Brevet FR2691005A1 — publié le 19931112

Enregistrement et reproduction d'images. de son numérique et de son analogique sur film photochimique Le domaine technique de l'invention se rapporte aux industries cinématographiques, télé-cinématographiques et audiovisuelles. INDICATION DE L'ETAT ACTUEL DE LA TECHNIQUE L'industrie cinématographique mondiale est dominée par l'utilisation à plus de 90 % de film photochimique 35 mm positif ou négatif. Il faut noter que les films négatifs 35 mm utilisés pour l'enregistrement des images ou du son possèdent une définition inférieure au film positif utilisé pour la reproduction de l'image et du son. A la projection, c'est le grain du négatif qui appraîtra en premier. On constate malgré tout que les négatifs d'enregistrement de l'image sont parfois réalisés dans un format de surface inférieur au format du positif de reproduction de l'image. exemple négatif super 16 mm - > positif 35 mm négatif 35 mm - > positif 70 mm A l'échelon mondial. on peut constater que plus de 90 % des films projetés en salle de cinéma utilisent le film positif 35 mm, ce qui en fait le standart international d'exploitation. La projection en salle de film positif 70 mm est marginale car trop onéreuse et en général non compatible avec les autres projecteurs équipants un même complexe multisalles. La projection en salle de film positif 16 mm a été supplantée par le 35 mm de meilleure qualité pour un coût d'exploitation voisin. Le 16 mm est donc p]us souvent utilisé pour ]'enregistrement de films négatifs en super 16 mm (destinés aux productions télévisuelles). lesquels sont reproduits sur positif 35 mm s'il est nécessaire de les exploiter en salle de cinéma. Comme nous pouvons le constater, le standart 35 mm est solidement enraciné, du fait des nombreux impératifs techniques et économiques qui justifient sa suprématie. II a été encore recemment désigné comme le meilleur support d'enregistrement d'images pour les productions destinées à la TV haute définition de demain. LE NOUVEAU CONCEPT D 'EXPLOITATION Le 35 mm montre ses limites dans les nouvelles formes d'exploitation des salles de cinéma. En effet, l'exploitation en salle étant de plus en p]us concurrencée par la télévision, les professionnels du cinéma s'orientent vers une nouvelle forme de projection spectaculaire basée sur l'écran "géant", (de 80 et 230 m2)r et son de haute qualité pour attirer le public Pour les raisons que nous avons évoquées précedemment, ces nouvelles salles utilisent à plus de 90 % du film positif 35 mm. II en résulte que si la projection 35 mm sur des écrans allant jusqu'à 80 mZ de surface offre une qualité d'image satisfaisante, les nouveaux écrans au délà de 80 mz offrent une qualité d'image décroissante souvent proportionnelle à l'augmentation de leur surface. Le son du standart 35 mm analogique quant à lui n'offre pas non plus la qualité que le public retrouve chez lui sur discs compacts. Ces résultats décevants sont dûs à plusieurs facteurs techniques * Pour l'image: la qualité subjective de l'image dépend de quatre facteurs principaux 1 - la définition du film : qui correspond à la surface utilisée par seconde 2 - le nombre d'images par seconde (facteur d'effet stroboscopique) 3 - le nombre d'obturations par seconde : (facteur de scintillement) 4 - le rendement lumineux de la projection dont dépend le contraste et la qualité des couleurs : il est dépendant des paramêtres précédents et des performances du projecteur utilisé. Si la qualité subjective est pratiquement toujours satisfaisante pour des écrans inférieurs à 100 m2, celle des écrans dits "géants" de p]us de 100 mz est souvent médiocre pour plusieurs raisons 1 - La définition du film qui correspond à la surface utilisée par seconde, n'est utilisée par exemple pour le format 1/1.85 qu'à 60 % de la surface utile disponible. Pour le format 1/2.35, la surface qui est cette fois ci utilisée à 100 % entraîne une perte de définition en raison du procédé d'anamorphose qu'elle utilise, 2 - Le nombre d'images par seconde (24) n'est pas suffisant et les effets stroboscopiques deviennent très visibles même pour des mouvements lents quand l'écran avoisine les 160 m2. Cela entraine une fatigue oculaire supplémentaire pour le spectateur. 