COMUNICAÇÃO DE IMAGEM

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO

2ª Época - 1999/2000 - 2º Semestre - 26.7.2000 - 13 h



As notas desta prova sairão até às 11 h do dia 28 de Julho (6ª feira), no placard e na página Web da cadeira e a revisão de provas será às 11 h do dia 28 de Julho (6ª 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 + 1 + 1,5 val.)

Como a maior parte dos sistemas de telecomunicações, também a televisão se tem confrontado ao longo dos anos com a necessidade de reduzir ao mínimo os ‘gastos’ em largura de banda.
a) Indique, justificando, como seria afectada a qualidade da imagem num televisor analógico se cada canal passasse a dispor de metade da largura de banda sem que se alterasse o número de linhas por imagem.
b)Indique quais são, e qual a sua relevância na prática, as formas de compatibilidade em questão na evolução da televisão analógica monocromática para a policromática. (R: Compatibilidade directa e inversa)
c) Diz-se hoje em dia que as modernas técnicas de compressão permitem aumentar o número de canais de televisão transmitidos numa dada banda, por exemplo nos 6 MHz que correspondem normalmente à banda de um sinal de televisão analógico. Indique, justificando, quais são os principais factores (3) que determinam o número de canais de TV digital que podem ser postos na banda correspondente a um canal de TV analógico. (R: Algoritmo de compressão, tipo de modulação e qualidade mínima aceitável)
 
 

II (1.5 + 0.5+ 1 val.)

Considere uma transmissão de facsimile usando o Método de Huffman Modificado - norma CCITT T.4 a 4800 bit/s, para páginas com 1500 linhas cada uma com 1728 amostras.
a) Sabendo que uma dada imagem alcançou um factor de compressão de 10 com TMVL = 0 ms, calcule qual o factor de compressão que se alcançaria com TMVL = 10 ms se souber que 5 % das linhas da imagem referida usaram um número de bits inferior ao limite mínimo necessário, mais precisamente um valor em média 15% inferior a esse limite. (R: FC = 9.98)
b) Indique qual o custo adicional em tempo de transmissão da passagem dum fax com TMVL = 0 ms para um fax com TMVL = 10 ms nas condições da alínea anterior. (R: 0.1125 s)
c) Calcule o tempo adicional de transmissão em relação ao caso de TMVL = 0 ms da alínea a) se se passar a usar resolução espacial - vertical e horizontal - duplas, supondo que o factor de compressão aumenta neste caso de 40 % devido à maior redundância das amostras. (R: 100.3 s)
 
 

III (1 + 1 + 1 val.)

Considere a codificação de fotografia digital.
a) Explique em que consiste a conceito de irrelevância e qual o principal impacto da sua exploração em qualquer sistema de codificação.
b) Considere o uso de codificação de transformada para fotografia digital. Indique, justificando, se a reversibilidade e as funções de base do núcleo da transformada independentes da imagem são características imprescindíveis da transformada. (R: Sim e não)
c) Qual a principal razão porque o modo sem perdas da norma JPEG apresenta normalmente factores de compressão muito mais baixos que os factores de compressão do modo sequencial (para as mesmas imagens). (R: Não explora a irrelevância)
 
 

IV (1.5+ 1+ 1.5 val.)

Considere um algoritmo de codificação de vídeo semelhante ao usado na norma CCITT 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
Classe
Probabilidade
A
Intra
0.4
B
Inter
0.4
C
Inter + Comp. Mov.
0.15
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 qual o seu efeito nas probabilidades apresentadas na tabela.
c) Esclareça qual a diferença em termos de normalização (p.e. na norma H.261) entre a detecção e a compensação de movimento. Em que consistem estes processos ?
 


V (1 + 1 + 1 val.)

Suponha que a sua empresa foi contactada para projectar o sistema de vídeo que alimentará o écran gigante do novo estádio do Sporting. A transmissão digital será feita em alta definição - 1920x1152 (Y) e 960x1152 (Cr, Cb) a 25 Hz (8 bit/amostra). Suponha que tem à sua disposição, oferecendo a qualidade de imagem considerada aceitável para cada trama, um codificador MPEG-2 oferecendo os factores de compressão indicados na tabela junta. Sabe-se ainda que, para limitar a propagação de erros, é necessário codificar pelo menos uma trama em modo Intra em cada 620 ms e que, para se verificarem os factores de compressão da tabela, não devem ser usadas mais de 3 tramas B seguidas. Supondo que se pretende minimizar o débito binário da linha a alugar para o efeito, indique, justificando
 

Tipo de Trama

Factor de Compressão

Luminância

Factor de Compressão

Crominância

I
15
20
P
20
25
B
25
35

a) Os valores de M e N que caracterizam a estrutura temporal (regular) de tramas I, P e B a usar, supondo que nunca se usa mais do que uma trama P entre 2 tramas I. (R: N=8, M=4)
b) O débito binário médio correspondente à estrutura temporal da alínea anterior. (R: 34.18 Mbit/s)
c) O atraso inicial de visualização a usar no receptor, supondo que a transmissão se efectua ao débito determinado na alínea anterior, que se mantém o valor de N e se faz M=N, e que os factores de compressão críticos para as tramas I, P e B (imagens mais "difíceis" que a média) valem 80% dos factores de compressão médios indicados na tabela. Despreze os tempos de codificação e descodificação. (R: 399.9 ms)
 
 

VI (1 + 1,5 + 1 val.)

Considere a família de normas MPEG-2.
a) Indique uma aplicação em que a norma MPEG-2 – parte 6 – DSM-CC tenha um papel primordial. Indique um exemplo da sua utilidade no contexto dessa aplicação. (R: Video on demand)
b) Quais são os principais factores que, na prática, determinam a qualidade subjectiva de um sinal de vídeo codificado com a norma MPEG-2 Vídeo. (R: Ferramentas de codificação, débito binário e resoluções espacial e temporal)
c) Indique qual a principal diferença entre os pacotes de sistema no Modo de Programa e no Modo de Transporte. (R: Dimensão variável versus dimensão fixa - 188 bytes)