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L’échantillonnage de la chrominance est-il important pour les écrans ?

BenQ
2020/02/21
monitor of 4:4:4 chroma sampling which provides good image quality

Oui, particulièrement lorsqu’il est couplé à d’autres critères essentiels, comme la profondeur de couleur en bits, le pic de luminosité et le rapport de contraste. L’échantillonnage de la chrominance détermine la fidélité et l’impact du moniteur, bien que la perception varie bien évidemment d’un utilisateur à l’autre. Plus l'échantillon de couleur est important (ou plus un écran dédie de données à la présentation des couleurs), plus une image sera précise.

Mais revenons au commencement. Et par cela, nous voulons dire la nuit des temps, bien avant l’apparition des moniteurs, de la HDR ou du 10 bits. Depuis l’aube de la créativité humaine, les artistes ont remarqué que le public prête bien plus attention à la lumière qu’aux couleurs. Avec l'éclairage adéquat, les amateurs d’art apprécient une peinture indépendamment des couleurs utilisées par son auteur. Cependant, les moniteurs et téléviseurs peuvent difficilement être comparés à des peintures, puisqu’on n’y observe pas directement l’image source. L'écran accepte un signal et traduit des données de sorte qu’elles soient diffusées sur un écran, que nous pouvons ensuite regarder. C’est pourquoi, dans les écrans numériques tels que les moniteurs que nous utilisons tous, l’échantillonnage de la chrominance joue un rôle majeur.

Et, bien que des millénaires se soient écoulés depuis que les premiers dessins ont recouvert les murs d’une grotte, le principe de base selon lequel la lumière prévaut sur la couleur reste vrai. C’est ainsi que fonctionne notre vision. Nous avons besoin de lumière pour voir, et la couleur, bien que fantastique, est secondaire (c’est la raison pour laquelle les premiers films et téléviseurs étaient en noir et blanc). À l’ère moderne, le besoin de représenter les couleurs sur les panneaux électroniques a vite constitué une problématique. Depuis les années 1920, les ingénieurs d’entreprises telles que RCA et Philips s’efforcent de développer un moyen de transmettre la lumière et la couleur ensemble, en tant qu’un même flux visuel. C’est ce qui a donné naissance à la matrice « 4x2 » utilisée dans l’échantillonnage de la chrominance, et que nous allons rapidement expliquer ici.

Histoire de vous faire gagner du temps si vous êtes pressé(e), la différence entre les modèles 4:4:4, 4:2:2 et 4:2:0 est plus claire lorsque du texte intervient. C’est pourquoi, si vous utilisez un moniteur, il vous faut privilégier au moins le 4:2:2. Bien sûr, le 4:4:4 reste toujours préférable, bien qu’infaisable dans le cadre de certaines utilisations. Par ailleurs, l’échantillonnage de la chrominance n’a pas grand-chose à voir avec la profondeur de couleur en bits (p. ex. 8 bits ou 10 bits). Ces deux notions n'ont qu’un rapport lointain.

Équilibrer les données d’image avec la connectivité

Adopté par tout fabricant ou entreprise lié de près ou de loin aux écrans, l’échantillonnage de la chrominance consiste à interpréter la couleur (chroma) en tant que deuxième composant d’une image, après la lumière (luma). Le terme « sous-échantillonnage » dénote le besoin de compresser ou réduire à partir de la source, ou de l'échantillon d’origine. Un sous-échantillon prend la source et la compresse en réduisant les données de couleur, afin que l’image « tienne » grâce à des modes de connexion standard, comme HDMI, 802.11ac Wi-Fi, les protocoles Internet, etc. C’est parce que, très souvent, l’original serait tout simplement trop volumineux pour que la transmission soit suffisamment rapide. Vos flux Netflix en 4K sont extrêmement compressés pour veiller à ce qu’ils disposent de 8,3 mégapixels et 60 images par seconde. Réduire les données de couleur rend ceci possible sans trop détériorer la qualité d’image, car la majeure partie des utilisateurs ne remarque pas la compression des couleurs.

Il n’existe pas de sous-échantillonnage de la composante luma, bien que ce soit techniquement réalisable. Réduire la luma, ou les données de lumière, rendrait tout simplement l’image trop peu visible et ruinerait complètement l’expérience, ce ne serait donc en aucun cas judicieux. La couleur doit être la victime de cette équation.

