Color explosion on the screen – HDMI 2.0a transmits HDR video

Color explosion on the screen – HDMI 2.0a transmits HDR video
Broadcast et médias | Instrumentation de mesure
Explosion de couleurs à
l’écran: quand le HDMI 2.0a
transmet de la vidéo HDR
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Ces dernières années ont vu différentes techniques se développer
pour produire des sensations encore plus intenses en matière de home
cinéma. Ainsi, l’imagerie à grande gamme dynamique, ou imagerie HDR
(High Dynamic Range), est l’innovation la plus récente, et en qualité
d’image, sans doute la plus spectaculaire. Grâce à un module HDR
destiné à la gamme de testeurs vidéo R&S®VTC / VTE / VTS, une solution
de test et mesure (T&M) est désormais disponible dans ce domaine.
Pour améliorer la qualité vidéo, il faut
tenir compte de trois aspects principaux : la résolution, le débit d’images et
la qualité des pixels. Depuis la commercialisation, il y a quelques années, des
premiers téléviseurs UHD, le nombre de
pixels a quadruplé par rapport au format Full HD, et ce particulièrement pour
rendre justice à des écrans de plus en
plus grands. En outre, des normes d’ultra haute définition (UHD) plus récentes
spécifient un débit d’images supérieur,
ou HFR (Higher Frame Rate). L’image
reste alors nette même lors des mouvements les plus rapides. En termes de
luminance, la qualité individuelle des
pixels est améliorée par extension de
l’espace chromatique et de la gamme
dynamique. Ces extensions visent à rapprocher le plus possible, par approximation, l’image et la perception qu’en
a l’œil. Pour y parvenir, la gamme dynamique doit être rehaussée pour obtenir
la saturation chromatique nécessaire ;
une technique qui influe considérable-
ment sur la qualité des couleurs, même
dans les zones les plus lumineuses et
les plus sombres de l’image. C’est à ce
stade que la technologique de grande
gamme dynamique (HDR, High Dynamic Range) entre en jeu.
Grande gamme dynamique
(HDR)
La gamme dynamique d’une image se
définit comme la différence de luminosité entre sa zone la plus sombre et sa
zone la plus claire. La quantité physique
nécessaire au captage de la luminosité
se nomme « luminance ». Elle se mesure
en cd/m² (candela par mètre carré) ou
en nits. La figure 1 présente le spectre
de densité lumineuse mesurable sur la
Terre, que l’œil humain maîtrise partiellement. Jusqu’à aujourd’hui, les technologies télévisuelles et leur gamme dynamique standard (SDR, Standard Dynamic Range) affichaient une plage de
luminosité très restreinte. Conséquence :
Comparaison de la plage de luminance
© Lucas Gojda / Shutterstock.com
10 –6
10 –2
100
104
106
Œil humain
Unité: cd/m2 ou nits
SDR = Standard Dynamic Range
(gamme dynamique standard)
HDR = High Dynamic Range
(grande gamme dynamique)
Téléviseur SDR
Téléviseur HDR
Figure 1 : Comparaison de la prise en charge de la plage de luminance de l’œil humain par des téléviseurs HDR et SDR.
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Figure 2 : le module HDMI RX/TX à 600 MHz R&S®VT-B2363 propose des fonctions de générateur et d’analyseur destinées à la spécification HDMI 2.0a,
notamment une prise en charge HDCP 2.2.
une partie des informations picturales
était perdue dans les zones particulièrement sombres et claires. Ce constat
appartient désormais au passé grâce à
la technologie vidéo HDR.
Contrairement aux appareils SDR – qui
affichent une valeur de l’ordre de 100
nits – les écrans de télévision HDR du
futur atteindront une densité lumineuse
maximale de plusieurs milliers de nits et
pourront afficher cette valeur en même
temps qu’un noir enrichi. Mais quid de
l’aspect côté contenus ? La ­technologie
HDR apporte une valeur ajoutée aux
écrans grand public uniquement si un
matériel adapté est disponible. Actuellement, l’offre reste très limitée, tout
du moins pour l’utilisateur final. Les
disques Blu-ray™ UHD seront commercialisés sous peu et cette technologie
sera prise en charge par les grands diffuseurs TV du Web. Des flux HDR sont
d’ores et déjà disponibles via Amazon
et Netflix. Sur le long terme, les sites
de diffusion traditionnels n’échapperont pas non plus à la technologie HDR.
