Factornews déterre la HDgueR

Commençons par la meilleure définition du HDR venant tout droit de la doc d'Nvidia pour la GeForce 6800. En termes simples, grâce au HDR:

• Les choses brillantes peuvent être vraiment brillantes
• Les choses sombres peuvent être vraiment sombres
• Et on ne perd pas de détails dans les deux cas

Le meilleur moyen de comprendre le HDR est de prendre des photos avec votre smartphone avec et sans la fonction HDR. Composez un plan comportant une source de lumière vive comme une lampe et une zone sombre comme un placard ouvert. Sans HDR, l'appareil a deux choix : se focaliser sur la lampe et ou se focaliser sur le placard. Dans le premier cas, la photo sera sous-exposée et vous ne verrez rien dans le placard.

Dans le deuxième cas, la photo sera sur-exposée et vous ne verrez pas votre lampe. Avec HDR, votre appareil va prendre plusieurs photos à différentes expositions et les combiner pour créer une image dont la lumière semble naturelle et qui conserve tous les détails. Les joueurs PC ont découvert le terme HDR via la démo Half-Life 2 : Lost Coast en 2005. Elle servait à démontrer le même principe appliqué aux jeux vidéo. Bien entendu, comme la caméra d'un moteur 3D sans ray-tracing ne capture pas réellement de lumière, le tout était simulé à base de shaders mais le résultat était sacrément probant. Et de nos jours tous les moteurs modernes supportent le HDR.



Pour les films et les séries, les caméras numériques modernes de Sony, Arri ou Red savent capturer en HDR via des formats propriétaires de différentes manières. Chez Red par exemple, on capture la blinde d'images à la seconde à différentes expositions comme en photo mais on sauve les images "supplémentaires" sur des pistes séparées afin de régler le HDR en post-production. Donc en résumé, on sait produire du contenu HDR mais il manque un élément essentiel à la chaine : le diffuseur.

La grosse majorité des moniteurs et TV actuels utilisent des cristaux liquides (LCD) afin de créer les belles images envoyées à vos yeux. Mais les cristaux liquides en question ne créent pas leur propre lumière. C'est pour cela qu'on y voyait que dalle sur une console portable comme le Game Boy Advance. Il faut éclairer les cristaux ce qui se fait généralement en collant une lampe derrière d'où le nom rétro-éclairage. Pendant longtemps on utilisait des lampes fluorescentes. Elles étaient polluantes, elles consommaient la blinde d'électricité et elles crevaient relativement vite.



Mais surtout le rétro-éclairage était uniforme donc quand vous augmentiez la luminosité, toute l'image devenait délavée. Et comme le rétro-éclairage était toujours actif, les noirs d'une image n'étaient jamais vraiment noirs mais plus un genre de gris foncé. Si on reprend notre définition initiale du HDR, ce type de rétro-éclairage ne peut tout simplement pas afficher du contenu HDR. Puis on est passé aux diodes électroluminescentes (LED). Quand on parle de LED TV, il s'agit toujours d'un écran LCD mais qui utilisent des LEDs pour le rétro-éclairage.

Notez le pluriel. Les TVs modernes comportent une batterie de LEDs et peuvent les contrôler indépendamment et en fonction de ce qui est affiché. Par exemple sur une zone sombre d'une image, la TV va minimiser voir désactiver les LEDs derrière. On parle alors de zones d'assombrissement local. Plus les LEDs sont petites, plus il y en a et plus il y a de zones d'assombrissement local. De nos jours on parle de mini-LEDS et les TVs de 2021 ont plus d'une centaine de zones d'assombrissement local. Accessoirement les LEDs peuvent être très brillantes.



Dans les TVs OLED, chaque pixel est une diode électroluminescente organique qui émet à la fois sa propre couleur et sa propre lumière. Donc les TVs OLED n'ont pas besoin de rétro-éclairage et la luminosité de chaque pixel dépend directement du contenu affiché. Du coup un pixel noir est un pixel éteint ce qui produit des noirs parfaits. Le rapport entre la partie la plus brillante d'une image et la partie la plus sombre est le contraste. Une des premières certifications HDR expliquait que le contraste d'une TV LED doit être de 20 000:1 (1000 cd/m2 pour les zones les plus brillantes et un niveau de noir de 0.05 cd/m2) et de 1 080 000:1 pour du OLED (550 cd/m2 pour les zones les plus brillantes et un niveau de noir de 0.0005 cd/m2). 

Ce point de détail est très important. Votre diffuseur (TV ou moniteur) peut promettre sur le papier d'afficher du contenu HDR, mais encore faut-il que les specs suivent. Prenons par exemple le standard DisplayHDR de Vesa qui s'applique aux moniteurs pour PC. Un écran DisplayHDR 400 peut en théorie afficher du contenu HDR mais ce ne sera pas une expérience géniale. Les choses commencent à être intéressantes avec DisplayHDR 1000 qui combine ce qui est décrit plus haut : plein de zones d'assombrissement local et un contraste de 20 000:1.


Mais les specs ne font pas tout. Pour afficher du contenu HDR, il faut trois choses :

• un lecteur supportant le HDR
• du contenu supportant le HDR
• un diffuseur supportant le HDR

Du contenu supportant le HDR signifie que le contenu en question (film, série, jeu...) comporte des métadonnées indiquant au diffuseur comment se comporter, à savoir quelles couleurs seront affichées et quels niveaux de luminosité seront présents (je simplifie grossièrement).

Comme d'habitude, les différents fabricants de matos ne se sont pas mis d'accord. Il y a donc plusieurs "standards" :

• HDR10 : le format le plus commun. Il est supporté par la plupart des lecteurs et des diffuseurs : TVs, consoles (sauf la Switch bien entendu), smartphones, cartes graphiques (Nvidia et AMD), etc. Cependant il est limité car il utilise des métadonnées dites "statiques" à savoir qu'elles sont les mêmes pour toute la durée d'un film. 
• HDR10+ : une évolution du HDR10 créé par Samsung et Amazon. Il est donc supporté uniquement par le matos des deux constructeurs (TVs, smartphones, Fire TV...). Il ajoute des métadonnées dynamiques qui changent en fonction des scènes.
• Dolby Vision : le concurrent de HDR10+ supporté par tout ce qui n'est pas Samsung. En plus de supporter les métadonnées dynamiques, il supporte 12 bits par couleur contre 10 pour l'HDR10/10+.
• HLG : Hybrid Log-Gamma est supporté quasiment partout et sert avant tout à la télévision classique.

Au niveau du contenu, les choses sont assez simples vu que quasiment tous les services de VOD et de SVOD supportent HDR10. Amazon Prime Video supporte en plus HDR10+ tandis que Apple TV+, Disney+ et Netflix supportent en plus le Dolby Vision. Mais la bonne nouvelle est que le HDR10+ comme le Dolby Vision sont rétro-compatibles avec HDR10 et basculent donc sur ce format si votre TV ne supporte pas les formats "avancés". La mauvaise est que c'est donc le plus mauvais format qui domine...

Au niveau des jeux vidéo, les consoles et PC envoient du HDR10 et les Xbox Cerises sont capables en plus d'envoyer du Dolby Vision. A noter que ce n'est pas parce qu'un jeu fait du rendu HDR à la Lost Coast qu'il envoie des informations HDR au diffuseur... Il faut que les développeurs implémentent les métadonnées. Windows 11 comme les Xbox Cerises peuvent faire le boulot automatiquement au niveau de l'OS via l'auto-HDR qui fonctionne plutôt bien.