numériques de télévision. Un de ses atouts

consiste au fait qu’elle permet de s’affranchir du câblage.

• Et la réception mobile qui nous offre la possibilité de recevoir les programmes en se

déplaçant.

La norme DVB-T est basée sur un Taux d’Erreur Binaire (TEB) de 410.2 − .

Les bandes occupées par le DVB-T sont la bande III ou VHF pour Very High Frequency (de 174 à

230MHz), et les bandes IV et V ou UHF pour Ultra High Frequency (de 470 à 862MHz).

La bande VHF nécessite, à couverture équivalente, relativement peu d’émetteurs, et donc moins

d’investissements que la bande UHF. Cependant, et c’est là son principal inconvénient, la bande

VHF requiert, pour une bonne réception en intérieur, des antennes d’une vingtaine de centimètres,

taille inadaptée à un petit terminal nomade (à moins que l’antenne ne soit télescopique, qu’elle ne

soit sérigraphiée sur une carte électronique intégrée au terminal, ou encore que le câble de

raccordement à une paire d'écouteurs ne fasse office d'antenne). En revanche, la bande VHF

présente moins d’inconvénients dans le cas de la réception dans un véhicule, puisqu’il est alors

possible de mettre en œuvre une réception en diversité.

La bande UHF permet l’utilisation de petites antennes de réception, de l’ordre de quelques

centimètres : elle s’avère donc tout à fait adaptée à la réception sur des terminaux nomades.

Cependant, une couverture en bande UHF requiert un réseau d’émetteurs plus dense qu’en bande

VHF, donc des investissements plus importants (un doublement des coûts).

Une couverture en bande L nécessite un réseau d’émetteurs très dense, ce qui renchérit les coûts

de déploiement (triplement de ceux-ci par rapport à la bande UHF).

Ainsi, la bande UHF apparaît-elle la plus adaptée aux services de télévision mobile. Néanmoins,

cette bande est largement utilisée par les services de télévision, aussi bien pour la diffusion

analogique que pour la diffusion des multiplexes numériques. Il convient dès lors d’examiner les

disponibilités effectives dans chacune de ces bandes.

Pour compléter ces dires, voici les autres bandes de fréquences non énoncées ci-dessus :

o La bande I : de 47 à 68MHz ;

66

o La bande II ou bande FM : de 87,5 à 108MHz ;

o La bande L : de 1452 à 1492MHz.

3.6 Principe d’un récepteur numérique de télévision

Figure 3.27 : Principe d'un récepteur numérique de télévision

Comme à l’émission, le récepteur procède aux opérations inverses pour reconstruire le signal

vidéo et audio : le démodulateur reconstruit le signal, le démultiplexeur extrait du flux de données

en entrée les informations correspondant au programme de télévision choisi par le téléspectateur et

les répartit entre les décodeurs audio et vidéo. Les données additionnelles (vidéotext…) sont

traitées par des décodeurs prévus à cette intention. Dans le cas de programmes cryptés, le

dispositif d’autorisation d’accès est activé. En l’absence d’autorisation, les décodeurs sont inhibés.

Les données décodées et décomprimées sont ensuite « analogisées » et transmises respectivement

au tube et haut-parleurs du téléviseur. De plus récents modèles sont équipés d’un voie montante,

intégrant un moteur d’interactivité et un modem permettant de se connecter à une ligne

téléphonique.

Il existe actuellement quatre familles de matériel capable de recevoir la télévision numérique :

3.6.1 Les adaptateurs numériques pour TV analogique

Ils permettent la réception de programmes numériques tout en conservant son ancien téléviseur

analogique.

On distingue les types de « Set Top Box » suivants : les adaptateurs à simple tuner (entrée de

gamme), ceux à double tuner qui permettent une réception simultanée de deux programmes

différents.

67

3.6.2 Les adaptateurs pour PC

Ce sont des cartes additionnelles en connexion PCI ou USB qui permettent de recevoir la

télévision numérique sur un ordinateur personnel. Elles offrent bien souvent les mêmes

fonctionnalités de double tuner que les adaptateurs précédents.

