Écran LED : 8, 10, 16, 20 ou 22 bits, que signifient réellement ces chiffres ?

Sur les fiches techniques des écrans LED, on rencontre régulièrement des valeurs de
8 bits, 10 bits, 14 bits, 16 bits, 18 bits, 20 bits, 22 bits ou même davantage.
Mais ces chiffres ne décrivent pas toujours exactement la même caractéristique.

Ils peuvent concerner la profondeur du signal vidéo, la précision du traitement interne,
les capacités du driver LED, la carte de réception ou encore le nombre de niveaux de gris
que l’écran est capable de reproduire.

En pratique, une profondeur de gris élevée permet surtout de reproduire plus finement
les dégradés, les zones sombres et les très faibles niveaux de luminosité.

Mais le nombre de bits affiché sur une fiche technique ne suffit pas, à lui seul,
pour juger de la qualité réelle d’un écran LED.

Qu’est-ce qu’un bit ?

Un bit est l’unité élémentaire de l’information numérique.
Il peut prendre deux états : 0 ou 1.

Lorsqu’on augmente le nombre de bits, le nombre de valeurs disponibles augmente
de manière exponentielle.

Chaque bit supplémentaire double donc le nombre de niveaux théoriquement disponibles.

À quoi servent les bits sur un écran LED ?

Un pixel d’écran LED est généralement constitué de composantes
rouge, verte et bleue – RGB.

En faisant varier la lumière émise par chacune de ces composantes,
l’écran peut reproduire une très large palette de couleurs
et de niveaux de luminosité.

Mais, pour un écran LED professionnel, l’intérêt d’une profondeur élevée
ne consiste pas simplement à annoncer « des millions » ou
« des milliards » de couleurs.

Elle permet surtout :

• d’obtenir des dégradés plus progressifs ;
• de limiter les phénomènes de banding ou de postérisation ;
• de conserver davantage de détails dans les noirs ;
• d’améliorer la restitution des faibles niveaux de gris ;
• de mieux exploiter les contenus HDR ;
• de conserver une image qualitative lorsque l’écran fonctionne à faible luminosité.

Pourquoi voit-on surtout la différence dans les images sombres ?

Dans les zones très lumineuses d’une image, un écran LED moderne dispose généralement
de suffisamment de niveaux pour produire une transition visuellement fluide.

La différence devient beaucoup plus visible dans les
faibles niveaux de luminosité.

Prenons uniquement la partie la plus sombre d’un dégradé.
Si très peu de niveaux sont disponibles pour la représenter,
la transition n’est plus parfaitement progressive.

Des bandes peuvent alors devenir visibles entre les différentes valeurs de gris.
Ce phénomène est appelé banding ou postérisation.

Avec davantage de niveaux, l’électronique dispose de valeurs intermédiaires
beaucoup plus fines pour passer progressivement du noir à une zone légèrement
plus lumineuse.

10 bits vidéo et 16 bits de niveaux de gris : attention à ne pas tout confondre

C’est une confusion fréquente.

Dans une installation LED professionnelle, plusieurs profondeurs numériques
peuvent coexister dans la même chaîne.

1. La profondeur du signal vidéo

Un signal vidéo peut par exemple être transmis en
8 bits, 10 bits ou 12 bits par composante.

C’est une caractéristique du contenu vidéo et de son mode de transport.
Elle ne correspond pas nécessairement au nombre de niveaux utilisés ensuite
par l’électronique du panneau LED.

Cette distinction est notamment importante avec le HDR,
qui nécessite une chaîne de traitement capable de préserver
une finesse suffisante entre les différentes valeurs du signal.

2. Le traitement interne du processeur LED

Le processeur peut réaliser ses calculs avec une précision supérieure
à celle du signal d’origine.

Cette marge supplémentaire est utile pour les corrections de couleur,
la gestion du gamma, les conversions d’espaces colorimétriques,
les LUT, le HDR, la calibration ou encore les réglages de luminosité.

Pekason utilise notamment les solutions

NovaStar pour le contrôle et le traitement des écrans LED
,
avec des processeurs, contrôleurs et cartes de réception adaptés
aux caractéristiques de chaque installation.

3. La carte de réception et le driver LED

À l’intérieur du panneau LED, la carte de réception transmet les informations
aux circuits de commande des LED.

