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À quoi sert l'HDR en vidéo et sur les télévisions ?

 

Dossier HDR : les normes HDR, HDR10, HDR1000, HDR10+, Dolby Vision... - Partie 3

Publié le 25 décembre 2020   |  Mis à jour le 18 avril 2021

 

Vous pensez bien qu'il n'existe pas qu'une seule norme HDR, cela serait trop simple ! Eh bien sur cette page nous allons passer en revue les principales "normes" HDR en 2021 avec leurs spécificités, avantages et inconvénients.


En 2021, puisque tous les écrans et téléviseurs compatibles HDR ne le sont pas avec toutes les spécifications, il est temps de voir se qui se cache derrière chacune d’entre elles.

   
 
 

Guide d'achat des écrans photo et vidéo par Arnaud Frich

 
 


 



Qu'est-ce qu'une spécification HDR et que "contient"-elle ?

Une spécification HDR est définie par plusieurs obligations techniques que doit être capable d'afficher un écran ou une télévision. Parmi ces caractéristiques on note :

  • La définition de l'écran ou la télévision,
  • La courbe de contraste,
  • Le gamut,
  • Le nombre de bits,
  • Une luminosité maximum à afficher au minimum !
  • Les métadonnées dynamique ou pas,
  • Norme open source ou propriétaire.

Rappel de vocabulaire :  HDR est l'acronyme de High Dynamic Range (Haute, grande ou large gamme dynamique) par opposition à SDR (Standard Dynamic Range) ou à gamme dynamique standard (il faudrait d'ailleurs plutôt parler de dynamique "normale"). Pour tout savoir, je vous renvoie à la première page de ce dossier HDR

 

1 - Les définitions selon les normes HDR

On s'en doutera, pour être compatible avec les différentes normes HDR de 2021, il faut pouvoir afficher au moins l'UHD (3840 x 2160 pixels) que l'on appelle également la 4K. Pour rappel, les écrans 4K affichent 4096 x 2160 pixels et nécessitent une carte graphique compatible car elles sont très loin de l'être toutes.

Mon avis - Cela dit, vous pouvez tomber sur des écrans en QHD HDR mais toutes les télévisions sont au moins aujourd'hui 4K et la 8K commence à faire son nid. Enfin, je note que cela n'apporte strictement rien à la diffusion HDR si ce n'est que quand on veut contrôler le blooming (effet de halo autour des sources lumineuses sur fond noir) sur les écrans LCD, il faut 8,3 millions de Leds ! Sûrement avec les Micro-Leds ?

2 - La ou les courbes de gamma ou de contraste : PQ, HLG...

Sur les écrans de retouche photo on parle toujours de courbes de gamma dont la valeur est de 2,2. On en a largement parlé sur la page précédente donc je vous y renvoie. Cette courbe de gamma (courbe rouge ci-dessous) a été calculée pour convenir à l'affichage d'une image dont la dynamique varie entre 0,1 et 100 cd/m2, pour faire court. Ici, on parle d'une dynamique largement élargie donc il fallait une courbe plus adaptée. Il en existe principalement deux : il s'agit soit de la courbe PQ (pour Perceptual Quantification que l'on peut traduire par courbe perceptuelle) et sa variante adaptée à la diffusion de programmes télévisés en direct : la courbe HLG. (Courbes verte et bleue ci-dessous).

   
 

Mon avis - La courbe PQ est la plus courante - et la plus qualitative car elle prévoit une luminance maximum de 10000 cd/m2 - quand il s'agit de diffuser des films. La courbe HLG ne sert que quand il s'agit de diffuser des programmes HDR en direct donc par définition en 2021 sur des télévisions HDR... mais également SDR, et il en reste ! Il s'agit cependant d'une tentative intéressante pour diffuser des programmes HDR pour ceux qui possèdent déjà une télévision HDR. Elle se "contente" d'une luminance maximum de seulement 1000 cd/m2.

