Ultra HD 4K : le dossier pour tout savoir

Ultra HD 4K : le dossier pour tout savoir
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Plus qu'une simple histoire de résolution :

Mais au-delà de la résolution, d'autres différences, bien plus importantes subsistent entre Ultra HD et 4K, à commencer par l'espace colorimétrique, aussi appelé gamut. Le standard Ultra HD autorise deux espaces de couleurs pour l'encodage : le Rec.709, utilisé sur le format Blu-ray, et le Rec.2020.

Le DCI 4K utilise quant à lui son propre standard colorimétrique baptisé DCI-P3, un gamut RGB introduit en 2007 par la Society of Motion Picture & Television Engineers (SMPTE), prenant pour base un encodage XYZ. Il est uniquement utilisé par les projecteurs équipant les salles cinéma, et quelques moniteurs professionnels. Pour vous donner un ordre d'idée, le triangle CIE du gamut Rec.709 englobe seulement 75% du gamut DCI-P3. Outre la différence de positionnement du point blanc (D65), ce dernier affiche une saturation plus prononcée des teintes vertes, et surtout rouge.

Rec.2020 : un espace de couleurs nouvelle génération

Le Rec.2020 symbolise l'étape supérieure, un gamut sensiblement plus puissant que le bon vieux Rec.709, mais également du DCI-P3. Sur ce schéma, la différence entre les triangles CIE Rec.709 vs. DCI-P3 vs. Rec.2020 est suffisament parlante.
 

Dossier Ultra HD 4K


Si nous faisont parler les chiffres, voici les coordonnées x/y qui définissent tout d'abord le gamut Rec.709 :

 

  • R : 0.640, 0.330
  • G : 0.300, 0.600
  • B : 0.150, 0.060

Et maintenant les coordonnées x/y du gamut Rec.2020 :

 

 

  • R : 0.708, 0.292
  • G : 0.170, 0.797
  • B : 0.131, 0.046

 

En revanche, dans les deux cas le point blanc (D65) ne bouge pas ( x : 0.3127, y : 0329).

 

Au-delà du simple fait d'obtenir une résolution quatre fois supérieure au 1080p, la vraie nouveauté provient de ce nouveau gamut, qui symbolise l'une des principales évolutions apportées par l'Ultra HD. Certains téléviseurs sont aujourd'hui capables d'offrir un gamut légèrement supérieur au Rec.709, Sony le premier avec le Triluminos basé sur la technologie Quantum dots (points quantiques), le fabricant est aujourd'hui suivit sur cette voie par LG, Samsung, TCL ou Hisense.

 

Néanmoins, technologiquement, les TV Quantum Dot atteignent au maximum 98% du gamut DCI-P3, nous sommes encore bien loin d'atteindre l'objectif Rec.2020. Aucun écran, y compris professionnel, n'est aujourd'hui en mesure de répondre aux prérogatives du gamut. La plupart des fabricants avec qui nous nous sommes entretenus à ce sujet s'accordent d'ailleurs sur le fait qu'à court terme (voire moyen terme), le Rec.2020 est un objectif technologiquement difficile à atteindre, pour la SMPTE l'une des solutions pourrait provenir de la technologie laser. Pour rappel, il avait fallu un peu plus de 10 ans pour que le Rec.709 s'impose sur les diffuseurs

La profondeur de couleurs : du 8 bits au 10 bits

Les téléviseurs HD actuels proposent une profondeur de 8 bits, l'Ultra HD augure le passage aux dalles 10 bits. Il est à noter qu'un certain nombre de téléviseurs UHD commercialisés intègrent encore de simples dalles 8 bits, le 10 bits commence à se généraliser seulement depuis cette année, et encore seulement sur les modèles haut de gamme. Attention à bien vérifier.
 

