CST - PoC HDR dans un contexte SMPTE ST 2110

August 29, 2023

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PoC HDR dans un contexte SMPTE ST 2110

Contexte

Au sein de la CST, organisé par l’IIFA et en partenariat avec B<>com, et avec le soutien des fabricants : Sony/Nevion, EVS, Panasonic, Telestream, Imagine Communication et Riedel, un laboratoire éphémère a eu lieu pour réaliser un Proof of Concept (PoC) sur le HDR dans un contexte broadcast utilisant la vidéo sur IP avec le standard SMPTE ST 2110. L’objectif principal de ce PoC était de tester les conversions SDR/HDR en HLG.

L’évaluation des résultats a été effectuée en utilisant une approche visuelle pour identifier d’éventuels artefacts de couleurs, suivie de la mesure des flux IP, assurée par l’outil PRISM de Telestream.

Le HDR, plus de dynamiques lumineuses, mais plusieurs méthodes

Le format HDR suscite actuellement un intérêt croissant, car il vise à fournir à travailler avec une plage de luminance plus étendue, profitant aussi d’un espace colorimétrique étendu qui accompagne l’arrivée de l’UHD.

Les écrans modernes ont en effet une capacité lumineuse pouvant facilement dépasser les 100 nits (100 candela par mètre carré), ce qui soulève la question de l’adaptation des contenus vidéo pour un affichage sur ce type d’écran.

Contrairement au SDR, où un seul format est utilisé en vidéo, plusieurs formats HDR ont émergé, ce qui signifie que le téléviseur doit être capable de reconnaître le format d’entrée et de le décoder correctement.

Certains formats HDR, tels ceux utilisant le PQ (Perceptual Quantizer, ou SMPTE ST 2084), exigent une luminance absolue de sortie en fonction du niveau vidéo d’entrée. Si le téléviseur ne peut pas fournir le niveau de luminosité requis, il doit alors clipper les niveaux en conséquence.

En revanche, le HLG (High-Dynamic-Range) est un format adaptatif : l’écran ajuste automatiquement le niveau de luminosité requis en fonction de sa capacité maximale en cd/m². Ainsi, le HLG permet une meilleure compatibilité avec différents écrans, car il s’adapte à la capacité spécifique de chaque appareil.

Nous avons choisi le HLG pour les différents tests de conversion.

Téléchargez la fiche synthétique sur le HDR

Conversions SDR vers HDR

Dans les workflows télévisuels, qu’ils soient liés à la production ou à la diffusion, se pose la question de la coexistence du SDR et du HDR. À moins de considérer des workflows entièrement en HDR, il est souvent nécessaire d’effectuer des conversions pour obtenir à la fois une version SDR et une version HDR des contenus, par exemple pour le monitoring. L’objectif est de garantir que les images obtenues dans l’univers SDR et HDR soient cohérentes, sans artefacts de couleurs, tout en conservant la même intention artistique.

L’encodage du niveau de luminance se fait via des courbes de transfert OETF (Optical-Electro Transfer Function) à la captation, comme des gamma, la courbe PQ ou la courbe HLG, avec une courbe inverse pour la restitution, l’EOTF (Electro- Optical Transfer Function).

Workflow général

UP CONVERSION (Conversion ascendante) : Une source SDR, en format HD 422 50p et dans l’espace colorimétrique REC 709, a été convertie en HDR au format HLG dans l’espace colorimétrique REC 2020. Cette étape visait à étendre la plage dynamique de l’image et à améliorer sa luminosité pour obtenir une version HDR du contenu.

DOWN CONVERSION (Conversion descendante) : Le résultat de la conversion HDR a ensuite été reconverti en retour vers le SDR, toujours au format HD 422 50p et dans l’espace colorimétrique REC 709. Le résultat est appelé « round trip » (aller-retour) SDR par la suite.

L’objectif était d’appliquer une conversion inverse de manière à retrouver exactement le même résultat que l’original en SDR. Cette étape assure que le contenu converti en HDR puis revenu en SDR conserve la cohérence visuelle avec l’original, et qu’aucune information essentielle n’a été perdue au cours du processus de conversion.

En effectuant ce “Round Trip”, l’équipe du PoC pouvait évaluer à quel point la conversion ascendante en HDR était réussie et si le contenu reconverti en SDR préservait l’intention artistique et les détails d’origine du contenu SDR. Cela permettait également de vérifier si la chaîne de conversion était capable de maintenir la cohérence entre les deux univers (SDR et HDR) sans introduire d’artefacts indésirables.

Méthodologie

La méthodologie suivie lors des tests a été la suivante :

Tests séparés : Chaque équipement et industriel impliqué dans le PoC a effectué ses tests de conversion de manière indépendante. Il n’y a donc pas eu de comparaison directe des résultats entre les différents équipements de conversion.
Paramétrage des équipements : Les équipements ont été configurés en fonction des spécifications de la source, qui était en format HD 50p 422, REC 709 et Narrow (plage dynamique standard). La destination attendue était en format HD 50p, HLG (format HDR) et REC 2020 (espace colorimétrique étendu). A part ces critères spécifiques, il n’y avait pas de contrainte particulière concernant le paramétrage des équipements.

En suivant cette méthodologie, les performances de chaque équipement ont pu être évaluées de manière isolée, en se concentrant sur sa capacité à effectuer la conversion souhaitée du SDR vers le HDR (en utilisant la courbe HLG) tout en maintenant une cohérence visuelle optimale.

Cette approche a permis de déterminer comment chaque équipement traitait les conversions SDR/HDR, puis le Round Trip, en prenant en compte les différentes nuances et caractéristiques propres à chaque appareil.

Équipements testés

On lira le rapport complet pour plus de détails sur les équipements testés, mais on peut citer :

SNP/Imagine communication
Le Neuron d’EVS avec le convertisseur logiciel Sublima de B<>Com
Le HDRC-4000 de Sony

Des caméras Sony et Panasonic servait de sources SDR et HDR.

Conclusion générale du PoC

On lira le rapport complet pour plus de détails, mais des résultats globaux se dégagent.

Les conversions ascendantes (up conversions) ont été globalement réussies, avec très peu d’artefacts de couleurs. Pour les conversions descendantes (down conversions) et les allers-retours (round trip), les résultats ont été également très positifs, avec des conversions réversibles dans quasi-totalité des cas, bien que des phénomènes de clippage aient été parfois remarqués dans les zones limites du narrow range.

Dans l’ensemble, le PoC a montré que les équipements testés ont réussi à effectuer des conversions SDR/HDR de manière satisfaisante voire très satisfaisante, offrant une expérience visuelle convaincante tout en préservant la cohérence et l’intention artistique d’origine.

Cela ouvre des perspectives intéressantes pour l’utilisation de ces équipements dans des workflows de télévision nécessitant des conversions entre SDR et HDR, dans un contexte de production (multi format) ou de diffusion (adaptation du contenu avant antenne).

Enfin le standard SMPTE ST 2110 sur lequelle s’appuyait notre labo est entièrement compatible HDR et rien ne fait obstacle au transport de ces flux dans les réseaux informatiques.