COMUNICAÇÃO DE ÁUDIO E VÍDEO

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO

Ano lectivo de 2010/2011 - 2º Semestre

1ª Época - 14 de Junho de 2011 (3ª feira) - 8 h

 

 

MEEC: As notas desta prova sairão até às 12 h do dia 16 Junho (5ª feira) na página Web da cadeira e a revisão de provas será às 17 h do dia 16 de Junho (5ª feira) no Laboratório de Telecomunicações 4. 

MERC: As notas desta prova sairão até às 12 h do dia 16 de Junho (5ª feira) na página Web da cadeira e a revisão de provas será às 14 h do dia 16 de Junho (5ª feira) na sala 0.16. 

A duração do exame é de 3 h. Responda às seguintes questões apresentando os cálculos que efectuar e JUSTIFICANDO as respostas dadas. Não se deixe ficar ‘preso’ em nenhuma resposta; se necessário, passe à frente para regressar mais tarde à mesma questão. Boa sorte!

 

 

I (1+ 1+ 1 + 0.5 = 3.5 val.)

Considere um sistema de televisão analógico ou digital consoante indicado.

a)      Explique em que consiste a compatibilidade inversa ao introduzir a televisão a cores e indique de que forma a necessidade de oferecer este tipo de compatibilidade determinou a escolha dos sinais a transmitir ?

b)     O factor de forma dos televisores tem vindo a mudar recentemente. Indique quais os valores associados a esta mudança (antes e depois) e quais os motivos principais (2) desta evolução. (R: 4/3->16/9)

c)      Supondo que tem à sua disposição a banda actual de um canal de TV analógico ou seja 8 MHz, indique quantos canais digitais de resolução ITU-R 601 (standard) com codificação MPEG-2 Vídeo poderão lá ‘caber’ (no máximo) se se pretender alcançar os objectivos de qualidade estabelecidos para esta norma em termos da qualidade de distribuição secundária e se usasse uma modulação 64-QAM; considere que o áudio usa um débito binário igual a 1/20 do vídeo.  (R: 15 canais digitas)

d)     Qual seria a resposta à alínea anterior se a norma de codificação usada fosse a norma H.264/AVC ? Porquê ? (R: 30 canais digitais porque o factor de compressão é o dobro)

 

II (1.5 + 1 + 0.5 + 1 = 4 val.)

Considere uma transmissão de telecópia usando o Método de READ Modificado - norma CCITT T.5 - a 4800 bit/s, para páginas com 2500 linhas, cada uma com 1728 amostras. Suponha que, em média, cada linha tem 80% dos pixels brancos.

a)      Supondo que as linhas codificadas unidimensionalmente têm um factor de compressão médio de 10 para os comprimentos pretos, que a codificação dos comprimentos pretos alcança, em média, metade da compressão dos comprimentos brancos e que a codificação bidimensional dá origem a factores de compressão, em média 70% mais elevados em relação à codificação unidimensional, indique qual o valor mínimo de k que pode ser usado para protecção contra erros (1 linha unidimensionalmente codificada em cada k transmitidas), sabendo que se deseja, no mínimo, um factor de compressão global médio de 15. (R: Kmin = 1)

b)     Considerando os factores de compressão da alínea anterior, indique agora qual o valor máximo de k que se pode usar supondo que se pretende garantir ressincronização, em média, pelo menos uma vez em cada 1000 bits de dados. (R: Kmax=15)

c)      Sempre para os mesmo factores de compressão, indique qual o número médio de bits que ‘custa’ uma linha codificada unidimensionalmente e uma linha codificada bidimensionalmente. (R: 103.68 e 60.99 bits)

d)     Supondo que o sistema descrito na alínea a) está a operar com k= 4 e TMVL = 0 ms, indique qual o custo adicional no tempo de transmissão de uma página (em média), quando se passa a usar um fax com TMVL = 20 ms, sabendo que quer para as linhas codificadas unidimensionalmente, quer para as linhas codificadas bidimensionalmente, há 30% das linhas que gastam, em média, apenas 80% do número mínimo de bits para TMVL = 20 ms. (R: 3 s)

 

III (2.5 + 0.5 = 3 val.)

