sur HDFever, safe wrote:4K, UHD, UHDTV
Puisque l'ultra haute définition ( UHD ) commence à arriver dans nos foyers, c'est le moment idéal pour s'interroger sur les enjeux et les impacts techniques et économiques de ce format. Je vous propose une suite d'articles qui permettront de comprendre ce qui est spécifié, comment les acteurs industriels se préparent à y répondre, quels sont les types de produits existants et ceux qui pourraient arriver sur le marché.
Résolutions et aspect d'images :
L'ultra HD est donc un format vidéo qui peut se décliner dans différents cas d'application. En fonction de ces cas, des organismes précis sont chargés de préciser les paramètres standard ainsi que leur appellations :
Pour les vidéos ( films, concerts, documentaires ) stockés sur support physique optique ( remplaçant du Bluray, ... ):
Le 17 octobre 2012, le Consummer Electronics Association ( C.E.A., organisme américain ) définit le standard Ultra Haute Définition ( UHD ) comme format vidéo de résolution dit 4K à usage domestique. A noter que ce format vidéo n'est pas simplement qu'une affaire de résolution ( comme le Full HD par rapport au HD ready ) : le C.E.A. en a profité pour spécifier un nouvel espace colorimétrique, de nouveaux formats d'encodages et de représentation numérique du signal vidéo.
Résolution pour l'ultra HD : résolution minimale de 3840 x 2160 pixels
Aspect d'image pour l'ultra HD : au minimum le 16/9è soit un rapport de forme de 1,77.
Cela signifie que de nombreux formats vidéo ayant des résolutions supérieures à 3840 x 2160 ET un format d'image supérieur au 16/9è pourront être autorisés par le Bluray Disc Association ( BDA ) et les studios d'Hollywood via leur joint venture ( Movie Labs ) dans le cas d'un stockage sur support physique optique. Parmi les formats éligibles, on retrouve toutes les déclinaisons du format 4K tirées du cinéma numérique :
- Le DCI 4K natif ( spécifié par Digital Cinéma Initiatives ) est le plus commun dans cette industrie et prend comme résolution 4096 x 2160 pour un rapport de forme de 1,90 ( aspect d'image de 17,06/9è ). Sa déclinaison en tant que format UHD compatible est donc possible mais n'est actuellement pas spécifié. A noter que les vidéos projecteurs Sony 4K possèdent des matrices compatibles jusqu'à la résolution de 4096 x 2160 ( et pas seulement jusqu'à la résolution UHD minimale ).
- Le DCI 4K recadré qui a une résolution de 4096 x 1714 pour obtenir un rapport de forme de 2,39 ( aspect d'image de 21,5/9è ) ne répond pas aux critères standard que le CEA à définit pour l'ultra HD.
- Le DCI 4K plat recadré qui a une résolution de 3996 x 2160 pour obtenir un rapport de forme de 1,85 ( aspect d'image de 16,65/9è ) est lui déclinable pour être compatible avec le standard ultra HD.
Dans le cas ou le DCI 4K natif et le DCI 4k plat recadré sont décliné comme formats UHD possible pour être stocké sur un Bluray, qui et comment se fera la conversion d'image si le format d'image de la source est différente du format d'image souvent unique du diffuseur?
- 99% des téléviseurs actuels et à venir sont en 16/9è, une toute petite partie sera en 21/9è.
- on peut parier que la majorité des vidéo projecteurs à venir seront en UHD et la minorité ( haut de gamme ) ira jusqu'à la résolution 4K.
Début 2014, Movie Labs ( représentant les 6 plus gros studios Hollywoodiens ) a émis des exigences en vue de la spécification du format remplaçant le Bluray : ils n'encouragent pas la mise à l'échelle ( rescaling ) de l'image fournit par le lecteur BluRay 4K en vue d' être affiché par le diffuseur. Si cette philosophie était retenue, le diffuseur n'aurait pas d'autre choix que :
- d'adapter ( recadrer ) un signal de résolution supérieure à ses capacités d'affichage.
- d'ajouter des barres horizontales ou verticales à un signal de résolution inférieur à ses capacités d'affichage.
Autrement dit, pour les studios, c'est le diffuseur qui doit s'adapter à leur film et non l'inverse ... mais cette question reste ouverte ( avril 2014 ).
