Comparatif SDR/HDR sur écran LCD

[Pio2001]

Bonjour,
Je me suis amusé à faire une comparaison entre la version "normale" du film Dune première partie (sur blu-ray) et la version HDR (sur blu-ray UHD).
C'est la première fois que je vois de la HDR et c'est le seul disque HDR que je possède. Mais j'ai vu que les critiques étaient bonnes. Le HDR est bien exploité sur ce film.

Petit rappel sur ce qu'est le HDR ou High Dynamic Range.

En haut, l'échelle du noir au blanc en SDR. Le SDR c'est tout ce qu'on a vu jusqu'à présent, y compris en salle de cinéma, ou sur ce forum. Les niveaux réels du noir et du blanc sont arbitraires.
En bas, l'échelle du noir au blanc en HDR. La différence la plus évidente est que les hautes lumières montent beaucoup plus haut qu'en SDR. Mais il y aussi une différence dans les basses lumières qui n'est pas visible sur ce diagramme : les scènes sombres sont restituées très fidèlement, juste beaucoup plus sombres que les scènes moyennes, alors qu'en SDR, plus on se rapproche du noir, plus les contrastres entre gris très-très sombre et gris très-très-très sombre sont écrasées par la courbe de gamma.

Quelques choses à savoir

Le HDR, ce n'est pas un rendu d'image défini une fois pour toutes. Ce que je vais vous montrer n'est qu'un exemple de rendu parmi d'autres utilisant le HDR.

D'abord, le réalisateur, chef op ou étalonneur qui supervise l'étalonnage d'un film peut choisir le rendu qu'il souhaite avoir : sombre, clair, dynamique, terne etc. Je vais donc voir ce que Denis Villeneuve (ou la personne qui a créé le master du blu-ray UHD de Dune), a choisi de mettre sur le disque, et rien de plus.

Ensuite, les écrans qu'on utilise sont loin de pouvoir restituer toute l'échelle HDR, et les fabricants ont tout loisir de choisir comment ils vont restituer les pixels qui dépassent les capacités de l'écran.
En particulier, je ne dispose par d'écran OLED, qui est la technologie reine pour restituer de l'HDR. Je n'ai qu'un LCD, qui ne peut me montrer qu'une partie de ce que le HDR sait faire. Bon ce n'est pas n'importe quel LCD non plus. C'est un moniteur étalonné qui couvre 98% du DCI P3. Il ne monte qu'à 300 nits, mais ce qui est en-dessous de 300 nits, il le restitue exactement comme il se doit (à part le noir qui n'est pas noir).

Il est donc nécessaire de préciser quel genre d'image HDR on est en train de regarder.

Les conditions de visionnage

L'écran : Eizo CG2700S, dalle IPS, rétroéclairage LED.
Lecteur de blu-ray : Sony UBP X700.

Voici les réglages utilisés sur l'écran.
Pour le blu-ray SDR :

EcranSDR.jpg (65.84 Kio) Vu 957 fois

Pour le blu-ray UHD :

EcranHDR.jpg (77.99 Kio) Vu 957 fois

Et voici les signaux reçus par l'écran.
Depuis le blu-ray :

EcranSDR signal.jpg (50.25 Kio) Vu 957 fois

Depuis le blu-ray UHD (le Sony est paramétré en 1080p car le Sony ne propose que 1080p ou 2160p, et l'écran ne monte pas au-dessus de 1440p) :

EcranHDR signal.jpg (59.15 Kio) Vu 957 fois

On peut donc représenter le setup utilisé ainsi :

Echelle Dune1.png (94.34 Kio) Vu 957 fois

Je perds clairement une partie du signal qui est sur le disque, mais seulement sur les détails localisés de l'image, qui seuls peuvent monter à 787 nits, alors que je suis limité à 300 nits. En revanche, sur des scènes globalement très lumineuses, j'ai tout : le MaxFALL est à 239 nits pour l'image entière, et je les tiens sans problème.
Le SDR s'arrête usuellement vers 100 nits. Moi j'ai choisi 80 parce que je trouve que c'est moins éblouissant, et cela me permet d'avoir des noirs un peu plus bas sur ma dalle LCD. Notez que je conserve tout de même l'intégralité du signal SDR.

