LePhase Alternating Line ouPAL signifiant en français « ligne alternant laphase » désigne un standard international decodage couleur dusignal vidéo analogique, inventé par les laboratoires allemands de la sociétéTelefunken et lancé officiellement à partir de l'été1967.
Le codage couleur PAL peut être éventuellement ajouté à un signalvidéocomposite noir et blanc conformément auxnormes de télévision analogiques à625 lignes désignées par la lettre B, D, G, H, I, K ou N, principalement pour l'Europe et plus rarement à525 lignes à la norme M, pour certains pays comme leBrésil.
Chronologiquement, il est le troisièmecodage de télévision couleur à avoir été développé et breveté ; ses concurrents sont le format américainNTSC développé en 1954 et le standard françaisSECAM développé en 1959, dont le PAL exploite certains brevets. Comme ses homologues SECAM et NTSC, le PAL est progressivement abandonné à partir de la transition vers les formats numériques de la vidéo et de la télédiffusion, notamment à partir du milieu des années 1990.
Breveté en décembre 1962 enAllemagne parWalter Bruch (1908-1990) pour le compte de la sociétéTelefunken puis mis au point durant les années 1964 et 1965 dont il reprend certains brevets du Français Gérard Melchior pour le compte de laCompagnie française de télévision, le codage PAL est officiellement exploité à compter de 1967, principalement en Europe, dans certains pays d’Amérique du Sud, enAustralie et dans certains pays d’Afrique. Depuis 1995, la totalité des téléviseurs couleurs commercialisés dans les pays exploitant leSÉCAM intègrent obligatoirement des circuits compatibles PAL (par la prisePéritélévision).
La télévision italienne publique va longtemps hésiter entreSÉCAM et PAL. Pour ses productions de 1964 jusqu'en 1977, la RAI exploite principalement le625 lignes noir et blanc.
En Italie, il faut attendre le, pour que la télédiffusion en couleur soit officiellement lancée. Toutefois plusieurs dizaines de chaînes privées locales pour la plupart, commerciales, ont déjà franchi le cap et exploitent le standard PAL depuis 1976[1].
Dix ans après laFrance, leRoyaume-Uni, l'Allemagne et la plupart de ses principaux voisins européens, l'Italie a pris un considérable retard. Elle a subi des tergiversations politiques pour choisir entre les deux standards européens sur pression de la France, d'une part, et de l'Allemagne et du Royaume-Uni, de l'autre. Durant cette période, seuls les frontaliers peuvent espérer recevoir en couleurs, notamment les chaînes françaises et monégasques ou plus au nord de la péninsule, les chaînes de laSuisse.
À partir de la fin des années 1960, l'opposition entre différents partis politiques italiens sur le sujet, suspend le choix officiel du standard couleur durant de longues années. Le sénateur républicainUgo La Malfa fait même débattre d'une question parlementaire pour« empêcher l'abandon du noir et blanc sobre, au profit d'un écran couleurs vaniteux et consumériste »[1]. En 1972, alors qu'en Italie les Jeux olympiques de 1972 sont retransmis alternativement par le système SECAM et le système allemand PAL, ce même sénateur fervent opposant du standard français, va jusqu'à menacer la coalition gouvernementale à laquelle il appartient de retirer son soutien dès lors que le système français soit adopté par l'Italie, provoquant ainsi infailliblement sa chute[2].
Pour autant, depuis le début des années 1970, la société italienneIndesit, en collaboration avec le groupe publicSEIMART (Société exercice d'entreprises industrielles radio et TV), développe son propre standard couleur. Intitulé I.S.A. ou « ISA » (Identification à Suppression Alternée), l'objectif consiste surtout à éviter de payer des licences / brevets aux concepteurs des standards Sécam et PAL. Il va toutefois rester au stade expérimental.
À partir de 1974, le service public Italien procède sur ses émetteurs, à des tests quotidiens le matin de 10 h à11 h et l'après-midi de 15 à 16 h, diffusant des émissions et des mires codées en PAL. Le 11 août 1975, le choix pour le PAL est officiellement adopté par l'Italie, ce qui met un terme au standard national « ISA » mais ses téléspectateurs doivent encore attendre.
