Pour la plupart d'entre nous, les opérations des appareils électroniques quotidiens comme les téléviseurs, les magnétoscopes et les caméscopes sont mystérieux. Bien que beaucoup d'entre nous aient une vague idée de la façon dont une image passe de l'objectif à la bande, la plupart d'entre nous tenons pour acquis qu'une image apparaît à l'écran lorsque nous allumons nos caméscopes et appuyons sur le bouton d'enregistrement.
En tant que lecteur de Videomaker, cependant, vous avez probablement plus qu'un intérêt passager pour le fonctionnement d'un caméscope. Par exemple, vous pouvez être curieux de savoir pourquoi vos photos semblent parfois claires et immaculées, et pourquoi elles semblent parfois troubles et granuleuses.
Dans cet article, découvrez comment un caméscope transforme la lumière qui pénètre dans l'objectif en un signal que votre téléviseur peut interpréter. Eh bien, suivez ce signal à travers le caméscope, sur le câble et dans n'importe quel type d'équipement que vous choisissez de le faire passer. Eh bien, couvrez un peu de terrain technique, mais ne vous inquiétez pas - nous n'irons pas trop dans les détails. Eh bien, essayez simplement de vous amener au point où vous avez une meilleure compréhension du signal vidéo et des voies électroniques, à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de votre caméscope, qui font que la magie de la vidéo opère.
Vient d'abord la lumière et le son
Avant que votre caméscope puisse créer un signal pour représenter des images animées et du son, il doit d'abord recueillir la lumière et le son que nous voyons et entendons habituellement avec nos yeux et nos oreilles. Au lieu d'yeux, le caméscope a un objectif. En pratique, l'objectif fonctionne à peu près de la même manière que votre œil :il recueille la lumière qui rebondit sur le sujet et la focalise en une image nette sur les caméscopes CCD (Charge Coupled Device), un peu comme la lumière qui pénètre dans votre œil est concentré sur votre rétine. Au lieu d'oreilles, le caméscope a un microphone, qui fonctionne aussi quelque chose comme son équivalent humain. Le microphone, comme une oreille humaine, capte les variations de pression atmosphérique et les convertit en un signal électrique.
Les deux dispositifs qui convertissent les événements du monde naturel en un signal électrique - le CCD et le microphone - appartiennent à une classe d'objets appelés transducteurs. Ils sont appelés transducteurs parce qu'ils transduisent ou modifient l'énergie d'une forme à une autre. Ainsi, l'énergie lumineuse et la pression de l'air deviennent des fluctuations du courant électrique, que votre équipement vidéo interprète et recrée en images et en son.
Le rôle des CCD
Comme mentionné ci-dessus, le dispositif à couplage de charge (CCD) se trouve au centre de l'appareil de création d'images des caméscopes. Il est composé de centaines de milliers de pixels sensibles à la lumière disposés dans une grille rectangulaire. Chacun de ces pixels stocke une charge électrique proportionnelle à la quantité et à la durée de la lumière qui le frappe. Tous les 60 secondes (une demi-image ou un seul champ vidéo), le caméscope lit ces charges et les combine pour créer un signal.
Si un caméscope ne mesurait que la quantité et la durée de la lumière frappant les pixels du CCD, nous continuerions à prendre des photos en noir et blanc. En d'autres termes, un CCD est par nature un appareil daltonien. Les caméscopes extraient les informations de couleur des capteurs monochromes de deux manières. Ces différentes approches de l'extraction des couleurs divisent le domaine des caméscopes en deux camps.
Les caméscopes mono-CCD utilisent un seul capteur CCD pour gérer toutes les tâches de création d'images. Un tel caméscope dérive des informations de couleur du capteur en le recouvrant d'un réseau de lentilles colorées appelé filtre de couleur mosaïque. Cela signifie que si vous pouviez regarder de très près la face du CCD, vous verriez qu'il est recouvert de lentilles rouges, vertes et bleues. À l'aide de ces objectifs et d'un traitement électronique intelligent, le caméscope peut dériver à la fois un signal de luminosité (luminance) et de couleur (chrominance) à partir de la seule puce CCD.
L'autre méthode d'extraction de la couleur, bien supérieure, est la conception à trois puces. Les caméscopes à trois puces utilisent un trio de CCD, chacun spécialisé dans une certaine couleur. En utilisant un bloc prismatique complexe ou un agencement de miroirs et de filtres, un caméscope 3 CCD divise la lumière traversant l'objectif en trois composantes de couleur. La lumière de chacune des couleurs (rouge, vert et bleu) va vers son propre capteur. Le caméscope combine la sortie de ces trois puces pour créer un signal vidéo en couleur.
Les systèmes d'imagerie mono-CCD sont plus petits, plus légers, moins complexes et moins chers. Les systèmes à trois CCD, bien que plus grands et plus coûteux, offrent généralement des couleurs plus précises à une résolution plus élevée. Les conceptions à trois CCD peuvent également offrir une amélioration difficile à définir de la profondeur et du réalisme de l'image. Les caméscopes à trois CCD ont souvent de meilleurs objectifs que leurs homologues à puce unique, afin de suivre l'augmentation de la résolution et de la représentation des couleurs.
