LA TECHNOLOGIE NUMERIQUE & LA HAUTE DEFINITION

D’après une étude de A.Kaidi

Aux États-Unis, la compétition entre le 720p et le 1080i, a divisé les broadcasters en deux camps : les tenants de la télévision traditionnelle rejettent le progressif, tandis que ceux qui se sont rapprochés des informaticiens prônent son utilisation. Dans les normes américaines ATSC, le 720p présente des atouts par rapport au 1080i. Il offre l'avantage de fonctionner à la même fréquence de liaison série que le 1080i, si bien que de nombreux équipements, mélangeurs, grilles, sont commutables et compatibles. En télévision, 720 lignes en progressif donnent une définition verticale supérieure à 1080 lignes entrelacées. Le 720p comporte 1280 points, donc moins que les 1920 du 1080i. Mais ce chiffre est déjà bien suffisant pour la diffusion, car les 1920 ne parviendront pas au téléspectateur avant longtemps. Le caméscope HD qui rencontre le plus de succès actuellement, le HDcam, n'enregistre que 1440 points par ligne et aucun tube cathodique de télévision grand format, surtout en grand public, ne restitue les 1920 points. Avec les caméras commutables, on peut choisir l’un ou l’autre des standards sans passer par des opérations fastidieuses de transfert ou de transcodage. La ITU-709-4, reconnue par l’UER, est la quatrième version de la norme mondiale de spécification de l’image numérique haute définition. Elle définit le format d'image commun dénommé CIF, pour Common Image Format, de résolution 1920 points par ligne x 1080 lignes utiles et de rapport 16/9 ou 1,78 en pixels carrés, comme standard international HD pour les applications de fiction en 24p et TVHD, à quelque cadence image que ce soit. Par contre, la norme laisse le choix, suivant les pays, de la cadence et de la fréquence image. (ITU-R BT-709-4). Adoptée en 1995, la SMPTE-274M est la norme fondatrice de la haute définition. Elle détermine le standard, le nombre de pixels, le format d’image, la fréquence d'échantillonnage, le débit numérique commun (CDR ou Common Data Rate) de l'interface appelée HD-SDI et le nombre total de lignes de l’image haute définition, présente et à venir. La fréquence d’échantillonnage est de 74,25 MHz en luminance et de 37,125 MHz en chrominance pour toutes les cadences progressives et entrelacées, à l’exception des futures cadences progressives 50p et 60p qui auront une fréquence de 148,5 MHz. Chaque échantillon est quantifié sur 8 ou 10 bits. La norme SMPTE-292M décrit la sérialisation des données parallèles suivant la norme SMPTE-274M. La liaison série HD-SDI permet de transporter les données numériques générées par les appareils haute définition. Le débit de l'interface HD-SDI semble énorme aujourd’hui mais, contrairement à l’interface parallèle, l’avantage de la sérialisation est de transporter toutes les données sur un seul câble coaxial, ou sur fibre optique, et sur de longues distances. L’image, le son et les données auxiliaires (métadata) sont transportés par cette liaison. Le signal haute définition Dans les premiers systèmes vidéo numériques, le signal est de type composite numérique, mais les enregistreurs comme le D2 et le D3, intégrés dans un environnement composite analogique, ont eu très peu de succès. L’échantillonnage se fait à une fréquence égale à 4 fois la sous porteuse de chrominance, en Pal comme en NTSC, d'où l'appellation 4 Fsc. Le débit est de 143 Mbits/s en NTSC et de 177 Mbits/s en Pal. En 1981, la recommandation BT 601 de l'ITU-R a défini une norme internationale pour la télévision numérique composante, permettant la compatibilité des systèmes 625/50 et 525/60. Le signal devient alors de type composantes numériques. La norme donne les fréquences d'échantillonnage des signaux pour plusieurs niveaux de qualité. Le niveau standard, utilisé par la majorité des équipements vidéo, est le 4:2:2. Il est transporté par l'interface numérique série SDI. L’acronyme « 4:2:2 » indique les multiples de la fréquence unitaire d’échantillonnages donnants les signaux de luminance et de chrominance. Cette fréquence unitaire commune aux systèmes 625 et 525 lignes est de Fu = 3,375 MHz. Le multiplexage des signaux de luminance et de chrominance aux fréquences d'échantillonnage de Fe(Y) = 13,5 MHz, Fe(Cb) = 6,75 MHz et Fe(Cr) = 6,75 MHz donne une fréquence d'horloge de 27 MHz pour chacun des 8 ou 10 bits. Le taux de transfert total est donc de 270 Mbits/s en 10 bits (27 x 10) et de 216 Mbits/s en 8 bits (27 x 8). Le débit utile, qui ne prend en compte que la partie affichable de l'image, est de 207 Mbits/s en 10 bits et de 166 Mbits/s en 8 bits. Dans la nouvelle norme CIF le signal haute définition est du type composantes numériques YUV ou Y Pr Pb, avec une bande passante des voies de chrominance réduite de moitié par rapport à la luminance. Par analogie avec le 4:2:2, le profil HD est noté 22:11:11. La fréquence unitaire d’échantillonnage est, comme pour toute composante numérique, Fu = 3,375 MHz. Si l’on multiplie cette fréquence par les coefficients du profil 22 : 11 : 11, on obtient la fréquence d'échantillonnage de la luminance Fe(Y) = 74,25 MHz et la fréquence d'échantillonnage de la chrominance Fe(Cb) = 37,125 MHz et Fe(Cr) = 37,125 MHz. La quantification de chaque composante se fait sur 8 ou 10 bits avec une pré compensation de gamma de type vidéo à 0,45. Le débit total donne: (74,25 + 37,125 + 37,125) x 10 = 1,485 Gbits/s. Il est environ 5 fois supérieur à celui de la vidéo standard. Interface numérique série Haute Définition HD-SDI (Serial Digital Interface), norme SMPTE 274 M 4 1 Fréquence d'échantillonnage de la luminance : Fe = 74,25 MHz 2 Fréquence d'échantillonnage de la chrominance : Fe = 37,125 MHz pour Cb Fe = 37,125 MHz pour Cr 3 Quantification de chaque composante : 10 bits 4 Débit total : (74,25 + 37,125 + 37,125) x 10 = 1,485 Gigabits/seconde Les caméscopes HD En parallèle aux recherches menées par Philips sur la haute définition, un prototype de caméra progressive a été réalisé pour le projet ADTT de cinéma électronique, à partir d'un cahier des charges établi par des opérateurs de long métrage cinéma : la caméra Ciné Vidéo. La société Angénieux a conçu les objectifs et réalisé la caméra. Le CRIL Ingénierie a fourni les interfaces, Enertec les enregistreurs de données, Philips les capteurs CCD et Thomson TBS les serveurs. Afin de s’approcher des caractéristiques du film, elle présentait déjà, en dehors de la définition en 1280 pixels x 576 