FAQ HDR et contraste – le HDR permet il d’augmenter le contraste natif et le niveau de noir d’un diffuseur ?

Avec l’arrivée des premières platines UHD 4K HDR que sont la Samsung UBD-K8500 et la Panasonic DMP-UB900, de plus en plus de sites internet nous proposent des bancs d’essai dans lesquels sont mis en œuvre le HDR (High Dynamic Range) à la fois sur des diffuseurs compatibles HDR et des diffuseurs non compatibles (donc uniquement SDR) . Je ne peux que saluer ce partage de l’information puisque il n’est pas simple au moment où j’écris ce billet de pouvoir tester soi-même ces nouvelles technologies qui coutent encore relativement chères.

Toutefois, il commence à se propager dans la micro-sphère internet du home cinéma l’information que pour un même téléviseur HDR, le fait de le basculer dans son mode HDR permettrait d’obtenir des noirs plus profonds que lorsqu’il est en mode SDR ou encore qu’un téléviseur non HDR (donc SDR) aurait son contraste natif accentué (« boosté ») lors de la diffusion d’un film 4K UHD HDR convertit par la source en signaux 4K UHD SDR.

Ceci mérite d’être éclairci -si je puis dire 🙂 – car si cela était avéré, ce serait une vraie révolution.

Analyse

Le codage de la colorimétrie en vidéo s’effectue sur 3 composantes: le Rouge, le Vert et le Bleu (RVB). Le noir étant par essence l’absence totale de couleur (saturation nulle) et de luminance, il se code donc avec le Rouge=0, le Vert=0, le Bleu=0 ou pour simplifier la notation via le triplet RVB (0,0,0).

On peut constater simplement que quelle que soit la précision de l’encodage du signal vidéo (8 bits, 10 bits, 12 bits ou plus) pour encoder le noir, ce dernier sera toujours caractérisé par son triplet RVB (0,0,0).

A ceci vient s’ajouter la conversion RVB vers YCbCr (conversion que je n’expliquerai pas ici) impliquant que seulement une partie des valeurs disponibles dans la plage RVB sont utilisées pour l’encodage de toutes les couleurs d’un film, on parle alors d’un encodage sur une plage réduite. C’est le cas pour le blu-ray, que ce dernier soit 1080p SDR ou 4K UHD HDR, si bien que :

Pour une conversion RGB vers YCbCr 8 bits (blu-ray 1080p), la plage réduite utilisera les niveaux vidéo compris entre 16 et 235. 16 étant le niveau du noir et 235 celui du blanc. Le codage du noir qui était (0,0,0) devient (16,16,16).

Pour une conversion RGB vers YCbCr 10 bits (blu-ray 4K UHD HDR), la plage réduite utilisera les niveaux vidéo compris entre 64 et 940. 64 étant le niveau du noir et 940 celui du blanc. Le codage du noir qui était (0,0,0) devient (64,64,64).

Ce qu’il faut bien comprendre est la chose suivante : dans tous les cas le noir reste le même, il n’y aura pas un noir plus noir qu’un autre.

  • (0,0,0) RVB est donc équivalent à (16,16,16) YCbCr-8 bits qui lui-même est équivalent à (64,64,64) YCbCr-10 bits

Comme écrit plus haut, le noir est donc l’absence totale de couleur (saturation nulle) et de luminance. Pour reproduire le noir le plus parfait possible il faudrait donc que le diffuseur ne produise aucune luminance, aucune lumière. Cette reproduction est donc indépendante de la fonction de luminance choisie, ou en d’autres termes elle reste identique en SDR et en HDR. Avec les technologies actuelles il est impossible d’afficher un noir absolu. On parle alors de profondeur du noir. Cette profondeur va donc dépendre uniquement de la technologie utilisée : plus la lumière émise par le noir est petite plus sa profondeur est considérée comme grande. Sur ce point l’OLED est par exemple bien meilleur que le LED qui lui-même est meilleur que le LCD, etc.

Ci-dessous se trouve la comparaison que j’ai effectuée entre la courbe de luminance SDR REC709 théorique (en noire) et la courbe de luminance HDR mesurée du Sony VPL-VW520ES (colorée) (accédez à cet article en cliquant ICI). On voit que le noir garde pour coordonnées (0,0) que la courbe de luminance soit SDR ou HDR.

FAQ HDR contraste

Courbe de luminance HDR (mesurée) versus SDR (REC709)

Il est donc faut de croire que le HDR améliore la profondeur des noirs d’un diffuseur.

Par contre, il est tout à fait juste de penser que le HDR augmente la quantité de détails se trouvant dans les basses luminosités puisque justement le HDR a pour vocation de coller le plus possible à notre système de vision qui est bien plus performant pour distinguer des détails dans des scènes très sombres que des détails dans des scènes très lumineuses. Ainsi le HDR va permettre de capturer et de diffuser plus d’information au voisinage du noir mais aussi sur l’ensemble de la plage dynamique (du noir vers le blanc). Toujours à condition que la caméra qui a capturé l’information l’ait fait en HDR elle aussi. EDIT 07/05/16: en fait depuis pas mal d’années déjà, les caméras sont capables de capturer un très large panel d’information de luminance.

Le Larousse propose la définition suivante pour le mot ‘Contraste’ :

Opposition de deux choses, dont l’une fait ressortir l’autre.

Cette définition est totalement appropriée au cas de la vidéo car elle suggère, à juste titre, que la perception du contraste (tout comme sa mesure) est relative : « Opposition de deux choses, dont l’une fait ressortir l’autre« .

  • Lors de la mesure du contraste on/off, notre impression sera que le contraste est grand. Concrètement on oppose une mire blanche à une mire noire.
  • Lors de la mesure du contraste de type ANSI, notre impression sera que le contraste est moins prononcé. Concrètement on oppose dans une même image une multitudes de mires blanches à une multitudes de mires noires ce qui bien entendu correspond plus à la réalité.
Mires de Contraste

Mires de Contraste de type ANSI

Dans les deux cas, nous obtenons des mesures de contraste différentes (mesure plus grande dans le cas du contraste on/off, plus petite dans le cas du contraste de type ansi) ainsi qu’une sensation différente (sensation de contraste accrue dans le cas du contraste on/off, sensation de contraste diminué dans le cas du contraste de type ansi). Pourtant le diffuseur est le même dans les deux cas de figure.

C’est exactement ce qu’il se passe avec la conversion HDR vers SDR (ou « tone mapping »). Lors de cette conversion beaucoup de détails vont être perdus et le passage d’un niveau vidéo à un autre sera plus grossié. La transition entre deux niveaux vidéo sera moins subtile ce qui accentuera la différence de luminance entre ces niveaux, rendant l’image convertie de HDR vers SDR « plus contrastée » dans son ensemble. Pourtant le contraste natif est resté le même …. (le terme « natif » prenant toute son importance ici »)

Il est donc faut de croire que la conversion HDR vers SDR améliore le contraste natif du diffuseur.

Remarque sur le tone mapping

La performance du « tone mapping » devra être la meilleure possible si on souhaite utiliser son diffuseur SDR avec une platine 4K UHD HDR. A cet égard toutes les sources ne seront pas aussi performantes les unes par rapport aux autres pour réaliser cette opération. C’est donc un critère à ne pas négliger si vous envisagez de vous équiper d’une platine 4K UHD HDR.

Avez-vous remarqué que ...

Avez-vous remarqué que les deux carrés gris dans l’image tout au début de cet article ont en fait la même teinte grise ? Intéressant, n’est-ce pas ?

Merci de m’avoir lu jusqu’au bout 🙂

Alexandre