Le driver IC pilote ensuite les LED rouges, vertes et bleues
afin de générer physiquement les différents niveaux de luminosité.

La carte de réception, le driver IC, le mode de scan et les algorithmes
de contrôle jouent donc un rôle déterminant dans la qualité finale
de l’affichage.

4. La profondeur réellement exploitable

C’est probablement la notion la plus importante.

Un écran peut être annoncé à 16 bits sur sa fiche technique
sans pour autant exploiter la totalité de cette précision
dans toutes les conditions de fonctionnement.

La luminosité réelle d’exploitation, le rafraîchissement,
le mode de pilotage, la calibration et l’électronique influencent
la précision effectivement disponible, notamment dans les faibles gris.

Comment un écran LED crée-t-il différents niveaux de luminosité ?

Pour modifier la lumière émise par une LED, son électronique de pilotage
peut notamment agir sur deux paramètres :

• la durée pendant laquelle la LED est alimentée ;
• l’intensité du courant qui la traverse.

Deux notions deviennent alors particulièrement importantes :
PWM et PAM.

Qu’est-ce que le PWM sur un écran LED ?

PWM signifie Pulse Width Modulation,
ou modulation de largeur d’impulsion.

Dans une architecture PWM, la luminosité est principalement contrôlée
en faisant varier la durée pendant laquelle la LED est alimentée
au cours d’un cycle.

Une LED alimentée pendant une fraction importante du cycle produit
une luminosité moyenne plus élevée qu’une LED recevant
des impulsions beaucoup plus courtes.

Ces commutations sont réalisées extrêmement rapidement.
L’œil ne distingue donc pas chaque impulsion séparément
et perçoit une luminosité continue.

La précision avec laquelle ces durées peuvent être contrôlées
participe directement à la profondeur de gris.

Qu’est-ce que le PAM sur un écran LED ?

PAM signifie Pulse Amplitude Modulation,
ou modulation d’amplitude d’impulsion.

Le PAM introduit une seconde variable :
l’électronique peut également modifier
l’intensité du courant appliqué à la LED.

Le système peut donc agir simultanément sur :

durée d’allumage + amplitude du courant

Pourquoi combiner PWM et PAM ?

Les architectures les plus récentes peuvent combiner les deux principes
afin d’obtenir davantage de latitude dans le pilotage de chaque LED.

NovaStar utilise par exemple une architecture hybride
PWM + PAM dans sa solution Infinity.

Le PWM agit sur la durée des impulsions tandis que le PAM permet
également de modifier l’amplitude du courant.

L’intérêt est notamment d’obtenir une modulation plus fine
dans les zones de très faible luminosité, où une architecture
exclusivement basée sur la durée des impulsions rencontre
des limites physiques liées au driver et à sa fréquence de fonctionnement.

Il faut cependant être précis :
une profondeur de gris très élevée annoncée par un système
de pilotage ne signifie pas qu’un signal vidéo de profondeur équivalente
est directement transmis à la LED.

Il s’agit d’une capacité de modulation et de traitement
de la lumière finalement produite par l’écran.

Pour en savoir plus sur cette partie de la chaîne,
consultez également notre page dédiée aux

processeurs, contrôleurs et cartes NovaStar
.

Alors, que signifient 18 bits, 20 bits, 22 bits ou 22bit+ ?

C’est précisément à partir de là que la simple lecture
d’une fiche technique devient insuffisante.

Une indication telle que 18 bits, 20 bits, 22 bits ou 22bit+
ne signifie pas obligatoirement que l’intégralité de la chaîne vidéo
fonctionne nativement avec autant de bits par composante.

Selon le constructeur et la technologie utilisée,
cette valeur peut correspondre à :

• la résolution du driver LED ;
• une précision de calcul interne ;
• une profondeur de gris obtenue par le système de pilotage ;
• une combinaison de modulation PWM et PAM ;
• un algorithme améliorant la finesse des faibles gris ;
• des traitements complémentaires de type dithering ou remapping.

NovaStar utilise par exemple la technologie
22bit+ sur certaines cartes de réception
et solutions de traitement.

Le constructeur indique que cette fonction permet
d’améliorer jusqu’à 64 fois la finesse de restitution
des niveaux de gris, particulièrement lorsque l’écran
fonctionne à faible luminosité.

Plus de bits signifie-t-il automatiquement une meilleure image ?

Non.

