Vídeo Digital Examen de Junio de 2004

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1 UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHA Escuela Universitaria Politécnica de Cuenca Ingeniería Técnica de Telecomunicación (Especialidad de Sonido e Imagen) Vídeo Digital Examen de Junio de 2004 PRACTICAS: Del total de 5 puntos necesarios para superar el examen, en los ejercicios de prácticas es obligatorio sumar un mínimo de 1,5.puntos. 1.- En la práctica 7 la función InfoDCT() realizaba la representación de la DCT bidimensional de una imagen. Indica la forma que tiene habitualmente esta representación, y qué conclusiones se pueden extraer de ella. (0,5p) 2.- La práctica 2 de la asignatura está orientada a los operadores puntuales: a)- Indica qué se considera un operador puntual en procesamiento de imágenes, y qué tipos de transformaciones se pueden realizar con ellos. (0,3p.) b)- Explica en qué consiste la posterización (0,3p.) 3.- En la práctica de interpolación y diezmado: indica el procedimiento a seguir y los parámetros necesarios para realizar un zoom digital que amplíe la imagen L veces, siendo L un número entero (0,5p) 4.- Respecto de los códigos de referencia para la temporización que se definen en las normas UIT-R BT.656, 799 y 1120 de interfaces digitales: a)- Indica para qué sirven, o qué información contienen cada uno de ellos. (0,5p) b)- Indica donde van colocados (0,25p) c)- Explica qué misión tienen los bits P añadidos a estos códigos. (0,25p) 5.- Indica las diferencias que hayas encontrado al realizar los filtrados paso alto de la práctica de operadores locales utilizando diferentes enventanados. (0,4p) TEORÍA Y PROBLEMAS: 6.- Explica lo que significa el término multigeneración, e indica en qué afecta a éste término la utilización de distintos formatos de muestreo como el 4:2:2, el 4:1:1 o el 4:2:0 y la aplicación de diferentes factores de compresión, en los soportes de almacenamiento de vídeo digital. (1p.) 7.- Explica cuál es el fundamento de la aplicación de la codificación de longitud variable (VLC) y la codificación de longitudes de recorrido (RLC) en la compresión de imágenes con algoritmos basados en la DCT, como son JPEG o MPEG-2. (1p.) 1

2 Vídeo Digital Figura En la compresión intercuadro del método MPEG-2, explica qué sentido tiene almacenar los vectores de movimiento generados en el codificador, en el propio codificador. Como referencia se muestra la estructura completa del codificador en el diagrama de bloques de la figura 1. (1p) 9)- En una aplicación concreta de transmisión de datos digitales, se estudia estadísticamente la probabilidad de aparición de cada símbolo. Los resultados de dicho estudio estadístico son los que aparecen en la tabla siguiente. Simbolo Probabilidad Simbolo Probabilidad A B C 15% 12% 7% D E F 15% 46% 5% Según esta tabla se decide aplicar una codificación Huffman para comprimir el tren de datos resultante. a)- Encontrar un código Huffman apropiado para esta codificación según las probabilidades de aparición de la tabla. (0.5p) b)- Calcular el factor de compresión conseguido con esta codificación. (0.5p) 2

3 Examen de Junio de En una etapa de filtrado digital se encuentra el esquema de bloques de la figura 2. Figura 2 Suponiendo que la secuencia x1 tiene un ancho de banda B=1/2: a)- Obtener los espectros de las señales x2, x3 y x4 para valores de M=2 y M=3 (2,5p.) b)- Qué resultado se obtendría en x4 para valores de M>3? (0,5p.) 3

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5 UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHA Escuela Universitaria Politécnica de Cuenca Ingeniería Técnica de Telecomunicación (Especialidad de Sonido e Imagen) PRÁCTICAS: (3p.) Vídeo Digital Examen de Septiembre de 2004 Muy importante: para aprobar el examen debe conseguirse un 50% del valor de esta parte, considerando que una respuesta errónea descuenta un tercio de pregunta correcta. 2.- En la posterización, al reducir el número de niveles posibles: a)- Aumenta el nivel de brillo de la imagen. b)- Disminuye el nivel de brillo de la imagen. c)- Aumenta la resolución de colores de la imagen. d)- Disminuye la resolución de colores de la imagen. 3.- El operador que en procesado de imágenes consigue el negativo de una imagen se considera: a)- Un operador puntual, porque cada píxel de la imagen de salida es función de un píxel de la imagen de entrada. b)- Un operador local, porque se aplica sobre un fichero local a la máquina. c)- Un operador global, porque afecta a toda la imagen de entrada. d)- Todas son correctas. 4.- Para diseñar un filtro paso alto a partir de la respuesta impulsional de un filtro paso bajo: a)- Aplicamos la propiedad de desplazamiento de la Transformada de Fourier a la respuesta impulsional paso bajo. b)- Hemos de cuidar que la frecuencia de corte del filtro paso bajo diseñado sea igual a 0,5 menos la frecuencia de corte del filtro paso alto (f PB =0,5-f PA ). c)- Invertimos de signo las muestras impares de la respuesta impulsional paso bajo. d)- Deben darse las condiciones a y b. 5