J'ai reporté les valeurs du noir de ma dalle, mesurées par le labo indépendant prad.de, en réglage 80 nits (noir = 0.06 nits) et en réglage 300 nits (noir = 0.27 nits). J'ai donc un contraste statique un peu supérieur à 1000.

Alors qu'est-ce que ça donne ?

J'ai photographié l'écran avec mon reflex Canon en mode manuel. Sauf indication contraire, les scènes SDR et HDR sont photographiées avec la même exposition, pour bien montrer la différence de luminosité.
Par contre, la HDR ne tient pas sur une jpeg, en tout cas pas dans le navigateur web que vous êtes en train d'utiliser pour lire ce message. J'ai donc photographié séparément des images sombres (en éclaircissant les photos) et des images claires (en assombrissant les photos).

Scènes sombres

01a Sombre.jpg (11.32 Kio) Vu 957 fois

01 Sombre.jpg (68.9 Kio) Vu 957 fois

Y a pas photo, les limitations de la technologie LCD sont évidentes. Le noir à 0.27 nits, c'est trop haut pour les scènes sombres de Dune !
L'image est presque meilleure en SDR. Le noir est bien plus agréable. Seul bémol, on voit un peu moins de détails qu'en HDR.

Scènes claires

02a clair.jpg (11.77 Kio) Vu 957 fois

02 clair.jpg (53.9 Kio) Vu 957 fois

Là, la HDR montre un très large avantage, avec des hautes lumières qui claquent !
C'est une expérience qui n'existe pas en SDR : les scènes éblouissantes.

Là il est intéressant de regarder ce qui se passe si on règle l'écran en émulation 500 nits :

02b clair.jpg (62.78 Kio) Vu 957 fois

On voit que le clipping a effacé une partie du décor qui dépassait 300 nits. On retrouve le même problème sur les scènes d'explosion ou de flammes.
C'est une limitation de l'écran LCD. Il semble que le blu-ray ait été optimisé pour être vu sur écran OLED.
C'est aussi un choix d'Eizo de réaliser un clipping brutal. Un autre écran pourrait très bien faire ce qu'on appelle du "tone mapping", qui consisterait à basculer automatiquement sur un rendu semblable à l'émulation 500 nits de l'Eizo dès qu'une zone importante de l'image dépasse les 300 nits.

Enfin, c'est aussi une limitation de l'HDR10 par rapport à l'HDR10+ ou au Dolby Vision. Sur ces dernières normes, les métadonnées indiqueront à l'écran LCD de passer en émulation pour montrer le décor si la personne qui a créé la vidéo a fait ce choix pour les écrans LCD, qui ont leurs métadonnées dédiées.

Scènes moyennes

03a moyen.jpg (15.3 Kio) Vu 957 fois

03 moyen.jpg (88.79 Kio) Vu 957 fois

J'ai ici compensé la différence de luminosité, arbitraire, entre les deux rendus, pour comparé l'aspect général de l'image.
On le voit très mal sur la photo, mais la lumière est plus naturelle en HDR, avec de meilleurs contrastes.
Pour le vêtement sombre, on retrouve la même chose que pour les scènes sombres : beaucoup de détails en HDR, tandis qu'en SDR, c'est une masse noire indistincte.

A ce propos, il me revient en mémoire avoir lu que les fonctions de transfert pour les images SDR (norme BT 709) ne sont pas réciproques à la prise de vue et à l'affichage, ce qui explique que les noirs soient moins naturels qu'en HDR. Le noir restitué n'est pas le même que le noir réel. Il est volontairement bouché (courbe hybride linéaire + gamma à la prise de vue, courbe gamma pure à l'affichage).
Ce n'est pas plus mal pour un écran LCD, où le noir réel est un peu délavé à cause des limitations de la technologie, mais pour un OLED, les noirs HDR doivent être géniaux, avec un respect des constrastes jusque bien plus bas en luminosité.

Contre-jours

04 clair-obscur.jpg (70.52 Kio) Vu 957 fois

J'ai ajouté un exemple de ce qui fonctionne le mieux pour moi sur ce film sur mon écran en HDR. Ce ne sont pas les explosions, ni les flammes, ni les lasers, ni les lampes. Ce sont les scènes naturelles en clair-obscur, avec des contre-jours. Là l'image est superbe. Très supérieure à ce qu'on obtient en SDR.
Evidemment, la photo ci-dessus ne peut pas rendre le contraste HDR tel qu'il est affiché sur l'Eizo.

