Betacam numerique

Betacam numerique

Betacam numérique

Le Digital Betacam (Betacam numérique en français) est un format d'enregistrement vidéo professionnel sur bande magnétique développé par Sony en 1993.

Cassette Betacam numérique L

Sommaire

Présentation

Le Digital Betacam de Sony apparaît comme le successeur numérique du vénérable Betacam SP. Lutilisation massive de circuits intégrés spécifiques, associés aux récentes avancées technologiques en matière de traitement numérique des données à haut débit et à lévolution du support magnétique (bandes Métal), a permis de développer des magnétoscopes en composantes numériques abordables pour une société de production ou une chaîne de télévision.

C'est un format réduisant dans un facteur 2 le débit du signal numérique 4 :2 :2 codé sur 10 bits. Certains modèles de magnétoscopes Digital Betacam sont compatibles en lecture avec les cassettes analogiques enregistrées sur une machine Betacam SP.

Un nouveau transport de bande développé spécialement pour lenregistrement numérique, autorise une sollicitation intensive de la machine. Afin de renforcer lefficacité contre les encrassements, le Digital Betacam est doté dun système automatique de nettoyage au niveau des têtes fixes et rotatives ; la bande elle-même est également soumise à un nettoyage permanent. La vitesse de lecture peut être ajustée de +/- 15 % pour permettre par exemple de synchroniser entre eux deux magnétoscopes lisant un même programme.

Le tambour des têtes

Le diamètre du tambour des têtes qui est de 74,5 mm pour les magnétoscopes analogiques au format Betacam SP a été augmenté à 81,5 mm pour permettre une vitesse décriture suffisante, avec un angle denroulement de 180°. Le débit total enregistré (vidéo et audio) est de 125,58 Mbit/s. La vitesse de rotation du tambour a elle aussi été augmentée par un facteur de 3 pour atteindre les 75 rotations par secondes.

Sur le tambour sont disposées quatorze têtes : quatre pour lenregistrement, quatre pour la lecture (Dynamic Tracking), quatre têtes dites de « confiance » pour lire les signaux audio et vidéo lors de leur enregistrement et enfin, deux têtes pour leffacement.

Les modèles permettant la compatibilité en lecture avec le format Betacam SP possèdent quatre têtes supplémentaires montées sur deux blocs du tambour. Cette série de magnétoscopes détecte grâce au trou didentification de la cassette si celle-ci est au format Digital Betacam ou Betacam SP. Le magnétoscope commute automatiquement et adapte vitesse de bande et vitesse de rotation du tambour afin dobtenir le suivi de piste optimal.

Configuration des têtes rotatives et stationnaires

  • 4 têtes de lecture avancée (Avance) permettent de lire le signal vidéo présent sur la bande quelques trames avant les têtes denregistrement. Cette fonction dite de « pre-read » permet dapporter une modification sur un programme enregistré sans nécessiter plus dun magnétoscope. En mode enregistrement, lancien signal lu par ces têtes de lecture avancées peut en effet être récupéré et traité par un équipement externe (mélangeur, correcteur colorimétrique…), puis réenregistré exactement à sa place dorigine. Cette fonction très intéressante doit faire l'objet dune grande précaution dutilisation car lopération est irréversible.
  • 4 têtes dites « têtes confidence » (Confi) lisent les pistes après les têtes denregistrement afin de permettre la vérification de lenregistrement en cours (avec un léger décalage temporel).
  • 4 autres têtes permettent la lecture en Betacam analogique.
  • 4 têtes permettent lenregistrement numérique des données
  • 2 têtes servent à leffacement des données audio et vidéo

En mode de lecture normale dune cassette au format Betacam numérique, les têtes de lecture avancée sont utilisées. En mode assemble ou insert, les têtes de lecture avancée lisent le signal avant leffacement (pre-read) et les têtes confidence lisent le signal enregistré.

En ce qui concerne les têtes stationnaires, on retrouve la configuration du Betacam traditionnel à savoir, une tête deffacement général, une tête denregistrement de la CTL, une tête deffacement et de repérage de Time-Code, une tête denregistrement et de repérage de Time-Code.

Bande utilisée

La bande utilisée pour le format Digital Betacam est une bande à particules métalliques couchées dépaisseur similaire à celle utilisée en Betacam SP. Cependant, elle a été optimisée afin denregistrer le spectre du code de canal utilisé en Digital Betacam. La vitesse de défilement de la bande est de lordre de 5 % plus lente dans le format Digital Betacam que dans le format Betacam SP (96,7 mm/s contre 101,5 mm/s pour le Betacam SP: la durée maximale denregistrement est ainsi portée à 124 minutes.