3.6.3 Les récepteurs de télévision avec décodeur numérique intégré

Des récepteurs de télévision avec décodeur numérique intégré sont déjà disponibles.

Certains récepteurs sont bi-standard et permettent de recevoir les programmes analogiques et

numériques. Ce type de récepteur permet une transition de l’analogique vers le numérique en

douceur, surtout sur les zones non desservies par la diffusion numérique. Avec un poste bi-

standard, le spectateur perd le bénéfice de la portabilité car en raison de l’analogique, il devient

impossible de s’affranchir de l’antenne.

3.6.4 Les boîtiers « triple play » compatibles avec la réception numérique hertzienne

‘‘ Triple play’’ désigne les trois éléments suivants : audiovisuel, Internet et téléphone. C’est un

mode de diffusion très récent qui est historiquement issu des services produits par les fournisseurs

d’accès à Internet.

A ce jour, Neuf Télécom, fournisseur de services haut débit, est le seul à proposer un équipement

déjà compatible avec la télévision numérique terrestre. Son décodeur Neuf TV intègre un

démodulateur de télévision numérique permettant de capter des nouvelles chaînes du nouveau

service.

68

Chapitre 4 : Simulation sous Matlab

Ce chapitre est consacré à la simulation de l’installation radioélectrique d’un ou de plusieurs

émetteurs de télévision numérique avec la norme DVB-T afin d’éviter de mauvaises surprises lors

de la réalisation d’un tel projet dans un quelconque environnement.

4.1 Description du logiciel Matlab

MATLAB pour MAT rix LABoratory, est une application qui a été conçue afin de fournir un

environnement de calcul matriciel simple, efficace, interactif et portable. Il a été développé par la

société Math Work Inc (USA), et c’est un outil technique puissant et simple. Nous allons utiliser

Matlab dans sa version 7.0.0.1 sous Windows XP.

Matlab intègre dans sa version originale les outils mathématiques classiques tels que : le calcul

matriciel, la manipulation des fonctions, les graphismes…. De plus, il accepte tous les caractères

non accentués du code ASCII standard. Matlab n’exige pas une déclaration explicite de variables,

mais il fait une distinction entre majuscule et minuscule comme en langage C. Matlab reconnaît

tous les opérateurs existants : les opérateurs arithmétiques (+, -, *, /, ^), les opérateurs logiques

(OU, ET, NON), les opérateurs relationnels (<, >, ≤, ≥, ~=), les opérateurs matriciels (-, *, +,/)

ainsi que les fonctions de traitement de chaîne de caractères.

L’interface-utilisateur de MATLAB varie légèrement en fonction de la version de MATLAB et du

type de machine utilisée. Elle est constituée d’une fenêtre de commande qui peut être complétée

par une barre de menu et pour les versions les plus récentes de deux fenêtres, l’une affichant

l’historique de la session et l’autre la structure des répertoires accessibles par MATLAB .

L’accès aux aides de Matlab peut être fourni par :

- help qui permet d’obtenir l’aide et donne une liste thématique ;

- help nom de fonction qui donne la définition de la fonction désignée et des exemples

d’utilisation ;

- lookfor commande qui donne une liste des rubriques de l’aide en ligne en relation avec la

commande indiquée.

Matlab est aussi un grand outil de simulation scientifique c’est pourquoi notre choix du logiciel.

4.2 Théories utilisées pour la simulation [3] [8]

Du fait de la rotation de la terre, la présence des couches ionisées de l’ionosphère dans le champ

magnétique terrestre crée un effet Faraday impliquant un changement de polarisation de l’onde ;

cet effet se fait sentir jusqu’à 1GHz. L’on remédie à cet effet en utilisant des antennes à

69

polarisation circulaire pouvant capter à la fois les composantes horizontales et verticales de l’onde

polarisée. De ce fait, nous allons combiner quatre antennes panneaux.