lignes ramenées à 960 points par ligne, toute la philosophie de la haute définition. Son signal 625 lignes progressif à 25 images/s (625/50/1) occupe la même bande passante que la vidéo entrelacée (625/50/2) et utilise une liaison numérique série SDI à 360 Mbits/s. Pour éviter le scintillement trop important à 25 Hz, elle convertit le signal progressif 625/25/1 en 625/50/1 lors de la visualisation sur un moniteur haute définition progressif. Mais ce prototype était conçu pour le report sur film, où le balayage en 25 Hz était compensé par la double obturation du projecteur qui assure la même fonction. Il dispose d'un vrai viseur optique couvrant un champ plus large que l'image, au lieu d'une reprise sur un tube cathodique de petite taille et on peut lui adapter tous les objectifs de prises de vues cinéma. Si dans une caméra film l'image est formée sur un support unique, la pellicule, en vidéo il y a un séparateur optique, composé de trois prismes avec des filtres dichroïques pour séparer les composantes rouge, verte et bleue de la lumière vers les trois capteurs CCD 2/3". Pour l’adaptation des objectifs cinéma, la caméra Ciné Vidéo a un tirage mécanique de 48 mm dans l'air, ce qui représente plus de 60 mm de trajet effectif dans le verre, et les capteurs rouge et bleu sont légèrement décalés de quelques µm. « Cette disposition, liée à la difficulté de réaliser des zooms sans aberration chromatique, c'est-à-dire ayant le même plan de mise au point pour toutes les couleurs et toutes les focales, fait l'objet d'une normalisation pour assurer la compatibilité des objectifs entre les différents constructeurs. » Devant le bloc d’analyse, un adaptateur optique permet la focalisation sur les trois CCD et la conversion de la taille de l’image. 3.1. La HDcam ou Cinealta 24p de Sony Tirant parti de cette tentative et de l’expérience de Philips en la matière, Sony a fait la synthèse des technologies expérimentées par ses concurrents et a conçu sa première caméra au format HDcam, de référence HDW-F900, qui travaille suivant les normes et standards TVHD (High Definition Television), c’est-à-dire au format 1920 x 1080, et analyse l’image en mode progressif, d’où le terme 24p. Ce caméscope se présente comme un matériel hybride ayant l’héritage de la vidéo numérique, via la technologie et l’ergonomie de la Betacam numérique, et l’héritage du film 35mm. L’appellation « Cinealta » est une marque déposée de Sony et le caméscope HDW-F900 appartient à cette gamme de produits qui comprend : la caméra HDW-F900, le magnétoscope HDW-F500 et le télécinéma Sony Vialta. La production du caméscope et du magnétoscope est prévue à 700 exemplaires sur 2 ans pour les USA et le Japon. 3.1.1. Les accessoires caméra Le caméscope HDW-F900 présente la même ergonomie qu’une Digital Betacam, il en a les mêmes dimensions permettant l'ajout des nombreux accessoires de type cinéma développés pour la série DVW. Précisons que l’ajout de tous ces accessoires ainsi que de l’optique augmente considérablement le poids de l’ensemble qui, partant de 8 kg pour la HDW-F900, se rapproche alors de celui d’une caméra Arri 5-35 équipée. Alga Panavision propose en location une version dite « panavisée » de la HDW-F900 qui s’utilise avec le zoom 6-27 mm Digital Primo ou la série Digital Primo en monture Panavision et permet de bénéficier du système et de tous les accessoires standard de la gamme des caméras Panavision. Entre autres, Alga Panavision a construit une loupe longue dont l’afficheur vidéo est déporté vers l’extrémité haute de l’accessoire et a rendu amovible le panneau de commande constitué des deux boutons de fonction et de la molette « Jog Dial » permettant la navigation dans les menus. Mais de nombreux opérateurs film lui reproche un défaut inhérent à toute caméra vidéo : l’absence de réserve au cadrage. Pour cela, il faudrait inventer un système de dérivation optique au lieu d’une visée vidéo. A défaut, la HDWF900 dispose de repères de cadrage aux formats 4/3, 13/9, 14/9, 2/1 et 2,25/1. Les cassettes Les cassettes HDcam ont pour références BCT-124HDL / 64HDL / 40HD / 22HD, les chiffres indiquant la durée à la vitesse 30p (ou 60i), c’est- dire pour une fréquence de 60Hz. Par exemple la cassette grand format BCT-124HD dure 124 minutes en 30p (et 60i), mais 155 minutes en 24p. Le caméscope HDW-F900 n’accepte que les cassettes petit format de 22 et 40 minutes. Le magnétoscope HDW-F500 accepte toutes les tailles de cassettes. Les particules magnétiques sur la bande sont deux fois plus fines pour faire face au débit nettement supérieur au Digital Betacam. A titre indicatif, le prix d’une cassette HDcam, en janvier 2001, était de 1680 francs hors taxes pour une BCT-124 HDL et de 890 francs hors taxes pour une BCT-40 HD. Les DVC Pro 100 HD de Panasonic A l’instar de Philips et en réponse à la gamme Cinealta de Sony, Panasonic a développé deux caméras, l'une en 720p et l'autre en 1080i HD, appartenant à la gamme DVC Pro 100 HD. Les outils de production et de post production de cette famille sont optimisés pour le support économique et de faible débit qu’est le DV. L’argument de Panasonic face à Sony est donc de se placer dans la logique des productions à budgets modestes, c’est-à-dire plutôt le documentaire, le reportage et les news. Mais la qualité de l'image et les possibilités de post production dépendent des paramètres choisis, tant pour le filtrage que pour la compression qui doit rester faible pour les formats de production ou d’acquisition. Ainsi, contrairement à Sony, Panasonic a décliné sa gamme dans les deux formats actuellement considérés comme HD : le 1920 x 1080 et le 1280 x 720. Les appareils DVC Pro 100 HD ont une compatibilité descendante avec toute la gamme DVC Pro. Tous ces appareils peuvent être raccordés en SDTI pour le clonage de programmes ou pour les serveurs et utilisent l’interface HD-SDI avec un seul câble coaxial pour l’audio, la vidéo et les données. La plupart des machines sont multi format. La gamme des produits DVC Pro 100 HD comprend des caméscopes, un magnétoscope et un serveur :

 • Le AJ-HDC20 est un caméscope 1080i à enregistrement 1080/50i au format 1920 x 1080 pixels carrés, équipé d’un CCD de 2,2 millions de pixels de technologie FIT, en 10 bits A/D et 16 bits DSP, muni d’une interface HD-SDI. 1 Le AJ-HDC27 est un caméscope 720p à enregistrement 720/60p au format 1280 x 720 pixels carrés, équipé d’un CCD de 1 million de pixels de technologie IT.

