Vidéo haute définition - High-definition video

La vidéo haute définition ( vidéo HD ) est une vidéo d'une résolution et d'une qualité supérieures à la définition standard . Bien qu'il n'y ait pas de signification normalisée pour la haute définition , généralement toute image vidéo avec beaucoup plus de 480 lignes de balayage verticales (Amérique du Nord) ou 576 lignes verticales (Europe) est considérée comme haute définition. 480 lignes de balayage est généralement le minimum même si la majorité des systèmes dépassent largement ce chiffre. Les images de résolution standard capturées à des vitesses plus rapides que la normale (60 images/seconde en Amérique du Nord, 50 ips en Europe) par une caméra haute vitesse peuvent être considérées comme haute définition dans certains contextes. Certaines séries télévisées tournées en vidéo haute définition sont conçues pour donner l'impression d' avoir été tournées sur pellicule , une technique souvent appelée filmage .

Histoire

Le premier format de balayage électronique, 405 lignes , était le premier système de télévision « haute définition », car les systèmes mécaniques qu'il remplaçait en avaient beaucoup moins. À partir de 1939, l'Europe et les États-Unis ont essayé les lignes 605 et 441 jusqu'à ce que, en 1941, la FCC en impose 525 pour les États-Unis. En France en temps de guerre, René Barthélemy a testé des résolutions plus élevées, jusqu'à 1042. Fin 1949, les transmissions officielles françaises commencent enfin avec 819 . En 1984, cependant, cette norme a été abandonnée pour la couleur 625 lignes sur le réseau TF1 .

Analogique

Les spécifications HD modernes datent du début des années 1980, lorsque les ingénieurs japonais ont développé la norme de télévision entrelacée HighVision à 1 125 lignes (également appelée MUSE ) qui fonctionnait à 60 images par seconde. Le système Sony HDVS a été présenté lors d'une réunion internationale d'ingénieurs en télévision à Alger en avril 1981 et la NHK japonaise a présenté son système de télévision analogique haute définition (HDTV) lors d'une conférence suisse en 1983.

Le système NHK a été normalisé aux États-Unis en tant que norme #240M de la Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) au début des années 1990, mais abandonné plus tard lorsqu'il a été remplacé par une norme analogique DVB. La vidéo HighVision est toujours utilisable pour l'échange vidéo HDTV, mais il n'y a pratiquement aucun équipement moderne disponible pour remplir cette fonction. Les tentatives de mise en œuvre de HighVision en tant que canal de diffusion de 6 MHz ont été pour la plupart infructueuses. Toutes les tentatives d'utilisation de ce format pour la transmission TV terrestre ont été abandonnées au milieu des années 1990.

L'Europe a développé HD-MAC (1 250 lignes, 50 Hz), un membre de la famille MAC de normes vidéo hybrides analogiques/numériques ; cependant, il n'a jamais décollé en tant que format de transmission vidéo terrestre. HD-MAC n'a jamais été désigné pour l'échange vidéo, sauf par l' Union européenne de radiodiffusion .

Numérique

La vidéo numérique haute définition n'était pas possible avec la vidéo non compressée en raison des exigences de mémoire et de bande passante trop élevées, avec un débit binaire supérieur à 1 Gbit/s pour la vidéo Full HD . La TVHD numérique a été rendue possible par le développement de la compression vidéo à transformée en cosinus discrète (DCT) . Le DCT est une technique de compression avec perte qui a été proposée pour la première fois par Nasir Ahmed en 1972, et a ensuite été adaptée en un algorithme DCT à compensation de mouvement pour les normes de codage vidéo telles que les formats H.26x à partir de 1988 et les formats MPEG à partir de 1993. La compression DCT à compensation de mouvement a considérablement réduit la quantité de mémoire et de bande passante requise pour la vidéo numérique, capable d'atteindre un taux de compression de données d'environ 100:1 par rapport à la vidéo non compressée. Au début des années 1990, la compression vidéo DCT avait été largement adoptée comme norme de codage vidéo pour la TVHD.  

Les normes vidéo haute définition actuelles en Amérique du Nord ont été élaborées au cours du processus de télévision avancé lancé par la Federal Communications Commission en 1987 à la demande des radiodiffuseurs américains. En substance, la fin des années 1980 a sonné le glas de la plupart des technologies analogiques haute définition qui s'étaient développées jusqu'alors.

