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Le Zebra pour le signal Vidéo numérique

Je pourrais commencer cette article par la perception de la lumière par notre oeil, par les technologies utilisées d'hier à aujourd'hui ou simplement par une petite partie de culture G pour moi, comme pour vous, pour se rappeler que la vidéo tel qu'on la connait, certains vivant aujourd'hui sont nés sans que cette techno existe. Donc ça a évolué vite et ces dernier temps sans normes. Youps !

Une touche d'histoire

Zvorykine inventa en 1923 le capteur vidéo utilisant le tube cathodique dit "tube de Braun" lui-même créé en 1897 Ferdinand Braun, pour les premières caméras vidéo puis le kinéscope, le premier téléviseur en 1929. Le premier grand direct internationnal a été celui du couronnement la Reine Elizabeth II en 1953 et enregistré en couleur en même temps. Et depuis, les progrès n'ont pas arrêté, notamment avec la création des capteurs CCD par Boyle et Smith en 1969 puis le CMOS par Fossum en 1993, que nous réserve le futur ? (sources wikipedia / techinfus / archéologie de l'analogique au numérique / TNinformation)

Le signal analogique

Le signal analogique est converti déjà pour une restitution juste du signal (de base fait par les écran cathodiques, maintenant en REC.709). Par exemple : Une source d'une luminance de 18% par rapport à un blanc de référence à 100% est visuellement perçue comme un gris à 50%. (tout comme nos yeux !)

De la lumière à l'électricité

Alors je reviens à la base du signal vidéo (à l'époque de l'analogique, source "les secrets de l'image vidéos"),
par tranches :

Grosso modo, c'est de l'électricité et ça peut être visuellement représenté grâce à un oscilloscope, comme sur la photo ci-dessous.

Ce que l'on peut appercevoir ici, c'est d'abord deux images successives. Si on par du milieu (juste au dessus du bouton H gain) le top synchro (signal à 0V) puis le black burst. ensuite le signal avec une colonne blanche sur la gauche de l'image. puis des colonnes de différentes couleurs jusqu'à une colonne totalement noire. Et le cycle reprend pour l'image suivante.

La normalisation

L'IRE est "l'instut of radio ingeneer" qui ont échelonné de 0 à 100% (ce qui a créé notre zebra pour faire court et trèèèès concis) et le signal va de -7% à +109% car pour prévenir des erreurs de déviation sur la norme, ils y ont introduit les "sub black" et "super white" respectivement de -7% à 0% et de 100% à 109%. ref grass valley Du coup avec ça, le signal à 100% n'est pas en
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (pour 10 bits), mais à 109%

Soit on revient à aujourd'hui et ce que l'on voit en filmant en Standard ITU 709. Le zebra représente la perception visuel réel : le gris moyens sera égale à 50% de luminance, une feuille de papier blanc bien exposé sera également à 89.9% du signal, pour une bonne restitution visuelle encore une fois !

Un signal Numérique

Un signal numérique est à la base analogique, qu'on a échantillonné puis quantifié et codé. puis on a un signal numérique. Qui est comme l'analogique de l'élecrticité dans un câble ( ou de la lumière pour la fibre optique).

L'échantillonage

C'est grosso modo la fréquence de prise des éléments. Donc en Hertz. Et quand on parle de 4:2:2, on a 4 échantillons verts, 2 bleu et 2 rouges. (encore une fois je résume méchament et c'est beauuuuucoup plus complexe que ça. Sur l'image ci-dessous, c'est chaque trait verticale, qui est relevé à un temps fixé (Te ci-dessous)

image issue de culturesciencephysique de l'ENS Lyon et rédigé par Mathilde Glénat et Delphine Chareyron

Si vous voulez en savoir plus, n'hésitez pas à vous renseigner sur le lien et important à savoir quand on parle d'échantiollannage et de prériode et de fréquence : la loi de Shanon et Nyquist.

La base des bits

Ce qu'il faut savoir, c'est que en numérique, on aura une quantification d'un certain nombre de bit. Soit sur 2 bit ça veut dire qu'on aura 22 = 4 / sur trois bit 23 = 8 .

