Comment fonctionne l’enregistrement des profils en HDR / HLG chez Sony ? Le HDR signifie High Dynamic Range, c’est à dire en bon français gamme dynamique élevée ou encore imagerie à grande gamme dynamique. Vous avez peut-être déjà entendu ce terme si vous pratiquez la photographie car certains appareils disposent tout simplement d’un mode photo HDR. Mais que recouvre le HDR en vidéo ? Décryptage.
Commençons par le plus connu des modes HDR, le mode HDR Photo. Ce mode consiste à superposer trois vues réalisées à des expositions différentes en général c’est sous-exposés expo normale et surexposé pour en tirer le meilleur rendu en termes d’exposition. Parfois dans le mode HDR photo, vous avez aussi cinq vues possibles. Le résultat est plus ou moins réussi, parfois un peu artificiel pour être tout à fait franc.
En vidéo le HDR est un peu différent car le HDR vidéo augmente véritablement la plage des contrastes, ce que ne fait pas du tout le HDR photo qui se contente de sélectionner les zones correctement exposés de chaque vue puis de les assembler.
Mais le HDR vidéo finalement c’est quoi ? C’est une technologie qui revendique une plage dynamique élevée, ce qui se traduit concrètement par un gain de luminosité dans les zones sombres et par davantage de détails dans les zones claires. Ce n’est pas juste un argument marketing : en fait le l’humain dispose d’une plage de luminosité très étendue : par exemple il distingue mieux une scène bien lumineuse et bien contrastée et par ailleurs l’oeil humain est capable de voir une large gamme de couleurs.
Le HDR a donc été conçu pour tenter de repousser les limites électroniques qui empêchent l’image vidéo d’adopter cette finesse de la vision humaine. Pourtant la nécessité de faire appel à une nouvelle norme favorisant la luminosité est un paradoxe et même un double paradoxe. C’est un paradoxe d’une part parce que les capteurs actuels en fait sont tout à fait capables d’encaisser de grandes dynamiques, en tout cas les capteurs des caméras professionnelles. D’autre part c’est un paradoxe car on pouvait supposer que les téléviseurs depuis l’abandon du tube cathodique avaient suffisamment progressé pour afficher de telles valeurs.
Néanmoins les progrès des téléviseurs semblent insuffisants. Le problème c’est que la chaîne de codage depuis la captation de la caméra jusqu’au téléviseur est parfaitement inadaptée. Il a donc fallu inventer de nouveaux systèmes de codage et faire en sorte que de nouveaux téléviseurs puisse afficher ces nouveaux codage. L’idée c’est qu’on profitera bien mieux des écarts de luminosité sur un téléviseur HDR que sur un téléviseur SDR.
Le codage spécifique de Sony pour le HDR est un standard qui s’appelle le HLG. HLG signifie hybride log gamma et ses déclinaisons : HLG1, HLG2 et HLG3. Le HLG est donc un système à large plage dynamique dont les critères techniques de Gamma et de Gamut ont été définis dans la recommandation d’une norme internationale qui s’appelle la norme ITU BT2100.
On a vu que le HDR revendiquait une plage dynamique élevée. Le HDR a une autre propriété marquante c’est qu’il évolue dans un espace colorimétrique élargi : c’est une absolue nécessité pour pouvoir simplement distinguer les teintes subtiles dans des zones où l’intensité lumineuse et très forte. Alors pour y parvenir les ingénieurs ont défini la norme couleurs qui s’appelle REC2020 ou BT2020 : c’est une norme qui s’avère bien supérieure au HDR puisque le SDR se contente de la norme règles 709 qui est la norme de diffusion et des tv classiques. Sachez que leurs examens ne datent pas d’hier puisqu’il est en vigueur depuis l’avènement de l’Ultra hd, du 4K et du 8K. Cette norme REC2020 devrait d’ailleurs un jour remplacer le 709.
Ce graphique aide à mieux comprendre : ces deux normes 709 et REC2020 : le fer à cheval correspond à toute la gamme de la chrominance possible qu’un écran est capable de restituer : c’est ce qu’on appelle le Gamut. Les extrémités du fer-à-cheval correspondent aux couleurs primaires RVB ; le triangle en pointillés c’est celui du rec 709 que j’évoquais tout à l’heure. On voit qu’ils évoluent dans un espace relativement restreint du spectre de couleurs. Enfin le triangle en bleu vert correspond lui au REC2020. Il évolue dans un espace bien plus large du spectre.
Alors même si Sony met en avant le HLG comme s’il s’agissait de son propre standard, il faut savoir que ce n’est pas un standard propriétaire. En réalité il a été adopté par le HDMI forum, le BVD, donc le consortium Digital video Broadcasting élite et ITU (International Telecommunication Union) ainsi que par deux poids lourds du secteur : la BBC et la NHK. Il faut dire que le standard HLG a une spécificité plutôt séduisante sachant qu’il est capable d’apporter un traitement distinct aux signaux HDR et aux signaux standard SDR, ce qui permet à une TV non HDR de rester compatible avec un flux HLG. Le seul inconvénient dans ce cas-là c’est que les nuances lumineuses s’afficheront très peu voire pas du tout. Mais ainsi les diffuseurs peuvent se permettre de diffuser un flux HLG qui sera lu par absolument tous les téléviseurs du marché HDR ou pas.
