COMUNICAÇÃO DE ÁUDIO E VÍDEO

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
Ano lectivo de 2005/2006 - 2º Semestre
1ª Época - 20 de Junho de 2006 (3ª feira) - 17 h


LERCI:
As notas desta prova sairão até às 14 h do dia 22 de Junho (5ª feira) na página Web da cadeira e a revisão de provas será às 16 h do dia 22 de Junho (5ª feira) na sala 0.15. 

LEEC: As notas desta prova sairão até às 18 h do dia 26 de Junho (2ª feira) no placard e página Web da cadeira e a revisão de provas será às 18 h do dia 26 de Junho (2ª feira) no Laboratório de Telecomunicações 4. 

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 + 0,5 val.)

Considere uma transmissão de telecópia usando o Método de READ Modificado para páginas com 2500 linhas, cada uma com 1728 amostras. Suponha que, em média, cada linha tem 80% dos pixels brancos e a transmissão se faz a 4800 bit/s.

a)       Supondo 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 70% mais elevados em relação à codificação unidimensional, calcule qual o factor de compressão global que se alcançaria com TMVL = 20 ms e k = 4 se souber que 10 % 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 20% inferior a esse limite. (R: 23,48)

b)       Nas condições da alínea anterior e TMVL=0 ms, indique quais seriam os factores de compressão globais para uma imagem se se usassem só linhas codificadas unidimensionalmente ou só linhas codificadas bidimensionalmente (com excepção da primeira). (R: 16,67 e 28,32)

c)       Indique quais as expressões matemáticas que relacionam o tempo de transmissão com o débito binário de transmissão para um conjunto de 25 páginas de telecópia se se usassem só linhas codificadas unidimensionalmente ou só linhas codificadas bidimensionalmente (com excepção da primeira) e TMVL = 0 ms.

 

II (1 + 1 + 1 val.)

Suponha que pretende aceder a uma base de dados com imagens codificadas segundo a norma JPEG que é usualmente ‘navegada’ pelos seus utentes com vista a escolherem imagens. A resolução máxima para cada imagem  é de 720x576 amostras para a luminância e 360x576 amostras para as crominâncias, com 8 bits por amostra.

a)       Indique, justificando, quais os modos do JPEG em que deverão estar codificadas as imagens nesta base de dados, sabendo que os utentes podem aceder, de modo eficiente, a versões das imagens em várias qualidades e/ou várias resoluções espaciais. (R: Progressivo e hierárquico)

b)       Suponha que o factor de compressão médio para a luminância e crominâncias é de 10 e 15, respectivamente, para o modo de codificação sequencial; suponha ainda que, para o nível mais básico do modo de codificação progressiva, os factores de compressão passam para o dobro e que, para o nível seguinte, os factores de compressão passam para o triplo em relação ao modo sequencial. Supondo que, em média, cada utente ‘folheia’ rapidamente 4 imagens no nível básico antes de encontrar a imagem que pretende, que demora 2 s a decidir se uma imagem é a que pretende ou não e que a transmissão se faz a 64 kbit/s, indique quanto tempo demora, em média, até receber uma imagem na qualidade máxima, sabendo que se usam imagens codificadas no modo progressivo com apenas 2 níveis de codificação, que a transmissão de cada imagem só pára ‘a meio’ quando o utente escolhe outra imagem e desprezando o tempo de descodificação. (R: 32,48 s)

c)       Indique quais seriam as principais consequências (2) se a norma JPEG usasse uma transformada onde as funções de base não fossem independentes da imagem a codificar.

 

III (2 + 1 + 1 val.)

