Les mélangeurs vidéo, suivez le guide (Partie 1)

Produits, Traitement // jeudi, 16 janvier 2020 // Rédigé par Pierre-Antoine Taufour

Lors d’un tournage multicam, le mélangeur vidéo est le noyau central du dispositif pour la sélection des sources, l’habillage graphique des images et de leur combinaison grâce aux effets spéciaux. Il sert également à mettre en forme les signaux pour les afficher, les enregistrer ou les envoyer vers des réseaux de diffusion. Les architectures des mélangeurs se sont diversifiées avec une extension permanente de leurs capacités, mais aussi grâce à des combinaisons nouvelles d’outils, en particulier pour faciliter la mise en place d’émissions live vers les réseaux de streaming. Nous faisons ici le point en trois parties. Les points abordés dans cette partie 1 sont : les mélangeurs « soft »; le nombre d’entrées vidéo ; les sources internes et les sorties.

 

Sur un plateau de web TV, les images captées par les caméras aboutissent vers un élément central, le mélangeur vidéo. Il remplit plusieurs fonctions : la commutation des images entre les caméras, mais aussi de celles fournies par des sources annexes, comme un lecteur de clip vidéo ou la sortie écran d’un ordinateur pour la diffusion d’illustrations. Au-delà d’une simple sélection en « cut », il sert également à combiner plusieurs sources avec un effet statique comme le PIP (Picture In Picture) ou l’incrustation sur fond vert, l’habillage graphique et l’insertion de titres. Il les complète avec des enchaînements animés grâce à des effets dynamiques comme le fondu enchaîné, des volets, ou des effets numériques 2D ou 3D.

Avec des traitements numériques de plus en plus puissants, le nombre et le type d’effets spéciaux s’élargissent sans cesse et leur description pourrait remplir la totalité de ce numéro hors série. Les constructeurs profitent de cette augmentation de puissance pour ajouter des fonctions complémentaires au mélange des images pour regrouper dans un seul équipement, des fonctions dédiées jusqu’à présent à plusieurs autres unités électroniques. Ainsi le mixage son, la lecture de clips vidéo ou d’images graphiques, et même parfois l’enregistrement du programme final et des caméras en mode divergé, en y ajoutant un codeur de streaming, et même le contrôle et les réglages des caméras télécommandées. Cette intégration réduit fortement la taille des matériels à déployer dans une régie et en simplifie les câblages.

Dans une situation de mobilité, cela apporte un gain de temps indéniable pour l’installation du plateau, mais au prix d’une relative complexité dans les interfaces de configuration. Et comme dans tout système multifonctions, il est rare que tous les modules le constituant soient aussi complets et performants que des appareils dédiés. Mais il est évident que le développement des web TV a poussé de nombreux constructeurs à proposer des systèmes intégrés « tout-en-un » adaptés à ce nouveau marché. Chaque solution, une régie équipée avec des matériels distincts pour chaque grande fonction ou un système « tout-en-un », présente des avantages et des inconvénients qui seront à pondérer en fonction de chaque situation ou mode de production.

 

Des mélangeurs « soft »

Une dernière catégorie de mélangeur vidéo est apparue plus récemment : des logiciels tournant sur un ordinateur. Ils ont d’abord été développés pour les « gamers » qui souhaitent partager leurs exploits sur YouTube ou autre plate-forme de streaming ouverte en mixant la copie d’écran du jeu en cours et les images du joueur captées par une webcam. Si l’ordinateur est équipé de cartes interfaces vidéo ou de boîtier USB, il est alors possible d’y raccorder plusieurs caméras externes et constituer ainsi un vrai mélangeur vidéo.

Les principaux logiciels de mixage vidéo sont le VidBlaster X, le vMix, le Studio 5 de Livestream et le Wirecast de Telestream. Ce dernier produit était d’abord centré sur ses fonctions d’encodage de streaming et il s’est enrichi petit à petit de fonctions de traitement, jusqu’à devenir un véritable outil de mixage vidéo.

L’interface globale de tous ces logiciels reprend le principe du mélangeur classique avec deux grandes fenêtres pour l’affichage des sorties programme et preview et une série de vignettes affichant les sources. Par contre, la préparation des effets passe par des modules de composition et l’effet est mémorisé dans une vignette directement accessible, comme une macrocommande sur un mélangeur.