De plus, sachant que la surface n’étant pas toujours plane, la portée de telles ondes est donc

limitée. L’on remédie à cet inconvénient en se servant d’antennes aussi hautes que possible ou

d’antennes intermédiaires. La portée maximale d entre deux antennes disposées à altitudes

respectives th et rh serait :

RhRhd rt 22 += où R désigne le rayon de la terre (6400km). Puisque notre fréquence

d’émission se situe dans la bande VHF et au-delà, nous allons donc choisir le mode de

propagation en ligne droite ou en ondes directes. Les ondes propagées sont donc des ondes

d’espace et nécessitent ainsi une ligne de vue entre l’antenne d’émission et l’antenne de réception.

Quant au coefficient d’efficacité d’antennesη , défini par :

RrR+

=η avec r la résistance ohmique d’antennes et R la résistance de rayonnement, nous allons

prendre la valeur typique 70%, soit 0,7 avec une résistance d’entrée de 50Ω.

4.3 Fonctionnement de la simulation

4.3.1 La partie présentation (fenêtre d’accueil)

Après avoir lancé le logiciel Matlab, par un double clic sur son icône, l’utilisateur doit saisir

« accueil » dans la fenêtre de commande suivi de la touche entrée.

>> accueil

>>

Ceci nous conduit à la fenêtre ci-après :

Figure 4.01 : La fenêtre d'accueil pour la simulation

70

4.3.2 L’interface d’exécution de la simulation

Pour accéder à l’interface d’exécution de la simulation, il suffit de faire un simple clic sur le

bouton « COMMENCER ». Ainsi, le résultat de ce clic est :

Figure 4.02 : La fenêtre d'exécution de la simulation

Dans cette fenêtre, nous observons huit boutons distincts qui sont :

• Précédent : ce bouton permet de retourner à la fenêtre d’accueil ;

• Aide : il mène à la fenêtre contenant les outils nécessaires pour faire la simulation ;

• Terminer : il permet d’arrêter la simulation et aussi de fermer toutes les fenêtres utilisées ;

• 2D : lorsqu’on clique dessus, nous avons une visualisation du site en bidimensionnel ;

• 3D : son clic fait basculer l’affichage du site en trois dimensions ;

• Réinitialisation : le clic sur ce bouton ramène la carte utilisée à son état initial ;

• Réception : il permet de déterminer la réception aux points choisis selon le nombre

d’émetteurs sélectionnés ;

• Détails : en cliquant dessus, le programme attend que l’utilisateur clique sur une zone dont

il veut connaître si elle est masquée ou non pour les émetteurs qu’il a soigneusement

placés sur la carte.

Remarquons qu’un menu à trois options se trouve dans la fenêtre car il désigne le nombre

d’émetteurs à installer et il permet ainsi d’activer les zones de saisie dans la partie pour l’émetteur.

71

4.3.3 La partie contenant les aides (aides)

Dans la fenêtre précédente, un clic sur le bouton « Aide » mène à :

Figure 4.03 : La fenêtre pour les aides

Trois options y sont offertes :

- Bouton d’accès aux aides sur les boutons de contrôles :

Figure 4.04 : Aides sur les boutons de contrôles

- Bouton d’accès aux aides sur les boutons d’exécution :

72

Figure 4.05 : Aide sur les boutons d'exécution

- Et un bouton pour une remarque importante.

Quant aux deux autres boutons, « Précédent » fait revenir à la fenêtre d’exécution de la

simulation, et « Fermer » quitte la fenêtre des aides.

4.4 Exemples effectués pour la simulation

Après avoir lancé Matlab, saisi accueil dans la fenêtre de commande, et cliqué sur commencer,

nous pouvons maintenant faire une simulation.

Prenons quelques exemples de valeurs pour la simulation.

