Dossier : Tout comprendre de l’Ultra HD/4K
La Connectique
Il existe deux standards d’interfaces permettant de transporter un signal UHD :
Le DisplayPort 1.2
Cette interface a été spécifié 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 21,6 Gb/s. Cette connectique est présente dans le monde PC sur les cartes graphiques.
Le DisplayPort 1.3 devrait être finalisé au 2nd semestre 2014 : il sera capable d’offrir une bande passante de 32,4 Gbit/s au total ( sur quatre canaux, à hauteur de 8,1 Gbit/s par canal ). il devrait ainsi supporter deux flux 4K à 60 i/s ou la 4K à 120 i/s permettant donc un support de la 3D sur les dalles très haute-définition.
Le HDMI 2.0
Cette interface en version 2.0 a été spécifiée 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 la plupart des contenus vidéo UHD ( 3840 x 2160 pixels ) et 4K ( 4096 x 2160 pixels ) à 60 images/s.
Voici les débits audio et vidéo ainsi que les standards vidéos autorisés par les versions HDMI :
Rmq : comme l’a fait remarqué Joe Kane, la représentation en YCbCr 4:2:0 n’est spécifiquement autorisé que depuis l’HDMI 2.0 et on peut se demander pour quelle raison :
– la tendance est désormais de supprimer ce type de représentation pour l’UHD et passer à des représentations plus qualitatives ( 4:2:2 voir 4:4:4 ).
– cette représentation est la seule autorisée sur nos platines Blu-Ray depuis 2006, ce qui signifie que le HDMI 1.3 et 1.4 n’ont pas eu d’autre choix que de transporter ce type de signal … alors qu’il n’était pas autorisé.
Quelle est la bonne version HDMI que mon appareil doit avoir pour visionner une vidéo UHD ?
Le tableau ci dessous met en relation les types de signaux UHD/4K en 2D avec la version HDMI requises sur l’appareil :
l’HDMI 1.4a supporte quelque signaux UHD : la majorité des signaux UHD à 24/25/30hz, ainsi que le 50/60hz encodé en 4:2:0 avec une profondeur de couleur de 8 bits uniquement. A contrario, le HDMI 2.0 ne permet pas de passer certaines vidéos UHD ( celles en 50/60hz encodées en 4:4:4 avec une profondeur de couleur de 10 ou 12 bits ). Il faudra attendre que le consortium HDMI définisse un nouveau standard HDMI ( HDMI 2.1 ou 2.0b ? ).
Le piège du HDMI 2.0 compatible sur les téléviseurs
Fin 2013, SONY a diffusé un tableau expliquant les types de signaux UHD compatibles sur les téléviseurs 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 ( Level ) A,B,C qui ne sont pas spécifiés dans la norme HDMI 2.0 ou dans le standard UHD.
Voici une synthèse que j’ai réalisé et qui compare les signaux UHD ( ou 4K ) permises par les 2 norme HDMI ( 1.4 et 2.0 ) aux signaux UHD ( ou 4K ) autorisés dans les « Levels » SONY :
- Level C = appareil équipé en HDMI 1.4 intégrant les performances du standard HDMI 1.4.
- Level B = appareil équipé en HDMI 2.0 intégrant les performances du standard HDMI 1.4.
- Level A = appareil équipé d’HDMI 2.0 intégrant les performances du standard HDMI 2.0.
En regardant de plus près le tableau ci-dessus, on s’aperçoit de quelques bizarreries concernant les types de signaux UHD permis par SONY :
- Je confirme que le hdmi 1.4 passe un signal UHD ou 4K à 50/60 hz en 4:2:0 8 bits. Sony ne l’autorise que dans son level B ( téléviseurs équipés en hdmi 2.0 mais avec la bande passante du hdmi 1.4 ).
