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Quelle carte graphique pour la vidéo HD ?
Cartes Graphiques
Publié le Vendredi 12 Octobre 2007 par Damien Triolet

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Page 1 - Introduction, AVIVO, Purevideo

Depuis l'arrivée progressive de la haute définition dans les vidéos et plus encore depuis l'arrivée des disques Bluray et HD-DVD, les fabricants de cartes graphiques insistent sur les capacités de leurs derniers GPU en la matière. Décoder et traiter les vidéos représentent une masse de travail considérable, d'autant plus que les codecs employés gagnent en complexité, de manière à assurer une bonne compression.

Si les platines de salon sont équipées de processeurs dédiés (plus ou moins efficaces suivant le cas), nos PC doivent se contenter du processeur assisté par le GPU si celui-ci en est capable. Nous avons donc décidé d'observer le comportement des cartes graphiques récentes lors de la lecture de médias HD. Récentes, parce que autant être clairs, malgré le discours marketing souvent trompeur des fabricants, les GeForce 7 et précédentes et Radeon X1000 et précédentes n'apportent pratiquement aucune aide lors de la lecture des médias HD !

En plus de cette aide au décodage, il est également demandé au processeur graphique d'assurer une restitution optimale de la qualité, c'est-à-dire de réduire le bruit vidéo indésirable, de préserver la résolution vidéo et d'éviter l'aliasing.

Avivo et Purevideo

ATI, ou plutôt AMD, ainsi que Nvidia ont chacun lancé une marque destinée à représenter les capacités vidéos de leurs GPUs. Il s'agit d'Avivo chez AMD et de Purevideo chez Nvidia. Ces "technologies" incluent tout ce que le GPU supporte et qui a trait à la vidéo. Malheureusement, ce qui est supporté par le GPU varie d'un modèle à l'autre alors que le nom, lui, ne change pas.

Récemment, pour rester dans la tendance, les 2 acteurs ont ajouté le suffixe HD au nom de leur technologie vidéo, mais cela ne donne aucune indication technique. Ce n'est qu'un changement de nom esthétique. Ainsi, une carte annoncée avec Purevideo HD ou Avivo HD peut ne pas disposer de réelle capacité supplémentaire par rapport à des cartes plus anciennes qui n'afficherait "que" le support de Purevideo ou d'Avivo.

Page 2 - Spécifications annoncées

Les spécifications annoncées

Avant de rentrer dans les détails de ce test, nous avons décidé de reprendre ce qu'annoncent AMD et Nvidia dans les spécifications de leurs produits de manière à vérifier plus tard si ces spécifications sont bel et bien respectées en pratique.

Chez AMD

Radeon HD 2900

ATI Avivo HD Video and Display Platform

- HD decode acceleration for H.264/AVC, VC-1, DivX and MPEG-2 video formats

- HD video processing

Radeon HD 2600 et 2400

ATI Avivo HD Video and Display Platform

- Dedicated unified video decoder (UVD) for H.264/AVC and VC-1 video formats

- Avivo Video Post Processor

- High Quality Video Post Processing

Radeon X1000

Avivo Video and Display Platform

- High performance programmable video processor

Avec les Radeon HD 2000, AMD a annoncé l'UVD et l'AVP, le premier est un moteur dédié au décodage des video basé sur un processeur MIPS, le second est un moteur destiné au post processing. L'intégration d'un moteur dédié à tous ces effets destinés à garantir une image de qualité supérieure permet d'afficher une qualité optimale même sur un GPU d'entrée de gamme qui n'aurait pas été suffisamment performant pour les traiter à partir du shader core qui s'occupe en temps normal de tous les calculs 3D mais dont la flexibilité lui permet si nécessaire de traiter les vidéos.

Ces 2 moteurs ne sont cependant présents que sur les Radeon HD 2400 et 2600, la version 2900 en étant dépourvue. AMD indique que tant l'accélération que les effets de post processing sont traités par le GPU qui étant très performant peut se passer de tels moteurs.

Concernant les Radeon X1000, aucune référence n'est faite à la HD.

Chez Nvidia

GeForce 8800, 8600, 8500 et 8400

NVIDIA PureVideo HD Technology

- Dedicated on-chip video processor

GeForce 7

NVIDIA PureVideo Technology

- Dedicated on-chip video processor

Du côté de Nvidia, les spécifications annoncées sont identiques pour toutes les GeForce 8 qui supportent Purevideo HD. Sauf que, ce que Nvidia n'indique pas clairement mais sans le cacher à la presse technique, c'est que les GeForce 8600, 8500 et 8400 intègrent le VP2, soit la version 2 du moteur vidéo maison, alors que la GeForce 8800 se contente du VP1… comme les GeForce 7 qui pourtant sont annoncées avec Purevideo et non Purevideo HD. Il aurait été logique que Purevideo HD soit associé au VP2 et Purevideo au VP1 mais le marketing en a décidé autrement.

