COMUNICAÇÃO DE ÁUDIO E
VÍDEO
INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
Ano lectivo de 2008/2009 - 2º Semestre
1ª Época - 20 de Julho de
2009 (2ª feira) - 9 h
MEEC: As notas desta
prova sairão até às 14 h do dia 24 Julho
(6ª feira) e a revisão de provas será
às 17 h do dia 24 de Julho (6ª feira) no Laboratório de Telecomunicações 4.
MERC: As notas desta
prova sairão até às 20 h do dia 21 de
Julho (3ª feira) e a revisão de
provas será às 14 h do dia 22 de Julho (4ª 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 + 0.5 = 3.5 val)
Como sabe, Portugal encontra-se neste momento na fase de transição entre a
‘difusão analógica’ e a ‘difusão digital’ de televisão.
a)
Explique em que consiste o simulcasting usado nesta fase de transição e porque é usado.
b)
Explique porque não foi preciso haver fase de transição
com simulcasting quando da passagem
da televisão a preto e branco para a televisão a cores.
c)
Indique, justificando, os 2 principais parâmetros da
codificação de vídeo que seria expectável alterar se tivesse de distribuir o
mesmo filme para set-top boxes avançadas, acesso Internet e terminais handheld.
d)
Indique em que consiste a principal diferença
obrigatória, com impacto no consumo da bateria, entre a transmissão DVB-T e
DVB-H.
II (0.5 + 0.5 + 0.5 + 1 = 2.5
val.)
Considere as normas de codificação de imagem JPEG
e JPEG 2000.
a)
Explique (e justifique) quantas decomposições (2D) DWT
deve aplicar para obter um fluxo codificado JPEG 2000 com 4 resoluções
espaciais. (R: 3)
b)
Para uma imagem com resolução 1200×1200, explique quantas
decomposições (2D) DWT deve aplicar para disponibilizar no fluxo binário a
resolução de 75×75. (R: 4)
c)
Explique de que depende a qualidade máxima obtida para
cada uma das 4 resoluções (descodificadas) referidas na alínea anterior. (R:
Quantificação)
d)
Explique qual o objectivo de codificar cada plano de bit
de cada banda em três passagens de codificação. (R: Escalabilidade de
qualidade)
III (1 + 0.5 + 0.5 + 0.5 = 2.5
val.)
Considere a norma JPEG para codificação de imagens
fotográficas.
a)
Indique qual o número médio de bits por pixel
(considerando luminância e crominâncias) que se gastam na codificação de uma
imagem com formato 4:2:0, 12 bit/amostra, quando codificada com um factor de
compressão global (luminância e crominâncias) de 20 ? (R: 0.9 bit/px)
b)
Nas condições da alínea a), indique se se gastam mais ou
menos bits por imagem codificada se a imagem passar a ter um formato 4:2:2 mas
8 bit/amostra. (R: Menos (0.8 bit/px) )
c)
Quantos bits se gastam na codificação de uma imagem a
cores com resolução de 576×720 amostras para a luminância e formato 4:2:2, com
12 bit/amostra, se o factor de compressão para a luminância for 20 e para as
crominâncias o triplo desse valor ? (R: 331776 bit/imagem)
d)
Indique uma das modulações mais simples que pode ser
usada para transmitir numa largura de banda de 4 MHz uma sequência de vídeo a
12.5 Hz codificada como uma sequência de imagens JPEG com o formato e nas
condições da alínea c). (R: QPSK)
IV (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 1º, 2º e 3ª imagens. (R: 150, 350 e 400 ms)
b)
Os instantes em que são disponibilizadas ao codificador
as 4ª e 5º 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 bits)
d)
O número máximo de bits que pode produzir a 5ª imagem se
se usar a memória calculada na alínea c) e os bits forem produzidos no período
dessa imagem sem qualquer restrição. (R: 30000 bits)
V (1 + 1 + 1 + 1 = 4 val.)
Considere que se tornou num dos gestores do
sistema YouTube ao nível da informação multimédia.
a)
Indique qual a capacidade em disco que precisaria para
armazenar 5.000.000 clips com uma duração média de 4 minutos se o vídeo tiver
uma resolução de 352´288 amostras de luminância,
4:2:0, a 25 Hz, o áudio (estéreo) uma frequência de amostragem de 48 kHz
(usando o número típico de bit/amostra), sabendo ainda que o factor de
compressão para o áudio é o factor de compressão típico para MP3 (para
qualidade transparente) e o do vídeo é o dobro do áudio para todas as
componentes. (R: 1.67×1015 bits)
a)
De quanto se alteraria em percentagem essa capacidade, se
decidisse reduzir a resolução espacial do vídeo para metade nas 2 direcções e a
frequência de amostragem do áudio para 40 kHz, sabendo que nesse caso os
factores de compressão se reduziriam de 25% ? (R: -59.4 %)
b)
Para as situações acima, explique qual a norma de
codificação de vídeo cujo uso lhe parecia mais adequado indicando 2
características ou necessidades principais do sistema que determinam a escolha.
(R: H.264/AVC)
c)
Se lhe fosse dada a possibilidade de tentar melhorar a
satisfação dos utentes de forma significativa ao utilizar o sistema usando mais
1% da capacidade calculada acima, de que modo e porquê investiria esses bits ?
VI (1.2+ 0.7 + 1 + 0.6 = 3.5
val.)
Considere as normas DVB.
a)
Explique qual a principal vantagem do interleaver no
1º nível de codificação de canal usado em DVB-T ? Quais os custos (2) desta
vantagem ?
b)
Explique qual a função do puncturing no 2º nível
de codificação de canal usado em DVB-T e DVB-S ?
c)
A norma DVB-T define duas variantes principais em termos
de modulação OFDM para a transmissão dos dados. Quais são estas variantes e
porque existem duas ? (R: 2k e 8k)
d) Indique qual o principal motivo que levou à adopção da modulação OFDM para
DVB-T em vez de se adoptar uma modulação do tipo QPSK ou QAM tal como no DVB-S
e no DVB-C ? (R: Multipercurso)