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Quelles sont les réelles différences entre la 4K et la 4K Ultra HD ?

Le cinéma c’est beau, c’est grand c’est spectaculaire mais malheureusement, les films qui y passent ne sont pas tous diffusés en résolution 4K. A l’inverse, il est désormais possible de profiter de films et de série TV en Ultra HD 4K, confortablement installé dans notre salon. Mais de quelle résolution 4K parlons-nous d’un côté comme de l’autre ? Tachons d’éclaircir un peu nos idées reçues sur cette résolution qui en cache une autre.

 

 

A titre personnel, j’aime le cinéma, j’aime les films en tout genre et surtout j’aime les belles images. Lorsque l’on se rend au cinéma, on souhaite en prendre plein les yeux tant par la richesse scénaristique que la richesse visuelle. Il en va de même dès que l’on s’équipe avec un TV Ultra HD 4K accompagné d’un lecteur Blu-ray UHD ou d’un abonnement vidéo à la demande permettant d’exploiter des contenus en Ultra Haute Définition. Pourtant, l’inconscient collectif pense que la résolution 4K du cinéma est la même que celle que l’on a avec un téléviseur UHD 4K alors que le puriste vous dira qu’il n’en est rien d’autant que tous les films diffusés en salle ne sont pas nécessairement en résolution 4K. Levons le voile.

 

 

La 4K DCI VS la 4K CEA

 

Aujourd’hui, la résolution 4K ne fait pas référence à une seule résolution. En effet, deux normes, deux résolutions répondent à cette appellation : la 4K DCI en 4096 x 2160 px et la 4K CEA (Ultra HD) en 3840 x 2160 px. Pour bien comprendre la différence, il convient tout d’abord de définir ce que représente chacun des organismes ayant établi ces normes 4K.

 

 

Le Digital Cinema Initiatives

 

 

Premièrement nous avons ainsi le DCI ou le Digital Cinema Initiatives qui est un groupement d’experts du cinéma qui s’attèle à définir  et à spécifier les caractéristiques pour le cinéma numérique. Il a été fondé en 2002 par les studios hollywoodiens « The Walt Disney Company », « 20th Century Fox », « Paramount Pictures », « Sony Pictures Entertainment », « Universal Studios », « Metro-Goldwyn-Mayer » et « Warner Bros ». Aujourd’hui, ce groupe d’experts définit les pratiques recommandées dans la maîtrise, la distribution et la diffusion au cinéma des films sur des critères de performances, de contrôle et de qualité.  Ils ont ainsi édité le « Digital Cinema System Specification » (DCSS, version 1.2) sur lequel s’appuie l’industrie cinématographique dans ses systèmes de création et d’exploitation de films numériques. DCP mastering, projection numérique, définitions d’image 2K (2048 x 1080) et 4K (4096 x 2160), on doit toutes ces spécifications à la Digital Cinema Initiatives. La 4K DCI est donc la 4K numérique et surtout cinématographique par excellence.

 

 

Ainsi, le 4K cinématographique c’est développé avec l’émergence du cinéma numérique et correspond donc à une résolution d’un peu plus de 8 millions de pixels répartie en 4096 x 2160 px : 8 847 360 px. Elle est donc différente et légèrement supérieure à la résolution 4K Ultra HD.

 

 

 

La Consumer Technology Association

 

La CTA ou la Consumer Technology Association est quant à elle un organisme de normalisation et fait également office de syndicat professionnel pour l’industrie de l’électronique grand public aux États-Unis. La CTA est un catalyseur qui accélère la croissance, le progrès et la recherche de pointe en établissant des normes  pour les technologies dédiées au grand public. Véritable promoteur, la CTA encourage l’innovation, les entrepreneurs et les technologues. Ainsi, si vous connaissez le CES de Las Vegas, vous avez déjà un aperçu du travail du CTA qui en est l’organisateur. En effet, c’est Jack Wayman créateur de l’Electronic Industries Association (ancien nom du CTA) qui a lancé le célèbre salon en 1967 à New York.