Le processus FCC, dirigé par l' Advanced Television Systems Committee (ATSC) a adopté une gamme de normes allant de la vidéo entrelacée à 1 080 lignes (un descendant technique du système analogique original NHK 1125/30 Hz) avec une fréquence d'images maximale de 30 Hz, ( 60 trames par seconde) et une vidéo de 720 lignes, balayée progressivement, avec une fréquence d'images maximale de 60 Hz. En fin de compte, cependant, la norme DVB de résolutions (1080, 720, 480) et les fréquences d'images respectives (24, 25, 30) ont été adoptées en collaboration avec les Européens qui ont également été impliqués dans le même processus de normalisation. La FCC a officiellement adopté la norme de transmission ATSC en 1996 (qui comprenait à la fois les normes vidéo HD et SD ).

Au début des années 2000, il semblait que le DVB serait la norme vidéo dans le futur. Cependant, le Brésil et la Chine ont adopté des normes alternatives pour la vidéo haute définition qui excluent l'interopérabilité qui était espérée après des décennies de diffusion TV analogique largement non interopérable.

Détails techniques

Ce graphique montre les résolutions d'affichage les plus courantes , avec la couleur de chaque type de résolution indiquant le rapport d'affichage (par exemple, le rouge indique un rapport 4:3)

La vidéo haute définition (préenregistrée et diffusée) se définit en trois volets, par :

• Le nombre de lignes dans la résolution d'affichage verticale . La résolution de la télévision haute définition (TVHD) est de 1 080 ou 720 lignes. En revanche, la télévision numérique ordinaire (DTV) compte 480 lignes (sur lesquelles NTSC est basé, 480 lignes de balayage visibles sur 525) ou 576 lignes (sur lesquelles PAL/SECAM est basé, 576 lignes de balayage visibles sur 625). Cependant, étant donné que la HD est diffusée en numérique, son introduction coïncide parfois avec l'introduction de la télévision numérique. De plus, la qualité DVD actuelle n'est pas haute définition, bien que les systèmes de disques haute définition Blu-ray Disc et HD DVD le soient.
• Le système de balayage : balayage progressif (p) ou balayage entrelacé (i) . Le balayage progressif (p) redessine un cadre d'image (toutes ses lignes) lors du rafraîchissement de chaque image, par exemple 720p/1080p. Le balayage entrelacé (i) dessine le champ d'image une ligne sur deux ou des lignes « impaires » pendant la première opération de rafraîchissement d'image, puis dessine les lignes « paires » restantes lors d'un deuxième rafraîchissement, par exemple 1080i. Le balayage entrelacé donne une résolution d'image si le sujet ne bouge pas, mais perd jusqu'à la moitié de la résolution et subit des artefacts de "peignage" lorsque le sujet bouge.
• Le nombre d'images ou de trames par seconde ( Hz ). En Europe, système de télédiffusion plus courant (50 Hz) et aux États-Unis (60 Hz) . Le format 720p60 est de 1 280 × 720 pixels , encodage progressif à 60 images par seconde (60 Hz). Le format 1080i50/1080i60 est de 1920 × 1080 pixels, encodage entrelacé avec 50/60 champs, (50/60 Hz) par seconde. Deux trames entrelacées formulent une seule trame, car les deux trames d'une trame sont décalées temporellement. Les trames déroulantes et les trames segmentées sont des techniques spéciales qui permettent de transmettre des trames complètes au moyen d'un flux vidéo entrelacé.

Souvent, le débit est déduit du contexte, généralement supposé être soit 50 Hz (Europe) ou 60 Hz (USA), sauf pour 1080p , qui désigne 1080p24, 1080p25 et 1080p30, mais aussi 1080p50 et 1080p60.

Une fréquence d'images ou de trame peut également être spécifiée sans résolution. Par exemple, 24p signifie 24 images de balayage progressif par seconde et 50i signifie 25 images progressives par seconde, consistant en 50 trames entrelacées par seconde. La plupart des systèmes HDTV prennent en charge certaines résolutions et fréquences d'images ou de trame standard. Les plus courantes sont indiquées ci-dessous. Les signaux haute définition nécessitent un téléviseur ou un écran d'ordinateur haute définition pour être visionnés. La vidéo haute définition a un rapport hauteur/largeur de 16:9 (1,78:1). Le rapport hauteur/largeur d'un film grand écran ordinaire tourné aujourd'hui est généralement de 1,85:1 ou 2,39:1 (parfois traditionnellement cité à 2,35:1). La télévision à définition standard (SDTV) a un format d'image 4:3 (1,33:1), bien que ces dernières années, de nombreux diffuseurs aient transmis des programmes "pressés" horizontalement au format anamorphique 16:9 , dans l'espoir que le téléspectateur dispose d'un format 16:9. ensemble qui étend l'image à des proportions d'apparence normale, ou un ensemble qui "écrase" l'image verticalement pour présenter une vue "boîte aux lettres" de l'image, encore une fois avec des proportions correctes.

