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High Dynamic Range (formats)

Le HDR (abrĂ©viation du terme High Dynamic Range signifiant grande plage dynamique) est un type de formats et de normes de vidĂ©os et d'images numĂ©riques permettant de reprĂ©senter des niveaux de luminositĂ© plus Ă©levĂ©s que la limite de 100 nits des contenus du standard SDR[1] - [2] - [3]. Selon le format utilisĂ©, une vidĂ©o HDR permet de reprĂ©senter des pics de luminositĂ© jusqu'Ă  une valeur de 1 000 nits (via le format HLG (en)) ou jusqu'Ă  10 000 nits (via les formats Dolby Vision[4], HDR10, HDR10+). Le HDR a Ă©tĂ© initialement dĂ©ployĂ© dans le domaine de la vidĂ©o[1] et s'est par la suite Ă©tendu aux images. AVIF est un format d'image basĂ© sur le codec AV1 et compatible HDR[3].

Le HDR permet d'augmenter la gamme dynamique pouvant ĂȘtre enregistrĂ©e dans une image ou une vidĂ©o numĂ©rique et permet d'obtenir des hautes-lumiĂšres plus lumineuses, plus dĂ©taillĂ©es et plus saturĂ©es en couleur. Les technologies liĂ©es au HDR permettent Ă©galement d'amĂ©liorer le dĂ©tail dans les zones sombres[1] - [4].

Bien que cela ne soit pas techniquement obligatoire, les vidĂ©os au format HDR couvrent habituellement le Rec. 2020 qui est un gamut de couleur Ă©tendu[1] - [5]. Cela permet d'augmenter le niveau de saturation Ă  laquelle une couleur peut ĂȘtre reprĂ©sentĂ©e[5]. La combinaison du HDR et du Rec. 2020 permet augmenter mutuellement leurs effets et aboutit Ă  un grand volume de couleur[1] - [6].

La compatibilité HDR d'un appareil garantit uniquement la capacité de lire ou d'enregistrer une vidéo dans au moins un des formats HDR et ne garantit pas que l'appareil est capable d'exploiter le potentiel d'une vidéo HDR. Toutefois, des certifications facultatives existent afin de pouvoir garantir les capacités d'affichages des écrans HDR.

IntĂ©rĂȘt

Certaines technologies permettent d'augmenter la quantité de pixels d'une image numérique. Les standards HD, Full HD, Ultra HD, 4K, 8K, etc permettent d'augmenter la définition d'une image. Le nombre d'images par seconde (24, 25, 30, 60, 120, etc.) permet d'augmenter la quantité de pixels par seconde. D'autres technologies permettent d'augmenter la qualité des pixels. C'est le cas pour les standards d'images ayant un gamut de couleur étendu (DCI-P3, Adobe RGB, Rec. 2020), c'est également le cas pour le HDR.

Les normes de luminositĂ© des vidĂ©os standards (SDR) sont basĂ©es sur les caractĂ©ristiques des tĂ©lĂ©visions Ă  tube cathodique (luminositĂ© maximale de 100 cd/mÂČ)[1] - [7]. Or, la luminositĂ© maximale des Ă©crans modernes est en constante augmentation et a dĂ©passĂ© ces limites. Les standards d'images HDR ont Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©s dans le but de s'affranchir de ces limites.

La dynamique des camĂ©ras et appareils photographiques a aussi largement dĂ©passĂ© celle des vidĂ©os SDR notamment Ă  l'aide de la technologie de capture d'image HDR. La technologie HDR en photographie ne doit pas ĂȘtre confondue avec les standards d'images numĂ©riques HDR. La premiĂšre permet d'augmenter la dynamique des images capturĂ©es, la deuxiĂšme permet d'augmenter la dynamique que l'on peut enregistrer dans une image ou dans une vidĂ©o numĂ©rique en dĂ©passant les limites du SDR (100 nits).

