Upload
trinhtuyen
View
215
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
TELECTELECÓÓPIA: CODIFICAPIA: CODIFICAÇÇÃO ÃO E TRANSMISSÃO DE E TRANSMISSÃO DE IMAGEM BINIMAGEM BINÍÍVELVEL
Fernando PereiraFernando Pereira
Instituto Superior TInstituto Superior Téécnicocnico
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
TelecópiaTelecTelecóópiapia
OBJECTIVO
Transmissão eficiente de imagens fixas, binível através dos suportes de comunicação mais comuns: rede telefónica e rede de dados.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
História da Telecópia (1)HistHistóória da ria da TelecTelecóópiapia (1)(1)
� 1843 - Primeira patente de um sistema de telecópia (Inglaterra, nº 9745) atribuída ao Sr. Alexander Bain - o telefone ainda não tinha sido
inventado - 1876 !
� Principais problemas a resolver, à época, eram: fonte de potência, varrimento, sincronização, canal de transmissão (linha telegráfica).
� 1865 - Primeiro sistema comercial, entre Lion e Paris.
� 1876 - Aparece o telefone ...
� 1911 - Aparece o primeiro modulador para a transmissão de fax através da linha telefónica.
� 1900 ... - Ao longo do século XX sucedem-se os avanços tecnológicos relacionados com as diversas partes dum sistema de fax.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
História da Telecópia (2)HistHistóória da ria da TelecTelecóópiapia (2)(2)
� 1969 - Surge o primeiro fax digital
� 1974 e 1976 - Fax analógico - grupos 1 e 2 - é normalizado.
� 1980 - A normalização do fax digital de grupo 3 vai permitir a grande explosão deste equipamento.
� 1984 - Normalização dos fax de grupo 4 com vista à transmissão via redes digitais.
� 1991 - Sucedem-se os melhoramentos no grupo 3. Os fax de grupo 3 conquistam 99.7 % do mercado com mais de 20 milhões de terminais.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Scanning Scanning Scanning
� O scanner converte a imagem a preto e branco no papel num sinal eléctrico.
� O valor amostrado para cada pixel depende da imagem (luminância) na superfície correspondente a cada fotosensor.
� Os faxs do grupo 3 usam hoje uma tira de fotosensorescorrespondente a uma linha em vez dum fotosensor que se desloca ao longo da linha.
� O tempo de leitura duma página A4 é de 5-10 s.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Tecnologias de ScanningTecnologiasTecnologias de de ScanningScanning
�� CCD (CCD (chargecharge--coupled devicecoupled device)) - Tem como grande desvantagem a distância mínima entre a imagem e a lente, que determina a dimensão mínima do fax.
�� CIS (CIS (contact imagecontact image sensorsensor)) - A largura da faixa de sensores é idêntica àda página o que evita a distância mínima dos CCD e garante igual focagem em todas as zonas da imagem.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Impressão (1)Impressão (1)Impressão (1)
� A impressão da imagem na recepção é uma das partes mais críticas no desempenho final do fax pois determina em grande medida a opinião
dos utentes.
� Nos fax do grupo 3, a tecnologia mais comum já não é a impressão em papel térmico (de fraca qualidade), usando-se hoje normalmente a
impressão em papel comum através de jacto-de-tinta ou laser como se de uma vulgar impressora se tratasse.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Impressão (2)Impressão (2)Impressão (2)
�� IMPRESSÃO EM PAPEL TIMPRESSÃO EM PAPEL TÉÉRMICO:RMICO:� A cabeça de impressão possui um conjunto de elementos resistivos alinhados
segundo a largura do papel que tocam o papel térmico. Um impulso de corrente através dum elemento resistivo provoca o seu aquecimento, marcando apropriadamente o papel.
�� IMPRESSÃO EM PAPEL NORMAL:IMPRESSÃO EM PAPEL NORMAL:� Transferência térmica - uma película de transferência térmica acompanha o
papel transferindo para ele uma marca de tinta ao contacto com a cabeça aquecida.
� Laser - sistema semelhante às impressoras; caro e volumoso para os fax.
