La haute définition

 

Prologue. 28/05/2004.

Voila plusieurs mois que cela n'arrête pas d'hanter mon esprit. Après trois ans à se gaver de DVD sur un écran de 3 mètres de base, j'attends fébrilement le standard qui me donnera enfin l'image précise que j'attends. Regardant à seulement 4 mètres de l'écran pour profiter d'une bonne immersion dans l'action, j'arrive à distinguer parfaitement chaque pixel....En effet, le DVD est en 720*576 pixels de résolutions (ils ne sont pas carrés au passage). 720 pixels répartis sur une largeur de 3 mètres, cela veut dire que chaque pixel fait 4.16mm de large. Aujourd'hui le remplaçant est là, c'est le cinéma numérique et le pixel ne fera que 1,56 mm. Autant dire que j'aurais besoin d'une greffe d'yeux de buse si je veux faire une rechute d'allergie aux pixels...


1. Historique.

Voila plus de 50 ans que les standards PAL et NTSC sont définis. Ils sont respectivement de 576 et 480 lignes visibles dans le sens vertical. Ces standards s'appliquant à des signaux analogiques, il n'y avait pas au départ de nombre de points par lignes clairement définis, seulement une bande passante de 6MHz environ pour décrire la résolution maximum. A l'arrivée de l'informatique, pour scanner chaque ligne, un calcul a converti la bande passante disponible en 720 points. De la, deux résolutions vidéo existaient de par le monde ; le 720*576 et le 720*480. Pour des raisons évoquées dans l'article "image", ces trames étaient entrelacées.
Tout comme le CD audio n'avait jamais totalement convaincu les puristes, le DVD restait une image pour moi où l'aspect informatique restait indéniable et donc non naturel. Loin de regarder des VHS tout comme les audiophiles écoutaient encore des vinyles, j'attendais néanmoins un standard plus proche du 35mm projeté au cinéma. En effet, les projecteurs sur grands écrans tel que le cinéma ne peuvent se contenter d'un maigre 720*576, il suffit de voir par exemple "Dancer in the dark" de VON TRIERS pour se convaincre qu'une caméra DV à cette résolution est inacceptable en terme de rendu. Il en est de même pour les installations d'un particulier qui se plaint d'une part du lignage des sources entrelacées actuelles et d'autre part du manque de définition flagrant sur n'importe quel titrage par exemple. Avec mon 808s, à 4mètres de l'écran (pour 3 mètres de base), l'aliasing est très présent (alors que le BARCO 800 était flou juste ce qu'il fallait), le lignage étant supprimé par le balayage en progressif.


2. Les 2 résolutions.

L'organisme américain SMPTE a écris pour le monde entier deux normes qui définissent les nouvelles bases de la télévision et du cinéma.


2.1. SMPTE 274M

La SMPTE 274M définit1920*1080 pixel sur une surface 16:9. Si on divise 1920 par 1080, on obtient bien 1,77=16:9; Nous avons donc des pixels carrés contrairement au DVD. D'après le CST français, (comité supérieur des techniques de l'image et du son), cette définition est le minimum acceptable pour que l'on puisse qualifier projeter en salle sous l'appellation de "Cinéma numérique". J'appellerai dans la suite de cet article cette résolution par le terme "CinéNum". Il est à noter que cette résolution est déjà employée aux Etats Unis pour de la réception domestique (et donc sur un poste de TV)


2.2. SMPTE 296M

La SMPTE 296M définit 1280*720 sur une surface également 16:9 (pixel là encore carré). J'appellerai cette résolution par le terme de "TVHD".


2.3. Les miracles de la HD.

Le premier miracle de ces standards est qu'ils sont acceptés dans le monde entier, autrement dit, le casse tête des transcodages flou entre PAL et NTSC va disparaître à terme ! Idem pour le casse tête du choix des vidéo projecteurs à matrices qui sont optimisés soit pour l'un soit pour l'autre ! Il existera une norme pour la TV "de base" et une norme pour le cinéma et la TV "haut de gamme".
Le second miracle est que l'on aura pour la première fois dans l'histoire de la vidéo la possibilité de projeter à domicile la même qualité d'image qu'au cinéma ! Ce que je fais déjà chez moi depuis quelques temps mais sur un catalogue très restreint de titres pour l'instant.