Les images gĂ©nĂ©rĂ©es par ordinateur (comme les effets spĂ©ciaux numĂ©riques ou les images des jeux vidĂ©o) ont gĂ©nĂ©ralement un rendu interne effectuĂ© avec une grande dynamique. Du contenu HDR peut donc d’ores et dĂ©jĂ  ĂȘtre crĂ©Ă©.

Les tĂ©lĂ©visions modernes sont aussi capables de couvrir un espace de couleur plus grand qu’auparavant. La combinaison du HDR et d’un gamut de couleur Ă©tendu (tel que celui du Rec. 2020) permet l’apport d’un consĂ©quent volume de couleur[1].

Les images et vidĂ©os SDR ont comme dĂ©faut de ne pouvoir prĂ©senter qu'un faible niveau de dĂ©tail dans les zones sombres de l'image et une faible saturation des couleurs Ă  mesure qu'elles se rapprochent d'une luminositĂ© de 100 cd/mÂČ (ce qui blanchit les hautes-lumiĂšres)[4].

Des Ă©tudes ont montrĂ© qu’augmenter la luminositĂ© et le dĂ©tail des hautes lumiĂšres ainsi que le dĂ©tail dans les zones sombres permet d’amĂ©liorer l’expĂ©rience visuelle du spectateur[1].

Technologies

Le HDR repose sur un ensemble de technologies et varie selon le format utilisé.

Fonction de transfert

Les images et vidĂ©os SDR utilisent une courbe gamma comme fonction de transfert (standardisĂ©e par la recommandation BT.1886 ; limitĂ©e Ă  100 nits). Elle correspond au comportement des Ă©crans cathodiques face Ă  un signal vidĂ©o[2].

Perceptual Quantizer (en) (PQ) est une fonction de transfert dĂ©veloppĂ©e par Dolby spĂ©cifiquement pour le HDR et publiĂ©e en norme en tant que SMPTE ST 2084. PQ est capable de reprĂ©senter la luminositĂ© jusqu’à 10 000 nits.

Hybrid Log-Gamma (en) (HLG) est une fonction de transfert développée par la BBC et NHK pour le HDR et présente la particularité d'offrir un certain niveau de rétrocompatibité avec la courbe de transfert des écrans SDR.

Métadonnées

Certains formats HDR utilisent des métadonnées aidant à adapter le contenu HDR aux capacités d'affichage de chaque écran.

Les métadonnées statiques donnent des informations concernant l'ensemble de la vidéo.

Les métadonnées dynamiques donnent des informations concernant une seule scÚne ou une seule image au sein de la vidéo.

Gamut de couleur

Rec. 709 est le gamut des images et vidéos haute définition.

DCI-P3 est un gamut Ă©tendu.

Rec. 2020 est un gamut encore plus étendu et utilisé au sein des vidéos HDR.

Actuellement, la plupart des vidéos HDR sont masterisés dans les limites du DCI-P3 mais sont contenus dans le format Rec. 2020.

Profondeur de couleur

Les vidéos et images SDR à destination du grand public sont généralement diffusées avec une profondeur de couleur de 8 bits.

Étant donnĂ© la grande plage dynamique du HDR, une profondeur de couleur de 10 bits voire 12 bits est utilisĂ©e afin de ne pas introduire de la postĂ©risation.

Espace de couleur

ICTCP, ICtCp, or ITP est un espace de couleur développé par Dolby spécifiquement pour le HDR. Il est équivalent au IPT.

Normes et spécifications

En , l’ITU a publiĂ© la recommandation BT.2100 dĂ©finissant les normes de la tĂ©lĂ©vision Ă  haute gamme dynamique. La Rec. 2100 (en) recommande l'arrĂȘt de l’utilisation des fonctions de transfert conventionnelles Ă  courbe gamma et le remplacement de celles-ci par la fonction de transfert du Perceptual Quantizer (en) (PQ) ou du Hybrid Log-Gamma (en) (HLG). Rec. 2100 se construit au-dessus des recommandations Rec. 709 (HD-TV) et Rec. 2020 (UHD-TV). Rec. 2100 autorise le HDR sur la haute dĂ©finition et sur l'ultra-haute dĂ©finition, requiert une profondeur des couleurs d'au moins 10 bits et Ă©tablit un Ă©cran de rĂ©fĂ©rence avec un pic lumineux supĂ©rieur Ă  1000 cd/mÂČ et un niveau de noir infĂ©rieur Ă  0,005 cd/mÂČ[1] .