 • Le AJ-HDC24A, en projet chez Panasonic, sera le premier caméscope multifréquence 720p au format 1280 x 720 pixels, équipé d’un CCD de 1 million de pixels de technologie IT. Il enregistre aux cadences 12p, 15p, 20p, 24p et 30p d’une précision de 1/1,001.

• Le AJ-HD150 est un magnétoscope de studio à enregistrement / lecture 1080/60i, 1080/59.94i, 1080/50i et 720/60p. Il est capable de relire les DVC Pro 50, DVC Pro, DVCam et DV et peut enregistrer jusqu’à 8 pistes audio .

 • Le AJ-HDR150 est un serveur DVC Pro multidéfinition de 6 canaux maximum en DVC Pro HD et 12 canaux maximum en DVC Pro 50 ou DVC Pro. Il a une capacité interne de 20 heures maximum.

L’analyse du mouvement Avec une caméra film, l'analyse du mouvement est liée à la cadence de prise de vues et à la durée d’exposition. Les cadences normales de 24 ou 25 images par seconde correspondent respectivement à des obturations de 1/48ème ou 1/50ème de seconde. Pour limiter le scintillement à la projection, chaque image est projetée deux fois par l’intermédiaire d’une double obturation de 1/96ème ou 1/100ème de seconde. Pour obtenir une restitution du mouvement comparable, à partir d’une source électronique, il faut utiliser un caméscope dont le balayage se fait en mode progressif, à 24 ou 25 images/s. Les fréquences normales de balayages sont alors de 48 ou 50 Hz, l’image étant décrite à chaque instant dans son intégralité, contrairement à la vidéo standard qui utilise deux trames entrelacées à 50 Hz décrivant chacune une ligne sur deux de l'image. Les modes d’analyses Depuis longtemps, chez les constructeurs de matériel vidéo, les ingénieurs réclament le passage à l'image progressive, se joignant ainsi aux systèmes d’affichages informatiques. Mais l’attachement du monde de la vidéo au système entrelacé faisait barrage à l’arrivée du progressif. « La clé de cette évolution, c'est le numérique qui a permis le rapprochement entre la Vidéo et l'informatique. Ainsi lorsque les Etats-Unis ont dû définir les nouveaux standards de diffusion numérique qui vont remplacer le NTSC, ce n'est pas un ou deux formats qui ont été définis mais 18, comprenant une large gamme de résolutions et pour certains des modes progressifs ou entrelacés » déclarait un expert de la Commission Supérieure Technique. Ces deux modes d’analyse sont dorénavant notés « p » pour progressif et « i » pour entrelacé. Ils se différencient essentiellement par leur principe d’analyse du mouvement : l’entrelacé permet une grande décomposition du mouvement au détriment de la définition verticale de l’image, le progressif permet d’éviter le désentrelacement lors d’un retour sur film et présente une grande définition verticale. Ainsi, la cadence dite « 25p » correspond à 25 images/s en mode progressif pour une fréquence d’analyse de 25 Hz et la cadence dite « 50i » correspond elle aussi à 25 images/s mais en mode entrelacé et pour une fréquence d’analyse de 50 Hz, ce qui est nettement supérieur. Les 24 et 25p sont destinés à la fiction alors que les 50i et 60i sont destinés à la TVHD. Mais étudions de plus près ces deux systèmes. L’entrelacé Depuis 1936, tous les standards de télévision « cathodique » utilisent le système entrelacé et ceci à différentes définitions : 405, 441, 729, 819, 1029, puis 625 et 525 lignes. Rappelons en quelques mots le principe de l’entrelacé. L’image est constituée de lignes analysées en deux trames, une pour les lignes impaires, l’autre pour les lignes paires. Ces deux demi images proviennent donc d’instants différents. En standard Pal, cette opération est effectuée 50 fois/s pour produire 25 images. En standard NTSC, elle est effectuée 60 fois/s pour produire 30 images. Le choix d'un nombre impair de lignes permet un entrelacement simple : une trame commence son balayage en début de ligne, l'autre en milieu de ligne. Le but est d'économiser de la bande passante, en suivant la voie tracée par le cinéma avec seulement 24 images par seconde, chaque image étant projetée deux fois. Dans le cas du cinéma seule la résolution temporelle (l'analyse du mouvement) est réduite, car la résolution spatiale (la définition de l'image) est intacte.

Avantages : 2 L'analyse du mouvement est excellente, surtout dans les pays à 60 Hz(important pour le sport). 3 Le système entrelacé n'occupe que 5 MHz de bande passante. Inconvénients :

 1 La résolution verticale est réduite de moitié, puisque à un instant donné le système n'affiche qu'une trame et non une image complète. Le 625 lignes à 25 Hz est en fait du 312 lignes à 50 Hz !

2 Le scintillement : la fréquence de 50 Hz est trop basse et produit du scintillement, notamment sur les surfaces blanches. Ce défaut existe aussi au cinéma mais la brillance des écrans est quatre fois plus faible. Pour résoudre ce problème, on utilise un téléviseur 100 Hz appliquant la même technique de double projection que le cinéma.

3 Un détail présent sur une seule ligne n'est présenté qu'une trame sur deux, et est affecté d'un scintillement interligne extrêmement gênant.

4 La réponse temporelle est bonne mais la moitié des lignes sont sur une trame et l’autre moitié sur la deuxième. Dans les traitements informatiques modernes utilisant la compression cela complique les calculs.

5 Pour le retour sur film à l’aide d’un imageur, on peut soit utiliser une seule trame en effectuant une interpolation, soit appliquer un calcul de désentrelacement.

