NAB 2015 : l’Ultra-HD oui bien sûr, mais HDR s’il vous plait

En matière d’Ultra Haute Définition, l’adage more pixels porté par les constructeurs s’essouffle, après 3 années à tout miser sur la 4K sans avoir convaincu le moindre éditeur de lancer sa chaîne. L’adage better pixels a désormais le vent en poupe, sur ce salon ce sont les technologies High Dynamic Range qui s’exposent et marquent une nette différence de qualité.

Par Matthieu Parmentier, chef de projets innovations&développements – France Télévisions

Chez tous les fabricants de caméscopes : Panasonic, Sony, JVC, Canon, Hitachi, For-A, RED, Ikegami, Grass Valley, Astro, l’incontournable Ultra Haute Définition se décline en définition 4K et même 8K du côté des japonais Hitachi, Astro et Ikegami. En ligne de mire, 2020 et les Jeux Olympiques de Tokyo que le pays organisateur a promis de couvrir en Super High Vision 8K à 120 images/seconde.

Mais la déferlante HDR a marqué ce NAB 2015, HDR pour High Dynamic Range, une vraie évolution de la qualité d’image valable pour tous les contenus, quelque soit la définition. Pour apprécier le saut de qualité, il faut plusieurs ingrédients :

  • une caméra capable d’encaisser une grande dynamique de lumière, qu’on mesure en général entre 12 et 16 paliers d’ouverture du diaphragme de l’optique, soit 2 fois la dynamique habituelle
  • un format de stockage ou de transport qui respecte cette haute dynamique, voire la rend compatible avec la dynamique habituelle dans une certaine mesure, au moins 4 standards coexistent aujourd’hui
  • un écran HDR, capable d’afficher des noirs profonds (0,01 Nits) autant que des blancs lumineux et éclatants (1.500 Nits dans l’idéal), tout en interprétant l’un des 4 standards pré-cités. Aujourd’hui la luminosité des écrans communs du grand public oscille généralement entre 100 et 200 Nits.

Récemment rachetée par Belden, la marque Grass Valley exposait pour la première fois aux côtés de Miranda, autre acquisition phare du groupe ces dernières années. La complémentarité des produits saute rapidement aux yeux.
La caméra LDX86 est à l’honneur, beaucoup l’annoncent comme la principale concurrente de l’indétrônable Sony F55 qui truste le marché du multicaméra UHD depuis 18 mois. Cette caméra tri-CMOS ⅔’’ apparaît vite pertinente pour les productions d’événements sportifs, sa compatibilité avec les optiques actuelles, sa profondeur de champ supérieure, et sa conception particulière : en effet ce modèle peut « muter » et servir tout à la fois de caméra HD capturant jusqu’à 300 images/seconde pour un usage en ralenti comme de caméra UHD à 50 images/seconde. Sa dynamique annoncée à 12 plages de diaphragme en UHD n’emboîte pas vraiment le pas aux autres caméras présentées sur ce NAB, mais Grass Valley démontre néanmoins une version prototype HDR au rendu intéressant. Derrière cette caméra, les serveurs K2 de la marque n’ont en revanche pas évolué, ils fonctionnent pour l’heure en quad HD et ne propose que l’AVC intra comme codec de stockage.

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Exemple chez Sony avec son camescope UHD F55, réglé sur le standard HDR maison (la courbe de conversion opto-électronique Slog3), l’image s’affiche directement en haute dynamique sur les nouveaux moniteurs de référence OLED BVM-X300. Images saisissantes, car si ces moniteurs proposent un niveau de luminosité juste légèrement supérieur à la normale (300 Nits), la technologie OLED étend considérablement le niveau de détail dans les basses lumières (0,001 Nits).

Moniteur Sony BVM-X300

Moniteur Sony BVM-X300

Au rayon des nouveautés UHD de Sony, on notera le lecteur de cartes mémoire SxS compact, PMW-PZ1, doté d’un écran de contrôle et de sorties HDMI 2.0 et 4 x 3G-SDI pour adresser n’importe quel écran UHD ou presque.

Lecteur XAVC UHD Sony PMW-PZ1

Lecteur XAVC UHD Sony PMW-PZ1

Côté tournage/post-production, Sony a fait évoluer ses logiciels maison de gestion des rushes, RAW viewer et Content Browser, au profit d’une suite de logiciels :

  • Catalyst Browse, gratuit, permet de lire, copier et d’éditer les métadonnées.
  • Catalyst Prepare, 200 $, permet en outre d’assembler les rushes et de les exporter au format de session du logiciel de post-production (AVID, Final Cut Pro, Adobe Premiere etc.).
  • Catalyst Edit, 300 $, n’est pour l’instant que l’embryon d’un logiciel de montage UHD, et peut-être à terme le logiciel qui remplacerait Sony Vegas ?

