Comment lire les barres SMPTE, les barres EBU et la mire PM5544

Notre test d’écran TV propose trois mires plus anciennes que la plupart des personnes qui les utilisent : les barres de couleur EBU, les barres de couleur SMPTE et la mire Philips PM5544. Elles ont été créées pour la télévision analogique, pour régler les moniteurs de studio et occuper l’écran entre les programmes. Une bonne partie de ce qu’elles devaient mesurer n’existe plus à l’intérieur d’un écran moderne. Certaines choses subsistent, et quelques éléments ont trouvé de nouveaux usages.

Voici d’où vient chacune, ce que chaque partie devait vérifier et ce qu’il reste utile d’observer sur un téléviseur, un moniteur ou un projecteur. Nous sommes retournés aux normes et aux articles publiés par les ingénieurs de l’époque. Ils sont indiqués à la fin.

Pourquoi les barres de couleur sont dans cet ordre

Les barres de couleur suivent presque toujours l’ordre blanc, jaune, cyan, vert, magenta, rouge, bleu, souvent avec du noir à la fin. Cet ordre n’est pas arbitraire. Chaque barre est l’une des huit façons d’allumer ou d’éteindre complètement les trois couleurs primaires. Représentez chaque barre par trois interrupteurs, dans l’ordre vert, rouge, bleu : les barres décomptent en binaire, de 111 pour le blanc à 000 pour le noir. Trois signaux carrés suffisent à un générateur pour les dessiner : le bleu change à chaque barre, le rouge toutes les deux barres et le vert toutes les quatre.

Le même décompte classe les barres par luminosité. Le vert fournit l’essentiel de ce que l’œil perçoit comme lumineux, le rouge moins et le bleu le moins. Dans la formule vidéo de définition standard ITU-R BT.601, la luminance vidéo, ou luma, vaut 0,587 fois le vert, plus 0,299 fois le rouge, plus 0,114 fois le bleu. En faisant la somme pour chaque barre, on obtient blanc 100 %, jaune 89 %, cyan 70 %, vert 59 %, magenta 41 %, rouge 30 %, bleu 11 % et noir 0. Chaque barre est plus sombre que la précédente : elles servent donc aussi d’échelle de gris.

Les générateurs électroniques de barres de couleur remontent aux premières années de la télévision en couleur. Les ingénieurs de RCA Norbert Larky et David Holmes ont déposé un brevet pour un générateur de mire couleur en 1951. Il leur a été accordé en 1956.

La plupart des barres n’utilisent pas les couleurs à leur niveau maximal, pour une raison pratique. ITU-R BT.471 désigne les signaux de barres par quatre nombres : le niveau de la barre blanche, celui de la barre noire, puis les niveaux maximal et minimal des barres colorées, chacun en pourcentage du blanc. À pleine amplitude (100/0/100/0), le signal de couleur du jaune et du cyan dépasse le blanc d’environ un tiers : de 131 à 133 unités IRE contre 100 en NTSC, selon le guide explicatif de SMPTE. Avec les barres SMPTE à 75 %, le jaune et le cyan culminent exactement à 100. Les barres courantes maintiennent donc les couleurs à 75 %, ce qui garde le signal de test dans la plage du système qu’il vérifie.

Les barres de couleur EBU

Barres de couleur EBU : blanc, puis jaune, cyan, vert, magenta, rouge et bleu à 75 %, puis noir — Les barres de couleur EBU (100/0/75/0) telles que notre test les affiche.

Les barres EBU sont du type 100/0/75/0 : le blanc au niveau maximal, les six couleurs à 75 %, puis le noir. Leur nom EBU vient de leur utilisation dans la télévision européenne ; la norme ITU les appelle simplement 100/0/75/0.

Notre fichier dessine huit barres égales dans un cadre 4:3, de 768 par 576, les dimensions d’une image PAL en pixels carrés. Sur un écran large, la huitième barre, noire, se confond avec la bande noire sur le côté. C’est normal.

