MEEC: As notas desta prova sairão até às 18 h do dia 14 Julho (2ª feira) no placard e página Web da cadeira e a revisão de provas será às 18 h do dia 14 de Julho (2ª feira) no Laboratório de Telecomunicações 4. 

MERC: As notas desta prova sairão até às 14 h do dia 18 de Julho (6ª feira) na página Web da cadeira e a revisão de provas será às 14 h do dia 18 de Julho (6ª 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 = 3 val.)

Considere um sistema de televisão analógico ou digital consoante indicado.

a)      Indique o que requer e de que forma a necessidade de oferecer compatibilidade inversa ao introduzir a televisão a cores 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 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)

II (1+ 1 + 1 = 3 val)

Considere uma transmissão de telecópia usando o método de READ modificado, a 6400 bit/s, para páginas com 1500 linhas, cada uma com 1728 amostras. Suponha que as linhas codificadas unidimensionalmente têm um factor de compressão médio de 15 para os comprimentos pretos e 30 para os brancos e as linhas codificadas bidimensionalmente têm um factor de compressão médio de 25 para os comprimentos pretos e 40 para os brancos.

a)      Indique qual a percentagem mínima de amostras brancas que deve ter cada linha para que o factor de compressão não seja inferior a 10 sabendo que a comunicação a efectuar não aguenta mais de 9 linhas bidimensionalmente codificadas seguidas. (R: 0)

b)      Supondo agora que a percentagem de amostras brancas por linha é de 75% (em média), determine o tempo médio de transmissão de uma página para a situação em que há máxima resistência a erros de transmissão em termos de codificação. Determine o mesmo tempo para o caso em que a linha é virtualmente isenta de erros e logo se codifica maximizando o factor de compressão. (R: 16,875 e 11,65)

c)      Determine a expressão matemática que, para a situação deste problema, relaciona o factor de compressão com o número de linhas unidimensionalmente codificadas numa página.

III (1 + 0,5 + 1 val. = 2.5 val.)

Considere a norma JPEG para codificação de imagens fotográficas.

a)      Qual o número médio de bits por pixel (considerando luminância e crominâncias) que se gastam na codificação de uma imagem com formato 4:2:2, 16 bit/amostra, quando codificada com um factor de compressão global (luminância e crominâncias) de 25 ? (R: 1.28 bit/pixel)

b)      Quantos bits se gastam na codificação de uma imagem a cores com resolução de 576´720 amostras para a luminância e formato 4:2:0, com 12 bit/amostra, se o factor de compressão para a luminância for 20 e para as crominâncias o dobro desse valor ? (R: 311040 bit/imagem)

c)      Indique qual a modulação mais simples que pode ser usada para transmitir numa largura de banda de 2 MHz uma sequência de vídeo a 25 Hz codificada como uma sequência de imagens JPEG com o formato e nas condições da alínea b). (R: 16-PSK)

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

Considere uma comunicação videotelefónica, segundo a norma ITU-T H.261, usando um débito binário de 64 kbit/s. A sequência é codificada usando a resolução espacial CIF e uma frequência de imagem de 12,5 Hz. A imagem que tem de transmitir está dividida horizontalmente em 2 partes iguais, sendo a 2ª faixa fixa e a 1ª com movimento intenso. 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. No codificador, os bits de código aguardam a sua transmissão na memória de saída. Sabendo que na codificação da primeira imagem se gastaram 15000 bits, na da segunda 24000 e na da terceira 8000, calcule, justificando:

a)      Em que instante acaba o emissor de enviar para o canal os bits da 3ª imagem ? Em que instante termina o receptor de receber todos os bits da 3 ª imagem ? (R: 734.4 ms e 734.4 ms)

b)      A dimensão mínima da memória de saída do codificador para que nunca haja perda de bits na situação acima descrita. (R: 34200 bits)

c)      Qual o número máximo de bits que a 4ª imagem pode usar se a memória fôr a calculada na alínea anterior ? E a 5ª imagem se a 4ª imagem gastar 1000 bits ? (R:5120 e 9240 bits ou 7680 e 11800 bits consoante se consideram aindas as faixas ou não)

d)      Qual o número máximo de bits que poderá usar a 1ª imagem numa outra transmissão se a memória fôr a calculada na alínea b) ? (R: 39320 bits)

V (1 + 1 + 1,5 + 0,5 = 4 val.)

Considere a norma de codificação de áudio MPEG-1 Áudio.

a)      Indique quantas músicas completas, codificadas, estéreo, com largura de banda 22 kHz e 16 bit/amostra, com uma duração de 3 minutos poderia armazenar num disco com 200 Mbytes se utilizasse como métodos de codificação as 3 camadas da norma MPEG-1 Áudio para alcançar qualidade transparente em relação ao CD. (R: 25, 50 e 75 músicas)

b)      Explique porque razão se usa nesta norma uma transformada DCT com sobreposição de janela.

c)      Explique com que objectivo se envia um scale factor por sub-banda áudio. O que aconteceria de negativo se a codificação não usasse estes scale factors ? Qual a principal diferença entre as camadas 1 e 2 em termos da codificação dos scale factors ?

d)      Quais os principais factores (3) que levaria em conta se necessitasse de escolher um das camadas MPEG-1 Áudio para a codificação de áudio numa dada aplicação.

VI (1 + 0,5 + 1 + 1 = 3.5 val.)

Como sabe, a IPTV (serviço de televisão digital disponibilizado aos assinantes através da linha telefónica) é hoje um serviço com importância crescente, sobretudo para os operadores da rede fixa.

a)      Explique quais as principais vantagens (1) e desvantagens (1) de usar a norma H.264/AVC em relação à norma MPEG-2 Vídeo para a codificação de vídeo no contexto deste serviço (usando os perfis mais adequados).

b)      Explique a razão porque, no contexto das normas de codificação de vídeo existentes, é essencial a definição de perfis e níveis.

c)      Se passar de um serviço de televisão digital com resolução convencional (standard) para um serviço de alta definição, indique justificando o que se alterará obrigatoriamente: o perfil ou o nível ? Em que condições se alterará também a outra dimensão da interoperabilidade ?

d)      Atendendo a que este serviço pode ter de ser oferecido numa grande heterogeneidade de condições, por exemplo em termos de débito binário e resolução espacial, indique, justificando, um conceito ao nível da codificação de vídeo que pode ser particularmente flexível e útil neste contexto.