COMUNICAÇÃO DE ÁUDIO E VÍDEO

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO

Ano lectivo de 2009/2010 - 2º Semestre

1ª Época - 18 de Junho de 2010 (6ª feira) - 9 h

MEEC: As notas desta prova sairão até às 14 h do dia 23 Junho (4ª feira) na página Web da cadeira e a revisão de provas será às 14 h do dia 23 de Junho (4ª feira) no Laboratório de Telecomunicações 4.

MERC: As notas desta prova sairão até às 14 h do dia 21 de Junho (2ª feira) na página Web da cadeira e a revisão de provas será às 14 h do dia 21 de Junho (2ª feira) na sala 0.13.

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 + 0.5 + 1 = 3.5 val)

Considere uma transmissão de telecópia usando o Método de READ Modificado para páginas com 2000 linhas, cada uma com 1728 amostras. Suponha que, em média, cada linha tem 75% dos pixels brancos. A transmissão faz-se a 3200 bit/s.

a) Suponha que, para TMVL = 0 ms, as linhas codificadas unidimensionalmente têm um factor de compressão médio de 10 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 80% mais elevados em relação à codificação unidimensional. Determine quais os valores de TMVL (Tempo Mínimo de Varrimento de Linha) que pode aceitar para que o factor de compressão global seja pelo menos 20 com k = 4 se souber que 20 % das linhas da imagem referida (uni ou bidimensionalmente codificadas) usam um número de bits inferior ao limite mínimo necessário, mais precisamente um valor em média 15% inferior a esse limite. (R: TMVL <= 150 ms)

b) Determine o período médio de ressincronização em bits e em tempo para TMVL = 0 ms se k for igual a 1. (R: 108 bits e 33.75 ms)

c) Determine o tempo total (médio) de transmissão de uma página para K=10. (R: 40.5 s)

d) Explique, justificando, como varia a entropia de uma página de fax se todos as amostras pretas se tornaram brancas e vice-versa numa página típica de fax. Em qual das situações se deveria ter maior eficiência de compressão com o MHM ? (R: Entropia fica igual; maior eficiência na primeira situação)

II (1 + 0.5 + 0.5+ 0.5+ 0.5 = 3 val.)

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

a) Explique qual a principal diferença em termos da arquitectura de codificação e descodificação entre as duas normas na provisão de escalabilidade espacial.

b) Porque razão não apresentam as imagens codificadas com JPEG 2000 efeito de bloco mesmo que sejam codificadas com elevados factores de compressão.

c) Explique porque motivo pode ser conveniente codificar uma imagem em JPEG 2000 usando vários ‘mosaicos’ (tiles).

d) Porque razão se faz a decomposição em subbandas no JPEG 2000 aplicando sucessivamente a DWT à banda de baixa frequência.

e) Quantas decomposições (2D) DWT têm de ser aplicadas para obter uma fluxo codificado JPEG 2000 com 2 níveis de resolução espacial ? (R: 1)

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

Considere um sistema de videotelefonia com codificação híbrida do sinal de vídeo, com resolução 352×288 amostras para a luminância, sub-amostragem da crominância 4:2.0, 8 bit/amostra, a 10 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 15 para a luminância e 20 para a crominância (não considerando os bits para cabeçalhos). Suponha ainda que se gastam 450 bits por trama para cabeçalhos.

a) Supondo que em cada imagem, em média, apenas 200 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: 8.21)

b) Ainda na situação da alínea anterior, suponha que para garantir maior protecção contra erros, um em cada 25 (dos 200) macroblocos transmitidos é obrigatoriamente codificado em modo intra. Supondo que a compressão em modo intra tem um factor de compressão igual a 60% do factor de compressão médio global determinado na alínea a), determine qual o factor de compressão global (ou seja considerando toda a imagem) correspondente a esta situação. (R: 15.83)

c) Se, por razões de edição, lhe pedissem para codificar todos os macroblocos, de todas as tramas, em modo intra, qual seria o débito binário gerado supondo que o factor de compressão para este tipo de codificação se mantêm igual ao determinado na alínea anterior ? (R: 2.47 Mbit/s)

d) Indique, justificando, qual a dimensão da memória de saída a usar no codificador, nas condições da alínea anterior, se se pretender um atraso inicial de visualização no receptor (máximo) de 200 ms. Suponha que a codificação gera bits de modo uniforme para cada imagem no intervalo de tempo entre duas imagens. (R: 247000 bit)

IV (2 + 1.5 + 0.5 = 4 val.)