Cette phase de préparation et sa mémorisation sont assez différentes de celles d’un mélangeur hardware et demandent un petit temps d’apprentissage. La sélection des commandes lors du direct se fait à la souris, ce qui est assez éloigné de l’ergonomie d’un pupitre de mélangeur classique sur lequel les touches sont en accès direct, avec une action plus instinctive. L’écran tactile, solution alternative offerte dans quelques modèles transportables, n’est pas non plus d’un grand secours pour obtenir des commutations rapides. L’autre possibilité pour s’approcher de l’ergonomie du pupitre est d’utiliser un clavier de PC avec un accès direct sur des touches préprogrammées pour sélectionner les sources en préparation ou en sortie programme. Le choix d’un logiciel de mixage vidéo est tout à fait envisageable, mais au prix d’une adaptation des habitudes de réalisation si on est habitué aux pupitres des mélangeurs classiques.

Si de prime abord le choix d’une solution logicielle pour mettre en place un mélangeur peut sembler plus économique, il y a plusieurs éléments à prendre en compte pour comparer ce choix à celui d’un système hardware dédié. Premièrement, selon le nombre de sources vidéo et la complexité des effets à réaliser, il faudra choisir une unité centrale avec des processeurs suffisamment puissants ou en les associant à des GPU (cartes graphiques à processeur dédié).

Une lecture attentive des recommandations de l’éditeur est absolument nécessaire pour choisir une unité centrale adaptée à un mixage vidéo sans bug ni « freeze ». Si plusieurs caméras externes équipent le plateau, il faut prévoir des cartes interfaces comme celles de Blackmagic, Matrox ou AJA pour les raccorder à l’unité centrale, ou éventuellement des boîtiers interfaces USB ou Thunderbolt.

Ensuite se pose la question de la fiabilité d’une solution logicielle qui tourne sur un ordinateur avec un système d’exploitation. Un plantage de la machine reste toujours possible, d’autant que derrière le logiciel de mixage vidéo, tourne toute une série de process liée à l’OS pour le fonctionnement général de la machine. Les mélangeurs hardware se rapprochent de plus en plus d’une architecture informatique, en particulier les modèles intégrés « tout-en-un », mais le constructeur aura optimisé les fonctions de mélange vidéo avec l’OS sous-jacent et n’aura conservé dans cet OS que les fonctions indispensables au mélange vidéo. Il ne faut pas oublier aussi les risques liés aux mises à jour de l’OS de l’ordinateur, parfois déclenchées de manière inopinée, et qui peuvent venir rompre l’équilibre délicat de l’intégration du logiciel de mixage vidéo dans l’OS actuel.

Par contre, on peut inscrire, au titre des avantages d’une solution software, une plus grande souplesse dans le choix des fonctions et surtout de leur évolutivité, tant fonctionnelle qu’au niveau des performances. Un mélangeur vidéo hardware restera limité par son architecture initiale et offrira moins de souplesse en termes d’évolution, même à travers des mises à jour de son firmware.

Chaque approche a ses avantages et ses inconvénients, mais il semble que le choix d’un système hardware ait encore les faveurs d’une majorité de clients, car deux des acteurs du marché et pas des moindres, à savoir Telestream et Livestream, qui proposent chacun une solution logicielle très complète et performante, ont inscrit à leur catalogue une version hardware parfaitement dimensionnée et adaptée à leur offre logicielle, le Wirecast Gear pour Telestream, et les châssis Studio HD51 ou HD550 de Livestream.

 

Combien d’entrées vidéo ?

Lors du choix d’un mélangeur vidéo, l’un des premiers critères de choix concerne le nombre d’entrées vidéo pour y raccorder des caméras. Pour un petit plateau destiné à une web TV, quatre sources raccordables constituent le strict minimum, avec par exemple trois caméras et un ordinateur pour fournir des images informatiques ou une présentation et/ou des contenus vidéo enregistrés, interviews ou reportages. De six à huit entrées couvriront les besoins d’un plateau classique. Au-delà, une capacité de douze ou seize entrées correspond à des capacités plus conformes à la captation de shows, d’évènements sportifs ou de concerts.

Ce nombre correspond au nombre d’entrées physiques disponibles sur le mélangeur, c’est-à-dire le nombre de connecteurs pour y raccorder des sources. Il peut différer du nombre de signaux vidéo accessibles directement sur les touches du pupitre. Plusieurs d’entre elles peuvent être réservées à un fond coloré, à des sources internes (lecture d’images fixes ou de clips stockés dans le mélangeur) ou à des sources distantes rapatriées par réseau. Un autre point à bien vérifier concerne la présélection de certaines entrées.

Pour faire face à la multiplicité des modes de raccordement vidéo, il arrive que certains constructeurs démultiplient le type de connecteurs : BNC pour un signal SDI, HDMI, DVI… mais nécessitant de choisir, via un commutateur de présélection ou un menu de configuration, le signal appliqué à une entrée réelle du mélangeur. Donc le nombre de connecteurs disponibles en face arrière du mélangeur ne correspond pas toujours au nombre réel de sources mixables sur celui-ci.

