Ce dossier est la suite de celui sur le PAL et NTSC, et a pour but d’aider à mieux comprendre ce qui se cache derrière l’affichage de nos consoles.

S’il y a bien un point commun à toutes les consoles de salon, c’est qu’il faut les relier à un écran pour qu’elles fonctionnent. Il existe certains système assez spécifique qui embarquent leur propre écran (la Vectrex par exemple), mais dans la très grande majorité des cas, c’est sur une télévision ou un moniteur d’ordinateur qu’il faut brancher votre machine de jeu. Dans ce dossier, je vais faire un tour d’horizon des différents types de signaux vidéo utilisés par les consoles, des fréquences VHF jusqu’au numérique. Mais avant toute chose, voyons un peu comment on affiche une image sur une télévision (on va simplifier, ne vous inquiétez pas :p )

La formation d’une image

De nos jour, tous les appareils modernes sont numériques. Une image est donc un tas de pixels organisés de manière cohérente. Chaque pixel a sa place, son mélange de couleurs, etc… Le signal est numérique, il s’agit grosso modo d’une série de 1 et de 0, et il n’y a pas de soucis d’altération du signal ou de calibrage de la taille de l’écran. La matrice d’affichage d’un écran est fixe, avec une résolution définie, et l’image qui est affichée a elle aussi une taille fixe et peut donc s’afficher sans soucis.

Cependant sur nos bonnes vieilles télés cathodiques, le procédé était relativement différent. Pour faire simple, on balance 3 faisceaux d’électron (1 par couleur primaire) sur l’écran. Ces faisceaux balayent toute la surface de l’écran, ligne par ligne. La notion de résolution est donc assez abstraite, c’est surtout le nombre de ligne qu’il faut prendre en compte. Pour l’affichage 240p d’une SNES par exemple, le balayage se fait donc sur 240 lignes, mais le nombre de colonnes est simplement défini par le mouvement horizontal des faisceaux d’électrons. On note aussi que vu que les télés cathodiques affichaient 480 lignes (pour le NTSC en tout cas), il n’y en aura que la moitié d’utilisée (1 ligne sur 2), ce qui encore une fois ne colle pas vraiment avec la notion de « résolution ».

240pVS480i
À gauche, le 240p, avec l’affichage d’une ligne sur 2. À droite, l’image en 480i. Les images ont la même « taille », mais pas le même nombre de ligne.

Comme il s’agissait d’un canon à électrons qui se déplaçait mécaniquement, il pouvait arriver que l’image soit décalée en fonction du signal, ou un peu déformée, et il pouvait être nécessaire de recalibrer son écran (certains jeux proposaient de faire cette opération dans leurs menus). Mais dans la grande majorité des cas, les télés faisaient de l’overscan. C’est à dire que pour pallier ce problème de non consistance du positionnement de l’image, on faisait un peu déborder l’image de l’écran. Comme ça, on était certain qu’il n’y aurait pas de bordures noires. Certains développeurs ont même utilisé l’overscan pour masquer certains défauts d’affichage sur les bords d’une image, ce qui a surpris plus d’une personne quand elles ont branché pour la première fois leurs consoles SD sur des télés HD (l’overscan est très violent sur les jeux MegaDrive par exemple), ou sur des jeux de la Virtual Console des machines Nintendo, qui sont en fait de simples émulateurs qui font tourner le jeu.

Overscan
À gauche de l’écran, la bande de couleur n’est pas censée apparaître (ou tout du moins très peu) sur un écran cathodique. Mais sur un émulateur on la voit très bien, idem sur une télé Full HD

Ce qui pilotait les faisceaux d’électrons, c’était le signal vidéo, qui contenait diverses informations, comme la luminance (l’intensité), la chrominance (la proportion de bleu, rouge et vert dans l’image), et la synchronisation verticale et horizontale (comment les lignes sont synchronisées entre elles, comment elles s’enchaînent les unes à la suite des autres). La synchronisation va s’avérer être un élément crucial pour l’utilisation d’upscalers numériques (des dispositifs qui permettent de transformer des signaux analogiques basse définition en signaux numériques haute définition), car ces petites bestioles ont vraiment besoin d’un signal synchronisé d’une manière précise pour fonctionner. Cependant, même sans utiliser d’upscaler, si pour une raison ou une autre le signal d’un appareil perdait sa synchronisation (une broche défaillante de la prise, un signal 60Hz sur une télé 50Hz, etc…) le résultat serait assez… dérangeant:

Sans_sync
Là il y a un problème de synchronisation. L’image part un peu en cacahuète (et encore, j’ai vu pire)