Sur un écran moderne, regardez trois choses :

Chaque barre doit être uniforme. Une seule couleur, régulière du haut en bas. L’image est parfaitement uniforme : une barre dont la teinte change, ou qui semble plus lumineuse au milieu qu’aux extrémités, révèle le comportement de la dalle ou de son rétroéclairage.
Les barres doivent s’assombrir par paliers. Baissez complètement le réglage Couleur (saturation) du téléviseur : les barres deviennent un escalier de gris qui s’assombrit de gauche à droite, avec un palier distinct à chaque fois. Remettez ensuite le réglage à sa position initiale.
Les couleurs doivent être soutenues, sans paraître fluorescentes. En mode Vif ou Dynamique, le jaune et le cyan tendent à devenir éclatants, et de fins contours clairs ou sombres apparaissent entre les barres. Ils viennent de l’accentuation du téléviseur, pas de la mire.

Les barres EBU ne conviennent pas au contrôle en bleu seul décrit plus bas. Leur barre blanche est au niveau maximal, tandis que le bleu des barres colorées est à 75 % : en bleu seul, la barre blanche paraît donc toujours plus lumineuse. Les barres SMPTE commencent par un gris à 75 %, ce qui donne la même quantité de bleu aux quatre barres qui en contiennent.

Les barres de couleur SMPTE

Barres de couleur SMPTE : sept barres à 75 %, une fine bande de plages en ordre inverse et une rangée inférieure avec −I, blanc, +Q, noir et les bandes PLUGE — Les barres de couleur SMPTE, dans la disposition 4:3 de SMPTE EG 1.

Les barres SMPTE sont la mire que la plupart des Américains imaginent en entendant « barres de couleur ». Elles sont nées pour résoudre un problème précis. En 1977, A. A. Goldberg, du CBS Technology Center, les a présentées au congrès d’ingénierie de la NAB. CBS étudiait depuis 1975 la dérive des moniteurs de studio. Il fallait les vérifier, généralement avant chaque émission, pour que tous les moniteurs d’une régie donnent la même image. Pour régler la couleur et la teinte, on éteignait habituellement les canons rouge et vert, puis on comparait les barres bleues à l’œil. La méthode manquait de précision : les barres à comparer étaient éloignées, le bleu d’un moniteur pouvait varier d’un côté à l’autre de l’écran et l’œil est peu sensible au bleu.

La modification de Goldberg était modeste. Sous les barres principales, il a ajouté une fine bande de plages en ordre inverse : chaque barre à égaliser avait sa correspondante juste en dessous. Dans la zone noire en bas à droite, il a ajouté un signal PLUGE pour le niveau de noir. CBS a utilisé cette nouvelle mire pendant six mois dans les installations de son réseau à New York et constaté que les réglages à l’œil étaient aussi précis que ceux faits avec un photomètre de précision. CBS a choisi de ne pas la breveter, la plaçant ainsi dans le domaine public. SMPTE l’a publiée sous la référence ECR 1-1978, puis comme guide d’ingénierie EG 1-1990.

Notre fichier reprend cette disposition :

Les deux tiers supérieurs : sept barres à 75 %, en commençant par du gris plutôt que du blanc.
La fine bande : bleu, noir, magenta, noir, cyan, noir, gris. Ce sont les quatre barres du dessus qui contiennent du bleu, en ordre inverse, séparées par du noir.
Le quart inférieur : −I, un carré blanc à 100 %, +Q, du noir et les trois bandes PLUGE dans la zone noire à droite. −I et +Q sont des signaux de couleur NTSC destinés à vérifier un décodeur au vectorscope ; sur un écran d’ordinateur, ce sont deux carrés sombres qui ne vérifient rien.

Couleur et teinte, en bleu seul

Passez l’écran en bleu seul. Certains téléviseurs et projecteurs proposent ce mode dans leurs réglages experts ou de calibration. Un filtre bleu profond placé devant les yeux remplit le même rôle ; certains disques de calibration en fournissaient un. Seules les barres contenant du bleu restent allumées : gris, cyan, magenta et bleu, avec les plages situées en dessous.

Couleur (saturation) : ajustez le réglage jusqu’à ce que les deux barres extérieures, grise et bleue, correspondent aux plages juste en dessous.
Teinte : ajustez le réglage jusqu’à ce que les deux barres intérieures, cyan et magenta, correspondent aux leurs.