La très grande majorité des mélangeurs proposés sur le marché fonctionnent en résolution HD (1 080i ou 720p) et encore parfois avec la SD en complément. Les entrées vidéo sont alors équipées selon les cas de connecteurs BNC pour les signaux vidéo numériques SDI ou de connecteurs HDMI. Il faut éviter de choisir un mélangeur équipé uniquement en HDMI, car cette connectique pose de multiples problèmes en exploitation. Néanmoins, le HDMI restera utile pour le raccordement de sources informatiques. Un ratio ¼ en entrées HDMI et ¾ en BNC constitue le bon compromis et correspond d’ailleurs à une majorité des modèles commercialisés.

Quelques rares modèles y ajoutent d’autres entrées réservées à des signaux analogiques : vidéo composite ou composantes en résolution SD, ou encore en VGA. Sauf cas très particuliers, ces entrées spécifiques ne présentent plus d’intérêt. D’autre part, il existe de nombreux modèles de boîtiers convertisseurs peu onéreux s’il fallait faire face à une source équipée avec des sorties autres que du SDI ou HDMI.

Pour étendre la palette de signaux vidéo en entrée du mélangeur, au-delà du SDI et du HDMI, quelques constructeurs comme Panasonic proposent un système de cartes modulaires à acquérir en complément pour ajouter des entrées analogiques composites ou composantes, du DVI et même encore du VGA. Elles permettent également d’étendre le nombre d’entrées SDI et ou HDMI.

Selon les modèles, les mélangeurs vidéo fonctionnent dans une ou plusieurs résolutions d’image. La plupart des modèles fonctionnent avec la résolution SD (576i ou 480i) et HD en 1 080i. Certains vont au-delà avec du 1 080p, mais bien vérifier qu’ils fonctionnent en 50 ou 60 images/sec. et non avec une limite de 25 ou 30 images/sec. Même remarque pour ceux qui abordent l’UHD et la 4K, choisir un modèle fournissant 50 ou 60 images/sec. avec des entrées 12G-SDI et non limité à 25 ou 30 images/sec. en 6G-SDI.

Quelques modèles de conception un peu ancienne exigent que toutes les sources fonctionnent dans une résolution unique, celle choisie pour le mélangeur. Il faut donc veiller à une certaine uniformité dans le choix des caméras et autres sources vidéo, y compris pour les sorties écran des ordinateurs utilisés comme sources d’images informatiques. Ce point est important si l’utilisateur souhaite récupérer des matériels existants. Les modèles les plus récents sont souvent pourvus d’un circuit « up converter » pour raccorder des sources SD sur un appareil fonctionnant en HD. Le contraire est moins courant.

Ces fonctions de conversion ne sont pas toujours disponibles sur toutes les entrées du mélangeur, ce qui oblige à disposer les sources dans un ordre moins logique que leur disposition sur le plateau. Quelques modèles donnent une totale latitude pour une réaffectation des sources physiques par rapport aux touches du clavier. Là aussi, se reporter au mode d’emploi pour vérifier cette fonctionnalité qui apporte plus de souplesse en exploitation.

Pour enchaîner les images de plusieurs caméras sans saute, ou effectuer des effets spéciaux (fondu, volets, incrustation), il est indispensable que les balayages vidéo de ces sources soient synchronisés. Par le passé, cela exigeait de fournir un signal de référence, le fameux black burst ou un signal tri-level, pour que toutes les sources envoient leurs images dans le même rythme pour la synchro verticale et la synchro horizontale.

Tous les mélangeurs vidéo numériques récents sont équipés d’un circuit de frame synchroniser sur chaque entrée. Celui-ci, grâce à une mémoire tampon, remet les signaux asynchrones dans la bonne référence de synchronisation interne du mélangeur. Il n’est donc plus indispensable de mettre en place, sur un plateau, de caméras disposant d’une entrée de synchronisation externe (ou réf.), disponible soit sur le corps de la caméra ou sur son éventuelle voie de commande (ou CCU).

Néanmoins, beaucoup de caméras des gammes dites professionnelles ou broadcast sont encore munies de ces entrées de référence et, sur les plateaux broadcast, on continue à asservir le fonctionnement des caméras sur un générateur de synchro qui leur fournit un signal de référence. Outre une meilleure stabilité des signaux, ce mode de câblage avec référence externe évite un retard vidéo d’une image dans le traitement du mélangeur. Les effets spéciaux de type DVE ont tendance à créer un décalage temporel et il vaut mieux les réduire au maximum pour limiter un décalage son/image toujours désagréable lors de cadrages en gros plan.

