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COMUNICAÇÃO
DE ÁUDIO E VÍDEO
INSTITUTO
SUPERIOR TÉCNICO
Ano lectivo de 2009/2010 -
2º Semestre
2ª Época - 12 de Julho de 2010 (2ª feira) - 9 h
MEEC: As
notas desta prova sairão até às 14 h do
dia 19 Julho (2ª feira) na página Web
da cadeira e a revisão de provas será às
14 h do dia 19 de Julho (2ª feira) no Laboratório de Telecomunicações 4.
MERC: As
notas desta prova sairão até às 14 h do
dia 14 de Julho (4ª feira) na página
Web da cadeira e a revisão de provas
será às 14 h do dia 14 de Julho (4ª 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 + 1 + 1 + 0.5 = 3.5 val)
Considere um
sistema de televisão analógica a cores.
a) Indique quais os
sinais visuais que são usados para o sinal composto de vídeo transmitido.
Indique 2 razões para a escolha desses sinais.
(R: luminância e crominâncias)
b) Indique qual o tipo
de modulação usado para o sinal de luminância. Indique duas razões para a
escolha deste tipo de modulação. (R: modulação de amplitude vestigial)
c) Indique qual o tipo
de modulação usado para os sinais de crominância. Indique a principal razão
para a escolha deste tipo de modulação e qual é a sua principal debilidade. (R:
modulação de amplitude em quadratura)
d) Indique,
justificando, quais são os 2 principais parâmetros de um sistema de televisão
analógica que determinam a sua largura de banda. (R: número de linhas/imagem e
número de imagens/s)
II (0.6 + 0.6 + 0.5 + 1 + 0.8 = 3.5 val.)
Considere
uma transmissão de telecópia usando o método de READ modificado, a 3200 bit/s,
para páginas com 2000 linhas, cada uma com 1728 amostras. Suponha que, em
média, cada linha tem 75% dos pixels brancos. Suponha que as linhas codificadas
unidimensionalmente têm um factor de compressão médio de 10 para os
comprimentos pretos e 20 para os brancos e as linhas codificadas bidimensionalmente
têm um factor de compressão médio de 20 para os comprimentos pretos e 25 para
os brancos.
a) Indique quantos
pixels brancos e pixels pretos tem, em média, uma página de telecópia. (R:
2592000 brancos e 864000 pretos)
b) Indique quantos bits
gasta, em média, uma linha codificada unidimensionalmente e uma linha
codificada bidimensionalmente. (R: 108 e 73.44 bits)
c) Indique quantos bits
gasta, em média, na codificação de uma página de telecópia com k=1. (R: 216000
bits)
d) Indique qual o
factor de compressão global se se usar um valor de k=5 para limitação da
propagação dos erros de canal. (R: 21.505)
e) Indique qual a
variação percentual do factor de compressão global quando codifica uma página
com k=5 depois de codificar com k=2000. (-8.58%)
III (0.6+ 1.4+ 0.5 + 1+ 0.5 = 4 val.)
Considere
uma comunicação videotelefónica, segundo a norma ITU-T H.261, usando um débito
binário de 100 kbit/s. A sequência é codificada usando a resolução espacial CIF
e uma frequência de imagem de 10 Hz.
A sequência de
vídeo que tem de transmitir tem imagens divididas horizontalmente em 2 partes
de igual dimensão, sendo a parte de baixo fixa e a parte de cima com movimento.
Atendendo a que o codificador faz uma codificação sequencial dos macroblocos,
constata-se que os bits de código são gerados uniformemente, nos 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 bit, na da segunda 30000 e na da terceira
5000, calcule, justificando:
a) O instante em que o
receptor obtém todos os bits de código correspondentes às 1ª, 2ª e 3ª imagens.
(R: 150, 450 e 500 ms)
b) A dimensão mínima da
memória de saída do codificador para que nunca haja perda de bits na situação
acima descrita. (R: 30000 bits)
c) O número máximo de
bits que a 4ª imagem pode gastar supondo que a memória é aquela determinada na
alínea anterior. (R: 20000 bits)
d) O atraso inicial de
visualização a aplicar no descodificador supondo que tem disponível à saída do
codificador a memória determinada acima e que o codificador pode gerar os bits
de código com qualquer distribuição temporal no intervalo de tempo entre a
aquisição de 2 imagens. (R: 400 ms)
e) De quanto varia
percentualmente o atraso inicial de visualização se a memória passar para o
dobro do tamanho ? (R: 75%)
IV (2.5 val.)
Considere que se usa o algoritmo MPEG-1 Vídeo para codificar informação
de vídeo a 25 Hz que vai ser armazenada num CD. Suponha que se usa M=3 e que às
tramas I são atribuídos 3 vezes mais bits que às tramas P e às tramas P são
atribuídos 4 vezes mais bits que às tramas B (tudo em média) e ainda que o
número médio de bits disponíveis por macrobloco em cada trama B é 50. Considere
que cada trama tem resolução espacial CIF ou seja tem 396 macroblocos.
Nas condições acima, determine os valores de N aceitáveis (se
existirem) se se pretender que o débito binário, só para a informação de vídeo,
não exceda 1.8 Mbit/s e que o tempo de acesso máximo do sistema não exceda 400
ms. Assuma que o débito de leitura para descodificação é sempre igual ao débito
de codificação. (R: N=6)
V
(0.5 + 0.5 + 0.5 + 0.5 + 0.5 + 1 = 3.5 val.)
Considere um sistema de televisão digital do tipo DVB-T.
a) Explique porque se
usa normalmente um período de simulcasting
quando da introdução da TDT.
b) Determine o débito
binário total que precisa para enviar um sinal de vídeo com resolução de
luminância 576×720, 4:2:2, 8 bit/amostra, a 25 Hz se usar um algoritmo de
codificação com factor de compressão 45 e um codificador de canal com a taxa de
codificação de ¼. (R: 14.75 Mbit/s)
c) Sabendo que uma dada
solução DVB-T consegue ‘inserir’ 20 Mbit/s ‘util (de fonte) na banda
disponível, indique justificando que débito
binário total que deverá usar se todos os parâmetros se mantiverem
constantes com excepção da taxa de codificação que passa de 1/2 para 4/5 e a modulação
que deixa de ser QPSK para passar a ser 64-QAM. (R: 120 Mbit/s)
d) Se tivesse que
escolher com base no débito binário útil (de fonte) entre uma solução usando um
taxa de codificação 2/3 e modulação 16-QAM e outra solução usando uma taxa de
codificação 6/7 e modulação QPSK (todos os outros parâmetros iguais) qual
escolheria e porquê ? (R: solução 1)
e) Porque razão se
definem 2 variantes da modulação OFDM na norma DVB-T ?
f) Explique para que
serve o intervalo de guarda na modulação usada em DVB-T. Qual o valor mínimo
que o intervalo de guarda deve tomar ?
VI (0.5+ 0.5 + 0.5 +0.5 + 0.5 + 0.5 = 3 val.)
Considere a norma de codificação de vídeo H.264/AVC.
a) Indique qual a
informação que corresponde a um macrobloco num contexto 4:2:2.
b) Indique qual o
número mínimo e máximo de macroblocos que pode ser incluído numa slice. (R: 1 e número de MBs na imagem)
c) Explique que tipo de
resíduo é transmitido na codificação Intra de um dado macrobloco.
d) Explique qual o objectivo
de se poder fazer a partição muito flexível do macrobloco em termos de
compensação de movimento.
e) Explique o que
significa fazer a estimação de movimento a ¼ pixel.
f) Explique em que
consiste e porque é essencial a definição de perfis na norma H.264/AVC.