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Les artéfacts vidéos – 2

 

Tous les amoureux d’images, que ce soit sur TV ou vidéo projecteur et quel que soit la qualité de leur système vidéo, sont confrontés à des phénomènes parasite qui viennent dégrader la qualité de leur expérience visuelle. Après l’ultra HD, je vous propose de décrire les artéfacts les plus courants en vidéo, d’en expliquer les causes et de fournir des exemples imagés, voir animés.

Dans ce deuxième article, je vous propose de détailler les artéfacts suivants liés au traitement vidéo :

  • Pavé de pixel ( Macro Blocking )
  • Effet escalier ( Aliasing )
  • Effet Gibbs ( Mosquito  Noise )
  • Effet Gibbs ( Ringing Effect )
  • Halo de contour lié au Edge Enhancement
  • Flickering Effect
  • Blurring Effect
  • Effet de peigne
  • Chroma Upsampling error ( CUE )
  • Interlaced Chroma Problem ( ICP )
  • Effet de masque ( pixel Cropping )

Artéfacts liés au traitement vidéo :

 

Pavé de pixel ( Macro Blocking )

Description du phénomène :

L’artefact dit de Blocking se traduit par des blocs artificiels dans l’image. Parfois référencé sous le nom de macro-blocking, il produit une image dont la structure des blocs encodés devient visible.

En poussant les limites de l’encodeur, les blocs sont trop moyennés et apparaissent sous la forme d’un gros pixel. D’un bloc à un autre, la moyenne calculée peut varier et créer ainsi des bords bien délimités entre les blocs.
Cet effet devient encore plus prononcé quand il y a des mouvements rapides de caméra.

Lié à la compression MPEG, ce phénomène affiche certaines parties de l’image sous forme de pavé de pixels de tailles et couleurs différentes, plutôt que par une zone uniforme et lisse.

Exemple statique :

mb1

Quelques Blu-Ray encodés en MPEG 2 font apparaître du Macro Blocking ( Terminator 2 ) :

mb2

mb3

Vidéo :

 

Effet escalier ( Aliasing Effect )

Description du phénomène :

Reproduction incorrecte des lignes obliques qui au lieu d’être une ligne continue est une succession de petites droites, d’où l’appellation “marches d’escalier”. Défaut typique lié à la fois à la présence d’un signal entrelacé ou bien au mauvais désentrelacement du circuit vidéo progressif et une définition faible sur les produits matriciels.

C’est un phénomène graphique qui se déroule lorsque l’on essaye d’afficher une image sur un endroit de l’écran alors que la résolution est trop basse pour que les détails apparaissent correctement. Les bords de certains éléments graphiques sont en dent de scie et une espèce de moirage (de fines lignes parallèles) peut, en plus, dégrader la qualité globale de l’image.

Pour limiter ce problème, des traitements d’anti-aliasing peuvent être nécessaire. L’anti-aliasing est une technique qui lisse les surfaces de différentes couleurs en mélangeant les bords et les surfaces de différentes couleurs, c’est-à-dire, en mélangeant les pixels qui se touchent pour que le rendu soit meilleur (il peut toutefois y avoir un petit effet de flou). Ceci évite ou atténue les “effets d’escalier” sur le contour de certaines surfaces.

Exemple statique :

Aliasing ( effet exagéré en vue de démonstration ) :

aliasing

Moiré et aliasing mixé :

aliasing

Vidéo :

Explication sur l’aliasing dans les jeux vidéo :

 

Effet Gibbs ( Mosquito Noise  )

Description du phénomène :

Le Mosquito Noise, encore appelé Effet Gibb, est un effet parasite des compressions MPEG. Il se caractérise par un effet de flou chatoyant au niveau des contours des objets, accompagné de défauts de couleurs des pixels environnants et qui  ressemble à des moustiques grouillant autour de l’objet.

Le bruit du moustique ressort plus sur des objets artificiels (générés par ordinateur) ou sur des lettres avec un fond uni (défilement du générique de fin par exemple). Plus l’image affichée est grande et plus le bruit de moustique est visible.

Exemple statique :

mosquito1

mosquito2

Zoom sur des sous titres affecté par le bruit de moustique :

mosquito3

 

Effet Gibbs ( Ringing Effect )

Description du phénomène :

Dans le traitement d’image numérique en particulier, l’effet de Ringing génère des artefacts qui apparaissent comme des signaux parasites près des transitions nettes dans un signal vidéo. Visuellement, ils apparaissent comme des bandes ou des «fantômes» près des bords ou encore comme des échos.

Le ringing effect est l’une des deux instances de l’effet Gibbs avec le Mosquito Effect. La principale cause de ringing est due à un signal trop compressé.

Exemple statique :

ringing

Effet grossie pour une meilleure visualisation du phénomène :

ringing2

 

 

Halo de contour lié au Edge Enhancement

Description du phénomène :

Un halo est un phénomène optique (cercle ou taches de lumières apparaissant autour du soleil, de la lune ou d’une source de lumière puissante). En vidéo, un effet similaire apparaît lorsque l’on utilise un traitement numérique des détails ( appelé « Edge Enhancement » ) trop poussé.