 Le progressif L’image n’est plus composée de deux trames entrelacées discontinues, mais est prise en compte à chaque instant dans son intégralité, à l’issue d’une analyse par balayage progressif. De ce fait, elle s'adapte plus facilement aux trucages numériques que l'image entrelacée et intéresse le cinéma, la photo numérique, le graphisme et l'infographie 3D. La grande astuce du progressif est le « segmented frame » (sF) : l’image est scindée en deux et peut ainsi être enregistrée et transmise sur les équipements conçus pour l'entrelacé. Ce concept permet donc d’éviter les investissements supplémentaires et la nature « p » ou « i » des images n’est plus qu’un paramètre gérable par un « software ». Mais il faut bien faire la distinction entre le procédé mis en oeuvre à l’intérieur d’une caméra progressive et ce qui est enregistré ou transporté par la liaison HD-SDI. A la source, les images HD sont, soit progressives, soit entrelacées. L'image progressive est constituée d'une séquence de 1080 lignes alors que les images entrelacées sont constituées de deux trames de 540 lignes. Il ne s’agit ni de la même fréquence, ni de la même façon de construire le signal. Le concept est de reformater la vidéo progressive à 24 Hz et 1 080 lignes, en deux trames de 540 lignes (segment A et segment B), avec un retard inévitable. Ceci permet de rendre la décomposition temporelle de la vidéo progressive analogue à celle d’un signal entrelacé 50 Hz ou 60 Hz. Les deux moitiés d'image progressive sont appelées segments pour ne pas les confondre avec des trames, mais sont vues comme des trames par un « hardware ». Dans un caméscope 24 PsF à 1080 lignes, le capteur est progressif et acquiert 24 images/s, non entrelacées. Ensuite, les lignes sont ordonnées, sans filtrage ni dégradation, en deux groupes, 540 lignes sur le segment A et 540 lignes sur le segment B, afin d'être acheminées sur un transport 48 Hz. Mais l'image comporte bien 1080 lignes prises au même instant. Pour la visualisation, un moniteur entrelacé fonctionne alors à 48 Hz. Sans le nommer ainsi, les cellules télécinéma réalisent déjà du « 25 PsF » en résolution 625 lignes. En effet, la trame 1 et la trame 2 que reçoit l’enregistreur proviennent bien du même photogramme, donc du même instant. Chaque image est capturée par le support progressif qu’est le film et est véhiculée par un transport entrelacé. Mais elle reste progressive pour toutes opérations qu'elle subit par la suite. Dans une caméra entrelacée équipée d'un capteur 1080 lignes, chaque trame est indépendante, c’est-à-dire que la trame 2 est captée 1/50ème de seconde après la trame 1 et il faut effectuer un filtrage vertical pour éviter le défaut de flicker. Cette opération à pour inconvénient de réduire la définition verticale. Principe du segmented frame (sF) L’apparition du système progressif dans les équipements vidéo apporte donc de nombreux avantages tout en conservant la possibilité d’utiliser des liaisons et des équipements vidéo standard ou commutables. En effet, la simplicité du système permet de concevoir des caméras commutables en 1080/60i ou en 1080/24p utilisant le même capteur. Ces équipements commutables permettent de revenir au mode entrelacé lorsque l'analyse du mouvement est déterminante, pour le sport notamment. Mais il n’est pas possible de garder tous les avantages du progressif avec les équipements vidéo standards et, contrairement aux formats informatiques, il a fallu trouver un compromis sur la fréquence des images afin d'obtenir un signal qui n'occupe pas plus de bande passante que son équivalent entrelacé. Ainsi, la fréquence image est environ la moitié de la fréquence trame et l'effet stroboscopique qui en découle se rapproche de celui d'une caméra film. Mais le système progressif est aussi destiné à la fiction et son intérêt réside dans la facilité du retour sur film et les possibilités de conversion vers les standards de diffusion vidéo conventionnels. Il résulte de ces avantages et de ces contraintes que les bons choix pour les cadences images des formats progressifs sont 24 et 25 images/s comme en cinéma. Pour la diffusion sur film, les cadences de 24 et 25 images/s permettent un retour direct avec un minimum de calcul. Pour la diffusion en vidéo classique, le 25 images/s est facilement exploitable en 50 trames/s et le 24 images/s est convertible en 60 trames/s grâce à la technique du « 3/2 pull down » des télécinémas. Avantages : 1 Le scintillement interligne n’existe plus. 2 L’image est parfaitement stable, surtout avec des fréquences informatiques de 66, 75 ou 80 Hz... 3 La résolution verticale n’est pas altérée par le mode d’analyse puisque à un instant donné le système affiche une image complète. Inconvénients : 1 La bande passante est très élevée. Dans le cas de l'informatique on ne diffuse pas le signal et un simple câble suffit pour relier l'unité centrale avec le moniteur. Avec les transmissions numériques compressées que l'on emploie aujourd'hui, la bande passante n’est plus vraiment un obstacle car l’utilisation de la redondance (CRC) donne au signal progressif un débit à peine supérieur à l’entrelacé. 2 La stroboscopie: la fréquence de 48 Hz est trop basse et produit un effet de stroboscopie, visible sur les moniteurs. La HDcam de Sony fut le premier caméscope haute définition à permettre une captation en mode progressif à différentes cadences et notamment celle du film, d’où la dénomination « 24p » (24 images/s progressif). Elle permet aussi l’enregistrement en mode entrelacé, 50i et 60i. Par contre, les deux caméscopes développés par Panasonic possèdent soit l’une soit l’autre de ces deux caractéristiques : le AJ-HDC20 fonctionne en 1080/50i avec un capteur CCD FIT de 2,2 millions de pixels et un signal quantifié sur 10 Bit A/D et 16 Bit DSP, le AJ-HDC27 fonctionne en 720/60p avec un capteur CCD IT de 1 million de pixels. Grâce à ces équipements commutables le mode d'analyse des images devient un choix accessible à l'opérateur de prise de vues comme la compression des blancs ou la correction de contour. Ce choix dépend du type d'image tournée : fiction, sport, documentaire... et de la diffusion choisie, retour sur film pour des effets spéciaux ou diffusion télévisuelle. Le traitement du signal La qualité du film, ce que certains appellent le « film look » ou le « rendu film », est ce qui distingue les images argentiques des images électroniques. Cela vient de la façon dont le film capture les images. Le film possède une surface sensible constituée de capteurs répartis aléatoirement à l’intérieur de l’émulsion : les cristaux d'halogénure bromure d'argent. Ceux-ci sont exposés à la lumière et réagissent avec le révélateur pour former de l'argent métallique. Ce développement est l'équivalent d'une amplification du signal. Quelques photons capturés par un cristal sont transformés en millions d'atomes d'argent métal. Le processus continu, ajoutant un certain nombre de facteurs. Les colorants réels stockent et