dimanche 27 mai 2012

Guide de la haute définition.



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Autrefois, de nombreux documentaires, séries et films télé étaient tournés sur pellicule. Aujourd’hui, les progrès réalisés par les technologies du numérique et de la haute définition (HD) ont mis un frein à cette tendance et le cinéma lui-même se tourne vers le format numérique grâce au développement des caméras comme la RED one, Red Scarlet, C500 de Canon et autres caméras comme l'Arri (lien sur la caméra Arriflex Alexa).
Lire l'article du télérama : "Fini la pellicule, la caméra numérique s'impose".
Si le tournage cinématographique s’effectue encore sur pellicule, c’est tout le processus intermédiaire qui est entré dans l’ère du numérique. Un nombre croissant de films, y compris le célèbre Sin City et les derniers épisodes de la Guerre des étoiles, ont été tournés à l’aide de caméras numériques et les salles de cinéma équipées de systèmes numériques se multiplient.


Le cinéma numérique possède de nombreux points en commun avec la télévision, même s’il possède ses propres normes et sa propre terminologie. Site Sony sur la haute définition, présentation de ces workflows numériques.

En télévision, une représentation exacte des images est toujours disponible. Par conséquent, les réglages et les choix s’effectuent en direct, au cours du tournage. En d’autres termes, les téléspectateurs voient plus ou moins ce que la caméra enregistre. 

L’image à l’écran est de bonne qualité, même si l’enregistrement ne présente que 8 grades de luminosité, soit un rapport de contraste de 256:1.
Ainsi, une image télé et un négatif contiennent des informations très différentes. Si 10 bits (linéaire) sont plus que suffisants pour ajuster en douceur les niveaux de contraste de l’image télé, environ 13 bits (linéaire) sont requis, en revanche, pour le négatif. Toutefois, les plus petites différences de luminosité ne pouvant être détectées que dans les zones sombres, il convient d’attribuer aux zones peu éclairées un plus grand nombre de niveaux numériques. Telle est la fonction de l’échantillonnage logarithmique.

Echantillonnage logarithmique sur 10 bits :

La quantification se rapporte à l'échantillonnage : il s'agit du nombre de bits utilisés pour réaliser l'échantillonnage numérique d'un signal.
Pour une meilleure précision et une meilleure gestion des différents niveaux de traitement post-production, les applications vidéo de studio utilisent généralement un échantillonnage à 10 bits, générant ainsi 1 024 niveaux. En principe, la distribution des niveaux entre les zones de lumière et les zones sombres s'effectue de manière linéaire (continue). Toutefois, dans le cas de la numérisation de films négatifs précédant l'intégration dans la chaîne intermédiaire numérique, la distribution s'effectue souvent sous forme logarithmique de manière à resserrer progressivement les niveaux vers les zones les plus sombres de l'image. En effet, les films négatifs comportent de nombreuses informations de contraste sur la scène d'origine, et les niveaux situés dans les zones sombres ou ombragées sont plus importants et plus visibles que ceux situés dans les zones de lumière. L'échantillonnage logarithmique redistribue les niveaux numériques disponibles en conséquence (d'où l'échantillonnage logarithmique sur 10 bits). Ce procédé est considéré aussi efficace que la quantification linéaire sur 13 bits.

Largement employé dans le cadre de la numérisation des films, l’échantillonnage sur 10 bits décrit l’image en 210 ou 1 024 nombres distincts ou niveaux de luminosité sur une échelle logarithmique, par opposition à l’échelle linéaire utilisée en télévision. Cela permet de souligner une différence essentielle entre le tournage cinéma et télé.

Au cinéma, le négatif permet de saisir autant de détails que possible dans une vaste plage de luminosité comprenant jusqu’à 11 grades différents, soit l’équivalent d’un rapport de contraste supérieur à 2000:1. La caméra peut ainsi filmer des objets en plein soleil ou dans la pénombre. Cela offre plus de liberté au moment de l’étalonnage et du réglage, avant de sélectionner le type de gamme de contraste de la copie d’exploitation qui, malgré ses limitations, doit rendre tout son effet en salle.

Comparaison des formats numériques.
2K :

Le 2K est un format d’images numérisées à partir d’une pellicule cinématographique de 35 mm, ainsi qu’un format légèrement différent pour la projection en salle de cinéma.
En termes de production, il correspond à 1 536 lignes de 2 048 pixels chacune et à une image au format d’affichage 4 x 3.