Réglez d’abord la couleur, qui agit sur les quatre barres, puis la teinte. Lorsque les deux réglages sont corrects, la limite entre chaque barre et sa plage disparaît. Un téléviseur alimenté par un ordinateur n’a plus de décodeur analogique susceptible de dériver, mais ses réglages Couleur et Teinte agissent toujours sur l’image. À leur position neutre, dans un mode Cinéma ou Filmmaker, les barres et les plages devraient déjà correspondre. Si ce n’est pas le cas, un réglage a été modifié ou le mode d’image ajoute sa propre coloration.

PLUGE et niveau de noir

PLUGE vient de Picture Line-Up Generating Equipment, une idée de la BBC. Une note de 1966 dans Electronics Letters, signée S. F. Quinn et C. A. Siocos, de la Canadian Broadcasting Corporation, en décrit le principe. Dans une zone noire se trouvent deux bandes étroites, l’une légèrement plus noire que le noir, l’autre un peu plus claire. Baissez la luminosité jusqu’à ce que la bande sombre se fonde dans le noir environnant, tandis que la plus claire reste visible. Le noir est alors aussi profond que possible sans faire disparaître les niveaux supérieurs.

Quinn et Siocos ont également observé quelque chose qui reste valable. Ils ont mesuré la lumière réfléchie par l’écran d’un moniteur éteint et constaté que le bon réglage PLUGE variait avec elle ; leurs chiffres ne s’appliquaient plus dans une régie très éclairée. ITU-R BT.814, la norme internationale actuelle pour PLUGE, dit la même chose : le réglage dépend fortement des conditions de visionnage. Réglez le niveau de noir sous l’éclairage dans lequel vous regardez réellement l’écran.

Dans les barres SMPTE, PLUGE comporte trois bandes, à 3,5, 7,5 et 11,5 unités IRE. Celle du milieu est le noir de l’image. Le NTSC nord-américain plaçait le noir à 7,5 IRE, un peu au-dessus du niveau de suppression du signal, ce qui laissait de la place pour une bande en dessous.

PLUGE sur un écran d’ordinateur

Il faut ici adapter la règle de la télévision analogique. Notre fichier enregistre les trois bandes aux valeurs RGB 9, 19 et 29 sur 255, soit 3,5 %, 7,5 % et 11,4 % du blanc. Le noir d’un écran d’ordinateur vaut 0 : le noir de la mire elle-même est donc un gris très sombre, et même la bande « plus noire que le noir » reste au-dessus du vrai noir. Si vous baissiez la luminosité jusqu’à faire disparaître la bande de gauche, vous boucheriez de vrais détails dans les ombres.

Lisez plutôt la mire ainsi :

Les trois bandes sont à peine visibles : sur un écran bien réglé dans une pièce peu éclairée, on distingue les trois bandes, celle de gauche tout juste. Sur un écran large, les bandes noires latérales sont vraiment noires et paraissent un peu plus sombres que le noir de la mire.
La bande de gauche a disparu : si elle se confond avec celle du milieu, les noirs sont bouchés. La luminosité est trop basse, un mode de contraste dynamique intervient ou les niveaux du signal ne correspondent pas (voir la section suivante).
Les trois bandes se détachent nettement : si elles sont faciles à voir et que le noir des côtés paraît gris, le niveau de noir est trop élevé.

La version HD

Les barres SMPTE ont été dessinées pour la définition standard en 4:3. Pour la HDTV, l’organisme japonais ARIB a publié en 2000 une mire de barres multiformat, STD-B28. SMPTE l’a adoptée sous la référence RP 219 en 2002, puis révisée sous la référence RP 219-1 en 2014. Elle est conçue pour le 16:9, fonctionne en HD comme en SD et possède sa propre rampe et son propre PLUGE. Notre test affiche la disposition classique en 4:3.