Hitachi présente le nouveau fruit de sa collaboration avec les laboratoires de la NHK : la caméra SK-UHD8060 est un modèle Super-High Vision 8K à 60 images/seconde doté d’un unique capteur large CMOS de 33 Mpixels. Ce capteur co-développé par les laboratoires de la NHK, présente deux filtres différents de couleur verte pour en étendre les capacités colorimétriques. Cette caméra s’équipe d’optiques cinéma à monture PL et vient concurrencer la F55 de Sony sur le segment des caméras de plateau. Hitachi soutient la volonté japonaise visant à lancer des émissions 8K dès 2020. Derrière cette caméra, un nouveau connecteur fibre optique permet un débit de données de 40 Gbps, la caméra prévoyant la sortie simultanée de flux 8K, 4K et HD.

La gamme Hitachi UHD 4K et 8K

La gamme Hitachi UHD 4K et 8K

Côté 4K, le modèle SK-UHD4000 se distingue singulièrement. Pas de mono-capteur large, mais le retour de capteurs MOS ⅔’’ permettant de retrouver nos habitudes en matière de profondeur de champ, et surtout d’utiliser des optiques TV moins onéreuses que les montures cinéma. Là où Hitachi se distingue, c’est qu’en plus des trois capteurs Rouge/Vert/Bleu habituels, un quatrième capteur Vert fait son apparition. Une façon habile de produire une définition supérieure tout en conservant les caractéristiques de petits capteurs. En revanche Hitachi reste muet sur les potentiels HDR de cette caméra.

Ikegami est l’autre constructeur japonais à s’être associé depuis longtemps aux laboratoires de la NHK. Spécialiste des camescopes et caméras d’épaule, le constructeur propose son modèle SHV 8K : la SHK810. Il s’agirait de sa 4ème génération depuis 2002. Les progrès qui ont été faits rendent surtout cette caméra d’épaule… utilisable : 9kg soit 10 fois moins que la première génération. Egalement dotée du grand capteur CMOS de 33 Mpixels, cette caméra s’équipe d’optiques cinéma PL.

A remarquer chez Canon la sortie du camescope C300 MkII, doté d’un nouveau capteur 4K Super 35mm de 9,84 Mpixels, d’un rolling shutter (son principal défaut originel) à la vitesse doublée, d’une dynamique de 15 plages de diaphragme associée à une courbe HDR maison, Canon Log Gamma 2… mais hélas ses capacités d’enregistrement UHD ne dépassent toujours pas les 30 images/seconde.

A noter également la récente franchise de Canon à propos de ses moniteurs de référence. Après plus de 6 mois à annoncer que le fleuron de la marque, le moniteur d’étalonnage de 30 pouces DVP-3010, respecte l’exigeante norme colorimétrique Rec.2020 sur laquelle aucun constructeur n’a réussi à s’aligner, Canon mentionne désormais une plus raisonnable « proximité » avec cette norme. Dans la même gamme, Canon a d’ailleurs lancé un modèle 24 pouces doté d’un rétro-éclairage plus puissant (300 Nits contre 100 Nits pour le modèle 30 pouces) afin de viser le marché du HDR.

Au rayon « camescope UHD miniature » JVC poursuit ses efforts après avoir abordé ce marché en tête il y a 3 ans avec ses modèles de poing, en lançant un camescope en 2 parties séparées d’au plus 15 mètres : le capteur et l’optique d’une part, l’électronique et l’enregistreur de l’autre. Il s’agit de conquérir le marché des caméras robotisées : le GW-SP100E est doté d’un mono-capteur Super 35 mm, d’une monture optique micro 4/3, d’un enregistreur 4:2:2  jusqu’à 60 images/secondes (H.264) et de toutes les bonnes connectiques pour s’interfacer avec une régie. JVC se démarque aussi de la concurrence en communiquant sur l’utilisation de cartes « non propriétaires » et sur les capacités de ses caméras à streamer en HD sur un réseau maillé dont nous parlions dans notre paragraphe IP. Des écrans HDR sont aussi présents sur le stand. Totalement différents des écrans Sony, ils ré-exploitent la technologie I-DLA déjà connue dans les projecteurs. Cette technologie utilisée en rétro-projection permet d’exploiter les différences de contrastes et de luminosité apportés par le HDR alors que le LCD ne le permet pas.