3 - Le nombre d'obturations par seconde (48) n'est pas suffisant car le scintillement disparait à 60 obturations par secondes, (pour des temps d'obturation d'environ 50 % du temps total). Cela entraîne également une fatigue oculaire pour le spectateur. 4 - La luminosité de la projection est pénalisée par une perte d'environ 50 % de la lumière émise par la source lumineuse pendant les temps d'obturation necessaires au déplacement du film. Les sources lumineuses les plus puissantes pour le 35 mm atteignent 7000 watts et sont tout juste suffisantes pour des surfaces atteignant les 160 m2. t Pour le son : Le 35 mm est analogique. Sa bande passante dans le meilleur des cas n'excède pas 12,5 KHz. II reste malgrès les réducteurs de bruit Dolby A et Dolby SR, (marques déposées) ,couramment utilisés, très sensible aux poussières et aux rayures inévitables dans la vie d'un film en exploitation. Les performances du son en salle sont malheureusement très dépendantes du processus de fabrication du film et de la qualité du système de lecture de l'appareil de projection. Là aussi, les résultats sont trop souvent décevants pour le public qui s'est habitué au son numérique, la fiabilité du son optique analogique étant médiocre. Maîgrès la demande croissante du public pour le spectacle cinématographique sur écran géant, les défauts du standart d'enregistrement 35 mm actuel sont intolérables face à l'arrivée des technologies haute définition pour la télévision et du son numérique sur compact disc et bientôt DCC, (Digital Compact Cassette). LES AMELIORATIONS PROPOSEES DES ANNEES 50 A NOS JOURS A - 70 min .6 pistes magnétiques, 24 et 30 images/seconde B - 70 mm Show Scan C - 70 mm 15 perforations Imax/Omnimax D - 70 mm 6 pistes numériques Kodak/ORC E - 35 mm numérique Kodak/ORC F - 35 mm SRD Dolby A 1 - Le 70 mm 6 pistes magnétiques 5 perforations, 24 images/seconde et 48 obturations/seconde. Crée dans les années 50, le 70 mm 6 pistes magnétiques apporte une amélioration pour la définition du film, (plus grande surface par seconde). Les trois autres paramêtres image restent inchangés. La qualité du son magnétique 6 pistes a également justifié sa survie malgré sa non compatibilité avec la plupart des installations. A 2 - Le 70 mm 6 pistes magnétiques 5 perforations, 30 images/seconde et 60 obturations/seconde. Il apporte une amélioration pour la définition et le scintillement. Il fut rapidement abandonné car trop onéreux et totalement incompatible. B - Le 70 mm Showscan, (marque déposée). 6 pistes magnétiques 5 perforations, 60 images/seconde et 60 obturations/seconde. Crée aux USA dans les années 80. Pour des écrans allant jusqu'à 220 m2. il possède une excellente définition, les effets stroboscopiques ne sont pas visibles et le scintillement n'est plus perceptible. Il permettrait de réaliser des écrans de 400 ion2, mais les 60 obturations par seconde ne permettant pas d'améliorer le rendement lumineux du projecteur, (qui est toujours environ égal à 50%) cela n'est pas réalisable. Son principal défaut est d'être totalement incompatible et d'un cout d'exploitation trop élevé, notamment dû aux pistes magnétiques analogiques, (environ 20 fois le coût d'exp]oitation du 35 mm).Pour ces raisons, aucun long métrage n'a été réalisé, (malgré la très bonne qualité subjective qu'il propose). C - Le 70 mm Imax/Omnimax, (marques déposées), 15 perforations, 24 images par seconde et 48 obturations par seconde. Pistes son magnétiques sur support séparé. Il améliore la définition par seconde. La très grande surface de film utilisée permet de réaliser des écrans de 600 m2. Le scintillement et les effets stroboscopiques dûs au faible nombre d'images et d'obturations rendent les projections très fatigantes. Pour ces raisons, aucun long métrage n'a été réalisé. Le son 6 pistes magnétiques' sur bande séparéé en fait le système le plus onéreux en exploitation. D - Le 70 mm 6 pistes numériques 5 perforations, 24 images/seconde et 48 obturations/seconde. Présenté en 1990 par les Sociétés Kodak et ORC, i] ne propose aucune nouvelle solution pour l'image par rapport au 70 mm 6 pistes magnétiques 24 images/seconde et 48 obturations/seconde. Son système d'enregistrement du son numérique fait l'objet du brevet n WO 91/05335 du 18/04/91. 