Suponha que é contactado por uma empresa para projectar um sistema digital para armazenamento e processamento de peças curtas do Mundial 2006. A empresa informa-o que pretende alguma flexibilidade em termos de edição - tempo máximo de acesso inferior a 0,8 s - e que deseja meter o maior número possível de anúncios de 1.5 minutos num disco com 100 Gbyte de capacidade. A velocidade máxima de leitura do disco é igual a 10 Mbit/s. Os filmes têm resolução HDTV com 1920´1152 amostras Y e 960´1152 amostras Cr e Cb e o número de imagems por segundo e o número de bits por amostra mais usual.

Supondo que tem à sua disposição:

1.      um sistema de codificação JPEG que lhe oferece um factor de compressão de 30, para a luminância e crominâncias, com a qualidade aceitável

2.      um sistema de codificação MPEG-2 com N= 6 e M=2 e que lhe oferece um factor de compressão de 20 e 25, respectivamente para a luminância e crominâncias, nas tramas I, um factor de compressão de 40 e 50, respectivamente para a luminância e crominâncias, nas tramas P, e um factor de compressão de 50 e 60, respectivamente para a luminância e crominâncias, nas tramas B, sempre com a qualidade aceitável

a)      Indique, justificando, qual a solução que vai propôr ao seu cliente se a aplicação do sistema se limitar ao processamento dos anúncios. (R: MPEG-2)

b)     Quantos anúncios caberiam no disco disponível para cada uma das soluções acima referidas ? (R: 300 e 410 anúncios)

 

IV (0.5 + 0.5 + 1.0 + 1.0 = 3 val.)

Considere as normas MPEG-2 usadas no contexto dos sistemas Digital Video Broadcasting.

a)      Indique quais são os dois grandes objectivos da norma MPEG-2 Sistema. (R: multiplexagem e sincronismo)

b)     Explique porque se usam pacotes de tamanho fixo no contexto dos transport streams MPEG-2 e não se faz isso nos program streams.

c)      Atendendo a que o acesso a um transport stream MPEG-2 se faz sempre através da Program Association Table, indique como se garante o acesso a esta tabela de forma inambígua e num tempo razoável.

d)     Explique porque se define em MPEG-2 Vídeo uma ordem alternativa de scanning dos coeficientes DCT em cada bloco, nomeadamente para as imagens-trama. Indique uma vantagem e uma desvantagem de ter esta ordem alternativa.

 

  V (0.5 + 0.5 + 0.5 + 0.5 + 1 = 3 val.)

Considere um sistema de televisão digital semelhante ao especificado na norma DVB-T.

a)      Indique qual o débito binário típico necessário para codificar em MP3 um sinal mono onde cada canal tem uma largura de banda de 24 kHz e se usa o número típico de bits por amostra. (R: 64 kbit/s)

b)     Indique qual o débito para protecção contra erros de canal num sistema DVB que usa uma taxa de codificação de 4/6 e um débito binário de fonte de 20 Mbit/s num canal de 8 MHz. (R: 10 Mbit/s)

c)      Indique qual é a razão entre os débitos binários das duas camadas mais baixa e mais alta que se podem transmitir usando modulação 64-QAM de forma hierárquica ? (R: 1/2)

d)     Indique qual o débito binário típico que se gasta na transmissão da Program Association Table (PAT) sabendo que a representação dessa tabela gasta 300 bits. (R: 3-15 kbit/s)

e)      Se tivesse que escolher com base no débito binário útil (de fonte) entre uma solução usando um taxa de codificação ½ e modulação 64-QAM e outra solução usando uma taxa de codificação 2/3 e modulação 16-PSK (todos os outros parâmetros iguais) qual escolheria e porquê ? (R: Solução 1)

 

VI (1.0 + 0.5 + 1.0 + 1.0 = 3.5 val.)

Como sabe, o vídeo 3D goza hoje de uma popularidade crescente em vários domínios de aplicação.

a)      Indique e explique duas formas complementares de melhorar uma experiência visual através do uso de vídeo 3D. (R: Percepção de profundidade e navagação na cena)

b)     Indique e explique qual o principal factor que contribui para melhorar a percepção 3D quando se usa vídeo estéreo em vez de vídeo mono. (R: paralaxe estéreo)

c)      Explique em que consiste um formato estéreo com compatibilidade de trama (frame compatible). Indique duas desvantagens de um formato estéreo com compatibilidade de trama usando multiplexagem espacial.

d)     Indique o débito binário típico de um par estéreo de vídeo codificado com a norma Multiview Video Coding (MVC) para resolução espacial standard. (R: 3.4 Mbit/s)