As notas desta prova sairão até às 14 h do dia 30 de Junho (4ª feira), no placard e na página Web da cadeira e a revisão de provas será às 14 h do dia 30 de Junho (4ª 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 val.)

Considere um sistema de televisão analógico ou digital consoante indicado.

a)       Indique de que forma a necessidade de oferecer compatibilidade inversa ao introduzir a televisão a cores afectou 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 qual o motivo principal desta evolução.

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

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

Considere a transmissão de telecópia usando o Método de READ Modificado - norma CCITT T.5 - a 3200 bit/s, para páginas com 1000 linhas, cada uma com 1728 amostras. Suponha que, em média, cada linha tem 75% 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 que se podem alcançar se, devido à necessidade de oferecer resistência a erros, se tiver de se usar um valor de k inferior a 10. (R: FC<= 25.96)

b)      Supondo que, devido à necessidade de limitar a propagação de erros se usa k=2, indique qual o número de bits gastos na codificação de uma imagem que é 3 vezes menos eficiente em termos de codificação do que uma ‘imagem média’. (R: 218160 bits)

c)      Supondo agora que se faz a transmissão sobre uma rede virtualmente isenta de erros, indique 2 formas de diminuir o tempo de transmissão correspondente ao envio da informação de imagem propriamente dita. (R: k = infinito e eliminação de palavras de fim de linha)

III (1 + 1 + 1+ 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. (R: selecção espectral e aproximações sucessivas)

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)      Indique quais as principais vantagens e desvantagens do uso de códigos VLI para codificar a amplitude dos coeficientes DCT no modo baseline.

d)      Explique qual a relevância do conceito de entropia de uma fonte para alguém que está a projectar um codificador de fonte.

IV (1 + 1,5 + 1 val.)

Considere uma comunicação videotelefónica, segundo a norma ITU-T H.261, usando um débito binário de 50 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 1ª e 3ª faixas fixas e as 2ª e 4ª 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 com movimento mais abaixo tem uma menor actividade que a faixa com movimento o que se traduz por uma produção de bits que, para cada imagem, é sempre 1/3 da faixa mais acima, mais activa.

No codificador, os bits de código aguardam a sua transmissão na memória de saída. Sabendo que na codificação da primeira imagem se gastaram 10000 bit, na da segunda 18000 e na da terceira 6000, calcule, justificando:

a)       Em que instante acaba o emissor de enviar para o canal os bits da 2ª imagem ? Em que instante termina o receptor de receber todos os bits da 3 ª imagem ? (R: 560 e 680 ms)

b)      A dimensão mínima da memória de saída do codificador para que nunca haja perda de bits na situação acima descrita. (R: 20000 bits)

c)      O atraso inicial de visualização mínimo a aplicar no descodificador supondo que tem disponível à saída do codificador 1/4 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: 100 ms)

V (1 + 1 + 1 + 1 val.)

Considere um sistema de televisão digital usando a norma H.263 para codificação do sinal de vídeo, com resolução 352´288 pixels para a luminância e metade desta resolução em cada direcção para as crominâncias (8 bit/amostra), a 12,5 Hz. Suponha que o factor de compressão médio (medido sobre todos os macroblocos da imagem), na ausência de quaisquer restrições externas sobre os modos de codificação, é de 20 para a luminância e 25 para a crominância (não considerando os bits para cabeçalhos). Suponha ainda que se gastam 500 bits por trama para cabeçalhos.

a)       Supondo que em cada imagem, em média, apenas 300 macroblocos gastam bits (os restantes são tão parecidos com a imagem anterior que não é preciso actualizar nada), indique qual é o factor de compressão médio (luminância e crominâncias) medido sobre os macroblocos onde efectivamente se gastam bits, contabilizando também os bits de cabeçalho. (R: FC= 16,1)

b)      Supondo que o passo de quantificação pode tomar todos os valores inteiros ente 8 e 40, indique uma expressão matemática que exprima de modo razoável a dependência entre o valor do passo de quantificação e o enchimento da memória de saída.

c)      Nas condições acima, indique qual o número médio de bits que se está a usar para codificar cada pixel nos macroblocos onde efectivamente se gastam bits. (R: 0.746 bit/pixel)

d)      Explique qual a diferença entre as normas H.261 e H.263 na definição da predição na codificação dos vectores de movimento. Qual a vantagem da solução H.263 ?

VI (0.5+ 0.5 + 0.5 + 0.5 + 1 val.)

Considere a norma MPEG-2.

a)       Porque razão se projectou o transport stream MPEG-2 Sistemas de forma a poder aceitar várias bases de tempo ?

b)      Qual o grande motivo que levou à adopção de pacotes com comprimento fixo para os transport streams MPEG-2 Sistemas ?

c)      Explique detalhamente qual seria a consequência se a norma MPEG-2 Vídeo só considerasse codificação com imagens-trama e não imagens-campo ?

d)      Qual a vantagem de alguns dos perfis definidos em MPEG-2 Vídeo serem hierárquicos entre si ?

e)       Explique o que aconteceria em termos de interoperabilidade se um codificador que cria streams conformes com o perfil Main (e um certo nível) deixasse de usar tramas B. E o que aconteceria em termos de qualidade visual e complexidade ?