Les décodeurs numériques pour la Haute Définition

04/09/2017
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2005-11:19787
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Les décodeurs numériques pour la Haute Définition

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LA TECHNOLOGIE DE LA HAUTE DÉFINITION r a Les décodeurs numériques pour la Haute Définition t Par FrancisADELVING', Jean-Baptiste MINAZIO 1,Gérard MOZELLE 1 Pace', Sagem 1, Thomson 1 Mots clés Décodeurnumérique, TVHD, Modulation, MPEG-4, Décodagevidéo, SortiesAN Il suffira aux foyers européens de s'équiper d'un décodeur numérique pour accéder aux programmes diffusés en Haute Définition. Mais en quoi ce nouveau type de décodeur se différencie-t-il ? 1. Introduction Le paysage européen de la télévision numérique subit aujourd'hui une importante mutation avec la disponibilité des premières chaînes de télévision Haute Définition (HD) que sont HD- 1, HD-2 et HD-5, propriété du groupe Euro 1080. L'ensemble des grands acteurs européens des médias s'apprête à emboîter le pas et à lancer commer- cialement d'autres chaînes bénéficiant de ce progrès technologique. Ce mouvement d'ensemble d'abord confiné aux réseaux satellites et câbles, s'est ensuite étendu aux réseaux DSL et aux réseaux terrestres avec la confirmation par le gouvernement français « que la haute définition doit trouver sa place sur la diffusion hertzienne terrestre, qui constitue aujourd'hui le seul mode de réception de la télévision pour plus des deux tiers des foyers français ». Pour bénéficier de cette innovation, il suffira aux téléspectateurs de s'équiper d'un décodeur HD, dont l'architecture générique, similaire à celle des décodeurs numériques classiques, est bien connue depuis l'intro- duction dans les années 90 de la compression numérique MPEG-2 [1]. Sur la base des standards DVB (Digitalc Video Broadcasting) publiés par l'ETSI (European Télécommunications Standards Institute) et utilisés dans la plupart des pays, en dehors de l'Amérique du Nord et d'une partie de l'Asie du Sud-Est (standard ATSC), nous présenterons tout d'abord à la section 2, les grandes fonctions génériques d'un décodeur numérique MPEG-2 en définition standard. Bien qu'il soit possible (c'est le cas de la chaîne HD-1) d'utiliser le standard MPEG-2 comme format de codage de la vidéo, les récents progrès (amélioration d'un facteur 2 des performances) des algo- rithmes de compression avec l'avènement de la norme MPEG-4 (partie 10) ou H.264 [2] [3], font que la plupart des décodeurs HD supporteront ce nouveau format. Cette évolution a des impacts, à la fois au niveau matériel et logiciel, qui seront présentés à la section 3. 2. Architecture générique d'un décodeur numérique Le consortium DVB spécifie la façon dont sont diffusés les signaux numériques en bande de base, leur modulationc SSENTI Le paysageeuropéende la télévisionnumériquesubit aujourd'hui une importante mutation avec la disponibilité des premières chaînesde télévision Haute Définition (HD). Pour bénéficier de cette innovation,il suffira aux téléspectateurs de s'équiper d'un décodeur HD, dont l'architecture générique, similaireà celle des décodeursnumériquesclassiques,est bien connuedepuis'ntro- ductiondanslesannées90 de la compressionnumériqueMPEG-2. Surlabasedes standardsDVBnous présenteronsdanscet article les grandes fonctions génériques d'un décodeur numérique MPEG-2en définition standard.Les récents progrès(amélioration d'un facteur 2 des performances),des algorithmes de compres- sion avec l'avènement de la norme MPEG-4(partie 10)ou H.264 [2] [31,font que les futurs décodeurs HD supporterontce nouveau format. Cette évolutiona des impacts à la fois au niveaumatériel (puissancede calcul,capacitémémoire) et logiciel. SYNOPSIS The Europeanlandscapeof digital television undergoestoday an importantchangewith the launchof the first High Definitionchan- ne ! s (HD).Toprofit from this innovation,the TVviewers will need a HD Set Top Box (HD-STB),the genericarchitectureof