La différence entre le VP1 et le VP2 ? Seul le VP2 supporte l'accélération du VC-1 et du H.264 avec iDCT et CAVLC/CABAC pour le second, ce qui est requis pour accélérer le décodage des vidéos présentes sur les HD-DVD et Bluray. Nvidia l'indique dans la fiche de comparaison des capacités vidéo dans la page dédiée au Purevideo, mais n'en fait aucune mention dans les pages produits.

Du point de vue de la qualité toutes ces cartes sont annoncées avec des capacités identiques.

Les GeForce 7 sont annoncées avec des capacités proches, si ce n'est l'absence de support du VC-1 et des améliorations de l'image telles que la réduction du bruit numérique. Ici aussi Nvidia ne précise pas que ce n'est qu'une version simplifiée du H.264 qui est accélérée, la version avec iDCT et CAVLC/CABAC ne l'étant pas d'après la fiche de comparaison.

Page 3 - Les cartes, le test

Les cartes

Nous avons décidé de tester un maximum de cartes issues de la dernière génération de GPUs. De cette manière nous testons le bas de la game, le très haut de gamme et le milieu de gamme. Du côté AMD, nous avons donc les Radeon HD 2400 Pro, HD 2400 XT, HD 2600 XT et HD 2900 XT et du côté Nvidia les GeForce 8400 GS, 8500 GT, 8600 GT, 8600 GTS et 8800 Ultra. Nous avons ajouté à ces cartes les Radeon X1650 XT et GeForce 7600 GT pour représenter la génération précédente qui rappelons-le n'est pas capable de prendre en charge le décodage des disques Bluray et autres HD-DVD. Pour être tout à fait correct nous devons ajouter que ces cartes sont malgré tout capables d'apporter une petite aide lors de la lecture des vidéos WMV, et on peut donc supposer lors de la lecture des médias VC-1.

Le test

Pour ce test, nous nous sommes tournés vers 2 HD-DVD lus à partir du lecteur de la Xbox 360. Le premier, King Kong, utilise le format de compression VC-1 qui est une déclinaison du WMV de Microsoft. Le second quant à lui fait appel au H.264 (également connu sous l'appellation MPEG4-AVC) qui est plus performant en matière de compression et donc plus gourmand en ressources. Il s'agit du film Babel.

Les tests ont été réalisés sur une plateforme nForce 680i équipée d'un Core 2 Duo E6400, soit un processeur dualcore récent et abordable. Nous avons effectué les tests autant sous Windows XP que sous Windows Vista puisque de grosses différences peuvent exister entre les 2 systèmes d'exploitation suivant l'avancée des pilotes graphique de part et d'autre. Nous avons utilisés à chaque fois les derniers drivers officiels, c'est-à-dire :

- Forceware 163.71 pour Windows XP
- Forceware 163.69 pour Windows Vista
- Catalyst 7.9 pour Windows XP
- Catalyst 7.9 pour Windows Vista

Le logiciel de lecture est PowerDVD dans sa toute dernière version, 3104. Nous avons opté pour PowerDVD puisqu'il s'agit du logiciel qui suit le plus près et le plus rapidement les évolutions liées aux GPUs. Notez que tous les résultats qui vont suivre sont donc liés à ce logiciel.

Nous avons également observé les performances avec un petit CPU, un Sempron 3600+ et mesuré dans la mesure du possible la qualité vidéo avec HD-HQV.

Page 4 - Performances

Les performances

Première constatation à la vue de ces résultats, les performances sont généralement meilleures du côté de Windows XP, probablement parce que les systèmes de protections plus avancés de Windows Vista ont un coût. Celui-ci reste malgré tout plus modéré que ce à quoi certaines rumeurs faisaient allusion.

Du côté des cartes Nvidia, les résultats correspondent à ce à quoi nous nous attendions et collent donc à la théorie : les GeForce 8600 et 8400 offrent une gestion efficace du H.264 mais seulement une accélération partielle du VC-1, qui est également offerte par les GeForce 8800 et 7600. Ces 2 dernières n'offrent par contre pas d'accélération en H.264 et cela se ressent fortement.

