Relation entre quantité de données et qualité d'affichage
les implications sur la quantité de données à transporter, traiter et afficher résultant de la hausse des définitions UHD, de la richesse des couleurs et du nombre d'images par seconde
Définition d'image
- WQUXGA = 3.840 × 2.400 pixels = 9.216.000 pixels en 16/10
- WHUXGA = 7.680 × 4.800 pixels = 36.864.000 pixels en 16/10
- UHD 4K = 3.840 × 2.160 pixels = 8.294.400 pixels en 16/9
- UHD 8K = 7.680 × 4.320 pixels = 33.177.600 pixels en 16/9
- "real full 4K" = 4.096 × 2.160 pixels = 8.847.360 pixels en 17/9
- "real full 8K" = 8.192 × 4.320 pixels = 35.389.440 pixels en 17/9
Profondeur des couleurs selon le codage
- codage en 1 bit = 2¹ = 2 nuances par couleur
- codage en 2 bits = 2² = 4 nuances par couleur
- codage en 8 bits = 2⁸ = 256 nuances par couleur
- codage en 10 bits = 2¹⁰ = 1.024 nuances par couleur
- codage en 12 bits = 2¹² = 4.096 nuances par couleur
- codage en 16 bits = 2¹⁶ = 65.536 nuances par couleur
- codage en 24 bits = 2²⁴ = 16.777.216 nuances par couleur
- codage en 30 bits = 2³⁰ = 1.073.741.824 nuances par couleur
- codage en 32 bits = 2³² = 4.294.967.296 nuances par couleur
- codage en 36 bits = 2³⁶ = 68.719.476.736 nuances par couleur
- codage en 48 bits = 2⁴⁸ = 281.474.976.710.656 nuances par couleur
- codage en 96 bits = 2⁹⁶ = 79.228.162.514.264.337.593.543.950.336 nuances par couleur
en 4:4:4 = "Full Sampling", sans aucune perte
si chacune des 3 composantes primaires de couleurs RVB (en français: Rouge Vert Bleu) ou RGB (en anglais: Red Green Blue) est codée en:
- 8 bits (RVB 24bits/pixel) = (2⁸ = 256 nuances de rouge) x (2⁸ = 256 nuances de vert) x (2⁸ = 256 nuances de bleu)
= 2²⁴ = 16.777.216 de couleurs/pixel
- 10 bits (RVB 30bits/pixel) = (2¹⁰ = 1.024 nuances de rouge) x (2¹⁰ = 1.024 nuances de vert) x (2¹⁰ = 1.024 nuances de bleu)
= 2³⁰ = 1.073.741.824 de couleurs/pixel
- 12 bits (RVB 36bits/pixel) = (2¹² = 4.096 nuances de rouge) x (2¹² = 4.096 nuances de vert) x (2¹² = 4.096 nuances de bleu)
= 2³⁶ = 68.719.476.736 de couleurs/pixel
- 16 bits (RVB 48bits/pixel) = (2¹⁶ = 65.536 nuances de rouge) x (2¹⁶ = 65.536 nuances de vert) x (2¹⁶ = 65.536 nuances de bleu)
= 2⁴⁸ = 281.474.976.710.656 de couleurs/pixel
- 32 bits (RVB 96bits/pixel) = (2³² = 4.294.967.296 nuances de rouge) x (2³² = 4.294.967.296 nuances de vert) x (2³² = 4.294.967.296 nuances de bleu)
= 2⁹⁶ = 79.228.162.514.264.337.593.543.950.336 de couleurs par pixel
en 4:2:2 = "Sub Sampling", avec perte = 75% du 4:4:4 (Luminance + Chroma)
en 4:2:0 = "Sub Sampling", avec forte perte = 63% du 4:4:4 (Luminance + Chroma)
- pour couvrir tout le spectre de couleurs sRGB: il faut un encodage de 8 bits par composante x 3 composantes
= 24 bits par pixel
- pour couvrir ~99% du spectre de couleurs Adobe RGB: il faut un encodage à 10 bits par composante x 3 composantes
= 30 bits par pixel
- pour couvrir tout le spectre de couleurs Adobe RGB: il faut un encodage à 10 bits par composante x 3 composantes
> 30 bits par pixel
- pour couvrir tout le spectre de couleurs ITU-R BT.2020, alias REC.2020: il faut un encodage à 12 bits par composante x 3 composantes
> 36 bits par pixel
- pour couvrir tout le spectre de couleurs ProPhoto: il faut un encodage de 14 bits par composante x 3 composantes
= 42 bits par pixel
Nombre d'images par seconde
- 1i/s = 1 image par seconde
- 30i/s = 30 images par seconde
- 50i/s = 50 images par seconde
- 60i/s = 60 images par seconde
- 100i/s = 100 images par seconde
- 120i/s = 120 images par seconde