Des tests d’émission ont déjà eu lieu ;
par exemple, via Sky au cours de l’été
2015, avec la retransmission par satellite de certains matchs de la ligue nationale de football d’Allemagne en UHD /
HDR au moyen de la solution de tête de
réseau R&S®AVHE100. Le sujet est inscrit à l’agenda des organismes de normalisation ; c’est le cas, par exemple,
de la norme ATSC 3.0. L’industrie cinématographique fait depuis longtemps
route vers la technologie HDR. Voici un
moment déjà que les nouveaux films
et les nouvelles séries sont produits
en tenant compte de futures capacités
de lecture à profondeur chromatique
­élevée.
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Sachant que la technologie HDR ne
dépend pas de la résolution, elle ne se
limite donc pas aux seuls c
­ ontenus UHD,
mais contribue également à ­améliorer
les vidéos HD v. Reste que si la mise
en pratique est concevable, elle n’en
demeure pas moins incertaine. Quoi
qu’il en soit, en studio, ou plutôt en
postproduction, certains métrages autorisent déjà la lecture HDR. C’est le cas,
par exemple, des disques Blu-ray™ UHD
qui codent les canaux chromatiques sur
10 bits. Le processus de matriçage utilise un moniteur de référence pour générer l’interprétation artistique, à savoir, en
termes techniques, le schéma chromatique final du support vidéo. Le ­résultat
est alors transmis aux circuits de distribution, qu’il s’agisse de diffusion classique, de supports Blu-ray™ ou de
contenus vidéo / Internet à la demande.
Pour obtenir la qualité d’image la plus
pure possible sur chaque écran HDR,
les images transmises s’accompagnent
de métadonnées. Celles-ci intègrent les
caractéristiques du moniteur de référence, telle que les paramètres EOTF,
l’espace chromatique ou encore les couleurs primaires. Ces caractéristiques sont
interprétées et mises en œuvre par des
récepteurs compatibles HDR. Le transfert de contenus HDR entre dispositifs
électroniques grand public s’effectue via
des connexions HDMI conformes à la
nouvelle spécification 2.0a.
Extensions HDMI liées à la
technologie HDR
La spécification HDMI 2.0a apporte
essentiellement une prise en charge
HDR en s’appuyant sur la norme
CTA-861.3 relative à l’extension des
métadonnées statiques HDR. La révision de la norme comprend une
fonction de signalisation destinée aux
récepteurs HDMI et un système de
transmission pour les métadonnées
HDR (côté sources).
Pour signaler leur prise en charge de la
technologie HDR, les récepteurs HDMI
s’appuient désormais sur un nouveau
bloc de métadonnées statiques HDR
dans le cadre de la ­spécification E-EDID
(Enhanced Extended Display Identification Data) qui concerne les données améliorées d’identification de
­l’affichage étendu. Les sources non
compatibles HDR ignorent ce bloc. La
source utilise alors une signalisation
positive pour envoyer un contenu HDR,
y compris les métadonnées requises.
Ces métadonnées se transfèrent dans
les périodes d’îles de données (data
island) où se produit la transmission de
données audio et de données complémentaires via HDMI, et ce sous la forme
de paquets InfoFrame décrivant la
gamme dynamique et le matriçage. Un
paquet InfoFrame est envoyé toutes les
deux images.
Les métadonnées sont statiques. Aussi,
un contenu spécifique (diffusion, film)
utilisera uniquement un jeu fixe de métadonnées. Actuellement, les métadonnées dynamiques – à savoir celles qui
changent en fonction du scénario – ne
font pas partie de la spécification HDMI.