2.4. Les balayages.

Forcement tout ne pouvait restait aussi simple. La fréquence du courant en Europe est à 50Hz et à 60Hz sur le continent Américain. Comme la standardisation de l'électricité n'est pas pour demain alors ces deux résolutions se déclinent en plusieurs fréquence de balayage.

    Résolution utile Résolution utile fréquence Bande passante Balayage
  Horizontal Vertical Horizontal Vertical
SMPTE 274M-1998 1 1920 1080 2200 1125 60,00 148,50 progressif
SMPTE 274M-1998 2 1920 1080 2200 1125 59,94 148,35 progressif
SMPTE 274M-1998 3 1920 1080 2640 1125 50,00 148,50 progressif
SMPTE 274M-1998 4 1920 1080 2200 1125 30,00 74,25 entrelacé
SMPTE 274M-1998 5 1920 1080 2200 1125 29,97 74,18 entrelacé
SMPTE 274M-1998 6 1920 1080 2640 1125 25,00 74,25 entrelacé
SMPTE 274M-1998 7 1920 1080 2200 1125 30,00 74,25 progressif
SMPTE 274M-1998 8 1920 1080 2200 1125 29,97 74,18 progressif
SMPTE 274M-1998 9 1920 1080 2640 1125 25,00 74,25 progressif
SMPTE 274M-1998 10 1920 1080 2750 1125 24,00 74,25 progressif
SMPTE 274M-1998 11 1920 1080 2750 1125 23,98 74,18 progressif
SMPTE 296M-1998 1 1280 720 1650 750 60,00 74,25 progressif
SMPTE 296M-1998 2 1280 720 1650 750 59,94 74,18 progressif
SMPTE 296M-1998 3 1280 720 1980 750 50,00 74,25 progressif
SMPTE 296M-1998 4 1280 720 3300 750 30,00 74,25 progressif
SMPTE 296M-1998 5 1280 720 3300 750 29,97 74,18 progressif
SMPTE 296M-1998 6 1280 720 3960 750 25,00 74,25 progressif
SMPTE 296M-1998 7 1280 720 4125 750 24,00 74,25 progressif
SMPTE 296M-1998 8 1280 720 4125 750 23,98 74,18 progressif

 

Mais les projos à matrices s'accommoderont facilement d'une différence de fréquence de rafraîchissements. On note des résolutions en entrelacées pour diminuer le débit lors d'émissions TV. On constate que pour conserver une bande passante constante, le nombre de pixel non visible est variable pour pallier à des différences de fréquence. La SMPTE 296 est uniquement en progressive. La SMPTE 274 contient trois définitions en entrelacés. Celles ci peuvent néanmoins servir à encoder un flux progressif répartis sur chaque trame de manière analogue au DVD.


3. Les Médias.


3.1. Les émissions hertziennes, câbles et satellites.

Aux U.S., un décret de loi oblige les chaînes à émettre au moins 30% des programmes en "HD" (720p / 1080i / 1080p) par rapport à 70% de "SD" (480i). Au japon, des émissions sont diffusées depuis 1998. En Europe, et ce, depuis le début 2004, le satellite ASTRA émet la chaîne "EURO1080" en 1080i à 50Hz (SMPTE 274M-1998-6). Ce canal gratuit pour l'instant est proposé par un consortium belge dans le but de promouvoir la HD et permettre des démonstrations dans les lieux de ventes. Le site www.euro1080.com décrit des programmes constitués de sports, évènement culturels mais en aucun cas des films. Sur support préenregistré, plusieurs géants s'opposent.