Le décalage de plage que PLUGE détecte encore

Les ordinateurs envoient généralement du RGB de 0 à 255 : c’est la plage complète. Les téléviseurs attendent souvent les niveaux vidéo, où le noir vaut 16 et le blanc 235 : c’est la plage limitée. Ce sont les valeurs de codage utilisées par ITU-R BT.709 pour la vidéo HD. Le guide des pilotes d’Intel indique lui-même que la plage limitée est la plus courante sur les téléviseurs et recommande la plage complète. Les deux sont normales. Le problème commence quand les deux extrémités ne s’accordent pas, ce qui arrive souvent avec un ordinateur portable en HDMI.

L’ordinateur envoie une plage complète, le téléviseur attend une plage limitée : tout ce qui vaut 16 ou moins s’affiche en noir. La bande PLUGE de gauche et le contour se fondent dans le même noir, celle du milieu n’est que 3 niveaux au-dessus, et les détails des ombres disparaissent dans les films et les jeux. Tout ce qui dépasse 235 est écrêté au blanc.
L’ordinateur envoie une plage limitée, le téléviseur attend une plage complète : le noir arrive à 16 et s’affiche en gris sombre. Toute l’image paraît plate et délavée, et les bandes noires à côté de la mire deviennent grises.

Il faut régler les deux extrémités sur la même plage. Sur l’ordinateur, le réglage s’appelle Quantization Range (Intel), Output dynamic range (NVIDIA) ou Pixel Format (AMD). Sur le téléviseur, cherchez HDMI Black Level, HDMI Video Range ou un intitulé proche. Avec les barres SMPTE à l’écran, le moment où les deux correspondent se voit : trois bandes, celle de gauche à peine perceptible.

Philips PM5544

Mire PM5544 : quadrillage blanc sur gris, blocs noirs et blancs sur le pourtour, barres colorées sur les côtés et cercle contenant des barres de couleur, une croix centrale, des salves de définition et une échelle de gris — La mire PM5544 en 4:3, avec la case du nom de la chaîne laissée vide.

La PM5544 est la mire circulaire qu’une bonne partie du monde voyait lorsqu’une chaîne n’avait plus rien à diffuser. Philips l’a construite dans son laboratoire d’équipements de test TV près de Copenhague, à la fin des années 1960, et sa disposition est attribuée à l’ingénieur danois Finn Hendil. Philips l’a décrite en 1970 dans sa revue trimestrielle Electronic Measuring and Microwave Notes.

Les mires précédentes étaient généralement des dessins placés devant une caméra, ou gravés dans un tube de caméra spécial appelé monoscope. La PM5544 produisait toute l’image électroniquement. Même le cercle était tracé par logique numérique, ligne par ligne, à partir d’une mémoire à tores de ferrite, avec un diamètre d’environ 83 % de la hauteur de l’image et une erreur inférieure à 1 %. Philips écrivait qu’aucune recommandation internationale ne couvrait une mire combinée : l’entreprise a donc réuni les signaux de test qu’elle pensait voir rester utiles. Le but était de vérifier et de régler un téléviseur, un moniteur ou un décodeur en regardant simplement l’écran, sans autre instrument.

Voici à quoi servait chaque partie selon Philips, et ce qu’elle vous indique aujourd’hui.

