Qu’est-ce que le HDR ? En quoi est-il important ?

HDR par ci, HDR par là, vous devez entendre ce terme en permanence. Il est fatalement associé à l’Ultra HD et à la 4K, surtout dans les applications grand public (téléviseurs, services de streaming, gaming). Si bien que pour certain, le High Dynamic Range serait plus important que l’ultra haute définition. Aujourd’hui, le HDR est également présent sur les afficheurs professionnels. Remettons les choses à leur place et définissons ce qu’est le HDR, ce qu’il apporte et en quoi il est important (ou pas).

HDR : High Dynamic Range

Le High Dynamic Range est apparu avec l’Ultra HD. C’est l’une des caractéristiques optionnelles d’un flux vidéo UHD/4K. Le HDR n’existe pas sur les formats vidéo de définition inférieure.

Le HDR a été inventé par Dolby tout d’abord à destination des salles de cinema labellisées Dolby Cinema. Il a ensuite été décliné pour d’autres usages, et en particulier pour le gaming, le Blu-ray 4K, les services de vidéo en streaming sur abonnement (Netflix, Amazon Prime, Disney+…) ou encore la TNT UHD. Il est aujourd’hui utilisé également pour l’affichage dynamique et l’événementiel.

Une échelle de luminosité avec encore plus de niveaux

La qualité de restitution d’un signal vidéo se définit par son nombre de pixels, sa colorimétrie, sa saturation, son contraste, sa luminosité… Quand l’UHD augmente le nombre de pixels (la définition), le HDR augmente les capacités en luminosité :

• Le Range, dans High Dynamic Range, correspond à l’échelle de luminosité entre les éléments les plus sombres et les plus éclairés de l’image.
• Le High Dynamic repose sur une échelle élargie en comparaison avec un signal standard (ou SDR pour Standard Dynamic Range).

En termes simples, cela signifie qu’il y a une augmentation du nombre de niveaux de luminosité que l’écran est capable de reproduire, du noir complet aux images les plus exposées. Avec l’application du HDR, il en résulte une image censée être plus fidèle à la réalité.

100 nits vs 10.000 nits

La plage dynamique standard (Standard Dynamic Range ou SDR) d’un signal haute définition classique offre un niveau de luminosité vidéo maximal de 100 nits. Cest la différence de luminosité entre les détails des images les plus sombres et les plus lumineuses.

Le HDR est conçu pour atteindre 10.000 nits. Attention, cela ne signifie pas que toute l’image en HDR sera 100 fois plus lumineuse. Ce qui serait très inconfortable à l’œil ! Mais le HDR gère précisément tous les éléments constitutifs de l’image en offrant ce pic de luminosité supplémentaire aux éléments qui en ont besoin : lumière, soleil, reflets, etc.

Aucun écran n’est capable d’afficher 10.000 nits aujourd’hui. Les meilleurs moniteurs professionnels de calibration pour le cinema montent à plusieurs milliers de nits. Les meilleurs écrans plats pour l’affichage fluctuent entre 1.000 et 3.000 nits environ. On approche déjà dans la réalité de quoi être presque aveuglé par son téléviseur.

Qu’est-ce que le tone mapping ?

Les programmes vidéo HDR intègrent les données de luminosité. Une vidéo pourra délivrer des pics de 2.000 nits, une autre 5.000 nits. Ces informations sont codées dans le flux vidéo. Comment cela s’adapte à un afficheur compatible HDR mais avec seulement 1.000 nits de capacité par exemple ?

C’est là qu’intervient le tone mapping. Selon le format HDR, car il en existe plusieurs comme nous le verrons plus loin, l’adaptation entre le nombre de nits demandé et le nombre de nits disponible sera effectué par la fonction de tone mapping, plus ou bien moins selon la puissance de l’afficheur.

Car c’est principalement à l’afficheur de s’adapter au signal reçu, chacun écran effectuant le travail de tone mapping à sa sauce. Certains appareils de lecture commencent à sortir avec une fonction tone mapping pour adapter précisément le flux vidéo en sortie avant de le transmettre au diffuseur.