3.2. Le MPEG 2 sur D-VHS et blue-ray disc.

L'algorithme de compression d'un DVD est ici poussé à son maximum. Les fichiers à l'extension ".ts" sont en 1920*1080*24p pour la plupart. Une minute de vidéo pèse 100Mo ! Pour tenir un film de 2heures, les 9,5Go d'un DVD double couche ne suffise pas. Ce standard est donc conditionné à l'arrivé d'un nouveau support. La lecture de ces fichiers sur PC demande une configuration à base de processeur 2Ghz environs. Le player vlc est le moins gourmand en terme de ressource (freeware disponible sur www.videolan.org ).
Aujourd'hui, seul le DVHS est disponible en support préenregistré et aux Etats Unis seulement. Il s'agit d'un format soutenu par JVC uniquement. Un magnétoscope enregistre sur des VHS un contenu numérique pour l'image et pour le son (DD ou DTS). Le format est du 1080i qui après désentrelacement peut devenir du 1080p (si la source est cinéma à la façon d'un DVD progressive scan). Si la cassette est préenregistrée, alors elle s'appellera Digital-theater (cassette pour l'instant non duplicable). Par contre, les émissions enregistrées sur le réseau américain sont duplicables. A l'usage, c'est aussi peu fiable q'un magnétoscope conventionnel ; il y a des drops, il faut nettoyer les têtes régulièrement, les bandes s'usent…Mais il y a déjà une trentaine de titre disponible. Ils à noter que ces sources HD ont un signal de synchro à trois niveaux au lieu de un pour la vidéo conventionnelle. Il faut donc pour les tritubes une carte "tri-level" pour l'afficher, indépendamment de la fréquence horizontale maximum de l'appareil. Un autre moyen est d'utiliser un scaler qui reformatera la synchro tri-level en synchro type informatique.
Bientôt, le blue-ray disc soutenu principalement par SONY débarquera. Comme son nom l'indique, ce disque de 12cm sera associé à l'adoption d'un laser bleu plus fin (la couleur bleue ayant une longueur d'onde plus petite que la couleur rouge). Sa capacité sera de 27Go par face et par couche. Un enregistreur est déjà disponible au Japon. Les titres enregistrés ne sont pas disponibles car les dispositifs anticopies ne sont pas encore finalisés.


3.3. Le WMV-HD sur DVD-ROM.

Ici l'algorithme est détenu par Microsoft. Des mathématiques modernes permettent une compression plus efficace avec un rendu "identique" au MPEG2. Le débit est cette fois compatible avec le stockage d'un film sur DVDROM. Plusieurs films sont déjà disponibles dont : "T2" et "Coral reef adventure". La résolution est pour l'instant atypique en 1440*1080*24p. Au premier semestre devrait sortir 16 films dont "Taxi 3" pour le marché français (le 12mai en 2004). Les disques sont disponibles dans une édition contenant un DVD-VIDEO et un DVD-ROM dédié à la HD. La copie est déjà protégée. Un système de zonage par Internet, nommé DRM est mis en place quoique déjà contournable; en effet le disque n'étant lisible qu'aux Amériques, et le lecteur le vérifiant par une connexion Internet, il suffit de configurer sa connexion Internet pour qu'elle utilise un proxy sur l'autre continent.
Microsoft profite de son avantage pour imposer en même temps son propre format sonore multicanaux ! Potentiellement 7.1, il se veut "aussi" efficace que du DTS. Il faut néanmoins attendre des titres qui comporte plusieurs pistes pour faire des écoutes comparatives. Les PC sont capables de lire ces fichiers depuis plusieurs mois. Pour les amplis audio, cela va provoquer une nouvelle vague d'obsolescence.
Une configuration puissante est requise de type 2,8 GHz en processeur (avec bus 800Mhz impératif), carte RADEON AGP 8x, 512Mo, carte son intégré 5.1 (la sortie numérique du WMA n'étant pas encore possible). Ce codec est normalisé par la SMPTE sous le nom de VC-9. Aussi tout les constructeurs peuvent désormais l'utiliser et les platines de salon commencent à être commercialisée.
Le fait que l'algorithme permettent le stockage d'un film sur un seul DVD lui donne un avantage capital sur le blue ray disc qui ne sera réellement introduit qu'en 2005. De plus, cela donnera plus de liberté aux chaînes qui veulent faire de la télévision par câble ou ADSL.


4. Les diffuseurs compatibles.

Aujourd'hui, il existent un grand nombre de vidéoprojecteur DMD et LCD compatible avec la TVHD car ils possèdent une matrice 1280*720. Tout ces appareils ce vantent d'une compatibilité avec le 1080i ; il faut savoir que cette compatibilité ce fait avec des scalings qui seront générateur de nombreux artefact, dû à l'affichage de 540 lignes sur une grille de 720.
Pour afficher le Cinénum, les seuls projecteurs disponibles sur le marché grand publique sont les tritubes. A défaut d'artefact, la technologie utilisés sur le tritube influera sur le piqué de l'image. Les tritubes 8 pouces ou 9 pouces à focus électromagnétique sont les seules machines affichant le Cinénum avec brio. Ce sont donc les BARCO 808, 1209, Ciné8 et Ciné9max et les SONY G70, G90, 1292 pour ne citer que les machines les plus récentes. Les Tritubes en focus électrostatique, ou qui ont une bande passante inférieur à 120MHz, auront toutefois une image meilleur qu'avec un DVD.


