COMUNICAÇÃO DE ÁUDIO E VÍDEO

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO

Ano lectivo de 2008/2009 - 2º Semestre

1ª Época - 20 de Julho de 2009 (2ª feira) - 9 h

 

 

MEEC: As notas desta prova sairão até às 14 h do dia 24 Julho (6ª feira) e a revisão de provas será às 17 h do dia 24 de Julho (6ª feira) no Laboratório de Telecomunicações 4. 

MERC: As notas desta prova sairão até às 20 h do dia 21 de Julho (3ª feira) e a revisão de provas será às 14 h do dia 22 de Julho (4ª feira) na sala 0.5. 

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)

Como sabe, Portugal encontra-se neste momento na fase de transição entre a ‘difusão analógica’ e a ‘difusão digital’ de televisão.

a)     Explique em que consiste o simulcasting usado nesta fase de transição e porque é usado.

b)     Explique porque não foi preciso haver fase de transição com simulcasting quando da passagem da televisão a preto e branco para a televisão a cores.

c)      Indique, justificando, os 2 principais parâmetros da codificação de vídeo que seria expectável alterar se tivesse de distribuir o mesmo filme para set-top boxes avançadas, acesso Internet e terminais handheld. 

d)     Indique em que consiste a principal diferença obrigatória, com impacto no consumo da bateria, entre a transmissão DVB-T e DVB-H.

 

II (0.5 + 0.5 + 0.5 + 1 = 2.5 val.)

Considere as normas de codificação de imagem JPEG e JPEG 2000.

a)     Explique (e justifique) quantas decomposições (2D) DWT deve aplicar para obter um fluxo codificado JPEG 2000 com 4 resoluções espaciais. (R: 3)

b)     Para uma imagem com resolução 1200×1200, explique quantas decomposições (2D) DWT deve aplicar para disponibilizar no fluxo binário a resolução de 75×75. (R: 4)

c)      Explique de que depende a qualidade máxima obtida para cada uma das 4 resoluções (descodificadas) referidas na alínea anterior. (R: Quantificação)

d)     Explique qual o objectivo de codificar cada plano de bit de cada banda em três passagens de codificação. (R: Escalabilidade de qualidade)

 

III (1 + 0.5 + 0.5 + 0.5 = 2.5 val.)

Considere a norma JPEG para codificação de imagens fotográficas.

a)     Indique qual o número médio de bits por pixel (considerando luminância e crominâncias) que se gastam na codificação de uma imagem com formato 4:2:0, 12 bit/amostra, quando codificada com um factor de compressão global (luminância e crominâncias) de 20 ? (R: 0.9 bit/px)

b)     Nas condições da alínea a), indique se se gastam mais ou menos bits por imagem codificada se a imagem passar a ter um formato 4:2:2 mas 8 bit/amostra. (R: Menos (0.8 bit/px) ) 

c)      Quantos bits se gastam na codificação de uma imagem a cores com resolução de 576×720 amostras para a luminância e formato 4:2:2, com 12 bit/amostra, se o factor de compressão para a luminância for 20 e para as crominâncias o triplo desse valor ? (R: 331776 bit/imagem)

d)     Indique uma das modulações mais simples que pode ser usada para transmitir numa largura de banda de 4 MHz uma sequência de vídeo a 12.5 Hz codificada como uma sequência de imagens JPEG com o formato e nas condições da alínea c). (R: QPSK)

 

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

Considere uma comunicação videotelefónica, segundo a norma CCITT H.261, usando um débito binário de 120 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 3 partes iguais, sendo a parte central fixa e as partes mais acima e mais abaixo com diferente actividade. 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 abaixo tem uma maior actividade que se traduz por uma produção de bits que, para cada imagem, é sempre dupla 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 18000 bit, na da segunda 24000 e na da terceira 6000, calcule, justificando:

a)     Os instantes em que o receptor obtém todos os bits de código correspondentes às 1º, 2º e 3ª imagens. (R: 150, 350 e 400 ms)

b)     Os instantes em que são disponibilizadas ao codificador as 4ª e 5º imagens. (R: 300 e 400 ms)

c)      A dimensão mínima da memória de saída do codificador para que nunca haja perda de bits na situação acima descrita. (R: 18000 bits)

d)     O número máximo de bits que pode produzir a 5ª imagem se se usar a memória calculada na alínea c) e os bits forem produzidos no período dessa imagem sem qualquer restrição. (R: 30000 bits)

 

V (1 + 1 + 1 + 1 = 4 val.)

Considere que se tornou num dos gestores do sistema YouTube ao nível da informação multimédia.

a)     Indique qual a capacidade em disco que precisaria para armazenar 5.000.000 clips com uma duração média de 4 minutos se o vídeo tiver uma resolução de 352´288 amostras de luminância, 4:2:0, a 25 Hz, o áudio (estéreo) uma frequência de amostragem de 48 kHz (usando o número típico de bit/amostra), sabendo ainda que o factor de compressão para o áudio é o factor de compressão típico para MP3 (para qualidade transparente) e o do vídeo é o dobro do áudio para todas as componentes. (R: 1.67×1015 bits)

a)     De quanto se alteraria em percentagem essa capacidade, se decidisse reduzir a resolução espacial do vídeo para metade nas 2 direcções e a frequência de amostragem do áudio para 40 kHz, sabendo que nesse caso os factores de compressão se reduziriam de 25% ? (R: -59.4 %)

b)     Para as situações acima, explique qual a norma de codificação de vídeo cujo uso lhe parecia mais adequado indicando 2 características ou necessidades principais do sistema que determinam a escolha. (R: H.264/AVC)

c)      Se lhe fosse dada a possibilidade de tentar melhorar a satisfação dos utentes de forma significativa ao utilizar o sistema usando mais 1% da capacidade calculada acima, de que modo e porquê investiria esses bits ?

 

VI (1.2+ 0.7 + 1 + 0.6 = 3.5 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 (2) 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 OFDM para a transmissão dos dados. Quais são estas variantes e porque existem duas ? (R: 2k e 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 no DVB-S e no DVB-C ? (R: Multipercurso)