Quoi de neuf avec la 4K?

Cela fait quelques années que la première vague de produits AV 4K est arrivée, et pourtant, il y a encore une certaine confusion quant à la signification réelle du terme « 4K ». Cela n’aide pas qu’il y ait eu (et qu’il y ait encore) beaucoup de désinformation sur ce format d’image, depuis que les premiers écrans commerciaux et grand public avec une résolution de 3840 × 2160 pixels ont été dévoilés en 2012. Alors clarifions les choses.

Pour commencer, « 4K » est une sorte de terme fourre-tout vague. Un écran avec une véritable résolution 4K aura 4096 pixels horizontaux et 2160 pixels verticaux, ce qui est un format cinéma. La version de « 4K » que nous connaissons mieux est définie par la Consumer Technology Association comme « Ultra HDTV ». Les écrans et les signaux d’affichage (et de nombreux capteurs de caméra UHD) classés comme Ultra HD ont 3840 pixels horizontaux et 2160 pixels verticaux. Pas tout à fait un vrai 4K, mais assez proche pour nos besoins.

Maintenant, voici où les choses se compliquent. Un signal d’affichage Ultra HD a quatre fois plus de pixels dans une seule image qu’un signal vidéo Full HD ; 9,9 millions contre 2,48 millions. C’est une augmentation considérable de la charge utile, et cela crée un défi de limite de vitesse lors de l’interface, en particulier lorsque nous augmentons la fréquence d’images et la profondeur de couleur.

Il y a du vrai dans les chiffres ! Une image vidéo Full HD a un total de 2200 × 1125 pixels, y compris la suppression. Multipliez cela par une fréquence d’images de 60 Hz, en utilisant une couleur RVB 10 bits (ou 4:4:4, en utilisant une notation de diffusion), ajoutez la surcharge de bits ANSI habituelle de 20 % et vous obtenez une charge utile de 5,346 gigabits par seconde. (Appelons-le 5,4 Gb/s, pour simplifier).

Comment en sommes-nous arrivés à ce chiffre ? Eh bien, 2200 pixels × 1125 pixels × 60 = 148,5 MHz, qui est une fréquence d’horloge de pixel courante pour la Full HD. Ensuite, nous multiplions 148,5 par 3, car nous utilisons la couleur RVB. Et nous multiplions ensuite ce produit par 12 (couleur 10 bits + 2 bits en surcharge) pour arriver à notre nombre final : 5,4 Gb/s de données. Cela peut facilement passer par une connexion HDMI 1.4, qui a un débit maximum de 10,2 Gb/s.

D’accord, il est temps de quitter notre Honda Civic et d’entrer dans une BMW M3 haute performance. Notre signal Ultra HD a un total de 4400 pixels horizontaux et 2250 pixels verticaux avec suppression. Le rafraîchissement de ce signal 60 fois par seconde nous donne une horloge de pixel de 594 MHz, et en utilisant la couleur RVB 10 bits, nous avons maintenant un débit de données soutenu de 21,384 Gb/s. Ouah! (Sans surprise, c’est quatre fois plus rapide que notre calcul de signal Full HD.)

C’est beaucoup trop rapide pour HDMI 1.4. En fait, c’est même trop rapide pour la version HDMI 2.0, qui ne peut pas transporter les données plus vite que 18 Gb/s. (C’est pourquoi une version plus récente et plus rapide de HDMI – v2.1 – vient tout juste d’arriver sur le marché.) Hmmm… avons-nous vraiment besoin de couleurs RVB 10 bits pour les applications quotidiennes ? Probablement pas, alors ramenons la profondeur de bits à 8 bits par couleur, ce qui devrait suffire pour les graphiques et les images haute résolution.

Calibrer les calculs de cette façon fait chuter notre débit binaire à 17,82 Gb/s, ce qui nous place dans la limite de vitesse de HDMI 2.0. Nous pouvons également descendre encore en réduisant la résolution des couleurs à 4:2:2 ou 4:2:0. Un signal Ultra HD 10 bits avec couleur 4:2:2 a un débit de données de 14,26 Gb/s, tandis qu’une version 10 bits 4:2:0 réduit ce nombre à 10,7 Gb/s.

Et nous pouvons réduire encore plus le débit de données en réduisant la fréquence d’images de moitié à 30 Hz. Au départ, c’est ce que de nombreuses sociétés de gestion de signaux ont fait pour prendre en charge les signaux Ultra HD tout en conservant l’interface HDMI 1.4. Mais à mesure que nos écrans d’affichage deviennent plus grands (et ils deviennent BEAUCOUP plus grands), des fréquences d’images plus faibles avec des champs de vision plus larges peuvent produire un scintillement notable. Ce phénomène a été observé pour la première fois par le diffuseur japonais NHK alors qu’il commençait à diffuser des émissions de télévision 8K… mais c’est une autre histoire.