reproduisent les formes de la scène, ses couleurs et sa luminance. La science qui mesure la manière dont les émulsions photographiques répondent à l'exposition et au traitement s'appelle la sensitométrie. Selon la définition donnée par Françoise Duclos de Kodak : « La sensitométrie est dans son sens le plus large, la science qui étudie les effets de la lumination et du développement sur les émulsions photographiques.» Une courbe sensitométrique trace la variation de densité (logarithme de l'opacité) de la couche photosensible en fonction de la lumination en lux/seconde (produit de l'éclairement reçu par la durée de l'exposition). L'utilisation d'une échelle logarithmique permet de mieux représenter l'importance relative des basses et hautes expositions. Pour répondre aux caractéristiques sensitométriques du film, les principales étapes de traitement du signal dans les caméras haute définition numériques professionnelles sont les suivantes : • Le PRE-KNEE : Pré compression des blancs, qui réduit la dynamique du signal de 600% à 400% et contrôle le gain de la caméra. • La CONVERSION ANALOGIQUE / NUMERIQUE sur 12 bits. • La CORRECTION DES TEINTES CHAIRS « SKIN » : Deux teintes préalablement mémorisées, le plus souvent des teintes chairs, sont détectées par ce circuit pour une correction de contour spécifique. • Le KNEE : Compression des blancs paramétrable, en fonction des conditions de tournage, pour permettre une restitution plus ou moins importante des sur blancs. • Le MATRICAGE ou MASKING : Ce circuit assure la conversion entre l'espace colorimétrique d'analyse de la caméra, les filtres rouge, vert et bleu placés devant les CCD, et les primaires normalisées de la vidéo. Bien que cette conversion soit normalisée, il est avantageux de pouvoir effectuer un réglage personnalisé, soit pour équilibrer parfaitement des caméras entre elles, soit pour des raisons esthétiques. Les réglages numériques permettent un retour rapide à des valeurs normalisées. • Le GAMMA : Précorrection du signal vidéo avec une fonction de puissance normalisée, inverse de la caractéristique des tubes cathodiques. • La CORRECTION DE PIXEL : Ce circuit analyse le niveau de chaque pixel par rapport à ses voisins et effectue une comparaison avec les deux autres voies. Si une différence supérieure à un certain seuil est mesurée, le pixel est considéré comme défectueux. Le circuit calcule alors une valeur moyenne et effectue le remplacement en temps réel. • Le CONVERSION NUMERIQUE / ANALOGIQUE de sortie. La sensibilité La sensibilité d’un CCD est déterminée par l’efficacité avec laquelle la lumière incidente est convertie en charges électriques et par la quantité de bruit ou de signaux parasites présents en sortie. Par analogie, elle est exprimée en ISO, comme celle d’un film. Mais il faut garder à l’esprit qu’il ne s’agit que d’une analogie. » Comme précisé plus haut, la sensibilité de la Cinealta de Sony est de F10 à 2000 lux, soit environ 640 ISO. Mais il est extrêmement difficile de déterminer avec précision la sensibilité exacte d’une caméra numérique de ce genre. En effet, les possibilités d’intervention sur la courbe de réponse du système, essentiellement le niveau de noir, le niveau de blanc et le contraste, ont des répercutions sur la sensibilité apparente du système. La répartition des coefficients dans les niveaux de quantification influe sur la sensibilité de la caméra. Comme le précise Guy Louis Mier : « L’exposition semble plus proche de l’inversible que du négatif : la saturation fait disparaître les informations (…) et il faut éviter les surexpositions. Travailler en légère sous-exposition est d’autant moins gênant qu’il est possible de modifier le gamma à la prise de vues, voire de récupérer nombre d’informations dans le pied de courbe. » Par contre, comme sur toute caméra vidéo, la fonction « gain » modifie électroniquement la sensibilité de -3 dB à +18 dB, au détriment du rapport signal / bruit. Tommaso Vergallo, directeur des productions Duboicolor, précise à ce sujet : « il y a une différence entre + 3 dB en HD et + 3 dB en Betacam numérique (…) pour le retour sur film. L’augmentation artificielle de la luminosité (…) grisaille l’image (…), augmente le souffle (…), alors qu’en Hdcam, l’état de fourmillement de l’image est vraiment extrêmement minime comparé à la Betacam numérique » Le contraste ou gamma Les confusions sont fréquentes entre le gamma du film, celui de la vidéo, qui n'a de commun avec le premier que le nom, et la sensibilité de l’oeil, qui est constante en pourcentage, c'est à dire, en absolu, beaucoup plus grande dans les basses lumières. La courbe caractéristique sensitométrique « Densité = log Lumination » du film négatif est représentée sous une forme générique par la figure ci-dessous. La pente de la partie rectiligne de la courbe, limitée par le « pied de courbe » et « l'épaule » est appelée gamma. La partie linéaire de la courbe présente une amplitude d'au moins 5 diaphragmes auxquels il faut ajouter la compression des hautes et basses lumières assurées par le pied et l'épaule de la courbe. Ces caractéristiques confèrent au film négatif une latitude d’environ 7 diaphragmes dans la restitution de la gamme de luminance. Pour approcher cette qualité d'analyse, les caméras haute définition utilisent une conversion analogique/numérique sur 12 bits et les circuits de traitement numérique permettent d'ajuster leur fonction de transfert sur une importante gamme de contraste. Il existe plusieurs façons de transcrire numériquement (ou électroniquement) des niveaux de lumière. Bien avant l’arrivée du numérique, la vidéo utilisait déjà une pré compensation du signal sous la forme d'une fonction de puissance. « En télévision, le gamma désigne la fonction de transfert qui régit la relation entre la luminance d'une scène filmée (ou d'une image sur un écran) et le niveau du signal vidéo correspondant. Il ne faut pas confondre ce gamma avec celui du film photochimique, qui correspond à la pente de la partie rectiligne de la courbe sensitométrique du film. ». Cette fonction, qui n'est pas linéaire, a pour but de compenser la réponse des systèmes d’affichage par Tube à Rayons Cathodiques (TRC). C’est la solution qui a été adopté dans les années 30 pour agir sur le contraste des TRC, élément de base des récepteurs de télévision. Elle amplifie les signaux de faible amplitude dès la caméra et assure une très bonne protection contre le bruit des circuits électroniques. Après un bref rappel sur les caractéristiques du tube cathodique, je m’intéresserai à la correction de gamma des caméras vidéo modernes. Il existe deux sortes de TRC : les tubes cathodiques à concentration électrostatique et déflexion électromagnétique et les canons à électrons modernes de type pentode. Les triplets de luminophores rouge, vert et bleu tapissant la face arrière de l’écran ont une réponse linéaire, c'est donc le canon électronique qui caractérise le TRC par une fonction de puissance du type :