Du côté de la restitution sur un téléviseur justement, la plage dynamique du HDR / HLG s’étend jusqu’à 10000 candelas par mètre carré. Pour vous donner une idée, c’est l’équivalent de la lumière produite par un néon.
Alors on comprend bien que le téléviseur a donc dû s’adapter puisque le système en vigueur jusqu’à présent sur nos écrans – le SDR – se contentait d’une luminance maximale de 100 candelas par mètre carré avec en plus une courbe de gamma très classique.
L’argument de dire que les fabricants cherchent à nous faire changer de téléviseur est en partie vrai mais en ayant développé le HDR, les fabricants se sont pris à leur propre piège et il ne pouvaient probablement pas faire autrement. Notez cependant que le HLG n’est pas la seule norme HDR à exister sur le marché, ce serait trop simple !
Car en fait plusieurs acteurs de l’industrie audiovisuelle ont planché sur ce standard HDR, du coup on trouve aussi par exemple le HDR 10 ha qui est plutôt destiné aux fictions sur disque blu-Ray.
On trouve aussi le Dolby vision qui est réservé au cinéma.
Donc la technologie HDR / HLG à d’immenses avantages, mais elle comporte toutefois quelques restrictions comme vous avez peut-être commencer à le comprendre :
-d’abord elle exige un téléviseur compatible HDR / HLG, je devrais même dire une TV HDR / HLG sans dire le mot compatibles comme le modèle haut de gamme Sony que vous voyez ici qui vaut près de 2400 euros. On peut s’affranchir de Sony et opté par exemple pour un téléviseur tel que ce modèle Panasonic compatible HLG et HDR 10 qui est proposé aux environs de 1700 euros.
Il existe également des téléviseurs moins onéreux à partir de 800 euros comme ce modèle panasonic spécifié compatible HDR / HLG. Je vous invite dans tous les cas à consulter les tests de ces téléviseurs sur des sites spécialisés en tests d’écran.
-autre restriction, le HDR et mieux adapté au débit du 4:2:2 que le 8 bits 4:2:0, tout simplement parce qu’un pixel a seulement 256 valeurs possibles en 8 bits alors qu’il dispose de 1024 valeurs possibles en 10 bits et qu’on comprend bien que le HLG a besoin d’un maximum de nuances. Du coup certaines caméras qui enregistrent seulement en 4:2:0 8 bits sont en théorie moins bien adaptées ou HDR que des caméras aptes à enregistrer du 4:2:210 bits.
Notez d’ailleurs que la BBC et la NHK ont conçu originellement le HDR pour le 10 bits.
-enfin dernière restriction : les outils de montage ont eux aussi dû s’adapter et prévoir des conversions compatibles avec le HDR. Ils le font plutôt bien mais les avis divergent sur la capacité réelle de ces logiciels à étalonner un signal HDR / HLG qui a la propriété d’être moins malléable qu’une courbe LOG typique. La raison est que le HLG est constitué de deux espaces 709 et 2020 que nous avons vu précédemment et qui sont plus difficiles à différencier en étalonnage.
Alors justement il existe une fonction sur la caméra qui permet de convertir le signal HLG pour qu’il puisse s’afficher comme un signal HLG car le HDR n’est pas prise en charge par l’écran ou le viseur du caméscope. Ça se passe dans le menu affichage du caméscope et ça se nomme tout simplement affichage du Gamma. Donc grâce à cet affichage vous pouvez simuler le rendu du HLG ou d’ailleurs celui des s-log2 et s-log3 et ainsi apprécier la façon dont le HLG s’affiche en mode couleurs 709 ou 2020. Cet affichage n’affecte bien sûr ni la vidéo enregistrée ni la sortie vidéo du caméscope.
Pour passer à la pratique à présent, voici quelques exemples vidéo mettant en évidence la norme HLG :
-donc à gauche vous avez une vue réalisée en mode standard et à droite une vue réalisée avec le mode HLG, ici HLG2. Si l’on observe bien, on discerne assez nettement que les détails sont mieux restitués dans les noirs et que les contrastes extrêmes sont mieux perçus avec le standard HLG.
-De même ici les zones un peu bouchées ressortent mieux et le ciel est plus nuancé, un peu moins criard en standard HLG.
Pour finir signalons juste les différences entre les courbes HLG : il existe au total trois courbes HLG/ HLG :
- il y a le HLG simple qui correspond à la norme ITUBT 2100 qu’on a vu tout à l’heure
- il y a le HLG qui réduit le niveau de bruit par rapport aux HLG 2 lequel HLG 2 équilibre la plage dynamique et la suppression du bruit. Cette courbe est celle qui est proposée par défaut avec le HLG profile PP10.
- enfin on recense le HLG 3 dans laquelle la plage dynamique et plus étendue que celle du HLG 2 mais dont le niveau de bruit est plus élevé.
Si vous souhaitez en savoir plus sur tous ces standards je vous invite à consulter des articles complémentaires et des documentations techniques que vous trouverez aisément sur le Web.