À gauche, l’image sans soucis de synchronisation. À droite, une légère désynchronisation induite par une rallonge RGB (Notez bien que ce défaut n’apparaît que sur une télé LCD FHD)

Le signal vidéo est transmis de l’appareil vers la télé au travers d’un câble. Il est bon de noter que le signal analogique qui transite dans un de ces câble est sensible aux interférences électro-magnétiques extérieures (comme le champ généré par un autre câble ou toute autre perturbation de ce type), il faut donc faire attention à avoir des câbles suffisamment blindé pour ne pas avoir de dégradation du signal. Ces problèmes n’existent pas avec des signaux numériques. En effet, il n’y a pas de modulation/démodulation en fréquence pour ce type de signaux, donc un champ électrique ne peut pas perturber le flot continu de 0 et de 1 qui transitent dans le câble. Le courant passe (1), ou ne passe pas (0), et en alternant ce phénomène, cela donne des informations. Pour commencer à altérer ce genre de signaux, il faudrait vivre à côté du Soleil, ou dans le cœur d’une centrale nucléaire, mais alors là, je vous assure que votre problème majeur ne serait pas la perte de qualité de votre image. Bref, il existe plusieurs types de signaux et de câbles, qui vont chacun avoir une manière différente de transférer les informations.

Au tout début, les fréquences radio

RF.jpg
Un câble RF et son connecteur

Les premières consoles de salon sont sorties à une époque où une télévision servait… et bien à regarder des programmes de télévision. Par conséquent, il n’y avait pas forcément de connectique autre que celle nécessaire à relier l’antenne à la télé. Des machines comme l’Atari 2600 se branchaient sur la prise d’antenne de la télévision, et il fallait régler une chaîne exprès pour sa console, comme si on cherchait une chaîne de télé.

Concernant les compatibilités 50/60Hz, il y a 2 cas de figure. S’il s’agit d’une console sortie avant les standards PAL/NTSC (un Pong par exemple), il n’y aura aucun soucis si votre télévision est compatible 60Hz. Pour les consoles utilisant un standard NTSC pour les couleurs, il y a de fortes chances que cela ne fonctionne pas. En effet, même sur une télé compatible 60Hz au travers de la péritel ou d’autres connectiques, les tuners des TV PAL eux ont rarement cette compatibilité.

Les signaux qui passe à travers les câbles d’antenne sont des signaux VHF (Very High Frequencies, 30 à 300MHz) ou UHF (Ultra High Frequencies, 300 à 3000MHz). Pour les consoles les plus anciennes (certains modèles d’Atari 2600 par exemple), c’était du VHF. Pour les plus « récentes » (comme la NES), c’était de l’UHF.

D’un point de vue technique, ce genre de signaux  ne sont clairement pas les plus intéressants. Toutes les composantes de l’image et du son passent par un seul câble. À cause de ce multiplexage, la modulation/démodulation du signal est assez lourde et dégrade la qualité de l’image. De plus, il n’est pas rare que la bande-passante allouée pour une composante (la luminance par exemple) déborde un peu sur celle réservée à d’autres données. Il faut cependant savoir que ce type de sortie était proposée jusqu’à la SNES partout dans le monde, sauf en France (parce qu’en France, on est des relous… :p ). J’ai même croisé des convertisseurs RGB vers prise d’antenne vendus aux USA pour la XBox car certains n’avaient pas d’autre choix sur leur télé vieillissante !

Le composite

Composite
Le câble RCA pour la vidéo composite en jaune, et ceux pour le son en rouge et blanc

Grâce à la démocratisation du magnétoscope dans les foyers (pour les plus jeunes, c’était l’ancêtre du lecteur DVD qui est lui-même l’ancêtre du lecteur Blu-ray 😀 ), les constructeurs de consoles de jeu ont pu s’appuyer sur les connectiques qui équipaient de plus en plus les télévisions. Ainsi, toutes les consoles à partir de la sortie de la Master System possédaient au moins une sortie composite. Cette dernière peut être constituée de 3 prises RCA. Une jaune pour la vidéo, une blanche pour le son à gauche (ou mono) et une rouge pour le son à droite. On peut également utiliser une prise péritel pour faire circuler ce signal vidéo.

Le composite est de bien meilleure qualité que le signal RF. Cependant, toutes les composantes du signal vidéo sont transportées à l’intérieur d’un seul câble (d’où le nom « composite »), ce qui en fait tout de même un signal de qualité moyenne. Le composite était très utilisé, car très simple à implémenter.