4.4.1 Pour ‘‘un émetteur’’ sélectionné

Soit les valeurs par défaut pour l’émetteur n°1 :

Puissance

d’émission (en kW)

Hauteur de l’antenne

d’émission (en m)

Fréquence d’émission

(en MHz)

Ouverture de l’antenne

à -3dB (en °)

0,25 5 500 60

Tableau 4.01: Paramètres d’émission pour un émetteur

En chargeant une carte par le menu Carte/Charger, carte1 dans notre cas, une fenêtre de dialogue

nous informe que la carte a été chargée :

73

Figure 4.06 : Fenêtre de dialogue indiquant qu’une carte a été chargée

Un clic sur ‘‘OK’’ ferme ce message. D’après la remarque, il faut maintenant réinitialiser la carte

en appuyant sur le bouton adéquat ; ceci a pour résultat (sur l’état de la carte) :

Figure 4.07 : Carte1 après réinitialisation

Notons que cette vue est en 2D.

Nous allons maintenant prendre comme valeurs pour la réception :

Hauteur moyenne de

l’antenne de réception (en m)

Gain en antenne

(en dB)

Rapport C/N requis

(en dB)

Longueur du terrain (en

km)

5 20 13 10

Tableau 4.02 : Paramètres de réception

L’émetteur est ainsi mis en place. Pour voir l’état de la réception en un point, avec ces conditions

préétablies, un clic sur le bouton Réception donne la figure ci-après :

Figure 4.08 : Résultat après clic sur ''Réception'' et avant clic sur la zone voulue

Après clic et relâchement sur la zone voulue, un message d’attente apparaît signalant que

l’émetteur est en cours de traitement.

Finalement, le résultat est :

74

Figure 4.09 : Résultat de la réception

Les zones en blanches sont en bonne conditions de réception de l’émission tandis que celles en

bleues sont en mauvaises conditions de réception.

Pour les détails, choisissons une zone dans chaque cas :

o Dans la zone en bonne réception (partie blanche)

Figure 4.10 : Bonne réception

Cette fenêtre nous permet de déterminer l’état de la réception de l’émetteur mis en jeu en cette

zone afin de bien placer ce dernier.

o En choisissant un point dans la zone bleue :

75

Figure 4.11 : Mauvaise réception

4.4.2 Pour ‘‘deux émetteurs’’

Choisissons les exemples des valeurs suivantes :

Paramètres Emetteur n°1 Emetteur n°2

Puissance d’émission (en kW) 0,25 0,5

Hauteur de l’antenne d’émission (en m) 5 10

Fréquence d’émission (en MHz) 500 508

Ouverture de l’antenne à -3dB (en °) 60 60

Tableau 4.03 : Paramètres d’émission pour deux émetteurs

La carte chargée étant encore la carte1. Pour la réception, choisissons :

Hauteur moyenne de

l’antenne de réception (en m)

Gain en antenne

(en dB)

Rapport C/N

requis (en dB)

Longueur du terrain

(en km)

5 20 13 10

Tableau 4.04 : Paramètres de réception

Après avoir réinitialisé la carte et cliqué sur le bouton réception, un double clic sur deux points

différents fait apparaître le résultat suivant :

76

Figure 4.12 : Résultat obtenu pour deux émetteurs

Nous observons que la surface qui pourrait être bien servie est beaucoup plus importante que dans

le cas d’utilisation d’un seul émetteur.

Si nous voulons voir les détails en un point quelconque de cette surface, il nous suffit de cliquer

sur le bouton détails et puis sur le point en question et ainsi une fenêtre de résultat nous est

donnée. Par exemples, choisissons deux cas : un point dans la zone blanche et un autre dans la

bleue. Ce qui produit :

Figure 4.13 : Clic dans la partie blanche

Nous observons que la zone est masquée pour l’émetteur n°2.

77

Figure 4.14 : Clic dans la zone bleue

D’après ce résultat, on vérifie bien que les deux émetteurs ne sont pas dans la bonne condition

pour la réception considérée.

4.4.3 Dans le cas de ‘‘trois émetteurs’’

En reprenant les données précédentes pour les deux premiers émetteurs, nous allons ajouter les

paramètres suivants pour le dernier émetteur :

Puissance d’émission

(en kW)

Hauteur de l’antenne

d’émission (en m)

Fréquence d’émission

(en MHz)

Ouverture de l’antenne

à -3dB (en °)

0,75 15 516 60

Tableau 4.05 : Paramètres d’émission pour le troisième émetteur

L’état de la réception est illustré par la figure suivante :

Figure 4.15 : Réception pour trois émetteurs

Nous observons qu’ici encore la surface couverte est encore plus vaste que pour les deux cas

précédents. Ce qui met bien en valeur l’intérêt d’utiliser plusieurs émetteurs dans une zone

délimitée.

