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.