Le 15 juillet 1976, le monopole d'État de la télévision italienne est brusquement abandonné. Une faille de la loi permet de libéraliser les ondes sur tout le territoire italien. Des milliers de stations de radio locales apparaissent rapidement, accompagnées de centaines de chaînes de télévision, principalement commerciales, ayant adopté le PAL pour leur diffusion[3].
L'une des évolutions de ce standard européen à avoir été commercialisée est le « PALplus » développé à la fin des années 1980[4] et mis en service en Allemagne à partir de 1993. Cette évolution permet de restituer une image optimisée au format 16/9.
Le standard PAL est une évolution du standardNTSC qui est le premier standard couleurs électronique breveté (après les systèmes mécaniques américains) et il exploite également plusieurs brevets issus du standardSÉCAM français (séquentielcouleuràmémoire) créé au début des années 1960, lequel a corrigé les principaux défauts du codage couleurs américain créé en 1953.
Lorsque la caméra vidéo couleur enregistre un point de l'image avec son capteur, elle produit trois signaux distincts : un rouge, un vert et un bleu. Ils composent la teinte et la luminosité de chaque point. Ces trois valeurs représentent les coordonnées de ce point dans l'échelle de couleur et de luminosité que l'œil humain est capable de percevoir car il ne dispose que de cellules sensibles à ces trois couleurs primaires, ainsi qu'à la luminosité. On peut par une transformation mathématique remplacer les valeurs RVB par trois autres valeurs équivalentes : teinte, saturation (le rapport gris / couleur) et intensité (la puissance lumineuse totale du point, indépendante de sa couleur).
Un signal de télévision en couleurs comprend trois éléments : un signal noir et blanc dit deluminance, symbolisé par la lettre Y, qui représente l'intensité ou parfois le contraste et deux signaux de couleurs B–Y et R–Y souvent désignés par les lettres U et V (dans le formatYUV, il faut en réalité appliquer des coefficients à R – Y et B – Y pour les obtenir). Ces deux valeurs sont considérées comme les composantes d'un vecteur qui génère la couleur : l'angle que fait le vecteur par rapport à U représente la teinte et sa longueur, la saturation (figure 1 ci-dessous).
En PAL et en NTSC, il faut pouvoir transmettre les deux composantes de la couleur à la fois. On utilise pour cela une modulation d'amplitude en quadrature (QAM), ce qui revient à prendre deux porteuses de même fréquence mais décalées de 90°, à mettre U sur l'une et V sur l'autre (chacune subit donc une modulation d'amplitude classique et on les additionne ensuite). On voit qu'avec deux sinusoïdes décalées de 90° (un quart de période) l'une est à son maximum lorsque l'autre est à zéro. On comprend donc intuitivement que si on extrait le signal à ce moment-là, on aura une des informations sans être perturbé par l'autre. Et la seconde information 90° plus tard. En pratique, on procède autrement (multiplication par un signal en phase avec celui que l'on veut extraire), mais vu de cette façon, il est clair que l'information des deux composantes n'est pas mélangée de façon irréversible et peut être retrouvée à la réception. Cette modulation permet donc de loger deux fois plus d'information dans la même bande passante, mais au prix d'une certaine vulnérabilité, car lors du parcours du signal entre sa source et la destination, il peut se produire une rotation du vecteur de couleur (en particulier du fait des appareillages électroniques traversés), ce qui modifie la couleur que l'on cherche à transmettre.