3 - Les gamuts en HDR

Si vous êtes photographes, vous avez déjà entendu parlé des gamuts photo sRVB, Adobe RVB ou encore ProPhoto. Ils ont, pour faire court, leurs équivalents spécifiques en vidéo :

  • Rec.709,
  • DCI P3
  • et Rec. 2020.


1 - Le gamut Rec.2020, le plus grand, permet donc, potentiellement, d'afficher plus de couleurs très saturées que le gamut standard Rec.709. C'est donc une espèce de Graal malheureusement impossible à atteindre techniquement et, en 2021, aucun écran ou téléviseur ne sait le reproduire donc quand on lit que tel ou tel écran est compatible Rec.2020, je ne vois trop ce que cela veut dire !

Note ! En fait, quand les marques disent que leur écran est compatible avec le BT.2020, elles veulent dire qu'il va se servir de cet espace couleur comme espace de connexion lors des conversions colorimétriques. Exactement comme Lightroom le fait en photo avec le ProPhoto.

2 - Le gamut DCI-P3 est très sensiblement moins grand que le précédent et, en 2021, de très nombreux écrans savent le reproduire car il est proche de l'Adobe RVB en photo. Cependant, attention, ces écrans sont évidemment plus chers mais vous bénéficierez au passage d'autres qualités que seuls ces écrans offrent (précisions d'affichage des couleurs, homogénéité, courbe gamma précise). C'est l'espace couleur du monde Broadcast (TV) au moment de la captation.

3 - Le Rec.709 est l'équivalent en photo du sRVB qui, je le rappelle veut dire Standard RVB. Ainsi, même si c'est le plus petit des trois, il est, contrairement à une croyance bien ancrée, bien plus que suffisant car il contient déjà de très nombreuses couleurs visibles dans notre quotidien Aujourd'hui, tous les écrans du monde savent reproduire cet espace couleur donc si vous filmez et diffusez en Rec. 709 vous serez sûr que tout le monde pourra voir votre vidéo ou film de la même façon - bon, cela dépend aussi de l'écran ! -.

Rappel à propos d'une croyance bien ancrée ! Non, les espaces couleurs les plus grands n'affichent pas les couleurs globalement avec plus de saturation mais sont effectivement capables d'afficher des couleurs plus saturées si et seulement si on les a filmées !!! Les couleurs "normalement" saturées seront reproduites exactement de la même manière dans les différents espaces couleurs car ils ont bien un dénominateur commun, au centre des trois triangles ci-dessus. Je vous assure ! Si votre film apparaît plus saturé sur votre écran c'est parce que qu'il y a eu une erreur de gestion des couleurs. L'erreur typique : un film filmé en Rec.709 mais regardé sur un écran large gamut. Je vous raconte tout cela avec des exemples sur ma page choisir son espace couleur en vidéo

4 - Le nombre de bits

Pour qu'une image soit affichée correctement, elle a besoin d'être codée sur 8 bits. C'est largement suffisant ainsi et je rappelle pourquoi dans l'encadré ci-dessous. Si vous avez des problèmes de cassures de tons à l'affichage (comme sur l'image du bas ci-dessous), il faudra chercher du côté du traitement de votre image ou de sa compression JPG au moment de son enregistrement. J'explique d'ailleurs sur une page pourquoi il n'est donc pas nécessaire de travailler sur un affichage 10 bits en photo


Nombre de bits et nombres de couleurs réellement perçues ! Un être humain doué d'une excellente acuité visuelle peut percevoir plus de 8 millions de couleurs différentes car il est à peu près capable de distinguer 200 nuances de couleurs dans chaque canal RVB (200 x 200 x 200 = 8 Millions!). Or puisque l'informatique travaille en bits, elle est obligée de travailler en 8 bits au minimum (256 x 256 x 256 = 16 millions) car si les ordinateurs travaillaient en 7 bits cela donnerait 128 x 128 x 128 combinaisons, ce qui est parfaitement insuffisant. Donc, si on résume, les ordinateurs codent les couleurs avec 16 millions de combinaisons de valeurs RVB alors qu'il n'y a "que" 8 millions de couleurs réellement perçues dans le monde Ça, c'est pour l'affichage de belles couleurs nuancées. Mais il est également vrai que nous avons besoin de travailler sur plus de combinaisons RVB - d'où l'intérêt du 16 bits - lorsque nous retouchons nos images (photo ou vidéo) afin de minimiser les risques de cassures de tons bien visibles par exemple dans les aplats de couleurs.