L’Edge Enhancement renforce artificiellement les contours des objets par un halo de couleur plus clair tout autour afin de renforcer une sensation de relief. Il s’agit donc d’un artifice vidéo pour renforcer la netteté d’une image par l’utilisation d’un filtre, qui n’existe pas à l’origine. Le phénomène de Halo de contour en est la conséquence.

Le halo de contour se rapproche du phénomène de Ringing mais ces phénomènes ont une cause est différente.

Exemple statique :

En haut l’image originale, en bas traitée avec Edge Enhancement avec halo de contour :

halo1

A gauche l’image originale ( film Galdiator ), à droite traitée avec Edge Enhancement mais sans halo de contour :

halo2

Vidéo :

 

Flickering Effect

Description du phénomène :

Cet artéfact s’illustre par le papillotement ou scintillement (flicker en anglais) de lignes ( verticales ou horizontales ) ou de blocs d’images, rendant la vidéo instable.

Lié au Inlop Filtering (utilisation de filtre dans le décodeur et l’encodeur), le block flickering  s’illustre par des blocs qui papillotent (forte différence de contraste temporel) d’une image à l’autre, effet temporel lié à la suite d’image dans le temps.

Exemple statique :

Line Flickering

linef

Luma Flickering :

lumaf

Block Flickering

blockf

Vidéo :

Phénomène visible sur un jeu vidéo :

Autre jeu vidéo, regarder dans la zone de la maison verte et rouge en haut à gauche de l’image :

Autre jeux, autre problème de flickering :

 

Blurring Effect

Description du phénomène :

Déformation de la totalité de l’image, caractérisée par une forte réduction de la netteté des contours et une perte des détails spatiaux.

Exemple statique :

bluring

Vidéo :

 

Effet de peigne

Description du phénomène :

Défaut lié au mauvais désentrelacement des trames vidéo (passage d’un signal vidéo entrelacé à un signal vidéo progressif), qui fait apparaître momentanément à l’écran les lignes impaires et paires. L’effet de peigne se démarque souvent sur les mouvements rapides d’une vidéo entrelacée.

Exemple statique :

peigne1

Détail d’un vidéo entrelacée illustrant l’effet de peigne :

peigne2

Vidéo :

Voici une séquence vidéo enregistrée en progressif :

Voici la même vidéo en entrelacée :

 

Chroma Upsampling error ( CUE )

Description du phénomène :

Dans un DVD, la résolution de 576 lignes par 720 points n’est valable que pour le noir et blanc. Les sujets de couleur vive ont une définition deux fois inférieure : 360×288. Cela vient du fait que le signal n’est pas décomposé en couleurs primaires (RVB, ou RGB en anglais), mais en Luminance-Chrominance 1-Chrominance 2 (YUV). La luminance (image en noir et blanc) a une définition de 720×576, et les chrominances ont une définition de 360×288, ce qui permet de comprimer la vidéo d’avantage.

Or une grossière erreur s’est glissée dans de nombreux décodeurs MPEG : les lignes de chrominance sont interverties deux à deux. Au lieu d’afficher la ligne numéro 1, puis la 3, 5, 7, 9, 11 etc … (puisque la chrominance contient deux fois moins de lignes que l’image), le décodeur affiche dans l’ordre les lignes 3, 1, 7, 5, 11, 9 etc.

Résultat, les couleurs souffrent d’un important effet de peigne et il existe encore quelque rares lecteurs de DVD sur le marché souffrant de ce défaut.

Exemple statique :

cue

 

Interlaced Chroma Problem ( ICP )

Description du phénomène :

Le phénomène ICP est le petit frère du Chroma Upsampling Error (CUE) a ceci près que l’ICP concerne les vidéos uniquement (source entrelacée, donc pas les films) et le CUE concerne aussi les films !

L’ICP est propre aux sources entrelacées codée en YUV 4:2:0 ce qui fait descendre la résolution de chroma de 480 lignes à 120 lignes, au lieu de 240 lignes sur les sources film ou vidéo (donc entrelacée) codées en progressif … et vouloir désentrelacer 2 1/2 images qui ne font pas partie de la même image initiale, quand on les a codé en 4:2:0 entrelacée, donne obligatoirement des problèmes: l’ICP.

L’ICP ne peut pas se résoudre “naturellement” et aussi facilement que CUE. Des algorithmes peuvent quand même en atténuer les effets.

Exemple statique :

CPI

 

Effet de masque ( Pixel Cropping )

Description du phénomène :

Le blanking est une mise au noir (ou tout autre couleur) pour masquer les bords de l’image (le but est d’éviter de voir d’éventuels parasites sur des parties de l’image manquantes, comme les bandes noires des films en cinémascope par exemple). Il ne faut pas confondre blanking et overscan, qui est un zoom. S’il existe une ligne parasite en bas de l’image, il est impossible de la supprimer par simple overscan quand on projette un film en 16/9 sur un écran 4/3. Il faut faire un peu de blanking en bas pour cela.

Plus subtilement le “pixel-cropping” produit des bandes noires sur les bords de l’image alors que l’overscan n’utilise qu’une partie de la source dans l’affichage.

Certains diffuseurs et certaines sources permettent des réglages de blanking, paramétrables, pour masquer à volonté une partie des lignes verticales

Exemple statique :

blanking

Vidéo :

Exemple de pixel cropping :

 

A suivre : les artéfacts liés à la diffusion

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