 

 

Tout devient plus clair sur cet organisme qui fournit une plateforme aux leaders High-tech afin qu’ils puissent travailler « main dans la main » au développement des technologies innovantes destinées aux « consommacteurs » que nous sommes.  C’est donc à la CTA que nous devons l’uniformisation de la résolution 4K Ultra HD que nous pouvons trouver aujourd’hui sur les téléviseurs équipés. La CTA a créé un logo spécifique et rallié l’ensemble des constructeurs à l’utilisation du terme « 4K Ultra HD » afin de se différencier du 4K cinématographique (DCI). Certaines firmes utilisaient à tort le terme 4K sans faire de distinction pouvant induire le consommateur en erreur.

 

L’ultra HD 4k expliquée en image par Digital Trends (Les sous-titres peuvent être activés en français).

 

La résolution 4K Ultra HD  équivaut donc à plus de 8 millions de pixels (8 294 400 pour être précis) répartis en 3840 x 2160 px. Cette résolution est disponible sur un téléviseur, un écran ou un vidéoprojecteur 4K Ultra HD pour la maison.  Vous y avez aujourd’hui accès à partir des services de SVoD et de streamings (netflix, Amazon Prime, YouTube, etc…) Ainsi que via les lecteurs de disques Blu-ray ultra HD  ainsi que les serveurs 4K.

 

 

 

Vous savez désormais d’où nous viennent ces deux résolutions 4K ; la 4K DCI cinématographique et l’Ultra HD 4K CTA destinée au « petit » écran. Notez également que le second logo Ultra HD provient de l’association « Digital Europe » qui représente l’industrie des technologies digitales sur le territoire Europeen. Pour simplifier, il s’agit d’un organisme comme le CTA mais qui se focalise sur l’industrie digitale européenne.  Penchons-nous désormais sur l’exploitation et la création de ces différents médias.

 

Les technologies de projection cinématographique

 

Essayons de comprendre un peu plus les différences qui existent entre l’exploitation cinématographique de la résolution 4K et son exploitation télévisuelle pour le grand public. Il convient de survoler brièvement quelques spécifications du DCI concernant la chaîne de production cinématographique en passant du tournage (argentique ou numérique) à la postproduction et bien sûr la projection.

 

 

La captation argentique 35 mm ou captation numérique

 


Tout d’abord, éclairons notre lanterne sur la résolution de l’image obtenue en fonction de la technique de tournage. Aujourd’hui, les réalisateurs ont la possibilité d’utiliser deux techniques de prise de vues. L’une avec des caméras classiques équipées de pellicules argentiques généralement de 35 mm et l’autre avec des caméras numériques. Le second prend le pas sur le premier avec l’avènement du cinéma numérique  et de moins en moins de films sont tournés en pellicules 35 mm. Cependant certains réalisateurs mettent un point d’honneur à utiliser la pellicule comme un certain J. J. Abrams pour « Star Wars : Le réveil de la force ». D’ailleurs, sa suite « Star Wars : The Last jedi » réalisé par Rian Johnson bénéficie également d’un tournage sur pellicules 35 mm.

 

 

L’autre point intéressant est de comparer la résolution de projection d’un film tourné en 35 mm à son équivalent numérique. Il apparaît que la résolution des images argentiques est supérieure à celle des images numériques sauf dans le cas d’images 4K au format 1.85 (format standard américain 1.85.1) qui est comparable.

Ainsi sur la base qu’un grain de la pellicule équivaut à 1 pixel sur une moyenne de 40 000 grains par millimètre carré ; on peut édicter les correspondances de résolution suivantes :

Résolutions argentiques 35 mm :

  • Pour un format 1.85 : La résolution obtenue est de 9.5 millions de pixels pour une surface de 237.47 mm²
  • Pour un format 2.39 (anamorphosé) : La résolution obtenue est de 14.7 millions de pixels pour une surface équivalent à 367.43 mm²

Résolutions numériques

  • 2K au format 1.85 : La résolution obtenue est de 2.2 millions de pixels
  • 2K au format 2.39 : La résolution obtenue est de 1.8 million de pixels
  • 4K au format 1.85 : La résolution obtenue est de 8.6 millions de pixels
  • 4K au format 2.39 : La résolution obtenue est de 7 millions de pixels

 

 

L’IMAX est quant à lui un cas à part puisque l’on parle ici d’une pellicule 70 mm (70 x 48.5 mm). Ce format permet d’exploiter des images de plus grandes tailles avec une meilleure résolution que les pellicules conventionnelles. Du fait de certaines contraintes et du coût de production élevés, la certification IMAX ne désigne pas nécessairement un film tourné d’origine entièrement ou en partie en IMAX. Elle désigne également un film remasterisé au format IMAX grâce au procédé IMAX DMR. n’hésitez pas à vérifier si le film IMAX que vous allez voir a bien été tourné en grande partie avec une caméra IMAX à titre informatif bien entendu.