JVC GW-SP100E

JVC GW-SP100E


Difficile de passer à côté de l’australien Blackmagic, sur tous les fronts avec ses propositions low-cost aux propriétés alléchantes. Le fleuron de sa gamme de camescopes, l’URSA, a bénéficié d’un nouveau capteur de 4,6 K présenté au NAB. Intérêt principal : ce grand capteur unique Super 35 mm, doté comme tous ses congénères d’un filtre de bayer qui divise sa résolution colorimétrique en 4K, compense en partie cette déperdition en augmentant le nombre de pixels. Dans le même élan Blackmagic annonce sa sensibilité mesurée à 15 plages de diaphragme, donc prête pour le HDR, une sortie directe en 12G-SDI – seule caméra du marché à abandonner le 4x3G-SDI – ainsi qu’un enregistreur capable au choix de stocker en RAW 12 bits ou en ProRes. Toujours soucieuse du pouvoir d’achat de ses clients, la société Blackmagic propose l’URSA au choix en monture PL (optiques cinéma) ou EF (optiques photo, bien moins chères).

Et les autres…

AJA, l’australien concurrent direct de Blackmagic, présente une nouvelle version de sa caméra, la CION, dotée d’un mono capteur 4K (format APS-C) et d’une plage dynamique de 12 diaphragmes, de plusieurs montures optiques au choix (PL, EF, B4, G) ainsi qu’une intéressante caractéristique : une sortie RAW en définition Ultra HD jusqu’à 120 images/seconde. Panasonic dévoile en situation de tournage cinéma sa VariCam 35, un mono capteur MOS Super 35 mm, une plage dynamique de 15 diaphragmes et un double enregistreur UHD/HD capable de stocker directement en ProRes4444 jusqu’à 120 images/seconde.

Panasonic VariCam 35, voie de commande et monitoring UHD

Panasonic VariCam 35, voie de commande et monitoring UHD


Du côté des écrans HDR

Il faut distinguer l’écran broadcast, doté d’une dalle 10 bits et d’un rétro-éclairage minutieusement contrôlé (Cf. le BVM-X300 Sony ou le Canon DVP-2410 évoqués ci-dessus, mais également des prototypes Dolby 32’’, JVC 32’’ et 70’’ visibles au NAB), de l’écran TV grand public. Sur ce salon, Samsung, Sony, LG et Vizio (constructeur californien de TV haut de gamme) ont démontré leurs TV UHD-HDR, généralement en version 65’’, effet waouh à l’appui. Ces TV sont les premières dalles 10 bits grand public, pour atteindre les écarts de dynamique noir/blanc nécessaires, elles font appel à un réseau de puissantes leds pour leur rétro-éclairage (700 Nits max pour le Sony, 1000 Nits pour le Samsung incurvé) ou même 800 Nits en technologie OLED pour LG.

A gauche la dynamique standard, à droit le prototype JVC 30’’ HDR

A gauche la dynamique standard, à droit le prototype JVC 30’’ HDR

Le HDR, ça s’apprécie comment ?

Par rapport au ressenti humain, la mesure de luminosité obéit à une échelle logarithmique comme le décibel pour la mesure de niveau sonore. Si un blanc éclatant à 1.000 Nits a de quoi impressionner par rapport aux 200 Nits d’une TV standard, il faut aussi souligner le grand avantage d’un noir profond à 0,001 Nit, accessible grâce à la technologie OLED, comparé au 0,1 Nit couramment rencontré. Cette dynamique dilatée peut donc s’apprécier différemment selon la technologie et l’environnement lumineux. Un écran de 5.000 Nits ne semble avoir d’intérêt que pour un visionnage confortable en plein jour, à l’extérieur. En salle obscure on privilégiera une dynamique étendue dans les basses lumières, entre 0,001 et 200 Nits, également pour prévenir la fatigue oculaire des professionnels qui seraient amenés à régler image par image une séquence particulièrement lumineuse.

Démonstration HDR chez Dolby, sur un prototype de moniteur pouvant atteindre 5.000 Nits.

Démonstration HDR chez Dolby, sur un prototype de moniteur pouvant atteindre 5.000 Nits.

Comment adresser un signal HDR aux TV HDR ?

Amazon, Netflix et Voodoo ont annoncé le démarrage de leurs services HDR, pas forcément corrélé à la définition 4K du reste, car la haute dynamique HDR embellit tous les contenus. A quand la vingt-huitième remasterisation des épisodes de Star Wars ?

Pour se faire, il existe 2 catégories de traitement : une couche HDR de base, associée en option à une solution propriétaire d’extension des caractéristiques HDR.

La couche HDR de base se code sur 10 bits par composante Rouge/Vert/Bleu, mais plutôt que d’utiliser la courbe de conversion électro-optique  (gamma) héritée des TV à tube d’antan, elle fait appel à une nouvelle courbe de conversion de la dynamique calquée sur les propriétés de l’œil humain, la courbe PQ.

