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Comprendre l’ultra Haute Définition – 4

 

Puisque l’ultra haute définition ( UHD ) commence à arriver dans nos foyers, c’est le moment idéal pour s’interroger sur les enjeux et les impacts techniques et économiques de ce format. Je vous propose une suite d’articles qui permettront de comprendre ce qui est spécifié, comment les acteurs industriels se préparent à y répondre, quels sont les types de produits existants et ceux qui pourraient arriver sur le marché.

Après un aperçu de l’UHD et des normes attachées sous l’angle théorique des spécifications, voyons désormais comment les industriels se regroupent et préparent l’essor de ces nouvelles technologies.

European Broadcasting Union ( EBU ou UER ) :

L’EBU ou l’Union Européenne de Radio-télévision ( UER en français ), créée en 1950, est la plus importante association professionnelle de radiodiffuseurs nationaux dans le monde avec 75 membres actifs dans 56 pays d’Europe, d’Afrique du Nord et du Proche-Orient, et 45 membres associés dans 25 pays d’autres régions du monde. Canal plus, France télévision, TF1, Radio France, europe 1, …  sont membre de l’EBU. L’EBU est à l’origine de la création du concours eurovision de la chanson.

Installée à Genève, elle agit pour le compte de ses membres, négocie les droits de diffusion des grands événements sportifs, exploite les réseaux Eurovision et Euroradio. L’Union organise des échanges de programmes, stimule et coordonne des coproductions, fournit tous les services opérationnels, commerciaux, techniques, juridiques et stratégiques utiles à ses membres.

L’EBU collabore étroitement avec les unions sœurs des autres continents que sont l’ABU (Asia Pacific Broadcasting Union), la NABA (North American Broadcasters Association), l’URTNA (Union des radios et télévisions nationales d’Afrique), l’ASBU (Arab States Broadcasting Union) et l’OTI (Organización de la Televisión Iberoamericana).

Voici une liste non exhaustive des principaux partenaires de l’EBU pour la définition des standards UHD en broadcasting :

partenaires EBU

 

Qui fait quoi

L’EBU a recensé l’état de pensée actuel des industriels à propos de l’UHD et de ses implications :

  • l’industrie se concentre essentiellement à la promotion d’écrans UHD d’entrée de gamme ( produits low costs ) qui génèrent des marges de profits maximales. L’industrie reste frileuse sur les technologies à associer aux écrans UHD tant que les compagnies de broadcasting n’auront pas définit de standards globaux.
  • Les compagnies de broadcasting aimeraient bénéficier d’un large facteur d’amélioration visible à l’écran pour justifier les coûts de changement d’infrastructure.
  • Les studios de productions de films souhaitent voir la qualité de diffusion de leur production améliorée mais demandent aussi des systèmes intégrés de prévention contre le piratage.

L’EBU à pris note de l’évolution du marché, cependant, l’UHDTV est un développement à long terme. L’industrie se concentrent sur l’augmentation de la résolution seulement et cela n’est pas suffisant. Selon l’EBU, il est temps d’établir les normes et tracer les technologies qui peuvent être appliquées en 2017/18 ( en matière de production, de distribution et d’environnement ). Un des projets de l’EBU est de rendre l’UHD immersive en combinant raisonnablement plusieurs facteurs :

  • Augmenter la dynamique d’image,
  • Augmenter la fréquence d’affichage,
  • Augmenter la résolution d’affichage,
  • Augmenter le diagramme des couleurs,
  • Augmenter l’immersion audio,
  • Augmenter les possibilités de services,

Voyons en détails les facteurs qui permettront de restituer de la vidéo UHD convaincante.

Augmenter la dynamique d’image :

Une des questions que l’EBU souhaite vois standardiser concerne la dynamique d’image ( Higher Dynamic Range ou HDR ). Cette technique consiste à mixer en temps réel deux versions de chaque  image ayant un réglage de luminosité différente :

  • La première version de l’image est traitée avec une luminosité/sensibilité faible de façon à rendre visible les parties très claires de l’image finale ( ne pas crâmer les blancs ).
  • La deuxième version de l’image est traitée avec une luminosité/sensibilité élevée de façon à rendre visible les parties sombres de l’image finale ( déboucher les noirs ).
  • On mixe les deux versions d’image en temps réel avant de les diffuser.