6 Vídeo Digital 5.- Como conclusiones de la ejecución de la función cont_fft() que representaba el contenido de la FFT de una imagen en la práctica 4 a)- El modulo de la FFT 2D de una imagen contiene suficiente información para su procesamiento. b)- La fase de la FFT 2D de una imagen contiene suficiente información para su procesamiento. c)- La parte real de la FFT 2D de una imagen contiene suficiente información para su procesamiento. d)- Todas son falsas. 6.- En el filtrado mediante convolución: a)- El enventanado convierte una respuesta impulsional infinita en finita. b)- El enventanado rectangular es el que peor calidad ofrece en general. c)- El efecto Gibbs es más evidente en el enventanado rectangular. d)- Todas son ciertas. 7.- En el filtrado de imágenes en el dominio de la frecuencia a)- Se convolucionan la imagen con la respuesta impulsional 2D del filtro. b)- Se convoluciona la FFT 2D de la imagen con la FFT 2D de la respuesta impulsional del filtro. c)- Se multiplica la FFT 2D de la imagen con la respuesta en frecuencia del filtro. d)- Se multiplica la imagen por la FFT 2D de la respuesta impulsional del filtro. 8.- Los interfaces serie utilizan a)- Un sólo cable coaxial en el que se transmiten datos y la señal de reloj. b)- Dos cables coaxiales: uno para los datos y otros para el reloj. c)- Tres cables coaxiales: uno para la luminancia y otros dos para cada una de las señales de diferencia de color. d)- Cuatro cables coaxiales: Los tres de la opción c y el del reloj. 9.- Indica cuál de las cuatro siguientes es la sucesión correcta de bloques de datos: -... / SAV / Datos Auxiliares / EAV / Vídeo Activo / SAV / / SAV / Vídeo Activo / Datos Auxiliares / EAV / SAV / / EAV / Datos auxiliares / SAV / Vídeo activo / EAV / / EAV / Datos auxiliares / Vídeo activo / SAV / EAV /... 6

7 Examen de Septiembre de En el interfaz paralelo de la televisión digital convencional (norma UIT-R BT.656) a)- Los datos de vídeo y reloj van multiplexados en el tiempo sobre un mismo canal. b)- Los datos de vídeo y reloj van multiplexados en la frecuencia sobre un mismo canal. c)- Los datos de video van multiplexados en el tiempo separadamente del reloj. d)- Los datos de vídeo (luminancia y diferencia de color) van separados entre sí y del reloj, utilizandose un canal diferente para cada señal En la compresión mediante la DCT a)- El efecto bloque se produce al eliminar los coeficientes de alta frecuencia. b)- La información más importante es la de baja frecuencia. c)- Deben cuantificarse todos los coeficientes con el mismo escalón de cuantificación para evitar el efecto bloque. d)- Todas son ciertas. TEORÍA Y PROBLEMAS: (7p) 12.- Para ampliar una imagen debemos utilizar a)- Un filtrado. b)- Un diezmado. c)- Una interpolación. d)- Una posterización Respecto de la interpolación y el diezmado a)- El diezmado requiere siempre un filtrado paso bajo posterior a la eliminación de las muestras. b)- El diezmado requiere siempre un filtrado paso bajo anterior a la eliminación de las muestras. c)- La interpolación requiere siempre un filtrado paso bajo posterior a la introducción de ceros. d)- La interpolación requiere siempre un filtrado paso bajo anterior a la introducción de ceros La codificación MPEG-2 a)- En las imágenes I se codifica el error de predicción y los vectores de movimiento. b)- La compensación de movimiento se aplica a las imágenes I, y P. c)- Los vectores de movimiento siempre se utilizan conjuntamente con el error de predicción. d)- Una imagen tipo B puede propagar errores a otras imágenes que dependen de ella para su reconstrucción. 7

