COMUNICAÇÃO DE ÁUDIO E
VÍDEO
INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
Ano lectivo de 2008/2009 - 2º Semestre
1ª Época - 24 de Junho de
2009 (4ª feira) - 9 h
MEEC: As notas desta
prova sairão até às 12 h do dia 26 Junho
(6ª feira) no placard e página Web da cadeira e a revisão de provas será às 14 h do dia 26 de
Junho (6ª feira) no Laboratório de Telecomunicações 4.
MERC: As notas desta
prova sairão até às 12 h do dia 26 de
Junho (6ª feira) na página Web da
cadeira e a revisão de provas será às 18
h do dia 26 de Junho (6ª 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 = 3 val)
Considere uma transmissão de telecópia usando o
Método de READ Modificado - norma CCITT T.5 - a 4800 bit/s, para páginas com
2500 linhas, cada uma com 1728 amostras. Suponha que, em média, cada linha tem
80% dos pixels brancos.
a)
Supondo que 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,
indique qual o valor mínimo de k que
pode ser usado para protecção contra erros, sabendo que se deseja, no mínimo,
um factor de compressão global médio de 15. (R: 1)
b)
Considerando os factores de compressão da alínea
anterior, indique agora qual o valor máximo de k que se pode usar supondo que se pretende garantir ressincronização, em média, pelo menos uma vez em cada 1000
bits de dados. (R. 15)
c)
Supondo que o sistema descrito na alínea a) está a operar
com k= 4 e TMVL
= 0 ms, indique qual o custo adicional no tempo
de transmissão de uma página (em média), quando se passa a usar um fax com TMVL = 20 ms,
sabendo que quer para as linhas codificadas unidimensionalmente,
quer para as linhas codificadas bidimensionalmente,
há 30% das linhas que gastam, em média, apenas 80% do número mínimo de bits
para TMVL = 20 ms. (R: 3 s)
II (1.2 + 0.5 + 0.8 =
2.5 val.)
Considere as normas de codificação de imagem JPEG
e JPEG 2000.
a)
Indique 3 vantagens do tipo de transformada usada na
norma JPEG 2000 em relação à transformada usada na norma JPEG.
b)
Porque razão se definem na norma JPEG 2000 duas
transformações RGB to YCrCb ?
c)
Que tipo de informação se envia sucessivamente na norma
JPEG 2000 para obter escalabilidade de resolução espacial ou escalabilidade de
qualidade para uma dada resolução espacial ?
III (1 + 0.5 + 1 + 1 =
3.5 val.)
Considere um sistema de videotelefonia
usando a norma ITU-T H.261 para codificação do sinal de vídeo, com resolução
352×288 amostras para a luminância,
4:2:0, com 8 bit/amostra, a 12.5 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
25 para a luminância e 30 para a crominância
(não considerando os bits para cabeçalhos). Suponha ainda que se gastam 500
bits por trama para cabeçalhos.
a)
Supondo que em cada imagem são enviados bits para, em
média, 200 macroblocos, indique qual é o factor de
compressão médio (luminância e crominâncias)
medido sobre os macroblocos que efectivamente gastam
bits, contabilizando também os bits de cabeçalho. (R:13.23)
b)
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
factores de compressão para este tipo de codificação são metade dos factores de
compressão indicados acima ? (R: 1.145 Mbit/s)
c)
Na situação da alínea a), suponha que para garantir maior
protecção contra erros, um em cada 100 macroblocos
que gasta bits é obrigatoriamente codificado em modo intra.
Supondo que a compressão em modo intra tem um factor
de compressão igual ao indicado na alínea b), determine qual o factor de
compressão global (ou seja considerando toda a imagem) correspondente a esta
situação, contabilizando os cabeçalhos. (R: 25.94)
d)
Usando um débito binário de 1 Mbit/s, indique qual o
número máximo de bits que poderia gastar a primeira imagem se se pretendesse um atraso inicial de visualização no
receptor (máximo) de 200 ms; suponha que a
codificação gera bits de modo uniforme para cada imagem no tempo entre a
aquisição de duas imagens. (R: 200 000 bits)
IV (1 + 1.5 + 1 = 3.5 val.)
Considere a codificação de um sinal estéreo de áudio com largura de banda
de 22 kHz.
a)
Indique qual o débito binário típico que pouparia se
deixasse de fazer a codificação deste sinal na camada 2 do MPEG-1 Áudio para
passar a fazer a sua codificação com a camada 3 (use valores razoáveis para os
parâmetros que necessitar). (R: 58666.67 bit/s)
b) Explique por
palavras suas qual é a principal função do modelo psicoacústico
no contexto dos codificadores perceptivos de áudio. É este tipo de modelo
normativo ou não-normativo no contexto das normas de
codificação de áudio ? Porquê ?
c)
Explique em que consiste e porque se usa a técnica da
comutação dinâmica de janela no contexto da norma MP3?
V (3 + 0.5 = 3.5 val.)
Suponha que é contactado pelo Museu dos Coches de Lisboa para projectar um
sistema digital para armazenamento e processamento de ‘peças de vídeo’ no novo
museu. O Museu informa-o que pretende alguma flexibilidade em termos de edição
- tempo máximo de acesso a cada imagem inferior a 1 s - e que deseja meter o
maior número possível de ‘peças’ de 2 minutos num disco com 200 Gbyte de capacidade.
A velocidade máxima de leitura do disco é igual a 10 Mbit/s. Os filmes
têm resolução HDTV - 1920×1152 (Y) e 960×1152 (Cr, Cb) a 25 Hz,
8 bit/amostra.
Suponha que tem à sua disposição:
·
um sistema de
codificação JPEG que lhe oferece um factor de compressão de 35 e 40 (no pior
caso) para a luminância e crominâncias,
respectivamente, com qualidade aceitável
·
um sistema de
codificação H.264/AVC que só usa tramas I e P (periodicamente uma imagem I no
meio das Ps) e que lhe oferece um factor de
compressão de 35 e 40, respectivamente para a luminância
e crominâncias, nas tramas I e um factor de
compressão de 55 e 60, respectivamente para a luminância
e crominâncias, nas tramas P (piores casos)
a)
Indique, justificando, qual a solução que vai propôr ao seu cliente se a aplicação do sistema se limitar
ao processamento das ‘peças’. Quantas ´peças de
vídeo’ completas consegue pôr no disco para essa solução ? (R: H.264/AVC com 834 peças)
b)
Acha que o sistema proposto pode também servir para
‘alimentar’ directamente um sistema de visualização a instalar no novo Museu ? Porquê ? (Não porque o débito
de leitura é inferior ao débito de codificação)
VI (1 + 1 + 1 + 1 = 4 val.)
Considere a codificação escalável de uma sequência de vídeo.
a)
Explique por palavras suas que tipo de funcionalidade se
pode obter de um fluxo codificado escalável e que não se pode obter de um fluxo
codificado não escalável.
b)
Indique, justificando, que tipo de redes (indique pela
menos 2) pode tirar benefício do uso de fluxos codificados escaláveis.
c)
Explique qual o tipo de escalabilidade que não implica
normalmente qualquer ónus em termos de compressão.
d)
Indique, justificando, qual a principal vantagem e
desvantagem do uso de um fluxo codificado escalável em relação a uma solução
alternativa usando simulcasting.