- En 24/25/30hz, le hdmi 1.4 permet de passer un signal UHD encodé en 4:2:2 12 bits mais Sony n’en tient compte dans aucun de ses levels …
- Toujours en 24/25/30hz, le hdmi 2.0 full bande passante autorise le 4:4:4 10 et 12 bits mais Sony n’en tient pas compte et limite au 4:4:4 / 8 bits son level le plus avancé … pourquoi ?
Seul le Level A permet de passer ( presque ) tous les types de signaux UHD permis par le standard HDMI 2.0. L’exemple type est l’achat d’un téléviseur dit compatible HDMI 2.0 ( correspond au Level B chez Sony ): vous ne pourrez pas regarder les signaux UHD encodés en 4:2:0 10 bits, c’est à dire les programmes diffusés par satellite en UHD.
Après coup, on comprend mieux que c’est une solution technique et commerciale acceptable pour SONY, leur permettant d’occuper le terrain en commercialisant des produits qui sont HDMI 2.0 « compatibles » le temps que les puces électroniques full HDMI soient disponibles en grand nombre et à moindre coût. je n’en veux pas spécialement à SONY car ils ont quand même décidé de communiquer, de façon alambiqué, alors que leurs concurrents restent muets.
Faîtes donc très attention car jusqu’à fin 2015 il existera de nombreux téléviseurs UHD/4K ( toutes marques confondues ) qui seront estampillés « HDMI 2.0 » et qui ne pourront passer que la moitié des types de vidéos UHD. Nicolas, notre confrère d’Hdfever, à écris un article à ce sujet.
Connecteurs HDMI 2.0
Les connecteurs HDMI1.4a et HDMI 2.0 sont identiques (de type A) et cela à trois conséquences :
- Si cela est prévue dès la conception de l’appareil, il est techniquement possible d’upgrader un appareil HDMI 1.4 pour le rendre compatible ( en partie ) avec la norme HDMI 2.0 . 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 : certain appareils équipés en HDMI 1.4a sont capable de transporter un signal vidéo UHD ( encodé en 4:2:0 8 bits ). C’est le cas des lecteurs Oppo 103-U, 105-U, 103-D, du Toshiba BDX6400 ( liste non exhaustive ).
- Un appareil équipé en HDMI 2.0 pourra sans problème communiquer avec un appareil équipé en HDMI 1.4a ( ou inférieur ) à condition que le signal vidéo à transporter reste dans les possibilités de traitement de l’appareil équipé en HDMI 1.4a ( ou inférieur ).
Câbles HDMI 2.0
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. Mais avec l’arrivée de l’UHD, les débits que doivent supporter le câble HDMI sont désormais au delà des spécifications initiales de la classe 2 :
- La classe 1 autorise une fréquence de 74,5 Mhz, soit un débit allant jusqu’à 2,23 Gbit/s ( permettant la quasi totalité des vidéos en full et HD Ready en 2D ).
- La classe 2 autorise une fréquence de 340 Mhz, soit un débit allant jusqu’à 10,2 Gbit/s ( permettant tous les signaux full et HD Ready en 2D et 3D ainsi que tous les signaux UHD en 4:2:2 et 4:2:0 jusqu’à 30hz ).
Les fabricants de câbles n’ont pas attendu que le consortium HDMI mette à jour les débits autorisés par la classe 2 et commercialisent déjà des câble high speed ( classe 2 ) autorisant une bande passante de 18 Gbit/s ( maximum à ce jour ). Tous les câbles HDMI de classe 2 sont donc compatible avec des appareils HDMI 1.4a et 2.0 mais ne sont pas tous capable de passer le débit maximum de 18Gbit/s possible avec l’HDMI 2.0. Si vous possédez déjà un câble HDMI ( de classe 2 ) et que vous envisagez de l’utiliser sur un nouvel équipement HDMI 2.0, commencez par vérifier le débit garantit par le fabricant du câble ( sur le site web par ex ) puis comparez le résultat avec le tableau suivant pour connaître le type de signaux que vous pourrez passer:
Voici le même tableau pour tous les standards vidéos 2D et 3D de résolution verticale 720 ( HD ready ) ou 1080 ( Full HD ) :
La gestion de l’ARC ( Audio Return Channel, la possibilité de récupérer le son de votre téléviseur ou décodeur TNT pour le traiter via HDMI vers un ampli ) a été introduite avec le HDMI 1.4 ce qui a eu comme conséquence le rajout d’un câble spécifique à la gestion de l’ARC. Vérifiez donc avant de réutiliser votre ancien câble HDMI de classe 2 ) qu’il n’a pas été acheté avant 2010 auquel cas il vaut mieux le changer car l’ARC est largement déployé sur les appareils récents.
