COMUNICAÇÃO DE ÁUDIO E VÍDEO

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
Ano lectivo de 2005/2006 - 2º Semestre
2ª Época - 8 de Julho de 2006 (sábado) - 9 h

LERCI: As notas desta prova sairão até às 17 h do dia 13 de Julho (5ª feira) na página Web da cadeira e a revisão de provas será às 17.30 h do dia 13 de Julho (5ª feira) na sala 0.15. 

LEEC: As notas desta prova sairão até às 17 h do dia 12 de Julho (4ª feira) na página Web da cadeira e a revisão de provas será às 18 h do dia 12 de Julho (4ª feira) no Laboratório de Telecomunicações 4. 

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

Considere um sistema de televisão analógica.

a)       Deduza, justificando, uma expressão para calcular a largura de banda do sinal de vídeo considerando que este sistema usa imagens progressivas (e não entrelaçadas) e que a ‘resolução’ horizontal é superior à ‘resolução’ vertical em termos subjectivos em p %.

b)      Indique, justificando, qual a relação entre a largura do sistema acima e um sistema em tudo semelhante menos no facto de as imagens serem entrelaçadas com 2 campos, ainda que tendo o mesmo número total de linhas por imagem. (R: Banda igual)

c)      Indique quais as vantagens (1) e desvantagens (1) de usar imagens entrelaçadas com 3 campos (e não com 2 campos como usualmente) se se mantiver o número de imagens por segundo, por exemplo 25 imagens por segundo.

 

II (1 + 1 + 1 val.)

Considere uma transmissão de telecópia usando o Método de READ Modificado, a 3600 bit/s, para páginas com 2000 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 12 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 50% 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 30. (R: Nenhum k é possível)

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 2500 bits de dados. (R: 39)

c)      Supondo que o sistema descrito na alínea a) está a operar com k= 2 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 = 30 ms, sabendo que quer para as linhas codificadas unidimensionalmente, quer para as linhas codificadas bidimensionalmente, há 25% das linhas que gastam, em média, apenas 75% do número mínimo de bits para TMVL = 30 ms. (R: 3,75)

 

III (1 + 1 + 1 + 1 val.)

a)       Qual o número médio de bits por pixel (considerando luminância e crominâncias) que se gasta numa imagem 4:2:0 a 8 bit/amostra quando codificada com um factor de compressão global (luminância e crominâncias) de 16 ? E se o factor de compressão for 20 para a luminância e 12 para as crominâncias ? (R: 0,75 e 0,733)

b)      Qual a diferença entre um sistema de codificação de imagem com perdas e sem perdas ? Qual dos 2 sistemas é tipicamente mais importante/usado ? Porquê ?

c)      Indique um impacto normativo e um não-normativo na codificação de imagem fotográfica JPEG do facto do ser humano é menos sensível às altas frequências que às baixas frequências ?

d)      Porque se usa codificação entrópica em muitos codificadores de fonte, nomeadamente também nos codificadores JPEG ? Qual a grande desvantagem da codificação entrópica em ambientes móveis ?

IV (2,5 val.)

Suponha que é contactado por uma empresa que pretende instalar um sistema de videoconferência entre as suas sedes nas várias capitais Europeias usando linhas com o menor débito médio possível para a qualidade de imagem considerada aceitável. O atraso aquisição-visualização máximo aceitável é de 150 ms. A resolução a usar é a resolução CIF - 352x288 (Y) e 176´144 (CB, CR) - a 25 Hz (8 bit/amostra). Supondo que tem à sua disposição, oferecendo a qualidade de vídeo considerada aceitável:

1.       Um sistema H.263 que lhe oferece factores de compressão médios de 15 e 25 para a luminância e crominâncias, respectivamente; os factores de compressão críticos (imagens mais difíceis) são 8 e 10 para a luminância e crominâncias, respectivamente.

2.       Um sistema MPEG-2 Vídeo com N = M = 3 e que lhe oferece um factor de compressão de 10 e 20, respectivamente para a luminância e crominâncias, nas tramas I e um factor de compressão de 30 e 40, respectivamente para a luminância e crominâncias, nas tramas B e P (valores médios e críticos semelhantes).

Indique, justificando, qual a solução que vai propôr ao seu cliente para lhe poder satisfazer da forma mais económica possível, em termos de débito binário, as necessidade indicadas supondo que a transmissão se faz sempre ao débito (médio) da codificação. (R: H.263)

 

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

Considere um sistema de televisão digital do tipo DVB-T.

a)       Indique quantas músicas completas, estéreo, comprimidas, com largura de banda 22 kHz e 16 bit/amostra, com uma duração de 3 minutos pode armazenar num disco com 200 Mbytes se utilizar como método de codificação a camada 3 da norma MPEG-1 Áudio (MP3) para alcançar qualidade transparente em relação ao CD (adopte um factor de compressão razoável). (R: 75)

b)      Quantos bytes se gastam na codificação de uma sequência de vídeo a cores com 30 minutos se esta tiver resolução espacial de 576x720 amostras para a luminância, formato de subamostragem da crominância 4:2:0, 25 Hz, 8 bit/amostra, e se o factor de compressão para a luminância for 30 e para as crominâncias o dobro desse valor ? (R: 777,6 Mbytes)

c)      Sabendo que uma dada solução DVB-T consegue ‘inserir’ 5 Mbit/s de fonte num canal com 8 MHz, indique justificando que débito binário poderá ‘inserir’ se todos os parâmetros se mantiverem constantes com excepção da taxa de codificação que passa de ½ para 2/3 e a modulação que deixa de ser QPSK para passar a ser 64-QAM. (R: 20 Mbit/s)

d)      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 5/6 e modulação QPSK (todos os outros parâmetros iguais) qual escolheria e porquê ? Se lhe dissessem que a transmissão passaria a ser via satélite, ficaria mais ou menos confiante na solução que adoptou ? Porquê ? (R: Solução 1)

 

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

Considere a norma de codificação H.264/MPEG-4 AVC.

a)       Em relação aos slice groups definidos no H.264/AVC, indique duas formas de tirar vantagem deste conceito.

b)      Explique qual a principal vantagem da definição do modo trama do tipo 2 para a codificação de conteúdo entrelaçado.

c)      Explique porque razão se usa uma Transformada Hadamard 4´4 adicional para os coeficientes DC de luminância em MBs codificados com o modo Intra 16´16.

d)      Indique, justificando, qual é a principal diferença, em termos de normas, entre um filtro de redução do efeito de bloco (deblocking) inserido no loop de descodificação e um filtro aplicado à imagem descodificada fora do loop de descodificação.