which is similarto the one used for traditionalStandardDefinition Set Top Box (SD-STB).Architecture for SD-STBis well known since the introduction in the Nineties of MPEG-2compressionscheme. On the basisof DVBstandard,in this article,we describethe generic functions of a digital MPEG-2SD-STB.The improvement of the compression efficency associated with the advent of the MPEG-4(part 10)standard(alsoknown as H.264)[2] [3]makes its support mandatoryfor HD-STBs.This evolution impacts simulta- neously the hardware (computing power, memory size,..) and software level. REE HORSSERIENT Septembre2005 LA TECHNOLOGIE DE LA HAUTE DÉFINITION RF, ainsi que la signalisation des services, le cryptage, l'insertion télétexte et de sous-titres graphiques, la gestion d'une ou plusieurs pistes son, l'interactivité et bien d'autres choses encore. Les spécifications DVB s'appuient sur les standards développés par l'ISO/lEC et copubliés par l'ITU et en particulier sur la couche transport de MPEG [4]. Le principe, présenté à la figure 1, est de comprimer séparément tous les flux (audio, vidéo, données) pour obtenir des flux élémentaires ES (Elementary Stream) qui sont enfin découpés en petits paquets PES (Packetized Elementary Stream). Ceux-ci sont ensuite formatés en paquets transport TP (Transport Packet) de taille fixe (188 octets, dont 4 d'en-tête), identi- fiés par un PID (Packet IDentifier) situé dans i'en-tête. Finalement, l'ensemble des paquets sont multiplexés dans un flux de transport TS (Transport Stream). Plusieurs pro- grammes pouvant être simultanément transportés par un flux de transport, il est nécessaire d'ajouter au sein du flux des tables d'information SI [5] permettant non seule- ment d'apparier les composantes élémentaires ES pour reconstruire un programme mais aussi de décrire les caractéristiques du réseau de transport, le contenu et l'ho- raire du programme diffusé ou à venir, l'encryptage éven- tuel, etc. C'est le flux de transport TS qui est ensuite modu- lé lors de l'émission. Toutes ces spécifications sont mises en oeuvre au niveau de l'émission (Head-End) et les dif- férentes fonctions d'un décodeur sont ainsi les duales de celles à l'émission auxquelles il faut ajouter la mise en forme des signaux finaux pour qu'ils soient compatibles avec les terminaux d'enregistrement et de visualisation (magnétoscopes, téléviseurs, moniteurs...). J m VidéoVidén - Vidéo ES VidéoPES VidéoTP, noncompressee iI IJ A A AudioAttdin'L Audio.Audio ES Audio PES Audio TPCD noncompressee CD Compression AutresTP v IN v IN v IIN 0 IN A IEI A MPEG -2 TransporiStream Figure 1. Principe de base de la couche système MPEG-2. La définition d'un décodeur Simple Définition a été standardisée par le CENELEC et l'IEC [6] sous l'impulsion de l'EICTA (European Information & Communications Technology Industry). Un décodeur générique, représenté figure 2, est donc composé : . d'une interface « média » de décodage du signal (front- end), avec en entrée le signal RF et en sortie le TS . d'un bloc de traitement du TS, qui décode la source, gère les protections, la signalisation et génère les informa- tions graphiques de l'interface utilisateur (GUI) . d'un bloc de formatage des sorties A/V (back-end) . d'un logiciel de gestion du comportement du décodeur, véritable chef d'orchestre. Ces blocs fonctionnels sont implémentés par du matériel et du logiciel. L'ensemble du logiciel d'un décodeur peut être mis à jour par téléchargement. Le consortium DVB a ainsi spécifié une signalisation dite SSU ( «System Software Update » [7] qui permet à un décodeur de détec- ter qu'une mise à jour est disponible et transmise sur une chaîne pouvant être reçue par le décodeur. Cette spécification prévoit deux profils différents : . Le « simple profile » qui repose : - Sur une signalisation portée par la Network Information Table (NIT) [5] et la Program Map Table (PMT) [4] - Sur un mécanisme de transport des données repo- sant sur un format normalisé " le Data carousel " . L' « enhanced profile » qui repose sur les mêmes mécanismes que le « simple profile » plus une table de signalisation supplémentaire l'UNT (Update Notification Table) qui permet entre autres de signaler les plages horaires pour lesquelles une mise à jour est disponible (le récepteur peut alors être mis en veille par l'utilisateur et il se réveille automatiquement pour faire la mise à jour lorsque celle-ci est disponible). 