Le glossaire de la Ultra HD 4K

Le logo officiel de la certification Ultra HD Premium

La UHD Alliance a dévoilé au CES 2016 de Las Vegas sa nouvelle certification, l'Ultra HD Premium. Voulue par les studios hollywoodiens, cette nouvelle norme - qui court-circuite la plupart des diffuseurs 4K aujourd'hui en vente - définit un ensemble de spécifications obligatoires - dont notamment le HDR, l'un des chevaux de bataille de la 4K. Pour bénéficier du logo Ultra HD Premium, les écrans devront avoir les caractéristiques suivantes :

• Résolution de l'image : 3840 x 2160 pixels
• Profondeur de couleur : 10 bits
• Palette de couleurs (gamut élargi) : 
  . entrée signal : compatible BT.2020
  . visualisation : plus de 90% de la palette PCI-P3
• HDR : respect du standard SMPTE ST2084 EOTF avec :
  . pic de luminosité supérieur à 1000 nits et niveau des noirs inférieur à 0,05 nits
  OU
  . pic de luminosité supérieur à 540 nits et niveau des noirs inférieur à 0,0005 nits

Des spécifications similaires Ultra HD Premium ont été dévoilées aussi à l'attention des éditeurs de contenu et des canaux de distribution.

Cette certification (qui laisse une petite marge pour les fabricants d'écrans OLED) entend éviter les équipements en deça qui avaient handicapé les débuts de la HD (souvenez-vous de la "HD Ready") et surtout une nouvelle guerre de standards, comme celle entre le Blu-ray et le HD DVD. Derrière les membres de l'UHD Alliance, on retrouve la plupart des studios (Dreamworks, Fox, Sony, Universal, Walt Disney, Warner Bros.), des entreprises technologiques (Dolby, DTS, Samsung, LG, Panasonic, Technicolor, Intel…) et des diffuseurs (Amazon, Netflix, Orange, Sky…).

Tous les nouveaux modèles 2016 des TV Samsung sont certifiés Ultra HD Premium 

4K, HDR, Gamut, BT.2020, HEVC… L'Ultra HD comprend une collection de définitions techniques, et des changements puissants dans la perception de l'image. Pour faire le point, nous avons établi un petit glossaire des nouveaux mots de la 4K. Les voici :
 

4K

Dans le passé proche, pour identifier la définition d'une image vidéo, on comptait à la verticale. C'est l'héritage de la vidéo analogique, lorsque l'image était transmise par ligne, et une ligne avait l'épaisseur d'1 pixel. Nous sommes passés des 576 lignes du PAL aux 720 pixels des jeux vidéo dans la génération précédente, et enfin aux 1080 de la FullHD.
Aujourd'hui, on compte à l'horizontale. La HD est désormais appelée 2K (1920 x 1080). La 4K a une résolution de 3840 x 2160 pixels, soit 4 fois plus d'info que la HD. À noter que les projections numériques en salle (DCP) utilisent une résolution de 4096 x 2160 pixels.
En ce qui concerne le wow factor, la perception humaine du saut entre la HD et l'UHD est nettement plus forte que celle entre la SD et la HD. Sur un écran de 55 pouces, la "zone de confort" de l'UHD se situe entre 0,9 et 2,2 m.

HDR (High Dynamic Range)

C'est le deuxième atout de l'Ultra HD, tout aussi important que la 4K. Il est facile de reconnaître les limites de la plage dynamique actuelle (SDR) : un match de football avec le soleil qui éclaire une partie du terrain, et qui donne une moitié de l'image "cramée" et l'autre moitié plongée dans la pénombre. Ou un panorama qui semble … éteint ou délavé. L'oeil humain sait reconnaître des détails dans une scène très lumineuse ou sombre, que la HD ou la SD sont incapables de restituer.
Le HDR relève nettement la barre, et offre une gestion plus profonde et élargie des contrastes. Le HDR retenu pour la 4K est à 10 bits (avec une palette élargie de couleurs). L'Ultra HD Blu-ray doit supporter 3 implémentations du HDR : BDMV, Dolby Vision et Philips. Ce dernier vient de s'associer à Technicolor pour fusionner leurs solutions HDR.

Profondeur de couleur (Color Bit Depth)

Ce terme définit le nombre de couleurs de la palette affichable à l'écran, et donc la richesse de la palette. Dans la vidéo actuelle, une gradation absente est remplacée "au mieux" par le diffuseur, ce qui provoque des effets de moirage ou de solarisation. Ces problèmes devraient appartenir au passé : en Ultra HD on passe de 8 à 10 bits. À condition d'avoir un écran qui sache les afficher…

Gamut de couleurs (et norme BT.2020)

Un gamut est une palette des chrominances de couleurs affichables par un diffuseur. Il se présente comme un diagramme en "fer de cheval", où la valeur 100% correspond au spectre visible par l'oeil humain. Un triangle délimité par le RGB, détermine la palette affichable. La norme REC.709, qui correspond au gamut courant, a été conçue pour les limites des écrans cathodiques, et sait reproduire à peine 35% du spectre !
Deux palettes de "gamut élargi" seront utilisées en UHD : le DCI P3 et surtout le REC.2020. Cette dernière sera la norme des diffuseurs haut de gamme, et se trouvera au coeur de l'image 4K et 8K. En UHD, le spectre visible de la palette passe à 76%.