Ces dernières années ont vu une tendance vers des capteurs d'image de plus en plus petits dans les caméscopes, allant de 1/2 pouce à 1/3 pouce aux minuscules conceptions 1/4 pouce d'aujourd'hui. Un capteur CCD plus petit ne signifie pas seulement un capteur plus petit ; cela signifie également un objectif plus petit. Chaque aspect de la conception d'un objectif renvoie à la taille de l'image dont il a besoin pour créer. Si un objectif doit baigner un capteur 1/4 de pouce dans la lumière au lieu d'un capteur 1/2 pouce, les concepteurs peuvent réduire considérablement l'assemblage de l'objectif. Cela se traduit par des caméscopes plus petits, moins chers et plus compacts.
Étant donné que la sensibilité d'un CCD est proportionnelle à la surface de chaque pixel, un capteur plus petit sera moins sensible à la lumière si toutes les autres variables sont maintenues égales. En réalité, cependant, les variables ne sont pas égales. Les fabricants de capteurs CCD ont trouvé des moyens de rassembler plus de lumière sur un capteur plus petit. Cela donne aux conceptions CCD plus petites d'aujourd'hui une sensibilité à faible luminosité comparable à celle des capteurs plus grands.
La résolution du capteur joue également un rôle dans la qualité de l'image, jusqu'à un certain point. Une fois qu'une résolution de capteurs dépasse celle du système d'enregistrement et du format de bande, il y a peu à gagner en augmentant le nombre de pixels des capteurs. Un CCD de 270 000 pixels offre une résolution suffisante pour un format standard comme 8 mm ou VHS. Un capteur de 470 000 pixels donnera-t-il des images plus nettes dans ces formats ? Probablement pas. Là où les pixels supplémentaires peuvent être utilisés à bon escient, c'est avec le zoom numérique et la stabilisation d'image.
Traitement du signal
Comme nous l'avons vu, le travail du CCD est de recueillir la lumière, de la mesurer et de la transformer en un signal électronique. Une fois ce travail terminé, il reste encore quelques sauts au signal avant d'être enregistré sur bande ou de quitter le caméscope par les prises de sortie.
Sous la rubrique générale de traitement du signal, nous incluons tous les processus qui aboutissent au massage des signaux vidéo et/ou audio. Ces processus incluent le titrage, les effets spéciaux et le gain, entre autres. Jetons un coup d'œil à chacun d'eux à tour de rôle.
Chaque fois que vous utilisez le titreur du caméscope, ou même son horodatage, vous interrompez le signal vidéo et effectuez des modifications (ajout de caractères alphanumériques). Cela crée une opportunité pour le bruit d'entrer dans le signal.
Les effets intégrés à l'appareil photo interrompent également le signal vidéo et effectuent des changements subtils dans votre vidéo enregistrée. La plupart des effets spéciaux intégrés à l'appareil photo sont obtenus en numérisant le signal une image (ou champ) à la fois et en le manipulant alors qu'il est réduit à une chaîne de nombres. Tous, cependant, ajoutent un peu de bruit au signal.
Certains caméscopes ont une fonction appelée Gain Up, qui augmente le niveau de tension de l'ensemble du signal afin de le rendre plus lumineux. Le but du gain est de permettre la prise de vue dans des conditions de faible luminosité, mais il ajoute généralement une quantité considérable de bruit au signal.
La leçon à tirer ici est simple :chaque fois que vous manipulez un signal vidéo, aussi subtilement soit-il, plus de bruit est ajouté à votre image. Une fois que le caméscope a traité le signal, il est prêt à être enregistré sur bande.
Aimant magique
Pour enregistrer le signal sur une bande vidéo, votre caméscope utilise des aimants. Il se compose d'un tambour qui contient des têtes séparées qui enregistrent les informations vidéo, audio et de contrôle sur la bande. La bande vidéo, si vous ne le saviez pas déjà, est en plastique, avec un revêtement magnétiquement actif. Lorsque les têtes entrent en contact avec la bande, elles organisent les particules sur la bande en pistes séparées à l'aide des aimants. Un caméscope ou un magnétoscope utilise au moins deux têtes d'enregistrement, une pour chaque champ vidéo dans une image. Beaucoup utilisent quatre têtes ou plus pour enregistrer, généralement pour fournir de meilleurs modes de pause et d'arrêt. Comme vous le savez en comparant les séquences prises avec les paramètres de lecture standard (SP) et de lecture longue (LP) dans un caméscope, plus une bande passe rapidement sur les têtes d'enregistrement, meilleure sera l'image que vous obtiendrez. La vitesse plus rapide laisse plus d'espace sur la bande pour une quantité de signal donnée. Pour maximiser la quantité d'espace que les têtes peuvent utiliser pour écrire un signal, les bandes vidéo utilisent un système connu sous le nom de balayage hélicoïdal.
