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EnglishRÉSUMÉ
Cet article explicite et spécifie tout d’abord les paramètres normalisés de l’UHD (Ultra-High Definition), qui offre des images vidéo avec plus de pixels (3840 x 2160 en UHD-1 et 7680 x 4320 en UHD-2), un plus grand écart de contraste et une meilleure représentation des différences de luminosité par le HDR (High Dynamic Range), une gamme de couleurs étendue (WCG,Wide Color Gamut) et une plus grande fréquence-image (HFR, High Frame Rate). La chaîne complète UHD est ensuite décrite, de la production des images à leur distribution via des réseaux de diffusion (Broadcast) ou de type « télécoms » (Broadband) avec les protocoles Internet, ou sur disque optique UltraHD Blu-ray, et enfin à leur visionnage sur écrans.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Marc LÉGER : Diplômé de l’Éole Nationale Supérieure Louis-Lumière - Opérateur de prise de vues, ingénieur vision - Responsable de la filière de formation aux techniques vidéo à l’INA (Institut National de l’Audiovisuel)
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Christophe NELSON : Diplômé de Technologies Audiovisuel et Informatique pour l’éducation - Responsable de formation aux techniques vidéo à l’INA
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Jean-Noël GOUYET : Ingénieur-formateur et consultant en techniques et gestion des médias numériques - Ancien chargé d'études à la Direction de la Recherche de l'INA
INTRODUCTION
Cet article a pour objectif principal d’offrir un exposé détaillé des caractéristiques des images vidéo UHD (Ultra-High Definition), et en particulier leurs paramètres de définition avec plus de pixels (3 840 x 2 160 en UHD-1 et 7 680 x 4 320 en UHD-2), de HDR (High Dynamic Range) pour un plus grand écart de contraste et une meilleure représentation des différences de luminosité, de WCG (Wide Color Gamut) pour une gamme de couleurs étendue, et de HFR (High Frame Rate) pour une plus grande fréquence-image. Il présente également un aperçu des techniques mises en œuvre pour la production, la distribution et le visionnage de ces images. Cependant, cet article n’abordera pas le domaine du son, avec en particulier la NGA (Next Generation Audio) pouvant être associée à l’UHD.
Le développement des images UHD est dû à plusieurs facteurs :
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les travaux de recherche et de développement effectués par la télévision japonaise NHK depuis 1995 avec le projet Super Hi-Vision [12] ;
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la recherche continue d’une qualité supérieure des images vidéo et de télévision ;
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la pression des industriels pour vendre toujours plus d’équipements de nouvelle génération (de production professionnelle ainsi que caméras et appareils de photo numérique pour les particuliers, ainsi que des écrans et téléviseurs), en stimulant sans cesse leur renouvellement ;
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le précédent du Cinéma numérique « 2K » ou « 4K » avec, toutefois, l’occasion manquée de la convergence vers des paramètres communs avec la vidéo, ainsi que l’ambiguité des termes « 4K » et « 8K » pour désigner l’UHD-1 et l’UHD-2.
Il reste, au-delà des techniques, à développer des programmes et des applications utilisant les images UHD, dans le domaine professionnel et grand public.
le lecteur trouvera en fin d’article une liste des principaux acronymes et abréviations utilisés tout au long de ce document. De nombreux termes et le texte de certaines figures ont été conservés en anglais (en caractères italiques), avec la traduction jointe, de manière à faciliter la lecture et l'utilisation des spécifications ainsi que d’autres documents.
MOTS-CLÉS
UHD Ultra haute définition HDR Grande plage dynamique WCG Espace des couleurs étendu HFR Fréquence image haute
DOI (Digital Object Identifier)
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1. Paramètres du format de production ITU-R BT.2020
En 2012, était publiée la recommandation ITU-R BT.2020 sur l’évolution de la télévision. Elle spécifiait des paramètres à faire évoluer, ou à révolutionner pour améliorer la captation, le traitement et le rendu de l’image. Cette recommandation, souvent appelée sous le terme générique « UHD » pour Ultra High Definition, apporte plusieurs améliorations comme l’augmentation du nombre de pixels, mais aussi l’augmentation du nombre de couleurs possibles, l’augmentation du nombre d’images par seconde et la fin de l’entrelacé.