� Jacto-de-tinta - apresenta-se como uma alternativa interessante face aos recentes desenvolvimentos nas impressoras com esta tecnologia
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Tipos de Telecopiadores (Norma ITU-T T.0)Tipos de Tipos de TelecopiadoresTelecopiadores (Norma ITU(Norma ITU--T T.0)T T.0)
� Telecopiadores que usam como suporte da transmissão a rede telefónica�� GRUPO 1GRUPO 1 - Utilizam modulação de banda lateral dupla sem qualquer processo de
compressão da banda útil do sinal transmitido; transmissão duma página A4 em cerca
de 6 minutos, usando uma resolução de 3.85 linhas/mm (norma T.2)
�� GRUPO 2GRUPO 2 - Utilizam técnicas de compressão da largura de banda (banda lateral
vestigial) para obter um tempo de transmissão de cerca de 3 minutos, para um
documento A4, com resolução de 3.85 linhas/mm; exclui-se qualquer processamento
do sinal de imagem para redução de redundância (norma T.3)
�� GRUPO 3GRUPO 3 - Utilizam processos de redução de redundância do sinal de imagem antes
da modulação do sinal a enviar para a linha; documento A4 em cerca de 1 minuto
(norma T.4)
� Telecopiadores que usam como suporte da transmissão a rede de dados�� GRUPO 4GRUPO 4 - Usam técnicas de redução de redundância e operam sobre redes de
dados, assegurando a transmissão dum documento, virtualmente isenta de erros
(normas T.5 e T.6)
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
O Protocolo de ComunicaçãoO Protocolo de ComunicaO Protocolo de Comunicaççãoão
A Norma T.30 estabelece o protocolo para a transmissão de documentos por telecópia através da rede telefónica.
�� EtapaEtapa AA - Estabelecimento da ligação: manual ou automática
�� Etapa BEtapa B - Procedimentos preliminares: fases de identificação e de comando
�� Etapa CEtapa C - Transmissão da mensagem: apresenta 2 aspectos distintos mas simultâneos
�� Etapa C1Etapa C1 - Sincronização, detecção e correcção de erros e 'vigilância' do estado da linha
�� Etapa C2Etapa C2 - Transmissão da mensagem propriamente dita
�� Etapa DEtapa D - Procedimentos finais: confirmação da recepção, mais páginas e sinalização do fim do protocolo
�� Etapa EEtapa E - Libertação da comunicação
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Etapas do Protocolo de ComunicaçãoEtapasEtapas do do ProtocoloProtocolo de de ComunicaComunicaççãoão
Fase A Fase BFase C1
Fase C2Fase D Fase E
Transmissão da mensagem
Procedimento Fax
Ligação FaxINÍCIOINÍCIO FIMFIM
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Protocolo dos Grupos 1 e 2Protocolo dos Grupos 1 e 2Protocolo dos Grupos 1 e 2
� CNG - Sinal de chamamento - de 3.5 em 3.5 s envia-se durante 0.5 s uma sinusóide de 1100 Hz
� CED - Sinal de resposta - sinusóide de 2100 Hz durante 2.6 a 4 s
� GI - Sinal de Identificação do Grupo - de 4.5 em 4.5 s envia-se durante 1.5 s uma sinusóide de 1650 Hz (grupo 1) ou 1850 Hz (grupo 2)
� GC - Sinal de Aceitação do Grupo Identificado -sinusóide de 1300 Hz (grupo 1) ou 2100 Hz (grupo 2) durante 1.5 a 10 s
� CFR - Indicação da Disponibilidade para Receber -sinusóide de 1850 Hz (grupo 1) ou 1650 Hz (grupo 2) durante 3 s
� EOM - Indicação do Fim da Mensagem - sinusóide de 2100 Hz durante 2.6 a 4 s
� MCF - Sinal de Confirmação da Mensagem Recebida- sinusóide de 1850 Hz (grupo 1) ou 1650 Hz (grupo 2) durante 3 s
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Protocolo do Grupo 3Protocolo do Grupo 3Protocolo do Grupo 3� CNG - Sinal de chamamento - de 3.5 em 3.5 s envia-se
durante 0.5 s uma sinusóide de 1100 Hz
� CED - Sinal de resposta - sinusóide de 2100 Hz durante 2.6 a 4 s
� DIS - Digital Identification Signal - caracterização do terminal receptor em termos das capacidades normalizadas
� DCS - Digital Command Signal - determina as características da ligação face às capacidades do emissor e receptor
� TCF - Training Check - sequência de treino para análise da linha e determinar o ritmo binário a usar; consiste numa sequência de 0's com duração de 1.5 s
� CFR - Confirmation to Receive - confirma os procedimentos preliminares e o início da transmissão
� EOP - End-of-Procedure - indica o fim da transmissão de uma página e que, não havendo mais páginas, se passará, após confirmação, à etapa E
� MCF - Message Confirmation - confirma recepção duma página e disponibilidade para mais
� DCN - Disconnect - desencadear da etapa E e libertação da ligação
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Protocolo do Grupo 3Protocolo do Grupo 3Protocolo do Grupo 3
Em todas as etapas do protocolo, à excepção da transmissão da mensagem propriamente dita e da etapa de estabelecimento da
comunicação, utiliza-se sinalização com codificação binária com uma estrutura de trama HDLC (High-Level Data Link Control).