Afin d’éliminer les variations decolorimétrie, fréquentes lors de la modulation (télédiffusion) en NTSC, il a été choisi en PAL d’inverser une des deux composantes de couleur une ligne sur deux : un défaut apparaissant sur une ligne est alors inversé sur la ligne suivante, ce qui permet de l'annuler. L'idée de faire alterner les informations colorimétriques d’une ligne sur l’autre provient du SÉCAM, ainsi que celle de la recombinaison de l'information contenue dans ces deux lignes de balayage au moyen de la ligne à retard inventée par l’ingénieurHenri de France (1911-1986) et mise en œuvre d’abord dans le système SÉCAM pour permettre la mémorisation d’un signal décalé dans le temps et reproductible d’une ligne sur l’autre. Dans ce standard, on ne transmet qu'une seule des deux composantes de couleur, en alternant les signaux U et V d’une ligne à l’autre. La composante manquante est copiée de la ligne précédente grâce à uneligne à retard de64 µs mémorisant ce signal ; la ligne à retard a trouvé une autre application à la fin des années 1970 en télévision pour lechiffrement analogique (typeCanal+ en 1984) où plusieurs retards programmables sont combinés pseudo-aléatoirement sur diverses parties du signal suivant un ordre défini par la clé de chiffrement.
Ce point représente la principale différence entre PAL et SÉCAM. Télédiffusé, le PAL transmet à chaque ligne les deux informations de couleur au moyen d'une modulation QAM de la sous-porteuse en inversant V sur les lignes dites « PAL » (identifiées par la phase de la sous-porteuse qui alterne de 180° d’une ligne à l’autre, les trames étant identifiées par une salve de lignes initiales déphasées de ±45°), le SÉCAM ne transmet qu'une seule des informations de couleur à chaque ligne, en alternance au moyen d'une modulation de fréquence de la sous-porteuse mais dont la fréquence de repos (et la largeur de bande de modulation) alterne suivant la nature du signal transporté (U ou V, en fait Dr ou Db car le modèle colorimétrique est légèrement différent pour pouvoir s’adapter à la bande passante changeante du signal chromatique). L’identification couleurs de chaque trame (remplacée en 1980 par l’identification des lignes) se fait en SÉCAM en détectant laquelle des deux fréquences de sous-porteuses est utilisée sur la première ligne, là où en PAL on doit détecter l’alternance de phase (qui n’est détectable qu’en extrémité de ligne lors de la synchro de retour de balayage).
Il semble y avoir deux fois plus d'information dans le signal PAL, mais en fait l'un comme l'autre réduisent la résolution verticale de la couleur d'un facteur deux dans l'image finale, de par la nécessité de combiner deux lignes considérées comme identiques. Ce n'est pas gênant dans la mesure où la résolution de cette même couleur dans le sens horizontal est déjà diminuée de façon beaucoup plus importante à cause de la bande passante très limitée qui lui est accordée.
On peut donner dans un premier temps une explication simplifiée du procédé de correction des erreurs, en faisant comme si on inversait totalement la phase de la couleur (en réalité, on ne modifie qu'une des deux composantes) :On admet que d'une ligne à la suivante, la couleur sera approximativement identique, tout comme la perturbation apportée par la transmission.Considérons que l'émetteur, au moment où la caméra balaye le pointp. 1 de la ligne 1, transmet une couleur CE. La transmission lui ajoute une erreur Er et le poste de télévision reçoit finalement
Le récepteur inverse également cette valeur pour obtenir CR2 = CE – Er.On reprend alors CR1 à la sortie de la ligne à retard, et on fait la moyenne avec CR2 :
L'erreur est ainsi éliminée et on retrouve la couleur émise originellement (en réalité pas totalement, voir fin de l'explication détaillée).
À la ligne suivante, les rôles sont échangés, c'est la ligne inversée qui est prise sur la ligne à retard. Un permutateur synchronisé permet de sélectionner à chaque ligne celle des deux sources (directe ou retardée) qui devra subir l'inversion.
De façon plus détaillée (se référer au schéma) :
Supposons que la teinte initiale corresponde à un angle de 45° (exemple qui nous permettra de nous repérer par rapport à la bissectrice).L'émetteur va produire la couleur CE1 à 45° sur la ligne 1 (ligne « NTSC »), mais va inverser la composante V sur la ligne 2 (ligne « PAL ») pour produire une couleur CE2 à –45° (figure 2).
