Haute Définition et Cinéma Numérique

1. Haute DéfinitionetCinéma Numérique CST Département Imagerie Électronique 8 Novembre 2005 Thierry Delpit et Matthieu Sintas

2. Un peu d’histoire Ou comment la télévision (le petit écran) à voulu conquérir le cinéma (le grand) et s’est fait rattraper in fine par l’informatique

3. De la vidéo des débuts, à la vidéo numérique, la HD, l’infographie jusqu’au …cinéma numérique.

4. L’invention fondamentale 1873 en Irlande : Un jeune télégraphiste, Joseph May, découvre l’effet photoélectrique : une barre de Sélénium exposée au soleil voit sa résistance électrique varier.

5. Bien sûr on a imaginé appliquer directement cette invention à la reproduction d’une image… sans succès. Il faudra transmettre séquentiellement chaque point de l’image.

6. Les débuts (héroïques)de la vidéo L’histoire commence dans les années 20 avec l’oscillographe à rayons cathodiques. Source : Le haut parleur 1938

7. La projection sur grand écran est un vieux rêve pour les ingénieurs de la télévision…

8. Le terme « Fernesehen » à été utilisé par le physicien Eduard Liesegang en 1890. Le mot Français « Télévision » par le physicien russe Constantin Perskyi en 1900. Il est ensuite devenu « television » en Anglais « televisie » en Néerlandais, « televisione » en Italien, « television » en Espagnol, …

9. Cette vision électronique du cinéma date de 1941… Source : SMPTE Journal

10. Projecteur Eidophor, début des années 50…

11. La vidéo Mais pour que tous les appareils soient compatibles il faut une norme commune. En France (et en Europe) c’est le système de balayage à 625 lignes/50 Hertz/entrelacé qui à été choisi (en 1952). Aux Etats-Unis (en 1941) et au Japon c’est le balayage à 525lignes/60Hertz/entrelacé.

12. La convergence Lorsque les informations (images et sons) sont numérisées, elles peuvent être traitées soit par des équipements spécifiques (le lecteur DVD de salon) ou par des ordinateurs. C’est cela la convergence, alors que les 1er lecteurs de CD et de DVD étaient des équipements dédiés, aujourd’hui tous les ordinateurs assurent ces fonctionnalités. Le numérique a créé un pont entre le monde de l’audiovisuel et celui de l’informatique. Les équipements informatiques ayant des performances en très forte croissance, il envahissent tous les domaines d’application et tendent à remplacer les équipements dédiés.

13. Un caméscope DV Un caméscope à disque dur Un baladeur audio 1986 : le 1er magnétoscope numérique (D1)

14. Signaux HD et D-Cinema • La TVHD • La normalisation Cinéma Numérique • Signaux 2K et 4K du DCI

16. La haute définition La télévision haute définition cela a toujours été la télévision de… demain.

17. La haute définition La haute définition reprend les mêmes principes que la vidéo numérique avec plus de pixels. Des différences importantes sont à signaler : - Le format d’image commun* 1920 x 1080 (16/9) soit 4 fois la vidéo. - Les différentes cadences image : 24, 25, 30 - Le choix du progressif ou de l’entrelacé *Commun aux pays 50 Hz et 60 Hz

18. La haute définition Les principaux paramètres : - Format 16/9 1920 x 1080 - Signal composante - Modes entrelacé et progressif - Plusieurs cadences image : 24, 25 et 30 Hz.

20. Hiérarchie des formats* Fichiers 2K et 4K Cinéma numérique Recommandé pour les Contenus alternatifs Vidéo HD Non recommandé pour la projection Sur grand écran Vidéo (SD) *d’après les documents de l’ITU, la SMPTE et du DCI

21. Le cinéma numérique

22. Le contexte international • Il s’agit de remplacer la pellicule avec le même niveau de qualité et de compatibilité. • Des standards sont indispensables. • C’est un problème nouveau, si des technologies existantes sont utilisables, le système global est à concevoir de zéro. • C’est pour cela que les normes se font attendre, même si les grandes lignes sont déjà définies.

23. Qui normalise ? • La SMPTE* • L’ITU* • Le DCI et l’ETC • La CST • L’AFNOR* • L’EDCF • L’ISO* *En vert les organismes de normalisation

24. La SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) Prépare les normes techniques pour les USA (ANSI). Ces normes sont souvent reprises au niveau international par l’ISO pour le Cinéma et par l’ITU pour la Vidéo.

25. Les documents de la SMPTE Mastering Distribution Exhibition Image Structure Track File Essence Encryption Key Distribution Management Extra-Theater Messaging Sound & Picture Track File Audio Characteristics Digital Certificates Intra-Theater Messaging Subtitles track file Subtitling Security Entity Behavior Composition Playlist Audio LFE Characteristics Audio Phys/Elec Interfaces Packing List 1Gb/s Link Encryption Audio Channel Mapping Representation on Physical Media Screen Luminance, Chrominance, Uniformity Projector Performance Measurements Audio Downmixing Operational Constraints Certification Reference Projector Source : W Aylsworth

26. Le DCI • Le DCI (Digital Cinema Iniciative) a été fondé par 7 sociétés : Warner Bros, Fox, Disney, Universal Studios, MGM, Paramount Pictures, Sony Pictures Entertainment. • Sa mission est de concevoir les spécifications techniques et le modèle économique pour l’exploitation des films en 1ère exclusivité. • Ce n’est pas un organisme de normalisation.