Pour la diffusion TV ( Broadcasting c'est à dire via satellite ou TNT, Broadbanding c'est à dire via boîtier internet ou live via site internet ) :
L'organisme international chargé de rédiger les standards Télévisuels, le SMPTE ( Society of Motion Picture and Television Engineers ), a crée en 2007 puis mis à jour en 2009 et 2013 les documents référencés SMPTE ST-2036-1, 2036-2, 2036-3 qui définissent les différents paramètres qu'un signal ultra HD télévisuel peut exploiter.
on parle alors de UHDTV qui se décline en deux résolutions :
• UHDTV1 ( simplifié en UHD-1 ) prend comme résolution unique 3840 x 2160 pixels (8.3 megapixels), à noter ici que les différentes résolutions 4K issue du cinéma numérique ne pouvaient être retenues pour la diffusion TV du fait que l'aspect d'image unique retenue est le 16/9ème.
• UHDTV2 ( simplifié en UHD-2 ) prend comme résolution unique 7680 x 4320 pixels (33.2 megapixels), ce format est issue du "Super hi-vision 8K" définit par NHK ( Media N°1 de diffusion télé au Japon ) pour la diffusion via satellite au Japon.
L'aspect d'image retenue pour ces deux déclinaisons de l'UHDTV est uniquement le 16/9è.
Pour les vidéos ( films, concerts, documentaires ) disponible en streaming ou via des sites de vidéo à la demande :
EN théorie, ce sont les standards du CEA qui s'appliqueront ( voir plus haut ) ... mais, ... comme le monde internet à parfois tendance à privilégier ses propres besoins, on devrait s'attendre dans les premiers mois à des formats de vidéos dont les résolutions et aspects d'images seront plus ou moins exotiques par rapport a ce que le CEA a spécifié.
Appellations :
• UHD, UHD-1 (UHDTV1), UHD-2 (UHDTV2), sont autant d'appellations décrivant les déclinaisons du format ultra haute définition en fonction des cas d'aplication.
• 4K est un terme attaché à un ensemble de résolutions exploitées par le cinéma numérique dont aucune déclinaison n'existe sous l'appellation UHD ; il convient donc de distinguer un signal vidéo de résolution UHD/UHD-1 (UHDTV1)/UHD-2 (UHDTV-2) d'un signal vidéo de résolution 4K.
• Quad HD, Quad HDTV sont des appellations toujours utilisées par le marketing pour parler du format 4K issue du cinéma numérique adapté aux films et à la diffusion TV. Il n'existe pas de spécifications pour les formats Quad HD et Quad HDTV.
• 2160p est un terme généralement utilisé pour parler d'un signal vidéo issue du format UHD/UHD-1 ( UHDTV1 )/4K.
• 4320p, 8K sont deux termes généralement utilisés pour parler d'un signal vidéo issue du format UHD-2 ( UHDTV2 ) .
Fréquences d'images :
Pour les vidéos ( films, concerts, documentaires ) stockés sur support physique optique ( remplaçant du Bluray, ... ):
Les fréquences admises par le standard UHD du CEA sont de 23,976/24/25/29,97/30/50/59,94/60/120 images/s uniquement en progressif.
Janvier 2014 : les studios Hollywoodiens, partit prenante dans les spécifications du futur Bluray, souhaitent voir normaliser les fréquences progressives minimales suivantes :
• 2D: 24p, 25p, 30p, 48p, 50p, 60p, (96p), (100p), (120p)
• 3D: 48p (24p par œil), 96p (48p par œil), 120p (60p par œil)
Il semble donc que Peter Jackson et James Cameron aient réussit à convaincre les studios pour la 3D haute fréquence ( HFR ).
Pour la diffusion TV ( Broadcasting c'est à dire via satellite ou TNT, Broadbanding c'est à dire via boîtier internet ou live via site internet ) :
Les fréquences admises par SMPTE en UHD-1 (UHDTV1) et en UHD-2 (UHDTV2) sont les suivantes ( mars 2014 ) :
Pour la diffusion 3D, le format n'est pas arrêté, c'est à l'étude. SMPTE préconise l'utilisation de la plein résolution pour chaque image ce qui signifierait que les fréquences progressives de 50/60hz soient un minimum pour afficher cette UHDTV en 3D.
