La luminosité en SDR et HDR - 12/09/2024
La luminosité en SDR et HDR n’est pas gérée du tout de la même façon. Beaucoup de personnes s’attendent à avoir du contenu HDR générant des images très lumineuses, particulièrement en TV où le marketing ne cesse de venter des pics de luminosité de plus en plus élevés. Alors est-ce que le HDR est fait pour donner des images hyper lumineuses ? Je vais être direct : NON. Il est fait pour donner des détails très lumineux et réalistes dans des images à luminosité normale. Voici les explications. Je vais essayer d’être le plus simple et compréhensible possible.
Les formats SDR et HDR
SDR : Standard Dynamic Range (plage dynamique standard)
HDR : High Dynamic Range (plage dynamique étendue)
La plage dynamique fait surtout référence à la luminosité. On peut aussi l’associé à la plage colorimétrique puisqu’on passe d’un espace BT709 pour le SDR à un espace bien plus étendu, le BT2020 pour le HDR. Mais ce n’est pas le sujet ici. Je vais traiter la luminosité.
En SDR, une luminance de 100 nits (ou candela/m²) suffit à obtenir une bonne image sur une TV en pièce dédiée (mode « nuit »). C’est la recommandation. Le double de luminance permet un visionnage en pièce de vie avec pollution lumineuse (mode « jour »). Autant dire que n’importe quelle TV est suffisamment lumineuse pour faire du SDR. Sur des grands formats d’image propre à la vidéoprojection, la luminance est divisée par 2. On aura une recommandation à une cinquantaine de nits.
En HDR, la norme SMPTE ST2084, pensée pour les TV, fixe la limite du pic de luminance à 10 000 nits. Le but du HDR est d’afficher des images les plus réalistes possibles. De la même manière que nos yeux voient dans la vie de tous les jours. Comme au travers d’une fenêtre. D’où la nécessité d’avoir un pic de luminance très élevé, comme il en existe dans la vie de tous les jours. Actuellement, aucun écran grand public ne sait couvrir la norme ST2084 en sachant atteindre un pic de luminance aussi élevé, à 10 000 nits. Est-ce vraiment nécessaire ? Il y a débat. En proposant des pics de luminosités toujours plus élevés, les fabricants de TV cherchent simplement à couvrir la norme.
Le pic de luminance
Quand je parle de pourcentage de blanc ou de pic, cela indique le niveau de luminosité du blanc. Le pic de luminance est mesuré avec une mire IRE100 qui affiche un blanc à 100% de luminosité.
On a ici une mire IRE50, donc un blanc à 50% de sa luminosité. Un blanc qui n’est pas très lumineux apparaît comme gris. Mais c’est bien du blanc.
Je parle donc du pic de luminance qui est mesurable avec une mire blanche à 100% de luminosité. En SDR, comme dit avant, un pic à 100 nits va suffire à afficher une bonne image. En SDR, le pic de luminance d’une image renseigne la luminosité globale de cette image. Pas en HDR. Avoir une TV avec un pic de luminance à 2000 nits ne va pas générer des images globalement plus lumineuses qu’une autre TV qui a un pic inférieur. Pour comprendre, il faut visualiser la différence entres les courbes de luminance des 2 formats.
Courbes de luminance SDR avec des pics à 100, 200, 300, 400 et 500 nits.
Courbes de luminance HDR avec des pics à 600, 1000, 2000, 3000 et 4000 nits.
On constate que la courbe de luminance du SDR s’incline en fonction du pic, pas en HDR. La courbe de luminance HDR est fixe. Elle se prolonge en fonction du pic lié aux capacités de l’afficheur. La courbe est fixe, c’est la norme ST2084.
Le 50% blanc (IRE50)
Dans mes synthèses de calibrage HDR, je prends toujours en référence la luminance du 50% blanc. Le 50% blanc est fixé à 94 nits dans la norme ST2084. C’est là qu’on comprend que la norme ST2084 n’est pas applicable à la vidéoprojection. 94 nits, c’est plutôt la valeur qu’on souhaite obtenir pour le pic à 100%. Bref, la luminance du 50% blanc est un bon indicateur de la luminosité globale des images en HDR. En vidéoprojection, s’il est trop bas (parfois 10 ou 15 nits) cela va donner beaucoup d’images ou de scènes globalement trop sombres. Pas en TV, le 50% blanc est fixe à 94 nits.