Pour résumer, 8 bits suffisent pour afficher n'importe qu'elle image mais il faut davantage de bits lors de nos retouches pour éviter de les "abîmer".

Ça, c'est pour la photo.

En vidéo, la donne est sensiblement différente, non pas que nous filmions plus de couleurs mais quand on filme en HDR, nous devons coder correctement les couleurs sur une plus large plage dynamique donc de luminosité. En photo, on code réellement entre 0,05 cd/m2 et jusqu'à 200 environ alors qu'en vidéo, il faut être capable de filmer et donc coder les couleurs entre 0,001 cd/m2 et 10000 ! Travailler sur 1024 niveaux n'est pas un luxe s'il faut étalonner les couleurs lors du montage par exemple.

   
   
 

En vidéo, la donne est sensiblement différente. Alors évidemment les couleurs sont les mêmes qu'en photo donc on serait tenter de travailler en 8 bits également et c'est ce qui arrive lorsqu'on filme en SDR. Oui mais en HDR, un paramètre fondamental change la donne : la plage de dynamique est beaucoup plus large car on filme cette fois des noirs à 0,001 cd/m2 parfois et des hautes lumières très lumineuses. La plage des luminosités est beaucoup plus large et pour la décrire sans ces fameuses cassures de tons il faut travailler au moins en 10 bits ce que permet la norme Dolby Vision. Ah bon et pas la norme HDR10 ?

Eh bien non car quand on parle de HDR10 on parle d'une image traitée en 8 bits + 2 bits consacrées aux métadonnées alors qu'en Dolby Vision, les images sont codées sur 12 bits, il s'agit en fait, vous l'aurez deviné d'une image 10 bits + 2 bits pour les métadonnées.

Si une photo n'a besoin que de 8 bits pour être affichée correctement, il est préférable de travailler en 16 bits lors de sa retouche. En vidéo HDR c'est différent car les écarts de luminosité sont beaucoup pus importants. Il est alors préférable de travailler en 10 bits.

 

5 - Une luminosité maximale... minimum !

Nous avons vu page précédente qu'un des enjeux majeurs de l'affichage HDR passe par la possibilité d'afficher des pics de luminosité sur des petites zones comme le soleil, les reflets spéculaires ou encore les bougies et autres flammes de feu de bois. En 2020, j'ai mesuré des pics jusqu'à 1600 cd/m2 lors de mes tests d'écrans. La norme HDR1000 demande comme son nom l'indique un minimum de 1000 cd/m2 et le Dolby Vision vise au moins 4000 cd/m2... très rarement obtenus !

Rappel ! Nous sommes capables de percevoir jusqu'à 20000 cd/m2 au maximum. Atteignons déjà 4000 nits en pics sur tous nos écrans vidéo ou téléviseurs et nous verrons les films déjà autrement !

6 - Métadonnées dynamiques... ou pas !

Comme nous l'avons vu page précédente, idéalement il faudrait que la courbe de gamma appliquée à notre écran vidéo ou à notre télévision s'adapte au contraste de chaque image et à l'ambiance lumineuse de la pièce puisque l'œil humain adapte le sien en permanence sans que nous nous en rendions compte dans la "vraie" vie, il est vrai ! Et bien c'est la promesse - en partie - des deux normes concurrentes HDR10 + et Dolby Vision. Ces deux normes savent lire les métadonnées image par image (on parle de métadonnées dynamiques) et leurs déclinaisons Adaptative ou IQ - dont je reparle plus bas - utilisent une caméra sur la télévision pour mesurer la luminosité de la pièce. C'est le fin du fin !