Le S-Video

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Un connecteur S-Video

Le S-Video (ou Super Video, ou même Y/C) désigne à la fois le signal et la prise, contrairement au composite ou à tous les autres signaux vidéo. Dans ce signal, le son est toujours séparé de la vidéo, et cette dernière est séparée en 2 partie. La luminance, ou intensité (notée Y) et la chrominance, les informations sur la couleur (notée C). Cette séparation induit une meilleure qualité de signal, et on commence à vraiment avoir une belle image pour nos consoles. Pour ce qui est du signal de synchronisation des lignes, il est porté par le signal qui contient les informations sur la luminance.

SVideo_brochage

Le S-Video pouvait être utilisé chez Nintendo de la SNES à la Wii, chez Sony de la PS1 à la PS3, chez Sega sur la Saturn et la Dreamcast, et chez Microsoft sur la XBox et la XBox 360. Pour l’anecdote, le S-Video n’est pas compatible avec le SECAM de la France, il a donc fallu un petit moment avant que les télévisions françaises acceptent toutes le standard PAL, et donc le S-Video. Notez qu’un signal S-Video peut tout à fait être transporté par une prise péritel.

Le RGB, partie I – le début

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Une prise péritel de Super Nintendo

Le signal RGB (Red Green Blue) porte très bien son nom. En effet, il sépare les informations des 3 couleurs primaires sur 3 canaux séparés. En résulte la meilleure qualité d’image pour tout les systèmes qui envoient du 240p ou du 480i. Le RGB peut transiter par une péritel (le plus courant pour les consoles) mais aussi par un câble VGA (les ordinateurs ou la Dreamcast notamment peuvent utiliser le VGA). Toutes les consoles de la 3ème à la 8ème génération proposent nativement du RGB, sauf la NES et la Nintendo 64 (des mods existent pour ces dernières, mais ce n’est pas simple à implémenter pour tout le monde). Et jusqu’à la 6ème génération de console, c’est ce signal que vous voulez pour vos machines. Pour la génération DC/PS2/GC/XBox, c’est un peu plus compliqué…

VGA
Les câbles VGA font aussi passer du RGB !

Bon, pour poursuivre les explications, je vais devoir faire un petit topo sur la prise péritel, donc c’est parti !

La péritel, ou prise SCART

Avec la prise péritel, ou prise SCART (Syndicat des Constructeurs d’Appareils Radiorécepteurs et Téléviseurs, pfiou O_O ), l’ambition était tout simplement de pouvoir faire transiter n’importe quel signal vidéo analogique avec l’aide d’une seule prise. Cela permettais de simplifier les branchements, et résoudre simplement les problèmes de compatibilité (votre télévision n’est pas compatible RGB ? Pas de soucis, on sort le signal composite). Pour cela, la péritel était composée de 21 broches (et donc 21 lignes) pour faire transiter différents signaux vidéo. Cette connectique était très répandue en Europe, mais quasiment absente en Amérique (voire absente tout court, mais je préfère ne pas m’avancer). Le Japon avait aussi sa prise péritel, mais avec un brochage un peu différent. Ceci étant dit, le RGB pouvait aussi circuler à travers un câble VGA, mais d’une manière un peu spécifique, ce qui permettait d’avoir une grande bande passante, et ainsi afficher des signaux de haute définition (sur PC, on peut aller bien au-delà du 1080p avec un câble VGA).

vga_scart_brochage

Pour l’anecdote, la broche 8 (commutation lente) est la broche qui sert à mettre automatiquement la télévision sur la source AV. Avec un courant à 0V, rien ne se passe. À +12V, commutation automatique, et format de l’image en 4:3, et à +6V, commutation automatique, et format de l’image en 16:9 (pour les télévision compatible)

La borche 16 (commutation rapide), servait à l’affichage du télétexte et des sous-titres par exemple. Elle indique également si le signal est RGB (tension entre 1 et 3V) et composite (tension entre 0 et 0,4V)

On voit donc que chaque câble a son utilité, et surtout que plusieurs types de signaux peuvent circuler. C’est d’ailleurs quelque chose qu’il faut bien comprendre. Ce n’est pas parce que la prise est péritel qu’elle est forcément compatible RGB. Il y a notamment pas mal de prise péritel uniquement compatible avec le composite. Seules les broches nécessaires au fonctionnement du composite sont câblées (et parfois, les broches pour le RGB sont carrément absentes !). Il faut donc bien faire attention en achetant du matériel péritel.

Peritel_Composite.jpg
Cette péritel ne peut faire passer que du composite. Les broches RGB sont carrément absentes !