27. Buts du DCI • Définir un système de distribution et de projection numérique qui soit supérieur, en terme de qualité, aux copies prestiges (tirées du négatif original). • Les tests représentent une part importante du travail pour : définir les critères de qualité, contrôler la calibration des équipements et vérifier la compatibilité.

28. Les documents produits par le DCI Digital Cinema Test Plan v1, v2 et Digital Cinema System Specification v2, v3, v3.5, v4, v4.1 et v4.2

29. L’ETC • C’est une unité de recherche de l’École Cinéma et Télévision de l’Université de Sud Californie (USC) fondée en 1993. • Le budget de l’ETC provient des sponsors industriels, des majors Hollywoodiennes et des prestations de test.

30. Missions de l’ETC • Fournir une plate-forme de tests dans un lieu « neutre ». • C’est le laboratoire choisi par le DCI.

31. Un lieu historique pour les tests : le Pacific Theater Cinéma ouvert en 1928 par Warner Bros.

32. Le hall du Pacific Theater

35. Le DCDM* image *Digital Cinema Distribution Master

37. Y Z X Couleurs visibles Primaires d’affichages Couleurs affichables Espace de Représentation XYZ Source : G Kennel

39. Le DCDM – Digital CinemaDistribution Master C’est un jeu de fichiers (non compressés) qui contient toutes les données pour la projection (images, sons, sous-titres, …). La structure par bobine est conservée pour des raisons pratiques.

40. DCDM - Image • Les fichiers source utilisés en postproduction sont généralement du type TIFF. Ils devront être empaquetés dans le format MXF (SMPTE 384 M) qui est plus pratique pour la distribution par réseau et qui peut contenir de nombreuses méta données. • Les méta données indiquent notamment la calibration colorimétrique du projecteur et le format des images. • Les formats films devront s’inscrire dans les 2 containers prévus. Le centre des images étant toujours au centre du container.

41. DCDM - Image • La colorimétrie retenue est l’espace CIE X, Y, Z. • L’échelle des valeurs est une fonction de puissance d’exposant 2,6 (pré compensation de gamma)*.

42. DCDM - Audio • 48 ou 96 KHz, 24 bits • Format EBU Tech 3285 • L’attribution des canaux fixe (document SMPTE) • Des méta données indiquent comment doit être effectué une éventuelle réduction du nombre de canaux (downmixing)* • Des méta données indiquent comment la dynamique doit être gérée si cette fonction est activée* • 256 canaux maximum • Pas de compression *Ces données ne sont pas modifiables

44. Compression et codecs informatiques Thierry DELPIT

45. La copie numérique Après demain Demain Aujourd’hui Fichier : MXF Image : 2048x1080 (ou 4096x2160) X’Y’Z ‘ Compression JPEG2000 Son : 5.1 non compressé Cryptage : AES - standard Liste de lecture : XML - standard Fichier : MXF Image : 1920x1080 4:2:2 (voire 4:2:0) Compression MPEG 2 Son : 5.1 non compressé Cryptage : AES - standard Liste de lecture : XML - standard Fichier : propriétaire Image : 1920x1080 4:2:2 (voire 4:2:0) Compression MPEG 2 Son : 5.1 non compressé Cryptage : propriétaire Liste de lecture : propriétaire MXF Interop. ?? DCI

46. X – 12 bits 36 bits Y– 12 bits 1 pixel Z – 12 bits 1 image 2K 2048 x 1080 79 626 240 bits 2000 CDs = soit 1,2 Téra – octets… Pourquoi la compression ? Film 24 i/s 90 minutes 103 195 660 704 000bits

47. Dans certaines zones d’une image, les nuances sont imperceptibles Certaines zones d’une image sont unies Compression INTRA - image Les différences entre deux images consécutives sont la plupart du temps très faibles Compression INTER - images La compression vidéo • Tient compte du fait que le fichier que l’on cherche à stocker et/ou à transporter est de la vidéo donc :

48. Types de compression • Compression sans perte : on se débrouille pour que le fichier prenne moins de place, mais sans perdre une seule information : rapport de compression max 2:1 • Compression avec perte : on peut perdre de l’information, même si elle cette perte est visible • Compression sans perte visuelle : on peut perdre les informations qui sont indécelables à l’œil

49. Compression sans perte • Codage RLE (Run Length Encoding) : code les suites de caractères identiques. Exemple : « AAAHHHH » se code « 3A4H » • On va tenter de coder l’image pour avoir le plus possible de suite de valeurs de pixels identiques • Différentes méthode de parcourir l’image pour la coder dans un fichier Pour les images, où des zones sont unies : Méthode la plus efficace

50. Compression intra-image : le JPEG • On ne s’intéresse ici qu’à la compression d’une image fixe, indépendamment de la séquence vidéo. • On prend tout d’abord le cas d’une image en noir et blanc. • L’image est décomposée en blocs de pixels (en général 8x8) 8 8 Valeurs des niveaux de gris