Le HDR fait donc de son mieux pour contribuer à délivrer une image réaliste, en se reposant sur les capacités des afficheurs, avec l’aide du tone mapping.

Qu’apporte le HDR concrètement ?

Le HDR n’a pas seulement un effet sur la luminosité. Par incidence, cette échelle de luminosité améliorée restitue des tons clairs beaucoup plus brillants, et un volume de couleur accru (saturation et luminosité). Au final, le HDR renforce l’impression de fidélité grâce à des profondeurs de bits plus élevées : 10 bits ou 12 bits.

Quelques avantages du HDR en termes de fidélité :

• Les éléments lumineux principaux comme le feu ou les phares d’une voiture sont encore plus lumineux.
• Les chromes et autres éléments réfléchis par le soleil sont encore plus brillants.
• Les petits éléments à l’image comme les étoiles ne sont plus noyés dans les zones sombres où plus de détails deviennent visibles.

Les effets du HDR rapproche l’image affichée de la réalité. Elle correspond davantage à ce que nous voyons chaque jour dans le monde qui nous entoure.

Les différents formats HDR

Bien sûr, il ne pouvait exister qu’un seul format HDR. Comme souvent dans l’audiovisuel, plusieurs solutions se concurrencent. Notez qu’elles sont incompatibles entre elles. Mais avant de lister ces formats, il faut savoir qu’il existe deux familles de traitements HDR :

• statique – le flux indique une fois pour toute l’échelle de luminosité pour toute la durée de la vidéo avec un maximum en nits
• dynamique – le flux vidéo transmet les informations de luminosité à chaque image pour que le diffuseur s’adapte en temps réel

Logiquement, les formats HDR dynamiques devraient être privilégiés. Cependant, cela met souvent à mal les diffuseurs qui doivent embarquer une plus grande puissance de traitement. De plus, ils doivent toujours appliquer ce fameux tone mapping pour rester dans leurs limites. Ce qui peut donner des difficultés de traitements qui s’additionnent et se téléscopent, donnant au final des images ternes, mois lumineuses que la même source lue en SDR ! Le HDR10 statique correspond à une bonne moyenne qui passe partout.

• Dolby Vision – le format dynamique initié par Dolby fonctionnant sous licence
• HDR10 – c’est un format non dynamique open source simplifié et décliné du Dolby Vision ; il est le plus répandu
• HDR10+ – le HDR10+ sous licence est une évolution du HDR10 en version dynamique ; il est porté principalement par Samsung
• HLG – le Hybrid Log Gamma semi dynamique se destine aux diffusions broadcast
• Technicolor Advanced HDR – pour les diffusion broadcast avec une rétro-compatibilité transparente pour les écrans SDR

Le HDR se décide avant tout lors de la création

La présence du HDR se décide lors de la création des contenus vidéo. Ce n’est pas quelque chose qui s’ajoute ensuite tel un réglage d’amélioration. Le créateur des contenus dans un studio vidéo va appliquer le HDR choisi (HDR10, HDR10+, Dolby Vision) sur l’ensemble d’un programme. Avec les métadonnées dynamiques, il pourra travailler scène par scène, voire image par image, pour maximiser le résultat lors de la diffusion future.

La vidéo terminée, elle est alors encodée dans un format bien précis avec ses informations liées au HDR. Ce pourra être un fichier lu tel quel au sein d’un lecteur ou d’un serveur de médias. Mais il pourrait être aussi destiné aux salles de cinéma, à la gravure sur un Blu-ray UHD ou à la diffusion via Internet, sur une plateforme de streaming.

Le HDR est-il obligatoire ?

On serait tenter de penser que la technologie HDR est obligatoire. Que tout projet d’affichage moderne sans HDR serait dépassé. Et pourtant, il n’en est rien. Qui est capable de certifier qu’une vidéo qu’il n’a jamais vue est en SDR ou en HDR ? Et même en HDR10 statique ou en Dolby Vision dynamique ? C’est impossible ! Pour cela, il faudrait déjà connaître par cœur la même version de la vidéo en SDR pour être certain que l’on regarde l’équivalent « amélioré » en HDR.

