High Dynamic Range (formats)

Le HDR (abreviation du terme High Dynamic Range signifiant grande plage dynamique ) est un type de formats et de normes de videos et d' images numeriques permettant de representer des niveaux de luminance plus eleves que la limite de 100  nits des contenus du standard SDR ^{[ 1 ] , [ 2 ] , [ 3 ]} . Selon le format utilise, une video HDR permet de representer des pics de luminance jusqu'a une valeur de 1 000  nits (via le format HLG   (en) ) ou jusqu'a 10 000  nits (via les formats Dolby Vision ^{[ 4 ]} , HDR10, HDR10+). Le HDR a ete initialement deploye dans le domaine de la video ^{[ 1 ]} et s'est par la suite etendu aux images. AVIF est un format d'image base sur le codec AV1 et compatible HDR ^{[ 3 ]} .

Le HDR permet d'augmenter la gamme dynamique pouvant etre enregistree dans une image ou une video numerique et permet d'obtenir des hautes-lumieres plus lumineuses, plus detaillees et plus saturees en couleur. Les technologies liees au HDR permettent egalement d'ameliorer le detail dans les zones sombres ^{[ 1 ] , [ 4 ]} .

Bien que cela ne soit pas techniquement obligatoire, les videos au format HDR couvrent habituellement le Rec. 2020 qui est un gamut de couleur etendu ^{[ 1 ] , [ 5 ]} . Cela permet d'augmenter le niveau de saturation a laquelle une couleur peut etre representee ^{[ 5 ]} . La combinaison du HDR et du Rec. 2020 permet augmenter mutuellement leurs effets et aboutit a un grand volume de couleur ^{[ 1 ] , [ 6 ]} .

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

Interet [ modifier | modifier le code ]

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

Les normes de luminance des videos standards ( SDR ) sont basees sur les caracteristiques des televisions a tube cathodique (luminance maximale de 100 cd /m²) ^{[ 1 ] , [ 7 ]} . Or, la luminance maximale des ecrans modernes est en constante augmentation et a depasse ces limites. Les standards d'images HDR ont ete developpes dans le but de s'affranchir de ces limites.

La dynamique des cameras et appareils photographiques a aussi largement depasse celle des videos SDR notamment a l'aide de la technologie de capture d'image HDR . La technologie HDR en photographie ne doit pas etre confondue avec les standards d'images numeriques HDR. La premiere permet d'augmenter la dynamique des images capturees, la deuxieme permet d'augmenter la dynamique que l'on peut enregistrer dans une image ou dans une video numerique en depassant les limites du SDR (100 nits).

Les images generees par ordinateur (comme les effets speciaux numeriques ou les images des jeux video) ont generalement un rendu interne effectue avec une grande dynamique. Du contenu HDR peut donc d’ores et deja etre cree.

Les televisions modernes sont aussi capables de couvrir un espace de couleur plus grand qu’auparavant. La combinaison du HDR et d’un gamut de couleur etendu (tel que celui du Rec. 2020 ) permet l’apport d’un consequent volume de couleur ^{[ 1 ]} .

Les images et videos SDR ont comme defaut de ne pouvoir presenter qu'un faible niveau de detail dans les zones sombres de l'image et une faible saturation des couleurs a mesure qu'elles se rapprochent d'une luminance de 100 cd/m² (ce qui blanchit les hautes-lumieres) ^{[ 4 ]} .

Des etudes ont montre qu’augmenter la luminance et le detail des hautes lumieres ainsi que le detail dans les zones sombres permet d’ameliorer l’experience visuelle du spectateur ^{[ 1 ]} .

Technologies [ modifier | modifier le code ]

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

Fonction de transfert [ modifier | modifier le code ]

Les images et videos SDR utilisent une courbe gamma comme fonction de transfert (standardisee par la recommandation BT.1886 ; limitee a 100  nits ). Elle correspond au comportement des ecrans cathodiques face a un signal video ^{[ 2 ]} .

Perceptual Quantizer ( PQ ) est une fonction de transfert developpee par Dolby specifiquement pour le HDR et publiee en norme en tant que SMPTE ST 2084. PQ est capable de representer la luminance jusqu’a 10 000  nits .

Hybrid Log-Gamma   (en) ( HLG ) est une fonction de transfert developpee par la BBC et NHK pour le HDR et presente la particularite d'offrir un certain niveau de retrocompatibite avec la courbe de transfert des ecrans SDR.

Metadonnees [ modifier | modifier le code ]

Certains formats HDR utilisent des metadonnees aidant a adapter le contenu HDR aux capacites d'affichage de chaque ecran.

Les metadonnees statiques donnent des informations concernant l'ensemble de la video.

Les metadonnees dynamiques donnent des informations concernant une seule scene ou une seule image au sein de la video.

Gamut de couleur [ modifier | modifier le code ]

Rec. 709 est le gamut des images et videos haute definition .

DCI-P3 est un gamut etendu.

Rec. 2020 est un gamut encore plus etendu et utilise au sein des videos HDR.

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

Profondeur de couleur [ modifier | modifier le code ]

Les videos et images SDR a destination du grand public sont generalement diffusees avec une profondeur de couleur de 8 bits.

Etant donne la grande plage dynamique du HDR, une profondeur de couleur de 10 bits voire 12 bits est utilisee afin de ne pas introduire de la posterisation .

