PAL et NTSC : le ralentissement de 16,7 %, expliqué une bonne fois

Un joueur américain de 1991 et un joueur français de la même année ne jouaient pas au même Sonic. Le second avançait 16,7 % moins vite, avec une musique plus grave et des bandes noires en haut et en bas de l’écran.

Ce n’était pas un bug. C’était la conséquence directe d’un choix fait dans les années 1930 sur la fréquence du courant électrique.

Trois normes, deux familles

Le point important pour un joueur : PAL et SECAM partagent la même géométrie d’image et la même fréquence. Seul le codage de la couleur diffère. C’est le NTSC qui est à part, avec moins de lignes et plus d’images par seconde.

D’où viennent ces normes

Le NTSC vient du National Television System Committee américain, adopté en couleur en 1953, le noir et blanc datant de 1941. Sa faiblesse est connue : une sensibilité aux erreurs de teinte qui obligeait à un réglage manuel sur les téléviseurs, d’où le surnom moqueur de Never The Same Color.

Le PAL est l’œuvre de Walter Bruch, ingénieur chez Telefunken à Hanovre. Brevet déposé en décembre 1962, présentation à l’Union européenne de radio-télévision le 3 janvier 1963, premières diffusions à l’été 1967 sur BBC2 en juillet et en Allemagne de l’Ouest le 25 août. Son astuce est dans son nom : la phase de la composante couleur s’inverse une ligne sur deux, ce qui annule automatiquement les erreurs de teinte.

Le SECAM est français, développé par Henri de France à partir de 1956, lancé officiellement le 1ᵉʳ octobre 1967. Il transmet une seule information de couleur par ligne, en alternance, par modulation de fréquence.

Le choix du SECAM a été autant politique que technique. La France voulait une norme qui ne dépende ni des Américains, dont le NTSC était jugé imparfait, ni des Allemands et de leurs brevets. En 1966, la conférence du CCIR à Oslo retient SECAM et PAL pour l’Europe, éliminant le NTSC. L’URSS avait adopté le SECAM dès le 22 mars 1965, ses ingénieurs le jugeant plus robuste sur de longues distances hertziennes.

Pourquoi 50 contre 60

La réponse tient au réseau électrique.

Les pays alimentés en courant alternatif à 50 hertz ont calé leur télévision sur cette fréquence pour éviter les battements visuels avec l’éclairage et simplifier la synchronisation. Les pays en 60 hertz ont fait de même.

Une décision d’ingénierie prise dans les années 1930 a donc déterminé, cinquante ans plus tard, la vitesse à laquelle Mario courait selon le pays où on habitait.

Le calcul du ralentissement, une bonne fois

Beaucoup de jeux de la fin des années 1980 et des années 1990 étaient programmés pour avancer d’une étape logique à chaque rafraîchissement d’écran. Un tick de jeu, une image.

Sur une console NTSC, l’écran se rafraîchit soixante fois par seconde. Sur une console PAL, cinquante. Si personne ne touche au code entre les deux versions, le jeu s’exécute à 50 divisé par 60, soit 83,3 % de sa vitesse d’origine.

Le ralentissement est donc de 16,7 %.

Vous lirez souvent 17 %, parfois 17,5 %. Le premier est un arrondi acceptable. Le second circule sans démonstration et vient probablement d’une confusion avec le calcul inverse : une console NTSC est 20 % plus rapide qu’une PAL, ce qui n’est pas la même opération.

Le mieux est de retenir le raisonnement plutôt que le chiffre : cinq images là où il en fallait six.

Les bandes noires, un problème distinct

Le PAL affiche 576 lignes visibles, le NTSC 480.

Beaucoup de studios n’ont pas réadapté leurs graphismes. Ils ont affiché l’image NTSC de 480 lignes centrée sur un écran de 576 lignes, ce qui laisse mécaniquement une bande noire en haut et une en bas.

Ce n’est pas lié au ralentissement, mais les deux allaient souvent ensemble sur les conversions expédiées.

La musique aussi

Sur beaucoup de jeux, la bande-son était calée sur le rythme d’affichage. Sans réajustement, elle tournait plus lentement en PAL et la hauteur des notes descendait.

Sonic the Hedgehog est l’exemple que citent toutes les sources : déplacement ralenti et musique plus grave, sur la même cartouche que les Américains connaissaient autrement.

Qui a bien fait le travail, qui ne l’a pas fait

La communauté a classé le catalogue NES en trois catégories : 24 jeux entièrement optimisés, 28 partiellement, et 25 pas du tout. Le même découpage en trois niveaux se retrouve dans les inventaires PlayStation, ce qui donne une méthode de classement assez stable dans le milieu.

Le cas de la réédition Wii de 2010 vaut d’être noté. Quinze ans après la fin du problème technique, un éditeur ressortait encore un jeu bloqué en 50 hertz.

Le zonage, l’autre mur

Les constructeurs ne se sont pas contentés de la différence de norme. Ils ont ajouté des verrous.

La Super Nintendo embarquait une puce CIC différente selon la région, qui empêchait une cartouche étrangère de démarrer. Les cartouches américaines et japonaises n’avaient pas non plus la même forme que les européennes, ce qui ajoutait une barrière physique à la barrière électronique.

