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Article

1 - PARAMÈTRES DU FORMAT DE PRODUCTION ITU-R BT.2020

2 - HDR (HIGH DYNAMIC RANGE)

3 - PRODUCTION

4 - DISTRIBUTION

5 - ÉCRANS

6 - CONCLUSION

7 - ACRONYMES ET ABRÉVIATIONS

Article de référence | Réf : TE5375 v1

Production
Images et télévision Ultra Haute Définition (UHD)

Auteur(s) : Marc LÉGER, Christophe NELSON, Jean-Noël GOUYET

Date de publication : 10 déc. 2019

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RÉSUMÉ

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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Auteur(s)

  • 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)

  • Christophe NELSON : Diplômé de Technologies Audiovisuel et Informatique pour l’éducation - Responsable de formation aux techniques vidéo à l’INA

  • 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 :

  • les travaux de recherche et de développement effectués par la télévision japonaise NHK depuis 1995 avec le projet Super Hi-Vision [12] ;

  • la recherche continue d’une qualité supérieure des images vidéo et de télévision ;

  • 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 ;

  • 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.

Nota

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.

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De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-te5375


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3. Production

3.1 Caméras et optiques en UHD

Si l’on trouve maintenant des caméras UHD pour tous les usages et de toutes qualités, il faut cependant garder à l’esprit que la qualité de l’optique joue un rôle prépondérant dans le rendu de l’image en bout de chaîne. L’augmentation de la résolution du capteur (nombre de pixels/dimension du capteur) va imposer des contraintes sur la définition de l’optique employée.

HAUT DE PAGE

3.1.1 Fonction de transfert de modulation

Pour mesurer la définition d’une optique, on utilise la fonction de transfert de modulation ou MTF (Modulation Transfer Function). Cette courbe mesure l’affaiblissement en pourcentage des contrastes en fonction de la finesse des détails, exprimée en paire de lignes par millimètre (figure 16 et figure 17).

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3.1.2 Quelle définition pour les optiques UHD ?

Considérons un capteur de caméra UHD-1 de 2/3 de pouce, qui correspond à la taille standard des capteurs de caméra de télévision. Le capteur fait 9,6 mm de large et sur cette largeur sont implantés 3 840 pixels. L’image est échantillonnée à une fréquence spatiale de 3 840/9,6 = 400 échantillons par millimètre. En tenant compte de la condition de Nyquist-Shannon (« la fréquence d’échantillonnage d’un signal doit être égale ou supérieure au double de la fréquence maximum contenue dans ce signal »), la fréquence spatiale maximum que peut analyser ce capteur est la moitié de la fréquence d’échantillonnage, soit 200 paires de traits par millimètre (figure 17). Dans la pratique, des détails fins au-delà de 200 paires de traits par millimètre ne doivent pas arriver au capteur, car cela produirait le phénomène d’aliasing, de repliement de spectre. Pour éviter cela, un filtre optique anti-aliasing est placé...

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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...

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

  • 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

  • H.264 Information technology – Coding of audio-visual objects – Part 10 : Advanced Video Coding (AVC). - ISO/IEC 14496-10 ITU-T - 2014

  • ...

1 Annuaire

HAUT DE PAGE

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)

http://www.cie.co.at/

DCI (Digital Cinema Initiatives)

https://www.dcimovies.com/

DVB (Digital Video Broadcasting)

https://www.dvb.org/

EBU (European Broadcasting Union)

https://www.ebu.ch/

ETSI (European Telecommunications Standards Institute)

https://www.etsi.org/

HDMI (High-Definition Multimedia Interface)

https://www.hdmi.org/index.aspx

IEC (International Electrotechnical Commission)

https://www.iec.ch/

ISO (International Organization for Standardization)

https://www.iso.org

ITU (International Telecommunication Union)

https://www.itu.int/

MPEG (Moving Picture Experts Group)

https://mpeg.chiariglione.org/

SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers)

https://www.smpte.org/

UHD Alliance

https://www.alliance.experienceuhd.com/

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