8 Vídeo Digital 15.- En almacenamiento digital de vídeo, la multigeneración. a)- Aumenta al aumentar el factor de compresión. b)- Es mayor en formatos de muestreo 4:2:2 que en 4.2:0. c)- Disminuye al disminuir el factor de compresión. d)- Todas son ciertas En MPEG-2 a)- La calidad disminuye siempre al aumentar la compresión. b)- La calidad no siempre disminuye al aumentar la compresión. c)- La calidad nunca depende del factor de compresión utilizado. d)- Todas son falsas En la grabación en cinta a)- Las pistas longitudinales contienen toda la información útil. b)- Los sistemas multitracking requieren el ajuste de las cabezas mediante servos. c)- El audio nunca utiliza compresión. d)- b y c son ciertas Cuales de las siguientes son codificaciones Huffman válidas. a)- A=0, B=10, C=11. b)- A=00, B=11, C=01, D=10. c)- A=1, B=01, C=001, D=000. d)- Todas son válidas En los perfiles escalables en MPEG-2. a)- La capa base contiene toda la información de vídeo, sin audio. b)- Las capas de realce son las más protegidas frente al ruido. c)- La capa base contiene diferentes formatos de pantalla. d)- Todas son falsas En vídeo digital, dependiendo de la aplicación a)- Utilizamos diferentes factores de compresión b)- Utilizamos diferentes métodos de compresión. c)- Utilizamos diferentes relaciones calidad/compresión. d)- Todas son válidas. 8

9 Examen de Septiembre de En la compresión JPEG a)- Una vez establecida la matriz de cuantificación, podemos establecer con precisión la compresión que se conseguirá. b)- La compresión conseguida depende sólo del contenido de la imagen a comprimir. c)- La compresión que se consigue es una compresión sin pérdidas d)- Todas son falsas Queremos convertir un reportaje televisivo digitalizado según la norma ITU-601 para 525 líneas y 30 imágenes por segundo, al formato de 625 líneas y 25 imágenes por segundo. Esta conversión implica varios procesos de cambio de la frecuencia de muestreo. Para simplificar el problema, nos vamos a centrar únicamente en las imágenes de luminancia, y en el proceso concreto de la conversión de la secuencia de 30 a 25 imágenes por segundo. a)- b)- c)- Los cambios de velocidad de muestreo llevan asociados, en general, procesos de diezmado e interpolación. Razonar la conveniencia de realizar primero el diezmado o la interpolación en una tarea de este tipo. (0,5p) Dibujar el diagrama de bloques que se debe utilizar para convertir una secuencia de muestras tomadas a 30 muestras por segundo, en otra secuencia que represente a la misma señal original, pero muestreada a 25 muestras por segundo. (0,3p) Calcular los factores de diezmado e interpolación a utilizar para ello, así como los parámetros significativos de los filtros necesarios en este proceso. (0,5p) 22.- Se pretende implementar un sistema de digitalización de calidad, para señales de vídeo analógico según la norma ITU-R BT.601. Este problema, va a tratar únicamente de la digitalización de la señal de luminancia. Para ello se piensa en un esquema como el de la figura 1. Figura 1. La señal x(t) es la señal de luminancia analógica a digitalizar, con un ancho de banda de 5,5 MHz. El conversor de continuo a discreto se supone ideal. x[n] es la secuencia digital que representa a la señal x(t) muestreada con frecuencia de muestreo 13,5 MHz. a)- Calcula el periodo de muestreo T CD que debe utilizarse en el sistema de la figura para conseguir lo que se propone. Cual sería el periodo a utilizar en un hipotético conversor D/C para recuperar x(t) a partir de x[n]?.(0,5p) 9

10 Vídeo Digital b)- Suponiendo que se consigue un filtro H 1 (Ω) con una característica de ganancia como la de la figura 2., donde se observa una banda de paso plana entre las frecuencias 0 y f 1 y una transición suave hasta la frecuencia f 2 donde se llega a un valor de atenuación adecuado. Indicar los valores de las frecuencias f 1 y f 2 más apropiados. (0,5p) Figura 2. c)- En la recomendación ITU-R BT.601, se imponen unas características de filtrado muy exigentes para el muestreo de la señal. En la figura 3. aparece dicha característica. Figura 3. Máscara de la característica de pérdida de inserción en función de la frecuencia. Calcular los valores digitales de las frecuencias f 1, f 2, y f 3, (f d1, f d2, y f d3 ) suponiendo que hemos de aplicarla al filtro H 2 (e jw ). (0,5p) d)- Dibuja los espectros a la salida de los bloques de la figura 1. (1,2p) 10