Comment fonctionne la conversion d’une vidéo en 4K ?

La transition du film analogique vers la vidéo numérique s’est produite rapidement. Avant que vous ne le réalisiez, les magnétoscopes à bande avaient été remplacés par des caméras vidéo numériques et, plus tard encore, par des smartphones. Le 4K est désormais la référence en matière de création vidéo, le 1080p restant comme son frère de qualité inférieure.

Malgré l’adoption généralisée du 4K, il existe encore beaucoup de vidéos réalisées en 1080p. Et il n’est pas question ici du contenu produit dans le passé, des vidéos maison aux vieux films, disponibles en définition standard ou même plus basse. Cela peut vous amener à envisager de convertir des vidéos en 4K, leur donnant un coup de pouce pour qu’elles paraissent aussi nettes sur un écran OLED 4K moderne que ce que vous filmeriez aujourd’hui. Convertir une vidéo en 4K est possible, mais c’est un processus qui comporte de nombreuses étapes et éléments à prendre en compte au préalable.

Quand on parle de 4K et de 1080p, ou de définition ultra-haute et de définition haute, il s’agit du nombre de pixels contenus dans chaque image par image. Pour le contenu vidéo en définition ultra-haute, ce que la plupart des gens entendent généralement par 4K, cela correspond à une résolution de 3 840 x 2 160 pixels, contre 1 920 x 1 080 pixels pour la vidéo HD en 1080p. La définition standard se situe, quant à elle, à 480 ou 576 lignes verticales selon votre région; la largeur peut varier selon la façon dont le contenu a été filmé à l’origine. Vous pouvez aussi trouver des résolutions 4K cinématographiques, appelées « vrai 4K » ou DCI 4K, avec une résolution de 4 096 x 2 160.

Vous pouvez agrandir n’importe quel fichier de sortie jusqu’en 4K — le 4K n’est qu’une dimension de cadre. Pour passer du 1080p au 4K, il vous faudra trois pixels supplémentaires à l’écran pour chaque pixel d’origine enregistré, soit quatre fois au total. Gérer cela sans perdre de qualité est le véritable enjeu. C’est presque impossible et se contenter de changer la résolution ne révélera pas non plus une version cachée avec une clarté ou une netteté supplémentaires.

Les logiciels traditionnels de mise à l’échelle utilisent l’interpolation pour s’en occuper, en agrandissant chaque image et en calculant à quoi elle devrait ressembler. La précision de la mise à l’échelle est la question principale. Il faut estimer à quoi devraient ressembler les pixels, mais il est impossible de récupérer les détails réels s’ils n’ont pas été enregistrés au départ.

Souvent, cela signifie que le redimensionnement rendra les images plus douces. Le « guess-timation » utilisé pour ajouter des pixels supplémentaires les rend souvent lisses en conséquence. L’affûtage peut aider autour des bords, mais c’est un dilemme à la Goldilocks: trop ou pas assez peut tout gâcher. Il en va de même pour la réduction du bruit, qui peut rendre le rendu final artificiel.

Si vous êtes un professionnel cherchant à convertir une vidéo en 4K, vous allez vouloir travailler à partir des meilleures données sources disponibles pour vous : les fichiers source d’origine. Plus ces données sources seront de qualité, meilleure sera la qualité du travail que vous pourrez obtenir.

La restauration HD de Star Trek: The Next Generation prouve à quel point cela peut être délicat si vous voulez que le processus soit correct. Cette amélioration, commandée par CBS en 2011, utilisait les négatifs 35 mm d’origine de la série, qui ont été décrits comme ayant une qualité équivalente à une résolution de 20 mégapixels, pour remastériser les sept saisons de la série depuis leur qualité de diffusion d’origine jusqu’à 1080p pour la sortie Blu-ray. 25 000 bobines de film original ont été utilisées, avec des améliorations d’effets visuels et de CGI pour aider le processus. Cela a pris plus de trois ans à terminer et aurait coûté au studio plus de 12 millions de dollars, selon l’un de ses producteurs.

Ironiquement, la conversion du film analogique en vidéo numérique ici facilite ce type de travail. Si vous travaillez avec un fichier maître numérique plus ancien ayant une résolution fixée, vous êtes bloqué sur un nombre fixe de pixels à partir duquel travailler. Les négatifs d’origine utilisés dans la mise à niveau de Star Trek captent bien plus de détails qui n’auraient pas été visibles dans les diffusions télévisées d’origine.

Malheureusement, lorsque les meilleurs fichiers source sont déjà de faible résolution, vous ne pouvez pas travailler à partir des données réelles. Tous les pixels manquants qui seront créés ne sont que des suppositions. Le meilleur résultat est que cela paraîtra assez convaincant, mais il ne sera pas fidèlement fidèle à l’original.