1.1 Ultra High Definition (UHD-1/UHD-2)
La définition d’une image correspond au nombre de pixels, de points qui constituent cette image. Mais pourquoi avons-nous toujours besoin de plus de définition, donc de plus de pixels ?
Depuis le début de la télévision la taille des écrans augmente, avec à l’origine le tube cathodique, puis les écrans plats, demain peut-être des écrans comme surface de nos murs.
La taille des écrans augmentant, la taille de l’image perçue est de plus en plus grande. Même avec le petit écran de notre smartphone, l’image perçue est grande car notre œil est proche de l’écran. Elle occupe un grand champ visuel. La taille de l’image perçue sur le smartphone est assez proche de celle de notre téléviseur car nous ne sommes pas à la même distance de ces deux écrans.
Si cette taille d’image perçue augmente, nous risquons de percevoir les pixels constituant l’image. Plus l’écran est grand ou plus nous sommes proches de l’écran, plus il faut réduire la taille de chacun des pixels et donc en augmenter la quantité.
Plusieurs standards existaient (SD, HD), mais avec ces grands écrans, il faut en inventer de nouveaux (UHD).
Quelques valeurs sont rappelées dans le tableau 1 et la figure 1 :
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la Standard Definition SD contient 720 x 576, soit 414 720 pixels par image ;
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la High Definition contient 1 920 x 1 080, soit 2 073 600 pixels par image ;
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l’UHD-1 (aussi appelée abusivement « 4K ») comprend 3 840 x 2 160, soit 8 294 400 pixels par image, c’est-à-dire...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BT Media and Broadcast - Ultra High Definition Video Formats and Standardisation. - https://www.researchgate.net/publication/331488190_Ultra_High_Definition_Video_Formats_and_Standardisation (2015).
-
(2) - DVB – UHDTV - The Building Blocks. - DVB Scene 44, https://www.dvb.org/resources/public/scene/dvb-scene44.pdf (2014).
-
(3) - DVB Factsheet - Phasing in Ultra High Definition. - https://www.dvb.org/resources/public/factsheets/dvb_-_phasing_in_uhd.pdf (2017).
-
(4) - EBU Technology Fact Sheet - UHDTV. - https://www.tech.ebu.ch/docs/factsheets/ebu_tech_fs_uhdtv.pdf (2014).
-
(5) - EBU Webinar - UHD – Features, tests and standardization. - https://www.tech.ebu.ch/events/2018/uhd--features-tests-and-standardization (2018).
-
(6) - EBU TR 014 - What...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Hybrid Log-Gamma (HLG). - ARIB STD-B67 - 2015
-
White Paper Blu-ray Disc™ Format. http://www.blu-raydisc.com/Assets/Downloadablefile/White_Paper_General_4th_20150817_clean.pdf. - Blu-ray Disc Association - Août 2015
-
Digital Video Broadcasting (DVB) ; Specification for the use of Video and Audio Coding in Broadcast and Broadband Applications. - ETSI TS 101 154 - 02-2018
-
High-Performance Single Layer High Dynamic Range (HDR) System for use in Consumer Electronics devices ; Part 1 : Directly Standard Dynamic Range (SDR) Compatible HDR System (SL-HDR1). - ETSI TS 103 433-1 - 2017-08
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High-Performance Single Layer High Dynamic Range (HDR) System for use in Consumer Electronics devices ; Part 2 : Enhancements for Perceptual Quantization (PQ) transfer function based High Dynamic Range (HDR) Systems (SL-HDR2). - ETSI TS 103 433-2 - 2018-01
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H.264 Information technology – Coding of audio-visual objects – Part 10 : Advanced Video Coding (AVC). - ISO/IEC 14496-10 ITU-T - 2014
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...
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
BDA (Blu-ray Disc Association)
https://www.us.blu-raydisc.com/
CIE (Commission internationale de l’éclairage)
DCI (Digital Cinema Initiatives)
DVB (Digital Video Broadcasting)
EBU (European Broadcasting Union)
ETSI (European Telecommunications Standards Institute)
HDMI (High-Definition Multimedia Interface)
https://www.hdmi.org/index.aspx
IEC (International Electrotechnical Commission)
ISO (International Organization for Standardization)
ITU (International Telecommunication Union)
MPEG (Moving Picture Experts Group)
https://mpeg.chiariglione.org/
SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers)
UHD Alliance
https://www.alliance.experienceuhd.com/
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