Modes vidéo haute définition courants

Modes vidéo ultra haute définition

Remarque : ^{1 L'} image est soit un cadre, soit, en cas de numérisation entrelacée, deux champs (PAIR et IMPAIR).

En outre, il existe des résolutions UltraWide moins courantes mais toujours populaires , telles que 2560 × 1080p (1080p UltraWide). Il existe également une option WQHD+ pour certains d'entre eux.

Contenu HD

Les sources d'images haute définition comprennent la diffusion terrestre, la diffusion directe par satellite, le câble numérique, les disques haute définition ( BD ), les appareils photo numériques, les téléchargements Internet et les consoles de jeux vidéo.

• La plupart des ordinateurs sont capables de résolutions HD ou supérieures via VGA , DVI , HDMI et/ou DisplayPort .
• Le disque optique Blu-ray Disc standard peut fournir suffisamment de stockage numérique pour stocker des heures de contenu vidéo HD. Les disques ou DVD numériques polyvalents (qui contiennent 4,7 Go pour une couche simple ou 8,5 Go pour une double couche) ne sont pas toujours à la hauteur du défi des ensembles haute définition (HD) d'aujourd'hui. Le stockage et la lecture de films HD nécessitent un disque contenant plus d'informations, comme un disque Blu-ray (qui contient 25 Go sous forme de couche simple et 50 Go pour une double couche) ou les disques numériques polyvalents haute définition (DVD HD) aujourd'hui disparus qui détenait 15 Go ou 30 Go dans, respectivement, des variantes à simple et double couche.

Les disques Blu-ray ont été développés conjointement par 9 partenaires initiaux, dont Sony et Phillips (qui ont développé conjointement des CD pour l'audio) et Pioneer (qui a déjà développé son propre disque laser avec un certain succès) entre autres. Les disques HD-DVD ont été principalement développés par Toshiba et NEC avec le soutien de Microsoft, Warner Bros., Hewlett Packard et d'autres. Le 19 février 2008, Toshiba a annoncé qu'il abandonnait le format et cesserait le développement, la commercialisation et la fabrication de lecteurs et de lecteurs HD-DVD.

Types de supports enregistrés

Le film photographique haute résolution utilisé pour la projection cinématographique est exposé à un taux de 24 images par seconde mais généralement projeté à 48, chaque image étant projetée deux fois, ce qui contribue à minimiser le scintillement. Une exception à cette règle était le court métrage Momentum de l'Office national du film du Canada en 1986 , qui a brièvement expérimenté à la fois le tournage et la projection à 48 images/s, dans un processus connu sous le nom d' IMAX HD .

Selon la bande passante disponible et la quantité de détails et de mouvements dans l'image, le format optimal pour le transfert vidéo est soit 720p24, soit 1080p24. Lorsqu'il est diffusé à la télévision dans les pays du système PAL, le film doit être projeté à une cadence de 25 images par seconde en l'accélérant de 4,1 %. Dans les pays de norme NTSC, le taux de projection est de 30 images par seconde, en utilisant une technique appelée pull-down 3:2. Une image de film est maintenue pendant trois champs vidéo (1/20 de seconde), et la suivante est maintenue pendant deux champs vidéo (1/30 de seconde), puis le processus est répété, obtenant ainsi le taux de projection de film correct avec deux images filmées en un douzième de seconde.

Les enregistrements plus anciens (pré-HDTV) sur bande vidéo tels que Betacam SP sont souvent au format 480i60 ou 576i50. Ceux-ci peuvent être convertis en un format de résolution plus élevée, mais la suppression de l'entrelacement pour correspondre au format 720p commun peut déformer l'image ou nécessiter un filtrage qui réduit en fait la résolution de la sortie finale.