La transmission va provoquer la rotation des deux couleurs reçues. On voit que cela va éloigner celle de la ligne 1 de l'axe horizontal (ce sera notre CR1), mais en rapprocher celle de la ligne 2 (figure 3).
Le récepteur inverse à nouveau la composante V, ce qui ramène la couleur de la deuxième ligne dans le quadrant positif (on la considère comme notre CR2), mais a aussi pour effet d'inverser le défaut de rotation subi. CR1 et CR2 sont donc décalées d'un angle symétrique de part et d'autre de la couleur d'origine. Autrement dit, la bonne couleur est sur leur axe médian, ici la bissectrice (figure 4).
On sait que la somme de deux vecteurs sera sur cette médiane, on additionne donc CR1 et CR2, puis on divise par deux pour se ramener à l'amplitude d'un seul signal (la moyenne, donc). On retrouve ainsi l'angle, et donc la teinte d'origine (figure 5). Cependant, puisqu'il s'agit de compenser une rotation, on aurait dû se retrouver sur l'arc de cercle vert. La méthode de la moyenne permet de s'en approcher, mais il reste une petite erreur de longueur (segment rouge) sur la couleur finale CR qui sera affichée, ce qui correspond à une erreur de saturation.
Le PAL produit donc une petite erreur sur la saturation d'autant plus élevée que l'erreur de transmission est grande, mais peu gênante dans les cas pratiques. À noter que cette erreur n'est pas un défaut intrinsèque au signal PAL, mais est introduite par l'utilisation d'une méthode de décodage approximative. Cependant, il est alors difficile de faire mieux dans des limites de coût et de complexité raisonnables avec l'électronique analogique de l'époque.
Pratiquement, la somme vectorielle est obtenue en additionnant les composantes (U1 + U2 d'un côté, et V1 + V2 de l'autre) et en atténuant d'un facteur 2, une opération classique en électronique.
Il est parfois mentionné la possibilité de travailler en « simple PAL », sans ligne à retard, l'œil étant alors chargé de recombiner les deux lignes sur l'écran même. En vérité, cette configuration ne permet pas d'atteindre une qualité compétitive avec les deux autres systèmes et produit des défauts bien visibles, à tel point qu'elle a parfois été utilisée en studio, justement pour pouvoir juger facilement à l'œil sur un moniteur dédié de l'état courant de déphasage de la couleur dans une installation.
Il est important de ne pas commettre de confusion entre les formats vidéos en usage dans les différents pays comme lanorme de télédiffusion (type de modulation, formats des signaux vidéo et audio, etc.) avec le codage couleur ou « standard » (NTSC, SECAM ou PAL).
Du fait des nombreux principes communs utilisés pour leur codage et le plus souvent leur format utilisant un signal vidéocomposite à625 lignes, les standards PAL et SÉCAM sont aisément compatibles, grâce à un transcodeur. Cet appareil conserve intactes les valeurs de résolution et d’affichage (généralement625 lignes et 25 images par seconde) en transcodant uniquement les signaux dechrominance.
En l'absence de transcodeur, les images s'afficheront en noir et blanc.
En revanche, entre les formats625 lignes européens et525 lignes américains, avant de procéder au transcodage du standard couleur, il convient d’exploiter un convertisseur, lequel va compenser ou traiter la cadence d’images par seconde (25 pour le625 lignes ou environ 30 pour le525 lignes) et la résolution image (525 ou625 lignes). En dehors des très coûteux équipements professionnels de type « broadcast » (télédiffusion), un convertisseur PAL/NTSC procure une image de qualité médiocre, produisant le plus souvent des effets de saccade, perte de définition, couleurs moins fidèles, bruit de fond…
Les formats vidéos ou systèmes en usage dans les différents pays sont spécifiés par des formulations de type "PAL I", "SECAM L", "NTSC M"... Le premieracronyme spécifie la méthode de codage de la couleur et uniquement cela. Tous les autres paramètres (nombre d'images par seconde, nombre de lignes par image, type de modulation, fréquence de la sous-porteuse...) sont décrits dans lanorme de télédiffusion référencée par la lettre qui suit, laquelle ne concerne pas le codage couleur.