Le gamut élargi de la norme REC.2020…  (©Noteloop)

…et celui de la norme actuelle REC.709  (©Noteloop)

Dolby Vision

Le Dolby Vision prendra-t-il la place du THX ? Son objectif est ambitieux : un ensemble de certifications permettant de garantir une reproduction optimale de l'image, dans les cinémas et dans les salons. Le cahier des charges définit des critères minimaux à respecter (HDR, gamut de couleurs, mais aussi 4 000 nits de luminosité et 2 millions de contrastes). Les premiers écrans certifiés Dolby Vision sont présentés au CES 2016 - dont toute la gamme 2016 des TV OLED de LG.

Vidéo : présentation du Dolby Vision (VO):

HEVC

Connu aussi sous le nom de H.265, le HEVC sera l'encodage vidéo principal du 4K. Le profil retenu pour l'Ultra HD Blu-ray garantit un débit vidéo allant jusqu'à 100 Mbit/s (!) et des framerates (fréquences d'images) mutiples (jusqu'à 60p). Le HEVC pourra aussi supporter la 8K le moment venu.
Dans la diffusion TV, le HEVC remplacera à terme l'AVC/H.264, grâce à son taux de compression beaucoup plus efficace.
Un autre codec next-gen est sur le rails, le VP9 de Google. Ce dernier semble davantage orienté vers le streaming des contenus 4K en ligne.

Framerates multiples

Le Blu-ray supportait 2 vitesses en FullHD progressive : 23,976p et 24p. L'Ultra HD Blu-ray 4K en supporte 6 : 23,976p, 24p, 25p, 50p, 59,94p et 60p. Les fréquences les plus rapides pourraient être exploitées par les captations sportives et les documentaires. Et Peter Jackson pourra enfin sortir Le Hobbit tel qu'il l'avait tourné.
Une autre bonne nouvelle de l'Ultra HD : la fin des formats entrelacés (ou "interlaced", le i du 1080i).

Bitrate

La qualité de l'Ultra HD a un prix : le débit. Et dans la vidéo, la taille compte. Pour ses actuels programmes 4K en streaming, Netflix requiert une bande passante de 15 Mbit/s, et en recommande 25. Plusieurs professionnels de la vidéo estiment que la 4K nécessite 50 Mbit/s pour s'épanouir. Face aux barrières technologiques actuelles (le monde n'est pas fait que de quelques privilégiés avec la fibre), le Blu-ray 4K est le seul support en mesure de fournir universellement une Ultra HD de qualité et sans compromis : ses spécifications permettent un flux de 109 Mbit/s, avec des pics jusqu'à 128 Mbit/s !

2 formats audio next gen (ou peut-être trois…)

Le Dolby Atmos et le DTS-X se tailleront la part du lion. Déjà opérationnel sur quelques Blu-ray, le Dolby Atmos a été choisi par Warner pour leurs Ultra HD Blu-ray. La 20th Century Fox optera en revanche pour le DTS-X. Non retenu dans les spécifications officielles, le PCM Auro est un format optionnel dont le futur reste à déterminer.
Vous retrouverez bientôt sur DVDFR un dossier complet sur les nouveaux formats audio !

Le Dolby Atmos et le DTS-X seront les formats audio avancés du UHD 4K

3 modes de diffusion pour l'Ultra HD

Les industries du cinéma et de la vidéo, ainsi que les diffuseurs TV et OTT se préparent depuis des années à la 4K. Cet écosystème aura trois modes de diffusion :

- Ultra HD Blu-ray (dès 2016). Le format qui garantit les conditions optimales de la 4K en image et son immersif. Les membres de l'UHD Alliance ont affirmé à Las Vegas que selon eux, le Blu-ray 4K sera "plus qu'un format de niche". Son lancement est prévu pour février/mars 2016 aux USA, et 100 titres sortiront en Amérique du Nord au cours du 4ème trimestre de l'année. S'agira t-il du dernier support physique de la vidéo ?
- L'Ultra HD dématérialisée (dès 2015). Des premiers titres UHD sont déjà disponibles aux USA sur Netflix, Vudu ou Amazon Prime, bien que tous ne soient pas aux normes. Un jour le dématérialisé prendra la place du support physique, mais les studios hollywoodiens ne vont pas accelérer la cadence pour le moment.
- La diffusion TV de masse (> 2019 ?). Quelques obstacles de taille subsistent, notamment pour les programmes live : l'encodage du flux HEVC en temps réel (sports…), la bande passante des fréquences, un parc machines qui doit encore passer au MPEG4, les infrastructures de régie. La diffusion à grande échelle (chaînes généralistes) ne devrait pas débuter avant 2019/2020.

Les premiers titres Ultra HD Blu-ray chez Fox aux USA