L'UHDTV est d’emblée du progressif alors que la télévision actuelle est diffusée en entrelacé à savoir des demi-images envoyées en mode entrelacé. Cela explique pourquoi l’UHDTV1@50p multiplie en théorie ( par rapport a un signal HDTV@50p ) le débit nécessaire par 8 (hors améliorations liées à l’HEVC) : 2*2 du fait du doublement du nombre de pixels en hauteur et en largeur et encore *2 du fait du passage au signal progressif.
Voici un zoom d'une séquence rapide extraite de vidéos affichées à plusieurs fréquences par le laboratoire de la BBC :
La fréquence progressive de 50p n’est pas suffisante pour les scènes rapides ( travelling, sport, ... ). ATEME et Orange planchent sur une solution intermédiaire qui consisterait à faire du 120p mais en entrelacé (une demi-image 120 fois par seconde) qui apporterait les bénéfices du 120p en perception des mouvements, et éviterait d’augmenter la bande passante nécessaire par rapport au 50 ou 60p, du fait que la vidéo soit encodée avec des “variable bit rates” qui s’adaptent au débit disponible. D'autres laboratoires insistent sur le fait que le 100/120hz ( en progressif ) est la limite basse pour éviter l'augmentation des artefact de type motion-blurr et judder. Cela est notamment du au rapprochement de la distance de visionnage qui rend ces artefacts plus visibles. C'est pour cette raison que mi 2014, le SMPTE modifiera de nouveau ses standards UHDTV pour ajouter de nouvelles hautes fréquences ( 100Hz et 120/1,001 Hz ). Au final le choix de la fréquence reviendra aux diffuseurs en fonction de la bande passante disponible et des capacités de leur matériel de captation
Pour les vidéos ( films, concerts, documentaires ) disponible en streaming ou via des sites de vidéo à la demande :
Les fréquences admises par le standard UHD du CEA sont de 23,976/24/25/29,97/30/50/59,94/60/120 images/s uniquement en progressif.
Espace colorimétrique :
Le Rec. 2020 est définit le 23 août 2013 comme l' espace colorimétrique retenu pour l'UHD. Il couvre 75,8% du diagramme C.I.E. ( et permet de bénéficier du rendu colorimétrique du cinéma ) alors que le Rec.709 de l'HDTV ne recouvre que 35,9% de ce diagramme. Le point blanc restant définit par la norme D65.
L'image ci dessous montre que la représentation réelle des couleurs des objets nous entourant dépasse bien souvant l'espace colorimétrique du Rec.709 mais est toujours contenu dans l'espace colorimétrique Rec.2020 :
Le Rec.2020 autorise l'utilisation des signaux RGB ou YUV ( en 4:4:4, 4:2:2, et 4:2:0 ). Enfin, le Rec.2020 est supporté par les formats d'encodages HEVC/H.265 et AVC/H.264. A noter que dans un premier temps les premières sources UHD ou 4K risquent d'être encodées selon l'espace colorimétrique Rec.709 en raison de sa large généralisation dans nos équipements.
Pour les vidéos ( films, concerts, documentaires ) stockés sur support physique optique ( remplaçant du Bluray, ... ):
Janvier 2014 : les studios Hollywoodiens, partit prenante dans les spécifications du futur Bluray, souhaitent une norme colorimétrique en CIE XYZ et que ce soit le lecteur et non pas le diffuseur qui fasse la conversion dans le format colorimétrique que le diffuseur accepte. Pour rappel la norme CIE XYZ a été spécifié dans les années 1930 puis a évolué. Le diagramme CIE XYZ est plus étendue que le diagramme CIE du Rec.709, de la norme P7 du cinéma digital, et celui du Rec.2020.
Pour la diffusion TV ( Broadcasting c'est à dire via satellite ou TNT, Broadbanding c'est à dire via boîtier internet ou live via site internet ) :
Le standard SMPTE retient toujours le Rec.2020 somme cible référence pour l'UHD-1 et UHD-2. Le Rec.709 reste quand même autorisé pour le déploiement de l'UHD-1 jusqu'en 2017 ( date de sa possible suppression ) du fait de sa généralisation dans la totalité des diffuseurs. Selon SMPTE, aucun diffuseur du marché grand public ne permet actuellement d'afficher l'espace colorimétrique Rec.2020. En mars 2014, SMPTE précise que des travaux sont actuellement menés pour spécifier la bonne façon de convertir des formats de colorimétrie de sources vidéos non Rec.2020 en UHDTV Rec.2020.