Nous voulons donc nous en tenir à une fréquence d’images d’au moins 60 Hz pour notre moniteur LCD Ultra HD de 85 pouces ou notre mur LED Ultra HD de 120 pouces. Nous aurons certainement besoin de produits de gestion du signal équipés de HDMI 2.0, au minimum. Ce faisant, nous pouvons accueillir des postes de travail graphiques et des ordinateurs portables plus puissants, où nous pouvons définir la profondeur de bits pour s’adapter à la bande passante de notre système. Nous pouvons également diffuser des vidéos Ultra HD à partir de supports physiques et de plateformes de streaming, où la résolution couleur la plus courante est 4:2:0. Encore une fois, un ajustement facile pour notre système.

« Attendez là « , vous pensez probablement. « D’où vient toute cette demande d’Ultra HD ? » Il est temps de se réveiller : les systèmes de contrôle et de surveillance, tels que ceux utilisés par les agences de la circulation et les systèmes de contrôle de processus, ont toujours besoin de plus de pixels à l’écran. Les joueurs recherchent toujours plus de pixels sur l’écran à des taux de rafraîchissement plus rapides avec une faible latence. Il en va de même pour les entreprises engagées dans l’exploration énergétique, la visualisation et la réalité virtuelle, la modélisation 3D et l’imagerie médicale. Vous connaissez le vieil adage : vous ne pouvez JAMAIS avoir assez de pixels.

Et comme nous venons de le lire, l’industrie audiovisuelle passe rapidement aux écrans Ultra HD alors que les « usines » asiatiques de panneaux d’affichage éliminent progressivement les panneaux Full HD sans profit et accélèrent la production de panneaux Ultra HD. Cela signifie des tailles d’écran unique et de téléviseur allant jusqu’à 98 pouces utilisant la technologie LCD et OLED, et des murs d’affichage LCD/OLED en mosaïque – plus des murs LED – qui ont un nombre de pixels 4K, 8K et même plus élevé. Si vous cherchez à construire un nouveau système de distribution de signal, c’est un pari sage contre l’avenir de prendre en charge les bandes passantes plus élevées requises pour l’Ultra HD, tout au long de chaque connexion.

Le sélecteur/scaler de présentation VP-551X 8×2 4K de Kramer est bien adapté à cet usage, équipé de huit entrées HDMI 2.0 discrètes avec audio intégré et prise en charge native des résolutions couleur 4:4:4 et 4:2:0 . En plus d’une sortie HDMI 2.0, il fournit également une sortie HDBaseT pour 4K/30 RVB ou 4K/60 4:2:0.

Plus important encore, tous les ports HDMI sont compatibles avec le HDR10, une norme pour les métadonnées statiques requises pour afficher des vidéos à plage dynamique élevée. Le HDR devient une partie intégrante de la production et de l’affichage Ultra HD, permettant la reproduction d’une gamme beaucoup plus large de valeurs de luminance, du noir au blanc complet et spéculaire. Le VP-551X passe également les formats Dolby TrueHD et DTS-HD Master Audio, communs avec les médias physiques et la lecture en continu.

Il existe d’autres produits pratiques pour votre système de gestion de signal Ultra HD. Les nouveaux 676T et 676R de Kramer sont des extendeurs de signal à fibre optique plug-and-play qui acceptent les prises optiques de type LC et fonctionnent avec une fibre multimode ou monomode, fournissant des extensions de signal jusqu’à 32 kms avec le fonctionnement monomode. La beauté de la fibre optique est qu’elle n’a pratiquement aucun problème de limite de vitesse, contrairement aux extendeurs de signal à base de fil de cuivre qui s’étendent sur plusieurs centaines de pieds au maximum.

Vous avez également la possibilité d’acheminer vos signaux Ultra HD via une connexion Ethernet 10 gigabits en utilisant l’émetteur-récepteur de streaming vidéo Kramer KDS-8F SDVoE. En tant qu’encodeur, il encode et diffuse les signaux HDMI ou DisplayPort avec le contrôle infrarouge, le contrôle RS-232, l’audio analogique et l’USB 2.0 bidirectionnel sur un réseau IP, à l’aide d’une fibre optique enfichable petit format (SFP). Le KDS-8F peut également fonctionner comme un récepteur pour décoder tous les formats de signal mentionnés ci-dessus vers un port HDMI avec des connexions audio discrètes, IR et RS-232.

Et « quoi de neuf » avec le 4K ces jours-ci. La demande de plus de pixels, actualisés à des taux plus rapides avec une plus grande profondeur de couleur, ne ralentit pas. (Saviez-vous que des caméras 8K sont maintenant utilisées pour inspecter les canalisations d’égout ? C’est vrai ! Mais c’est une autre histoire…)