- 150i/s = 150 images par seconde
- 200i/s = 200 images par seconde
Bande passante nécessaire en 10-colorbits
pour UHD 4K 8.294.400 pixels x 30 bits couleurs par pixel = 248.832.000 bits par seconde:
- à 1i/s = 248.832.000 bits/s = 0,25 Gbits/s
- à 30i/s = 7.464.960.000 bits/s = 7,46 Gbits/s
- à 50i/s = 12.441.600.000 bits/s = 12,44 Gbits/s
- à 60i/s = 14.929.920.000 bits/s = 14,93 Gbits/s
- à 100i/s = 24.883.200.000 bits/s = 24,88 Gbits/s
- à 120i/s = 29.859.840.000 bits/s = 29,86 Gbits/s
- à 150i/s = 37.324.800.000 bits/s = 37,32 Gbits/s
- à 200i/s = 49.766.400.000 bits/s = 49,77 Gbits/s
pour UHD 8K 33.177.600 pixels x 30 bits couleurs par pixel = 995.328.000 bits par seconde:
- à 1i/s = 995.328.000 bits/s = 1,00 Gbits/s
- à 30i/s = 29.859.840.000 bits/s = 29,86 Gbits/s
- à 50i/s = 49.766.400.000 bits/s = 49,77 Gbits/s
- à 60i/s = 59.719.680.000 bits/s = 59,72 Gbits/s
- à 100i/s = 99.532.800.000 bits/s = 99,53 Gbits/s
- à 120i/s = 119.439.360.000 bits/s = 119,44 Gbits/s
- à 150i/s = 149.299.200.000 bits/s = 149,30 Gbits/s
- à 200i/s = 199.065.600.000 bits/s = 199,07 Gbits/s
Bande passante nécessaire en 12-colorbits
pour UHD 4K 8.294.400 pixels x 36 bits couleurs par pixel = 298.598.400 bits par seconde:
- à 1i/s = 298.598.400 bits/s = 0,30 Gbits/s
- à 30i/s = 8.957.952.000 bits/s = 8,96 Gbits/s
- à 50i/s = 14.929.920.000 bits/s = 14,93 Gbits/s
- à 60i/s = 17.915.904.000 bits/s = 17,92 Gbits/s
- à 100i/s = 29.859.840.000 bits/s = 29,86 Gbits/s
- à 120i/s = 35.831.808.000 bits/s = 35,83 Gbits/s
- à 150i/s = 44.789.760.000 bits/s = 44,79 Gbits/s
- à 200i/s = 59.719.680.000 bits/s = 59,72 Gbits/s
pour UHD 8K 33.177.600 pixels x 36 bits couleurs par pixel = 1.194.393.600 bits par seconde:
- à 1i/s = 1.194.393.600 bits/s = 1,19 Gbits/s
- à 30i/s = 35.831.808.000 bits/s = 35,83 Gbits/s
- à 50i/s = 59.719.680.000 bits/s = 59,72 Gbits/s
- à 60i/s = 71.663.616.000 bits/s = 71,66 Gbits/s
- à 100i/s = 119.439.360.000 bits/s = 119,44 Gbits/s
- à 120i/s = 143.327.232.000 bits/s = 143,33 Gbits/s
- à 150i/s = 179.159.040.000 bits/s = 179,16 Gbits/s
- à 200i/s = 238.878.720.000 bits/s = 238,88 Gbits/s
Bande passante nécessaire en 16-colorbits
pour UHD 4K 8.294.400 pixels x 48 bits couleurs par pixel = 398.131.200 bits par seconde:
- à 1i/s = 398.131.200 bits/s = 0,40 Gbits/s
- à 30i/s = 11.943.936.000 bits/s = 11,94 Gbits/s
- à 50i/s = 19.906.560.000 bits/s = 19,91 Gbits/s
- à 60i/s = 23.887.872.000 bits/s = 23,89 Gbits/s
- à 100i/s = 39.813.120.000 bits/s = 39,81 Gbits/s
- à 120i/s = 47.775.744.000 bits/s = 47,78 Gbits/s
- à 150i/s = 59.719.680.000 bits/s = 59,72 Gbits/s
- à 200i/s = 79.626.240.000 bits/s = 79,63 Gbits/s
pour UHD 8K 33.177.600 pixels x 48 bits couleurs par pixel = 1.592.524.800 bits par seconde:
- à 1i/s = 1.592.524.800 bits/s = 1,59 Gbits/s
- à 30i/s = 47.775.744.000 bits/s = 47,78 Gbits/s
- à 50i/s = 79.626.240.000 bits/s = 79,63 Gbits/s
- à 60i/s = 95.551.488.000 bits/s = 95,55 Gbits/s
- à 100i/s = 159.252.480.000 bits/s = 159,25 Gbits/s
- à 120i/s = 191.102.976.000 bits/s = 191,10 Gbits/s
- à 150i/s = 238.878.720.000 bits/s = 238,88 Gbits/s
- à 200i/s = 318.504.960.000 bits/s = 318,50 Gbits/s
Connectique
- actuel HDMI 1.4a: ~3,4Gbits/s par canal x 3 canaux = 10,2Gbits/s
- futur HDMI 2.0: ~6Gbits/s par canal x 3 canaux = 18Gbits/s
- DisplayPort 1.0-1.1: ~2,7Gbits/s par canal x 4 canaux = 10,8Gbits/s
- DisplayPort 1.2: ~5,4Gbits/s par canal x 4 canaux = 21,6Gbits/s
- futur DisplayPort 1.3: ~8,1Gbits/s par canal x 4 canaux = 32,4Gbits/s
