Comprendre l'indice de fluidité d'image d'un téléviseur

Comprendre l'indice de fluidité d'image d'un téléviseur

Tous les fabricants de téléviseurs indiquent sur leurs modèles un indice de fluidité d'image, généralement exprimé en Hertz ou simplement par un nombre à 3 ou 4 chiffres accolé à un acronyme dont on ne connait pas toujours la signification. Plus cet indice est élevé, plus l'image en mouvement est sensée être fluide et nette.

Mais que cachent réellement des appellations telles que PQI (Picture Quality Index chez Samsung), PMI (Picture Mastering Index chez LG), PMR (Perfect Motion Rate chez Philips) ou encore BMR et IFC (Backlight Motion Rate et Intelligent Frame Creation chez Panasonic) ?

Comment fonctionne un téléviseur ?

Le principe de fonctionnement d'un téléviseur est simple : une série d'images fixes est affichée suffisamment rapidement pour que notre cerveau fasse un lien entre chaque image et perçoive une image en mouvement. La fréquence de rafraîchissement du téléviseur indique combien de fois par seconde une nouvelle image peut être affichée. Elle est calée sur la fréquence du courant électrique : 60 Hz pour les systèmes qui adoptaient la norme NTSC et 50 Hz pour ceux qui adoptaient la norme PAL. En Europe (système PAL), un téléviseur HDTV lambda peut donc a minima rafraîchir son image 50 fois par seconde, aux États-Unis (système NTSC), 60 fois par seconde.

Téléviseur UHD 4K Samsung

La fluidité : le Graal des fabricants de TV

On l'a tous constaté en regardant la retransmission d'un événement sportif sur un téléviseur LCD basique, les images en mouvement peuvent s'afficher de manière saccadée, floue, avec du scintillement voire un phénomène de rémanence (trace de l'image précédente) sur les téléviseurs dont la fréquence de rafraîchissement n'est que de 50 ou 60 images/seconde.

Technologie Sony Motionflow

Les fabricants ont donc mis en place plusieurs technologies afin d'améliorer la perception des images en mouvements et limiter les saccades, le flou et autres imperfections.

Améliorer la fluidité et la netteté.

La fréquence de rafraîchissement native

C'est le premier élément sur lequel les fabricants de téléviseurs peuvent travailler : utiliser une dalle capable de rafraichir l'image non plus 50 fois mais 100 ou 200 fois par seconde. Avec une fréquence de rafraîchissement native plus élevée, on peut mettre en place un processus qui va permettre d'afficher plus d'images par seconde, pour obtenir à l'écran un résultat plus fluide et plus détaillé.

Avec une dalle capable d'afficher 100 ou 200 images par seconde, il est ainsi possible d'améliorer grandement la fluidité et la netteté des images en mouvement. Pour cela, plusieurs techniques existent : l'insertion d'image et l'interpolation d'image qui font intervenir un véritable processus de traitement vidéo, mais aussi le Backlight Flashing et le Backlight Scanning qui consistent en un clignotement haute fréquence du rétro-éclairage. Ces procédés peuvent être utilisés indépendamment ou conjointement.

L'insertion d'images

Ce traitement vidéo à pour mission d'intercaler une ou plusieurs images entre chaque image originale envoyée par la source. Chaque image originale est simplement clonée pour doubler (100 Hz) ou quadrupler (200 Hz) la fréquence d'origine. C'est un traitement vidéo simple et peu couteux à mettre en place pour un fabricant, puisqu'il n'est pas très gourmand en puissance de calcul et nécessite simplement une dalle capable de rafraîchir son image 100 ou 200 fois par seconde.

L'interpolation d'images

Interpolation d'images intermédiaires

C'est le traitement le plus efficace pour améliorer la fluidité. Dans ce cas, une ou plusieurs images intermédiaires sont "fabriquées" par un processeur vidéo spécialisé très puissant. Celui-ci analyse en permanence l'image envoyée par la source (lecteur Blu-ray, tuner TNT, box ADSL...) et identifie les parties en mouvement entre chaque image source. Il construit alors une ou plusieurs images intermédiaires qui permettent de fluidifier l'affichage et de conserver le niveau de détails sur les images en mouvement.

La fréquence d'affichage peut ainsi être doublée (100 Hz = une image créée entre deux images natives) ou quadruplée (200 Hz = trois images créées entre deux images natives). Les travellings sont nets, fluides, sans saccade. C'est la technologie appelée Intelligent Frame Creation (IFC) chez Panasonic ou Motionflow chez Sony, par exemple.

Backlight Flashing et Backlight Scanning

En plus d'augmenter la fréquence de rafraîchissement native de la dalle et d'intercaler de nouvelles images entre les images d'origine, les fabricants de TV ont mis au point un autre procédé pour améliorer les images en mouvement, réduire les effets de flou et limiter le scintillement : le Backlight Flashing ou Backlight Scanning.

Il s'agit d'un système de clignotement du rétro-éclairage à fréquence très élevée qui double la fréquence déjà obtenue par insertion ou interpolation d'image. Chaque image "entière" (native et insérée ou interpolée) est alors rétroéclairée en deux parties successives : d'abord la moitié inférieure puis la moitié supérieure, ou d'abord la partie centrale, puis les parties hautes et basses, par exemple. Le cerveau interprétant cette alternance d'image comme un doublement de la fréquence d'affichage (sur le même principe que l'entrelacement des images sur les anciens téléviseurs à tube cathodique). Avec cette technique, un téléviseur doté d'un traitement vidéo 100 Hz (fréquence de l'affichage natif multipliée par deux) passe à une fréquence image de 200 Hz, et un téléviseur avec traitement vidéo 200 Hz (fréquence de l'affichage natif multipliée par quatre) passe à une fréquence image de 400 Hz.