Les contenus traités par un mélangeur vidéo ne se limitent pas aux sources raccordées sur les connecteurs physiques de l’appareil. Aux entrées SDI, HDMI ou autres s’ajoutent des sources internes : image noire, fond coloré (avec choix de la teinte, du niveau lumineux et de la saturation), mémoires d’images fixes et de clips vidéo pour les mélangeurs les plus perfectionnés. Selon les caractéristiques et la puissance des circuits internes, le nombre de fonds colorés sera soit identique (deux en général) à tous les niveaux de traitement (sortie programme, bordures de volets, DSK, DVE) ou spécifique à chacun d’eux. Parfois s’y ajoute aussi une mire de barres, commutable avec le fond noir.

Pour la bibliothèque d’images fixes, le nombre d’éléments en accès direct dépendra avant tout du volume de stockage dédié à cette fonction. En général, il est réparti sur plusieurs niveaux, les images en accès direct via une touche du mélangeur, limité à quelques unités, puis un stockage interne plus large, mais auquel on accède via des menus.

Enfin plusieurs constructeurs prévoient une liaison directe, souvent par réseau IP, avec un ordinateur pour accéder alors à des milliers d’images stockées sur son propre disque dur. Mais elles ne sont accessibles à la diffusion en direct qu’après un préchargement dans la mémoire du mélangeur. Solution alternative, afficher les images en plein écran sur l’ordinateur et raccorder sa sortie écran comme l’une des sources externes du mélangeur, mais au détriment du nombre de caméras.

Sur des mélangeurs récents conçus pour les web TV (gamme StreamStar de JVC, Livestream, TriCaster, Multicam Systems, Panasonic AV-HLC100…) en plus des sorties de flux de streaming pour la diffusion apparaissent des entrées « virtuelles » disponibles via le port réseau. Elles sont configurées pour récupérer en entrée comme sources vidéo, des flux de streaming codés en RTSP ou RTMP, ou dans le protocole propriétaire de NewTek, le NDI. Ceux-ci proviennent selon les cas, d’autres encodeurs ou services de streaming, ou bien de caméscopes connectés avec port wi-fi ou clés 4G, ou d’unités de codage 4G type LiveU, TVU ou Aviwest et enfin de smartphones pourvus d’applications de prise de vues « live ».

Toutes les applications pour smartphones n’offrent pas cette fonctionnalité, cela dépend des options disponibles dans les menus de configuration de la diffusion. Une application conçue par le même éditeur ou constructeur du mélangeur facilite grandement les choses (voir les offres de Livestream, Teradek et autres décrites dans le chapitre sur les moyens de tournage légers).

Ce nouveau mode de raccordement de sources vidéo démultiplie les configurations de prise de vues et surtout autorise la mise en place de caméras à distance sans être limité par la longueur des câbles vidéo traditionnels. Veiller néanmoins au temps de configuration du dispositif et au nombre important de paramètres à maîtriser. Brancher un câble restera toujours beaucoup plus rapide.

La latence de codage et de décodage interdit également une prise de vue multicam sur la même scène en mélangeant caméras câblées et streamées. Seul un dispositif basé sur le protocole NDI à très faible latence permet d’aborder ce type d’architecture mixte. Si les caméras sont reliées au mélangeur via un réseau wi-fi, il est impératif de prévoir un réseau dédié et affecté uniquement à cet usage, pour éviter des ruptures d’images si d’autres usagers lancent des connexions un peu lourdes.

 

Les sources internes

Pour enrichir les prises de vues « live » fournies par les caméras, tous les constructeurs de mélangeurs les complètent avec une bibliothèque interne (ou library) servant à stocker des images fixes ou de courtes séquences vidéo. Le nombre d’images et la durée des séquences vont dépendre à la fois de leur résolution et de la capacité de stockage attribuée à cette fonction. Ces images fixes et séquences vidéo sont téléchargées selon les cas depuis une mémoire externe raccordée sur un port USB, ou depuis un ordinateur raccordé en réseau.

Quand la capacité de stockage est importante et par conséquent le nombre de fichiers, plusieurs constructeurs prévoient un mode d’accès à deux niveaux, l’un avec une navigation traditionnelle comme dans l’explorateur de fichiers d’un ordinateur et donc plus lente pour faire défiler la liste complètes des contenus, et un second plus rapide avec une présélection des fichiers affectés à des touches dédiées. D’autres offrent l’accès complet au contenu de l’ordinateur raccordé par réseau à la manière d’un accès de type FTP. Le choix du mode d’accès et de navigation parmi les fichiers sera choisi en fonction de la quantité d’éléments auxquels il faut accéder au cours de la réalisation.