Du côté d'AMD, en dehors de la Radeon 2600 XT qui se comporte très bien, c'est d'ailleurs la carte la plus efficace de ce test, particulièrement sous Windows XP, les résultats sont quelque peu décevants. Ainsi si la Radeon X1650 XT dépourvue de l'UVD semble parfois aider légèrement, il n'en est rien pour la Radeon HD 2900 XT qui affiche un zéro pointé en matière d'accélération vidéo ! Où est donc passé le GPU si puissant qu'il n'a pas besoin de moteur vidéo dédié ?

Ensuite les Radeon HD 2400 Pro et 2400 XT ne semblent également pas apporter la moindre aide, malgré la présence de l'UVD. L'accélération était pourtant au rendez-vous avec les pilotes "spécial vidéo" distribué à la presse pour le lancement, mais cela ne semble pas fonctionnel avec les pilotes publics. Pourtant lorsque nous parlions d'un problème avec l'UVD avec certaines Radeon HD 2400 d'ancienne révision, AMD nous avait affirmé que les pilotes du mois d'août activeraient l'UVD d'une manière similaire par rapport aux Radeon HD 2400 plus récentes. Visiblement AMD a plutôt tout désactivé sur toutes les Radeon HD 2400… Espérons qu'AMD puisse remédier à cela au plus vite.

Page 5 - Consommation

Consommation

Nous avons mesuré la consommation à la prise lors de tous ces tests, autrement dit c'est la consommation de tout le système que nous mesurons ici. Sans trop de surprise, les 2 haut de gamme affichent nettement plus de watts sur le compteur, la Radeon HD 2900 restant ceci dit quelque peu plus économe.

Ce sont les GeForce 8400 GS et 8500 GT qui l'emportent ici, la Radeon HD 2400 bien que consommant très peu se retrouve derrière puisque la consommation CPU augmente à cause d'une aide au décodage inexistante en pratique. Radeon HD 2600 XT et GeForce 8600 GT font plus ou moins jeu égal en matière de consommation.

Page 6 - Avec un petit CPU

Avec un petit CPU ?

Que se passe-t-il lorsque nous passons à un CPU moins performant ? Pour répondre à cette question nous avons effectué les mêmes tests sur une plateforme basée sur un Sempron 3600+ qui pour rappel est un processeur single core cadencé à 2 GHz. Le reste du système est composé du chipset AMD 690G et de 1 Go de mémoire.

Les barres grises indiquent que la lecture n'est pas fluide et comme vous pouvez le constater ce graphe est loin d'être très coloré ! Seules les GeForce 8600, 8500 et 8400 ont permis de regarder un HD-DVD de manière fluide mais ce uniquement pour les version h.264. Les films encodés en VC-1 sont lus avec de grosses saccades. Les cartes qui ne proposent pas d'accélération HD ne permettent de regarder aucun de ces films.

Mais que se passe-t-il avec la Radeon HD 2600 XT ? Nous pensions que ce test la mettrait en avant, mais il n'en est rien. Si la lecture d'un film en VC-1 est presque fluide (mais pas totalement donc), les HD-DVD en h.264 souffrent d'énormes saccades et pourtant la consommation CPU n'est "que" de 66%. Comment ça se fait ? L'explication tient dans le fait que l'utilisation CPU est une moyenne, voici donc un graphe qui représente l'utilisation CPU au cours de la lecture :

Bien que la moyenne soit de 66%, les variations sont très importantes et c'est là que le problème se pose puisque le CPU est à priori saturé par intermittence, ce qui entraîne de grosses saccades. Du coup la Radeon HD 2600 XT n'est pas adaptée aux petits CPUs, dommage.

Nous n'avons pas mis en graphique la consommation du système dans ces conditions puisque cela n'a que peu d'importance si le système n'est pas capable de réaliser ce qu'on lui demande. Pour information, la consommation est de 112 watts en lecture h.264 avec une GeForce 8400 GS ou 8500 GT, de 117 watts avec la GeForce 8600 GT et de 126 watts avec la GeForce 8600 GTS, soit 40-45 watts de moins que sur le système à base de Core 2 Duo E6400.

En conclusion de ces tests, aucune carte graphique ne permet à l'heure actuelle de regarder tous les HD-DVD et autres Bluray sur un système de puissance modeste.

Page 7 - HD-HQV : qualité vidéo

Qualité vidéo : HD-HQV

Mesurer la qualité vidéo est loin d'être une chose aisée, d'autant plus qu'elle revêt un caractère subjectif. Pour cet aspect du test, nous nous sommes tournés vers HD-HQV, un benchmark développé par Silicon Optix qui permet de mettre en avant des différences à travers 5 tests mais dont l'interprétation des résultats conserve toujours une part de subjectivité.