Suponha que é contactado por uma empresa multi-nacional que pretende instalar um sistema de videoconferência entre os vários estádios do Mundial da África do Sul usando linhas com o menor débito médio possível garantindo a qualidade de imagem mínima considerada aceitável. O atraso emissão-recepção máximo aceitável, medido como a diferença máxima entre os momentos de aquisição e visualização de uma imagem, nomeadamente da primeira, é de 240 ms. A resolução a usar é a resolução CIF - 352´288 (Y) e 176´144 (Cr, Cb) - a 12.5 Hz (8 bit/amostra).

Supondo que tem à sua disposição, oferecendo a qualidade de imagem considerada aceitável:

· Um sistema de codificação H.261 que lhe oferece factores de compressão médios de 20 e 25 para a luminância e crominâncias, respectivamente; os factores de compressão críticos (imagens mais difíceis) são 12 e 15 para a luminância e crominâncias, respectivamente.

· Um sistema de codificação MPEG-1 com N = M = 3 e que lhe oferece um factor de compressão de 15 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).

a) Indique qual das soluções acima escolheria para melhor satisfazer as necessidades do seu cliente no caso dos débito de transmissão serem iguais aos débitos de codificação. (R: H.261)

b) Indique, justificando, para que débitos binários poderia a solução MPEG-1 satisfazer o requisito de atraso emissão-recepção máximo aceitável, sabendo que a solução MPEG-1 pode ser regulada em termos de débito de transmissão (e logo a transmissão não se processa nesse caso ao débito de codificação). (R: >= 1.39 Mbit/s)

c) Nas condições da alínea b), indique para que gama de débitos de transmissão ‘ganha’ a solução MPEG-1 à solução H.261. (R: Nunca)

V (1.2+ 0.6 + 0.5 + 0.7 = 3 val.)

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

a) Indique quantos bits precisa para uma música completa, codificada, mono, com largura de banda 22 kHz e o número típico de bit/amostra, com uma duração de 4 minutos se utilizar como métodos de codificação as 3 camadas da norma MPEG-1 Áudio para alcançar qualidade transparente em relação ao CD. (R: 4.224×10⁷ , 2.112×10⁷ e 1.408×10⁷ bits)

b) Entre as camadas 1 e 2 de codificação, qual delas tem maior atraso ? Porquê ? (R: 2ª)

c) Se tentasse descodificar um fluxo binário codificado de camada 3 com um descodificador da camada 2, o que aconteceria ? Porquê ?

d) Em geral, entre os ‘efeito de pré-eco’ e ‘efeito de bloco’, qual deles acha que poderá ter maior impacto subjectivo negativo em codificação de áudio quando ‘mal-resolvidos’ ? Porquê ? (R: Efeito de bloco porque seria muito mais frequente)

VI (1 + 0.5 + 0.5 +0.5 + 0.5 = 3 val.)

Num sistema DVB usam-se várias tabelas com informação adicional que são essenciais para o seu bom funcionamento.

a) Que tabela(s) permite(m) encontrar a informação de áudio e vídeo correspondente ao canal TV que o utente quer visualizar ? De que modo ? (R: PAT e PMT)

b) Que tabela(s) incluem a informação necessária para criar na set top box um guia electrónico de programação (EPG, Electronic Program Guide) ? (R: Tabelas DVB SI)

c) Em que situação precisa necessariamente de obter em boas condições a Conditional Access Table ? Porquê ?

d) Com que frequência deve ser enviada a PAT se se pretender que o tempo de espera para mudança de canal devido à PAT não exceda 100 ms ? (R: >= 10 Hz)

e) Com que frequência pode ser enviada a PAT se se pretender que o débito binário gasto na PAT não exceda 4 kbit/s se cada PAT gastar 200 bits. (R: <= 20 Hz)