Dossier : Tout comprendre de l’Ultra HD/4K
Si vous suivez l’actualité numérique, vous n’êtes pas dans savoir que l’UHD/4K est entrain de révolutionner le monde de l’image. Les constructeurs de téléviseurs et vidéoprojecteurs se sont emparés de ces nouvelles technologies pour inonder le marché de produits estampillés UHD/4K, mais il est important de bien comprendre ce qu’il se cache derrière ces termes techniques. Nous vous proposons donc aujourd’hui de découvrir un dossier complet réalisé par Safe sur le sujet, afin de bien percevoir les petites subtilités qui se cachent parfois derrière ces termes.
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.
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.
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