Autant dire que quand la métadonnée est envoyée pour tout le film en entier c'est comme si on disait au contraste de l'écran... de ne rien faire de particulier car comment voulez-vous que tout un film affiche uniquement des images avec le même contraste ?!

Note ! La norme HDR10 travaille en 10 bits comme son nom l'indique mais il s'agit en fait d'un 8 bits pour les images et de 2 bits pour les métadonnées HDR, c'est-à-dire MaxCLL et MaxFALL. En Dolby Vision dont la norme est plus exigeante, on travaille en 12 bits donc en 10 bits réels + 2 pour les métadonnées. Les couleurs sont donc traitées sur 1024 niveaux et non 2048.

MaxCLL = Maximum Content Light Level - donc cela informe sur le niveau maximum de la luminosité de chaque pixel.
MaxFALL = Maximum Frame Average Light Level - donc cela renseigne sur la luminosité (la luminance pour être précis) moyenne d'une image.

7 - Enfin, le caractère Open Source ou propriétaire des différentes normes

Si le HDR10 ou le HDR10 + sont des normes parfaitement ouvertes, il n'en n'est pas du tout de même dans le cas de l’exigeante mais précise norme Dolby Vision. Tout constructeur d'écrans ou de télévisions qui veut respecter cette norme doit reverser des Royalties à ®Dolby. C'est notamment pour cette raison que Samsung a créé le HDR10 +.

 

 

Les différentes normes ou labels HDR

En 2021, on parle très souvent, évidemment de la norme de base, l'HDR10 mais aussi des normes HDR10 + ou Dolby Vision. On ne peut également passer sous silence les normes HDR1000 ou HLG.

1 - La norme HDR standard : HDR10

Commençons par la norme HDR la plus standard, la norme HDR10. Tous les écrans photo, vidéos, moniteurs, téléviseurs HDR doivent à minimum être compatible avec cette "norme" standard ou ce label. Elle est peu exigeante pour les fabricants d'écrans ou de télévisions car elle ne fixe même pas un niveau minimum pour les pics de luminosité.
La technique - Le HDR10 est codé en 10 bits, utilise l'espace couleur de connexion BT. 2020, la courbe de gamma PQ. Enfin, le film compatible n'envoie qu'une seule métadonnée à l'écran. Autant ne rien envoyer !!!

Explication de texte ! Les images ne sont donc pas codées en 10 bits comme on pourrait le croire mais bien en 8 bits et 2 bits du signal sont consacrés à ces fameuses métadonnées MaxCLL et MaxXFALL dont on a parlé plus haut.

2 - La norme HDR1000

Il s'agit d'une variante du HDR10 qui justement fixe un minimum de luminosité en pic de 1000 cd/m2. Deux remarques du coup : les écrans à dalle OLED ne peuvent y prétendre car, je le rappelle, s'ils affichent des noirs d'une profondeur incroyable, ils sont bien incapables d'aller au delà de 800 cd/m2, et encore, sur quelques pixels et pendant un faible laps de temps et seuls quelques écrans ou moniteurs vidéo y arrivent. Cela ressemble un peu à une norme marketing...

3 - La norme HDR10+ ajoute les métadonnées dynamiques

Là, on commence à monter en gamme ! La norme HDR10+ est une évolution du HDR10 (toutes choses égales par ailleurs) à laquelle elle ajoute en effet les métadonnées dynamiques donc image par image aux films afin d'adapter le contraste de l'écran (la courbe PQ) 24 fois par seconde. Si vous avez lu la page précédente vous savez de quoi je parle !

4 - La norme Dolby Vision - La plus exigeante !

La norme Dolby Vision est, contrairement aux normes HDR précédentes une norme propriétaire donc les marques qui veulent l'utiliser doivent reverser des royalties à Dolby. C'est le choix d'Apple dans son iPhone 12 Pro sorti en 2020.

La technique - D'un point de vue purement technique, le Dolby Vision code le film sur 12 bits cette fois (10 bits + 2 bits pour les métadonnées), gamut de connexion BT. 2020 et toujours la même courbe de gamma PQ.

