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COMUNICAÇÃO
DE ÁUDIO E VÍDEO
INSTITUTO
SUPERIOR TÉCNICO
Ano
lectivo de 2010/2011 - 2º Semestre
2ª Época - 27 de Junho de
2011 (2ª feira)
MEEC: As notas desta prova sairão até às 18 h
do dia 30 Junho (5ª feira) na página Web da cadeira e a revisão de provas será
às 17 h do dia 1 de Julho (6ª feira) no Laboratório de Telecomunicações 4.
MERC: As notas desta prova sairão até às 18 h
do dia 30 de Junho (5ª feira) na página Web da cadeira e a revisão de provas
será às 14 h do dia 1 de Julho (6ª feira) na sala 0.32.
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 + 1 + 1 = 3.5 val.)
Considere a
transmissão de telecópia usando o Método de READ Modificado a 3200 bit/s, para
páginas com 1000 linhas, cada uma com 1728 amostras. Suponha que, em média,
cada linha tem 75% dos pixels brancos.
a) Supondo que as linhas codificadas
unidimensionalmente têm um factor de compressão médio de 15 para os
comprimentos pretos e 25 para os brancos e as linhas codificadas
bidimensionalmente têm um factor de compressão médio de 20 para os comprimentos
pretos e 30 para os brancos, indique a gama de factores de compressão que se
podem alcançar se, devido à necessidade de oferecer resistência a erros, se
tiver de se usar um valor de k inferior a 10. (R: FCmin= 21.43 e FCmax= 25.96)
b) Supondo que, devido à necessidade de
limitar a propagação de erros se usa k=2, indique qual o número (médio) de bits
gastos na codificação de uma imagem que é 3 vezes menos eficiente em termos de
codificação do que uma ‘imagem média’. (R: 218160)
c) Supondo agora que se faz a transmissão
sobre uma rede virtualmente isenta de erros, indique duas (2) formas de
diminuir o tempo de transmissão de uma imagem, actuando apenas ao nível do
fluxo binário codificado.
II (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 bi/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 for 20 para a
luminância e o dobro desse valor para as crominâncias ? (R: 311040 bit)
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), nomeadamente se a transmissão for via satélite. (R:
16-PSK)
III (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 1ª, 2ª e 3ª imagens. (R: 150, 350 e
400 ms)
b) Os instantes em que são disponibilizadas
ao codificador as 4ª e 5ª 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 bit)
d) O número máximo de bits que pode produzir
a 5ª imagem na situação acima descrita se se usar a memória calculada na alínea
c) e os bits forem produzidos no período dessa imagem sem qualquer restrição. (R:
30000 bit)
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 amostras de luminância por imagem),
4:2:0, a 25 Hz com o número usual de bits por amostra. Supondo que tem à sua
disposição, oferecendo a qualidade de vídeo considerada aceitável:
1. Um sistema H.261 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.261)
V (0.5 + 1 + 0.5 + 0.5 + 1 = 3.5 val.)
Considere as
soluções DVB-T para televisão digital.
a) Como sabe, existem em DVB redes de
frequência única (de Single Frequency Network, SFN) onde um mesmo programa TV
pode ser emitido na mesma frequência em todos os emissores da rede. Como se
resolve neste caso o problema de um receptor poder estar a receber a mesma
informação através de dois emissores e logo através de dois sinais com atrasos
diferentes ?
b) Explique, justificando, se é desejável
que o intervalo de guarda tenha de ser grande ou pequeno numa dada célula de
transmissão DVB-T.
c) Se se mantiverem todas as outras
condições, explique como varia, em princípio, o débito binário útil (de fonte)
se aumentasse a taxa de codificação do sistema ?
d) Porque motivo pode a diversidade espacial
de recepção melhorar a qualidade do sinal recebido ?
e) Indique em que data (mês e ano) está
previsto terminar o simulcasting analógico-digital de televisão em Portugal.
Indique duas (2) formas que os utentes poderão adoptar para continuar a ver
televisão terrestre em Portugal, após essa data.
VI (1 + 1 + 0.5 + 1 + 0.5 = 4 val.)
Considere um
sistema baseado em 3D vídeo.
a) Como sabe, mesmo em televisão 2D (apenas
uma vista), os utentes adquirem alguma noção de profundidade e de
tridimensionalidade. Indique, explicando, dois (2) mecanismos que contribuem
para isso.
b) Indique o que se entende por paralaxe
estéreo e paralaxe de movimento. Indique em que tipo de soluções 3D vídeo cada
um destes tipos de paralaxe desempenha um papel fundamental.
c) Indique o que se entende por
‘escalabilidade de vistas’ no contexto de um sistema de vídeo multivista.
d) Explique em que consiste a solução
multiview simulcasting e indique uma vantagem e uma desvantagem principais de
se usar este tipo de solução.
e) Explique porque se pode dizer que as
ferramentas básicas de codificação nas normas H.264/AVC e MVC são
essencialmente as mesmas.