 

 

Fort heureusement, les systèmes de projections IMAX NUMÉRIQUE se multiplient et les caméras IMAX numériques 2D et 3D deviennent de plus en plus pratique à utiliser. Michael Bay l’avait déjà démontré en 2014 avec « Transformers : Age of extinction » tourné en IMAX 3D mais en résolution 4K (RAW). Marvel annonce que son prochain film « Avengers : Infinity War » sera entièrement tourné au format IMAX numérique en résolution ARRIRAW (6.5k) grâce à la caméra ARRI ALEXA 65.

 

 

Le DSM, DCDM et le DCP

 

Le DCI définit 3 ensembles majeurs de la chaîne de production d’un film une fois le film tourné et passé en postproduction : le DSM, le DCDM et le DCP. Oui, à première vue cela semble très obscur mais essayons de clarifier ces ensembles.

  • Le DSM ou « Digital Source Master » (Master source numérique) correspond au master numérique issu de la postproduction. On peut dire qu’il s’agit du film brut monté.
  • Le DCDM ou « Digital Cinema Distribution Master » (Master de distribution numérique) est un autre master numérique qui est cette fois créé à partir du DSM. Ce master va servir de base pour créer les DCP et c’est pour cela qu’il intègre toutes les données nécessaires à une exploitation en salle tels que les bandes-son, les sous-titres et bien sûr les images.
  • Le DCP ou « Digital Cinema Package » (copie de distribution numérique) est quant à lui la copie numérique que vous retrouvez dans votre salle de cinéma. Les images sont compressées et le contenu chiffré de telle sorte qu’il puisse être transporté vers les salles et stockés dans les cabines de projection dans le serveur D-Cinema. C’est donc la version finale qui nous voyons projetée dans les salles obscures.

Les deux masters et la copie digitale présentent des caractéristiques spécifiques propres.

 

 

 

Ainsi le DSM peut se présenter sous la forme d’un Master 2K 2D à la définition de 2048 x 1080 px. Il n’est pas compressé et prend en charge 24, 25, 30, 48, 50 ou 60 images par seconde. Il peut également se présenter sous la forme d’un Master 4K 2D à la définition de 4096 x 2160 sans compression à 24, 25 ou 30 images par seconde.

Exemple de travail de postproduction pour création d’un master avec Michael Bay himself lors de la réalisation de Transformers 4:

Transformers 4: The Final Touches from Michael Bay Dot Com on Vimeo.

 

Le DCDM se définit par 3 niveaux très spécifiques qui dépendent des caractéristiques du Master DSM d’origine. Ainsi, on retrouve :

  • Le niveau 1 qui correspond à l’utilisation d’un Master DSM 4K à 24 Hz pour un ratio d’image 1.896 avec une résolution de 8 847 360 px par image (pixels carrés).
  • Le niveau 2 correspond à l’utilisation d’un Master DSM 2K à 24 Hz pour un ratio d’image 1.896 avec une résolution de 2 211 840 px par image.
  • Le niveau 3 correspond à l’utilisation d’un Master 2K à 48 Hz pour un ratio d’image 1.896 avec une résolution de 2 211 840 px par image.

Il existe bien d’autres niveaux ajoutés au fur et à mesure mais nous n’allons pas entrer dans le détail.

 

Pour ce qui est du DCP qui est la copie d’exploitation du film ; il répond à des critères de compression, de stockage et de transport. La norme de réduction est la compression JPEG 2000 qui voit chaque image compressée indépendamment des autres. L’audio n’est pas compressé et se stocke au format PCM. Le DCP peut s’acheminer vers les cinémas par disque dur mais peut également arriver par le réseau de télécommunication terrestre (ADSL et fibre) ou par satellite. Les exploitants peuvent ainsi directement télécharger les DCP grâce à plusieurs sociétés spécialisées dans le domaine : Globecast, Smartjog-Ymagis, Eclair ou encore Indé-CP…