11 est fiable et possède des caractéristiques semblables à celles du disc compact. E - Le 35 mm 6 pistes numériques 4 perforations, 24 images/seconde et 48 obturations/seconde. Prodédé Kodak/ORC. Présenté en 1990 par les Sociétés Kodak et ORC, il ne présente aucune nouvelle solution pour améliorer l'image du 35 mm. Son système d'enregistrement du son numérique fait ]'objet du brevet ne WO 91/05335 du 18/04/91. 11 est fiable et possède des caractéristiques semblables à celles du disc compact. Pour inscrire les pistes numériques, ce procédé utilise l'emplacement traditionnel de la piste optique analogique. Pour cette raison, il est non compatible avec les autres projecteurs d'un même complexe qui ne possèdent pas l'équipement nécessaire. F - Le 35 mm 6 pistes numériques 4 perforations, 24 images/seconde et 48 obturations/seconde présenté en 1991 par la Société Dolby. Il ne propose aucune nouvelle solution pour améliorer l'image du 35 mm. Ce procédé utilise l'espace laissé libre entre les perforations. II est compatible car il concerve la piste analogique traditionnelle. Le film ayant une usure plus importante entre les perforations, le système utilise les informations de la piste analogique dès que les informations numériques ne sont plus suffisantes pour reconstituer le signal. Pour cette raison, il est difficile de considérer cette technique comme 100 % numérique. L'exploitaion de ce procédé devrait commencer en 1992. CONCLUSION Cette liste n'est pas exhaustive; nous nous sommes uniquement consacré aux procédés les plus novateurs. Les systèmes de sons numériques sur supports séparés sont très nombreux, mais ne proposent rien pour améliorer l'image, et entraînent des servitudes et des coûts non envisageables dans Ia grande exploitation. Pour le son, outre le fait qu'il doit être à 100 % numérique et fiable, les systèmes actuels ne proposent aucune solution pour pouvoir enregistrer plusieurs langues simultanément, (ce qui serait d'un grand intérêt car le cinema est une industrie internationale). Par ailleurs, il existe et il a existé un grand nombre d'autres façons d'enregistrer un film sur pellicule cinématographique. mais aucune ne propose de resoudre le problème posé dans son ensemble. Au contraire, les enregistrements d'images actuels 35 mm, compris entre le format 1/2,35 et 1/1,37 compliquent encore les problèmes posés à l'industrie cinématographique. L'étude de l'état actuel de la technique laisse apparaître les nombreuses carences des différents standarts, tant au niveau de l'image que du son. Elle permet cependant de repérer les 3 principales catégories d'exploitation. les grands écrans de 20 mw à 80 m2. Ils représentent la grande majorité des écrans et utilisent le 35 mm standart. 2: Les écrans géants de 80 à 230 m2. Ils représentent la tendance du nouveau concept cinéma. Ils utilisent majoritairement le 35 mm standart, parfois le 70 mm 24 images/seconde, et pour quelques rares exploitations le Show Scan en court métrage. 3: Les écrans super géants, en général de 400 à 1000 m2. lîs utilisent uniquement le procédé Imax/Omnimax réservé exclusivement au court métrage. Sur les trois catégories, la première a une qualité d'image satisfaisante. Pour la catégorie 2, le 35 mm actuel offre une solution insatisfaisante. les procédés 70 mm 24 images/seconde sont sujets aux effets stroboscopiques et au scintillement. Le procédé Show Scan, (par ailleurs excellent pour les écrans de 230 m2), est d'un coût beaucoup trop élevé pour l'exploitation de longs métrages. Pour la catégorie 3 des super géants, le procédé ]max/Omnimax malgré des coûts d'exploitation les plus élevés, n'offre pas une qualité d'image satisfaisante, ce qui le confine dans l'exploitation de courts métrages. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention permet l'enregistrement et la reproduction sur le même support film photochimique de pistes son numérique, de pistes son analogiques et d'images cinématographiques; en gardant la compatibilité avec les matériels existants, tout en améliorant les performances globales de reproduction de l'image et du son. L'état actuel de la technique nous a montré les différentes lacunes de reproduction de l'image et du son pour des écrans allant jusqu'à 230 m' à partir d'un support film 35 mm. L'invention permet de remédier globalement aux différents problèmes posés à l'exploitation cinématographique de film 35 mm. - selon une première caractéristique, elle est compatible (image et son) - l'enregistrement et la reproduction des pistes son numérique permet de disposer de plusieurs langues. De plus, le positionnement de ces pistes à un endroit qui subit peu d'altérations en exploitation autorise une grande fiabilité d'exploitation. - l'enregistrement et la reproduction au rythme de 48 à 50 images/seconde, (2 perforations par image en 35 mm), (96 à 100 obturations/seconde) permet - d'augmenter la surface utilisée à l'enregistrement et à la reproduction, (par rapport au format 4 perforations 1/1,85) - de diminuer par un facteur 2 les effets stroboscopiques - d'annuler les effets de scintillement - d'augmenter le rendement lumineux possible, et par voie de conséquence améliorer la qualité du contraste et des couleurs de l'image projetée. - selon une deuxième caractéristique, son fromat (1/2,00) permettra l'exploitation sur des écrans compris entre les formats' f/1,77 et 1/2.35. L'invention permet également aux professionnels de la télévision - de disposer d'une image au format 1/1.77 suffisamment haute pour les télévisions 4/3. - de disposer d'une image au format 1/1,77 égale au format des écrans TVHD 16/9. - de disposer de 48 à 50 images/seconde qui permettront une meilleure qualité d'images, pour la reproduction des oeuvres en Télévision Haute Définition. La figure 1/1 représente un film 35 mm vu à plat. En référence à ce dessin, on distingue - l'emplacement des images enregistrées sur 2 perforation (1) - l'emplacement des pistes numériques auxiliaires (2) et (3) - l'emplacement des pistes numériques principales (4) - l'emplacement des pistes analogiques (5) - l'emplacement de la surface correspondant à l'image enregistrée (6). d'un format d'environ 1/2,00. - l'emplacement de la surface utilisable pour l'exploitation de l'image au format 1/1,77 (7) - l'emplacement de la surface utilisable pour l'exploitation de l'image au format 1/2,35 (8) - l'emplacement de la surface utilisable pour l'exploitation de l'image au format 1/2,,00 (9) - l'emplacement de la surface de cadrage dans le viseur de la caméra de prise de vue (10), d'un format d'environ 1/2,00. EXPOSE DETAILLE Le nouveau format fonctionne à 48 ou 50 images/seconde pour 2 perforations par image en 35 mm (Voir Fig. 1/1). - Il est compatible pour l'image et pour le son, ce qui est indispensable dans l'industrie cinématographique, et surtout l'exploitation en complexe multisalles. - En effet, un projecteur traditionnel 24 images/seconde et 4 perforations par image projetera une image (1) sur deux, pourra utiliser les pistes analogiques (5), et pourra également lire la piste son numérique(4) s'il est équipé du lecteur et du décodeur numériques. La qualité subjective de l'image sera satisfaisante pour des écrans allant jusqu'à 80 m2 au format 1/2,00. Le seul équipement necessaire à la projection de ce nouveau format pour les projecteurs actuels 24 images/seconde, est l'installation d'un objectif et d'une fenêtre de projection supplémentaires. - Si cela s'avère necessaire, on pourra tirer des copies d'exploitation traditionnelles 24 images/seconde au format 1/1,85 pour les salles qui ne sont pas équipées de l'objectif et de la fenêtre de projection supplémentaires. - La prise de vues du nouveau format se fera en 48 ou 50 images/seconde sur film 35 mm, à raison de 2 perforations par image (1). Une caméra 35 mm modifiée sera nécessaire pour l'enregistrement des images sur 2 