Pour les vidéos ( films, concerts, documentaires ) disponible en streaming ou via des sites de vidéo à la demande :
Il semblerait que pour un long moment les fournisseur de services de vidéo à la demande ou de streaming, obligé de "taper" dans leur stock de vidéos existantes, se contenteront du Rec.709. le Rec.2020 devrait voir le jour sur internet lorsque la télévision aura adopté cette norme, c'est à dire pas avant 2017 au plus tôt.
Représentation colorimétrique :
Petit rappel sur le signal YCbCr ( YUV ):
Comme vous le savez sans doute, les images en couleur sont reproduites sur pratiquement tous les écrans en combinant rouge, vert et bleu (RVB en Français ou RGB en anglais). Le signal RVB peut être transformé en une autre représentation appelée YCbCr, qui se compose d'un canal de luminosité en noir et blanc (Y) et deux canaux dits de différence de couleur (Cb et Cr). Après cette transformation, le signal YCbCr peut être connu en tant que :
• 4:4:4 parce que, pour tous les quatre pixels de Y sur chaque ligne horizontale du signal vidéo, il y a aussi quatre Cb et Cr pixels sur les lignes paires et quatre Cb et Cr pixels sur les lignes impaires. Comme cela fait beaucoup de données et que le système visuel humain est beaucoup plus sensible à la luminosité que à la couleur, on a tendance à réduire le nombre d'infos Cb et Cr pour obtenir un signal en 4:2:2 ou 4:2:0.
• 4:2:2 parce que, pour tous les quatre pixels de Y sur chaque ligne horizontale du signal vidéo, il y a deux pixels Cb et Cr pixels sur les lignes paires et deux Cb et Cr pixels sur les lignes impaires. Cela équivaut à couper la résolution horizontale de l'information de couleur de moitié.
• 4:2:0 parce que, pour tous les quatre pixels de Y sur chaque ligne horizontale du signal vidéo, il y a deux pixels Cb et Cr pixels sur les lignes paires et aucun Cb et Cr pixels sur les lignes impaires. Cela équivaut à couper la résolution horizontale et verticale de l'information de couleur de moitié.
Dans les deux cas ( 4:2:2 et 4:2:0 ), les informations de couleur sont reconstruites en utilisant l'interpolation, dans lequel un processeur vidéo recrée les pixels manquants mais avec moins de précision.
Pour les vidéos ( films, concerts, documentaires ) stockés sur support physique optique ( remplaçant du Bluray, ... ):
Janvier 2014 : les studios Hollywoodiens, partit prenante dans les spécifications du futur Bluray, souhaitent que le futur support puisse accepter les représentation YCbCr 4:2:0, 4:2:2 et 4:4:4. Ils sont actuellement en train d'étudier l'impact précis à utiliser uniquement du 4:2:2 ou du 4:4:4 en lieu et place du 4:2:0. Les vidéos mises à disposition en UHD ne devraient pas être distribuées en signal YCbCr 4:4:4 du fait de l'augmentation des données à traiter, mais plutôt en YCbCr 4:2:2 qui offre une meilleure qualité que le YCbCr 4:2:0. A noter que les films disponibles en Blu-Ray ou DVD sont généralement distribués en YCbCr 4:2:0.
Pour la diffusion TV ( Broadcasting c'est à dire via satellite ou TNT, Broadbanding c'est à dire via boîtier internet ou live via site internet ) :
Le standard UHDTV de SMPTE autorise les trois représentations possibles en YCbCr. Jusqu'à présent, les captations se faisaient en 4:2:2, plus rarement en 4:4:4 et la diffusion se faisait en 4:2:0. Le consortium DVB, qui spécifie les paramètres type des signaux UHD télévisé exploitable en Europe, a fixé en janvier 2014 le 4:2:0 comme unique représentation possible lors de la phase d'introduction de l'UHD-1. Des négociations sont en cours pour que l'UHD-1 ( 2ème phase qui devrait voir le jour à partir de 2017 ) puisse être distribué en 4:2:2, voie en 4:4:4.
Pour les vidéos ( films, concerts, documentaires ) disponible en streaming ou via des sites de vidéo à la demande :
Du fait de la problématique liée à la faible bande passante internet disponible chez la majorité des consommateurs, la représentation en 4:2:0 restera longtemps le format de représentation référence sur le net.
Représentation numérique, profondeur de couleur :
Le Rec.2020 définit un encodage d'une composante de couleur, appelé aussi profondeur de couleur, sur 10 bits ou 12 bits.