2.1. L'interface « media » Cette fonction permet d'extraire le TS du signal RF et de corriger les erreurs de transmission. Les principaux médias définis par le DVB sont : 'Le satellite - DVB-S [8] : les signaux satellites sont modulés en QPSK (2 bits par symbole) puis filtrés pour limiter leur bande passante, à l'aide d'un filtre de Nyquist, qui est caractérisé par sa raideur (ou facteur de roll-off a). La bande passante B d'un canal de fréquence symbole (symbol rate) liT est B = (1 + a) 1/T. Le standard DVB-S prévoit un facteur de roll-off de 0,35, ce qui permet un débit maximal de 24,4 Ms/s (megasymbole/seconde) pour un canal de 33 MHz. Il faut noter qu'un nouveau standard de modulation satellite a récemment été défini : le DVB-S2 [9]. Compatible avec les satellites existants, il permet un gain en bande passante d'en- viron 30 % par rapport au DVB-S, ce qui facilitera la diffusion de la télévision HD. Ceci a été rendu possible par l'utilisation d'une modulation 8PSK, un facteur de roll-off de 0,25 voire 0,2 et surtout un nouveau mécanisme de code correcteur d'erreurs : REE HORS SÉRIE W Septembre2005 Les décodeurs numériques pour la Haute Définition DEMODI DESCR TS RF U DEMOD N_ - R R 1 / PES 1-1 t. L CODEC T j i LOGICIEL -110 ,-----. AUD!0 __.AUDIO Mémoire Audio/li VIDEO > Vidéo . Ir - 1 Figure 2. Schéma générique d'un décodeur numérique. code BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) appliqué sur un nombre de bits plus important (LDPC : Low Density Parity Check). De plus, ce standard supporte un codage et une modulation dynamiques, donc adaptatifs. Bien entendu les équipements de réception DVB-S2 sont compatibles DVB-S. Le câble - DVB-C [10] : la modulation est de type QAM (16, 32, 64, 128 ou 256). La bande passante utile peut atteindre 38 Mb/s dans le cas d'un canal de 8 MHz de large avec une modulation QAM-64 Le terrestre - DVB-T [111 : la modulation est double, le signal modulé en QPSK ou en QAM est ensuite diffusé sur plusieurs porteuses (1 705 en 2k ou 6817 en 8k), décalées temporellement, chacune contenant une partie du spectre après transformation de Fourier. Afin de limiter les effets des échos, des mécanismes sont mis en oeuvre : d'une part le signal de chaque porteuse est découpé en blocs, séparés par un temps mort (intervalle de garde), avec duplication du début du bloc à la fin, et d'autre part les blocs sont légèrement décalés dans le temps. Cette modulation, type OFDM, permet une transmission très robuste. La bande passante utile dépend de la modulation de base utilisée et des paramètres de transmission. Elle peut atteindre 25 Ms/s pour un canal de 8 MHz de large. 2.2. Le traitement du TS Le TS transporte un grand nombre d'informations qui sont multiplexées. Un démultiplexeur permet de les séparer. Il est constitué d'un système qui extrait les PES du TS en fonction de filtres (basés sur l'utilisation du PID) et les stocke en mémoire. 2.2. 1. Le désembrouillage Afin de garantir la protection des opérateurs de télé- vision à péage et ne permettre la réception qu'aux abon- nés, les données sont cryptées à l'émission, selon le stan- dard DVB-CSA (Common Scrambling Algorithm) [12]. Pour des raisons de sécurité, ce standard n'est pas totale- ment public. Il est constitué d'un chiffrement à deux couches (au niveau bloc de 8 octets et au niveau train à l'aide d'octets pseudo-aléatoires) et utilise deux mots de contrôle de 64 bits alternés. Ces mots de contrôle sont transmis dans des structures dédiées (ECM). Ils sont eux- mêmes cryptés, selon une méthode qui dépend du fabricant d'accès conditionnel. Celui-ci fournit à l'opérateur les équipements nécessaires au niveau du Head-End et des cartes à puce spécifiques [13], [14], [15]. Le décodeur comprend un lecteur de cartes à puce et un logiciel spécifique qui fournit les informations reçues à la carte à puce. Celle-ci renvoie les mots de contrôle nécessaires au désembrouilleur. Il existe plusieurs fabricants d'accès conditionnels et le consortium DVB a défini une mméthodequi permet de recevoir le même programmee tD avec plusieurs accès conditionnels différents ; cette technique est appelée SimulCrypt [16], [17]. 