L’édition d’un master apporte une nouvelle problématique pour la postproduction. En effet, même si le film est tourné sur la base d’une résolution 4K ou supérieure, il n’est pas toujours possible de l’exploiter avec cette résolution. En effet, les tables de montages ainsi que l’ajout des effets spéciaux s’effectue en majorité sur du matériel compatible 2K et 1080p. Ce matériel de postproduction non-optimisé pour prendre en charge la 4K nécessite alors que le film soit converti en un master 2K. Ce qui du coup limite par la suite les possibilités d’exploitation alors que le matériau d’origine était bel et bien 4K. Cette tendance évolue et même si changer d’équipement coûte cher, les studios de « mastering » et d’effets spéciaux s’adaptent afin de permettre d’exploiter pleinement les possibilités offertes par un vrai Master 4K.

 

La projection d’un film au cinéma

 

Le DCI (toujours aux manettes) ne reconnait que trois technologies de vidéoprojection répondant à ces spécifications : le DLP Cinema de Texas instruments, le SXRD de Sony et la projection laser qui devient en 2014 la 3ème technologie.

 

 

Aujourd’hui, la majorité des projecteurs numériques commercialisés dans le monde sont basés sur la technologie 2K de Texas instruments. Cette technologie exploite une résolution de 2048 x 1080 px. Il aura fallu attendre 2010 pour voir arriver les matrices DLP Cinema série 2 disponibles en résolution 4K. Ces matrices équipent les projecteurs des 3 principaux fabricants que sont Christie, Barco et NEC. Sony a pour sa part mis au point sa propre technologie SXRD qui s’apparente à la définition d’une pellicule 70 mm (format IMAX). La résolution d’origine correspond au 4K en 4096 x 2160 px.

 

 

Le terme « D-cinema » définit un film exploité dans un cinéma équipé d’un projecteur numérique disposant d’une résolution supérieure ou égale au 2K. Le « e-Cinema » quant à lui désigne une nouvelle forme d’exploitation dématérialisée. Le film ne sort que sur des plateformes de VOD en exclusivité pour une exploitation d’environ 6 à 7 semaines. Ils peuvent se louer environ 7€ ou s’acheter définitivement pour 13€. En France ce sont TF1 Vidéo et Wild Bunch qui en sont les principaux artisans. Afin d’être disponible sur les appareils mobiles , le « e-Cinéma » profite de résolutions inférieures au 2k.

 

 

Ainsi, le matériel de projection du cinéma entre en ligne de compte concernant l’exploitation possible ou non d’un DCDM en résolution 4K IMAX. Ils s’ajoutent comme un critère déterminant en plus du matériel de tournage et de postproduction. Certains sites comme IMDB vous permettent d’ailleurs de connaître les spécificités techniques de réalisation d’un film comme la caméra utilisée, le format du négatif, le procédé cinématographique ou encore les formats d’exploitation.

 

 

Les technologies d’exploitation Home cinéma

 

Nous venons d’aborder aussi « simplement » que possible les technologies d’exploitation cinématographique qui définissent les principales normes actuelles. Jetons  à présent, un petit coup d’œil sur la façon dont on exploite le contenu en ultra haute définition sur nos « petits » écrans de salon Home cinéma. Si vous êtes un technophile amateur ou averti, je ne vais rien vous apprendre mais pour les autres sait-on jamais. On a aujourd’hui accès à du contenu 4K UHD natif de différentes manières sous forme physique ou dématérialisée.

 

 

Ainsi, sous forme dématérialisée, on fait bien sur référence aux sites et service de streaming en ligne avec ou sans abonnement. Netflix, Amazon Prime Vidéo, VUDU, Ultraflix, YouTube, M-GO, Comcast ou encore DIRECTV pour les plus internationales font partie de ces nombreux services disponibles via votre box, votre Tv connecté ou encore vos périphériques multimédia. Ces diverses solutions vous permettent de profiter de contenus 4K UHD via votre connexion internet de préférence en fibre avec une bande passante d’au moins 25 Mbit/s.

 

 

Pour la forme physique, on ne peut que saluer l’arrivée depuis presque un an maintenant des disques et lecteurs UHD 4K qui permettent de profiter pleinement des capacités d’affichages des derniers TV UHD 4K HDR pour le plus grand bonheur des cinéphiles.