En voyant les détails en des points de cette surface, nous avons :

78

- Pour un point se trouvant dans la surface blanche :

Figure 4.16 : Point situé dans la surface blanche

Dans cet exemple, la constatation est que seul l’émetteur n°1 se trouve dans la bonne condition

afin d’obtenir une meilleure réception.

- Pour un point se trouvant dans la surface bleue :

Figure 4.17 : Point se trouvant dans la surface bleue

Nous pouvons tirer de ceci que les trois émetteurs sont mal placés pour ce point de la réception ou

que c’est ce dernier qui devrait être déplacé.

Pour finaliser, visualisons une vue en 3D de cette dernière manipulation.

79

Figure 4.18 : Vue en 3D

Les trois émetteurs sont marquées par des pointes en vertes sur la carte ci-dessus.

Nous tenons ici à noter que lorsque l’on décide d’arrêter la simulation, par simple clic sur le

bouton terminer, un message d’arrêt nous apparaît. Ceci est illustré par :

Figure 4.19 : Message apparaissant à la fin de la simulation

80

CONCLUSION GENERALE

Les nouvelles technologies ont apporté beaucoup d’amélioration au secteur de la télévision. Les

compressions effectuées sur les signaux audio, vidéo et mêmes les données ont permis aux

chercheurs de trouver diverses applications appropriées à ces découvertes. La télévision

numérique réalisée avec la norme DVB-T ou Digital Video Broadcasting - Terrestrial est une des

conséquences de ces applications.

Dans cette norme, les compressions se font par MPEG-2. Notons qu’aujourd’hui, la compression

MPEG-4 est aussi utilisée aussi dans l’émission de télévision numérique terrestre.

La technique du multiplexage permet également l’insertion de données associées telles que le

sous-titrage, le système d’information facilitant la navigation entre les différents services du ou

des multiplex, ainsi que les services interactifs.

L’utilisation des modulations multiporteuses et orthogonales a rendu le système DVB-T insensible

aux trajets multiples. De plus, des codes correcteurs d’erreurs sont aussi employés dans ce système

afin de minimiser au maximum les erreurs en transmission.

La télévision numérique semble disposer d’avantages qui seraient, de surcroît, compatibles avec

les équipements de réception actuels, ce qui en ferait de la télévision numérique une technologie

simple et assez peu coûteuse d'accès pour les particuliers.

Une réception facile sur les antennes individuelles et collectives, voire seulement sur des antennes

intérieures : la télévision numérique devient portable au moyen d’une antenne intégrée dans le

téléviseur ou jointe au récepteur. La télévision sera reçue partout dans la maison (et même, à plus

long terme, sur des récepteurs de poche), il suffit d’installer un décodeur. Ce dernier doit être

simplement relié à la prise de câble et au téléviseur afin de reproduire les images numériques sur

le téléviseur. Cette installation est facilement et rapidement réalisable par tout un chacun.

La télévision numérique normée DVB-T présente néanmoins certains inconvénients par rapport au

satellite notamment, mais le plus important consiste à la couverture fournie.

Il est important de noter que les avantageux de la diffusion numérique terrestre de la

télévision sont nombreux tels que les téléspectateurs, les opérateurs, les industries électroniques, et

les producteurs de programmes.

La diffusion analogique et la diffusion numérique terrestre vont coexister pendant plusieurs

années.

81

Dans cet ouvrage, nous n’avons vu que la partie superficielle du domaine passionnant que nous

offre la télévision numérique. Cependant, nous espérons avoir pu mettre en évidence certaines des

raisons qui font que ce domaine reste encore à l’heure actuelle un domaine de recherche très actif

et très prometteur.