Conclusion

Il est clair que ce blu-ray, ainsi que bien d'autres, j'imagine, a été exclusivement pensé pour être visionné sur un écran OLED.
Je ne vois qu'un aperçu imparfait sur cette dalle LCD, mais la différence avec le SDR est déjà très grande, avec des effets de lumière comme je n'en avais jamais vus, et des détails beaucoup plus lisibles sur l'ensemble des images.
Le défaut évident est que les scènes sombres sont trop sombres pour une dalle LCD, dont la lumière résiduelle gâche le spectacle, même avec un contraste statique réel supérieur à 1000.

[Sensunda]

Bonjour Pio2001

Bonjour,
Je me suis amusé à faire une comparaison entre la version "normale" du film Dune première partie (sur blu-ray) et la version HDR (sur blu-ray UHD).

Voilà qui est très très intéressant .

y compris en salle de cinéma

Au cinéma c'est différent, car il n'y a pas vraiment de HDR, et les films en numérique sont aujourd'hui et depuis pas mal de temps je pense diffusé en 10 bits ou plus .

En particulier, je ne dispose par d'écran OLED, qui est la technologie reine pour restituer de l'HDR.

En réalité Oui et Non ... L'OLED a pour l'instant l'avantage dans la restitution des zones sombres, mais les limitations de consommation électriques les privent des restituer les plus hautes luminosité sur de grandes surfaces de leur dalle (donc au dessus de 10%, ça se casse vite la figure, pour finir généralement sous les 300 nits en pleine dalle sur un fond totalement blanc... Alors que les LCD du commerce, notamment mini-LED eux peuvent 2000/3000 nits sur la totalité de leur dalle .

A l'avenir la technologie reine actuellement connue (donc sauf autre évolution) sera les LCD Micro-LED, capable des mêmes performances que l'OLED dans les zones sombrent et de tenir des pics de luminosité pleine dalle sans le moindre souci .

Moi j'ai choisi 80 parce que je trouve que c'est moins éblouissant,

Disons qu'entre 80 et 100 nits, la différence n'est pas non plus énorme .

J'ai reporté les valeurs du noir de ma dalle, mesurées par le labo indépendant prad.de, en réglage 80 nits (noir = 0.06 nits) et en réglage 300 nits (noir = 0.27 nits). J'ai donc un contraste statique un peu supérieur à 1000.

Ton niveau de noir est effectivement très perfectible ... Sur les 2 LCD 27" dalle VA que j'ai acheté, j'ai joué avec les paramètres, pour constater clairement qu'il était largement préférable de mettre le réglage de contraste le plus haut possible (90 minimum) et de baisser la luminosité pour avoir le nombre de Nits désirés, en jetant un œil à la régularité de la courbe de gamma (car j'avais un des 2 écrans qui me faisait plonger la courbe de gamma (largement sous les 2.2) dans les hautes lumières si j'étais trop gourmand sur le contraste ...

Autre avantage on peut sur PC grâce aux paramètres de la carte graphique jouer sur le gamma ou autre sans passer par l'écran ... D'ailleurs j'ai préféré tendre vers 2.2, que 2.4. 2.4 c'est ce que je vise sur l'OLED du salon .

Y a pas photo, les limitations de la technologie LCD sont évidentes. Le noir à 0.27 nits, c'est trop haut pour les scènes sombres de Dune !

0.27, tu m'étonnes ... Après en HDR pas le choix car on doit laisser la luminosité du diffuseur sur 100% (ou presque) pour avoir toute la plage de dynamique nécessaire au HDR ... Sur un OLED, le noir n'est pas impacté par une luminosité à 100% .

C'est une limitation de l'écran LCD. Il semble que le blu-ray ait été optimisé pour être vu sur écran OLED.

Le film est généralement optimisé pour être vu au cinéma, pas spécialement sur OLED, surtout si tu regardes le volume de vente de cette technologie face aux LCD .