Le Test 1 s'attaque à la réduction du bruit vidéo. Il s'agit de faire disparaître ces pixels qui clignotent sans pour autant rendre l'image floue, une note de 0, 7, 15 ou 25 est donnée suivant le résultat. 7 signifie qu'il y a une réduction du bruit légère mais accompagnée d'une réduction de la netteté, 15 une réduction légère mais une préservation de la netteté et 25 une réduction du bruit considérable qui bien entendu préserve toujours la netteté. Notez que Nvidia n'active pas cet effet par défaut et propose de la paramétrer via ses pilotes, entre 0 et 100%. Solution plus flexible pour certains, encombrantes et trop complexe pour d'autres. Pour ce test, nous avons activé l'effet à 51%, ce qui nous a semblé donner le meilleur résultat.

Le Test 2 représente la capacité du circuit graphique à conserver une pleine résolution dans les zones qui ne bougent pas ou presque dans les vidéos entrelacées. Une note de 0 ou 20 est donnée.

Le Test 3 concerne l'effet d'escalier visible à certains endroits des vidéos entrelacées. Un bon algorithme de désentrelacement permet de les éviter. Une note de 0, 10 ou 20 est donnée. 10 signifie que la réduction est basique et qu'il reste de l'aliasing, 20 signifie que le désentrelacement se fait d'une manière propre.

Le Test 4 est proche du test 2 à ceci près qu'il s'agit cette fois de bien reconstruire une vidéo filmée au départ en 24 images par seconde puis convertie en 60 ou 50 images par seconde entrelacées (USA/Europe) pour satisfaire aux standards de la diffusion télé. A partir du flux qui contient ces 60 ou 50 demi images (puisque entrelacées), un bon circuit vidéo est capable de détecter les 24 images originales et donc d'afficher une qualité maximale. Ce processus se nomme téléciné inverse. Le flux vidéo des HD-DVD reposant sur 60 ou 50 demi images (pour faciliter la compatibilité avec les TVs sans que l'image doivent être convertie avant affichage), il est important que le GPU puisse bien détecter comment afficher ces images. Notez que les Bluray peuvent contenir un flux vidéo qui contient directement les 24 images progressives originales. Un score de 0 ou de 25 est donné.

Le Test 5 affiche un résultat identique au Test 4 mais est basé sur un cas pratique plutôt que sur une mire de test.

Ce sont les Radeon HD 2900 et 2600 qui s'en tirent le mieux, avec un score maximal de 100 que ce soit sous Windows XP ou sous Windows Vista. La Radeon HD 2400 est elle nettement en retrait alors qu'elle est censée partager l'AVP avec la 2600 de manière à offrir une même qualité malgré la puissance de traitement moindre. Il semble évident que c'est le shader core des 2600 et 2900 qui est exploité pour le traitement de l'image, la 2400 n'était pas suffisant performante à ce niveau, elle n'en est pas capable.

Chez Nvidia, si la GeForce 8600 GTS affiche elle aussi un score de 100, ce n'est que sous Vista, le score sous XP étant nettement moindre. Notez que malgré le fait que le réglage de la réduction du bruit numérique soit proposé d'une manière identique sur toutes les cartes, le résultat en pratique est différent.

On regrettera principalement que de très nombreuses cartes ne supportent pas en pratique la téléciné inverse.

Page 8 - Bugs, promesses tenues ?

Les bugs

Ces tests n'ont malheureusement pas été exempts de quelques petits soucis. Le plus gênant est intervenu avec la Radeon HD 2400 Pro qui affiche des vidéos corrompues dès que la résolution de l'écran est supérieure au 1280x1024 ! Manque de bande passante ? Peut-être. Quoi qu'il en soit nous déconseillons cette carte aux utilisateurs d'écrans plus grands. Le Radeon HD 2400 XT ne souffre pas de ce problème.

Du côté Nvidia nous avons noté 2 bugs. Le premier sous Windows Vista avec la GeForce 7600 GT qui produit une lecture très saccadée du contenu h.264. Le second sous Windows XP, cette fois avec la GeForce 8800 Ultra qui introduit des bugs visuels dans notre média VC-1 dès que la réduction du bruit est activée.

Promesses tenues ?

Nous avons décidé de mettre sous forme de tableau les spécifications annoncées par les fabricants et de les mettre en parallèle avec ce que l'on obtient en pratique :

* Nvidia précise dans un document tiers que seules les versions simplifiées de ces formats sont prises en charge.