2.2.2. Le décodage A/V Les tlux audio et vidéo sont compressés pour optimiser l'utilisation de la bande passante et doivent être décom- pressés. Dans le cas du flux vidéo, la norme historique est le MPEG-2 qui, tout comme ses évolutions récentes (MPEG-4/H264), repose sur deux principes fondamentaux : . Le codage dit Intra basé sur une DCT (Discrete Cosine Transform). Une image codée en Intra (de type I) peut être décodée indépendamment de toute autre image.c REE HORSSÉRIE WI Septembre2005 D LA TECHNOLOGIE DE LA HAUTE DÉFINITION . Le codage par compensation de mouvement où l'image à comprimer est représentée comme la différence entre elle-même et une ou plusieurs images de référence. Pour décoder une telle image (de type P ou B suivant le type de prédiction inter- image), il est nécessaire que le décodeur stocke en mémoire les images intermédiaires et les informations inter-images (vecteurs de mouvement).c Une fois décodées, les images sont affichées, à la cadence voulue, dans le plan vidéo principal. 2.2.3. Les autres plans L'image finale fournie par un décodeur comprend d'autres informations que le seul flux vidéo, soit pour la présentation de l'interface homme-machine (OSD), soit pour compléter le programme (sous-titrage). Toutes ces informations sont stockées dans des plans vidéo supplé- mentaires, gérés par une interface graphique (GUI). Le codage dépend des décodeurs et des informations (souvent YUV en 4:2:0). La taille est la même que le plan vidéo principal. Ce sont, par ordre inverse d'affichage : . Fond d'écran. C'est un plan de couleur unique, qui remplace le fond noir de l'écran. . Plan image (still picture). Ce plan permet de stocker une image fixe qui peut être diffusée par le média, au format JPEG, ou être générée par le décodeur. C'est un plan couleur vraie, codé comme la vidéo. . Plan vidéo. Il contient l'image courante de la vidéo. . Plan OSD ( « On-Screen Display »). Ce plan contient toutes les informations affichées en sur- impression de la vidéo. Il peut être partiellement transparent (canal alpha). Il est utilisé pour l'affi- chage du menu, des sous-titres (soit au standard Télétexte [18], soit au standard DVB-Subtitle [19]) ou encore des informations comme le nom de la chaîne et du programme, des picto- grammes... Selon le décodeur il permet de gérer les couleurs de 4 à 32 bits, soit de 16 couleurs à cou- leurs vraies avec canal alpha avec 256 niveaux de transparence. . Curseur. Ce plan, de taille réduite, permet de gérer un curseur de diverses formes, partiellement trans- parent et clignotant. 2.3. Le formatage des sorties A/V Ce bloc transforme les signaux numériques pour les adapter aux formats standardisés des équipements de restitution visuelle et sonore. Il permet également de connecter des équipements entre eux (par exemple le aonem magnétoscopeavec le téléviseur). Les principales sorties sont : a Sorties vidéo analogiques. Elles peuvent avoir dif- férents formats : RVB plus synchro (prises Péritel), PAL ou SECAM (composite ou Y/C) ou encore YUV ou YCrCb ou YPrPb (sorties composantes). Ces dernières sont en particulier utilisées pour la haute définition. En analogique, ces informations sont issues des plans vidéo, avec insertion d'infor- mations numériques dans les retours trame ou VBI (Vertical Blanking Interval). Il s'agit du télétexte (insertion VBI) ou de la gestion du format (WidebD Screen Signaling). Sorties vidéo numériques. La vidéo peut également être restituée dans un format