COMUNICAÇÃO DE ÁUDIO E VÍDEO

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
Ano lectivo de 2002/2003 - 2º Semestre
1ª Época - 20 de Junho de 2003 (6ª feira) - 17 h


As notas desta prova sairão até às 14 h do dia 24 de Junho (3ª feira), no placard e na página Web da cadeira e a revisão de provas será às 14 h do dia 24 de Junho (3ª feira), junto à Secretaria da Secção de Telecomunicações.  
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+ 1.5 val.)

Como a maior parte dos sistemas de telecomunicações, também a televisão se tem confrontado ao longo dos anos com a necessidade de reduzir ao mínimo os gastos em largura de banda.
a)    Indique as principais características do sistema visual humano (3) que contribuem para minimizar os gastos em largura de banda. De que modo ?
b)    Diz-se hoje em dia que as modernas técnicas de compressão permitem aumentar o número de canais de televisão transmitidos numa dada banda, por exemplo nos 6 MHz que correspondem normalmente à banda de um sinal de televisão analógico. Indique, justificando, quais são os principais factores (3) que determinam o número de canais de TV digital que podem ser postos na banda correspondente a um canal de TV analógico.
c)    A solução simulcast e os sistemas escaláveis são duas das soluções possíveis para a introdução da HDTV digital. Indique as principais características das 2 soluções salientando as vantagens e desvantagens mútuas.

II (1 + 1 + 1 val.)

Considere a transmissão de telecópia usando o Método de READ Modificado - norma ITU-T T.5 - a 4800 bit/s, para páginas com 1800 linhas, cada uma com 1728 amostras. Suponha que, em média, cada linha tem 70% dos pixels brancos.
a)    Supondo que as linhas codificadas unidimensionalmente têm um factor de compressão médio de 15 para os comprimentos pretos e 25 para os brancos e as linhas codificadas bidimensionalmente têm um factor de compressão médio de 20 para os comprimentos pretos e 30 para os brancos, indique quais os factores de compressão globais mínimo e máximo que se podem alcançar se, devido à necessidade de oferecer resistência a erros, se tiver de se usar um valor de k inferior a 8. (R: 20,83 a 25,18)
b)    Supondo que, devido à necessidade de limitar a propagação de erros se usa k=3, indique qual o tempo de transmissão para uma imagem que é 4 vezes mais eficiente em termos de codificação do que uma ‘imagem média’. (R: 6,732 s)
c)    Em que consiste e qual é a grande desvantagem em fazer o pré-processamento para redução de ruído usando alisamento lógico por maioria ? Como se pode ultrapassar esta desvantagem ?

III (0.8 + 1 + 1.2 + 0.5 val.)

Considere a norma JPEG para codificação de imagens fotográficas.
a)    Explique quais são e como funcionam os 2 métodos possíveis para a implementação do modo progressivo.
b)    Indique de que forma seleccionaria o modo de predição a ser usado no contexto do modo de codificação sem perdas. De que modo agiria se quisesse evitar que os erros de transmissão se propagassem demasiado na imagem descodificada ?
c)    Explique as possíveis vantagens e desvantagens (3) de usar mais do que 8 modos de predição no modo de codificação sem perdas.
d)    Qual o número médio de bits por pixel (considerando luminância e crominâncias) que se gasta numa imagem 4:2:2 a 8 bit/amostra quando codificada com um factor de compressão global (luminância e crominâncias) de 30 ? (R: 0,533 bit/pixel)

IV (0.8 + 1.2 + 1.5 val.)

Considere a norma de codificação para sinais videotelefónicos e de videoconferência ITU-T H.261.
a)    Explique, justificando, quais as ferramentas de codificação usadas nesta norma (tal como estão especificadas na norma) que implicam que esta não seja uma norma de codificação sem perdas.
b)    Indique 3 razões que levam a que a produção de bits no codificador seja altamente não uniforme no tempo.
c)    Como sabe, o método reconhecido como o mais eficiente para o controlo do débito binário nesta norma faz variar o passo de quantificação em função do enchimento da memória de saída do codificador.
Indique uma expressão matemática adequada para esta variação tendo em conta os valores que o passo de quantificação pode tomar nesta norma. Indique explicitamente 3 condições mínimas a que esta expressão deve obedecer.

V (0,5 + 1,5 + 1 val.)

Considere uma comunicação videotelefónica, segundo a norma ITU-T H.263, usando um débito binário de 40 kbit/s. A sequência é codificada usando a resolução espacial CIF e uma frequência de imagem de 10 Hz. A imagem que tem de transmitir está dividida horizontalmente em 4 partes iguais, sendo as 2ª e última faixas fixas e as 1ª e 3ª partes com movimento. Atendendo a que o codificador faz uma codificação sequencial dos macroblocos, constata-se que os bits de código são gerados uniformemente, nos vários intervalos em que há informação para codificar, não sendo gerados bits nos períodos correspondentes a zonas fixas, com excepção da primeira imagem onde os bits são gerados uniformemente em toda a imagem. Posteriormente à primeira imagem, a faixa da imagem mais acima tem uma menor actividade que a 3ª faixa que se traduz por uma produção de bits que, para cada imagem, é sempre tripla da faixa mais acima, menos activa.
No codificador, os bits de código aguardam a sua transmissão na memória de saída. Sabendo que na codificação da primeira imagem se gastaram 15000 bit, na da segunda 20000 e na da terceira 8000, calcule, justificando:
a)    O instante em que o receptor obtém todos os bits de código correspondentes à 2ª imagem. (R: 875 ms)
b)    A dimensão mínima da memória de saída do codificador para que nunca haja perda de bits na situação acima descrita. (R: 32000 bit)
c)    O atraso inicial de visualização mínimo a aplicar no descodificador supondo que tem disponível à saída do codificador metade da memória determinada na alínea anterior e que o codificador passa a produzir os bits de código para cada imagem, instantaneamente no momento da sua aquisição (codificação infinitamente rápida). (R: 400 ms)

VI (1.2+ 0.7 + 1 + 0.6 val.)

Considere as normas DVB.
a)    Explique qual a principal vantagem do interleaver no 1º nível de codificação de canal usado em DVB-T ? Quais os custos desta vantagem ?
b)    Explique qual a função do puncturing no 2º nível de codificação de canal usado em DVB-T e DVB-S ?
c)    A norma DVB-T define duas variantes principais em termos de modulação para a transmissão dos dados. Quais são estas variantes e porque existem duas ? (R: 2k, 8k)
d)    Indique qual o principal motivo que levou à adopção da modulação OFDM para DVB-T em vez de se adoptar uma modulação do tipo QPSK ou QAM tal como o DVB-S e o DVB-C ?