L’échantillonnage 4:4:4 RVB d’une précision logarithmique sur 10 bits permet de transmettre fidèlement la netteté et le contraste des négatifs 35 mm.
Ce format n’est pas utilisé en télévision. Il sert à la numérisation des pellicules 35 mm dans le cadre des effets spéciaux, et de plus en plus fréquemment, de l’étalonnage, du montage et de la mastérisation. Il est cependant possible de sélectionner un affichage 16:9 (1 080 x 1 920) et 4 x 3 à partir du 2K pour la distribution HD et SD à la télévision.

Enfin, ce format convient à la reconversion analogique de qualité supérieure ou à la projection directe en D-cinéma. Comme pour la pellicule, l’image d’origine ne s’affiche pas en totalité à l’écran. En projection numérique, le 2K désigne une image de 2 048 x 1 080 lignes offrant un large format d’affichage.

4K :

Le 4K correspond à un format d’images de production de films numériques de 3 072 lignes de 4 096 pixels chacune, soit quatre fois la définition du 2K. Chaque image comportant 32 Mo de données, la lecture et le traitement de rushes 4K en temps réel requièrent une station de travail puissante, sans compter un espace disque énorme.

Malgré les défis techniques à relever, un nombre croissant de professionnels préfèrent utiliser le 4K dont l’avenir semble plus prometteur. En outre, il est possible de créer en 4K des prises d’effets pouvant être réinsérées, en toute transparence, dans un film 2K. Les avantages indéniables du 4K en matière de coûts et d’utilisation laissent prévoir son développement en tant que format de mastérisation numérique, aux dépens du 2K.

CineAlta :

C’est le nom que Sony a donné à sa famille de produits qui font le pont entre le cinéma et la télévision haute définition (TVHD). La gamme inclut des caméscopes HDCAM, des magnétoscopes de studio, ainsi que des systèmes complets de production et de postproduction. La toute dernière série HDCAM SR fait la part belle au cinéma avec des taux de données d’enregistrement plus élevés et un accès direct aux images RVB d’origine, par opposition aux images au gamma corrigé utilisées en télévision.

D-cinéma et E-cinéma :

Le terme D-cinema (de l'anglais Digital Cinema), qui signifie cinéma numérique, désigne l’ensemble de la chaîne de production de la scène à l’écran, mais il caractérise plus précisément la distribution et la diffusion de ressources cinématographiques par des moyens numériques.


Aucune règle absolue ne distingue le D-cinéma du E-cinéma, si ce n’est l’opinion selon laquelle les images de D-cinéma doivent être au minimum en 2K. Les formats SD et HD plus petits entrent dans la catégorie E-cinéma avec les caméras C300, Canon 5D mark III, le Nikon D800 etc....
Il n’en reste pas moins vrai que les projections HD impressionnent généralement le grand public. Nouvelle norme de qualité des projections cinématographiques, la diffusion numérique se caractérise par sa fixité latérale et l’absence d’éraflures ou d’éclats.

Contrairement à la pellicule, l’image numérique ne s’altère jamais et ce, quel que soit le nombre de projections. Les films numériques se distribuent sur disques ou sur réseaux,
contrairement aux films 35 mm dont chaque copie, d’une valeur comprise entre 1 000 et
2 000 dollars, ne survit pas aux 200 projections. La production et la distribution des copies d’exploitation s’évaluent, pour les studios, à quelque 800 millions de dollars par an.

Le E-cinéma a pris de l’avance sur le D-cinéma et il a déjà prouvé sa viabilité comme format de support pour les principales fonctions.. Il facilite la production à bas prix d’annonces publicitaires locales et offre une plus grande souplesse en matière d’ajout de contenu télévisuel.

Parmi les progrès récents ayant permis l’avènement de la projection numérique, il faut compter le développement rapide de la haute résolution et les projecteurs numériques grand écran. Ces progrès s’articulent autour de trois technologies : D-ILA, DLP et SXRD.
Les normes D-cinéma ont récemment fait l’objet d’une recommandation de la Digital Cinema Initiatives.

