Les tournages vidéo en 4K ou UHD

Les tournages vidéo en Ultra Haute Définition (UHD ou 4K).

Qu’est-ce que le format vidéo 4K ou UHD ?

Dans un premier temps, intéressons-nous à la taille de l’image : “4K” vient de “4 Kilo” ou “4000”. Ce qui en langage vidéo veut dire, 4000 pixels de large. Et donc, dans un rapport 16/9ème, 2000 pixels de haut environ. Plus précisément 3840 × 2160 pixels pour les téléviseurs dits “4K”, et 4096 × 2160 pixels pour le cinéma numérique.

Les formats 4K 8K UHDTV UHD.

Sans entrer dans le détail de calculs sur le poids des fichiers vidéo en fonction du nombre de pixels à l’écran, on constate qu’il faut 4 fois plus de pixels pour passer de la 2K (FullHD 1080) à la 4K. Et encore 4 fois pour passer de la 4K à la 8K (7680 sur 4320 pixels). Donc 16 fois plus de pixels pour passer de la 2K à la 8K.

Si l’on connaît la quantité de pixels sur une image, il suffira de connaître le poids informatique d’un pixel, selon qu’il est encodé en 8, 10, ou 12 bits. Puis de savoir si le débit vidéo est en 24, 25, ou 30 images par seconde. Avec le temps total de la vidéo, on peut connaître le poids informatique du fichier, qui s’annonce relativement important. Il faut donc compresser le poids de ce fichier.

Mais toutes les images ne sont pas identiques :

En effet, il y a la compression JPEG sur l’image, ou MJPEG sur la séquence GOP (Group Of Pictures). Cette dernière comporte des images I, B, P, de moyenne, basse et haute qualité. Elles sont disposées sur une séquence de 15 images, de telle sorte que la vision humaine croira à une vidéo de bonne qualité, alors que le fichier informatique sera beaucoup plus léger. Cette astuce fait appel à la persistance rétinienne et l’effet “Phi”.

Il faut toutefois noter qu’à ce jour, on parle de 8K plutôt du côté de la Corée du Sud et du Japon. En Europe, la diffusion n’en est qu’à la 4K et… que sur le Web. Sans oublier que pour profiter d’une image en 4K, il faut un moniteur qui affiche une résolution d’au moins… 4K.

Quantité = Qualité ?…

Si l’on étudie bien le marketing de nos amis vendeurs d’équipement, on fini par admettre que plus de pixels, c’est plus de qualité d’image…

La quantité serait-elle équivalente à la qualité ?

OUI !

Mais la quantité d’informations contenues dans un pixel…

Il y a “4K” et “4K”…

Entre la 4K d’un smartphone, celle d’une caméra embarquée de type GoPro, et celle d’une caméra vidéo semi-pro ou professionnelle, il y a une différence qui se voit surtout lors des arrêts sur image. Ne parlons pas du flou de mouvement, qui lui, est nécessaire pour fluidifier le mouvement à l’écran. Mais intéressons-nous aux dégradés de couleurs sur de grandes surfaces. Un ciel par exemple.

: Capture d’écran d’une vidéo avec le GH5 (Panasonic) en format 4K

: Même image, mais en 16 couleurs.

La qualité de ces dégradés dépend du nombre de nuances dans une couleur. Et donc la faculté qu’a une caméra de faire la différence entre des nuances très proches. Si le nombre de nuances est fortement limité, les dégradés sont alors remplacés par des strates. Ce qui ne correspond pas du tout à la réalité.

La qualité du pixel…

Un signal vidéo est défini par 3 composantes (YUV):
– la luminance (les contrastes : Y)
– la chrominance bleue (les couleurs : U)
– la chrominance rouge (les couleurs : V)
Pour reproduire correctement chaque pixel, il faut transmettre simultanément les échantillons Y, U et V de chaque pixel. On est alors dans un encodage YUV 4:4:4.
La vision humaine étant plus sensible à la luminance plutôt qu’à la chrominance, il est possible de diminuer les deux dernières composantes afin de diminuer le poids du fichier numérique (image ou vidéo). On passera donc d’un encodage YUV 4:4:4 (qualité cinéma) à 4:2:2 (qualité TV “Broadcast”) sans trop perdre en qualité visuelle. 4:2:0 correspond à des formats légers, donc peu riches en informations graphiques, et donc en qualité d’image. 4:0:0 correspond à une image en noir et blanc, puisque seule la luminance subsiste.

En résumé, 4:2:2 c’est du domaine professionnel. Une incrustation vidéo effectuée en 4:2:2 ne présentera pas d’artefacts comme un effet escalier sur le contour de la découpe. Ce qui est souvent le cas en 4:2:0.