5. Ce qui change vraiment.

Voici mes impressions qui se basent sur la projection de trailers HD comparés à leur version DVD sur mon Barco 808s et sur un Infocus X1 tous deux reliés en VGA sur mon PC.


5.1. La profondeur de champs.

Elle est en fait conditionnée par le piqué de l'image (la capacité de changer très rapidement d'état entre un fond sombre et un objet clair). Sur le tritube, la fréquence étant deux fois plus élevée en HD qu'en SD, on se rapproche beaucoup plus de la bande passante limite ce qui a pour effet de réduire très légèrement le piqué.

Sur un projecteur à matrice (du moins quand ils seront disponibles), cette différence de signal ne fait aucune différence car la décomposition en pixel fait qu'indépendamment de la rampe de tension, la transition entre un pixel blanc et un pixel noir sera toujours la même.


5.2. L'aliasing.

La visualisation des pixels est réduite dans une proportion de 6 pour le Cinénum comparativement au DVD. Aussi, même si à l'encodage, aucun filtre n'est appliqué à l'image, la probabilité de voir les pixels est très réduite. En DVD soit-on laisse le signal brut, et on a une bonne profondeur de champs identique à la HD mais on a alors une perception de l'aliasing sur tous les contours net, soit-on met en œuvre un filtre passe bas dans les sens horizontal et vertical et on a une image plus floue, mais dépourvue d'aliasing. Quoiqu'il en soit, la HD rend quasi-inutile le besoin de filtrer l'image. Car l'aliasing devient invisible du fait de la haute résolution.


Sur un projecteur à matrice, la surabondance de pixels permet de faire un scaling d'une meilleure qualité car au lieu d'appliquer 720 pixels sur 800, il y a une surabondance de 1920 pixels sur 800, ce qui permet de mieux choisir les pixels de la source qui seront utilisés à l'affichage. On a donc un aliasing réduit la aussi alors que la résolution du projecteur est inchangée.


5.3. Le naturel de l'image.

le surplus de définition de l'image HD est donc mis à profit pour
· supprimer tout effet d'aliasing ce qui permet d'oublier que l'on a un signal numérique,
· se dispenser de tout filtrage pour avoir une profondeur de champs optimale, mais pas forcement supérieur au meilleur DVD,
· avoir des textures plus fines pour discerner les mailles d'un pull, ressentir le volume d'une chevelure, etc…
· On a alors enfin l'impression que l'image projetée est comme une fenêtre ouverte sur un nouveau monde.

 

5.4. A propos de ces images.

Elles ont toutes étaient prises dans ma salle avec un Olympus 5050 à 5mégapixels sur trépieds. Les zones photographiées ont été prises à une distance de 30cms de l'écran. Ce zoom extrême permet de ne pas rajouter d'aliasing supplémentaire puisque chaque pixel de l'écran est représenté par plusieurs dizaines de pixels de l'appareil photo.
Sur le paragraphe 5.1, le tramage que vous voyez est du aux mailles du tissus de mon écran (du lycra). La photo est divisés en 4 quarts ; chaque quart représente une largueur d'écran de 28millimètre. On discerne nettement le lignage du 808s en PAL progressif ! Ce projo est clairement prévu pour la HD. On réalise également que la bande passante de 120MHz est vraiment limite car en 1080p à 72Hz, les successions horizontales dans le quart de gauche en bas deviennent quasiment grises. Dans le sens verticale par contre, les lignes sont clairement identifiables. Pour les gens qui ne connaissent pas le logiciel générateur de mire NOKIA, il est disponible ici.
Pour les paragraphes 5.2. et 5.3., la qualité DVD est à gauche, et la HD à droite. Ces photos sont prises de la scène d'ouverture de Final Fantasy. La première est un détail du décor lorsque le soleil se lève, la deuxième est la manche de l'héroïne lorsqu'elle se protège le visage avec sa main.


Vous avez lu une erreur, avez une précision à apporter ou tout simplement une question à poser, n'hésiter pas à écrire à jacques@homecine.com.



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