De même pour la gestion des séquences vidéo. S’il s’agit d’un simple clip d’animation graphique ou d’un court jingle, leur stockage sur le mélangeur est à privilégier, surtout si le constructeur du mélangeur couple le démarrage de la lecture à celui de la sélection de la source. Par contre, pour l’envoi de reportages ou d’interviews plus longs au cours de l’émission, une lecture depuis un ordinateur raccordé sur une entrée HDMI ou SDI offrira plus de souplesse et sera moins soumise aux contraintes du player interne du mélangeur, en termes de formats et de durée.

Des logiciels players vidéo pour ordinateur comme VLC ou IINA reconnaissent une large palette de formats vidéo, offrent de nombreuses options d’affichage et disposent d’une gestion simplifiée des playlists. L’outil « On the Air » de Softron est un outil de lecture beaucoup plus élaboré et efficace avec une gestion complète des playlists, mais nettement plus onéreux.

 

Les sorties des mélangeurs

Les mélangeurs offrent tous plusieurs sorties vidéo avec, au minimum, une sortie « programme » pour le contenu à diffuser vers les spectateurs. Celle-ci est toujours associée à la sortie « préparation » ou « preview » qui affiche la source présélectionnée au niveau de la barre de préparation, prête à être passée à l’antenne. Ces deux sorties sont complétées par un nombre de sorties « Aux » plus ou moins important (de une à huit) selon la puissance du mélangeur. Elles servent à diffuser au choix, la sortie « programme » ou une source particulière, par exemple pour alimenter un moniteur de retour « plateau », une image d’habillage en fond de plateau, un assistant qui a besoin de suivre le déroulement particulier d’une séquence, les usages des sorties Aux étant infinis.

Comme pour les entrées, les connecteurs BNC avec signaux SDI sont à privilégier. Selon les architectures internes des mélangeurs, les connecteurs de ces sorties sont affectés en « dur » et étiquetés en conséquence, mais sur un nombre grandissant de mélangeurs, ces sorties sont universelles et repérées simplement par des chiffres. Une grille de commutation interne sert à leur affecter les signaux (programme, preview, auxiliaire ou multiviewer) en fonction des besoins de la production, lors de la phase de configuration du mélangeur. À l’instar des modèles broadcast, quelques mélangeurs prévoient une sortie vidéo « clean feed » identique au programme final, mais sans l’habillage graphique ajouté au niveau des fonctions d’incrustation ou du DSK (voir ci-après).

Au moins une sortie HDMI est toujours présente pour le « monitoring ». Elle est systématiquement munie d’un circuit multiviewer qui affiche sur un écran unique les images des sources (en général de six à huit selon le nombre d’entrées disponibles) et les sorties « preview » et « programme ». Selon les modèles, la répartition et l’agencement des fenêtres seront proposés selon un ou plusieurs canevas. Cet affichage gère aussi les signaux de tally : un cadre rouge entoure l’image à l’antenne et un cadre vert pour la source présélectionnée en « preview ». Tous les systèmes affichent également les niveaux audio sous forme de barregraphes et parfois aussi par une horloge.

Les mélangeurs pourvus d’une interface réseau et d’un décodeur de streaming pour recevoir les images streamées de sources distantes, comme les modèles de NewTek, les Streamstar de JVC, ceux de Livestream ou de Multicam Systems ou encore le AV-HLC100 de Panasonic, sont également équipés de codeurs internes de streaming pour envoyer leur programme final directement par réseau vers Internet et les multiples services de streaming. Leurs fonctions d’encodage sont similaires à celles des encodeurs indépendants et sont décrites dans le chapitre consacré à ce sujet. Selon les cas, l’utilisateur peut choisir d’envoyer le programme final ou parfois une sortie Aux. Très souvent, cette fonction d’encodage est couplée à un enregistreur vidéo intégré au mélangeur.

Les paramètres d’enregistrement (résolution des images, codec de compression, débit vidéo) sont souvent définis avec des valeurs supérieures à celles de l’encodeur de streaming pour préserver la qualité des images et permettre une postproduction ultérieure. L’enregistrement est selon les cas stocké sur un support externe amovible, clé USB ou disque dur ou un disque interne.

 

Retrouvez le deuxième partie de l'article ici et la troisième par ...

 

Extrait de l’article paru pour la première fois dans Sonovision #17, p.32-47. Abonnez-vous à Sonovision (4 numéros/an + 1 Hors-Série) pour accéder, à nos articles dans leur totalité dès la sortie du magazine.

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