Le RGB, partie II – la suite du début, et peut-être la fin

Maintenant qu’on sait comment cela se passe dans une péritel, on peut s’attarder sur la synchronisation du signal. On croise plein de nomination différente sur le net (pure sync, raw sync, csync, etc…), et ça peut être assez compliqué de s’y retrouver. Pour simplifier, il y a 5 façons de produire du RGB pour nos consoles:

  • RGBs avec csync: ici, on a notre signal RGB avec la synchronisation (le « s ») horizontale et verticale qui passe par la broche 20, l’entrée composite. D’où le nom csync, pour composite (horizontale + verticale) sync. Ce signal sera de bonne qualité, dans la mesure où la synchronisation a une broche dédiée.

RGBsCSYNC

  • RGBs composite video as sync: Derrière ce nom barbare ce cache un procédé tout simple. On balance les signaux RGB et composite en même temps sur leurs broches respectives, et on récupère la synchronisation via le signal composite. Le problème est que, comme on l’a vu plus haut, ce signal peut générer interférences entre ses différentes composantes, et donc les informations de synchronisation peuvent être un peu altérées.

RGBsComposite

  • RGsB: Ici, la synchronisation est portée par le signal vert. Dans le domaine du jeu vidéo, il n’y a que la PS2 qui peut sortir un tel signal, juste pour la petite poignée de jeu compatible en 480p (oui, la PS2 peut sortir du 480p via la péritel). Le seul soucis est qu’il y a vraiment très peu d’écrans compatibles avec ce signal, et la plupart du tant il faudra utiliser un appareil qui va séparer le vert et la synchro (les Extron Rxi le font).

RGsB

  • RGBs sync on luma: Le procédé est un peu similaire au sync over composite, sauf qu’on utilise la luminance du signal S-Video (la broche 20). Le résultat est un peu meilleur vu qu’il n’y a qu’une information superflue (la luminance).

RGBsLuma

  • RGBHV: Globalement, c’est le mode de fonctionnement d’un signal RGB via un câble VGA. « HV » signifie tout simplement que la synchronisation est portée par 2 câbles, 1 pour la synchronisation horizontale (borche 16 de la péritel, broche 13 du câble VGA), et 1 pour la synchronisation verticale (broche 12 de la péritel, broche 14 du câble VGA). Honnêtement, je ne connais pas de console de jeux qui sortent ce signal via une péritel.

RGBHV

J’insiste beaucoup sur le RGB, mais il s’agit globalement du meilleur signal sur une grande majorité des consoles, et il est relativement complexe. Les explications sur la synchronisation sont vraiment importantes pour l’utilisation du XRGB-mini qui nécessite d’avoir du RGBs avec csync ou sync  on luma !

Voilà, vous en savez un peu plus sur le RGB. C’est vraiment le signal de référence pour la plupart des consoles (même si la NES et la N64 n’en ont pas par défaut 😦 ). Pour la Dreamcast, privilégiez quand même le VGA, il y a quelques petites incompatibilités, mais c’est globalement le câble qui permet de faire circuler le meilleur signal. Pour la PS2, la GC et la XBox, il y a une autre alternative…

 

Le YUV

YUV.jpg
Tout plein de RCA pour le YUV ! Avec l’excellente idée d’avoir choisi le rouge pour l’audio ET la chrominance :p

Le YUV tiens son nom de l’espace de couleur qu’il utilise (je ne suis pas ultra calé sur les espaces de couleurs, mais en gros, ce sont des représentations des couleurs avec l’aide de variable, c’est à dire que chaque couleur peut être représentée par une combinaison de ces variables). Ce signal est plus ancien que ce que les gens ont tendance à penser. En effet, le but était d’assurer une transition entre les écrans noir et blanc et les écrans couleurs. En effet, la luminance (Y), qui est en fait l’image sans les couleurs, est transmise via un des 3 câbles RCA (le câble vert), ce qui permet de brancher un appareil YUV sur un écran monochrome. Les informations sur la chrominance sont elles portées par U et V (les câbles bleu et rouge respectivement). Pour être plus précis, U porte la différence entre le bleu et la luminance (B-Y) et V la différence entre le rouge et la luminance (R-Y). Ainsi, comme on sait que l’image est composée de la luminance, du bleu, du rouge et du vert, on peut retrouver la composante vert grâce à un petit algorithme de calcul. Pour les plus curieux, voici le système d’équation utilisé:

  • Y = 0.299R + 0.587 G + 0.114 B
  • U = -0.147R – 0.289 G + 0.436B = 0.492(B – Y)
  • V = 0.615R -0.515G -0.100B = 0.877(R-Y)

Vous pouvez faire une petite expérience pour vous rendre compte de ceci. Si vous ne branchez que le câble vert, vous aurez une image en noir et blanc. Si vous ne branchez que le câble bleu, l’image sera en teintes bleues et vertes. Et avec le câble rouge uniquement, les teintes seront jaunes et oranges.