numérique, en parti- culier pour la Haute Définition. Sorties audio-analogiques. Une conversion numé- rique/analogique sur 16 bits permet de restituer les signaux audio gauche et droit. En fonction de la source et de la configuration, ils peuvent avoir plu- sieurs formats : - Stéréo : c'est la restitution des signaux d'origine. - Mono ou Mono G+D : les deux sorties D et G sont identiques, soit à partir d'une source mono- phonique, soit de la somme des deux sources. - Mono D ou Mono G : les deux sorties sont identiques, à partir d'une seule des deux sources (dans le cas de deux langues, une par canal, par exemple). - Le décodeur peut également générer les sorties analogiques à partir d'un flux 5.1 par décodage partiel des voies principales. Sorties audio numériques. Il s'agit de format de type canal audio 5. 1, ou AC3 ou DTS. Cette sortie peut être optique ou électrique. Habituellement il n'y a pas de conversion de format. La même source peut très bien être ressortie sur plusieurs sorties simultanément, par exemple le son à la fois sur les sorties Péritel, CINCH et SP/DIF. 2.4. Le logiciel de gestion Le logiciel de gestion, véritable chef d'orchestre, par- ticipe à l'ensemble des fonctions décrites précédemment. Il prend en charge la gestion du protocole DVB et permet également : 'La configuration de l'installation par le biais d'écrans interactifs permettant à l'utilisateur de spécifier les paramètres de l'installation (langues de l'OSD, types d'écrans et de sorties vidéo, équi- pement de réception dans le cas du satellite, etc.), de rechercher les canaux et programmes diffusés, de stocker la liste des chaînes, et de les trier ou de les regrouper par thèmes. 'La gestion des chaînes. Le simple appui sur une touche de la télécommande pour changer de pro- gramme déclenche un grand nombre d'opérations.Zn Il faut reconfigurer le tuner en fonction du canal choisi, reprogrammer les filtres du démultiplexeur, REE HORSSÉRIE WI Septembre2005 Les décodeurs numériques pour la Haute Définition synchroniser à nouveau les flux audio et vidéo, reconfigurer le module d'accès conditionnel, stopper et relancer les décodeurs audio-vidéo, s'adapter aux nouveaux formats de son et d'image, etc. Le logiciel de gestion doit également afficher, si elles sont disponibles, des informations sur le nouveau programme (nom, titre, durée, présence de télétexte, de plusieurs pistes audio...). La gestion de l'interactivité. Une autre fonction est la gestion d'une voie de retour pour permettre l'échange d'informations avec l'opérateur. Le modem de voie de retour peut utiliser le réseau téléphonique, le GSM, ou encore le câble pour les réseaux câblés. De nombreux standards définissent ces interfaces. Le logiciel de gestion peut comporter un système chargé d'exécuter des programmes qui sont téléchargés dynamiquement pour assurer un haut niveau d'interactivité. Le protocole et la machine virtuelle associés sont soit propriétaires (Open-TV, MediaHighway, NDS Core...) soit ouverts, comme MHEG-5 [20] ou encore MHP [21]. 3. Les évolutions des décodeurs liées à l'intégration de la fonction HD/SD MPEG-4 Dans le cadre de ces adaptations, plusieurs sous fonctions du décodeur Simple Définition MPEG-2 doivent évoluer. Il s'agit des fonctions suivantes : Matérielles - Décodeur Vidéo - Capacité mémoire requise pour le décodage - Capacité mémoire OSD/affichage - Les sorties Audio/Vidéo . Logicielles - Traitement des données liées au signal vidéo - Installation, réglages utilisateur 3.1. Adaptations matérielles 3. 1. 