Format d'enregistrement

Afin que la réponse dun enregistreur soit optimale dans les hautes fréquences il est primordial que lentrefer de la tête de lecture soit parfaitement parallèle à celui de la tête qui a réalisé lécriture des pistes. SI langle de la tête de lecture diffère de celui de la tête denregistrement, il se produit un affaiblissement des hautes fréquences qui est dautant plus important que langle de différence dazimut est grand. Pour remédier à ce problème, on utilise lenregistrement azimuté. Les pistes sont écrites avec des têtes dont lentrefer présente un certain angle dinclinaison par rapport à la perpendiculaire de laxe de la piste. Et cet angle est alternativement opposé dune piste à lautre. Ainsi, si une tête de lecture déborde un peu sur la piste voisine de celle quelle est censée lire, le signal parasite quelle récupérera sera très atténué puisque langle dazimut ne correspondra pas. Dans le format Digital Betacam ce système denregistrement azimuté est utilisé pour effectuer un enregistrement de haute densité. Langle dazimut est approximativement de 15 degrés entre deux pistes adjacentes.

En format Digital Betacam, les signaux vidéo et audio (4 canaux) pour chaque trame sont enregistrés selon 6 pistes hélicoïdales. Parallèlement, le format Digital Betacam utilise trois pistes longitudinales tout comme ses confrères Betacam et Betacam SP : une piste de contrôle (CTL), une piste de Time-Code (LTC) ainsi quune piste de repérage audio (CUE). La piste du canal audio 1 classique est supprimée afin de laisser plus de place aux pistes hélicoïdales.

Organisation des données à l'intérieur des pistes

Les données de la première trame sont enregistrées sur la première moitié des six pistes et les données de la seconde trame sur la deuxième moitié des six pistes. Chaque piste est construite de manière à pouvoir recevoir quatre secteurs audio dans le centre et deux secteurs vidéo aux extrémités. Les données vidéo dune trame sont réparties en douze secteurs et les données audio en six secteurs par canal.

Pour chaque canal audio, les différents secteurs sont disposés de manière à éviter les erreurs lors de la lecture. Afin de délimiter chaque secteur, des données sont ajoutées en début et en fin de secteur. Par ailleurs, des repères de montage sont insérés entre chaque secteurs afin de pouvoir monter les pistes indépendamment. Enfin, une nouvelle méthode dalignement a été mis en place pour travailler parallèlement au procédé traditionnel utilisant les signaux des pistes longitudinales dasservissement, de façon à assurer un alignement correct sur une piste étroite, surtout lors des opérations répétitives de montage au même point. Son principe consiste à utiliser deux signaux pilotes inscrits sur les pistes hélicoïdales entre les secteurs audio et les secteurs vidéo (lun étant en basse fréquence : 400 kHz et lautre à haute fréquence : 4 MHz).

Les pistes longitudinales

Dans le format Digital Betacam, une piste CTL, une piste de Time-Code et une piste de repérage audio sont situées en longueur de la bande.

Pour les systèmes à 625 lignes, le signal de CTL est une tension de type rectangulaire, cadencée à 50 Hz, dont le front ascendant détermine le début de chaque trame. Chaque créneau du signal de CTL na pas une durée constante. Il varie en longueur. Le créneau correspondant à la première trame dune séquence 8 trames a une durée égale à 65 % de la période du signal, et celui correspondant à la première trame dune séquence 4 trames a une durée égale à 35 % de la période du signal. Ces variations permettent de repérer rapidement les premières trames des séquences 4 et 8 trames.

Le signal de Time-Code correspond au signal conventionnel du standard EBU. Une image est codée sur 80 bits. Les données correspondant au numéro de limage, de la seconde, de la minute et de lheure sont codées en biphase mark et enregistrés pour chaque image. Le principe du Biphase Mark est le suivant : un «  0  » provoque une transition et un maintien du niveau pendant toute la période dhorloge, tandis quun «  1  » entraîne une transition et un changement de niveau à la moitié de la demi-période dhorloge.

La piste de repérage audio est utilisée pour le montage essentiellement, afin de repérer plus facilement une séquence sonore. Elle est enregistrée tout comme les pistes audio longitudinales des formats Betacam SP.

Traitement du signal numérique

L'interface d'entrée

Linterface numérique série en composantes, conforme aux normes SMPTE 259M / EBU T.3267 / CCIR 656-III, accepte le signal vidéo en composante ainsi que les signaux audio numériques 4 canaux sur un câble coaxial BNC unique. Le signal analogique en composantes et le signal composite (avec la BKDW-506) sont numérisés en données parallèles, à la norme CCIR 601. Les données audio de linterface numérique AES / EBU ou les données de lentrée analogique peuvent être sélectionnées pour lenregistrement. Elles sont converties en données série.