perforations. Un projecteur de cinéma modifié sera necessaire pour la projection du nouveau format à 48 ou 50 images/seconde. Ses principales caractéristiques seront - lecture des pistes numériques auxiliaires (2) et (3) - lecture du son piste numérique (5) et piste analogique (4) - 48 ou 50 images par seconde sur 2 perforations en 35 mm - 96 à 100 obturations par seconde - 1 seul objectif est nécessaire Grâce à ce nouveau format, la qualité d'image subjective sera supérieure à l'ancien standart 35 mm, (à surface équivalente d'écran); ce pour les raisons suivantes - la vitesse est double : les effets stroboscopiques deviennent négligeables pour des écrans de 80 à 230 m2. - le scintillement 96 à 100 Hz devient invisible pour l'oeil humain - le rendement lumineux est amélioré car la vitesse d'obturation est telle que l'on peut augmenter les temps d'illumination dans un facteur 1,5 par voie de conséquence. Le contraste et les couleurs, facteurs importants dans l'appréciation subjective de l'image sont améliorés. - la définition est améliorée de plus de 30 % par rapport au format 1/1,85 à 24 images/seconde. (1/1,85:2 perforations 48 images/seconde = 84,6 cm2) (1/2.00: 4 perforations 24 images/seconde = 62 ,8 cm2) La qualité subjective des images des écrans jusqu'à 230 mZ est alors satisfaisante, les quatre facteurs dont elle dépend étant améliorés. Le nouveau format a un rapport d'enregistrement d'environ 2,00 (6). Il est donc situé à mi-chemin entre les exigences des enregistrements de la TVHD (rapport 1/1,77) (7), et les écrans de cinéma les plus larges (rapport 1/2.35) (8). Outre cet aspect pratique, (fini le cruel dilemne entre le choix d'un enregistrement d'image destinée à la TV ou au cinéma), il permet enfin à la salle de choisir un rapport d'écran fixe compris entre 1/1,77 et 1/2,35 suivant son architecture. (A terme, finis les problèmes liés à l'utilisation de mécanismes pour faire varier la position des caches écran dans les salles, et de mécanismes destinés au changement d'objectifs du projecteur). Pour les écrans les plus grands, le choix du format 1/2.00 (9), est conseillé pour obtenir les meilleures performances - A la prise de vue, l'opérateur devra tenir compte du format de cadrage (10), d'un rapport environ 1/2,00 pour que la projection du film soit satisfaisante pour les formats d'écran compris entre 1/1,77 et 1/2,35. Le procédé d'enregistrement sur la piste numérique principale (4) par voie optique Il permet d'enregistrer : 5 canaux son principaux; 20 à 20 000 Hz I canal basses; 20 à 200 Hz 6 canaux dialogue + text; 20 à 10 000 Hz, (jusqu'à 6 langues différentes) 4 canaux signaux divers Le procédé utilise des techniques connues de syncronisation, détection et correction d'erreur, ainsi que de compression des signaux analogiques entre autre: - mots de syncronisation horizontal et vertical - CRC (détection d'erreur) - Code de Hamming (Correction d'erreurs) - Interpolation - Entrelacement - MODEM Cette liste est non limitative. Définition des pistes Une fois la correction d'erreur effectuée, on découpe l'information en mots de 16 bits que l'on répartis chronologiquement en fonction du nombre de canaux 20 KHz de bande passante désirés pour former les blocs SON. De même pour les canaux de dialogues à 10 KHz de bande passante. on fabrique des blocs de mots de 16 bits pour les définir. On groupe ensuite ces blocs en deux blocs SON suivi d'un bloc DIALOGUE. En effet, il faut deux fois moins de blocs 10 KHz que de blocs 20 KHz. Pour définir l'affectation des dialogues à l'écran, on ajoute 6 bits pour les positionner 3 bits définissants la position de la voix de gauche (8 combinaisons), et 3 bits pour la position de la voix de droite. Ces 6 bits sont rajoutés au bloc DIALOGUE comportant alors une combinaison des différents dialogues multilingues et leur position. Tous les 100 blocs SON, on met un bloc BASSES comportant un mot de 16 bits, sa bande passante est alors de 200 Hz. Egalement, on dispose de pistes TEXT dans lesquelles on peut mettre un soustitrage ou toute autre information destinée à être affichée devant l'écran