1 » Le décodeur vidéo Le décodage vidéo MPEG-4 nécessite la mise en ceuvre de processus temps réel très complexes dans le composant électronique. L'accroissement de la complexité du silicium est d'environ 3 à 4 pour le passage au stan- dard MPEG-4 SD (Main Profile [3]). Le passage au trai- tement HD (High Profile [3]), mettant en oeuvre une quantité d'information encore plus importante par la nature même de la taille de l'image, conduit à un accrois- sement de la complexité du silicium de l'ordre de 8. C'est réellement dans ce coeur silicium que réside la partie la plus innovante, qui différencie un décodeur Simple Définition MPEG-2 et Haute Définition MPEG-4. La nécessité de maintenir la réception des chaînes en SD actuelle (cas des chaînes gratuites de la Télévision Numérique Terrestre) lors de la transition vers la Haute Définition oblige de définir un décodeur multistandard sup- portant aussi bien le MPEG-2 SD, que le MPEG-4 SD et HD. Ces nouvelles gammes de circuits intégrés avec une puissance de calcul décuplée et à l'architecture évoluti- ve, par exemple le circuit multistandard Thomson 42 1 OA, permettent de façon générale la manipulation de données encodées sous différents fonnats (MPEG2, MPEG4, JPEG, DivX pour la vidéo, MP3, AAC et bien d'autres pour l'audio) et la conversion d'un standard à un autre. 3.1.2. La capacité mémoire requise par le décodage Dans un décodeur MPEG-2 SD la capacité mémoire doit permettre le traitement de 2 images de référence (1 ou P) et d'une image partielle pour le traitement de l'image courante (B). La taille mémoire correspondante est, selon l'implémentation du composant de décodage, de 2,7 à 3 images. Chaque image comporte au maximum 720 x 576 pixels en PAL/SECAM à 50 Hz et est en général codée sous forme 4 :2:0 (c'est-à-dire une information de luminance Y pour chaque pixel, codée sur 1 octet et une information de Chrominance CbCr pour 4 pixels codée sur 2 octets). Ainsi la taille mémoire est de : Mémoire décodage MPEG-2 = 3 x (720 x 576) x 1,5 # 1,78Méga-octets De plus, le décodeur standard MPEG-2 intègre une mémoire tampon qui stocke le flux compressé en entrée. Cette mémoire, dite « Rate Buffer », est définie par la norme à 1,8 Mégabits (optimisation encodeur/décodeur, soit 220 Koctets). En pratique, on rajoute de la latence pour la synchronisation image du décodeur vers le téléviseur, invariable par rapport au signal d'entrée, et un délai de garde pour la synchronisation audio/vidéo. Ainsi on rajoute un buffer complémentaire correspondant à 80 millisecondes soit à 15 Mbits/s en MPEG-2 MP@ML, un buffer d'environ 150 Koctets. Ce « Rate buffer » en pratique occupe donc 370 Koctets. Le bilan général impose une mémoire de traitement de : Mémoire totale décodage MPEG-2 SD = 1,78 + 0,37 = 2,15 Méga-octets Pour le traitement d'un flux MPEG-4 SD (Main Profile Level 3), il faut gérer 5 images de référence au maximum et 1 image partielle, soit un total de 6 images à stocker. Ainsi, la taille mémoire nécessaire est : Mémoire décodage MPEG-4 SD = 6 x (720 x 576) x 1,5 # 3,56Méga-octets De même la norme MPEG-4 définit un « Rate buffer », qui occupe 1,7 Méga-octets. Le bilan général impose une mémoire de traitement typique de : REE HORS! EN° ! Septembre2005 LA TECHNOLOGIE DE LA HAUTE DÉFINITION Mémoire totale décodage MPEG-4 SD = 3,56 + 1,7 = 5,26 Méga-octets Dans le cas de la Haute Définition (MPEG-4 High Profile HD), il est nécessaire de gérer 4 images de référence au maximum et 1 image partielle, soit un total de 5 images qui sont à stocker. Un format classique de résolution de l'image est 1920 x 1088 pixels, ce qui impose une mémoire de traitement de : Mémoire décodage = 5x (1920 x 1088) x 1,5 # 14,94Méga-octets Le « Rate buffer » est dans le cas de la Haute Définition de 4,3 Méga-octets. Le bilan général impose une mémoire de traitement de : Mémoire totale décodage MPEG-4 HD = 14,94 + 4,3 = 19,24 Méga-octets Plan Image Vidéo OSD Curseur Simple Définition 720x576pixels avec codage 4:2:0, soit 607,5Koctets 720x576pixels avec codage 4:2:0 soit 607,5Koctets 720x576pixels en 8 bits/pixel pour le mode 256 couleurs, 4 bits/pixel pour le mode 16 couleurs ; soit respectivement 405Koctetset 202,5Koctets 64x64pixels, 8 bits par pixel, soit 4 Koctets HauteDéfinition 1920x1088pixels avec codage 4:2:0, soit 3 Mégas-octets 1920xlû88pixels avec codage 4:2:0 soit 3 Mégas-octets 1920x1088pixels en 8 bits/pixel pour le mode 256couleurs, 4 bits/pixel pour le mode 16couleurs ; soit respectivement 2 Mégas-octetset 1 Méga-octets 64x64pixels, 8 bits par pixel, soit 4 Koctets Tableati 1. Coniparaison des besoins iiiéiiioi'res pour la gestion de l'af.fichage en SD et en HD. 3.1.3. La capacité mémoire OSD/affichage La capacité mémoire nécessaire pour gérer une confi- guration classique d'affichage (comprenant : un plan image, un plan vidéo, un plan OSD et un plan curseur) est analysée dans le tableau 1. Au total, la capacité nécessaire est de -1,6 Méga-octets pour de la Simple Définition à comparer à -8 Méga-octets pour de la Haute Définition. 