En outre, les technologies d’affichage s’améliorent sans cesse, que ce soit pour les moniteurs, les panneaux LED ou la vidéoprojection. Des composants modernes capables d’offrir plus de contraste et de luminosité peuvent donner d’excellents résultats que l’on pourrait faire passer pour du HDR si l’on décidait de mentir. Sans comparaison cote à cote avec et sans, on ne serait pas capable de le déceler de toute façon.

Les technologies Mini LED pour les moniteurs LCD, le QD-OLED supérieur au WOLED, la projection tri laser sont autant de possibilités d’améliorer grandement l’image. Les spectateurs face à de tels écrans, que ce soit dans un musée, pour de l’affichage dynamique ou dans une salle de concert ont-ils besoin de savoir que la diffusion se fait en HDR ou pas ? Tant que l’image est resplendissante, puissante et brillante, même sans HDR, leur attention sera captée.

Alors il faut voir le HDR comme un atout supplémentaire, bienvenu dans certaines applications, mais pas nécessaire partout. Lorsque la qualité de l’image doit être maximale afin que tous les détails soient visibles, que l’image soie plus vraie que nature et que l’on puisse se plonger dedans, alors il ne faut pas hésiter à créer une chaîne de flux vidéo compatible HDR. Ce sera le cas par exemple dans des boutiques de luxe, dans le hall d’accueil d’une grande entreprise ou sur l’écran de fond d’un plateau de broadcast.

Quelques produits professionnels compatibles HDR

AVerMedia GC573

Spécialiste, entre autres, des cartes d’acquisition HDMI, AVerMedia a une série complète de cartes PCI à installer dans un PC. Elles savent lire et enregistrer des flux HDMI tout en conservant les données HDR.

Christie MicroTiles

Les panneaux LED Christie MicroTiles pour constituer des murs d’image de toutes tailles sont compatibles HDR10 grâce à un traitement 12 bits

Cordons HDMI Gefen 

Les cordons Gefen Ultra Hi-Speed permettent de transmettre les flux HDMI 8K avec le débit le plus élevé, sans aucune perte évidemment. Ils sont compatibles Dolby Vision et HDR10+.

Lightware TPX

Les extenders vidéo sur IP cuivre Lightware TPX utilisent le standard SDVoE. Ils passent avec une latence imperceptible le HDMI 4K avec HDR10 ou Dolby Vision.

Optoma 350ST

Dans sa gamme de vidéoprojecteurs compacts, Optoma propose les modèles très lumineux 350ST. Ils savent afficher des images avec HDR.

Philips Unite AIO

Les nouveaux écrans géants Philips Unite AIO, de 110 à 165″, sont composés de panneaux dvLED. La série 4000 est compatible HDR10+.

tvONE Calico Pro

Le nouveau processeur vidéo Calico Pro de tvONE gère de multiples zones d’affichage, en 4K comme en 8K. Il permet de manipuler toutes sortes de signaux, y compris avec du HDR.

En conclusion

Le HDR est devenu indissociable de l’UHD/4K. Les images sont à la fois plus définies et plus lumineuses, dans le moindre détail. Dans les deux cas, le but est de se rapprocher au mieux de la réalité.

Le HDR se retrouve aussi bien dans le résidentiel, sur les Blu-ray UHD et Netflix par exemple, que dans les applications professionnelle. Dans le domaine de l’affichage dynamique, il contribue à créer des contenus qui attirent l’œil grâce à leur haute définition et leur brillance.

Enfin, les fabricants d’extendeurs, de switchs et de processeurs vidéo intègrent de plus en plus le support du HDR afin de le transmettre de bout en bout.

Sources :

• Wikipedia
• Sound&Vision
• Dolby Vision

5 juin 2024