HDR
Les avantages et contraintes sont les suivantes :

  • Le gain attendu est une image plus détaillée, quel que soit la distance de visionnage.
  • A contrario, un effet trop prononcé peut affecter la perception des couleurs de l’image finale.
  • Requiert une profondeur de couleur de 10 bits à minima ce qui augmente le nombre de données à traiter ( ainsi que le débit ) de 20% environ ( par rapport à un signal 8 bits ).
  • Le gain n’est visible pour le consommateur que si employé sur un diffuseur équipé en technologie Oled.
  • Cette technologie HDR existe dans le monde de la photographie mais n’est pas spécifié pour le domaine télévisuel. Il va falloir une certaine puissance de calcul pour réaliser le traitement d’image en temps réel.
  • Pour que l’effet soit maximal, il faut augmenter les valeurs mini et maxi de luminosité que le diffuseur final est capable de retranscrire :

Luminance

 

Augmenter la fréquence d’image :

Nous parlons ici d’augmenter les fréquences à 120hz maxi au lieu de 60hz ( Higher Frame Rate ou HFR ). Les avantages et contraintes sont les suivantes :

  • Permet à l’œil de reconnaître des détails à l’image qui ne peuvent l’être à de plus basses fréquences.
  • N’a pas de conséquences sur la distance de visionnage.
  • Requiert 20% de données en plus à traiter ( même conséquence sur le débit ).
  • Nécessite une nouvelle version de l’HDMI qui n’est pas capable de passer un signal de résolution UHD au delà de 60hz.

Augmenter la résolution d’image :

Nous parlons ici de passer à la résolution UHD au lieu de la résolution Full HD. Les avantages et contraintes sont les suivantes :

  • Génère plus de détails à l’image.
  • Contraint la distance maximale de visionnage.
  • Requiert 50% de données en plus à traiter ( même conséquence sur le débit ).

Augmenter le diagramme des couleurs :

Nous parlons ici d’adopter la norme Rec.2020 au lieu de la norme habituelle Rec.709. Les avantages et contraintes sont les suivantes :

  • Fournit plus de détails dans l’image.
  • N’a pas de conséquences sur la distance de visionnage.
  • Peut affecter la perception de la résolution d’image.

Augmenter l’immersion audio :

Nous parlons ici d’augmenter le nombre de canaux audio et leur placement dans un nouveau format de diffusion audio 3D. Les images étant de plus en plus grandes, cela nécessite une localisation latérale ET verticale des messages sonores.

Les avantages et contraintes sont les suivantes :

  • Procure une expérience auditive plus réaliste.
  • Autorise l’utilisation de canaux discrets ou hybrides ( permettrait de passer du 7.1 ou 9.1 ).
  • Le prochain format audio doit être utilisable quel que soit la taille du diffuseur ( TV ou Vidéo Projecteur ).
  • Pourrait nécessiter une nouvelle version de l’HDMI.
  • Pourrait nécessiter de nouveaux décodeurs audio.

Pour atteindre ces objectifs, l’EBU se propose de réaliser les actions suivantes :

  • Plaidoyer pour un système véritablement immersif auprès de l’industrie et des partenaires UHD.
  • Elaborer des normes dites “ouvertes”.
  • Harmoniser les normes concurrentes si elles existent.
  • Faire le bon choix pour l’UHDTV à plus long terme.
  • Ne pas “embrouiller” le consommateur.
  • Créer une expérience globale.
  • Définir les applications.
  • Améliorer les services HD.
  • Démontrer et atteindre la compréhension du lien entre les paramètres techniques.

http://www3.ebu.ch/cms/fr/home

 

Digitaleurope :

Digital Europe, est une association qui regroupe des acteurs majeurs de l’industrie numérique : Alcatel-Lucent, et Nokia mais aussi les américains Apple et Microsoft, le chinois ZTE, le sud-coréen Samsung. Europe, Sony et Panasonic Europe, … ainsi que les syndicats du numériques des principaux pays de la zone euro ( syntec-numérique pour la France ).