3,1.4. Les sorties A/V Dans le cadre des décodeurs Haute Définition les sorties audio restes inchangées, seul le format de codage peut être amené à évoluer vers du HE-AAC ou du Digital Dolby). Les sorties vidéo nécessaires au traitement de la HD sont : 'Prise RCA/Cinch supportant les sorties vidéo com- posantes Y/U/V, . Prise DVI (Digital Video Interface) comportant un signal vidéo HD, soit numérique soit analogique, . Prise HDMI (High Définition Multimedia Interface) comportant un signal vidéo HD et audio numérique. Sur ces deux demiers types d'interfaces, la sécurisation des échanges de données peut être mise en oeuvre avec le pro- tocole HDCP (High bandwidth Digital Content Protection). Le décodeur peut également délivrer en analogique les signaux en Haute Définition via les sorties compo- santes YUV. Ces sorties sont activables ou pas sous le contrôle du diffuseur. Lorsque ces sorties sont désactivées, le décodeur peut assurer une sortie vidéo en simple définition permettant à l'usager un accès limité au contenu audiovisuel. 3.2. Adaptations logicielles Les adaptations logicielles nécessaires sont de deux natures différentes : . Le traitement des données liées au signal vidéo. La Haute Définition étant par nature même, au format 16/9, il est nécessaire de signaler la portion de vidéo qui doit être affichée sur un éventuel écran 4/3. Cette signalisation s'effectue par le biais de FAFD (Active Format Descriptor). Cette signalisa- tion en cours de normalisation dans le cadre d'une révision de la spécification IEC/CENELEC 62216- 1 devrait être en mesure également de traiter le for- mat 4/3 transmis en mode HD 16/9 . L'indication au niveau du décodeur des caractéris- tiques des écrans reliés au décodeur - Dans le cas d'un écran en Simple Définition, les sorties standards sont exploitables et les paramètres classiques s'appliquent : 4/3 ou 16/9 . sorties composantes (RVB) ou composite (CVBS), . Niveau de signal (facultatif). Tout signal Haute Définition reçu sera traité afin de respecter les consignes de la signalisation pour le format d'image et l'affichage. - Dansle cas d'un écran en Haute Définition, les sorties HD à configurer sont : . Configuration des sorties YUV . Activation des sorties DVI et/ou HDMI (et éventuellement choix des sorties) . Configuration du mode audio pour la sortie HDMI. Dans le cas de signaux standards stéréo ou mono il n'y a aucun traitement REE HORSSÉRIEEN°I Septembre2005 Les décodeurs numériques pour la Haute Définition particulier à signaler. Seul le mode multivoie nécessite un réglage. En effet, il peut être transmis en mode transparent (donc décodé par l'écran dans le cas par exemple d'un télé- viseur HD) ou pré-traité dans le décodeur afin d'appliquer le Down Mixing. Ce processus combine les différents canaux audio transmis en une paire stéréo standard qui est véhiculée sur l'interface HDMI. 4. Conclusion Le décollage commercial de la Télévision Haute Définition en Europe sur tous les réseaux de transmission présuppose l'existence d'une offre commerciale grand public de décodeurs HD. Ces décodeurs doivent suppor- ter l'algorithme MPEG-4 High Profile, seule approche susceptible techniquement de transporter à un coût éco- nomique raisonnable les programmes en Haute Définition. L'architecture des décodeurs numériques SD s'adapte aisément à la gestion de la HD. Ceci est dû au fait que la migration de la SD vers la HD n'impacte que l'algorithme de compression et la puissance de calcul