Vídeo Digital Examen de Junio de 2003

Transcripción

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 2003 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.- De las tres imágenes siguientes, indica el proceso que se ha seguido para, a partir de la primera, obtener las otras dos: filtrado paso bajo, filtrado paso alto, dirección horizontal, vertical o ambas. Justifica la respuesta (0,5p.). 2.- En las siguientes expresiones aparecen, por un lado una matriz de coeficientes C(u,v) y por el otro la matriz de cuantificación por defecto del método MPEG-2. Indicar a partir de ellas cual sería el valor de C[0, 3] que se almacenaría y cual sería el coeficiente que se obtendría después de la decuantificación (0,5p.) C[u,v] MPEG Explica con tus palabras, el proceso de cálculo que se siguió en la práctica de operadores puntuales para conseguir modificar el contraste de una imagen. (La función contraste tiene el formato resultado = contraste(matriz_entrada, xmin, xmax, ymin, ymax) (0,75p.). 1

2 Vídeo Digital 4.- En la Recomendación UIT-R BT.601 se establece una frecuencia de muestreo de 13,5MHz. a)- Calcula, a partir de esta frecuencia de muestreo, el número de muestras totales por línea que se están imponiendo para el sistema PAL que tiene 625 líneas por cuadro, 50 campos, y 2 campos por cuadro. (0,25p.) b)- Indica qué relación existe entre los cálculos anteriores, y la recomendación de que la estructura de muestreo sea ortogonal y estática en el espacio (0,5p). 5.- En el interfaz serie de la recomendación UIT-R BT.656, indica de que manera se multiplexan las señales Y, C B, C R y la señal de reloj (0,5p.). TEORÍA Y PROBLEMAS: 6.- Indica que características tiene la información de vídeo, audio, y subtítulos, almacenada en un disco DVD estándar (1p.). 7.- 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. Símbolo Probabilidad Símbolo Probabilidad Simbolo Probabilidad A B 10% 5% C D 10% 7% E 68% 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) 8.- En el formato de compresión MPEG-2, explica cómo se utilizan los códigos de longitud de recorridos (RLC) y los códigos de longitud variable (VLC) (1p.). 2

3 Examen de Junio de Se quiere discretizar una señal bidimensional que tiene el espectro continuo de la figura 1. Figura 4 a)- En este caso concreto, sería más eficiente un muestro ortogonal, o un muestreo no ortogonal? (0,5p.). b)- Calcula los vectores periodo de muestreo que se deben utilizar para conseguir esa máxima eficiencia (1p.). c)- Calcula la densidad de muestreo para el caso del apartado b (0,5p) Se pretende implementar un zoom digital para imágenes procedentes de un dispositivo CCD mediante el esquema de la figura 1, en el que, para simplificar, se considera el caso unidimensional, y que todos los elementos de la cadena son ideales. Figura 1 La señal x(t) tiene una amplitud de 1 Voltio y un ancho de banda de 5,5MHz, y la frecuencia de muestreo utilizada en el sistema es de 13,5 Mhz. a)- Dibuja el espectro de todas las señales y secuencias que aparecen en el esquema (0,75p.). b)- Existe en este esquema la posibilidad de que aparezca solapamiento espectral?. Justifica la respuesta, y en su caso indica de que manera podría evitarse (0,5p.). 3

4 Vídeo Digital c)- Suponiendo que introducimos una señal x(t) como la de la figura 2, dibuja aproximadamente las señales y las secuencias que aparecen en el esquema de la figura 1 en el dominio del tiempo (0,75p.). Figura 2 4

5 UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHA Escuela Universitaria Politécnica de Cuenca Ingeniería Técnica de Telecomunicación (Especialidad de Sonido e Imagen) Vídeo Digital Examen de Septiembre de 2003 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.- Comenta, muy brevemente, los métodos de obtención de imágenes y secuencias de video digitales que conozcas (0,5p). 2.- En la norma UIT-R BT.656 referente a los interfaces de comunicación digital de vídeo aparecen los bits F, V, y H con los siguientes significados: F=0 durante la trama 1 F=1 durante la trama 2 V=0 fuera de la supresión de trama vertical V=1 durante la supresión de trama vertical H=0 en SAV H=1 en EAV a)- Indica a qué se refiere con trama 1 y 2 (0,2p). b)- Indica a qué se refiere con dentro y fuera de supresión de trama (0,2p). c)- A partir del cuadro siguiente indica en qué líneas se encontrará la combinación FVH=101, y si esta combinación se encontrará al principio o al final de cada línea digital (0,4p). (Nota: Cada línea digital comienza después de la última muestra activa. Ver figura de la página siguiente) 5

6 Vídeo Digital 3.- En las normas de codificación para televisión digital (UIT-R BT.601 y 709) a)- Indica si se recomienda una digitalización de la señal compuesta o en componentes (0,2p). b)- Qué diferencia existe entre ambos tipos de codificación (0,2p). c)- Indica la relación que existe entre estos tipos de codificación y la estructura de muestreo ortogonal (0,3p). 4.- En la compresión de imágenes estáticas a través de la DCT (0,5p): a)- Qué efecto se produce al eliminar los coeficientes de orden superior? b)- Qué implica, en cuanto a compresión y calidad, la disminución del tamaño de los escalones de cuantificación? 5.- Explica el proceso a realizar para filtrar una imagen en el dominio de la frecuencia conocida la respuesta impulsional del filtro a implementar (0,5p). TEORÍA Y PROBLEMAS: 6.- En los sistemas de grabación digital de video aparecen tres procesos que son la codificación de canal, la compresión, y la corrección de errores. Indica su necesidad o la función que realizan cada uno de estos procesos, y el orden en que se ejecutan durante el proceso de grabación (1p). 6

