Histoire et ingénierie
En 2008, alors que la pellicule régnait en maître sur le cinéma, un nouvel acteur, Red Digital Cinema, sortait de nulle part la Red One, une caméra numérique professionnelle enregistrant en 4,5K. La même année, le Canon 5D Mark II fut le premier DSLR capable de filmer en vidéo HD. Il y a 12 ans donc, cet appareil « vidéo » utilisait déjà un capteur plein format de 21 Mpixels, soit environ 6,5K. La course à la résolution était lancée.
Pourtant l’augmentation de la résolution des capteurs se heurte à plusieurs obstacles techniques, dont la puissance de calcul, le débit vidéo (vitesse d’écriture et capacité de stockage) et la réduction de la taille des photosites qui réduit également la sensibilité et la dynamique de la caméra. Cependant les solutions sont vite arrivées.
La puissance de calcul double presque chaque année suivant la loi de Moore, et les cartes SD et disques SSD aujourd’hui permettent de stocker 1 ou 2 TB avec des vitesses d’écriture vertigineuses (de l’ordre du Gb/s). Quant à la taille du pixel, il a suffi d’augmenter la taille des capteurs 2/3’’ au S35 puis au plein format, pour pouvoir ajouter des pixels sans trop diminuer leur taille.
Aussi la miniaturisation de l’électronique embarquée dans chaque photosite permet d’augmenter la surface photosensible et donc la sensibilité et la dynamique. Si bien qu’aujourd’hui, 400+ ISO et 12+ diaphs de dynamique sont choses courantes, même sur les appareils photo hybrides.
Un autre accélérateur du développement de la très haute résolution est sans doute l’argument marketing : communiquer sur la résolution est plus efficace que de disserter des bienfaits du HDR ou d’un nouvel espace couleur. Il est aisé de faire comprendre que 16 Mpixels, c’est mieux que 8. L’argument est parfaitement exploité par les fabricants de téléphones portables.
Que peut-on faire de tous ces pixels ?
La résolution des capteurs paraît superflue par rapport au besoin réel, et pourtant voici quelques exemples de ce que permettent les très grandes résolutions.
Le suréchantillonnage
Pour faire une image Full HD, un mono-capteur Full HD n’est pas suffisant (idem pour la 4K). En effet, à cause du filtre de Bayer, le mono-capteur produit un image verte incomplète (un pixel sur deux seulement), et des images bleues et rouges encore plus incomplètes (un pixel sur quatre). La débayerisation qui reconstitue l’image RVB ne permet pas de retrouver avec précision toutes les informations manquantes. Pour pouvoir réellement mesurer 1 000 lignes TV sur une image (critère du Full HD), il faudra donc un mono-capteur de 1 400 lignes environ.
C’est pour cette raison que le capteur de l’Alexa d’Arri utilise 2,8K pour enregistrer une vraie résolution 2K, ou encore, chez Panasonic et Canon se trouvent des capteurs 5,7K et 5,9K conçus pour enregistrer une vraie image 4K. Il est intéressant de noter que la plupart des caméras dites « 4K » (car équipées d’un capteur 4K) ne produisent pas une véritable image 4K, équivalente à quatre images Full HD. Il suffirait de diviser l’image 4K en quatre, pour se rendre compte que chacune présente un déficit de résolution par rapport au Full HD.
Un capteur 6K n’est donc pas superflu pour obtenir une vraie résolution 4K. De même, la nouvelle caméra de Blackmagic équipée d’un capteur 12K permettra d’obtenir une image véritablement 8K.
Des rapports de forme (« aspect ratio ») variés
Les caméras doivent être capables d’enregistrer différents formats qui ne sont pas le format natif du capteur (c’est-à-dire souvent 16:9 ou 17:9 pour la HD/UHD ou 1,5 pour le 24 x 36 mm). Dans le cas de l’anamorphique, seuls les pixels compris dans une zone d’aspect 4:3 du capteur seront utilisés. Dans le cas du 2:39 (cinémascope) sans anamorphose, le haut et le bas du capteur ne seront pas utilisés, ou coupés en-postprod. Un capteur de très haute résolution permet donc d’obtenir toutes sortes de valeurs de crop et de rapports de forme, tout en conservant une définition suffisante.
Extraire plusieurs valeurs de plan ou recadrer
Pour certaines captations (interview), il est courant de poser deux caméras pour avoir deux valeurs de plans et rendre le montage plus dynamique. La 4K permet de remplacer deux caméras HD par une seule caméra 4K, et d’ajouter une valeur de plan au montage en recadrant dans l’image 4K.