If = Intensité du faisceau V = tension du signal A = constante γ = gamma

 Le gamma, compris entre 2 et 3, est constant et dépend des paramètres physiques du tube. Rappelons que le gamma est différent si l'on travaille en HD ou en SD, de même qu'il diffère si l'on oeuvre sur des moniteurs informatiques ou vidéo, ou encore sur des vidéo projecteurs DLP ou ILA. La compensation de la fonction de transfert du tube se fait par une pré-correction du signal à l’intérieur de la caméra. Cette pré-correction est l’inverse de celle du tube, de manière à obtenir une restitution cohérente du contraste de l’image. Le TRC ayant une fonction de γ, la pré-correction est du type 1/ γ. Dans le cas d’une prise de vues HD ou d'images films numérisées avec un scanner, il est possible de choisir d'appliquer une pré-correction ou de rester dans le domaine linéaire. Cette question est beaucoup plus complexe qu'il ne semble, car elle conditionne l'ensemble de la chaîne numérique. Chaque cellule ou site photosensible, du CCD, qu'il soit en matrice ou en barrette, fournit un courant électrique qui est proportionnel au nombre de photons qui atteignent la cellule. On a l'équation suivante : 1 photon incident d'énergie suffisante = 1 électron arraché et accumulé. Le signal de départ, avant toute manipulation, est donc bien linéaire et il représente fidèlement le flux lumineux qui est le nombre de photons passant par une unité de surface en une unité de temps. Il peut être avantageux d'appliquer une pré-correction lorsque le nombre de valeurs numériques disponibles paraît trop faible, en 8 ou 10 bits par exemple, pour capter l'ensemble des nuances du sujet. La répartition d'un plus grand nombre de valeurs dans les basses lumières permet de retrouver une cohérence avec la perception visuelle. Dans ce cas, il s'agit d'un premier calcul sur les images, effectué généralement dans le caméscope ou le scanner même. Si on doit insérer des objets infographiques dans les images réelles, il faut savoir qu'ils sont toujours calculés de manière linéaire. La courbe de transfert théorique des caméras vidéo a un gamma fixe de 0,45 mais, les caméras haute définition permettent de le modifier en 0,40, 0,45 et 0,50 et de régler de façon autonome le « MASTER BLACK GAMMA » ou contraste des noirs. Ainsi, la HDW-F900 possède 6 différents types de courbes de gamma, appelées « GAMMA TABLE », dont la pente ou « COARSE » peut être réglée à 0,40, 0,45 et 0,5 Signal vidéo Éclairement Pour réduire le contraste, on applique une correction quasi-logarithmique qui amplifie les bas niveaux tout en évitant l’amplification du bruit de fond. Mais cette courbe est théorique car sa la pente à l'origine est infinie. La correction serait donc instable et difficilement reproductible d’une caméra à l’autre. Traitement du Gamma dans une caméra Cette démonstration prouve que la pré-correction du signal n'est pas une opération transparente. Très utile dans certains cas, comme en vidéo numérique, elle doit être utilisée avec précautions. La dynamique En film, l’écart ou le rapport de la densité maximale du blanc sur la densité maximale du noir exprime la dynamique de l’image. Pour étendre ses possibilités de capturer des différences de niveaux très faibles, le film emploie des couches multiples avec différentes tailles de cristaux d'halogénure d'argent. C'est comme si on utilisait trois capteurs dans des gammes différentes qui se recouvrent parfaitement. Le résultat est que le film a une très large latitude d'exposition. Il peut capturer simultanément les plus hautes lumières et les ombres les plus profondes. Et, tant dans les ombres que dans les hautes lumières, le film peut reproduire les variations de teintes les plus subtiles. Avec les films actuels à grande latitude d'exposition et des négatifs normalement exposés, peu d'informations importantes d'une image seront exposées sur l'épaule. Au contraire, la plupart des zones blanches de la scène seront enregistrées sur la partie rectiligne de la courbe, ce qui explique pourquoi les films actuels sont si performants pour l'enregistrement des hautes lumières. En vidéo, la dynamique se définit par le rapport entre le niveau de blanc et le niveau de noir. « Les caméras CCD modernes restituent une dynamique d'environ 600% du signal vidéo. Pour utiliser cette dynamique il faut compresser la partie haute du signal, c'est-à-dire les hautes lumières. Cette compression a longtemps été effectuée par des circuits analogiques, qui malgré leurs dérives, offraient une dynamique supérieure au traitement numérique tant que celui-ci était limité à 10 bits. » Aujourd’hui, grâce aux nouveaux convertisseurs analogique / numérique, il est donc possible d'exploiter toute la dynamique des CCD, avec comme avantages le réglage des circuits numériques, leur stabilité et la possibilité de retour à des valeurs mémorisées ou standards. Pour s’approcher d’une gamme dynamique proche de celle du film, le traitement du signal dans une tête caméra vidéo numérique se fait sur 12 ou 14 bits. Mais le manque de dynamique reste l’inconvénient majeur de la vidéo numérique, même si la haute définition présente une amélioration notable sur ce point. « C’est très riche en basses lumières, beaucoup moins en hautes lumières, et l’ensemble n’encaisse pas grand chose. Après post production numérique ou après retour sur film on peut retrouver artificiellement une dynamique (…). C’est 4 à 5 diaphs d’écart de contraste maximum, après il n’y a plus rien en bas ou en haut. Par rapport à du Betacam, c’est très riche en pied de courbe. », déclare Pitof. Le système vidéo, tel que je l’ai décrit dans la partie concernant le gamma ne permet qu'une reproduction de 100% de la gamme lumineuse du tube, soit environ de 0 à 300 nits. Cette gamme très réduite oblige à un écrêtage brutal des niveaux supérieurs (hautes lumières) à 100%, et à des contraintes très strictes sur les conditions d'éclairage. Pour étendre la dynamique, il a fallu procéder à une extension des sur-blancs suivant deux conditions essentielles. Premièrement, il faut disposer de capteurs capables de reproduire une gamme dynamique étendue, avec un bon rapport signal sur bruit. Cela était presque impossible avec les caméras à tubes, alors que les Dispositifs à Transfert de Charges (DTC), communément dénommés CCD (Charge Coupled Device), apparus au milieu des années 70, ont une gamme dynamique de 600% à 1000% par rapport au niveau nominal. Ensuite, la loi de Gamma normalisée a dû être revue pour permettre une reproduction acceptable des sur-blancs. Ces travaux ont été effectués en particulier dans le cadre de la haute définition, où l'exigence de qualité de l'image est la plus forte. Deux compressions successives des blancs ont été introduites dans la chaîne de traitement de l'image pour permettre la reproduction des sur-blancs. La loi de correction normalisée par la SMPTE, sous la référence 240M, a été modifiée pour étendre la dynamique des caméras jusqu'à 200%, soit + 2 valeurs de diaphragme, sans dépasser le niveau maximum de 100%. En d'autres termes, le niveau de 100% de luminance ne correspond plus au 100%, 700 mV, du signal vidéo, mais à 400 mV ou 500 mV, selon les choix de réglages effectués lors du tournage. Après une période où des niveaux de blancs légèrement supérieurs à 700 mV ont été autorisés, l'arrivée des magnétoscopes numériques a imposé de recalibrer le signal vidéo sur 700 mV. Voici l'extension des blancs, appelée "compression des blancs", telle quelle est effectuée sur une caméra moderne. L’extension des blancs Les quatre réglages fondamentaux sont les suivants : • L'IRIS règle la lumière arrivant sur les capteurs.

