Comprendre les technologies HDR et Dolby Vision

Depuis l’arrivée des télévisions UHD 4K, nous entendons parler couramment des technologies HDR et Dolby Vision. Moins publicisés que l’ultra haute définition, le HDR (de l’anglais High Dynamic Range, pour « plage dynamique élevée ») et le Dolby Vision sont toutefois tout aussi importants et se veulent une véritable révolution dans le monde de la télévision et de l’image.

HDR

tv hdr

Qu’est-ce que le HDR? Tout d’abord, il faut savoir que la plage dynamique d’une image représente l’écart de la gamme de couleurs reproduite par un écran, du noir le plus sombre au blanc le plus lumineux. Les téléviseurs haute-définition standards (SDR, pour Standard Dynamic Range) ont la capacité de produire 255 nuances de couleurs, alors que les télévisions UHD 4K portant la mention HDR pourront afficher 1024 nuances de couleurs, ce qui est un pas de géant en termes de reproduction d’image.

Le HDR a donc comme mandat de rendre les couleurs plus naturelles et d’établir une nette amélioration au niveau des contrastes. Le but ultime est d’être en mesure de recréer ce que l’œil humain voit dans le monde réel.

Fonctionnement

L’idée de base du HDR est d’être capable d’agrandir le spectre de couleurs qu’un téléviseur peut afficher en augmentant sa luminosité, tout en préservant des noirs profonds. Il ne faut pas confondre l’augmentation de la luminosité avec une image sur-brillante agressante qu’on aurait mal ajustée. Au contraire, en augmentant la luminosité, on sera alors en mesure de recréer plus de détails dans les teintes claires. On pourra aussi éliminer la saturation créée par un écran incapable de bien reproduire les nuances des zones brillantes d’une image.

D’un aspect plus technique, un téléviseur devra se conformer à des spécifications précises pour se mériter la mention HDR. Une télévision devra rendre une luminosité de plus de 100 nits (luminosité maximale reproduite par un téléviseur SDR, muni d’un panneau 8 bits). Les normes seront davantage rigoureuses pour les télévisions portant la mention HDR 10. Un panneau capable d’un affichage 10 bits sera alors nécessaire pour répondre aux demandes de l’encodage REC.2020.

Il ne faut pas non plus négliger la capacité de reproductions des noirs des télévisions. On ne peut pas parler de plage dynamique agrandie si la luminosité gagnée est au détriment du rendement des couleurs sombres. Des standards plus rigoureux seront établis avec les normes HDR 10 et Dolby Vision.

Pour avoir un résultat dit HDR, il faudra alors que la source vidéo (film, émission de télé) soit tournée et diffusée en HDR, de même que lue sur des composantes vidéos (télévision, lecteur Blu-Ray 4K) se conformant à cette technologie.

L’arrivée des télévisions UHD 4K a en quelque sorte donné naissance à la technologie HDR. Sa résolution d’image de 3840 x 2160 pixels permet d’adopter un espace colorimétrique plus large (encodage REC.2020) qui représente 75% de ce que peut percevoir l’œil humain.

tele 4k

Les différentes normes HDR

HDR 

La mention HDR signifie qu’un téléviseur est capable de reproduire des pics de luminosité supérieurs à 100 nits, donc plus élevés que ce qu’un téléviseur à plage dynamique standard (SDR) peut offrir. La plupart des téléviseurs HDR excèdent largement ces demandes, sans toutefois se plier à une réglementation stricte.

HDR 10

Se conformant à des spécifications plus serrées, le HDR 10 est un standard basé sur une plate-forme ouverte. Un panneau utilisant une échelle de quantification des couleurs sur 10 bits sera obligatoire pour être compatible avec l’encodage REC.2020, qui couvre 75% de l’espace colorimétrique perçu par l’œil humain. La capacité de luminosité des téléviseurs HDR 10 est supérieure aux modèles HDR standards.

Ultra HD Premium

ultra hd premium

Les téléviseurs Ultra HD Premium sont soumis à des standards plus définis. Pour être certifié, un téléviseur devra :

  • Avoir une résolution d’affichage de 3840 x 2160 pixels
  • Avoir un panneau utilisant une échelle de quantification des couleurs 10 bits
  • Des ports HDMI compatibles avec l’encodage REC.2020
  • Être en mesure de reproduire 90% ou plus de l’espace colorimétrique DCI-P3
  • Avoir une luminosité maximale d’au moins 1000 nits et un niveau de reproduction des noirs inférieur à 0,05 nits (télévisions LED).
  • Avoir une luminosité maximale d’au moins 540 nits et un niveau de reproduction des noirs inférieur à 0,0005 nits (télévisions OLED).

Contenu HDR

On retrouve plusieurs possibilités pour profiter des divers films et séries produits en HDR. Plusieurs disques Blu-Ray 4K vendus sur les tablettes des magasins sont compatibles avec la technologie HDR. Pour les amateurs de vidéo en continu (streaming), certaines plateformes, dont le géant Netflix, offre des titres sélectionnés en HDR. Le nombre de ces titres est d’ailleurs à la hausse. Il est désormais possible de profiter de toute la qualité que nos télévisions ont à offrir!