La variante PAL-M existe pour la compatibilité avec le format NTSC. Il est principalement utilisé sur les réseaux de diffusion câbles et satellites analogiques américains et asiatiques. Cette variante n’est utilisée en diffusion hertzienne terrestre analogique qu’au Brésil.
(le signal Q du NTSC transporte simultanément ses deux composantes colorimétriques sur la même sous-porteuse modulée en amplitude, sans alternance ni ligne à retard, mais en quadrature de phase l’une par rapport à l’autre. C’est son plus gros défaut car la phase est techniquement difficile à détecter et stabiliser précisément, d’autant plus difficile que le signal Q est modulé en amplitude, ce qui est la source des aberrations chromatiques et constants réglages sur les appareils de réception et démodulation NTSC).
Cette variante est adaptée au format16/9. Elle permet de reproduire un signal pour les téléviseurs à écran large respectant l’intégrité des576 lignes utiles. Cette norme entièrement compatible avec les téléviseurs standards ne peut être reçue qu’avec un décodeur spécifique ou un téléviseur compatible. Elle est de plus aujourd’hui supplantée par la diffusion en numérique d’émissions « anamorphosées » destinée exclusivement aux téléviseurs 16/9. Ce mode de transmission est notamment utilisé par les chaînes publiques et régionales allemandes.
Uniquement présent en sortie vidéo d’appareils vidéo domestiques (tels que lecteurs DVD, VHS uniquement en lecture, LaserDisc, consoles de jeux vidéo…), ce signal exploite le balayage (synchronisation) du NTSC (525 lignes et 30 images entrelacées par seconde) et la chrominance PAL. Il permet une relative compatibilité des appareils nord-américains et asiatiques avec certains téléviseurs européens. Il permet de stabiliser l'image mais elle reste en noir et blanc. Certainsjeux vidéo permettent de choisir ou non l'affichage en 60 Hz.
Dans les années 1980, l'espace réservé aux signaux de synchronisation est devenu moins utile en raison du perfectionnement de l'électronique des récepteurs, et une petite partie a pu être réutilisée pour le transport de certaines données numériques de type Teletexte (Antiope sur leSECAM).
LesDVD encodés pour les normes 625/25 sont souvent désignés comme étant de type « PAL », mais c'est un abus de langage, car il s'agit d'un support numérique, n'ayant conservé aucun des principes de fonctionnement du standard analogique. Le format d'image stocké sur ces disques est de 720 × 576 pixels (le contenu réel en termes de fréquences spatiales pouvant être plus limité du fait de la compression). La méthode recommandée pour connecter de tels lecteurs est d'exploiter les signaux RVB de la prise Péritel. Seul compte alors le format de balayage 625/25, qui est commun au SECAM et aux PALs européens, et donc indépendant de ces standards.
Le Laserdisc est un ancien support analogique (du moins pour ce qui concerne l'image) qui exploite un authentique signal PAL (ou NTSC) pour moduler une porteuse en fréquence dont les arches positives et négatives sont ensuite reportées à la surface du disque sous forme de cuvettes et de plats disposés le long du sillon. La bande passante plus élevée du PAL par rapport au NTSC, associée à celle plus faible du disque (car sa vitesse de rotation est réduite dans le rapport des cadences d'images 25/30), laisse moins de place pour le son. Pour cette raison en PAL, il convient de faire un choix entre son numérique PCM ou analogique FM , alors que les pressages NTSC peuvent exploiter les deux. Les disques NTSC sont également les seuls à proposer (parfois) du son numérique au format AC3 (Dolby Digital). En revanche, les versions PAL offrent un mouvement plus fluide sur les films (pas de 3:2 pulldown), ainsi qu'une durée plus grande due à la rotation plus lente, couplée à un raccourcissement du film dans la proportion de 24/25 (PAL speed-up). La durée d'une face CLV en PAL est de 64 min (contre 60 en NTSC), donc 128 min par disque. Mais du fait du PAL speedup, ce temps permet de stocker 133 min 30 s du film d'origine, contre 120 min en NTSC. Un disque PAL peut donc contenir des films plus longs, avec une meilleure définition et un rendu du mouvement plus proche de l'expérience cinéma. Malgré tout, beaucoup d'utilisateurs considèrent alors que ce sont les versions NTSC qui fournissent les meilleurs pressages.