La profondeur de couleur est le nombre de bits utilisés pour représenter la luminosité d'une composante de couleur ( rouge, vert ou bleu ). La norme actuelle est de 8 bits, ce qui représente 256 mesures de luminosité pour chaque composante de couleur. La couleur finale d'un pixel étant un mélange de rouge, de vert et de bleu ; un pixel est donc encodé sous 24 bits.
Exploiter l'espace colorimétrique Rec.2020 revient à encoder un pixel sur 30 bits ( 3x10 bits ) ou 36 bits ( 3x12 bits ) pour les données décrivant sa luminance et par conséquent sa colorimétrie. La profondeur de couleur sur 8 bits est définitivement abandonnée par l'espace colorimétrique Rec.2020 permettant ainsi de lisser les dégradés de couleurs et éviter le phénomène connue sous le nom de Banding :
A gauche : profondeur de couleur 8bits ( généralement exploité via le Rec.709 ).
Au milieu : profondeur de couleur 10 bits ( minimum envisagé via le Rec.2020).
A droite : profondeur de couleur 12 bits ( maximum envisagé via le Rec.2020).
Pour les vidéos ( films, concerts, documentaires ) stockés sur support physique optique ( remplaçant du Bluray, ... ):
Janvier 2014 : les studios Hollywoodiens, partit prenante dans les spécifications du futur Bluray, souhaitent que le futur support puisse accepter l'encodage des primaires sur au moins 12 bits et ils parlent même d'autoriser le 14 et 16 bits ... Pour le marché grand public, les dalles ( TV ) ou matrices ( vidéo projecteur ) des diffuseurs sont toutes adressables en 8bits, elles le sont plus rarement en 10 bits, et quasiment jamais en 12 bits ( sauf pour les moniteurs professionnels qui peuvent adresser jusqu'à 16 bits ).
Pour la diffusion TV ( Broadcasting c'est à dire via satellite ou TNT, Broadbanding c'est à dire via boîtier internet ou live via site internet ) :
Le consortium DVB, qui spécifie les paramètres type des signaux UHD télévisé exploitable en Europe, a fixé en janvier 2014 une profondeur de couleur unique de 10bits pour la phase d'introduction de l'UHD-1. Le 8 bits est donc abandonné définitivement pour les futures chaînes UHDTV diffusées en Europe. Des négociations sont en cours pour que l'UHD-1 ( 2ème phase qui devrait voir le jour à partir de 2017 ) puisse être distribué aussi en 12 bits. Cet abandon du 8bits permet d'anticiper l'arrivée d'une autre fonctionnalité attendue de l'UHDTV à savoir le High Dynamic Range ( HDR ). Le HDR fonctionne avec un résultat dégradé sur des signaux vidéos dont les primaires sont encodées en 8 bits d'où l'officialisation du 10 bits minimum.
Pour les vidéos ( films, concerts, documentaires ) disponible en streaming ou via des sites de vidéo à la demande :
Du fait de la problématique liée à la faible bande passante internet disponible chez la majorité des consommateurs, le codage en 8 bits restera longtemps le format de représentation référence sur le net.
High Dynamic Range ( HDR ):
Augmenter la dynamique des images visible à l'écran fait partit des nouveaux aspects que l'industrie de l'audiovisuel à tenu à prendre en considération lors des spécifications de l'ultra HD. Il s'agit ici d'augmenter le réalisme des images et donc l'immersion du spectateur en définissant de nouvelles valeurs normés pour les valeurs crêtes de blanc et noir affichable. L'accroissement de ces valeurs augmente ainsi le contraste du diffuseur qui reposait jusqu'alors sur des normes vieillissantes.
Une partie du problème est la fonction de transfert opto- électronique ( OETF ) utilisée pour convertir des images optiques de la caméra en signaux électroniques et la fonction de transfert électro-optique ( EOTF ) utilisée pour convertir les signaux électronique en image à l'écran. Toutes deux sont actuellement basées sur la notion de gamma utilisée dans tous les téléviseurs.
Les questions liées à la profondeur de bit et au Banding dépendent donc du gamma utilisé sur l'afficheur. Ni le Rec.709, ni le Rec.2020 ne spécifient un EOTF - un gamma de 2.4 est spécifié dans le Rec.1886, et Rec.2020 l'utilise pour l'instant.