Le cercle n’est rond que si le format d’image et le balayage sont corrects. Aujourd’hui, un ovale indique que l’image est étirée, généralement par un réglage de taille du téléviseur, comme Large ou Zoom, ou par une résolution que l’écran doit mettre à l’échelle pour se remplir. Notre test conserve la mire en 4:3 : le navigateur n’est donc pas en cause.
Le quadrillage doit être composé de carrés, pour la même raison. Sur un CRT, il servait aussi au réglage de convergence. Sur un projecteur, il reste utile : il montre la correction du trapèze et si la mise au point reste nette jusque dans les coins.
Les créneaux du pourtour, ces blocs noirs et blancs autour de l’image, montraient si le téléviseur appliquait un surbalayage qui coupait les bords. Certains le font encore sur leurs entrées HDMI si un réglage généralement nommé Just Scan, Fit to Screen ou Full Pixel n’est pas activé. Sur un téléviseur large, notre mire remplit la hauteur : si la rangée de blocs du haut ou du bas est coupée, le téléviseur recadre tous les côtés et remet à l’échelle tout ce qu’il affiche.
La croix centrale avait une ligne horizontale composée à partir des deux trames entrelacées dans l’ordre inverse de celui des lignes du quadrillage. Un mauvais entrelacement donnait donc aux deux types de lignes des épaisseurs visiblement différentes. Sur une dalle progressive, elle indique simplement le centre.
Les blocs noirs et blancs au-dessus des barres de couleur forment un signal carré à 250 kHz au niveau de 75 %, pour repérer les dépassements et les oscillations parasites. Aujourd’hui, un liseré clair ou sombre le long de leurs bords signifie que le téléviseur accentue la netteté.
Les barres de couleur sont à 75 % et servent de référence pour la saturation. Lorsque les canons rouge et vert sont éteints, les barres bleues doivent correspondre aux blocs gris à 75 % situés juste au-dessus, selon le même principe que le contrôle SMPTE.
Les salves de définition sont cinq groupes de bandes sinusoïdales, à 0,8, 1,8, 2,8, 3,8 et 4,8 MHz dans la version PAL. Elles montraient la quantité de détails fins qu’un téléviseur pouvait restituer. Sur un appareil normal, les trois premiers groupes conservaient tout leur contraste, et le plus fin n’en gardait qu’un peu. Aujourd’hui, chaque groupe doit apparaître comme des bandes nettes et régulières. Un moiré qui scintille ou des halos indiquent qu’un élément rééchantillonne l’image ou en accentue la netteté : le circuit de mise à l’échelle du téléviseur, son réglage de netteté ou une fenêtre qui n’est pas en plein écran.
L’échelle de gris comporte six paliers du noir au blanc ; la nôtre passe par 0, 20, 40, 60, 80 et 100 %. Chaque palier doit être distinct et chaque gris neutre, sans dominante bleue, verte ou rose.
Le bloc rouge sur fond jaune, au bas du cercle, vérifiait que la couleur et la luminance arrivaient au même moment. Philips expliquait qu’il avait fallu de nombreux essais pour retenir le rouge sur jaune. La vidéo numérique peut encore transporter la couleur avec une résolution inférieure à celle de la luminance (sous-échantillonnage de chrominance), mais un bloc de cette taille ne le révèle que par un bord légèrement adouci.
Les impulsions en aiguille, les lignes fines à côté des paliers noirs et blancs en haut et en bas du cercle, servaient à repérer les réflexions produisant des échos dans les câbles et les antennes. Les barres colorées de chaque côté transportaient des signaux de différence de couleur PAL pour vérifier le décodeur. Dans une image numérique, ces deux éléments n’ont plus rien à vérifier.

Ce que ces mires ne peuvent pas vous dire

Ce sont des repères visuels, pas des mesures. Elles montrent quand l’image est étirée, recadrée, bouchée dans les ombres, écrêtée ou trop accentuée, et rendent certains défauts de couleur évidents. Elles ne peuvent pas chiffrer la fidélité des couleurs, la luminosité maximale ou l’uniformité du rétroéclairage : il faut pour cela un colorimètre et un logiciel de calibration. Notre page sur le calibrage du moniteur explique ce que vous pouvez régler à l’œil. Ce sont aussi des images à plage dynamique standard. Le HDR possède ses propres versions, et BT.814 inclut désormais des signaux PLUGE pour le HDR, mais un navigateur affiche ces mires en SDR.

Essayez-les

Ouvrez le test d’écran TV et choisissez Mires broadcast. Cliquez, touchez l’écran ou appuyez sur la barre d’espace pour passer à la suivante, et sur Esc pour quitter. La barre du bas et le bouton de fermeture s’estompent après quelques secondes pour ne pas masquer la mire ; déplacez la souris ou touchez l’écran pour les faire revenir.

Pour un téléviseur, utilisez son navigateur ou un ordinateur relié en HDMI. Diffuser un onglet ou recopier l’écran d’un téléphone envoie une vidéo compressée : elle adoucit les salves de définition et peut modifier les bandes proches du noir sur lesquelles repose PLUGE.