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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

Écrans
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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DOI (Digital Object Identifier)

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


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5. Écrans

L’écran de demain devra afficher plus de pixels, mais également plus d’images par seconde, plus de couleurs et plus de niveaux lumineux. Il devra aussi posséder les connectiques permettant d’interfacer les équipements UHD/HDR.

Le Saint Graal n’est pas encore là, mais les fabricants redoublent d’innovations technologiques pour essayer de l’atteindre. Il devra aussi comprendre plus de signaux, qui sont eux-mêmes en train d’évoluer.

5.1 Technologies

Il y a énormément de confusion dans le domaine des écrans car chaque fabricant dépose des brevets sur ses innovations et, surtout, utilise des termes différents pour désigner parfois la même chose. Ne pouvant pas être exhaustif sur ce sujet, nous allons essayer de regrouper des grandes familles.

HAUT DE PAGE

5.1.1 Technologies à base de LCD

La plupart des écrans utilisent une technologie à base de LCD (Liquid Crystal Display), sauf les écrans OLED (§ 5.1.2) et Plasma. La technologie LCD permet, grâce à des cristaux liquides, de laisser passer ou de bloquer la lumière de chaque composante de chaque pixel.

Chaque pixel est donc constitué d’une source lumineuse, puis de 3 filtres colorés et enfin de 3 blocs LCD qui régulent la quantité de chacune des couleurs (figure 36). Chacun de ces blocs LCD agit comme une vanne qui laisse passer, plus ou moins, le flux lumineux de la composante couleur sélectionnée. Les filtres colorés peuvent indifféremment être placés après les LCD.

De cette technologie de base découlent plusieurs améliorations.

HAUT DE PAGE

5.1.1.1 Différentes technologies LCD

Les blocs LCD se sont déclinés au fil du temps en plusieurs technologies (tableau 11) comme TN (Twisted Nematics), IPS (In Plane Switching),...

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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

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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)

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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