Afin de réduire le Banding, notamment lors des valeurs élevées de luminance, la société Dolby développe une nouvelle EOTF appelée quantification Perceptuelle (PQ). Dolby affirme que ce système peut améliorer les dégradés de couleurs dans l'affichage des hautes lumières, des reflets du soleil ou des feux d'artifice, ainsi que les détails à bas niveaux de lumière. En fait, la société affirme qu'une profondeur de couleur de 12 bits en PQ équivaut à une profondeur de couleur de 14 bits en EOTF basé sur le gamma.
Autre piste, on sait que seule la technologie OLED pourrait permettre de tels niveaux de contraste. Le problème c'est que l'OLED vieillit mal et rapidement ce qui génère une instabilité en matière de colorimétrie. Les laboratoires chimiques comme BASF cherchent des matières organiques de substitution afin de réduire les coûts de fabrication et de maîtriser les dérives temporelles en matières de colorimétrie mais du coup, ces nouveaux composés organiques s'avèrent moins intenses en luminosité. EN conséquence, l'effet "WOW" visible sur la première génération d'écran OLED est amoindri sur les générations suivantes.
Basé sur les travaux expérimentaux de Dolby et de l'EBU ( publiés en juin 2013 ) et des nombreuses présentations du système Dolby Vision, le SMPTE a décidé de formaliser trois spécifications qui permettront l'exploitation de ce nouveau standard HDR ( SMPTE-2084,2085,2086 ). Cela impacte d'abord les diffuseurs qui devront avoir les capacités d'afficher les nouvelles valeurs crêtes de blanc et de noir attendues. Cela affecte ensuite la façon dont les signaux vidéos UHD et UHDTV sont préparés ( masterisés ) avant d'être distribués.
Pour les vidéos ( films, concerts, documentaires ) stockés sur support physique ( remplaçant du Bluray, ... ):
Janvier 2014 : les studios Hollywoodiens, partit prenante dans les spécifications du futur Bluray, souhaitent que le futur support puisse accepter le HDR et que les lecteurs puissent transformer le signal en conséquence quand ils sont raccordés à un diffuseurs HDR. La cible maximale définie par les studios est de 10 000 cd/m2 pour la pleine luminosité et 0,005 cd/m2 pour l'image la plus noire possible. Ceci donnerait alors un taux de contraste de 2 000 000:1 ! Pour rappel, la luminosité affichable par les téléviseurs actuels ( non HDR ) varie jusqu'à 900 cd/m2 pour les meilleurs. Nos téléviseurs vont devenir de vrais lampes halogènes ...
Pour la diffusion TV ( Broadcasting c'est à dire via satellite ou TNT, Broadbanding c'est à dire via boîtier internet ou live via site internet ) :
Le consortium DVB, qui spécifie les paramètres type des signaux UHD télévisé exploitable en Europe, a fixé en janvier 2014 que l'HDR ne ferait pas partit des paramètres figés lors de la phase d'introduction de l'UHD-1. En revanche, l'HDR est d'ors et déjà officialisé pour que l'UHD-1 ( 2ème phase qui devrait voir le jour à partir de 2017 ) puisse être distribué avec des signaux compatible avec cette fonctionnalité.
Pour les vidéos ( films, concerts, documentaires ) disponible en streaming ou via des sites de vidéo à la demande :
Il est vraisemblable de penser que nos moniteurs informatique ( comme nos autres diffuseurs ) seront équipés petit à petit de la fonctionnalité HDR. Comme la seule contrainte de l'HDR est de fonctionner sur un signal vidéo UHD encodé sur 10 bits minimum, on peut supposer que ce type de vidéo sera aussi disponible en téléchargement sans difficulté majeures pour les diffuseurs.
Encodage :
L'augmentation des pixels liée à l'ultra HD augmente la taille des informations qu'il faut pouvoir traiter et encoder :
Le schéma ci dessus montre qu'il y a 40 fois plus de données à enregistrer entre une vidéo de résolution SD et une vidéo de résolution UHD-1. Pour pouvoir diffuser ces vidéos ( via support physique ou via broadcasting ou via Broadband ) il est nécessaire d'exploiter un format de compression plus performant que ceux actuellement utilisés.