Grossièrement, on peut faire la corrélation entre le 50% du HDR (94 nits) et le 100% du SDR (100 nits). Avec ces valeurs, le HDR n’est pas forcément et globalement plus lumineux que le SDR. Ce qui va faire toute la différence, c’est toute la plage élevée de luminance du HDR qui va permettre d’afficher des nuances et des détails très lumineux. Et plus le pic sera élevé, plus l’afficheur pourra se rapprocher d’une image hyper réaliste. Alors bien évidemment, de façon très ponctuelle, il y existe des images globalement très lumineuses en HDR, mais il ne faut pas s’attendre à avoir un film entier avec ce type d’image.
Différence des luminosités en fonction du format
Les valeurs de luminance indiqués sont uniquement des valeurs de principe à but pédagogique. Ce ne sont pas de véritables mesures.
En HDR, les points à basse luminosité n’ont pas bougé. C’est le pic des détails lumineux qui a augmenté. Les images HDR ne sont globalement pas plus lumineuses qu’en SDR, mais bien plus réaliste.
Maintenant, si on augmente le pic de luminance pour les 2 formats :
Si on augmente le pic de luminance, en SDR, c’est la luminosité de toute l’image qui augmente. Pas en HDR. Les points à basse luminosité n’ont pas bougé par rapport au pic précédent à 1000 nits. C’est le pic des détails lumineux qui a augmenté pour donner des images encore plus proches de la réalité.
Visionner du HDR de jour, une bonne idée ?
Si on respecte la norme SMPTE ST2084, le format HDR n’est pas fait pour être visionner en plein jour. Certaines scènes de films sont très sombres. Si la grande plage dynamique est exploitée pour les hautes lumières, elle l’est aussi pour les basses lumières. Et il n’est pas rare d’avoir des films HDR globalement plus sombres que la version SDR. Je pense notamment au film Alita, comme le montre ce lien sur le site HD Numérique. Il existe des modes HDR « jour » sur les TV qui font largement grimper le 50%. Sauf que le pic lui est fixe. Alors effectivement, l’image est plus lumineuse, mais le rendu HDR est biaisé car l’écart entre le 50% et le 100% a diminué.
Voici un exemple d’un mode HDR qui peut faire office de mode « jour », car les luminances mesurées sont nettement au-dessus de la norme ST2084. Le 50% est à 460 nits au lieu de 94 nits. Le problème est que les détails lumineux vont se fondre dans la haute luminosité global des images bridant totalement le rendu HDR recherché. Les images ne seront plus fidèles aux choix artistiques voulus en studio. On se rapproche grandement d’un rendu SDR très lumineux.
Recommandations
Important : la luminosité élevée des téléviseurs actuels ne sert que pour le HDR. Si vous vous servez de cette luminosité pour avoir du SDR super lumineux et éclairer votre pièce ou si vous utilisez des modes aberrants comme les modes dynamique ou intense…, plusieurs problèmes :
– Le pire : la durée de vie de la dalle va être compromise. Fortement sollicitée en permanence, elle va vieillir prématurément.
– Le HDR, s’il est calibré ou très proche de la norme ST2084, va paraître plus sombre que le SDR alors qu’il est pourtant conforme.
– Pour compenser un HDR trop sombre par rapport au SDR, vous allez choisir le mode HDR « jour » (si disponible) ou vouloir augmenter la luminosité par un autre moyen, ce qui ne vous permettra pas de bénéficier du meilleur rendu HDR puisqu’en relevant le 50%, l’écart avec les pics lumineux est réduit : la plage dynamique utile est réduite. De plus, il y a un risque de brûler les blancs.
– Surconsommation électrique.
Un calibrage permet d’ajuster la luminosité nécessaire pour l’affichage et donc de préserver la durée de vie de votre TV.