Espace de couleur [ modifier | modifier le code ]

IC _T C _P , ICtCp , or ITP est un espace de couleur developpe par Dolby specifiquement pour le HDR. Il est equivalent au IPT.

Normes et specifications [ modifier | modifier le code ]

En juillet 2016 , l’ ITU a publie la recommandation BT.2100 definissant les normes de la television a haute gamme dynamique. La Rec. 2100   (en) recommande l'arret de l’utilisation des fonctions de transfert conventionnelles a courbe gamma et le remplacement de celles-ci par la fonction de transfert du Perceptual Quantizer (PQ) ou du Hybrid Log-Gamma   (en) (HLG). La Rec. 2100 se construit au-dessus des recommandations Rec. 709 (HD-TV) et Rec. 2020 (UHD-TV). La Rec. 2100 autorise le HDR sur la haute definition et sur l' ultra-haute definition , requiert une profondeur de couleur d'au moins 10 bits et etablit un ecran de reference avec un pic de luminance superieur a 1000 cd/m² et un niveau de noir inferieur a 0,005 cd/m² ^{[ 1 ]} .

Normes et formats compatibles [ modifier | modifier le code ]

Resume ^{[ 8 ]}

Nom	Concepteur(s)	Droits d'utilisation	Annee	Profondeur de couleur (bits)	Metadonnees	S'adapte a la luminosite de la piece	Compatibilite HDMI	Notes
Video
Dolby Vision	Dolby	Proprietaire	2015	10 ou 12 [ 9 ]	Dynamiques	Non	A 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 metadonnees	Non	A partir de l'HDMI 2.0b [ 10 ]	Destine a la diffusion en television
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 [ modifier | modifier le code ]

La norme Dolby Vision regroupe la fonction de transfert SMPTE ST 2084 (PQ), 12 bits de profondeur de couleur, l’espace colorimetrique Rec. 2020 et les metadonnees dynamiques. L'ecran de reference utilise pour Dolby Vision doit avoir une luminance maximale d’au moins 4000 cd/m². Pour le futur, des ecrans de reference avec une luminance maximale de 10 000 cd/m² sont prevus ^{[ 4 ]} .

HDR10 [ modifier | modifier le code ]

Le 10 est en reference aux 10 bits de profondeur de couleur.

Le format HDR10 Media Profile regroupe la fonction de transfert SMPTE ST 2084 (PQ), un sous-echantillonnage 4:2:0, une profondeur de couleur de 10 bits, l’espace colorimetrique Rec. 2020 et les metadonnees SMPTE ST 2086, MaxFALL, MaxCLL ^{[ 15 ]} . En HDR10, on ajuste l’image d’un clip ou d’un film en entier ^{[ 16 ]} .

HDR10+ [ modifier | modifier le code ]

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

Dans HDR10+, les choses deviennent bien plus dynamiques. Les metadonnees arrivent image par image ou scene par scene. Par exemple, si vous regardez un film qui passe d’une scene de lever de soleil a une scene de nuit, cette transition peut beneficier d’un reglage different de l’espace couleur. Si ces metadonnees sont programmees dans la scene, un ecran geant LCD-LED HDR peut parfaitement adapter les contenus scenes par scenes.

HLG [ modifier | modifier le code ]

Hybrid Log-Gamma   (en)

Cette technologie developpee par des diffuseurs britanniques ( BBC ) et japonais ( NHK ) permet de diffuser un signal HDR qui reste utilisable pour les televiseurs qui ne gerent pas cette technologie. Il est donc particulierement adapte a la diffusion par des chaines de television ^{[ 8 ]} .

AVIF [ modifier | modifier le code ]

AV1 Image File Format.

AVIF est un format d'image compatible HDR et base sur le codec video AV1 ^{[ 3 ]} .

Certifications [ modifier | modifier le code ]

Un ecran qualifie HDR peut etre capable de lire une video HDR et sans etre capable de l'afficher differemment qu'une video standard. En effet, la compatibilite HDR d'un appareil garantit uniquement la capacite de lire ou d'enregistrer une video dans au moins un des formats HDR et ne garantit pas que l'appareil est capable d'exploiter le potentiel d'une video HDR.

Des certifications facultatives existent afin de pouvoir garantir les capacites d'affichages des ecrans HDR.

Ultra HD Premium [ modifier | modifier le code ]

Le logo Ultra HD Premium certifie une compatibilite HDR ainsi que soit un pic de luminance superieur a 1000 cd/m² et un niveau de noir inferieur a 0,05 cd/m² soit un pic de luminance superieur a 540 cd/m² et un niveau de noir inferieur a 0,0005 cd/m² ^{[ 17 ]} .

Mobile HDR Premium [ modifier | modifier le code ]

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

DisplayHDR [ modifier | modifier le code ]

DisplayHDR est une certification HDR developpee par VESA .

HDR et Ultra-HD [ modifier | modifier le code ]

L'Ultra HD Forum a lie le deploiement de l’ Ultra-HD avec celui du HDR ^{[ 18 ]} . Toutefois, le HDR peut etre deploye dans des videos avec une definition d'image inferieure ^{[ 1 ]} .

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Voir aussi [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• Plage dynamique
• Television a gamme dynamique standard
• Television a ultra-haute definition
• Rec. 709

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

• Recommandation UIT-R BT.2100
• Recommandation UIT-R BT.2020

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