En avant et vers le haut

Nous avons récemment assisté à la conférence technologique annuelle de la Society of Motion Picture & Television Engineers à Los Angeles. La SMPTE organise cet événement depuis des décennies et il attire les meilleurs et les plus brillants pour parler des progrès dans tous les domaines, de la production télévisuelle et cinématographique à la science visuelle humaine, des progrès de l’audio, de la compression et de la transmission vidéo, et dernièrement, de la promotion du domaine auprès des femmes et diplômés universitaires.

Une session de communications invitées, en particulier, s’est démarquée cette année et s’est concentrée sur la télévision 8K. Les lecteurs réguliers de ce blog se souviendront peut-être qu’une grande partie de la recherche et du développement dans ce domaine est entreprise par NHK, le réseau de diffusion national japonais. NHK a commencé son travail en 1995, atteignant d’abord une résolution 4K dans les capteurs de caméra en 2004, puis introduisant son premier capteur de caméra 8K en 2006.

Dès lors, ils ont conçu et construit un système de caméra 8K de 1,8 kg, poussé les vitesses des capteurs jusqu’à 480 Hz et créé un produit de conversion descendante simultanée qui ingère la vidéo 8K et la ressort à la résolution native, à la résolution 4K et à la résolution Full HD. Comme vous pouvez l’imaginer, cela nécessite une tonne de puissance de traitement !

Lors de la session de cette année, un conférencier de la NHK a détaillé son travail sur les capteurs de caméra de nouvelle génération pour 8K qui intègrent une couche de film photoconducteur organique (OPF) unique pour augmenter la sensibilité tout en minimisant le bruit. C’est un véritable défi lorsque l’on travaille avec de petits capteurs de caméra – les capteurs Super 35 pour la production 4K (Ultra HD) sont déjà bourrés de minuscules photosites, un casse-tête de conception pour les ingénieurs de caméra. Maintenant, imaginez qu’on vous demande de doubler le nombre de pixels dans un capteur de même taille, où le pixel moyen mesure environ 3 micromètres !

Le deuxième article décrivait un nouveau capteur de caméra 8K de 1,25″ capable d’enregistrer des vidéos à des fréquences d’images aussi élevées que 480 Hz, soit huit fois plus rapidement que les capteurs conventionnels. Grâce à ce capteur, les mouvements rapides peuvent être capturés avec un minimum de flou et des détails très fins. La vidéo capturée est convertie dans la caméra à 120 Hz pour un enregistrement et une lecture éventuels. Comme vous pouvez le deviner, les données provenant du capteur de la caméra sont un jaillissement : non compressées, avec un échantillonnage de couleurs 10 bits 4:2:2, elles approchent les 100 gigabits par seconde (Gb/s), soit plus de deux fois plus vite que la dernière version de HDMI (2.1) peut gérer.

Le document final de la NHK parlait de la mise en place du premier système de diffusion par satellite 4K/8K à plein temps au monde, qui a été lancé en décembre 2018. Outre les défis techniques de la bande passante (la polarisation circulaire gauche et droite de la radio était nécessaire pour transporter toutes les données du signal), il y avait un obstacle supplémentaire : de nombreux résidents vivent dans des immeubles d’appartements plus anciens, ce qui complique le processus de mise à niveau de l’infrastructure du câble. Il a finalement été résolu en installant des lignes parallèles de fibre optique plastique (POF ou Toslink) aux côtés de câbles coaxiaux, de téléphones et de lignes électriques existants.

Où est la pertinence pour notre industrie ? Considérez qu’il y a dix ans, la vidéo Ultra HD et 4K était en grande partie une expérience de laboratoire pour beaucoup d’entre nous. En 2019, nous commencions tout juste à nous habituer à gérer les signaux Full HD sur les systèmes de distribution et d’interfaçage des signaux, à lutter contre la profondeur de couleur et les fréquences d’images variables, sans parler des limites et des faiblesses du HDMI.

Pourtant, trois ans plus tard, les premiers moniteurs Ultra HD commerciaux sont arrivés. Une décennie plus tard, l’Ultra HD est devenue la résolution par défaut de la plupart des moniteurs et écrans AV commerciaux pour les téléviseurs grand public. Tout comme nous l’avons fait en 2009, nous sommes aux prises avec les mêmes problèmes de gestion du signal, les profondeurs de bits de couleur, les taux de rafraîchissement et une toute nouvelle version de HDMI… qui n’est même pas prête à gérer les débits binaires plus élevés que la vidéo 4K nécessite pour des fréquences d’images plus élevées et des profondeurs de bits de couleur plus élevées.

Ainsi, pendant que nous nous agitons, discutons, nous plaignons et essayons de nous adapter à ce dernier saut de résolution à 4K, il y a un pays qui travaille déjà à TWICE qui a une résolution vidéo pour l’acquisition, l’édition, le stockage et la distribution à la maison. Il n’y a aucune raison de penser que nous finirons par les rattraper – les premiers téléviseurs 8K ont déjà été lancés sur le marché nord-américain plus tôt cette année, et nous constatons un intérêt précoce pour les écrans 8K pour des installations spécialisées telles que la commande et le contrôle, la surveillance, la visualisation et la réalité augmentée, et (surtout) la visualisation 3D à l’aide d’écrans autostéréo.

Les sceptiques peuvent se moquer de tout ce qu’ils veulent, mais cette poussée sans fin vers le haut et vers l’avant dans la résolution spatiale ne va pas s’arrêter. Au contraire, un élan supplémentaire sera fourni par des améliorations telles qu’une plage dynamique élevée, des gammes de couleurs plus larges et une vidéo à fréquence d’images élevée. (Saviez-vous que, à mesure que les écrans d’affichage s’agrandissent et que les champs de vision s’élargissent, tout scintillement dans les images créé par des saccades et des fréquences d’images plus lentes devient de plus en plus perceptible ? La NHK a étudié ce phénomène et a conclu qu’une fréquence d’images minimale de 80 Hz était nécessaire pour 4K et 8K sur les grands écrans.)

Et comme d’habitude, nous serons censés interfacer et transporter ces signaux. La norme SMPTE SDI pour UHD (12G SDI) est déjà inadéquate pour les connexions numériques série filaires, ayant un débit de données maximum de 11,88 Gb/s. Cela a amené les fabricants de caméras 8K à utiliser quatre ports SDI 12G distincts et une légère compression intégrée à la caméra pour enregistrer des vidéos 8K/60 avec des couleurs 10 bits 4:2:2 (débit de données non compressé de 47,7 Gb/s). Et cela a également ravivé l’intérêt pour la dernière norme SMPTE pour SDI, 24G (23,76 Gb/s, probablement sur fibre optique).

Cela devrait être intéressant à observer, d’autant plus que notre industrie travaille toujours autour de l’interface HDMI 2.0 basée sur TMDS (18 Gb/s) vieille de six ans, est encore largement allergique à la fibre optique et promeut une vidéo AV/IT codec à peine assez rapide pour compresser une vidéo 4K/60 10 bits 4:4:4 via un commutateur réseau 10 gigabits.

Vous ressentez déjà le besoin de vitesse?