Le YUV possède 2 variantes, le YPbCr et le YCbCr. En fait, le premier correspond au signal analogique, et le second correspond au signal numérique.

Le YUV, tout comme le RGB, possède une nette séparation des signaux, donc pas besoin de multiplexage pour récupérer les informations. Ce signal fourni donc une excellente qualité d’image. Il possède néanmoins un avantage sur le RGB: la luminance (Y), n’est transmise qu’une seule fois (via le câble vert), tandis que pour le RGB, la luminance est portée une fois par couleur, donc 3 fois. Le bande-passante utile du RGB est donc moins grande que celle du YUV, et c’est pour cette raison qu’un câble YUV permet de faire transiter des signaux HD Ready (jusqu’à 720p ou 1080i).

L’autre gros avantage du YUV, c’est que toutes les télévisions actuelles (j’écris ces lignes en 2016 :p ) possèdent au moins une entrée YUV. Il faut bien savoir qu’entre 1980 et 2015, toutes les télés vendues en France était obligatoirement équipées d’une prise RGB. Ce n’est maintenant plus le cas, et les constructeurs ne vont clairement plus soutenir ce format qui n’est fortement représenté qu’en Europe, et qui augment les coûts de production.

Quand je disais plus haut que pour la génération GC/PS2/Xbox le choix du câble n’était pas si évident, c’est parce que ces consoles sont compatibles avec le YUV. D’après ce qu’on vient de voir, c’est donc plutôt vers ça qu’il faut se tourner ! Sur Xbox, vous pouvez y aller sans soucis. Mais sur les deux autres…

Pour PS2… le soucis est que le moteur d’image YUV est moins bon que celui pour le RGB. Du coup, pour les jeux en 480i (environ 99% de la ludothèque PS2 😀 ), l’image est un poil meilleure en RGB. Pour les jeux 480p (dont l’excellent Megaman X8 😀 ), là le YUV peut être un bon choix, dans la mesure où il est directement compatible avec ce mode d’affichage. Cependant il est aussi possible d’utiliser le câble RGB pour faire passer le 480p (ce n’est pas évident, voir le RGsB du chapitre précédent), mais de toute manière il y a vraiment peu de jeux compatibles 480p.

Sur Game Cube, là, le YUV est de meilleure qualité, et énormément de jeux NTSC sont compatible 480p. Le soucis, c’est que seules les premières séries de GC ont le port digital qui permet d’utiliser du YUV. De plus, le câble n’a été rendu disponible qu’au Japon via le club Nintendo pendant une courte durée. Le prix d’un tel câble sur eBay dépasse l’entendement (j’ai réussi à en avoir un pour 100€ et c’était une affaire…). Cependant, des projets viennent de voir le jour pour reproduire ce câble, il n’est donc pas impossible que d’ici quelques mois on en trouve a des prix abordables. De plus, la Wii lit les jeux GC, et se branche en YUV. Vous en aurez pour moins cher d’acheter la Wii, son câble YUV et quelques jeux plutôt que le câble YUV de la GC 😀 (Néanmoins, il n’y a pas de GameBoy Player sur Wii… 😦 )

Le HDMI

HDMI.jpg

Le HDMI (High Definition Media Interface) a été conçu pour faire passer du contenu haute définition chiffré (avec le HDCP). Il s’agit d’un câble qui a subit plusieurs modifications dans ses normes, mais on retiendra que maintenant un câble HDMI peut faire passer sans soucis un signal UHD (3840 x 2160, ce qui n’est pas du 4K comme aimeraient nous le faire croire le marketing…) sur les téléviseurs compatibles. Je n’irai pas dans le détails ici, ce câble permet d’avoir des débits de l’ordre de 10 Gbits/s, et fait transiter l’image et le son simultanément. Sur les PS3, XBox 360 et toutes les consoles suivantes, il n’y a aucune raison d’utiliser autre chose.

Bon, ce dossier touche à sa fin. J’espère que vous y voyez plus clair sur les différents signaux vidéo utilisés par nos consoles. Je pense que le HDMI a encore de beaux jours devant lui, mais récemment, avec le Display Port et l’USB Type C, de nouvelles possibilités s’ouvrent en matière de transport de données. Donc qui sait, on retrouvera peut-être ces connectiques un jour sur nos machines de jeu ?

Je ferais un autre article sur comment faire fonctionner les consoles non HDMI sur les télés récentes, mais je pense qu’il va déjà falloir un moment pour digérer tout ça, donc on va s’arrêter ici pour le moment 😉

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