DCI :

Fondée en 2002 par un groupe de grands studios hollywoodiens, Digital Cinema Initiatives a établi une norme ouverte garantissant un haut niveau de performances techniques, de fiabilité et de contrôle de qualité en matière de cinéma numérique. Achevée en 2005, cette norme est actuellement mise en application par plusieurs fabricants. Parmi ses nombreuses recommandations, notamment sur la sécurité, la norme préconise l’utilisation des formats d’image 2K et 4K, ainsi que la compression JPEG 2000. Site web de Digital Cinema Initiatives.


Production cinématographique numérique :

La production cinématographique numérique désigne le tournage de films à l’aide de caméras électroniques. A cet effet, un certain nombre de caméras ont été conçues
comme alternative au 35 mm dans les années 2005 à 20010 : Viper de Thomson, la gamme CineAlta de Sony et DVCPRO HD de Panasonic.



Depuis quelques années le combat continue avec des caméras comme la RED, Sony  F65 CineAlta™, ou la C500 de Canon. Elles produisent des formats HD,  filment dans une gamme de contraste plus vaste que les caméras de télévision et n’utilisent pas les courbes de correction gamma TV. 

La C500 : Canon a finalement annoncé qu'il préparait l'« EOS C500 », variante de la C300 avec laquelle il comblera prochainement son retard. Celle-ci pourra effectivement tourner en 4K au format RAW ou en 2K avec un échantillonnage 4:4:4 sur 12 bits, ce qui offrira une grande latitude aux réalisateurs dans les deux cas. Elle pourra en outre filmer à 100 ou 120 images par seconde en 2K comme en 4K, contre un maximum de 30 pour la C300, de quoi effectuer des ralentis. Site du constructeur.

 
La RedOne : Son capteur de 12 megapixels, le Mysterium CMOS, a une résolution de 4520x2540 en 4K. Les dimensions du capteur (24,4 x 13,7 mm) sont équivalentes à celles d’une image Super 35. Pesant environ 3,6 Kg, cette caméra est équipée d’une monture PL, compatible avec les montures 16 et 35 mm. Mais Red fabrique également ses propres objectifs, un 300 mm et un zoom 18-85 mm.
La Red One enregistre trois formats natifs : le 4,5K non compressé, le RedCode RAW en 4K et en 2K, et le RedCode RVB 4:4:4 à 1080p et 720p. La caméra peut enregistrer en 24p, de 1 à 60 i/s en 4K et jusqu’à 120 i/s en 2K.
Le RedCode RAW en 4K a un débit de 27MB/s, et reste, selon les constructeurs, le format qui offre le meilleur compromis entre qualité de l’image et capacité de stockage. Site du constructeur.



DI (Digital Intermediate, intermédiaire numérique) :

Le DI représente l’alternative numérique au processus photochimique traditionnel, qui produit les internégatifs de la copie d’exploitation d’un film à l’aide du négatif original
de la caméra. Ce processus a toujours exigé de nombreuses étapes d’étalonnage colorimétrique afin d’harmoniser les prises pour la copie d’exploitation finale.
Pour cette raison, les multiples atouts du DI font de plus en plus l’unanimité. Selon le système employé, le DI peut être instantané, interactif et projeté sur grand écran. Il peut
aussi inclure du son. Enfin, il permet de modifier à volonté l’étalonnage de l’internégatif numérique étalonné et monté, avant la copie numérique finale. Ainsi, l’étalonnage
peut s’effectuer sur le matériel monté, déjà doté de toutes les prises d’effets. Il est également possible de produire des bobines entièrement étalonnées, au lieu d’appliquer
des finitions lors de la fabrication des copies d’exploitation.


La première étape du traitement DI consiste à numériser la pellicule 35 mm. Le 2K et l’échantillonnage logarithmique sur 10 bits RVB (4:4:4) utilisés permettent généralement de numériser dans les moindres détails les zones de lumière et d’ombre de la pellicule et ainsi de conserver la netteté et le contraste d’origine. La latitude de contraste offre plus de liberté au moment de réaliser l’étalonnage ultérieur. La numérisation du métrage, qui peut se révéler onéreuse, n’est pas requise pour les prises réalisées avec une caméra numérique.

D-ILA :

Acronyme de Direct-Drive Image Light Amplifier. Cette technologie utilise une puce CMOS réfléchissante à cristaux liquides permettant de moduler la lumière d’un projecteur numérique. Dans la course aux résolutions, JVC a fini par produire une matrice 2K (2 048 x 1 536) conforme à la recommandation SMPTE DC 28.8 qui préconise une résolution de
2 000 lignes pour le cinéma numérique.