7 Examen de Septiembre de En una determinada aplicación se necesita digitalizar una señal bidimensional cuyo espectro frecuencial abarca la zona de la figura 1 con anchos de banda B Ωx = 4πKrad/s, y B Ωy = 6πKrad/s. a)- Suponiendo muestreo ortogonal, calcular la matriz de muestreo P más eficiente posible. (1p) b)- Suponiendo muestreo no ortogonal, calcular la matriz de muestreo P más eficiente posible. (1p) Figura 1. c)- Calcular las densidades de muestreo en cada uno de los casos anteriores. (0,5p) 8.- En un sistema digital de procesamiento de señales se encuentra una cadena de bloques como la de la figura 2. Figura 2 Se utiliza este sistema para procesar una señal con una amplitud de 1V. y un ancho de banda de 6,5MHz. muestreada a su frecuencia de Nyquist. a)- Dibuja los espectros x 1, x 2, x 3, x 4 y x 5 indicando en cada caso los valores de amplitud y ancho de banda (1p). b)- Indica si en este sistema pueden aparecer problemas de solapamiento espectral (0,5p). c)- Explica que efecto tendría sobre la señal el intercambiar los bloques x5" y 7 (0,5p). d)- Explica que ventajas y/o inconvenientes tendría el intercambiar los bloques 2 y x5 a partir del sistema original (0,5p). 9.- Como característica general de la compresión de imágenes, la calidad y el factor de compresión son dos parámetros contrarios: cuando queremos aumentar el primero, es necesario disminuir el segundo, y viceversa. En cambio, el formato de compresión MPEG-2 permite, como una de sus características, aumentar o disminuir ambos parámetros a la vez. Explica de qué manera se consigue esto, y cómo resulta afectado el sistema final (1p). 7

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9 UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHA Escuela Universitaria Politécnica de Cuenca Ingeniería Técnica de Telecomunicación (Especialidad de Sonido e Imagen) Vídeo Digital Examen de Diciembre de 2003 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. 9.- a)- Indica la forma que tienen las variables de MATLAB que representan a una imagen en color. b)- Indica también la forma que tienen las variables de MATLAB que representan a una imagen en niveles de gris, y que relación existe entre éstas y las anteriores. (0,6p) 2.- En la televisión digital de alta definición europea, el formato de pantalla es de 16/9; la frecuencia de imágenes es de 25 por segundo que considerando el entrelazado equivalen a 50 campos por segundo; se tienen 1125 líneas verticales de las cuales 1080 son activas, y 2640 píxeles horizontales de los que sólo 1920 son activos. a)- Calcula la frecuencia de muestreo que se recomienda para este caso. b)- Qué relación existe entre esta frecuencia de muestreo y la estructura de muestreo ortogonal? (0,6p) 3.- En la compresión intracuadro (práctica 7): a)- indica porqué puede producirse el efecto bloque que aparece en la figura 1. b)- Que debemos hacer para evitarlo?. (0,6p) 4.- En la práctica de operadores locales se utilizó el método de enventanado. Explica qué utilidad tiene y de qué manera se aplica al tratar una imagen. (0,6p) Figura En la recomendación UIT-R BT.799 referente a los interfaces digitales para vídeo de la familia 4:4:4: a)- Explica que estructura tiene el medio de transmisión (cables y conectores) recomendado para el interfaz serie en dicha familia. b)- De qué forma se multiplexan las muestras de tres señales Y,CB y CR en este interfaz?. (0,6p) 9

10 Vídeo Digital TEORÍA Y PROBLEMAS: 6.- En los sistemas de grabación digital de video en soporte de cinta existen dos tipos de pistas: longitudinales y helicoidales: (1,2p) a)- En que pistas se almacena la información digital de vídeo? b)- Qué tipo de compresión es la más habitual para la información digital de vídeo? Por qué? c)- En qué pistas se almacena la información digital de audio? d)- Qué tipo de compresión es la más habitual para la información digital de audio? Por qué? e)- En que pistas se almacena la información analógica de audio (CUE)? f)- Qué utilidad tiene esta información de audio analógica en un sistema digital? 7.- En la compresión JPEG: a)- Explica cuál es el proceso de compresión de una imagen. b)- Explica en qué consisten las matrices de cuantificación, y qué importancia tienen sus valores en el proceso de compresión. (1p) 8.- 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 2. (0,8p) Figura 2. 10

11 9.- Se pretende digitalizar una imagen bidimensional que tiene un espectro en la frecuencia como el que aparece en la figura 3. a)- Calcula la matriz de periodicidad P para el muestreo ortogonal más eficiente. (0,75p) b)- Dibuja el espectro en el caso en que utilizasemos como vectores de muestreo los siguientes: T 1 = (1/2 1/4) T ms. y T 2 = (1/2-1/4) T ms. (1p). c)- Indica cual de los dos métodos es el más eficiente en base a las densidades de muestreo resultantes. (0,75p) Examen de Diciembre de 2003 Figura En una etapa de filtrado digital se encuentra el esquema de bloques de la figura 4. Figura 4 a)- Suponiendo que la secuencia x1 tiene un ancho de banda B=1/3 y M =2, calcula el ancho de banda de la secuencia x4, comprobando los efectos de solapamiento espectral a lo largo de la cadena. (1p) b)- Comprueba también qué ocurriría si manteniendo B=1/3 utilizamos M=3. (0,5p) 11

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