La télévision numérique terrestre (TNT) est une évolution technique en matière de télédiffusion, fondée sur la diffusion de signaux de télévision numérique par un réseau de réémetteurs hertziens terrestres. Par rapport à la télévision analogique terrestre à laquelle elle se substitue, la télévision numérique terrestre permet de réduire l’occupation du spectre électromagnétique grâce à l’utilisation de modulations plus efficaces, d’obtenir une meilleure qualité d’image, ainsi que de réduire les coûts d’exploitation pour la diffusion et la transmission une fois les coûts de mise à niveau amortis. La télévision numérique terrestre est à comparer à la télévision numérique reçue par câble ou par satellite -TNS-. Dans ce dernier cas, la diffusion se fait non pas, par le réseau des émetteurs terrestre, mais via un satellite (d’où l’utilisation d’antennes paraboliques au lieu de l’antenne de télévision classique dite râteau).

Standards de diffusion numérique terrestre par pays (DVB-T, ATSC, ISDB, DTMB, TDMB)

– Introduction

Qu’est ce qui est numérique dans la TNT ?

Pour la TNT comme pour la télévision analogique les "ondes" utilisées pour transporter l’image sont analogiques. Ce sont d’ailleurs les mêmes bandes de fréquences qui sont utilisées dans les 2 cas. Ce sont donc les mêmes ondes, mais encodées différemment.

Pour la télévision analogique, le signal modulant l’onde porteuse est analogique, c’est-à-dire que le signal électrique de modulation varie proportionnellement à la luminosité voulue. Les 625 lignes d’une image sont balayées l’une après l’autre ; un repère dans le signal électrique de modulation permet au récepteur TV de se synchroniser.

Ce qui est numérique dans la TNT, c’est l’information elle-même. Typiquement un fichier vidéo - mpeg par exemple - est transporté par la modulation d’ondes électromagnétiques. Le démodulateur extrait les données numériques du signal électrique (analogique) reçu sur l’antenne.

Les données aux deux bouts de la chaîne étant numériques, on peut profiter du traitement numérique des données :

Compression des fichiers pour réduire leur taille (ce qui permet de mettre plusieurs programmes dans un seul canal de fréquence),

Code correcteurs d’erreurs (on ajoute quelques données à la source, le récepteur les utilise pour détecter et corriger les erreurs introduites par le transport de l’information)

– Qu’est ce que la « modulation numérique » ?

La modulation est le fait d’utiliser une fréquence haute (HF) pour transporter un signal électrique. Tous les signaux électriques rayonnent, mais plus la fréquence est élevée plus le rayonnement est énergique. On dit que la fréquence HF « porte » le signal à transmettre.

Par exemple pour la radio AM, on fait varier l’amplitude de la porteuse proportionnellement au signal audio. Un signal audible a une fréquence basse (< 20 kHz), est porté par une fréquence de 150 à 1 500 kHz.

Dans le cas de la FM, c’est la fréquence de la porteuse qui varie proportionnellement au signal audio.

Dans le cas de la TNT, la modulation est un peu différente : on utilise un grand nombre de porteuses côtes à côtes.

On appelle ce type de modulation de l’OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Le principe est de répartir (multiplexer) les données sur plusieurs porteuses, en divisant la bande de fréquences allouée.

Par exemple, une bande d’environ 8 MHz est divisée en 8 000 porteuses espacées de 1 kHz (les porteuses sont dites « orthogonales » entre elles parce que l’espacement est régulier, et qu’il est calculé très précisément pour que l’information modulée sur chacune des porteuses n’empiète pas sur la porteuse d’après).

Avec des données numériques, il est possible de corriger en grande partie les erreurs de transmission ; la TNT est bien moins sensible aux bruits parasites que la TV analogique. L’intérêt principal de répartir les données sur 8 000 porteuses est d’utiliser de façon optimale la bande de fréquence, toutes les porteuses ayant en moyenne la même puissance. Les émetteurs TNT peuvent émettre près de dix fois moins de puissance que les anciens émetteurs pour une même couverture.

Remarque sur la couverture : la correction des erreurs de transmission permet d’avoir une image parfaite … jusqu’à un certain seuil. Au-dessus de ce seuil, d’abord quelques blocs ne sont plus corrigeables avec la perte de pavé d’image mais si le nombre de défauts augmente et il arrive un moment ou aucune erreur n’est corrigeable : l’image se fige.

Dans le cas de la TV analogique, les perturbations météorologiques faisaient apparaître des parasites sur l’image et la qualité était fortement diminuée, mais l’image restait visible longtemps.

Avec la TNT, l’image reste quasi parfaite si la qualité du signal reçu est dans la zone où toutes les erreurs peuvent être corrigées. Si la qualité du signal reçu se dégrade des pixels commencent à manquer sur l’image, puis de plus en plus de pixels vont manquer jusqu’à ce que l’image se fige par intermittence, laissant apparaître des blocs de pixels par intermittence. Si le signal reçu est vraiment trop faible aucune image ne peut plus être affichée et l’écran devient noir. Si la qualité du signal s’améliore la qualité de l’image va aussi s’améliorer au fur et à mesure avec un comportement similaire à celui décrit précédemment, mais en sens inverse.

– Transmission

La télévision numérique est transmise sur ondes radio à travers l’espace terrestre de

la même façon que la télévision analogique, la principale différence étant l’utilisation d’émetteurs multiplex permettant la transmission de plusieurs programmes sur le même canal.