La profondeur de gris est importante,
mais elle ne peut pas être analysée indépendamment du reste de l’écran.

Deux écrans annoncés avec une profondeur similaire peuvent présenter
des résultats très différents, notamment dans les scènes sombres.

Il faut également considérer :

• la qualité et la linéarité des LED ;
• le type de driver IC ;
• la carte de réception ;
• le mode de scan ;
• la fréquence de rafraîchissement ;
• la précision du traitement vidéo ;
• la calibration ;
• la stabilité colorimétrique ;
• le comportement de l’écran à faible luminosité ;
• la luminosité maximale réellement nécessaire au projet.

Pourquoi réduire fortement la luminosité peut-il dégrader les faibles gris ?

C’est l’un des phénomènes les moins connus
lors de la comparaison de deux écrans LED.

Imaginons un écran capable de produire 2 400 nits,
installé dans un environnement qui n’en nécessite qu’environ
1 000 nits.

L’écran fonctionne alors très en dessous
de sa capacité lumineuse maximale.

Avec certaines architectures, cette réduction de luminosité
réduit également la plage de modulation effectivement utilisée.

La valeur « 16 bits » peut toujours apparaître
sur la fiche technique alors que la
profondeur effective disponible dans les faibles gris
est devenue inférieure.

Cela peut entraîner :

• davantage de banding ;
• moins de détails dans les noirs ;
• des transitions moins progressives ;
• une image moins naturelle sur les contenus sombres.

Un écran plus lumineux n’est donc pas automatiquement
un meilleur écran.

Sa luminosité native doit être cohérente
avec son environnement réel d’utilisation.

Quel est l’impact de la calibration sur un écran LED ?

Même avec des composants provenant du même lot de fabrication,
toutes les LED ne présentent jamais exactement
la même luminosité et la même chromaticité.

La calibration permet de corriger ces variations
afin d’obtenir une surface d’affichage homogène.

Chaque pixel ou groupe de pixels reçoit des coefficients correctifs
destinés à rapprocher son comportement d’une valeur de référence.

Ces corrections utilisent une partie de la marge de traitement disponible.
La précision du système de pilotage est donc particulièrement importante
pour conserver de beaux faibles niveaux après calibration.

C’est pourquoi la profondeur réelle d’un écran doit idéalement
être évaluée après calibration et à sa luminosité normale d’exploitation.

Pourquoi les noirs et les faibles gris sont-ils difficiles à reproduire ?

Lorsque la luminosité devient très faible,
les imperfections de la chaîne LED deviennent beaucoup plus visibles.

Les LED rouges, vertes et bleues ne possèdent pas exactement
le même comportement électrique à toutes les intensités.

Le driver et les LED peuvent également présenter
certaines non-linéarités.

Un gris parfaitement neutre à forte luminosité
peut ainsi présenter une légère dérive colorimétrique
lorsqu’il est affiché à un niveau extrêmement faible.

La maîtrise des faibles gris nécessite donc non seulement
de nombreux niveaux, mais également une excellente
linéarité colorimétrique.

Les traitements avancés peuvent-ils améliorer la profondeur effective ?

Oui.

Certains systèmes professionnels utilisent des traitements spécifiques
afin de préserver les détails lorsque les écrans fonctionnent
à très faible luminosité.

Brompton Technology, particulièrement présent dans les environnements
broadcast, studio et virtual production, propose par exemple
plusieurs technologies dédiées à cette problématique.

Extended Bit Depth

La fonction Extended Bit Depth augmente
la précision effective disponible dans certaines configurations.

Brompton annonce jusqu’à
3,3 bits supplémentaires de précision,
en fonction notamment des conditions d’exploitation.

Dark Magic

Dark Magic est conçu pour améliorer
l’affichage lorsque les panneaux LED fonctionnent nettement
en dessous de leur luminosité maximale.

L’objectif est notamment de diminuer le banding
et de préserver davantage de détails dans les zones sombres.

Studio Mode

Sur les panneaux compatibles,
Studio Mode permet de réduire
la luminosité maximale du panneau sans simplement sacrifier
la profondeur disponible dans la plage de luminosité utilisée.

Cette approche est particulièrement pertinente
pour les studios, le broadcast et la production virtuelle.

PureTone

PureTone vise notamment à compenser
les dérives colorimétriques pouvant apparaître
dans les faibles niveaux de gris en raison
des non-linéarités des LED, des drivers
et de la conception du panneau.