Le balayage hélicoïdal fonctionne comme ceci :les pistes sur la bande sont posées en diagonale (voir Figure 3a). Le tambour qui contient les têtes d'enregistrement est également mis en place à un angle. Au fur et à mesure que la bande passe les têtes dans le tambour, une nouvelle partie de bande est toujours prête pour l'enregistrement. La lecture est similaire, mais sans que les têtes réorganisent les particules magnétiques sur la bande. Lors de la lecture, les têtes de lecture lisent uniquement les pistes. Il convertit ensuite les pistes de la bande en un autre signal vidéo pouvant sortir du caméscope.
En dehors de la caméra
Lorsque le signal quitte le caméscope, il devient encore plus sensible au bruit. Il entre dans un monde cruel rempli de rayonnement électromagnétique parasite, semblant provenir de toutes les directions à la fois.
Pensez-y :le signal parcourt un long fil, qui n'est en réalité rien de plus qu'une grande antenne qui capte toutes les fluctuations susceptibles de traverser le spectre à un moment donné. Le blindage de vos câbles vidéo et audio est utile, mais cela n'élimine pas complètement le problème.
À ce stade, votre signal vidéo est probablement encore assez regardable ; bien qu'un peu dégradé par rapport à la forme d'origine dans laquelle il se trouvait lorsqu'il est sorti des caméscopes CCD. Les vidéastes à domicile, cependant, sont connus pour soumettre leurs signaux vidéo à toutes les formes de cruauté connues de l'homme avant de laisser quiconque les voir. Ils ajoutent des titreurs, des générateurs d'effets spéciaux (SEG), des ordinateurs et d'autres appareils au chemin du signal, et souvent, dans le but de créer une vidéo éblouissante, ils finissent par introduire beaucoup de bruit dans leur signal. Lorsqu'ils ont terminé, leurs images ont l'air granuleuses et leur son est étouffé et indistinct.
Pour éviter que cela n'arrive à vos signaux, vous pouvez prendre plusieurs précautions. Le plus simple est probablement d'éviter de mettre trop d'appareils sur le chemin de votre signal. Par exemple, vous ne devez joindre des titreurs et des SEG que lorsqu'ils sont nécessaires. Et vous devriez éviter complètement les processeurs de signal, car dans leur tentative d'améliorer la qualité du signal, ils créent invariablement l'effet inverse en ajoutant du bruit.
Ne pensez pas que vous êtes tiré d'affaire si vous éditez avec un ordinateur. Tout système numérique qui utilise des entrées vidéo analogiques (y compris les entrées composites et S-vidéo) soumet vos images à un bruit accru, sans parler des artefacts de compression. Dans de telles situations, utilisez les connexions S-vidéo autant que possible pour minimiser les dommages. Voici pourquoi :les câbles vidéo ordinaires de type RCA sont des câbles composites, ce qui signifie qu'ils transportent un signal qui est un mélange, ou un composite, des informations vidéo en noir et blanc et en couleur. La plupart des types d'équipements vidéo (y compris votre caméscope) traitent la partie noir et blanc du signal séparément de la partie couleur du signal. Afin d'envoyer un signal composite dans le câble, les deux parties du signal doivent passer par un processus appelé modulation. De même, avant que l'équipement à l'autre extrémité puisse interpréter le signal, il doit être démodulé. Chaque fois que vous modulez ou démodulez le signal, devinez ce qui se passe ? C'est vrai :plus de bruit.
Les câbles S-vidéo séparent les parties couleur et noir et blanc du signal vidéo. Cela signifie que vous n'avez pas à vous soucier du bruit supplémentaire provenant de la modulation et de la démodulation. Cependant, vous devez toujours vous soucier des interférences résultant des EMR parasites qui rencontrent le câble, donc un câble S-vidéo blindé vaut bien l'investissement.
Les câbles FireWire, quant à eux, transportent un signal numérique, qui est très résistant au bruit. En transmettant un signal purement numérique, vous pouvez vous retrouver avec une image presque aussi vierge que lorsqu'elle est sortie du CCD. Cela signifie que vous pouvez transmettre votre signal vidéo d'un caméscope numérique à un ordinateur, ajouter toutes sortes de titres et d'effets fantaisistes, puis le retransférer sur une bande numérique sans pratiquement aucune perte de qualité du signal.
Si vous travaillez entièrement dans un environnement numérique, en connectant votre équipement via FireWire, vous n'avez alors que peu de soucis à vous faire. Vos signaux vidéo et audio, étant numériques, pourront supporter de multiples copies sans succomber aux méfaits du bruit.
En résumé
Quand tout est dit et fait, il y a bien plus dans votre caméscope qu'il n'y paraît. Même le modèle le plus basique contient un système d'imagerie hautement sophistiqué qui n'est rien de moins qu'une merveille scientifique.