• Le MASTER GAIN contrôle le niveau nominal de l'exposition.

 • Le KNEE définit à partir de quel point commence la compression.

• L'OVEREXPOSURE, réglage final de niveau, adapte exactement le signal aux 4096 niveaux de la conversion numérique haute définition. Le traitement du signal comprend trois parties principales :

• Le PRE-KNEE, est un prétraitement situé derrière les CCD, qui va comprimer les blancs au-dessus de 200% du niveau nominal. Le pré knee comprime la gamme comprise entre 200% et 1000% pour la réduire à un écart de 200% à 300%. Cette réduction a pour but d'éviter toute saturation dans la chaîne de traitement de la caméra. Cette chaîne de traitement devra tout de même gérer une dynamique trois fois supérieure au niveau nominal.

• La CORRECTION DE GAMMA, telle qu'elle a été décrite précédemment.

• Le POST-KNEE est une deuxième compression, avec un point d'inflexion et une pente variable qui convertit le 300% en 128%.

Cette méthode n'est évidemment possible qu'avec des magnétoscopes analogiques susceptibles d'enregistrer un signal ayant une amplitude de 128%. La loi de gamma des caméras qui, à l'origine, était l'inverse de la fonction de transfert des tubes, a été complètement remise en cause, et l'extension des blancs, appelée plus couramment "compression", est maintenant un réglage opérationnel les caméras. Ce réglage dépend des conditions de tournage et du niveau de surexposition que l'on souhaite autoriser avant l'écrêtage. De ce réglage dépendra le niveau vidéo pour 100% d'exposition, qui sera forcément bien inférieur à 700 mV. La colorimétrie La colorimétrie est la science de la reproduction et de la perception des couleurs. Les émulsions sont enduites sur le film en plusieurs couches pour augmenter la latitude d'exposition. Dans un film couleur, ce système est répété trois fois, une fois pour chacune des couleurs primaires, pour permettre un enregistrement parfait de la couleur. En raison de sa grande dynamique et latitude de pose, le film peut reproduire une gamme étendue de couleurs et des variations de tonalité subtiles, équivalent à de plusieurs milliards de couleurs en numérique. En ce sens, Pitof compare la colorimétrie et le contraste de la 24p à une émulsion inversible : « L’image de la 24p c’est comme de l’Ektachrome (…), il faut la poser au ¼ de diaph (…), on travaille en inversible ». En effet, si l’on s’attache au rendu des couleurs (étendue de la gamme, saturation, et transitions d’une couleur à l’autre), on peut constater de nombreuses similitudes avec un film inversible. Cela dit, un coloriste expérimenté pourrait toujours reprocher à la vidéo de présenter des carences dans la restitution de certaines tonalités, notamment la gamme des rouges. « Une des nombreuses différences fondamentales entre les images analogiques (photochimiques) et les images numériques concerne la saturation. Lors du tournage, la pellicule négative, grâce à sa courbe de transfert, présente une saturation très progressive qui retranscrit une large gamme de nuances. Dans le monde numérique la situation est différente, la courbe de transfert peut être ajustée en fonction des besoins, mais au-delà de la valeur maximum possible du fichier plus aucune valeur n'est restituée, la saturation est totale. », soulignent François Helt de Dust Restauration et Matthieu Sintas de la CST. Dans la HDW-F900, le paramètre « USER MATRIX » du menu « PAINT » permet, par traitement négatif des couleurs, de rééquilibrer la colorimétrie des caméras, selon des normes de réglage colorimétrique préétablies. Les réglages globaux se font dans un tableau : couleur x - couleur y. L’utilisateur a six normes préétablies à sa disposition : SMPTE-240M, ITU-709, SMPTE-WIDE, NTSC, EBU et ITU-609. L’étendue de ces espaces couleur dans le diagramme de la CIE est visualisable sur un vecteurscope et permet de les hiérarchiser entre eux : le SMPTE-240M est celui qui offre la plus grande plage de couleurs et le NTSC la plus réduite. Lors d’une prise de vues destinée à un retour sur film, le contrôle du matriçage permet d’obtenir une équivalence avec les caractéristiques colorimétriques des différentes émulsions film disponibles actuellement, le rendu de la gamme des rouges étant le seul point faible qui persiste. L’opérateur aura donc intérêt à choisir une norme de réglage colorimétrique donnant une étendue suffisante pour éviter de se retrouver en post-production avec des points d’étalonnage trop élevés. Il peut établir son propre espace couleur en travaillant simplement sur les trois canaux RVB, contrairement aux Digital Betacam DVW- 700, DVW-709 et DVW-790 dans lesquelles le contrôle du matriçage se fait sur les canaux R-V, R-B, V-R, V-B, B-R et B-V. Le sous-menu « MULTI MATRIX » permet un réglage de phase couleur par couleur, en changeant à chaque fois de numéro sur une échelle dont le pas varie entre 22° et 23°. Il permet également une modification en teinte et en saturation pour chaque couleur sélectionnée. La balance des blancs reste le paramètre fondamental de l’équilibrage des couleurs en vidéo. Comme les Digital Betacam, la HDCam dispose d’une double roue de filtres : La première, numérotée de 1 à 4, supporte les filtres de densité neutre, la seconde, numérotée de A à D, supporte les filtres de correction de température de couleur. Notons que la valeur d’un filtre de densité neutre en vidéo est égale à son coefficient de transmission alors qu’en film elle correspond à l’inverse du coefficient de transmission. Comme de nombreux caméscopes, la HDW-F900 possède deux mémoires A et B pour la balance des blancs et un position « preset ». La pratique courante des opérateurs film lors d’une prise de vues destinée à un retour sur pellicule est de se placer dans les conditions de tournage film et de favoriser l’utilisation d’un « preset » de température de couleur plutôt que de faire une balance des blancs manuelle. Cela revient à choisir en film une émulsion équilibrée « tungstène » à 3200K ou « daylight » à 5600K. La correspondance est cependant toute relative puisque la position « lumière du jour » de la roue de filtres de correction de température de couleur indique 6300K, la valeur 5600K étant obtenue électroniquement dans la position « Clear » de la roue Filtres de la HDW-F900 Filtres de densité neutre 4 1 = Clear 5 2 = 1/4 ND 6 3 = 1/16 ND 7 4 = 1/64 ND Filtres de correction de TC 1 A = Cross 2 B = 3200 K 3 C = 4300 K 4 D = 6300 K La structure d’image La résolution La structure d’une image en film et en vidéo se définit essentiellement par sa résolution ou définition. La question de la résolution est évidemment déterminante dans la comparaison du film avec la vidéo numérique haute définition. La résolution du film est environ 6 fois supérieure à celle de la haute définition. La réponse en fréquence d'un film et sa fonction de transfert montrent qu'il existe encore des détails lors d'une numérisation à 4000 points par 3000 lignes, même pour les films les plus sensibles. Il suffit de comparer la taille relative d'une image 35mm avec celle d'un capteur CCD haute définition pour comprendre. Ainsi, le film négatif 35 mm répond parfaitement aux besoins des systèmes de télévision haute définition numérique. Dans l’avenir, les films de long-métrage aux formats larges et les téléfilms produits sur support pellicules s’intégreront tout naturellement dans la programmation des chaînes de TVHD. Par contre, les programmes enregistrés sur des formats vidéo standard ou basse résolution paraîtront certainement de médiocre qualité.