Aussi, pour tous types de production, la très haute résolution permet de recadrer un plan par choix artistique, ou par nécessité (perche micro dans le cadre…) en « croppant » en postprod, tout en conservant une très haute définition. Enfin, les productions hollywoodiennes apprécient les images 5K, 6K ou plus, lorsqu’il s’agit de faire des fonds verts ou des VFX de la meilleure qualité possible.
Application « 8K ROI » pour la TV HD
Ce concept de recadrage, poussé un cran au-dessus, permet aujourd’hui à Panasonic de proposer un système de captation live innovant appelé « 8K ROI » (Region of Interest) dans lequel une seule caméra 8K permet de remplacer cinq caméras HD. En effet une caméra compacte équipée d’un capteur S35 envoie une image 8K vers une unité de traitement (CCU), un opérateur peut alors aller chercher jusqu’à cinq valeurs de plans, (cinq zones de recadrage) de tailles et résolutions diverses, les déplacer en direct, à l’aide d’un joystick, de presets ou par auto-tracking, et ainsi fournir cinq images HD distinctes à la régie vidéo.
Bientôt la TV UHD 8K ?
La TV UHD 4K est en bonne voie pour supplanter la TV HD. Difficile d’acheter aujourd’hui un téléviseur ou une caméra qui ne soit par estampillée « 4K ». L’apport de l’UHD n’est pas seulement la résolution mais aussi l’espace couleur étendu (BT2020) la dynamique améliorée (HDR) et la vitesse d’image (objectif 100 im/s). En cela, le bénéfice par rapport à la HD est certain.
Quid de la TV 8K ? La TV UHD 8K (7 680 x 4 320) est déjà standardisée (SMPTE ST-2036) et si cela paraît lointain, en réalité, tous les outils existent déjà. En 2019, France Télévisions a testé avec succès un workflow de production et de distribution 8K complet, sur Roland-Garros, avec caméras Sharp 8K, montage, encodage live, transcodage, transmission en 5G (Nokia/Orange), RA (réalité augmentée) et diffusion en direct, VOD, replay, sur tablette, smartphone ou TV 8K.
Quel est l’intérêt de regarder de la 8K sur une tablette « seulement » HD ? En fait, un lecteur 8K permet de zoomer à 400 % et de se promener dans l’image 8K qui est virtuellement 16 fois plus grande que l’écran HD de la tablette. Si l’intérêt est limité pour un film ou une série, cela prend tous son sens sur des événements sportifs, concerts, théâtre, etc.
En été 2020, sans les restrictions sanitaires, la NHK (TV japonaise) aurait déjà permis de voir les JO de Tokyo en 8K, retransmis par des satellites japonais 8K en orbite depuis 2018, sur une chaîne 8K déjà opérationnelle au Japon.
Côté grand public, une dizaine de modèles de TV 8K pour des tailles allant de 55” (138 cm) à 98” (248 cm), fabriquées par Sony, Samsung, LG et TCL sont déjà disponibles à la vente. Des analyses de marché prédisent 31 millions d’unités vendues d’ici 2025. Sony et Microsoft ont annoncé la compatibilité 8K pour leur PlayStation 5 et Xbox Serie X.
Si les contenus 8K sont encore quasi inexistants, les téléviseurs proposent un upscaling de l’UHD 4K. Samsung proposant même un upscaling de formats 4K, HD et même SD, basé sur l’intelligence artificielle. La puce Samsung a avalé des milliers d’images 8K dégradées pour apprendre à les upscaler. Il en sort 256 algorithmes mémorisés par la puce pour un résultat optimal, en temps réel.
Alors, que va apporter la TV 8K ? Toujours plus de réalisme ? La légende raconte que la limite de la 4K se fait sentir lorsque l’écran dépasse 65”. La littérature nous dit que pour pouvoir profiter de la 4K, il faudrait être à une distance maximum de 1,5 fois hauteur de l’écran, soit 1,20 m pour un 65”. Pour la 8K cette distance sera réduite de moitié, soit 60 cm. En théorie, le spectateur profitera donc des détails apportés par la 8K s’il est à maximum 60 cm de son écran de 65”. Ce qui présente un autre avantage, celui de pouvoir régler son écran sans se lever du fauteuil quand la télécommande n’a plus de pile…
Article paru pour la première fois dans Moovee #5, p.25/27. Abonnez-vous à Moovee (6 numéros/an) pour accéder, dès leur sortie, à nos articles dans leur intégralité.
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