Normes et formats compatibles
Résumé[8]
Nom Concepteur(s) Droits d'utilisation Année Profondeur (bits) Métadonnées S'adapte à la luminosité de la piÚce Compatibilité HDMI Notes
Vidéo
Dolby Vision Dolby PropriĂ©taire 2015 10 ou 12[9] Dynamiques Non À partir de l'HDMI 2.0a[10]
Dolby Vision IQ[11] 2020 10 ou 12[9] Oui
HDR10 Consumer Electronics Association Libre 2015 10 Statiques Non
HDR10+ Samsung Gratuit ou licence annuelle (selon utilisation)[12] 2018 10 Dynamiques Non
HDR10+ Adaptive 2021 10 Oui
HLG (en) BBC, NHK Libre 2016 10 Sans mĂ©tadonnĂ©es Non À partir de l'HDMI 2.0b[10] DestinĂ© Ă  la diffusion en tĂ©lĂ©vision
Photo
AVIF Alliance for Open Media (AOM) Libre 2019 8, 10 ou 12[13] non applicable Non

Il est aussi possible de rencontrer les mentions HDR Pro ou HDR Plus mais ce ne sont pas des certifications officielles[14].

Dolby Vision

La norme Dolby Vision regroupe la fonction de transfert SMPTE ST 2084 (PQ), 12 bits de profondeur de couleur, l’espace colorimĂ©trique Rec. 2020 et les mĂ©tadonnĂ©es dynamiques. L'Ă©cran de rĂ©fĂ©rence utilisĂ© pour Dolby Vision doit avoir un pic de luminositĂ© maximal d’au moins 4000 cd/mÂČ. Pour le futur, des Ă©crans de rĂ©fĂ©rence avec un pic lumineux de 10 000 cd/mÂČ sont prĂ©vus[4].

HDR10

Le 10 est en référence aux 10 bits de profondeur.

Le format HDR10 Media Profile regroupe la fonction de transfert SMPTE ST 2084 (PQ), un sous-Ă©chantillonnage 4:2:0, 10 bits de profondeur de couleur, l’espace colorimĂ©trique Rec. 2020 et les mĂ©tadonnĂ©es SMPTE ST 2086, MaxFALL, MaxCLL[15]. En HDR10, on ajuste l’image d’un clip ou d’un film en entier[16].

HDR10+

Le HDR10+ reprend le HDR10 en y ajoutant les métadonnées dynamiques.

Dans HDR10+, les choses deviennent bien plus dynamiques. Les mĂ©tadonnĂ©es arrivent image par image ou scĂšne par scĂšne. Par exemple, si vous regardez un film qui passe d’une scĂšne de lever de soleil Ă  une scĂšne de nuit, cette transition peut bĂ©nĂ©ficier d’un rĂ©glage diffĂ©rent de l’espace couleur. Si ces mĂ©tadonnĂ©es sont programmĂ©es dans la scĂšne, un Ă©cran gĂ©ant LCD-LED HDR peut parfaitement adapter les contenus scĂšnes par scĂšnes.

HLG

Hybrid Log-Gamma (en)

Cette technologie développée par des diffuseurs britanniques (BBC) et japonais (NHK) permet de diffuser un signal HDR qui reste utilisable pour les téléviseurs qui ne gÚrent pas cette technologie. Il est donc particuliÚrement adapté à la diffusion par des chaßnes de télévision[8].

AVIF

AV1 Image File Format.

AVIF est un format d'image compatible HDR et basé sur le codec vidéo AV1[3].