Considere a sessão de laboratório sobre a recomendação H.261 que efectuou durante o semestre.

a)       Nos instantes do vídeo com maior actividade, nomeadamente as mudanças de cena, alguns dos macroblocos eram classificados de um modo particularmente pouco desejável em termos da qualidade do vídeo descodificado. Indique qual o modo de classificação em questão e porque era usado, qual o tipo de codificação H.261 que lhe corresponde, o que diferencia estes macroblocos de outros que usam o mesmo tipo de codificação H.261 sem os mesmos problemas em termos de qualidade do vídeo e qual o efeito no vídeo descodificado característico destes macroblocos.

b)       A existência de uma memória de saída no codificador H.261 tem, pelo menos, dois efeitos importantes na perspectiva da qualidade da experiência final do utente, um negativo e um positivo. Indique quais são estes efeitos e porque acontecem.

c)       Supondo que um dado codificador está com problemas de funcionamento em tempo real, indique duas formas de resolver este problema de modo a afectar o menos possível a qualidade final oferecida ao utente.

 

IV (2,5 + 1 val.)

Suponha que é contactado por uma empresa para projectar um sistema digital para armazenamento e processamento de peças curtas do Mundial 2006. A empresa informa-o que pretende alguma flexibilidade em termos de edição - tempo máximo de acesso a cada imagem inferior a 0,8 s - e que deseja meter o maior número possível de anúncios de 1,5 minutos num disco com 100 Gbyte de capacidade. A velocidade máxima de leitura do disco é igual a 10 Mbit/s. Os filmes têm resolução HDTV - 1920x1152 (Y) e 960x1152 (Cr, Cb) - a 25 Hz.

Supondo que tem à sua disposição:

1.       um sistema de codificação JPEG que lhe oferece um factor de compressão de 30, para a luminância e crominâncias, com a qualidade aceitável

2.       um sistema de codificação MPEG-2 com N= 6 e M=2 e que lhe oferece um factor de compressão de 20 e 25, respectivamente para a luminância e crominâncias, nas tramas I, um factor de compressão de 40 e 50, respectivamente para a luminância e crominâncias, nas tramas P, e um factor de compressão de 50 e 60, respectivamente para a luminância e crominâncias, nas tramas B, sempre com a qualidade aceitável

a)       Indique, justificando, qual a solução que vai propôr ao seu cliente se a aplicação do sistema se limitar ao processamento dos anúncios. (R: MPEG-2)

b)       Quantos anúncios caberiam no disco disponível para cada uma das soluções acima referidas ? (R: 301 e 415)

 

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

Considere um sistema de televisão digital semelhante ao especificado na norma DVB-T.

a)       Indique qual o débito binário típico necessário para codificar em MP3 um sinal estéreo onde cada componente tem uma largura de banda de 22 kHz e se usam 16 bit/amostra. (R: 117,33 kbit/s)

b)       Indique qual o débito para protecção contra erros de canal num sistema DVB que usa uma taxa de codificação de 5/6 e um débito binário de fonte de 14 Mbit/s num canal de 8 MHz. (R: 2,8 Mbit/s)

c)       Indique qual é a razão entre os débitos binários das duas camadas mais baixa e mais alta que se podem transmitir usando modulação 64-QAM de forma hierárquica ? (R: 1/2)

d)       Indique qual o débito binário típico que se gasta na transmissão da Program Association Table (PAT) sabendo que a representação dessa tabela gasta 250 bits. (R: 2,5 a 12,5 kbit/s)

e)       Indique, de forma aproximada, o número mínimo de portadoras em modulação OFDM necessário para transmitir 20 Mbit/s sabendo que o tempo de símbolo tem de aumentar 10 vezes em relação à modulação monoportadora. Considere que a modulação de todas as portadoras (em monoportadora ou multiportadora) é sempre feita em 64-QAM. (R: 10)

 

VI (0,9 + 0,5 + 1 + 0,6 val.)

a)       Indique 3 vantagens no uso de um modelo de representação baseado na composição de uma cena visual como um conjunto de objectos tal como adoptado na norma MPEG-4.

b)       Qual a principal novidade conceptual introduzida na codificação de macroblocos intra na norma MPEG-4 AVC/H.264, recentemente adoptada pelo DVB para televisão digital ?

c)       Explique em que consiste e qual a necessidade da definição do Constrained Intra coding mode na norma MPEG-4 AVC/H.264.

d)       Indique 3 razões ao nível da predição temporal que justifiquem o aumento substancial da complexidade do codificador na norma MPEG-4 AVC/H.264.