Cependant, si le film a effectivement une meilleure définition et une réserve de dynamique supérieure à la vidéo, Larry Thorpe souligne : « Théoriquement, l'enregistrement dans la norme SMPTE 274 M s'effectue jusqu'à 30 MHz de bande passante, c'est-à-dire 1920 pixels par ligne qui apportent des éléments d'information. C'est le spectre fréquentiel quand on est en grand-angle, situation où l'image comporte un maximum de détails fins. Cependant, (…) dans la pratique, on n'obtient jamais plus de 1400 pixels par ligne, car l'objectif de la caméra, puis le télécinéma, ne permettent pas de transmettre plus de 25 MHz de MTF (Modulation Transfer Function). Ainsi donc, le Hdcam qui enregistre en 3.1.1, donc une bande passante de 24 MHz en luminance, est parfaitement suffisant pour produire un résultat comparable au film 35 mm numérisé à travers le meilleur télécinéma. » Françoise Duclos de Kodak définit la netteté de la manière suivante : « La netteté est une composante de la définition, qui est une impression subjective en rapport avec la perception des bords et des contours de chacun des éléments de l'image observée. Il n'y pas de valeur objective directe permettant de mesurer la netteté ou la définition. Par contre on peut faire des analyses quantitatives précises de la perception de la netteté par : le pouvoir résolvant, la fonction de transfert de modulation. Le pouvoir résolvant est la mesure de l'aptitude d'une émulsion à enregistrer le maximum de détails contenus dans une image. Celui ci est mesuré grâce à des mires et s'exprime en nombre de lignes discernables au millimètre (1 paire de lignes par mm = 1 trait noir + 1 trait blanc). La fonction de transfert de modulation met en évidence la capacité d'un film à reproduire les fréquences spatiales complexes d'une mire sinusoïdale. Elle permet donc d'analyser la réponse d'un film aux différentes variations de contraste. ». Pour effectuer les tests de définition d’un film, on peut donc indiquer une valeur en paires de traits par millimètre ou représenter la mesure de la fonction de transfert de modulation (FTM) par une courbe. Fonction de transfert de modulation du film Corrélativement à la question de la définition, se pose en vidéo numérique le problème de l’effet de contour. Ce phénomène, propre aux capteurs CCD, intervient sur la définition apparente de l’image en ajoutant un piqué, souvent peu naturel. Pour « casser » ce piqué, il est possible dans toutes les caméras haute définition de paramétrer le réglage du contour. Dans l’hypothèse d’un retour sur film cette intervention à la prise de vues s’avère nécessaire si l’on veut éviter de mauvaises surprises. Mais la résolution des caméras haute définition rend ce défaut de moins en moins sensible et les opérateurs issus du film préconisent plutôt l’usage de filtres de diffusion de type « Promist » ou les nouveaux « Black Diffusion FX ». Le « grain film » et le « grain numérique » Selon la définition donnée par Françoise Duclos de Kodak, la granulation est : « une impression subjective de non-uniformité d'une surface exposée et développée. Elle est produite par le regroupement aléatoire des colorants dans l'image du film et dépend du rapport d'agrandissement de l'image et de la distance d'examen. »54. Afin de comparer différents films, on effectue donc une mesure de la granularité de ces films. Françoise Duclos poursuit en notant : « La granularité est une mesure objective qui permet d'établir une corrélation avec la sensation visuelle de granulation. Elle est effectuée sur un échantillon exposé et développé, par un micro densitomètre à partir d'une tâche d'exploration circulaire de 48 µm de diamètre avec un rapport d'agrandissement de 12. Elle fait appel à une loi statistique de répartition au hasard, et s'exprime " en écart quadratique moyen " - RMS - (Root mean square). Une granularité inférieure à 5 sera ultra fine et extrêmement fine pour des valeurs comprises entre 6 et 10, très fine entre 11 et 15 et finalement fine entre 16 et 20. Il est important de noter comme repère, qu'un écart de 6% entre deux valeurs de granularité correspond " à une différence juste perceptible " de l'impression visuelle de la granulation. ». Mais il est délicat de comparer les granularité d’un film aux pixels constituant l’image numérique étant donné la structure mobile et aléatoire des grains du film face au capteur CCD dont les photosites sont parfaitement fixes et ordonnés. Toutefois, l’oeil perçoit une « impression de granularité » produite par les variations d’éclairement, de détail, de couleur, de contraste et de mouvement du sujet. Chaque pixel réagit différemment à ces infimes variations et la compression du signal crée un défaut particulier, propre à l’image numérique. Les émulsions enduites sur le film fournissent un enregistrement continu d'une scène. Elles répondent comme nos yeux. C'est un enregistrement analogique qui évite tous les artefacts associés à la numér