L'interface vidéo

Les données vidéo sont traitées selon la nome 4 :2 :2 (CCIR-601). Elles sont ensuite multiplexées dans lordre « Cb, Y, Cr, Y, Cb, Y, Cr, Y, … ». La référence des temps pour lopération de conversion analogique-numérique est donnée par le front avant des impulsions de synchronisation ligne. Ce front sétale sur quatre mots et est ajouté avant et après la ligne active numérique. Il détermine le début de la ligne active (SAV) et la fin de la ligne active numérique (EAV).

L'interface audio

Dans les magnétoscopes Digital Betacam, la quantification du son est linéaire et se fait sur 20 bits. Deux canaux audio sont multiplexés et stockés dans une «  image  » dont la durée correspond à une période déchantillonnage. Chaque image est divisée en deux sous-images. Les données du premier canal audio sont stockées dans la sous-image A et celles du second canal audio dans la sous-image B. Chaque sous-image est codée sur 32 bits et contient à la fois les données audio mais aussi dautres données auxiliaires.

Encodage par réduction du débit binaire

Le débit des données vidéo est réduit environ de moitié par le système denregistrement par coefficient. Les données vidéo numériques sont dabord converties en espaces de fréquences par la méthode DCT (Discret Cosine Transform). Ces espaces fréquences sont ensuite pondérés selon des coefficients DCT qui correspondent aux caractéristiques de la vision humaine. Les données dune trame sont alors comprimées. Ensuite, des codes abrégés sont attribués aux données qui apparaissent fréquemment. Il en résulte une compression de lordre de 2: 1 avec certes une perte relative de données utiles mais lintérêt de ce code réside dans le fait que le magnétoscope reste capable de monter à limage près.

Traitement du signal audio

Le processeur audio effectue le contrôle de gain automatique, le contrôle denregistrement ainsi que lajout de certaines données.

Encodage ECC (Error Correction Coding)

Le format Digital Betacam utilise un type de correction derreur à deux codes : le code ECC interne et le code ECC externe, utilisant tous deux le code Reed Solomon.

Dans ce type de codage, les valeurs A, B, C, D des données, la somme S de ces données ainsi que la somme Q des données multipliées par des coefficients connus sont codées.

Par exemple :

  • A=100, B=200, C=300, D=400
  • S=A+B+C+D=1000
  • Q=Ax1 + Bx2 + Cx3 + Dx4 = 3000

A la réception, les valeurs A, B, C, D, S et Q sont lues. Par exemple :

  • A=100, B=300 (erreur), C=300, D=400
  • S=1000
  • Q=3000

Le circuit de correction recalcule les sommes théoriques S’=1100 et Q’=3200 puis les différences D Q=Q’-Q=200 et D S=S’-S=100

Le rapport D S/D Q=2 donne le coefficient de la valeur sur laquelle sest produite lerreur. En loccurrence, il sagit de la valeur B.

Lorsque lon ajoute des données de synchronisation à un bloc de code interne de 180 octets, ce bloc est appelé bloc de synchronisation. Cest lunité de base des secteurs vidéo et audio. Un secteur vidéo est constitué de 126 blocs de synchronisation, une piste vidéo de deux secteurs vidéo, une trame vidéo de douze secteurs vidéo.

Un secteur audio est, lui, constitué de 6 blocs de synchronisation. Pour chaque canal, une trame audio est constituée de six secteurs, cest-à-dire trente-six blocs de synchronisation. Donc deux blocs ECC constituent une trame audio dun canal.

La structure du bloc de code interne qui constitue un bloc ECC est donc commune à la vidéo et à laudio. En revanche la structure du bloc de code externe diffère.

Encodage de canal

Le format Digital Betacam adopte le système dencodage de canal S-NRZI ou NRZI brouillé (Scrambled Non Return to Zero Inverted) qui est supérieur dans ses caractéristiques de bruit. La particularité du codage NRZI est quun «  1  » détermine une transition au milieu de la demi-période dhorloge, un «  0  » na aucun effet. De ce fait, si la polarité du signal est inversée, les données codées restent les mêmes, de plus, ce type de codage permet de transmettre avec les données, le signal dhorloge.

Traitement du signal de lecture

Les données numériques de lecture sont égalisées par des circuits dégalisation automatiques et les erreurs sont corrigées par les codes ECC internes et externes, qui peuvent corriger la plupart des données affectées par des bruits et des dropouts dans le signal reproduit. Les données irrécupérables sont corrigées par les circuits de dissimulation derreurs.

Interface de sortie

Les données vidéo en composantes sont converties en données série et multiplexées avec les données audio, puis sorties au format de linterface numérique série.

Pour les sorties analogiques, les données vidéo en composantes subissent une conversion numérique / analogique en signal analogique composantes mais sont aussi encodées en numérique composite, puis converties en signal composite analogique.

Pour les sorties audio, linterface numérique AES / EBU et les données analogiques sont disponibles.


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