- futur DisplayPort 1.4: ~8,1Gbits/s par canal x 4 canaux = 32,4Gbits/s
- alternative inspirée de Thunderbolt (intel):
la version 1.0 offre d'emblée 10Gbits/s par canal x 2 canaux (fil de cuivre);
la version 2.0 offre 1 x 20Gbits/s;
la version 3 passe à 40Gbit/s, jusqu'à 100Gbits/s par canal d'ici 2020 (fibre optique), ce qui faudra pour une résolution UHD 8K
ou WHUXGA 16/10 7.680×4.800 pixels, des couleurs en 10-colorbits x 3 colorbits/pixel
= 30-colorbits/pixel et un taux de refraîchissement d'image ≥ 100Hz
- reste à inventer la connectique capable de supporter le débit faramineux de l'UHD 8K en ProPhoto 16bits par couleurx3 colorbits/pixel
= 48-colorbits/pixel, à un taux de refraîchissement d'image ≥ 100Hz
=> soit un capacité de débit ≥ 159,25 Gbits/s!!!
Conclusion
- pour UHD 4K en 10 colorbits @ 60i/s il faut 15 Gbits/s et la connectique HDMI 2.0 ou DisplayPort 1.2
- pour UHD 4K en 10 colorbits @ 120i/s il faudra 30 Gbits/s et la connectique DisplayPort 1.3
- pour UHD 4K en 12 colorbits @ 120i/s il faudra 36 Gbits/s et la connectique DisplayPort 1.4
- pour UHD 8K en 12 colorbits @ 120i/s il faudra >143 Gbits/s et attendre une future connectique
en optical fiber glass (2020)???
à lire:
http://www.tomshardware.fr/article [...] ,2-31.html
http://hdmi-cables-review.toptenreviews.com/
http://www.brightsideofnews.com/ne [...] -2014.aspx
http://www.audioholics.com/hdtv-fo [...] cification
complémentairement:
safe a écrit :
En prenant un rapport de compression proportionnellement comparable à celui utilisé dans le cas des Bluray en AVC ( à savoir 1:24 ) et en considérant le fait que le HEVC permet un rendement deux fois supérieur ( donnant un rapport de 1:48 ), on obtiendrait alors : - 71,7 Gbit/s non compressé = 1,49 Gbit/s en HEVC - 143,3 Gbit/s non compressé = 2,98 Gbit/s en HEVC
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safe a écrit :
Les études menées en qualité perçue ( subjectives et normées ) démontrent que : - Il y a une amélioration facilement visible lors du passage de 8 bits vers 10 bits et difficilement appréciable lors du passage de 10 bits vers le 12 bits. Le passage vers 12 bits au lieu de 10 bits n'est donc pas une contrainte liée à la perception humaine mais permet l'amélioration d'une autre technologie comme le HDR par exemple, qui fonctionnera de manière plus efficace en 12 bits qu'en 10 bits. - le gain apporté par le passage du 4:2:0 au 4:2:2 est égal au gain apporté par le passage du 4:2:2 au 4:4:4, c'est à dire une amélioration faible de la sensation de piqué d'image ... mais pas flagrante comparé au passage du 8 bits vers le 10 bits. Donc on peut extrapoler en disant que 12 bits en 4:2:0 sera meilleur que 8 bits en 4:4:4. En revanche, 10 bits en 4:2:2 serait un bon compromis pour le futur bluray UHD ( c'est mon avis ). Pour information, si on devait classer les paramètres les plus influents sur la qualité perçue, on arriverait à ce classement : 1 - le 1er paramètre amplifiant le plus la qualité perçue est la fréquence d'image ( passer de 50i à 50p puis de 50p à 100p ). 2 - le 2nd paramètre à modifier est le HDR qui améliore assez sensiblement la qualité perçue. 3 - le 3ème paramètre à modifier est la résolution spatiale ( passer de Full HD à l'ultra HD ). 4 - Viennent ensuite l'espace colorimétrique ( Wide Color Gamut représenté par le Rec.2020 en comparaison du Rec.709 ) associé à la profondeur de couleur ( passage de 8bits à 10 bits minimal requis par le Rec.2020 et l'HDR ) et la représentation des couleurs ( 4:2:0 vers 4:4:4 ).