Longueur de câble HDMI 2.0
Le dernier point concerne la longueur de câble et les câbles passifs et actifs. Les spécifications ne précisent pas de limite de longueur « officielle » en terme de câble HDMI. En revanche, l’industrie a suffisamment de recul pour savoir :
- qu’à partir de 7,5m, une atténuation du signal apparaît pouvant entraîner des saccades de l’image, ou bien un écran noir du fait que le signal n’arrive tout simplement pas du tout. Au delà de 7,5m, plus on augmente la longueur du câble, plus le signal subit une atténuation.
- 15 mètres semble être la distance maximale proposée par la plupart des fabricants de câbles HDMI dit « Passif » avant que l’atténuation devienne trop grande. C’est à partir de cette distance que l’on trouve les premiers câbles HDMI dits « Actif ».
- 20 mètres semble être la limite maximale pour qu’un signal HDMI passe correctement par un seul et même câble dit « Passif » et il n’existe que quelque références de câbles HDMI passif de cette distance et le tarif est en conséquence des technologies employées …
Pour des longueurs de câbles comprises entre 5m et 20m, les fabricants exploitent généralement des sections de câbles de diamètres différents en utilisant l’unité de mesure AWG. Celle-ci fonctionne à contrario d’une échelle classique : un câble AWG 26 aura un diamètre de 0,4 millimètres alors qu’un câble AWG 24 aura un diamètre de 0,5 millimètres (26 et 24 correspondent en fait au nombre de passage de la machine : la tréfileuse). En d’autres termes, plus le câble est fin, plus le nombre de passages dans la machine est important. Un câble de plus gros diamètre sera donc de meilleure qualité, car la section des fils de cuivre à l’intérieur sera plus grande. L’AWG 24 permet de garantir le transport de signaux HDMI sur des distances de câbles allant jusqu’à 15m ( jusqu’à 20m si associé à d’autres technologies ) alors que l’AWG30 ou plus ne permet pas de dépasser les 5m.
Au delà de 15m, il existe la solution des câbles dits « Actif » : Il s’agit de câbles qui intègrent un amplificateur de signal, comme ce que l’on trouve dans certains boitiers Switch ou splitter HDMI pour permettre de transférer un signal HDMI sur des câbles de grande longueur sans perdre en qualité, ou pire le signal tout en entier.
Autre solution pour pouvoir envoyer un signal HDMI sur de très longues distances, les professionnels de la haute définition ont crée la technologie qui répond au nom de « HDBASE T ». Il s’agit en fait de faire passer le signal HDMI sur un câble Ethernet. Concrètement, ce système repose sur un émetteur et un récepteur. Le signal HDMI que vous souhaitez envoyer partira de votre appareil HD vers l’émetteur Ethernet par le biais d’un câble HDMI 1.4 ; Celui-ci transformera en fait le signal HDMI en signal Ethernet. Le signal Ethernet supporte en effet très bien les longues distances. Un câble Ethernet partira ensuite de votre émetteur pour aller jusqu’au récepteur qui se chargera de retransformer le signal Ethernet en un signal HDMI. Du récepteur, il ne vous restera plus qu’à brancher un autre câble HDMI 1.4 jusqu’à votre écran.
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