 

 

Il reste une dernière solution proposée par certains fabricants qui allie la forme physique et dématérialisée. Je veux bien sûr parler des consoles de jeux vidéo, des serveurs media, des récepteurs satellite et quelques box TV internet. Ils vous permettent d’accéder à des services de streaming UHD 4K en ligne comme Playstation video et même de lire les Blu-ray 4K comme avec la console de salon Xbox One S.

 

 

Comment se fabrique un Blu-ray  Ultra HD ?

 

Le Blu-ray Ultra HD est donc le support qui vous permettra de profiter de vos films en résolution UHD 4k à la maison sur votre TV ou votre vidéoprojecteur grâce à un lecteur Blu-ray Ultra HD. Ainsi, le BD UHD est arrivé sur le marché au premier trimestre 2016. L’attente ne fut pas longue entre son annonce en 2014 par la très haute Blu-ray Disc Association et sa commercialisation auprès du grand public.

 

 

L’Ultra HD Blu-ray supporte donc la résolution 3840 x 2160 px à 60 images par seconde (IPS). Il prend en charge le HDR (High Dynamic Range) ainsi que l’espace colorimétrique Rec.2020. Autant dire qu’il s’agit du support nec-plus-ultra pour profiter pleinement des possibilités des dernières TV ultra HD HDR10. Pour ce qui est de l’encodage, c’est le standard H.265 HEVC (High Efficiency Video Coding) qui s’en charge. Le disque Blu-ray Ultra HD peut atteindre une capacité de stockage maximale sur 3 couches de l’ordre de 100 Go avec un taux de transfert de 128 Mbits/s.

 

 

J’ai déjà évoqué les principales opérations de « Mastering » d’un film pour la création des différents Master ainsi que des DCP ou copies d’exploitation cinématographique en salles. L’exploitation en disques Blu-ray UHD, à la télévision ou en dématérialisé pour la VOD suit à peu près le même processus. On part ainsi du Master DSM (Digital Source master) édité en 2k ou en 4K pour créer un Master Ultra HD. Si le Master DSM est en 4K d’origine, il sera alors downgradé en Ultra Haute Défnition. Par contre si le Master en est 2K il sera alors Upgradé en Ultra Haute définition d’où la polémique qui a pu se faire entendre lors de l’arrivée des premiers disques Ultra HD issus d’un Master 2K.

 

Exemple de processus de mastering et authoring pour disque Blu-ray semblable à celui d’un Ultra HD Blu-ray:

Sonopress est le leader mondial allemand de production de disques Blu-ray Ultra HD travaillant avec des studios comme Warner Bros et Universal Pictures, ainsi que les petits studios indépendants et distributeurs de films comme Concorde Home Entertainment.

La recette ne change pas concernant le transfert d’un film cinématographique vers le support physique telle que le disque Blu-ray ou Blu-ray Ultra HD. On part ainsi du DSM ou « Digital Source Master » en 2K ou 4K  lorsque celle-ci est disponible  pour créer un Master dédié HD pour le disque Blu-ray classique et un Master Ultra Haute définition  pour le « HD Blu-ray Disc ». Il ne reste plus qu’à vous installer devant votre Tv UHD 4K et profiter du spectacle.

 

 

Maintenant vous connaissez dans les grandes lignes ce qui différencie la résolution 4k (DCI) du cinéma numérique et la résolution ultra HD 4k (CTA) exploitée par les marques de l’image et la production audiovisuelle du « petit écran ». De nombreuses subtilités existent au sein de chacune de ses deux grandes industries du divertissement et de l’équipement et chacune évolue indépendamment de l’autre. N’hésitez pas à y regarder à deux fois afin de vous assurer de la résolution du film que vous regardez en salle ou encore de la résolution du master utilisé pour éditer le Blu-ray Ultra HD que vous regardez. Aujourd’hui,  l’Ultra HD 4K HDR se développe dans les salons là où les salles obscures tendent à s’équiper pour exploiter pleinement la résolution 4K et IMAX 4K. Demain ? On parle de TV 8K (Super Hi-Vision), on filme déjà avec des caméras 6.5 K et plus au cinéma ou à la télévision ce qui nous présage encore de « beaux » face à face entre l’industrie du cinéma et l’industrie télévisuelle.

 


(Sources :  Wikipédia | CNC | DCI | CTA | Digitaltrends | Sony | Arri |4k.com | ZDNET | Le monde | Les Numériques | blu-raydisc.com | uhdbdinnumbers.com | Sonopress)

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