Les cassettes VHS au format PAL procèdent à un réarrangement du signal mais en conservent le principe. Du fait de leur faible bande passante, cependant, la résolution horizontale est limitée à environ240 points par ligne (hors améliorations telles que le VHS-HQ, ou le S-VHS). La résolution verticale de575 lignes (en analogique) est forcément conservée pour assurer la compatibilité. Dans la période finale des magnétoscopes, il est devenu courant d'assurer la compatibilité avec le SECAM en convertissant ce dernier en PAL pour l'enregistrement. Comme pour les Laserdiscs, une cassette physiquement identique permet une durée d'enregistrement un peu plus longue en PAL qu'en NTSC. Concernant les caméscopes, les formats Vidéo 8 mm / Hi8 ne proposent que le PAL. Par contre, le VHS-C supporte également le SECAM.
Quant au spectateur recevant une image PAL par voie hertzienne, il doit généralement se contenter de l'équivalent de 300 à 400 × 575 du fait d'implémentations à bas coût popularisées principalement par les fabricants japonais, et qui ont fini par se généraliser (coupure de la partie haute du spectre luminance partagée avec la couleur). Même en supposant une qualité de réalisation maximale, le PAL I (un des meilleurs) n'aurait pu atteindre que570 points de résolution horizontale environ (limité en cela par la bande passante de 5,5 MHz attribuée par la norme I).
Les téléviseurs commercialisés depuis 1995 sont compatibles PAL. Dans toute l’Europe, la norme 625/25 est exploitée par ces téléviseurs, les lecteurs ou enregistreursDVD européens, lesjeux vidéo et autres lecteursDivX, mais c'est finalement rarement sous forme d'un signal au véritable standard PAL. La prisePéritélévision, rendue progressivement obligatoire sur tous ces appareils, offre une entrée par signaux RVB qui est de ce fait indépendante du codage PAL ou SECAM, bien qu'elle comporte aussi des broches dédiées aux signaux composites (qui permettent d'utiliser ces standards au besoin). La diffusion numérique (satellite,câble numérique,TNT, l’ADSL) TV utilise les sources au format 625/25 (SD) exploitées par les chaînes de télévision. Les appareils numériques peuvent intégrer des modulateurs et démodulateurs analogiques PAL (entrée et sortie) pour les rendre compatibles avec les téléviseurs conventionnels.
Dans sa forme télédiffusée, le concurrent SÉCAM n’était plus exploité qu’en diffusion analogique terrestre et a disparu en 2010 en Europe, avec la numérisation complète des émetteurs (TNT).
Élaboré afin de combiner les avantages respectifs du NTSC et du SÉCAM à une époque où l’industrie électronique ne produit pas en masse, le PAL a été affublé durétro-acronymePayer l’Addition de Luxe (le SÉCAM a pour sa part celui deSystème Élégant Contre les AMéricains ou celui deSuprême Effort Contre les AMéricains et le NTSCNever Twice the Same Color traduisible en « Jamais deux fois la même couleur »). Au milieu des années 1970, la part de marché du PAL a permis de réduire davantage son coût de revient au détriment du SÉCAM. L’arrivée du lecteurDVD et des offres TV satellitaires en France a obligé à utiliser d'autres modes de connexion que le SECAM sans pour autant recourir systématiquement au PAL (Prise Peritel en RVB, et plus récemment HDMI) l'important étant encore une fois la compatibilité au niveau du balayage en 625/25.
Liste des pays qui utilisent ou ont utilisé le système PAL pour diffuser des chaines detélévision hertzienne. La plupart ont ensuite converti leurs émetteurs à la norme numériqueDVB-T.
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