Les couches propriétaires (elles sont au moins 3 : Dolby, Technicolor et Philips) font appel à des métadonnées ou des flux de données privées supplémentaires pour étendre la dynamique à 12 bits ou plus.

La toute récente standardisation du Blu-Ray 4K prévoit d’ailleurs le support de contenus HDR grâce à la présence obligatoire de cette couche de base, associée ou non à l’une de ces 3 technologies propriétaires. Du côté des services de VOD par abonnement, Netflix et Amazon par exemple, seule l’utilisation de la couche de base est évoquée pour l’instant. Il faut donc un contenu HDR, l’encoder en HEVC 10 bits signalant l’usage de cette courbe PQ, et s’assurer que la TV sache l’interpréter.

Et c’est facile ?

De grosses difficultés n’ont pu être masquées lors de ce NAB, notamment lorsque les grandes majors américaines ont voulu mettre en valeur leurs films sur des TV HDR déjà disponibles au coin de la rue (Sony, Samsung). Comme par exemple étalonner un contenu sur un moniteur de 1.500 Nits et constater le résultat sur une TV de 1.000 nits. Cette problématique de « conversion à la volée » n’a pas fini d’alimenter la compétition, d’ailleurs beaucoup regrettaient l’impossibilité de comparer les rendus Technicolor, Dolby et Philips à partir d’un contenu identique.

A noter enfin le process gourmand pour convertir/afficher ces contenus HDR, les constructeurs de TV grand public ont du parfois désactiver de nombreuses fonctions telle que la compensation de mouvement. Bilan : de beaux contenus dynamiques mais un rendu parfois saccadé, très gênant sur un écran de 65’’, à rendre le bénéfice du HDR anecdotique devant l’inconfort du résultat. Les prochains salons consacreront sans doute l’association de l’UHD, du HDR et du High Frame Rate pour atteindre toutes ces promesses.

Entre les deux, l’encodage HEVC se met aussi au HDR

Toutes les marques d’encodeurs/transcodeurs ont désormais leur modèle HEVC. Du côté de leurs performances ça ne communique pas aussi bruyamment qu’à l’ère d’H.264. Il faut dire que les vrais clients ne sont pas encore nombreux. Néanmoins ce NAB a permis de voir les marques tenter de se positionner sur des marchés différents.

Du côté des français, Ateme propose du HEVC UHD-HDR et annonce son encodeur hardware HEVC UHD dans la foulée des marchés remportés par son Kyrion HEVC HD. Après avoir équipé la première chaîne sud-coréene UHD (Umax) l’an passé, Ateme vient d’être choisi pour l’encodage de la première chaîne UHD chinoise, lancée ce printemps sur le câble. Thomson Video Networks présente également son encodeur hardware Vibe HEVC UHD. Envivio démontre de l’HEVC UHD dans un flux live dont l’audio est encodé au standard Dolby AC-4. Bbright présente un nouveau châssis 1U pour son encodeur HEVC UHD lancé à Roland Garros l’an dernier, et le dernier français arrivé sur ce marché, Digigram, il vise le marché de la contribution HEVC UHD avec un châssis 1U de profondeur réduite. Quant à Vitec, la marque remporte 3 NAB awards pour son encodeur portable HEVC HD.

Le MGW Ace de Vitec, lauréat de 3 NAB awards

Le MGW Ace de Vitec, lauréat de 3 NAB awards

Chez Harmonic, étonnamment pas de HDR, l’accent est porté sur l’interconnexion en IP des multiples produits de la marque. Elemental présente en revanche toute une série de nouveautés, de l’HEVC UHD, du multiplexage statistique pour chatouiller Thomson Video Networks sur le marché des têtes de réseau et l’insertion de DRM dans des flux DASH ; souvent critiqué pour la qualité de ses encodages, certes rapides et économiques, Elemental a entrepris de se faire certifier THX ! Quant à Ericsson, la marque se place sur le marché du cloud avec son Ericsson Virtualized Encoding. Le principe consiste à placer des équipements dans des data-centers privés, voire publics, pour offrir des solutions d’encodage scalables et facilement partagées, de la SD jusqu’à l’UHD, en H.264 et HEVC.

Côté décodage matériel, à noter l’arrivée des premières puces Qualcomm capables de gérer un flux HEVC sans mettre à genoux le processeur et la batterie de votre tablette. Samsung et Google s’apprêtent à commercialiser leurs nouveaux modèles haut de gamme ainsi équipés dès le mois de mai.

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