Pourquoi les vidéos sombres sont-elles si mauvaises ?

Si vous suivez de près plusieurs youtubeurs, vous constaterez que l'une des principales difficultés auxquelles ils doivent faire face est la lumière... ou plutôt son absence. Cela s'étend également aux films d'animation, et même aux séries TV : il y a quelque chose qui ne va pas avec les scènes sombres. Des blocs, des bandes de couleur, une combinaison des deux… on suppose qu'à l'ère de la haute définition et du streaming ultra-rapide, ces défauts de lecture ne devraient pas exister, mais ils vivent confortablement parmi nous. Pourquoi ? Tom Scott l'explique en détail.

Disons que vous commencez à regarder un film en streaming sur votre téléviseur haute définition, et dans une scène particulièrement sombre, vous découvrez d'horribles bandes et blocs. Les premières suspicions pointent vers une réduction inattendue de la qualité du streaming, ou un excès de compression dans le matériel original. D'un point de vue technique, ce sont deux possibilités valables, mais il s'agit d'un effet indésirable qui nécessite une analyse plus approfondie.

C'est ainsi que nous arrivons à la chaîne de Tom Scott, qui nous a appris les problèmes les plus importants lors du développement d'une application, et a exploré le défi de conduire des voitures en troisième personne à l'aide de drones. En tant que youtuber avec plus de deux millions d'abonnés, Tom connaît bien ces bandes néfastes, et la première raison de leur existence est... qu'il n'y a pas assez de couleurs :

Pourquoi ces artefacts apparaissent-ils ?

Dans la plupart des vidéos numériques, le nombre de couleurs disponibles s'élève à 16,7 millions. Ce nombre est associé à la manière dont fonctionne un écran. Lors de la lecture d'une vidéo sur un ordinateur, un téléviseur ou un appareil mobile, le signal numérique est converti en instructions pour l'écran, qui modifie la luminosité de millions de lumières rouges, vertes et bleues, jusqu'à 60 fois par seconde.

Cela semble être une solution très complète, et nous devons reconnaître qu'elle nous a bien servi, mais elle comporte une limitation : ces lumières rouges, vertes et bleues ne peuvent pas être réglées à n'importe quelle luminosité. En théorie, le signal le plus basique fonctionnerait avec un bit de profondeur, c'est-à-dire « allumé-1 » ou « éteint-0 » pour chaque combinaison de rouge, vert et bleu. 2 par 2 par 2... huit couleurs. Si nous passons à deux bits par couleur, la nouvelle limite est de 64 couleurs. Mais sur un écran moderne, nous avons besoin d'un total de huit bits par pixel, offrant ainsi les 16 777 216 couleurs actuelles (256 x 256 x 256).

Bien qu'il existe des applications pouvant utiliser 10 ou même 12 bits par pixel, le seuil des 16,7 millions est perçu comme « adéquat »... jusqu'à ce qu'il ne le soit plus. Aujourd'hui, il est normal de regarder des vidéos YouTube avec 1 920 pixels de large, mais si vous décidez de placer un fond vert et que vous n'avez que 256 tons disponibles de cette couleur, le banding tous les sept ou huit pixels est inévitable, et si la scène devient plus sombre, l'effet est encore pire. Il n'y a pas autant de « couleurs sombres » disponibles.

Tom explique également pourquoi le banding est moins évident dans les scènes lumineuses (il est toujours là, et le changement absolu d'une couleur à une autre reste intact, mais la différence relative est minime), quels sont les principaux « astuces » pour minimiser son impact (en commençant par le classique « dithering »), et bien sûr, les effets de la compression mentionnée précédemment. Une vidéo haute définition « pure » et non compressée demande environ un gigabit par seconde de données en streaming. Et elle serait magnifique... mais c'est coûteux et inefficace. C'est pourquoi tous les services vidéo utilisent une compression avec pertes ou « lossy », cédant des détails fins en faveur d'une taille réduite et d'une efficacité supérieure lors du streaming.

Mais cela reste un jeu d'équilibre, et l'algorithme de compression priorise ses ressources de conservation de qualité sur les parties les plus intéressantes pour l'observateur, mais si ce qui reste est très sombre, le banding et les blocs seront là.