La Mega Drive était moins stricte, le blocage se faisant plutôt au niveau logiciel, ce qui explique pourquoi un simple adaptateur suffisait souvent.

Trois contournements circulaient à l’époque. Les adaptateurs à insérer entre la cartouche et la console, qui neutralisaient la vérification. La désactivation matérielle de la puce CIC, par dessoudage ou modification d’une broche. Et plus tard, les puces SuperCIC et les modifications dites switchless, qui ajoutent un basculement 50 ou 60 hertz et libèrent la console de sa région.

Sur la légalité de ces modifications, aucune source consultée ne tranche. Le wiki qui les documente le plus précisément indique explicitement s’en tenir aux faits techniques. En pratique, modifier un appareil dont on est propriétaire pour un usage personnel est largement toléré tant qu’il ne s’agit pas de contourner une protection anti-copie à des fins commerciales. C’est une zone grise, pas une réponse binaire.

Jouer en PAL aujourd’hui

Le problème s’est déplacé. Il ne s’agit plus de vitesse mais d’affichage.

Une Mega Drive sort du 240p, soit 76 800 pixels. Un téléviseur 4K en affiche plus de huit millions. L’écart impose un suréchantillonnage massif qui écrase le pixel art, et beaucoup d’écrans récents gèrent mal, voire refusent, un signal analogique entrelacé à 50 hertz.

Les upscalers résolvent la question, à des prix très variables.

L’autre voie est l’émulation, logicielle ou sur FPGA avec un Analogue Super Nt ou un MiSTer. Le menu propose de choisir la région, ce qui permet de jouer la version NTSC correctement rythmée sur un écran moderne. C’est devenu l’option la plus courante chez ceux qui veulent l’expérience prévue par les développeurs plutôt que l’expérience européenne d’époque.

Côté constructeurs, la Dreamcast a été la première à généraliser une option PAL 60. La Xbox et la GameCube ont suivi, sans systématisme. La PlayStation 2 reste l’exception : pas de mode PAL 60 natif sur la plupart des jeux.

La cote, et ce qu’elle doit à la région

Un même jeu ne vaut pas la même chose selon sa région d’origine, et le ralentissement PAL n’y est pas étranger. Les versions japonaises et américaines sont souvent recherchées pour leur rythme d’origine, les versions européennes pour la rareté de certains tirages.

Aucune source consultée ne fournit de grille de prix comparée fiable. Le principe est documenté, les montants ne le sont pas.

Trois pistes voisines

Faire tourner du matériel de cette époque sur une machine actuelle demande toujours un peu de bricolage : brancher une manette PS3 sur PC en est un bon exemple.

Les jeux dont il est question ici ont une liste de référence : les jeux vidéo rétro qui ont marqué les années 80 et 90.

Et pour trouver ces cartouches sans se faire avoir sur une repro : où acheter du rétro à Paris.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre PAL et NTSC ?

Le PAL affiche 625 lignes dont 576 visibles à 50 champs par seconde, le NTSC 525 lignes dont 480 visibles à 60 champs. Le PAL a plus de définition, le NTSC plus de fluidité.

Quelle norme est utilisée en France ?

Historiquement le SECAM, lancé le 1ᵉʳ octobre 1967. Il partage sa géométrie avec le PAL, seul le codage de la couleur diffère, ce qui explique qu’un téléviseur multistandard lise les deux sans changer l’image.

Pourquoi les jeux PAL sont-ils plus lents ?

Parce que beaucoup avançaient d’une étape logique par image affichée. Cinquante images par seconde au lieu de soixante donnent 83,3 % de la vitesse d’origine, soit un ralentissement de 16,7 %.

Pourquoi y a-t-il des bandes noires sur les jeux européens ?

Parce que l’image conçue pour 480 lignes était affichée telle quelle, centrée, sur un écran qui en compte 576. Les studios qui ont réadapté leurs graphismes n’ont pas ce défaut.

Tous les jeux PAL sont-ils ralentis ?

Non. Sur NES, la communauté a recensé 24 titres entièrement optimisés contre 25 pas du tout. Les studios européens comme celui d’Earthworm Jim travaillaient d’emblée en 50 hertz.

Comment jouer à une console PAL sur une télé moderne ?

Avec un upscaler, de l’OSSC autour de 115 euros au RetroTINK-4K autour de 750 dollars, ou en passant par l’émulation, qui permet en plus de choisir la région du jeu.

Sources

• Wikipédia, articles Phase Alternating Line, SECAM et NTSC, en français et en anglais
• Sony, documentation technique sur les fréquences NTSC couleur
• SEGA Nerds et 2Bluebox, sur les conversions PAL bâclées et le cas Sonic
• ConsoleMods Wiki, inventaires des titres PlayStation optimisés PAL et documentation du zonage
• Cousin Gaming, classification des jeux NES selon leur optimisation PAL
• Nintendo Life, sur la réédition Wii de Super Mario All-Stars en 50 Hz
• Le Guide du Collectionneur, sur les cartouches et le verrouillage régional
• How-To Geek et Electro Arcade, sur les signaux basse résolution face aux écrans modernes
• Documentation des upscalers RetroTINK et OSSC