Gamme des testeurs vidéo
R&S®VTx : adaptée à la
spécification HDMI 2.0a
La figure 2 présente le nouveau module
RX/TX HDMI à 600 Mhz R&S®VT-B2363
destiné au testeur vidéo compact
R&S®VTS, au testeur vidéo R&S®VTE et
au centre de tests vidéo R&S®VTC. Ce
module permet de procéder à des tests
d’interopérabilité sur des sources et des
récepteurs HDMI de prochaine génération, et ce à différentes étapes du processus de chaîne de valeur.
fonctions d’analyse de la gamme de
produits R&S®VTx pour afficher le signal
A/V reçu de manière plus détaillée.
En comparaison des précédents
modules R&S®VT-B 360 / -2360 / -2361,
il prend en charge la spécification
HDMI 2.0a avec des débits de données
allant jusqu’à 18 Gbit/s, et en incluant
les innovations associées telles que le
brassage. Il est rétrocompatible avec les
versions HDMI antérieures et remplace
donc intégralement ses prédécesseurs.
Parallèlement à la norme HDCP 1.4, il
prend en charge la version HDCP 2.2 et,
outre le décodage et l’encodage, permet d’afficher l’état de la connexion
HDCP à des fins de débogage.
La technologie HDR permet d’obtenir
une expérience télévisuelle encore plus
réaliste. Pour garantir leur interfonctionnement au cœur du foyer, les appareils
Résumé
Les fonctions d’analyseur et de générateur s’activent de manière indépendante
via une clé logicielle. Parallèlement à la
génération et l’analyse en temps réel, le
mode de test de conformité respectif
peut être sélectionné à la fois pour les
sources et les récepteurs. La fiche technique détaille l’extension réelle du test
de conformité pris en charge. Des tests
certifiés par le HDMI Forum sont disponibles sous forme de documents MOI
sur les serveurs du HDMI LLC ou du
HDMI Forum.
domestiques compatibles HDR doivent
prendre en charge la norme HDMI 2.0a.
Grâce à sa gamme de testeurs vidéo
R&S®VTx, Rohde & Schwarz propose
désormais une possibilité de test qui
permet à l’utilisateur de tester les nouvelles caractéristiques HDMI en termes
de développement, d’assurance qualité
et de production.
Harald Gsödl
Figure 3 : Les applications de générateur permettent de configurer les paquets InfoFrame de gamme
dynamique et de matriçage.
Informations supplémentaires
En ce qui concerne la technologie HDR,
la fonction de générateur autorise une
édition libre des paquets InfoFrame (voir
la figure 3) décrivant la gamme dynamique et le matriçage. Elle permet en
outre d’afficher les données E-EDID
du récepteur contrôlé, notamment les
blocs de métadonnées HDR. À l’inverse, l’analyseur fournit des données
E-EDID adaptées et affiche les paquets
InfoFrame de matriçage et de gamme
dynamique. Un test HDR spécifique,
accompagné de la spécification du test
de conformité (CTS, Compliance Test
Specification), est disponible pour le
générateur et l’analyseur.
Le module peut s’utiliser classiquement,
comme auparavant, avec les autres
Webcast: 4K, HDR et HDMI 2.0a
Une webcast tient à votre disposition des informations supplémentaires relatives au
contenu de cet article. La présentation multimédia donne un bref aperçu des
technologies mentionnées, et présente des solutions de test et mesure (T&M) destinées à
la spécification HDMI 2.0a pour l’électronique grand public.
https://www.rohde-schwarz.com/news214/01
Note d’application : UHD avec grande gamme dynamique (HDR)
Le document (en anglais) se focalise sur l’utilisation de la technologie HDR en radiodiffusion et sur sa mise en œuvre au sein d’une chaîne d’émission au moyen de la solution de
tête de réseau R&S®AVHE100 pour l’encodage et le multiplexage.
https://www.rohde-schwarz.com/news214/02
ACTUALITÉS 214/16 51
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