82

ANNEXES

ANNEXE 1 : DEFINITIONS ET APPELLATIONS EN MODULATION NUMERIQUE

o Un symbole est un élément d'un alphabet. Si M est la taille de l'alphabet, le symbole est

alors dit M-aire. Lorsque M = 2, le symbole est dit binaire. En groupant, sous forme d'un

bloc, n symboles binaires indépendants, on obtient un alphabet de symboles M-aires.

o La rapidité de modulation R se définit comme étant le nombre de changements d'états par

seconde d'un ou de plusieurs paramètres modifiés simultanément. Un changement de phase

du signal porteur, une excursion de fréquence ou une variation d'amplitude sont par

définition des changements d'états. Elle s'exprime en "bauds".

o Le débit binaire D se définit comme étant le nombre de bits transmis par seconde. Il sera

égal ou supérieur à la rapidité de modulation selon qu'un changement d'état représentera un

bit ou un groupement de bits. Il s’exprime en "bits par seconde".

Pour un alphabet M-aire, on a la relation fondamentale :

bnTT = (A1.01)

soit

nRD = (A1.02)

ANNEXE 2 : CALCUL DU DEBIT UTILE

Avec α le coefficient de Roll-off :

α+=

1__arg

_canaldueurl

binaireDébit (A2.01)

Le Roll Off choisi est de 0,15 (milieu protégé et bande faible). Donc pour une largeur de 8 MHz,

le débit binaire est au maximum de 6,96. Ce débit est égal au Débit Symbole en sortie du

modulateur QAM. Si nous travaillons en QAM-64, un symbole représente 6 bits et donc le débit

brut, en sortie du multiplexeur est égal à 96,66× soit sMbits /76,41 codage Reed Solomon

compris. Ici, il n'y a pas de codage convolutif. Le débit utile est donc :

(A2.02)

Soit dans notre exemple 20418876,41 × soit 38.48Mbits/s.

Débit binaire utile = Débit binaire brut x Rendement du code Reed Solomon

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ANNEXE 3 : CODE DE REED SOLOMON

Les codes de Reed Solomon sont des codes à éléments non binaires, chaque élément ‘q’ du code

est une puissance de deux :

mq 2= (A3.01)

On parle dans ce cas d’éléments q-aires. Les paramètres d’un code de Reed Solomon (n, k,mind ,t)

sont exprimés en nombre d’éléments q-aires :

12 −= mn (A3.02)

tnk 2−= (A3.03)

21min −= d

t (A3.04)

Un code de Reed Solomon peut corriger t éléments q-aires dans un bloc de n éléments q-aires.

C’est donc un code bien adapté pour corriger des erreurs en rafale (burst errors) introduites par le

canal de transmission. Il est utilisé dans le codage des CD-ROM, en télévision numérique, …

Le code de Reed Solomon a été adopté en télévision numérique DVB (Digital Video

Broadcasting), les éléments q du code sont des octets (q = 23 soit 8bits) : il est noté RS (255, 239, t

= 8), 16octets de redondance sont ajoutés, il permet de corriger 8 octets erronés. En pratique, on

utilise une version raccourcie RS (204, 188, t = 8). Cette version est obtenue en ajoutant 51octets

nuls avant les 188octets pour former les 239octets appliqués à l’entrée du codeur. Après le codage,

on supprime les 51 premiers octets nuls ajoutés avant codage donnant ainsi les 204octets de sortie.

ANNEXE 4 : SIGNIFICATION DE : ‘‘4 : 2 : 2’’

L’algorithme MPEG divise les images en des composantes chromatiques Y Cr Cb. Ces dernières

sont sous-échantillonnées en fonction de la composante de luminance (Y) avec un rapport Y Cr Cb.

Donc, Y Cr Cb = 4 : 2 : 2 signifie que l’on dispose de 4 échantillons de la luminance pour 2

échantillons de Cr et 2 échantillons de Cb. Ceci s’applique pour la norme MPEG-2.

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ANNEXE 5 : ORGANIGRAMME DU PROGRAMME DE LA SIMULATION

L’élaboration de la simulation a été faite suivant l’organigramme de programme ci-dessus.