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Une dalle 8 bits est en mesure d'afficher 256 niveaux de gradation (nuances de couleurs), pour chaque couleur primaire. Cela nous donne 256 (R) x 256 (G) x 256 (B), soit environ 16,77 millions de couleurs. Oui, c'est déjà beaucoup, mais moins que l'oeil ne peut en discerner. La transition vers les dalles 10 bits nous amène à un stade supérieur avec 1024 niveaux de gradations par pixel, soit 1,07 milliard de couleurs. En association avec le Rec.2020, nous vous laissons imaginer le résultat. Le standard Ultra HD mentionne également une extension jusqu'à 12 bits (68,68 milliards de couleurs), comme le standard DCI d'ailleurs, mais en l'état peu de chances de voir ce type de dalles sur le marché avant un certain nombre d'années, même topo pour les sources, même si le Blu-ray 4K et le HDMI 2.0 acceptent les encodages 8/10/12 bits.

Les sous-échantillonnages de chrominance 4:2:2 et 4:4:4 YCbCr sont également supportés. Sur ce sujet, une petite explication s'impose. L'oeil perçoit plus facilement les changements d'intensité lumineuse, que les changements de couleur, c'est la raison qui explique la longévité du 4:2:0.

Prenons un exemple concret, avec le Blu-ray actuel qui affiche une chrominance 4:2:0. Les informations de luminance sont représentées par le chiffre 4, ou la lettre Y dans le schéma YCbCr, le chiffre 2 indique la chrominance des couleurs sur la première rangée de pixels, tandis que le 0 renseigne la chrominance des couleurs sur la seconde rangée de pixels. Par conséquent, si la luminance reste inchangée, le passage en 4:2:2 signifie une compression des couleurs moins importante, donc une meilleure différentiation des couleurs, malgré une chrominance divisée par deux. En 4:4:4 aucune compression n'est appliquée.

 

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Le High Dynamic Range (HDR) : une histoire de pics lumineux

La technologie HDR fait également partie des principales avancées autour de la thématique Ultra HD. Une promesse ambitieuse, l'objectif dans le cas présent est d'offrir un contraste plus puissant par le biais de technologies (Dolby Vision, Xtended Dynamic Range Pro, etc.) qui permettent aux LED de générer des pics lumineux plus puissants, et donner ainsi la sensation d'une image plus réaliste. Néanmoins le HDR est un outil à manier avec précaution, son apport peut s'avérer tout aussi bien une vraie bénédiction qu'un échec retentissant selon le travail opéré à la source sur un film ou une série TV.

 

Sony KD-65X9005B
X-tended Dynamic Range de Sony à l'oeuvre (Test Sony KD-65X9005)


Le principe n'est pas d'utiliser le HDR de la première à la dernière minute d'un film, mais uniquement sur les scènes sur lesquelles la technologie pourra avoir un réel apport, comme un coucher de soleil, un paysage paradisiaque, etc. Le HDR peut être un formidable outil en fonction des mains dans lesquelles il tombe, mais le processus de conversion (tone mapping) en 10 bits, obligatoire puisque le HDR atteint une profondeur de couleurs allant de 16 à 32 bits en natif, peut également aboutir à diverses problématiques : scintillement, images fantômes, remontées de bruit, baisse du niveau de détails, etc. Espérons que les studios aient retenu les leçons de l'échec retentissant de la 3D et sa politique de conversion compulsive, sans aucun considération artistique.

L'Ultra HD Blu-ray supportera la technologie HDR, au même titre que Netflix et Amazon sur certaines de leurs séries originales. Voici un exemple d'une vidéo HDR produite par les équipes de Disney Research :

 

 

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Publié le 07 mai 2015
       
Pierre Dubarry
Journaliste spécialisé

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2 Réactions
Anonyme
le 21/02/2016
lire la suite car le debut est prometteur
Dominique
le 27/12/2016
Bonjour. vous dites que le 4k est plus qu'une question de résolution. Vous avez raison : c'est avant tout une question de définition, et accessoirement d’échantillonnage et de norme colorimétriques.
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