Certifications

Un Ă©cran qualifiĂ© HDR peut ĂȘtre capable de lire une vidĂ©o HDR et sans ĂȘtre capable de l'afficher diffĂ©remment qu'une vidĂ©o standard. En effet, la compatibilitĂ© HDR d'un appareil garantit uniquement la capacitĂ© de lire ou d'enregistrer une vidĂ©o dans au moins un des formats HDR et ne garantit pas que l'appareil est capable d'exploiter le potentiel d'une vidĂ©o HDR.

Des certifications facultatives existent afin de pouvoir garantir les capacités d'affichages des écrans HDR.

Ultra HD Premium

Le logo Ultra HD Premium certifie une compatibilitĂ© HDR ainsi que soit un pic de luminositĂ© supĂ©rieur Ă  1000 cd/mÂČ et un niveau de noir infĂ©rieur Ă  0,05 cd/mÂČ soit un pic de luminositĂ© supĂ©rieur Ă  540 cd/mÂČ et un niveau de noir infĂ©rieur Ă  0,0005 cd/mÂČ[17].

Mobile HDR Premium

La certification "Mobile HDR Premium" concerne les smartphones, les tablettes et les ordinateurs portables.

DisplayHDR

DisplayHDR est une certification HDR développées par VESA.

HDR et Ultra-HD

L'Ultra HD Forum a liĂ© le dĂ©ploiement de l’Ultra-HD avec celui du HDR[18]. Toutefois, le HDR peut ĂȘtre dĂ©ployĂ© dans des vidĂ©os avec une dĂ©finition d'image infĂ©rieure[1].

Voir aussi

Notes et références
  1. (en) « BT.2100 : Image parameter values for high dynamic range television for use in production and international programme exchange », sur Union internationale des télécommunications, (consulté le )
  2. « BT.1886 : Fonction de transfert Ă©lectro-optique de rĂ©fĂ©rence pour les Ă©crans plats utilisĂ©s pour la production en studio de TVHD », sur www.itu.int (consultĂ© le )
  3. « AV1 Image File Format (AVIF) », sur aomediacodec.github.io (consulté le )
  4. (en) « Dolby Vision », sur Dolby Laboratories, Inc, (consulté le ).
  5. (en) « BT.2020 : Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange », sur Union internationale des télécommunications, (consulté le )
  6. (en) « Color Volume: What It Is and Why It Matters for TV », sur news.samsung.com (consulté le )
  7. (en) « BT.1886 : Reference electro-optical transfer function for flat panel displays used in HDTV studio production », sur Union internationale des télécommunications, (consulté le )
  8. Laure Renouard, « Technologie HDR : on vous explique tout », sur LaboFnac, (consulté le )
  9. Dolby, « Dolby Vision Profiles and Levels Version 1.3.2 - Specification » [archive du ] (consulté le )
  10. « HDMI 2.1, 2.0, 1.4 : Tout comprendre aux normes et cùbles HDMI », sur Clubic, (consulté le )
  11. « Le Dolby Vision évolue avec l'arrivée du Dolby Vision IQ ! », sur HD Numérique, (consulté le )
  12. « License Program - HDR10+ », sur hdr10plus.org (consulté le )
  13. (en) « AVIF Image Format – The Next-Gen Compression Codec », sur Lambda Test, (consultĂ© le )
  14. « HDR10, HDR10+, HLG et Dolby Vision : quelles différences entre les standards HDR ? », sur FrAndroid, (consulté le )
  15. (en) « CEA Defines ‘HDR Compatible’ Displays », sur Consumer Technology Association, (consultĂ© le ).
  16. « Ecran geant, le HDR ? pourquoi est ce important ? », sur Pekason, (consulté le )
  17. (en) « What does the “Ultra HD Premiumℱ” logo mean? », sur UHD Alliance (consultĂ© le ).
  18. (en) « End-to-end guidelines for phase A implementation », sur Ultra HD Forum, (consulté le ).

Liens externes
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