Le 13 avril 2013, le High Efficiency Video Coding ( HEVC/H.265 ) est devenu le standard de compression vidéo sans perte retenu pour l'UHD. Il succède à l'Advanced Vidéo Coding AVC/H.264 (de 2003) avec un taux de compression deux fois meilleur à iso qualité ( 1 pour 250 environ ). A noter que par rapport au MPEG-2 (1994), le gain passe à 75%. Côté expérimentation des débits nécessaires, l’UHD demande un débit compris entre 24 et 45 mbits/s sur de la diffusion broadcast TNT, câble et satellite dans le H264/AVC actuellement utilisé en HD. En HEVC 4:2:0 et encodage couleur sur 8 bits et 60p, on peut se contenter de 12 à 16 mbits/s.
Le HEVC définit 13 niveaux de qualité d'encodage ce qui signifie qu'il est utilisable à des résolutions inférieures à celles de l'UHD, y compris sur des signaux entrelacés, les trois derniers niveaux étant réservés pour le traitement des vidéos en 8K. La contre partie est que l'encodage HEVC nécessite 10 fois plus de puissance de calcul que l'AVC à l'encodage et 2 à 3 fois plus de puissance que l'AVC au décodage. C'est essentiellement due aux évolutions des algorithmes de compression d'image listées ci dessous :
Le HEVC/H.265 sera bientôt utilisable par le nouveau conteneur MPEG ( 5 ou Dash ? ) en cours de développement. Il l'est déjà par le conteneur de Matroska ( MKV ). De nouvelles déclinaisons du standard sont déjà en préparation pour 2014. Cela touche à l’extension des espaces couleurs (au-delà du 4:2:0 et du 10 bits/couleur) pour l’intégration dans l’amont des chaines de production, à la gestion intégrée de la 3D, à celle de plusieurs résolutions dans un même codec et enfin, d’un profil avec des frames JPEG2000 éditables qui sont utilisées pour certaines productions.
L'exploitation du HEVC va être bénéfique dans de nombreux domaines d'applications puisque l'on peut ainsi diffuser la même qualité de vidéo avec 2x moins de débit nécessaire ( et déployer plus de chaînes sur un même transpondeur satellite ou sur un multiplex de la TNT par ex. ), où alors augmenter la qualité vidéo par deux en conservant un débit identique ( diffuser une vidéo Full HD au lieu d'une vidéo HD Ready sans coûts supplémentaires pour le consommateur par exemple).
Si le HEVC peut être exploité avec des signaux qui ne sont pas UHD ou UHDTV, l'UHD et l'UHDTV ne peuvent exister sans HEVC.
Connectique :
Il existe deux connectiques permettant de transporter un signal UHD :
1 / Le DisplayPort 1.2 a été définit en décembre 2009 par le consortium VESA. Il supporte le 4096 x 2160 pixels sur 60 Hz au maximum et sur un seul écran via son débit de 17,28 Gb/s. Cette connectique est présente dans le monde PC sur les cartes graphiques.
2 / Le HDMI 2.0 est spécifié le 04 septembre 2013 par le consortium HDMI. Le débit maximum atteint 18 Gb/s, contre 10,2 Gb/s pour le HDMI 1.4a, soit un débit suffisant pour la transmission de contenus vidéo UHD ( 3840 x 2160 pixels ) et 4K ( 4096 x 2160 pixels ) à 60 images/s.A ce jour ( octobre 2013 ) seul deux vidéos projecteur Sony et une TV Panasonic sont équipés de HDMI 2.0.
Il faut savoir que la résolution UHD est en partie supportée par le HDMI 1.4a. En effet, le 3840 x 2160 pixels peut être exploité avec une fréquence jusqu'à 60 Hz si le signal est encodé en 4:2:0 avec une profondeur de couleur de 8bits. Le format de résolution 4K ( 4096 x 2160 pixels ), lui, se limitera à 50 Hz.
Le tableau ci dessous met en relation les types de signaux UHD avec les caractéristiques de l'HDMI :
Rappel 1: dans ce tableau, 2160p fait référence à un signal de résolution UHD et non 4K.
Rappel 2: la colonne BANDWITH est à mettre en relation directe avec la colonne TMDS et ne définit pas la bande passante des signaux vidéos en relation dans la première colonne.
Correction : l'HDMI 1.4 passe un signal de résolution 2160/30p en 4:4:4 en 8 et 10 bits ( au lieu de 8 bits seulement dans le tableau ).
Level HDMI selon SONY :
Fin 2013, SONY a diffusé un tableau expliquant les types de signaux UHD compatibles sur les diffuseurs de la marque. Cela a crée beaucoup de d'interrogations dans les diverses communauté du home-cinéma car SONY a introduit la notion de niveaux A,B,C qui ne sont pas spécifié dans la norme HDMI 2.0.