La couleur verte signifie que le GPU fait au moins ce qui est annoncé et la couleur rouge qu'il ne tient pas les promesses faites par le fabricant. L'orange indique que le résultat est discutable dans le cas d'une accélération partielle puisqe même si le fabricant ne précise pas qu'elle est limitée, il y a malgré tout une accélération. Le "non" noir signifie que nous ne tiendrons pas rigueur à Nvidia de ne pas apporter d'accélération avec la GeForce 7600 étant donné qu'il est précisé que celle-ci n'est valable que pour les vidéos qui n'utilisent pas les fonctions avancées du h.264.

Inutile de vous dire qu'il y a bien trop de rouge dans ce tableau à notre goût. Et pourtant nous nous sommes basés sur les résultats obtenus avec Windows Vista. Du côté de XP il y aurait encore plus de rouge chez Nvidia qui est à la traîne concernant la qualité du post processing sous cet OS.

Pourquoi tant de rouge ? D'une part parce que certaines fonctions dépendent de l'avancement des drivers et que ceux-ci semblent toujours en retard au niveau de la vidéo, à tel point que la génération suivante de GPUs arrive souvent avant que les fonctions annoncées ne soient supportées. D'autre part parce que ce support souffre en général de nombreuses limitations que les fabricants se gardent bien de définir clairement.

Le marketing aime bien proposer des listes de fonctions les plus longues possible et annonce en général tout ce qu'il est possible de trouver une raison pour annoncer. Avoir une plus longue liste que le concurrent, c'est mieux et ça permet de décorer les boites des cartes graphiques. Mais cela s'apparente également à de la désinformation volontaire, ce qui n'est pas acceptable.

Seule la Radeon HD 2600 XT tient toutes ses promesses, à l'inverse de la Radeon HD 2400 XT qui pour une raison étrange n'en tient aucune !

Page 9 - Conclusion

Conclusion

A l'issue de ce comparatif, nous avons envie de pousser un coup de gueule. Il serait bienvenu que les 2 fabricants que sont AMD et Nvidia donnent une information claire et honnête sur ce que proposent réellement leurs produits au niveau de la vidéo. Si une fonction est annoncée, elle doit fonctionner. S'il faut attendre un futur driver pour que cela soit le cas, cela doit être indiqué. S'il n'est pas certain qu'une fonction puisse être supportée, elle ne doit pas être annoncée. Cela semble logique mais pourtant depuis plusieurs années nous avons l'impression que le marketing est en décalage avec la technique au niveau de la vidéo. Il serait temps de retrouver un petit peu plus de sérieux.

Mais ces annonces de fonctions trop hâtives ne sont pas le seul problème. Nous avons également l'impression que les équipes de développement des pilotes chargées de la partie vidéo sont bien trop réduites par rapport aux prétentions des 2 protagonistes. Il n'est pas acceptable que le support des fonctions annoncées soit soumis à une telle attente voire finisse par tomber aux oubliettes dès que la génération suivante arrive, faute de temps.

Ceci étant dit, 2 cartes sortent du lot. La première est la Radeon HD 2600 XT qui affiche une qualité irréprochable quel que soit le système d'exploitation et une aide efficace au décodage tant du VC-1 que du h.264. L'autre carte mise en avant est la GeForce 8400 GS qui pour un prix plancher offrira une aide au décodage complète en h.264 et partielle en VC-1. Par contre il faudra se contenter d'une qualité plus basique le GPU étant moins performant. La GeForce 8600 GTS, pour un budget un petit peu plus élevé, est également intéressante, tout du moins pour les utilisateurs de Windows Vista, le pilote Windows XP étant malheureusement à la traîne d'un point de vue qualitatif.

Si nous avions espoir que la petite Radeon HD 2400 Pro représente la carte ultime pour la vidéo, puisque bon marché, très économe et compacte, il n'en est rien. Qualité et performances ne sont pas au rendez-vous malgré le fait qu'AMD ait annoncé des capacités identiques à celles de la Radeon HD 2600. En attendant que le fabricant sorte un pilote qui tienne les promesses faites, passez votre chemin.

Petite déception avec la GeForce 8800 Ultra qui pour une carte de cette catégorie devrait au moins afficher une qualité irréprochable, ce qui n'est pas le cas aujourd'hui. Si on accepte que les performances soient en retrait, de toute manière une telle carte est accompagnée d'un CPU puissant, les résultats moyens en terme de qualité font tache et il serait bon que Nvidia soigne ce point dans de futurs pilotes.

Enfin, terminons par un petit mot sur les systèmes de puissance modeste qui, comme le montrent nos tests, sont rapidement mis à genoux par la lecture de médias HD. Malheureusement aucune carte ne permet à l'heure actuelle de compenser cette faiblesse, chez Nvidia parce que le VC-1 n'est pas accéléré complètement et chez AMD parce que la consommation CPU varie beaucoup trop et empêche la lecture fluide des vidéos.