Dolby Vision

dolby vision

Le Dolby Vision est une technologie HDR développée par la compagnie Dolby. Plus stricte et mieux définie, elle va aussi plus loin au niveau des spécifications requises. Un contrôle serré des télévisions portant la mention Dolby Vision sera effectué, mais Dolby imposera aussi une marche à suivre rigoureuse aux studios de cinéma. Tout est pensé pour que l’image reproduite à la maison soit parfaitement conforme à la vision des créateurs.

Le Dolby Vision est une norme propriétaire des laboratoires Dolby, contrairement au HDR 10, qui est une plateforme ouverte. Dolby exigera aux fabricants de télévisions UHD 4K un panneau à quantification des couleurs sur 12 bits (comparativement à 10 bits pour les télés HDR 10). Il est donc convenu que pour se mériter la mention Dolby Vision, le matériel utilisé par les fabricants des télévisions devra être approuvé et certifié par Dolby. Il en va de même pour le matériel entrant dans la production et la diffusion du contenu Dolby Vision. Toutes les étapes du processus sont donc contrôlées par Dolby, ce qui garantit un résultat fidèle à la vision des réalisateurs.

Voici un exemple concret de la certification Dolby Vision. Si un film est tourné avec des caméras pouvant capter une luminosité de 2000 nits, pour bien reproduire le film à la maison, on devra avoir une télévision capable d’afficher des pics de luminosité équivalents. C’est ce que Dolby Vision propose par leur certification. Bien sûr, on pourra regarder ce même film avec un téléviseur HDR 10 qui aura une capacité maximale de 1000 nits, par exemple, mais ce dernier ne sera pas en mesure d’afficher fidèlement toute l’information encodée dans le film.

La vision de Dolby

Les normes actuelles de reproduction d’image sont basées sur les limites de la technologie, ce qui peut sembler normal à premier abord. Pourtant, entre la captation d’une image par les caméras professionnelles des plus grands studios de cinéma et ce qui sera affiché sur nos écrans, il y aura tout un processus de compression pour pouvoir se conformer aux limitations techniques des télévisions, lecteurs Blu-Ray et amplificateurs cinéma maison. Cette compression altérera les couleurs, la luminosité et le contraste de l’image originale que les réalisateurs voient sur leurs moniteurs professionnels.

Dolby veut faire tomber les barrières imposées par les limitations de la technologie actuelle. La vision des laboratoires Dolby est de permettre d’exploiter au maximum tous les appareils électroniques utilisés à la reproduction de l’image. Pour ce faire, Dolby s’inspire de la vision humaine pour atteindre la perfection.

Tests rigoureux

Dolby a réuni une équipe de spécialistes et de spectateurs pour procéder à plusieurs tests d’image. Le but de l’expérience était de déterminer ce qui répondrait aux attentes des gens au niveau de la reproduction des noirs, des blancs et du contraste. Les tests ont permis de conclure qu’une image capable d’afficher une luminosité allant de 0 à 10 000 nits était satisfaisante pour le groupe de gens réuni.

Évidemment, nous sommes toujours loin d’avoir des télévisions capables d’offrir des pics de luminosité de 10 000 nits. Rappelons-nous qu’un téléviseur standard est limité à 100 nits, et que les téléviseurs UHD 4K HDR sur le marché ne dépassent que rarement les 1000 nits (les plus performants tourneront autour des 2000 nits). Même les moniteurs de studio professionnels atteindront des pics de luminosité ne dépassant pas les 4000 nits.

Voilà donc ce que Dolby entrevoit : repousser les limites de la technologie actuelle avec Dolby Vision, en gardant toujours l’accent sur ce que l’œil humain est capable de percevoir. Jumelée à un système de cinéma maison Dolby Atmos, l’expérience audiovisuelle des cinéphiles sera complète.

Quantification 12 bits

Dans l’optique d’être en mesure de reproduire l’image de 0 à 10 000 nits qui a été établie comme étant l’objectif à atteindre lors des tests mentionnés plus haut, Dolby a du trouver la façon d’afficher cette plage dynamique énorme. Dolby a donc développé une nouvelle fonction de transfert électro-optique nommée EOTF (pour Electro Optical Transfer Function) permettant d’encoder la totalité des 10 000 nits sur 12 bits sans aucun artéfact visuels, ce qui aurait été impossible sur un panneau 10 bits contenu dans une télévision HDR 10.

L’œil humain est très sensible aux variations de luminosité. Pour afficher un contraste parfait et lisse, un panneau de télévision à quantification des couleurs sur 12 bits sera nécessaire pour atteindre cet objectif. Le nombre de teintes reproduites par un panneau 10 bits ne sera pas assez élevé et affichera des artéfacts visibles. Ce phénomène, baptisé postérisation, est bien connu des photographes et des gens qui travaillent dans le domaine du traitement numérique de l’image.

Pour l’instant, le nombre de télévisions certifiées Dolby Vision est peu élevé, mais on prédit l’apparition de modèles de télés UHD 4K et OLED se qualifiant dans un avenir rapproché.

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