2 bits 3 bits 4 bits
0 0
0 1
1 0
1 1

0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1

0 0 0 0     1 0 0 0
0 0 0 1     1 0 0 1
0 0 1 0     1 0 1 0
0 0 1 1     1 0 1 1
0 1 0 0     1 1 0 0
0 1 0 1     1 1 0 1
0 1 1 0     1 1 1 0
0 1 1 1     1 1 1 1

voilà ce que veut dire la quantification sur un nombre de bits. et donc si l'on parle de 8 bits, ça veut dire que l'on va avoir 8 zéro ou un, soit 256 valeurs. En "Raw" 8 bits, on aurait donc 256 valeurs de bleu, 256 valeurs de rouge et 256 valeurs de vert.

A toi Zebra

Le Zebra et son utilisation

J'ai écrit tout ça en oubliant de dire qu'en JRI, le zebra est principalement utilisé pour exposer correctement les peaux caucasiennes à 70 IRE, soit un zébra réglé à 70% +ou- 5% avec une unité de tournage télévision type Panasonic P2.
Attetion pour les Log lover shooter ! En S-log 2 en exposant normalement (et non à +2 diaph), nos peaux caucasiennes seront à 47% sur le zebra.

Et étant un fervant utilisateur Fujifilm Kayzen, voici la data sheet pour les gens qui utiliseraient ce petit appareil. Le gris est donc à 46 IRE, les peaux seraient donc au alentour de 60 IRE !
Le F-log est dit "full range" ce qui veut dire qu'il va de -7% à +109%. Comprenant alors les sub-black (infra-noir) et super white (super blanc).

Puis... Chaque marque a sa norme.

Il faut savoir que le Slog 2 va jusqu'à "l'infini" théoriquement, mais est réglé par Sony comme écrêté à 1300% du signal vidéo. Ce qui veut dire que 109 IRE = 1300%. Chelou, Relou, mais l'étalonnage est là pour redonner le contraste !

Un Slog 2 sur un Sony A7III s'écrête à 109%. Donc la "valeur du zebra" changera sur une même caméra en fonction de la courbe logarithmique utilisée. Chaque personne devra faire son test perso, car les courbe Log ne sont pas normées du tout ! Si vous voulez plus d'infos, Paul Leeming calcul et cherche à corriger les courbes LOG !

Sur un moniteur externe (car on parle ici du moniteur/enregistreur BM VA 12G HDR) ils ont gardé le signal en pourcentages. Seulement le gris neutre de 18% et n'équivaut plus trop à 50% de luminance à cause des courbes Log en amont. D'où l'importance d'y attacher un bon LUT (je conseille ceux de Paul Leeming pour des LUT techniques lors du tournage) ou de faire ses tests avec une charte de test de couleurs, pour savoir comment exposer quoi et où ?! J'espère qu'ils prennent quand même en compte les sub-black et super-white. mais je n'en sais rien.

Tout ce que je peux dire, c'est qu'il y a aussi les caractéristiques de transfert et coefficient de matrice qui sont en BT.601 avec mon X-T3 alors que les coordonnées de chromaticités sont en BT.709. Et ça, ça a fait une horreur pour les utilisateurs d'Atomos Ninja V !
Par contre là, mes connaissances sont trop limité pour en parler.

Le temps des test terrain perso

La magie, c'est que l'on a tellement de réglages de nos jours, que je découvre beaucoup de chose en écrivant ces articles. Je les "redécouvre" plutôt, car je les ai lues et maintenant je les expériences.

J'encourage 1000% qui veut essayer avec son propre matos, afin d'être bien prêt pour vos future tournages.

Juste pour montrer à tout le monde ce qu'est le zebra. Il était ici régél à 100% en stadard, ce qui veut dire que je n'ai presque plus d'informations dans la partie hachuré. Mais comme sur le X-T3, nous somme en "full range" et non "video range" on enregistre les infra-noir et les super-blanc. Ce que l'on voit d'ailleurs en comparant les images. On peut appercevoir sur l'écran de retour des détails de blé d'avoine qui sont achuré mais dont on a les informations.

Je filme ici comme vous pouvez le voir en (DR 400). Certaines personnes disent que en plus de monter l'ISO à celui natif (ISO 640 pour le X-T3) il y a des déformations bizarres de chroma. Je n'ai jamais fait de test pour prouver cela. Mais voici un comparatif fait sur le tas pour comparer. Perso je sais quel image est quel image. Je vous laisse chercher et trouver (ça devrait être simple ! :D)

Si on compare donc l'image DR100 avec le Zebra, ça match totalement. CQFD.

N'hésitez pas à me poser des petites questions ou à corriger certains points en commentaire.