Début

Charger une carte

Nombre d’émetteurs à utiliser Puissance d’émission Fréquence d’émission Hauteurs des antennes d’émission Hauteur moyenne de l’antenne de réception Gain moyen des antennes Rapport P/B nécessaire à la réception

Installer les émetteurs

? Obstacle

Porteuse/Bruit

Réception Non réception

Fin

? (P/B) < (P/B)min

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BIBLIOGRAPHIE

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Tél. – E.S.P.A., A.U. : 2006-2007

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[3] J. Razakarivony, Antenne, Cours 4ème année, Dép. Tél. – E.S.P.A., A.U. : 2005-2006

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mémoire de fin d'études, Dép. Tél. – E.S.P.A., A.U. : 2004-2005

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[11] http://www.tnt-gratuite.fr/

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[13] http://uuu.enseirb.fr/publication/Publi.htm

[14] http://www.enseirb.fr/%7Ekadionik

[15] http://perso.libertysurf.fr/IPhilGood

[16] http://iphilgood.chez-alice.fr\Transmission\OFDM.htm

[17] http://www.enseirb.fr/~kadionik

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PAGE DE RENSEIGNEMENTS

Nom : ANDRIAMBOAVONJY

Prénoms : Henintsoa Harifidy

Tél. : 032 43 768 21

E-mail : [email protected]

Titre du mémoire : LA TELEVISION NUMERIQUE REALISEE AVEC LA NORME DVB-T

Nombre de pages : 88

Nombre de tableaux : 8

Nombre de figures : 63

Mots clés : Télévision, Emetteur, Récepteur, Standard, Norme, Emission analogique,

Réception analogique, Emission numérique, Réception numérique, Brassage, COFDM, DVB-T,

MPEG, Modulation numérique, TNT, Télévision Numérique, Diffusion Numérique Terrestre,

DVB, Multiplex, OFDM, Dispersion d’énergie, Set Top Box.

Directeur de mémoire : Monsieur BOTO ANDRIANANDRASANA Jean Espérant

Adresse de l’auteur : Lot 039 cité Mandroseza, Antananarivo 101

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RESUME

Les nouveautés en matière de technologies nous permettent aujourd’hui de nous jouir de la

diffusion rapide des informations. Le présent ouvrage a été élaboré afin de permettre aux jeunes

chercheurs de mieux comprendre ce qu’est la télévision numérique, surtout celle normée DVB-T

où la diffusion se fait par voie terrestre. La partie théorique est nécessaire pour avoir les bases

adéquates afin d’entamer une étude plus élargie. Des analyses de l’émission et de la réception ont

aussi été élaborées dans cet ouvrage. Quant à la partie simulation, elle nous a montré une manière

d’estimer l’emplacement d’émetteurs de télévision numérique DVB-T via un langage de

programmation.

La poursuite de ce mémoire serait un grand atout pour d’autres chercheurs désirant approfondir

leur connaissance en matière de télévision numérique.

Aujourd’hui, beaucoup de chercheurs font toujours objets de leurs recherches des nouveaux outils

techniques et technologiques afin d’obtenir de plus meilleure performance sur la qualité des

émissions fournies par les différents émetteurs existants. Récemment, ces recherches ont abouti à

la sortie d’une nouvelle technologie qui est la télévision haute définition.

ABSTRACT

Today, new technology enables fast broadcasting of information. This work was made to help

young searchers to a better understanding of digital television, particularly the so-called DVB-T,

the broadcasting is by land. We need the theoretical part to get the appropriate bases for starting a

more extended research. Besides, we have elaborated analyses of transmission and reception in

this work. As far as the simulation part is considered, we could have an idea of how to estimate

the location of transmitters of digital television DVB-T via a programming language.

Other searchers wishing to deepen their knowledge of digital television would be advantageous in

continuing this work.

Nowadays, several searchers aim their research at new technical and technological tools in order

to get much better performance in the quality of transmission provided by the different existing

transmitters. Theses searchers have made a success of a new technology called the high definition

television.

LA TELEVISION NUMERIQUE REALISEE AVEC LA NORME DVB-T

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