La puce diagonale de 1,3 pouce contenant 3,1 millions de pixels répond numériquement au signal source. Le pas de 13,5 microns entre les pixels permet d’éliminer le bruit de bande et de produire ainsi des images claires, lumineuses et contrastées. Structure réfléchissante efficace, la technologie D-ILA permet de refléter plus de 93 % (ouverture) de la lumière des pixels.

DLP :

Acronyme de Digital Light Processing, traitement de la lumière numérique. Cette technologie de projection numérique de Texas Instruments Inc. s’appuie sur l’utilisation de micromiroirs numériques (DMD) et s’applique aussi bien à la télévision (HD compris) qu’au cinéma (voir Cinéma DLP ci-dessous).


Les puces DMD intègrent une matrice de miroirs microscopiques, orientables de +/- 10 degrés, réfléchissant ou non la lumière de la lampe à travers la lentille du système de projection. Doté d’un temps de réponse d’environ 10 microsecondes, ces miroirs font varier très rapidement la réflexion de la lumière à travers la lentille, créant ainsi des niveaux de gris.

En vidéo, chaque champ est sous-divisé en intervalles temporels (temps de bit). Ainsi, pour de la vidéo 8 bits, ce sont 256 niveaux de gris qui sont produits. Un prétraitement adapté permet de projeter directement des images numérisées. Obtenue par microfabrication, la matrice est créée à partir d’un circuit intégré SRAM CMOS traditionnel. Pour la vidéo SD, les matrices comportent quelque 442 368 miroirs et 768 x 576 pixels. Pour les projections HD et D-cinéma, l’utilisation de DMD 1 280 x 1 024 semble la plus répandue.

L’opinion partagée est que la qualité obtenue est aussi bonne que celle de la projection analogique. Texas Instruments envisage de commercialiser très prochainement une puce de résolution supérieure à 2 000 pixels. Si toute l’attention se porte sur les puces DMD, il ne faut pas oublier pour autant la technologie qu’elles renferment, notamment le “degamma”, procédé consistant à supprimer la correction gamma du signal afin de s’adapter à la linéarité de l’affichage DMD. Habituellement, une table de conversion LUT (Look Up Table) permet de convertir des plages données de valeurs de signal.

Cinéma DLP :


Il s’agit de l’application de la technologie DLP de Texas Instruments à la projection cinématographique. Une attention particulière a été apportée à ce format afin de produire des rapports de contraste et de luminosité élevés sur grand écran. Les Dark Chips ont joué un rôle important, en permettant de réduire de manière considérable la lumière réfléchie superficielle issue des micro-miroirs numériques (DMD). Pour cela, il a fallu supprimer la propriété réfléchissante de l’ensemble des matériaux de base, à l’exception des faces des miroirs. En outre, une lampe de projection normale produit un niveau de lumière pouvant atteindre 12 ft/l sur un écran d’environ 18 mètres.Voici le site de Texas Instruments sur cette technologie.

HD RVB :

En règle générale, la télévision utilise la vidéo à composantes 4:2:2 (Y,Cr,Cb). Le RVB 4:4:4 permet d’obtenir une qualité légèrement supérieure. De nombreuses caméras cinéma numériques offrent ce format de sortie adapté à l’échantillonnage aussi bien linéaire que
logarithmique. La taille d’image HDTV 1 080 x 1 920 est proche de celle projetée en 2K. On peut donc considérer le HD RVB comme un croisement entre un format télé et cinéma, qui d’une part, tire profit des équipements TV rapides et économiques et d’autre part, garantit une qualité à la hauteur de la projection analogique.

SXRD :

Acronyme de Silicon X-tal Reflective Display (X-tal étant l’abréviation de cristal), SXRD désigne la technologie d’affichage de Sony adaptée à la projection numérique.


Elle doit sa notoriété au fait qu’elle a été à l’origine de la première taille 4K (4 096 x2 160 pixels) viable incorporée aux projecteurs Sony SXRD. Cet affichage à cristaux liquides réfléchissant a également été conçu pour améliorer le contraste, accélérer la fréquence d’images jusqu’à 200 i/s, réduire le maculage et allonger la durée de service. Site sony sur la technologie SXRD.

A suivre la post-production HD...

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