La télévision numérique terrestre utilise les bandes de fréquences auparavant allouées à la télévision analogique (bande III en VHF, bandes IV et V en UHF).

Selon les pays, la transmission se fait selon les normes DVB-T (notamment en Europe), ISDB (en Amérique du Sud) ou ATSC (en Amérique du Nord).

La quantité de données qui peut être émise (et donc le nombre de programmes) est directement affectée par la capacité du canal et la méthode de modulation du canal[3]. La méthode de modulation en DVB-T est la COFDM avec soit une modulation d’amplitude en quadrature à 64 ou 16 états. En général, un canal 64QAM est capable de transmettre un taux supérieur d’octets, mais est plus sensible aux interférences. Les constellations à 16 et 64 états peuvent être combinées dans un seul multiplex, fournissant une dégradation contrôlable pour les flux de programmes plus importants. C’est ce qu’on appelle la modulation hiérarchique.

Le standard ATSC utilise la modulation 8VSB, qui a des caractéristiques similaires à la modulation de bande latérale utilisée pour la télévision analogique. Cela protège considérablement des interférences, mais n’est pas à l’abri, contrairement au DVB-T, de multiples distorsions et ne fournit pas d’opération de réseau à fréquence unique (qui n’est en tout cas pas applicable aux États-Unis).

Les différents systèmes utilisent le flux de transport MPEG ; ils diffèrent de façon significative dans la façon dont les services connexes (comme l’audio multicanaux, les légendes et guides de programmes) sont codées.

Les codecs vidéos utilisés sont H.262/MPEG-2 Part 2 et H.264/MPEG-4 AVC, plus récent et plus performant. H.264 permet notamment à trois services de télévision haute définition d’être transportés sur un canal DVB-T à 24 Mbit/s

– Avantages et inconvénients

Avantages

La qualité de l’image est globalement meilleure qu’en analogique, en particulier avec une bonne réception, en raison de l’élimination des interférences visibles et d’autres effets tels que les images fantômes. Il est plus facile d’obtenir une qualité d’image optimale numérique qu’une qualité d’image optimale analogique.
Les altérations sont moins perceptibles dans les présentations numériques avec un signal plus faible.
Certaines chaînes peuvent diffuser leurs programmes en haute définition (HD).
Beaucoup plus de chaînes peuvent tenir sur le même spectre dans la transmission numérique : ceci conduit à la fois à une augmentation drastique du nombre de chaînes, ainsi qu’à la libération de certaines portions du spectre hertzien (dividende numérique)
Des services interactifs peuvent être fournis (HbbTV, « Bouton rouge »).
La transmission de la télévision en numérique est plus efficace du point de vue de la consommation d’énergie que la transmission en analogique.

– Inconvénients

Il peut être assez difficile de régler l’antenne, en raison de l’absence de rétroaction qui serait fournie par une image progressivement dégradée en mode analogique. L’image est généralement soit d’une qualité optimale soit totalement non disponible, ne fournissant aucune information sur la direction dans laquelle déplacer l’antenne. Un indicateur de puissance du signal fourni sur la plupart des syntoniseurs contribue considérablement à régler ce problème, mais certains téléviseurs n’en disposent pas. Le même problème peut aussi rendre très difficile de sélectionner et tester les antennes.
Les anciens récepteurs ne sont plus utilisables tels-quels ; il peut être nécessaire d’acheter de nouveaux équipements (convertisseur analogique-numérique, nouveau téléviseur), ou bien de souscrire à un service de télévision par câble ou par satellite).
La consommation d’électricité augmente si la télévision et un boîtier décodeur sont branchés en même temps.
Il peut être nécessaire de remplacer l’antenne de réception, éventuellement par une antenne amplifiée. Ceci peut nécessiter l’intervention du syndic dans les copropriétés.
La télévision analogique pouvait fonctionner avec un signal plus faible, lequel suffisait pour obtenir une image visible. Par extension, le numérique ne se dégrade pas aussi gracieusement que l’analogique. En effet la transmission du signal numérique souffre de l’effet de portique : jusqu’à un certain point l’image peut apparaître constellée de petits carrés et peut se figer, mais pour une dégradation du signal plus importante, le récepteur ne parvient plus du tout à décoder le signal.
Le changement de chaîne (zapping) est plus lent en raison des retards dus au décodage des signaux numériques.
Lors de la diffusion d’événements en directs (par exemple les événements sportifs), le son et l’image ont un temps de retard par rapport à la télévision analogique et aux commentaires des radios.
Certaines chaînes qui étaient reçues correctement en analogique peuvent se trouver inaccessibles en numérique dans certaines zones dites zones blanches.
Les normes TNT changent régulièrement provoquant des coûts récurrents.
Les magnétoscopes analogiques ne peuvent enregistrer avec leur propre tuner que la télévision analogique

– Réception

La télévision numérique est reçue soit par un syntoniseur intégré à un téléviseur récent, soit par un boîtier décodeur numérique (en anglais set-top box) relié à un téléviseur plus ancien. Le récepteur décode le signal reçu par une antenne de télévision standard. Toutefois, en raison de problèmes de planification des fréquences, une antenne adaptée à la réception d’un ensemble de canaux analogique peut ne pas convenir pour un ensemble de canaux numériques. Ceci est assez fréquent au Royaume-Uni.

Les antennes d’intérieur (également appelées oreilles de lapin) sont encore plus susceptibles d’être touchées par ces problèmes et peuvent avoir besoin d’être remplacées