Fréquence de rafraîchissement et profondeur de gris sont-elles liées ?

Oui.

Pour créer beaucoup de niveaux PWM tout en maintenant
une fréquence de rafraîchissement très élevée,
l’électronique doit réaliser un nombre important d’opérations
dans un temps très court.

Le driver IC, sa fréquence de fonctionnement,
le mode de scan et l’architecture générale du module
deviennent donc essentiels.

C’est pourquoi des caractéristiques comme :

3 840 Hz • 7 680 Hz • 14 bits • 16 bits • 18bit+ • 22bit+

ne devraient jamais être comparées indépendamment les unes des autres.

Quelle profondeur de gris pour un mur LED indoor ?

Sur un

mur LED professionnel indoor
,
la qualité des faibles gris devient particulièrement visible
lorsque le pitch est fin et que les spectateurs sont proches de l’écran.

C’est notamment le cas dans :

• les salles de réunion ;
• les salles de conseil ;
• les auditoriums ;
• les salles de contrôle ;
• les showrooms ;
• les espaces corporate haut de gamme.

Dans ces environnements, la luminosité maximale
n’est généralement pas le critère principal.

Une dalle correctement dimensionnée,
disposant d’une excellente finesse dans les faibles gris,
peut produire une image beaucoup plus agréable
qu’un écran extrêmement lumineux fortement abaissé
en exploitation.

Et pour un écran transparent LED ?

Les mêmes principes s’appliquent à un

écran transparent LED
,
mais avec des contraintes différentes.

Une solution transparente destinée à une vitrine
ou une façade doit généralement produire davantage
de luminosité afin de rester visible dans
un environnement fortement éclairé.

Il faut donc trouver le bon équilibre entre :

• transparence ;
• luminosité ;
• contraste ;
• pitch ;
• fréquence de rafraîchissement ;
• profondeur de gris.

Dans ce type d’application, augmenter uniquement
la luminosité maximale sans considérer les autres paramètres
ne garantit pas une meilleure qualité d’image.

Profondeur de gris et HDR

Les contenus HDR associent des hautes lumières importantes
à des informations très fines dans les parties sombres de l’image.

La maîtrise des faibles niveaux devient donc
particulièrement importante.

Une chaîne HDR performante ne dépend pas uniquement
du nombre de bits du signal.

Elle nécessite également un écran capable de reproduire
effectivement ces informations avec suffisamment
de dynamique, de contraste et de précision.

Le traitement HDR, la calibration, le driver
et les caractéristiques physiques des LED
participent tous au résultat final.

Comment comparer réellement deux écrans LED ?

Plutôt que de comparer uniquement la ligne
« grayscale » ou « bit depth » de deux fiches techniques,
il est préférable de poser plusieurs questions.

1. Que représente exactement le nombre de bits annoncé ?
2. S’agit-il de la profondeur du signal vidéo,
   du traitement interne, du driver
   ou d’une profondeur de gris effective ?
3. Cette valeur est-elle obtenue uniquement en PWM
   ou avec une architecture hybride PWM + PAM ?
4. Quelle est la qualité des faibles gris
   à la luminosité réelle d’exploitation ?
5. Le résultat annoncé est-il obtenu
   avant ou après calibration ?
6. Comment évolue la colorimétrie
   lorsque la luminosité diminue ?
7. Quelle carte de réception
   et quel driver IC sont utilisés ?
8. Quelle fréquence de rafraîchissement
   est obtenue dans cette configuration ?

La profondeur de gris doit être évaluée sur l’ensemble de la chaîne LED

Le nombre de bits reste donc une caractéristique importante,
mais il ne faut jamais l’interpréter seul.

La conception d’un

mur LED performant

repose sur une chaîne complète.

La qualité finale dépend de l’ensemble de cette chaîne.

Un écran annoncé à 20 ou 22 bits n’est donc pas automatiquement
supérieur à un excellent écran 16 bits.

À l’inverse, les nouvelles technologies de traitement
et de pilotage peuvent apporter un gain réel
lorsqu’elles sont correctement intégrées et exploitées.

Questions fréquentes sur les bits et la profondeur de gris d’un écran LED

Que signifie 16 bits sur un écran LED ?