Voici une synthèse que j'ai réalisé et qui rassemble les signaux UHD et 4K que les différentes norme HDMI ( 1.4 et 2.0 ) autorisent ainsi que ces même signaux UHD et 4K que les niveaux de SONY autorisent :
• Je confirme que le hdmi 1.4 passe un signal UHD ou 4K à 50/60p en 4:2:0 8 bits. Mais Sony l'a volontairement autorisé dans son level B.
• En 24hz, le hdmi 1.4 permet de passer un signal UHD jusqu'au 4:4:4 10 bits mais Sony, ( pour une raison que j'ignore ) n'en tient pas compte et limite le 4:4:4 à 8 bits.
• Toujours en 24hz, le hdmi 2.0 full bande passante autorise le 4:4:4 12 bits mais la encore, Sony ne l'autorise pas ... pourquoi ?
On comprend mieux que c'est la solution technique et commerciale acceptable pour SONY leur permettant d'occuper le terrain en commercialisant des produits qui sont HDMI 2.0 compatibles sans l'être totalement. je n'en veux pas spécialement à SONY car tous les autres constructeurs ont préférés ne rien communiquer sur ce que leur diffuseur accepte comme type de signaux UHD et 4K.
Connecteurs HDMI :
Les connecteurs HDMI1.4a et HDMI 2.0 sont identiques ( de type A ) et cela à trois conséquences :
• Il est possible d'upgrader un appareil équipé de connecteur HDMI 1.4a pour le rendre compatible ( en partie ) avec la norme HDMI 2.0 malgré ses connecteurs. C'est d'ailleurs ce que propose Sony sur certain de ses vidéo projecteurs, téléviseurs, amplis haut de gamme.
• Le format UHD n'est pas lié à l'HDMI 2.0 exclusivement : il est inutile de changer un appareil sous prétexte qu'il n'est équipé que de HDMI 1.4a, certain peuvent déjà émettre un signal UHD. C'est le cas des lecteurs Oppo 103-U, 105-U, 103-D et du dernier lecteur Toshiba BDX6400.
• Un appareil équipé en HDMI 2.0 pourra sans problème communiquer avec un appareil équipé en HDMI 1.x. à condition que le signal vidéo à transporter reste dans les possibilités de traitement de l'appareil équipé en hdmi 1.x.
Câbles HDMI :
La norme HDMI concerne principalement les appareils et non les câbles. L'indication de version est dépassée, et même interdite depuis le début d'année 2012 par le consortium HDMI. La labellisation "Câble HDMI 1.4" n'est qu'un argument commercial. Seuls des labels High Speed ( classe 2 ) et Standard ( classe 1 ) sont désormais autorisés.
Tous les câbles HDMI de classe 2 sont compatible avec des appareils HDMI 1.4a et 2.0 mais aussi et surtout capable de passer les débits demandés par l'UHD. Il sera inutile de changer votre câble HDMI lorsque vous serez équipé d'un appareil HDMI 2.0, si c'est bien un câble de classe 2 ( high speed ). Évidemment, cette règle sera probablement à revoir lorsque la norme HDMI évoluera vers un niveau de spécification plus élevé ( 2.x ).
La norme HDMI 2.0 permet 2x plus de débits par rapport à la version 1.4a et ça a des conséquence sur les câbles. Puisque ce seront les mêmes câbles quel que soit la norme HDMI de nos appareils, il convient d'être attentif aux points suivants :
• Si un signal full HD peut passer sur un câble de 15m de long, il est possible qu'un signal UHD ne passe plus avec la même longueur de câble ( compter 10m maximum ).
• Il faudra vérifier l'état et la qualité de nos câbles HDMI avant de pouvoir les réutiliser sur des équipements en HDMI 2.0 car la norme HDMI 2.0 est moins permissive quand aux erreurs de transmissions. Privilégiez des câbles de bonne qualité de fabrication.
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), le blu-ray 4K/UHD permettra donc de profiter d'une cadence de 24, 48 (ou plus) images par seconde selon le choix du réalisateur. En gros, çà sera au réal de décider a quelle cadence il souhaite tourné son film et après, de le proposer sur sa futur édition BD4K/UHD. Un petit peu à l'image du choix de l'aspect ratio? C'est bien çà?