COMUNICAÇÃO DE ÁUDIO E VÍDEO

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
Ano lectivo de 2003/2004 - 2º Semestre
2ª Época - 19 de Julho de 2004 (2ª feira) - 17 h

As notas desta prova sairão até às 14 h do dia 28 de Julho (4ª feira), no placard e na página Web da cadeira e a revisão de provas será às 14 h do dia 28 de Julho (4ª feira), junto à Secretaria da Secção de Telecomunicações. 

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 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 (1 linha unidimensionalmente codificada em cada k transmitidas), 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 + 0,5 + 1 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 bit/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 para a luminância for 20 e para as crominâncias o dobro desse valor ? (R: 311040 bit/imagem)

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). (R: 16-PSK)


III (1 + 1 +1 val.)

 
Considere um algoritmo de codificação de vídeo semelhante ao usado na norma ITU-T H.261. Para uma dada sequência de imagens mediram-se as probabilidades das diversas classes de macroblocos usadas, tendo-se obtido os resultados indicados na tabela.

Tipo MB

Classe de codificação

Probabilid.

A

Intra

0.2

B

Inter

0.5

C

Inter + Comp. Mov.

0.25

D

Inter + Comp.Mov. + Filtro

0.05

a)      Determine duas possíveis tabelas de código a utilizar para transmitir a classe dos macroblocos, considerando que se usa o método de Huffman para criar essas tabelas.

b)      Indique para que serve a característica de decisão para a compensação de movimento e de forma deve ser alterada para aumentar a probabilidade da classe B na tabela.

c)      Indique em que consistem os processos de detecção e compensação de movimento e qual a principal diferença entre eles em termos de normalização.

 

IV (3 + 1 val.)

Suponha que é contactado por uma empresa de publicidade para projectar um sistema digital para armazenamento e processamento de anúncios. 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 - 1920´1152 (Y) e 960´1152 (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: 300 e 410 anúncios)

 

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

Considere as normas MPEG-1 e 2 Áudio.

a)      Indique qual o débito binário necessário para codificar em PCM um sinal estéreo onde cada componente tem uma largura de banda de 22 kHz e se usam 16 bit/amostra. (R: 1,408 Mbit/s)

b)      Indique para a situação anterior quais seriam os débitos típicos de codificação para um sinal mono se se usassem as 3 camadas de codificação da norma MPEG-1 Áudio para uma qualidade transparente. (R: 176, 88 e 58,7 kbit/s)

c)      Qual a primeira consequência de as várias camadas de codificação MPEG-1 Áudio usarem comprimentos de trama diferentes ? (R: atrasos de codificação diferentes)

d)      Como varia e porquê a gama de débitos de codificação típica para as várias camadas da norma MPEG-1 Áudio ?

e)      Explique porque motivo inclui a norma MPEG-2 duas partes dedicadas à codificação de áudio. Quais são essas partes ?


VI (1 + 1 + 1 val.)

Considere as normas DVB.

a)      Explique como se processa o uso da modulação 64-QAM quando usada de forma hierárquica e em que condições há particulares vantagens na adopção desta forma de modulação.

b)      Explique 2 modos relevantes de combinar a modulação 64-QAM usada de forma hierárquica com as formas de escalabilidade definidas na norma MPEG-2 Vídeo.

c)      Indique, justificando, dois factores relevantes a levar em conta na escolha do método de cifragem ou encriptação a utilizar no sistema de acesso condicionado num contexto de televisão digital a pagamento.