Une profondeur de 16 bits correspond théoriquement
à 65 536 niveaux pour la grandeur concernée.
Sur un écran LED, il faut toutefois vérifier
si cette valeur désigne le PWM du driver,
le traitement interne ou une autre partie
de la chaîne de traitement.

Un écran LED 22 bits est-il forcément meilleur qu’un écran 16 bits ?

Non.
La manière dont les niveaux supplémentaires sont obtenus
est aussi importante que le chiffre annoncé.

Il faut notamment comparer le driver,
la carte de réception, la calibration,
le rafraîchissement et le comportement réel
de l’écran à faible luminosité.

Que signifie 22bit+ chez NovaStar ?

22bit+ est une technologie de traitement NovaStar
destinée à améliorer la restitution des faibles niveaux de gris.
NovaStar indique une amélioration pouvant atteindre
64 fois la finesse de niveaux de gris
dans les configurations compatibles.

Il ne faut donc pas interpréter automatiquement
« 22bit+ » comme un signal vidéo natif 22 bits.

Quelle est la différence entre un signal 8 bits et 10 bits ?

8 bits permettent 256 valeurs par composante
alors que 10 bits en permettent 1 024.

Un signal 10 bits possède donc quatre fois plus
de valeurs par composante qu’un signal 8 bits,
ce qui facilite notamment la reproduction
de dégradés plus fins.

Quelle est la différence entre PWM et PAM ?

Le PWM contrôle principalement la luminosité
en modifiant la durée des impulsions appliquées aux LED.

Le PAM agit sur l’amplitude du courant.
Une architecture hybride PWM + PAM peut utiliser
simultanément ces deux paramètres.

Qu’est-ce que le banding sur un écran LED ?

Le banding correspond à l’apparition de bandes visibles
dans un dégradé qui devrait normalement être continu.

Il apparaît notamment lorsque trop peu de niveaux
sont disponibles pour représenter correctement
les transitions de luminosité.

Pourquoi le banding apparaît-il surtout dans les zones sombres ?

Dans les faibles niveaux de gris,
une différence très faible entre deux valeurs
peut devenir visuellement importante.

Une profondeur insuffisante produit donc plus facilement
des transitions perceptibles dans les noirs
et les scènes sombres.

Pourquoi un écran LED très lumineux peut-il être moins performant à faible luminosité ?

Lorsqu’un écran fonctionne très en dessous
de sa luminosité maximale,
la profondeur effective disponible peut diminuer
selon son mode de pilotage.

C’est pourquoi une luminosité native adaptée
à l’utilisation réelle est souvent préférable
à une course systématique au nombre de nits.

La calibration améliore-t-elle réellement l’image d’un écran LED ?

Oui.
La calibration permet notamment d’homogénéiser
la luminosité et la chromaticité
des différents pixels et modules.

Elle est particulièrement importante
sur les écrans haute résolution,
les murs LED fine pitch et les applications
exigeant une forte cohérence d’image.

Quelle profondeur de gris faut-il choisir pour un écran LED ?

Il n’existe pas de valeur unique adaptée
à tous les projets.

Une profondeur élevée est particulièrement intéressante
lorsque l’écran doit reproduire des contenus sombres,
du HDR, des dégradés complexes
ou lorsqu’il est filmé par des caméras.

La valeur doit cependant toujours être analysée
avec le rafraîchissement, le driver,
le système de contrôle et la luminosité réelle d’exploitation.

Conclusion : le nombre de bits ne raconte qu’une partie de l’histoire

Pendant longtemps, comparer la profondeur
d’un écran LED semblait simple :
plus de bits devait signifier une meilleure image.

L’évolution des drivers et des systèmes de contrôle
rend aujourd’hui cette lecture beaucoup plus complexe.

PWM, PAM, traitement interne, faible luminosité,
fréquence de rafraîchissement, calibration
et linéarité des LED doivent désormais
être considérés ensemble.

Sources techniques

Pour approfondir ces notions,
cet article s’appuie notamment sur les documentations
techniques des spécialistes du traitement
et du pilotage des écrans LED.

• 
  NovaStar – How Infinity Solution Increases LED Display Grayscale Levels
  
• 
  NovaStar – Grayscale Performance and 22bit+
  
• 
  NovaStar – MX Series Solution : Fine Grayscale et 22bit+
  
• 
  Brompton Technology – Low Brightness Processing
  
• 
  Brompton Technology – Dark Magic
  
• 
  Brompton Technology – When Brighter Is Not Better