Cette organisation fait principalement du lobbying auprès du parlement européen ( leur siège social est situé à 15mn à pied de ce parlement ). Leur activité est donc limitée à cette zone. Leurs actions visibles du grand public, ont été par exemple de définir les logos Full HD et HD Ready pour les produits vendus en Europe et de clarifier ainsi les différences entre appareils sur le marché Européen.

Le 30 septembre 2013, Digital Europe a défini les caractéristiques qu’un produit estampillé Ultra HD se doit de posséder pour être vendu en Europe :

  • Resolution: 3840 x 2160 Pixels
  • Aspect d’image : 16:9
  • Colorimetrie: ITU-R BT.709
  • Profondeur de couleur : 8 Bit
  • Fréquences : 24p/25p/30p/50p/60p
  • Audio: PCM 2.0 Stereo

Ceux qui ont lu les trois premiers articles se rendent compte du décalage entre ce que promettent les différentes normes et ce qui est retenu dans un premier temps par les industriels :

  • L’espace colorimétrique Rec.2020 a été définit très récemment et aucun appareil à ce jour n’intègre cet espace . Si les fabricants veulent pouvoir vendre des produits estampillés Ultra HD en Europe, il faut donc accepter que la transition vers le Rec.2020 prenne un peu de temps et autoriser le Rec.709 largement utilisé par les téléviseurs et vidéo projecteurs actuels.
  • Les fréquences de 100 et 120hz sont principalement destinées à la 3D ( 2x50hz et 2x60hz ) . 100hz et 120hz en Ultra HD demanderaient une bande passante supérieure à ce que le HDMI 2.0 autorise. Il y aura surement une spécification hdmi 2.x pour venir définir de nouvelles exigences mais pour le moment il serait inutile de considérer ces fréquences alors qu’il n’y a aucune source 3D frame packet en Ultra HD disponible sur le marché.
  • Enfin, la profondeur de couleur 8 bits permettra à une grande majorité de fabricants d’écrans ultra HD de vendre leurs produits.

Voici une roadmap concernant l’avenir de l’UHD et les dépendances entre les technologies supportant l’UHD ( selon Digitaleurope ) :

Roadmap Digitaleurope

Comment les industriels voient l’avenir de ces technologies dans le secteur grand public ? :

  • La roadmap est découpée temporellement en deux parties : 2013 à mi 2016, période réservée à la transition vers l’UHD et l’UHD-1 / mi 2016 à mi 2019, période de transition vers l’UHD-2. On note dans l’aspect paramétrage qu’aucun des futurs standards que sera capable de déployer les industriels n’est connu ( espace colorimétrique, fréquences, profondeur de couleur, format audios ).
  • Fin 2013 : généralisation des composants pour encodage/décodage HEVC d’un signal UHD à 30Hz maxi.
  • Mi 2014 : généralisation des composants pour encodage/décodage HEVC d’un signal UHD à 60Hz maxi, début de généralisation de l’HDMI 2.0 sur les écrans TV.
  • Mi 2015 : évolution du codec HEVC, évolution de la norme HDMI, environnements de production vidéo UHD en live opérationnels pour le satellite et la TNT.
  • Fin 2015 : remplaçant du Blu Ray Disc compatible UHD et 4K ( fréquence d’affichage inconnue ), apparition des écrans TV 8k équipé d’une nouvelle norme HDMI.
  • Mi 2016 : déploiement généralisé d’un nouveau type de connectique en supplément de l’HDMI, généralisation des décodeurs compatibles UHD-1 avec la future norme de réception satellite.
  • Fin 2016 : généralisation des composants pour encodage/décodage HEVC d’un signal UHD à 120Hz maxi.
  • Début 2018 : apparition des écrans TV 4K IDTV.
  • Mi 2018 : évolution de la norme HDMI en vue de l’UHD-2.
  • Mi 2019 : déploiement généralisé d’un nouveau type de connectique en supplément de l’HDMI pour supporter les débits de l’UHD-2.

http://www.digitaleurope.org/

4ever :

Un consortium Français 4EVER regroupant industriels ( France télévision, Orange, Technicolor, Ateme, … ) et académies ( Insa Rennes, Télécom Paris ) et financé par l’état ( Oséo ) a été créé en juin 2013 pour une durée de trois ans avec comme objectifs de démocratiser l’accès au contenu UHD et de généraliser l’exploitation du codec HEVC/H.265, que ce soit en mobilité, au cinéma, à la télévision ou sur internet.