À quoi correspondent les modèles 4:4:4, 4:2:2 et 4:2:0 ?

L'échantillon standard prend en compte deux lignes horizontales de quatre pixels empilés les uns sur les autres. Mais nous avons trois chiffres (4:X:X). Le premier 4 est constant car il représente la lumière, et la lumière est toujours pleinement échantillonnée sans compression. On part donc du principe que la ligne de la lumière va de soi et elle n’apparaît pas dans la matrice, ou grille. Les deux qu'on y voit représentent le sous-échantillonnage de la chrominance, les deuxième et troisième chiffres correspondant donc au chroma (ostensiblement bleu et rouge, avec du vert résultant de leur alliance). Si nous utilisons le modèle 4:4:4, techniquement, cela correspond à un véritable échantillonnage, non compressé, et pas à un sous-échantillonnage. La lumière obtient quatre pixels complets, quatre pixels individuels sont également échantillonnés pour les deux lignes de couleur. C’est ce qui s’approche le plus de signaux vidéo non compressés à ce jour.

Si vous passez au 4:2:2, cela signifie que seulement deux pixels sont échantillonnés pour chaque ligne de couleur. Les quatre autres sont dupliqués à partir de l’échantillon via le traitement des composants. En 4:2:0, seuls deux pixels de la ligne supérieure ont des échantillons de couleur, tandis que les six restants les copient simplement et la ligne du bas n’a pas du tout de pixels, soit zéro. Échantillonner moins de pixels signifie que moins de données doivent être communiquées entre les appareils, d’où une connexion plus rapide et efficace.

On dénomme également ces modèles YUV, YCbCr ou YPbPr. YUV égale 4:2:0 en termes pratiques, et la plupart des consoles de jeu et cartes graphiques d’ordinateurs le prennent en charge, car ce modèle nécessite peu de débit.

Pour vous donner une idée, un flux de 4:2:0 requiert moitié moins de données ou débit qu’en 4:4:4. Aussi, cette série Netflix ou Prime Video en 4K HDR que vous êtes en train de regarder nécessite environ 15-16 Mbps en débit Internet réel. Le même contenu en 4:4:4 nécessiterait plus de 30 Mbps de débit, ce qui est énorme pour des services de streaming et fournisseurs d'accès à Internet. Utiliser 4:2:0 permet à Netflix et ses pairs d’annoncer qu’une connexion de 25 Mbps suffit pour s’inscrire. Passer à 4:4:4 reviendrait à requérir 50 Mbps minimum par sécurité.

Y a-t-il une différence dans la façon dont ça apparaît pour les utilisateurs ?

Comme dit précédemment, dans tout ce qui nécessite beaucoup de texte, la différence se fait sentir. C’est pourquoi, par défaut, les PC utilisent le RVB complet, qui emploie le modèle 4:4:4 en tant que technique d'échantillonnage nominale. Même avec le 4:2:2, les petites lettres ont tendance à apparaître comme des taches floues, et le 4:2:0 s’accompagne d’un effet arc-en-ciel et d’images résiduelles autour du texte. C’est important si vous choisissez une TV en tant qu’écran d’ordinateur : veillez à ce que le téléviseur et le système d’exploitation de votre PC ou le pilote de carte graphique prennent tous en charge le 4:4:4. Soyez tranquille : chacun des moniteurs BenQ prend en charge l’échantillonnage 4:4:4. 

Alors, l’échantillonnage de la chrominance est-il important ?

Oui. Mais sachant que l'échantillonnage restreint la puissance de traitement, la principale préoccupation des fabricants et fournisseurs de contenu est le débit pour la connectivité. Ainsi, la plupart des écrans que vous aurez à disposition fonctionneront avec les principales méthodes d'échantillonnage et de sous-échantillonnage. L’équipement en lui-même ainsi que le design de l’écran importent également. Dans ce cas, la profondeur de couleur, le pic de luminosité et le calibrage des couleurs de l'écran sont des facteurs qu’il est primordial de prendre en compte.

Nous sommes ravis de vous confirmer que BenQ assure vos arrières à tous les niveaux dans ce domaine. 

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