C'est aussi un choix d'Eizo de réaliser un clipping brutal. Un autre écran pourrait très bien faire ce qu'on appelle du "tone mapping", qui consisterait à basculer automatiquement sur un rendu semblable à l'émulation 500 nits de l'Eizo dès qu'une zone importante de l'image dépasse les 300 nits.

Exact, notamment via le Roll-off .

mais pour un OLED, les noirs HDR doivent être géniaux, avec un respect des constrastes jusque bien plus bas en luminosité.

Je confirme, c'est monstrueux, à condition d'avoir un bon suivi de la courbe PQ .

Merci en tout cas pour ce topic à nouveau

[Pio2001]

Ton niveau de noir est effectivement très perfectible ... Sur les 2 LCD 27" dalle VA que j'ai acheté, j'ai joué avec les paramètres, pour constater clairement qu'il était largement préférable de mettre le réglage de contraste le plus haut possible (90 minimum) et de baisser la luminosité pour avoir le nombre de Nits désirés, en jetant un œil à la régularité de la courbe de gamma (car j'avais un des 2 écrans qui me faisait plonger la courbe de gamma (largement sous les 2.2) dans les hautes lumières si j'étais trop gourmand sur le contraste ...

Tout-à-fait. Le réglage de "contraste", qui correspond généralement au "gain", ne devrait même pas exister. Il n'y a qu'une seule bonne position, c'est juste avant le clipping.

Concernant le contraste des dalles, j'ai une vieille VA (un Eizo de la gamme FlexScan), et le contraste mesuré n'est pas du tout représentatif du contraste réel, car il n'est valable que sur une ligne de visée à exactement 90° de la surface de la dalle. Les deux côtés de l'image ont un noir beaucoup plus clair que le centre, car on les voit légèrement en biais.
Le nouvel Eizo que j'ai est très bon sur ce point. C'est quasiment aussi noir vu de côté que vu de face.

C'est une limitation de l'écran LCD. Il semble que le blu-ray ait été optimisé pour être vu sur écran OLED.

Le film est généralement optimisé pour être vu au cinéma, pas spécialement sur OLED, surtout si tu regardes le volume de vente de cette technologie face aux LCD .

Dans les vidéos que j'ai regardées sur le HDR, on voit la personne travailler avec deux moniteurs de référence côte à côte : un calibré en SDR et un calibré en HDR, et il réalise les deux étalonnages en même temps, avant de produire les différents fichiers vidéos destinés soit aux salles de cinéma, soit au streaming ou aux blu-rays etc.
Dans cette vidéo du Labo de Jay, il montre à 18:30 un schéma du flux de travail Dolby Vision, et on voit que trois masters différents sont produits pour un même film : un Dolby Vision, un HDR générique, et un SDR : https://youtu.be/dtvlbVLrvI4?si=NZAjNZxOBjOIyWGO&t=1111

Là je parle de la couche HDR10 de ce blu-ray en particulier.
On voit sur la capture d'écran des métadonnées que l'échelle est calibrée sur un intervalle 0.005 à 4004 nits. Si j'ai bien compris, c'est la convention courante sur les blu-ray UHD avec Dolby Vision. Les blu-ray avec seulement de l'HDR10 seraient, eux, limités à 1000 nits.
C'est juste une convention technique, un peu comme la courbe RIAA des vinyles. Le récepteur doit s'y plier.

Mais l'image réellement présente sur le disque a un MaxCLL de 787, c'est-à-dire qu'aucune scène ne dépasse jamais 787 nits à aucun endroit de l'image. Le MaxFALL est de 239, ce qui veut dire qu'aucune image n'a une luminosité moyenne de plus de 239 nits sur toute sa surface.
Or cela correspond exactement aux capacités des dalles OLED actuelles. Tandis que le détail à 787 nits dépasse largement les capacités de mon LCD, et que la scène à 239 nits le sous-exploite au contraire.

Ce qui est curieux, c'est que, tel que le comprends le fonctionnement du Dolby Vision, ce dernier aurait amélioré l'image sur mon LCD s'il avait été compatible, en procédant aux adaptations nécessaires aux limitations de ma dalle, mais n'aurait quasiment rien changé par rapport au simple HDR10 sur un OLED étant donné que les valeurs MaxFALL et MaxCLL sont déjà optimales pour l'OLED.