Les principaux résultats de 4EVER seront le prototypage de codecs HEVC et la contribution à la définition du format UHD. Cela nécessitera des évaluations subjectives tant pour valider le gain apporté par HEVC que pour qualifier le gain apporté par l’UHD vs. la HDTV. Les 9 partenaires du consortium valideront régulièrement les avancées des travaux sur le terrain en mettant en œuvre des chaines de bout-en-bout permettant des captations/diffusions de contenus HD ou UHD, à partir des prototypes de codecs HEVC développés.

Première réalisation : codage/encodage temps réel en Full HD/50hz via HEVC/H.265 de matchs de Roland Garros 2013 et diffusion sur 3 type de réseaux différents ( IPTV, Satellite, internet ).

Les récents tests réalisés par 4EVER ont démontré que le gain qualitatif jugé subjectivement entre une vidéo Full HD et la même vidéo en SD est important. Le gap entre une vidéo UHD et la même en FUll HD est jugé moins important ( moitié moins qu’entre FUll HD et SD ) mais l’apport du HEVC accroît subjectivement la gain qualitatif par rapport à la même vidéo encodée en AVC :

 

test1

 

De même des tests menés par 4EVER ont démontré qu’une vidéo UHD encodée en HEVC avec un débit compris entre 12 et 16Mbits/s est jugées bonne voir excellente :

test2

 

http://www.4ever-project.com

NexTV-F :

Le Japon a décidé de faire de l’UHD-2 le futur standard de sa télévision numérique et a mis en place un programme permettant d’y arriver d’ici 2020. 21 entreprises japonaises de différents univers (broadcast, électronique grand public, télécom, etc.) se sont réunies afin de créer un groupe de travail ( NexTV-F ) portant sur le développement des TV Ultra HD 8K au Japon et dans le reste du monde.

La NHK, qui s’est déjà essayée à la 8K avec son système Super Hi-Vision fait évidemment partie du lot, tout comme SkyPerfect JSAT qui a déjà annoncé des diffusions en 4K au printemps 2014, ainsi que Sony, Panasonic, Toshiba, Fujitsu, NEC et KDDI. L’ambition étant de permettre aux industriels japonais de prendre les devants et d’être les premiers à diffuser cette technologie et de ne surtout pas se faire voler la vedette par les deux cousins sud-coréens, LG et Samsung.

C’est d’ailleurs devenu une cause d’intérêt national, puisque ce consortium est soutenu par le Ministère des Affaires intérieures et des Communications japonais qui a débloqué pour cela un budget de 3,1 milliards de yens (soit 24,3 millions d’euros). Le Ministère des Affaires Internes et de la Communication aimerait donc démarrer la diffusion UHDTV4K en juillet 2014, puis ensuite effectuer des tests de diffusion en 8K en 2016. L’objectif étant d’être prêt à diffuser avec cette très haute résolution UHDTV8K pour les Jeux Olympiques de 2020 se déroulant à Tokyo.

Voici une roadmap concernant l’avenir de l’UHD TV 8K ( selon NHK ) :

roadmap NHK

Comment NHK pense atteindre son but ? :

  • Fin 2014 : standardisation du format audio 22.2 canaux.
  • Mi 2016 : standardisation de l’encodage 3D audio, premiers essais de distribution de contenus via un nouveau type de réseau.
  • Mi 2018 : standardisation du nouveau type de transmission par câble: FDM/TDM, standardisation de la transmission par satellite utilisant la bande de 21Ghz.
  • Mi 2019 : standardisation du nouveau type de transmission par TNT : ISDB-T, standardisation internationale de la transmission par satellite utilisant la bande de 21Ghz.

http://www.nextv-f.jp/

Japan Display Inc. :

Crée en avril 2012, Japan Display Inc. ( JDI ) est une joint venture réunissant Hitachi, Sony et Toshiba et bénéficiant d’une importante somme d’argent de l’Innovation Network Corporation of Japan.