Ensuite vient l’encodage de chaque pixel. Il va de 8 bits par pixels (format JPEG) à 12 bits (format RAW). Dans l’exemple ci-dessus, l’encodage est en 4:2:2 et en 10 bits par pixel. Plus l’encodage est élevé, plus les détails fins seront mieux restitués, notamment les surfaces claires ou sombres : la texture d’une peau par exemple.

Comment connaître l’encodage d’un fichier vidéo ?

La plupart des lecteurs vidéo permette de voir le type d’encodage utilisé. Avec le logiciel VLC, par exemple, il suffit d’aller dans Outils > Informations sur les codecs :

Informations sur les codecs vidéo avec VLC

Une nouvelle fenêtre apparaît avec ces informations :

Informations sur le codec vidéo avec VLC

Les réglages caméra.

Les caméras numériques permettent de personnaliser le rendu de l’image grâce aux logiciels embarqués (les firmwares) : les couleurs, les contrastes, la luminosité, la profondeur de champ, etc… Or pour qu’une caméra réalise les mêmes réglages que la vision humaine, il faut régler les paramétrages sur “Automatique”. En principe, les ingénieurs ont déjà bien travaillé le sujet. Et c’est la machine qui “fait tout”, en un clic… Il est vrai que c’est le type de réglage qui convient le mieux pour des tournages sur le vif (événementiels, interviews,etc…).

Mais il faut savoir qu’une balance des blancs en “Automatique” n’est jamais parfaite. Une mise au point “Auto” sur une zone en particulier n’est pas aussi précise que notre vision. Quant aux nuances entre une zone claire et une zone obscure, sur une même image, c’est toujours là que l’on détermine la qualité de traitement de l’image par la machine.

Voici quelques exemples de captures d’écran de 3 caméras différentes. Attention, ce comparatif n’est pas du tout scientifique, puisque tous les paramétrages ne sont pas indiqués dans leur ensemble. Mais le sujet comporte volontairement des zones d’ombres, ainsi que des zones claires, avec des textures. Ceci permet de donner une première idée de comment deux caméras 4K (Lumix GH5 de Panasonic et Dolycam, comportant un capteur Sony) vont restituer l’image. La troisième caméra ne filme pas en 4K (JVC HD100), mais observez comment les couleurs et les contrastes sont restitués.

: Capture GH5 atténuation des contrastes

: Capture GH5 réglage 709like

: Capture GH5 réglage Cinelike V

: Capture GH5 réglage Cinelike D

: Capture GH5 réglage Automatique

: Capture GH5 réglage Manuel Luminosité basse

: JVC-HD100 réglage Manuel luminosité basse

: JVC-HD100 réglage Manuel luminosité normale

: JVC-HD100 paramétrage FullAuto

: Capture d’écran vidéo Dolycam/Sony en 4K

On le voit bien : il ne suffit pas d’avoir une caméra de qualité, il faut encore en maîtriser les réglages afin de restituer tout ce que peut voir la vision humaine. C’est à dire la balance des blancs, les textures fines, l’atténuation des contrastes entre une zone sombre et une zone claire, etc…

Tout ce que peut voir la vision humaine… ou ce que l’on veut faire voir au spectateur.

Car qu’attend-on d’une caméra ?

C’est un vaste sujet, qui mérite tout un article : Il y a les amoureux du format RAW, extrêmement plat. Les amoureux de la couleur. Les fondus des images contrastées. Etc…

Disons qu’il faut avant tout se poser la question suivante : A-t-on besoin d’une vidéo prête à la diffusion ? Ou bien souhaite-t-on la travailler en post-production ? À partir de là, on en saura un peu plus pour avancer sur cet autre sujet.

En conclusion sur le format 4K,

La 4K n’apporte pas seulement un surplus de pixels (4 fois plus qu’en FullHD), mais doit aussi apporter une qualité du pixel. Ceci permet une restitution de l’image proche de la réalité. Une image “propre” à partir de laquelle, les effets rajoutés lors de la post-production, seront également plus “propres” . Ceci dit, il faut garder à l’esprit, qu’une image retouchée, est forcément dégradée, au sens strict du terme. Un filtre devant un objectif, dégrade une image. Même d’une manière infinitésimale. Les puristes le savent bien : ce sont les objectifs à focale fixe qui sont les meilleurs, en terme de préservation de l’image.

Un format 4K digne de ce nom, donne des images à la résolution qui prend tout son sens sur des écrans 4K, ou de cinéma (de plusieurs mètres carré)… Car c’est bien sûr une aberration de regarder de la 4K sur un smartphone, une tablette ou un PC.