5 - La norme HLG

La courbe HLG a été inventée par les télévisions japonaise NHK et anglaise BBC afin de permettre la diffusion de programme en direct en HDR... sur les télévisions compatibles et en SDR sur les plus anciennes télévisions. Cette norme supporte une luminance maximale de 1000 nits.

Comment c'est possible ? Jusqu'à 100 cd/m2, la courbe de gamma appliquée est celle du Rec. 709 donc proche du gamma à 2,2 et au-delà il s'agit d'une courbe Log.

6 - Et les déclinaisons HDR10+ Adaptative et Dolby Vision IQ

Pour être complet et parfaitement adapter le contraste de l'écran à celui de l'image diffusée, il faut également tenir compte de l'ambiance lumineuse de la pièce puisque c'est ainsi que fonctionne un œil humain. Les versions HDR10+ Adaptative et Dolby Vision IQ permettent cela grâce à une caméra qui mesure la luminance de la pièce. C'est très ingénieux et il va maintenant falloir être très patient avant que tous les films soient filmés en Dolby Vision ou HDR10 + et diffusés en Adaptative et IQ... mais sur un téléviseur LCD à Micro-Leds de 8K capable d'afficher des pics lumineux à 4000 nits, cela va avoir de la gueule !!! Vivement.


Note ! 10 bits = réellement 1 milliards de couleurs ? Si, mathématiquement, une image codée sur 10 bits possède 1024 x 1024 x 1024 = 1 milliard de combinaisons de valeurs RVB possibles, dans la réalité l'homme ne voit toujours que 200 x 200 x 200 = 8 millions de nuances de couleurs. Il ne faut donc pas confondre combinaisons RVB et couleurs "réelles". Dans la pratique, cela permet de diminuer sérieusement les risques d'images postérisées dans les ciels notamment lors des calculs d'affichage ou de retouches mais non, votre écran n'affichera pas 1 milliards de couleurs différentes ou, en tous cas, vous serez bien incapable de les distinguer !

 

 

Qui diffuse quoi et comment ?

Pour profiter de sa magnifique télévision HDR ou de son moniteur vidéo, il faut des programmes HDR. Et on a vu qu'il en existait de nombreux donc, idéalement, il est préférable de choisir un écran multi-compatible. Ça c'est pour bien commencer mais reste les films HDR. Où les trouver et avec quelles normes HDR incluses ?

1 - Plusieurs normes ou labels HDR se partagent le marché...

Les normes HDR10, HDR10 + et Dolby Vision ne sont pas supportées de la même manière par Netflix et Amazon Prime en ce début 2021 !

Netflix : HDR10 et Dolby Vision

Amazon Prime : HDR10, HDR10+ et Dolby Vision.

2 - Vérifiez les normes HDR compatibles avec écran, moniteur ou télévision

En effet, de nombreuses télévisions ne sont pas compatibles avec toutes les normes HDR actuelles... Quand c'est précisé sur les sites de vente en ligne.

   
 
 

 
     
 
 
À travers ces 12 pages je vais partager avec vous mes conseils pour bien choisir votre écran de retouche photo ou de montage vidéo...
- Conseils généraux
- Quelle taille d'écran choisir ?
- Passer à la 4K... ou pas encore ?
- Technologie de dalle : IPS, TN VA, OLED ?
- Luminosité, contraste, HDR ou pas ?
- Quel gamut : sRVB ou large gamut ?

- Quels carte graphique, connectique et câble choisir ?
- Accélération matérielle et table LUT ?
- À quoi sert l'affichage 10 bits ?


Dossier HDR en photo & vidéo
1 - Qu'est-ce que le HDR en photo et vidéo ?
2 - Spécificités des écrans et télévisions HDR
3 - Normes HDR10, HDR10+, Dolby Vision, etc.

 

- Guide d'achat 2021 des écrans !
- Mes 77 tests d'écrans et de portables !
- Comment choisir son écran ? Quelques conseils... (Vidéo Youtube avec Olivier Schmitt)

- Comment calibrer son écran ? Dossier 12 pages


 

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