Ils ont dévoilé un écran 4K de 12,1 pouces d’une densité de 365ppi de moins de 2 mm d’épaisseur, qui consomme 3,6W pour une luminosité de 500Candel/m2. Cela ouvrira la voie de l’UHD aux tablettes et aux ordinateurs portables. Il est intéressant de noter que JDI a des liens étroits avec Apple comme fournisseurs d’écran pour l’iPhone d’Apple 5 ce qui signifie qu’ils seront bien placés pour remplacer l’écran Retina sur les prochains iPad ou MacBook Pro.

http://www.j-display.com/english/

 

Digital Video Broadcasting :

Crée en 1993, DVB est un consortium européen composé de 194 membres qui édicte des suites complètes de technologies de diffusion de télévision numérique par satellite, par câble et par antenne radio sous forme de « pré-standardisation ». Ces normes sont utilisées dans de nombreux pays dans le monde. DVB est à l’origine des normes de transmission DVB-S et DVB-S2 ( via satellite ), DVB-T et DVB-T2 ( via TNT ), DVB-C et DVB-C2 ( via câble ) ainsi que de normes de multiplexage, d’encodage, de sous titrage, d’interfaçage, ou encore de diffusion par internet ( DVB-IPTV ). Ses principaux concurrents sont les normes ATSC (utilisées aux États-Unis et au Canada) et les norme ISDB (utilisées au Japon et au Brésil).

Pour l’introduction de la transmission de l’UHD via satellite, TNT ou câble, DVB prévoit une introduction progressive, liée à la disponibilité des décodeurs HEVC et à la bande passante qui devrait augmenter au cours des années à venir :

  • Phase 1 : les décodeurs disponibles en 2014/15 auront comme principale limitation la fréquence d’images ( 60p ) ainsi qu’une profondeur de couleur de 10 bit maxi. Le profil type de signal UHD que les compagnies de broadcasting seront capable de diffuser en 2014/2015 serait alors du 2160p50/60 ou alors du 1080p100/120, 10bits, Rec.709 avec traitement de type “dynamic range”. Les pistes audio 5.1 seront recommandées lors de cette phase.
  • Phase 2 : les décodeurs disponibles en 2017/18 pourront accepter des fréquences allant jusqu’à 120p ainsi qu’une profondeur de couleur sur 12 bits. Le profil type de signal UHD que les compagnies de broadcasting seront capable de diffuser en 2017/2018 serait alors du 2160p100/120, 12bits, Rec.2020 avec traitement de type “dynamic range”. Les pistes audio 5.1 seront généralisées et déployées grâce à un nouveau format de diffusion audio ( restant à définir par l’ITU ), permettant d’y adjoindre des pistes sonores discrètes ou hybrides et ainsi passer à du 7.1 voir du 9.1.
  • Phase 3 : l’arrivée de l’UHD-2 en 2020 avec 33 Millions de pixels par images. Le profil type de signal UHD que les compagnies de broadcasting seront capable de diffuser à partir de 2020 serait alors du 4320p100/120, 12bits, Rec.2020 avec traitement de type “dynamic range”.

http://www.dvb.org/

 

A suivre : les types de produits UHD existants et à venir.

3 Réponses

  1. Avatar
    spavon

    Encore un très bonne article,néanmoins a regarder ces roadmap,sa ne me donne pas envie de passer a un diffuseur UHD avant 2016.
    Je pense que les gens vont être assez méfiant vers l’UHD , par rapport a la sensation d’arnaque qu’ils ont pu connaitre avec les écrans HD READY et Full HD.

  2. Avatar
    Patrice

    @Julien : merci à toi, heureux que vous puissiez y trouver des informations intéressantes.

    @spavon : pour ma part j’attendrais 2015 avant d’acheter un écran 4K de façon à être certain que mon achat soit pérenne sur de nombreuses années puisqu’en 2015, la plupart des standards intermédiaires retenus par les industriels seront connus.

    @+

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