nécessaire à la gestion du format des images. Le trait caractéristique d'un décodeur HD est donc de pouvoir physiquement (mémoire et puissance de calcul) générer un format 720p ou 1080i à partir de l'encodage au format MPEG-4. Le principal défi technique restant concerne alors la protection de ces nouveaux contenus à haute valeur ajoutée. Références [11 ISO/IEC 13818-2 :2000 " Information technology -- Generic coding of moving pictures and associated audio informa- tion : Video ". [2) ISO/IEC 14496-10 « Information technology -- Coding of audio-visuai objects -- Part 10. Advanced Video Coding . [31 ETSI TS 101 154 " Implementation guidelines for the use of Video and Audio Coding in Broadcasting Applications based on the MPEG-2 Transport Stream " [4] ISO/IEC 13818-1 2000 " Information technology -- Generic coding of moving pictures and associated audio information : Systems ". [5] ETSI EN 300 468 " Specification for Service Information (SI) in DVB systems ". [6] IEC/CENELEC 62216-1 " Digital terrestrial television recei- vers for the DVB-T system -- Part 1 : Baseline receiver spe- cification ". [71 ETSI TS 102 006 " Specification for System Software Update in DVB Systems ". [81 ETSI EN 300 421 " Framing structure, channel coding and modulation for 11112 GHz satellite services Il [9] ETSI EN 302 307 " Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications ". [10] ETSI EN 300 429 " Framing structure, channel coding and modulation for cable systems ". [11] ETSI EN 300 744 " Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial televislon " [12] ETSI ETR 289 " Support for use of scrambling and Conditional Access (CA) within digital broadcasting sys- tems ". [13] ISO 7816-1 :1998 " Identification cards -- Integrated cir- cuit cards w/ contacts -- Part J, Physlcal charactens- tics ". f 141 ISO 7816-2 1999 " Identification cards -- Integrated circuit cards -- Part 2. Cards with contacts - Dimensions and loca- tion of the contacts ", [15] SO 7816-3 1997 " Information technology -- Identification cards -- Integrated circuit (s) cards with contacts -- Part 3 : Electronic signais and transmission protocols ". [16] ETSI TS 101 197 " DVB SimulCrypt. Part J, Head-end archi- tecture and synchronization ". [17] ETSI TS 103 197 " Head-end Implementation of SimuICrypt ". [18] ETSI 300 472 " Specification for conveying ITU-R System B Teletext in DVB bitstreams ". [19] ETSI EN 300 743 " Subtitling systems ". [201 ETS 1 ES 202 184 " MHEG-5 Broadcast Profile ". [21] ETSI TS 102 812 " Multimedia Home Platform HP Specification 1. 1 ". e s Et e u r s Francis Adelving est ingénieur diplômé de l'Institut National Polytechnique de Grenoble ( ! EG). Après avoir participé au développement matériel et logiciel de cartes industrielles à micro- processeurs au bus VME, puis de bancs d'essais de machines électriques, il rejoint le groupe Pace, spécialisé dans les récep- teurs de télévision numérique, où il est actuellement en charge de l'interface technique et stratégique entre les forces de vente et le marketing pour la région EMEA, en particulier pour les nouveaux standards. Jean-Baptiste Minazio est ingénieur diplômé de l'Ecole Nationale Supérieure de l'Electronique et de ses Applications Il est responsable des projets HDTV au sein de l'activité terminaux résidentiels de SAGEM. Gérard Mozelle est titulaire d'un doctorat de mathématiques et d'informatique de l'Université Paris V (René Descartes) et ingénieur diplômé de 'Eco ! e Supérieure d'Electriclté ISUPELEC) Aprés avoir été professeur invité à l'Université Texas A&M, il rejoint le centre de recherche français de Canon, où il participe à la définition du standard de compression JPEG-2000, avant de rejoindre le groupe Thomson, où il est actuellement affecté au Cabinet du Directeur Technique, en charge du suivi de comités de standardisation Iparml lesquels les travaux de l'EICTA et du groupe DVB) et du suivi d'une partie des activités de R&D du groupe. >1 1 11 -1,ee ,1 1, 11 1 1 Il là REE HORS! EN° ! Septembre2005