par un autre procédé de projection comme le Laser ou un afficheur électroluminescent. Ces informations peuvent aussi être utilisées par des publicitaires. Le texte est un code ASCII disposant de macro-commandes permettant de définir des attributs comme le clignotement, la double taille, etc. Il y a autant de pistes TEXT que de langues désirées. Enfin, on inclue une piste code SMPTE, une piste MIDI, une piste d'information INFO contenant des informations sur le film, et une piste à usage non défini dont l'utilisation est libre. La fréquence d'échantillonnage pour les pistes SON est de 44 KHz, soit 16t44 Kbits par seconde, le taux de compression étant de 4, il faut un débit de 176 Kbits par seconde pour chaque canal SON. Les pistes TEXT, SMPTE, MIDI et INFO ont une bande passante totale identique de 176 Kbits par seconde, et forment une piste dite TLV (Type Longueur Valeur); le Type sur 2 bits indique Si le TLV contient du TEXT, un code SMPTE, un code MIDI ou un code INFO; la longueur en mots sur 14 bits indique la taille de la valeur et la valeur est contenue dans les mots suivants. La structure finale formant la TRAME de ce procédé est donc - 50 fois - 2 fois - un bloc SON (5 mots) 16 bits - un bloc TLV (1 mot) 16 bits - un bloc VOIX (6 mots) 16 bits - un bloc BASSES (1 mot) 16 bits Calcul du débit util total 6 t 176 Kbits/s + 6 t 6 +6* î76Kbits/s/2+ 1 t 116 î76Kbits/s/ 100 = 1586 Kbits/s Compte tenu des informations de détection et de correction d'erreur qui doublent le débit, le débit réel atteint environ 3172 Kbits par seconde. La surface disponible sur la pellicule 35 mm est de 455,04 mm (par seconde) t 2,527 mm (largeur de la piste numérique), soit une surface de 1150 mm carré. Ce qui donne un taux d'utilisation avec compression d'environ 361 microns carrés par bit, soit un carré de 19 microns de côté. Le débit possible de la piste optique numérique est de 133 bits dans la largeur du film x 23950 bits par seconde = 3185,35 Kbits/seconde. Les pistes numériques AUXILIAIRES (2) et (3) serviront à enregistrer et reproduire des informations numériques; par exemple, des canaux dialogues supplémentaires. L'usure étant plus importante à cet endroit du film, les informations seront de taille sensiblement suppérieure, et la redondance sera telle que l'on pourra toujours lire les pistes de manière fiable en exploitation. Les applications industrielles sont multiples. - Les coûts de production seront voisin des coûts actuels. On peut envisager que les projecteurs de toutes les salles de la grande exploitation seront peu à peu remplacés par les nouveaux projecteurs modifiés, (avec sans doute une période de coabitation). - les systèmes télécinéma haute définition ou traditionnels pourront utiliser ce support, et diffuser le son numérique multilingue dans plusieurs pays de langues différentes, ainsi que plusieurs textes multilingues. - on peut dire que ]'ensemble des industries cinématographiques et audiovisuelles pourront tirer partie de cette invention dans de multiples applications connues et inconnues à ce jour. REVENDICATIONS 1) Film cinématographique caractérisé en ce qu'il comporte des images (1) enregistrées sur deux perforations, des pistes numériques principales (4) situées à gauche des images enregistrées (1), des pistes analogiques (5) situées à droite des images enregistrées (1), des pistes numériques auxiliaires (2) et (3) situées sur les bords gauches et droits du filin. 2) Film cinématographique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les images (1) sont cadrées au format d'environ 1/2,00 (10), et enregistrées au format 1/2,00 (6), qui permet un format d'exploitation compris entre 1/1,77 (7) et 1/2,35 (8), en passant par le 1/2,00 (9). 3) Film cinématographique selon l'une quelconque des revendications précédantes caractérisé en ce que les images (1) seront projetées une à une au rythme de 48 à 50 images par seconde. 4) Film cinématographique selon l'une quelconque des revendications précédantes caractérisé en ce que les images (1) peuvent être projetées une sur deux au rythme de 24 à 25 images par seconde.