Les enregistrements vidéo HDTV non cinématographiques sont enregistrés au format 720p ou 1080i . Le format utilisé est défini par le diffuseur (s'il s'agit d'une diffusion télévisée). En général, le 720p est plus précis avec une action rapide, car il scanne progressivement les images, au lieu du 1080i, qui utilise des champs entrelacés et peut donc dégrader la résolution des images rapides.

Le 720p est davantage utilisé pour la distribution sur Internet de vidéos haute définition, car les écrans d'ordinateur scannent progressivement ; La vidéo 720p a des exigences de décodage de stockage inférieures à celles du 1080i ou du 1080p. C'est également le support des diffusions haute définition dans le monde entier et le 1080p est utilisé pour les films Blu-ray .

HD dans le cinéma

Le film en tant que support a des limitations inhérentes, telles que la difficulté de visionner des séquences pendant l'enregistrement, et souffre d'autres problèmes, causés par un mauvais développement/traitement du film ou de mauvais systèmes de surveillance. Étant donné que les images générées ou modifiées par ordinateur sont de plus en plus utilisées dans les films et que le montage de séquences d'images se fait souvent de manière numérique, certains réalisateurs ont tourné leurs films en utilisant le format HD via des caméras vidéo numériques haut de gamme. Alors que la qualité de la vidéo HD est très élevée par rapport à la vidéo SD et offre des rapports signal/bruit améliorés par rapport à un film de sensibilité comparable, le film reste capable de résoudre plus de détails d'image que les formats vidéo HD actuels. De plus, certains films ont une plage dynamique plus large (capacité à résoudre les extrêmes des zones sombres et claires d'une scène) que même les meilleures caméras HD. Ainsi, les arguments les plus convaincants en faveur de l'utilisation de la HD sont actuellement les économies de coûts sur le stock de films et la facilité de transfert vers les systèmes de montage pour les effets spéciaux.

Selon l'année et le format dans lesquels un film a été tourné, la taille de l'image exposée peut varier considérablement. Les tailles vont de 24 mm × 36 mm pour les appareils photo VistaVision / Technirama 8 perforations (identique à un film photo 35 mm) jusqu'à 18 mm × 24 mm pour les films muets ou les appareils photo plein format 4 perforations jusqu'à 9 mm × 21 mm dans les caméras Academy Sound Aperture modifiées pour le format de perforation Techniscope 2. Les films sont également produits à l'aide d'autres calibres de film , notamment les films 70 mm (22 mm × 48 mm) ou le 55 mm rarement utilisé et le CINERAMA .

Les quatre principaux formats de film fournissent des résolutions en pixels (calculées à partir de pixels par millimètre) à peu près comme suit :

• Academy Sound (films sonores avant 1955) : 15 mm × 21 mm (1,375) = 2 160 × 2 970
• Caméra Academy US Widescreen : 11 mm × 21 mm (1,85) = 1 605 × 2 970
• Panavision anamorphique actuelle (« Portée ») : 17,5 mm × 21 mm (2,39) = 2 485 × 2 970
• Super-35 pour les tirages anamorphiques : 10 mm × 24 mm (2,39) = 1 420 × 3 390

Dans le processus de réalisation de tirages pour l'exposition, ce négatif est copié sur un autre film (négatif → interpositif → internégatif → tirage) entraînant une réduction de la résolution à chaque étape de copie d'émulsion et lorsque l'image passe à travers une lentille (par exemple, sur un projecteur). Dans de nombreux cas, la résolution peut être réduite à 1/6 de la résolution du négatif d'origine (ou pire). Notez que les valeurs de résolution pour les films 70 mm sont supérieures à celles répertoriées ci-dessus.

HD sur le World Wide Web/diffusion HD

Un certain nombre de services de streaming vidéo en ligne/à la demande et de téléchargement numérique proposent des vidéos HD, parmi lesquels YouTube , Vimeo , dailymotion , Amazon Video On Demand , Netflix Watch Instantly , Hulu , HBO Max , etc. En raison de la forte compression, le détail de l'image produit par ces formats est bien inférieur à celui de la diffusion HD, et souvent même inférieur au DVD-Vidéo (3-9 Mbit/s MP2) converti à la même taille d'image. Voici un tableau de nombreux services en ligne et de leur offre HD :

Résolutions HD du World Wide Web

HD en vidéosurveillance

Depuis la fin des années 2000, un nombre considérable de fabricants de caméras de sécurité ont commencé à produire des caméras HD. Le besoin d'une haute résolution, d'une fidélité des couleurs et d' une fréquence d'images est aigu à des fins de surveillance pour garantir que la qualité de la sortie vidéo est d'un niveau acceptable pouvant être utilisé à la fois à des fins de surveillance préventive et de preuve.