Effectuée à la bonne vitesse, l'alternance de portions d'image passe totalement inaperçue et le cerveau est en quelque sorte trompé, la fréquence d'image perçue étant ainsi virtuellement doublée.

Le Backlight Scanning est une version plus avancée du Backlight Flashing : en plus du clignotement à haute fréquence du rétro-éclairage, une modulation de l'intensité du rétroéclairage est effectuée en temps réel en fonction de la luminosité de l'image source.

La technologie Philips Perfect Motion Rate combine interpolation d'images et rétro-éclairage dynamique pour fluidifier les images en mouvement.

Avantages et inconvénients

L'insertion d'image et l'interpolation d'image sont particulièrement efficaces avec des sources vidéo telles que les programmes diffusés à la télévision, les retransmissions d'événements sportifs et les jeux vidéo. La résolution des images en mouvement est excellente et la luminosité du téléviseur n'est pas impactée.
En contrepartie, les images insérées produisent un important effet de lissage qui peut être gênant pour certaines personnes, notamment avec les films de cinéma tournés en 24 images par secondes. On peut ainsi déplorer un rendu étrange, comme si le film avait été tourné avec un caméscope, appelé effet "soap opera" outre Atlantique.
Par ailleurs, l'insertion d'image comme l'interpolation d'image demandent un certain temps de calcul, ce qui peut se révéler handicapant sur les jeux vidéo rapides, en créant un décalage entre le moment où la console envoie l'image vers l'écran et le moment où celle-ci est affichée (phénomène appelé input lag). C'est pourquoi certains téléviseurs proposent un mode jeu dans lequel ces traitements vidéos sont désactivés.

Le Backlight Flashing et le Backlight Scanning permettent en quelque sorte de "tromper" le cerveau : en faisant clignoter très rapidement le rétro-éclairage de la dalle pour afficher successivement des portions de l'image à haute fréquence, le cerveau à l'impression que l'image est rafraîchie plus souvent.
Par contre, l'effet indésirable inhérent à ces techniques est une perte de luminosité (parfois conséquente), induite par les portions de l'image qui ne sont pas rétro-éclairées.

Sur la majorité des téléviseurs, les technologies de traitement d'image peuvent être désactivées (elles le sont d'ailleurs souvent par défaut lorsqu'on choisit le mode image "Cinéma"). Le téléspectateur peut ainsi régler l'image selon ses goûts en fonction de la source (série TV, film, événement sportif...) et activer ou non les différents niveaux de traitement d'image.

La question de la source

Dans certains cas, l'effet de flou peut provenir du fichier source. C'est relativement fréquent avec des films tournés sur de la pellicule (et non en numérique). Le nombre d'images par seconde offert par ce type de support (généralement 24 images par seconde) n'étant pas suffisamment élevé pour les mouvements rapides, un effet de flou est donc inévitable. Sauf à utiliser un lecteur Blu-ray haut de gamme - comme les Oppo BDP-103 et Oppo BDP-105D ou l'une de leurs nombreuses déclinaisons - ou un scaler vidéo - comme le DVDO iScan Duo, ces appareils disposant d'un circuit vidéo très performant, capable d'effectuer une multitude de traitements simultanés pour améliorer l'image.

Oppo BDP-103

Le lecteur Blu-ray Oppo BDP-103 embarque un processeur vidéo Marvel Qdeo Kyoto G2H

Conclusion : comment interpréter les indices de fluidité

Pour se démarquer les uns des autres, tous les fabricants de téléviseurs rivalisent d'appellations marketing pas toujours très explicites, dans une course à l'indice de fluidité le plus élevé. Malheureusement pour le consommateur, ces indices ne sont pas très faciles à comprendre, le nombre indiqué n'étant parfois que la somme des fréquences des différents traitements appliqués : fréquence native de la dalle + nombre d'images traitées par le moteur graphique + fréquence du rétro-éclairage, etc.

L'indice de fluidité permet donc de se faire une idée concernant les performances du téléviseur en termes de traitement d'image. Mais il ne dit rien sur les technologies effectivement mises en œuvre. Ainsi, un téléviseur proposant un indice de traitement de 200 peut être soit un téléviseur avec interpolation d'image à 100 Hz et Backlight Scanning, ou un téléviseur avec interpolation d'image à 200 Hz mais sans Backlight Scanning. Il faut alors être attentif aux fiches techniques des constructeurs qui mentionnent généralement le détail des traitements vidéos et des techniques de rétro-éclairage adoptées par chaque modèle.

Téléviseurs UHD 4K

D'une manière générale, mieux vaut donc privilégier un téléviseur HD ou un téléviseur UHD-4K avec une dalle rapide et un traitement vidéo par insertion ou interpolation d'image à haute fréquence, la technologie de backlight flashing ou backlight scanning pouvant apporter un plus sur certains programmes. À chacun ensuite de paramétrer les différents traitements vidéo proposés par le téléviseur, en fonction de la source, du rendu souhaité et de ses goûts en matière d'image. On peut ainsi très bien utiliser les traitements de fluidité à leur maximum pour regarder du tennis ou du football mais les désactiver sur les films pour conserver un effet cinéma à l'écran, ou encore n'en conserver que quelques uns sur les jeux vidéos, pour éviter de réagir trop lentement lors des actions rapides.