Contrairement à CBS, il est peu probable que vous disposiez de 12 millions de dollars pour convertir vos vidéos en 4K. Les utilisateurs à domicile qui transforment leurs vidéos en 4K devront plutôt choisir entre l’interpolation traditionnelle ou les outils basés sur l’IA plus récents. Les deux méthodes créeront les pixels supplémentaires nécessaires pour remplir un cadre 4K agrandi, mais pas de la même manière.

Les upscalers 4K utilisant l’interpolation s’appuient sur de bons vieux calculs mathématiques. Ils prennent un pixel d’une seule image et examinent la couleur et la luminosité des pixels qui l’entourent. À partir de là, ils tentent de calculer à quoi ressembleront les pixels environnants. À un niveau basique, cela peut se faire par duplication pure, mais des algorithmes plus avancés se concentrent sur la préservation des contours et l’évitement des lignes dentelées. Le résultat final est plutôt prévisible, mais un problème persiste : la douceur. L’interpolation ne peut pas recréer magiquement des détails ou des textures réels, ce qui peut donner une apparence légèrement artificielle. Votre téléviseur peut aussi le faire automatiquement, avec des degrés de réussite variables.

Heureusement, la mise à l’échelle par IA cherche à résoudre ce problème. Ces modèles sont entraînés sur des exemples d’images basse et haute résolution qui leur permettent d’identifier comment les caractéristiques courantes devraient apparaître sur votre écran. Au lieu d’estimer chaque pixel, l’IA prédit l’apparence d’une image plus nette.

Le résultat peut être plus net et plus convaincant, mais, comme l’interpolation, il ne sera pas une correspondance exacte avec le monde réel. Les upscalers basés sur l’IA peuvent aussi introduire des artefacts inhabituels que l’interpolation n’occasionne pas. Cependant, les modèles d’IA s’améliorent continuellement, de sorte que la qualité et la cohérence que vous observez aujourd’hui pourraient sembler dépassées d’ici quelques années.

Si vous travaillez avec des vidéos plus anciennes, vous devrez peut-être aussi penser à l’entrelacement, où les images étaient divisées en deux moitiés par des lignes horizontales impaires et paires, chaque ligne se rafraîchissant à chaque actualisation de l’écran. Les écrans modernes n’utilisent pas l’entrelacement, mais les diffusions plus anciennes destinées à des écrans de type CRT le faisaient. La conversion de ces types de vidéos nécessitera de dé-entrelacer avant de les mettre à l’échelle, bien que la qualité d’upscaling d’une vidéo 480i NTSC vers 4K tout en maintenant une qualité regardable soit discutable.

Les outils de mise à l’échelle offrent souvent une grande configuration pour vous aider à obtenir le résultat souhaité, que ce soit en utilisant l’IA ou l’interpolation. Si une seule passe ne vous donne pas le résultat recherché, vous pouvez ajuster les paramètres et réessayer (à condition d’avoir l’espace disque nécessaire).

Vous ne pouvez pas simplement insérer une vidéo 1080p dans un upscaler et vous attendre à obtenir une vidéo 4K parfaite à la fin. Vous pouvez l’obtenir sur le plan technique, en augmentant la taille du cadre vidéo, mais faire monter l’échelle sans perte de qualité est difficile. Cela peut nécessiter plusieurs tentatives pour obtenir un résultat qui correspond à vos attentes.

C’est plus facile à obtenir si vous disposez d’un bon matériel source sur lequel travailler, et plus l’écart de résolution est faible, meilleur est le résultat. L’upscaling de 1440p vers 4K, par exemple, ne nécessitera pas autant de « pixels faux » que le passage de 1080p vers 4K, ou pire, de 480p vers 4K. Les logiciels d’upscaling 4K ne peuvent deviner que ce à quoi devraient ressembler les pièces manquantes, ces pixels supplémentaires. L’IA rend le processus plus facile, et potentiellement meilleur, mais une correspondance exacte avec l’original n’est pas garantie.

La résolution n’est pas le seul facteur en jeu ici, toutefois. Pour économiser de l’espace disque, les fichiers vidéo peuvent être compressés avec un débit binaire plus faible, ce qui signifie que la quantité de données sauvegardées pour chaque seconde de vidéo est moindre. L’upscaling vers le 4K ne pourra pas défaire cela, et vous ne pouvez pas simplement faire disparaître les artefacts de compression courants comme les blocs ou le banding si vous travaillez à partir d’un fichier à faible débit. Tout dépend de la source, et si celle-ci est suffisamment bonne, l’upscaling devient beaucoup plus facile à gérer.