Bien que les caméras HD puissent être très efficaces à l'intérieur, des industries spéciales avec des environnements extérieurs ont nécessité la production de résolutions beaucoup plus élevées pour une couverture efficace. Les technologies de capteurs d'images en constante évolution ont permis aux fabricants de développer des caméras avec des résolutions de 10 à 20 MP, qui sont donc devenues des instruments efficaces pour surveiller de plus grandes zones.

Afin d'augmenter encore la résolution des caméras de sécurité, certains fabricants ont développé des caméras multi-capteurs. Au sein de ces appareils, plusieurs combinaisons capteur-objectif produisent les images, qui sont ensuite fusionnées lors du traitement de l'image . Ces caméras de sécurité sont capables de fournir même des centaines de mégapixels avec une fréquence d'images animée.

De telles résolutions élevées nécessitent cependant des technologies spéciales d'enregistrement, de stockage et également d'affichage de flux vidéo.

HD dans les jeux vidéo

La console de jeu PlayStation 3 et la Xbox 360 peuvent toutes deux produire du 1080p natif via des câbles HDMI ou composants, mais les systèmes ont peu de jeux qui apparaissent en 1080p ; la plupart des jeux ne fonctionnent nativement qu'à 720p ou moins, mais peuvent être upscalés à 1080p. La Wii peut produire jusqu'à 480p ( définition améliorée ) sur composant, ce qui, bien que n'étant pas HD, est très utile pour les téléviseurs HD car il évite les artefacts de désentrelacement. La Wii peut également sortir 576i et 576p dans les régions PAL .

Visuellement, le 1080p natif produit une image plus nette et plus claire par rapport au 1080p upscalé. Bien que seule une poignée de jeux disponibles aient la résolution native de 1080p, tous les jeux sur Xbox 360 et PlayStation 3 peuvent être mis à l'échelle jusqu'à cette résolution. Les jeux Xbox 360 et PlayStation 3 sont étiquetés avec la résolution de sortie au dos de leur emballage, bien que sur Xbox 360, cela indique la résolution vers laquelle il sera mis à l'échelle, pas la résolution native du jeu.

En règle générale, les jeux PC ne sont limités que par la taille de la résolution de l'écran. Les pilotes sont capables de prendre en charge des résolutions très élevées, selon le chipset de la carte vidéo. De nombreux moteurs de jeu prennent en charge des résolutions de 5760×1080 ou 5760×1200 (généralement obtenues avec trois écrans 1080p dans une configuration multi-écrans ) et presque tous affichent 1080p au minimum. 1440p et 4K sont également des résolutions généralement prises en charge pour les jeux sur PC.

Actuellement, toutes les consoles, la Wii U et la Nintendo Switch de Nintendo , la Xbox One de Microsoft et la PlayStation 4 de Sony affichent les jeux en 1080p en natif. La Nintendo Switch est un cas inhabituel, en raison de sa nature hybride à la fois de console de salon et d'ordinateur de poche : l'écran intégré affiche les jeux à 720p maximum, mais la console peut afficher nativement des images à 1080p lorsqu'elle est ancrée. La PlayStation 4 est capable d'afficher en 4K, mais uniquement pour afficher des images.

Voir également

• Accordeur ATSC
• Diffusion vidéo numérique (DVB)
• Rapports de protection des canaux DTV
• HD prêt
• Entrée HDTV et espace colorimétrique ( YPbPr / YCbCr )
• Diffusion numérique à services intégrés
• Norme fédérale des États-Unis 1037C
• Moniteur de forme d'onde

Les références

Lectures complémentaires

• "Formats d'images pour la TVHD" (PDF) . (549  KiB ) , article de la Revue technique de l' UER .
• "La Haute Définition pour l'Europe - une approche progressive" (PDF) . (207  Ko ) , article de la Revue technique de l' UER .
• "Formats d'image haute définition (HD) pour la production télévisuelle" (PDF) . (117  KiB ) , rapport technique de l' UER
• "Diffusion HDTV numérique terrestre en Europe" (PDF) ., rapport technique de l' UER

Liens externes

• ATSC