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safe a écrit :
Le dédoublement ( voir quadruplement ) des interfaces se fait déjà à la captation en ultra HD. Après dans un cadre domestique, cela semble possible techniquement mais plus contraignant pour le consomateur ... @+
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PitOnForum a écrit :
comme d'hab, superbe réponse Safe! il semblerait donc qu'au Japon en 2020 les émissions (considérant ici que la partie vidéo, sans le son et autre) de NHK super Hi-Vision 8K 120Hz 12-colorbits seront successivement: 1° filmé en 4:2:0 (ou en 4:2:2 voir en 4:4:4 puis retransformé en 4:2:0 ) (offrant tout de même une qualité supérieure à 8-corobits en 4:4:4), soit 71,7 Gbit/s non compressées. Non, le 4:2:0 8 bits n'offre pas une meilleure qualité que 4:4:4 8 bits. 2° puis compressées à 1,54 Gbit/s via HEVC H.265 (que je cherchais à savoir). 1,49Gbit/s + le son 22.2 NHK encodé en AC-4 ( 50Mbit/s maxi ) = 1,54Gbit/s 3° pour être émises à 1,54 Gbit/s en HEVC H.265 au travers d'un réseau terrestre à 2Gbit/s et par satellite (de quelle capacité d'ailleurs???) > il faudra qu'une nouvelle norme d'encapsulation pour transmission par satellite soit formalisée pour cela ... 4° réceptionnées compressées chez les téléspectateurs à 1,54 Gbit/s en HEVC H.265 5° décrompressées chez les téléspectateurs de 1,49 Gbit/s à 71,7 Gbit/s via HEVC H.265 inclus dans le lecteur/décodeur ( interne ou externe à la TV ). 5,5° transféré en décompréssé depuis un décodeur satellite externe vers la télévision 8K via hdmi 3.0 multi fibre optique ?. 6° affichées à l'écran en 4:2:0, soit à 71,7 Gbit/s finalement un réseau télévisuel terrestre de 2Gbit/s ce n'est pas tant que çà à la vue de ce qui est prévu au Japon àpd 2020: vidéo de 1,49 Gbit/s en HEVC H.265 + son haute définition + autres données pour confirmation: 4:2:0 c'est certain ou probable?
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safe a écrit :
Le 4:2:0 est de fait le mode de transmission retenue. @+
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PitOnForum a écrit :
les illustrations de codage sont intéressantes; je vais fouiner un peu concernant les maillages, ils diffèrent de marque en marque, de produit en produit, d'année en année...
sait-on avec certitude quel maillage offre le meilleur résultat d'affichage? que pensez-vous de: 4 sous-pixels RGBW triangulaires?
4 sous-pixels RGBW carrés disposés en un pixel caré?
ou 3 sous-pixels RGB carrés disposés de manière décalée en triangle ou en diagonale?
ou 3 sous-pixels RGB polygones (hexagones, octogones ou autre?) disposés en triangle?
ou 3 sous-pixels RGB triangulaires disposés en trapèze qui se succèdent toujours dans le même ordre?
ou encore cette variante-ci?
avec l'OLED tout devrait être possible, non?
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Message édité par PitOnForum le 27-06-2019 à 19:15:15