As regras básicas do protocolo são:
� Uma trama facultativa deve ser sempre
acompanhada de uma trama obrigatória
sendo esta sempre transmitida em último
lugar.
� Um terminal que receba tramas
facultativas e não as reconheça deve
rejeitá-las, utilizando as tramas
obrigatórias no decorrer do protocolo.
� As tramas usam sempre bit stuffing com
excepção da flag de delimitação.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Modems - Grupo 3ModemsModems -- Grupo 3Grupo 3
� O modem tem como função receber a informação digital e representá-la num formato de sinal conveniente (através de modulação) para transmitir na linha telefónica.
� Os modems de uso obrigatório no grupo 3 são o V.27 ter para a transmissão da imagem a 4.8 e 2.4 kbit/s e o V.21 para a sinalização inicial a 300 bit/s.
� Os fax do grupo 3 testam automaticamente as condições da transmissão através duma sequência de treino. O ritmo usado é o mais alto que é aceite simultaneamente pelos dois faxs em presença e que garante condições de transmissão mínimas aceitáveis.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Modems - Grupo 3ModemsModems -- Grupo 3Grupo 3
Débitobinário (bit/s)
Débito desímbolo(baud)
Bit/símbolo Tipo demodem
Portadora Banda (Hz)
14400 2400 6 V.17 1800 550-3050
12000 2400 5 V.17 1800 550-3050
9600 2400 4 V.29 1700 450-2950
7200 2400 3 V.29 1700 450-2950
4800 1600 3 V.27ter 1800 950-2650
2400 1200 2 V.27ter 1800 1150-2450
Corresponde ao canal telefónico
Largura de Banda
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Diagrama de Fases - Modems do Grupo 3 DiagramaDiagrama de de FasesFases -- ModemsModems do do GrupoGrupo 3 3
V.17V.17 V.29V.29
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Telecópia do Grupo 4TelecTelecóópiapia do Grupo 4do Grupo 4
Os terminais de telecópia do grupo 4 operam sobre redes de dados, virtualmente isentas de erros, devido à implementação de protocolos com controlo de erros.
Os telecopiadores de grupo 4 deverão funcionar como terminais I/O de computadores remotos.
� Algumas aplicações dos telecopiadores de grupo 4:� Mail electrónico - a rede de dados é usada para troca de 'correio‘.
� Armazenamento e procura - os documentos podem estar armazenados num computador e acedidos através dum fax remoto.
� Integração de texto e imagem - o fax pode digitalizar imagens para o computador que processa e a seguir o mesmo fax distribui.
� Reconhecimento de caracteres - documentos digitalizados podem ser armazenados depois do reconhecimento dos caracteres.
A comunicação entre terminais do grupo 4 é assegurada através do MODELO OSI que garante a comunicação entre quaisquer 2 terminais através da rede de dados.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Os Telecopiadores do Grupo 4 e o Modelo OSIOs Os TelecopiadoresTelecopiadores do Grupo 4 e o Modelo OSIdo Grupo 4 e o Modelo OSI
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Binível ou Multinível ?BinBiníívelvel ou ou MultinMultiníívelvel ??
� Testes subjectivos permitiram concluir que o melhor compromisso entre a resolução e o número de bits/amostra de forma a obter a mais elevada
qualidade, para um dado valor de bits/imagem, consiste no uso de apenas 2 níveis/amostra e elevada resolução para originais de boa qualidade e
mais níveis/amostra para originais de fraca qualidade.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Diagrama de Blocos de um Sistema Digital de TelecópiaDiagramaDiagrama de de BlocosBlocos de um de um SistemaSistema Digital de Digital de TelecTelecóópiapia
Scanner ModuladorCodificador
de fontePré-
process.Amostragem
e Quantif.
Desmodulador
Descodif.de fonte
Pós-process.
Reprodução
REDEREDE
ImagemImagem
ImagemImagem’’
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Tipos de ImagemTipos de ImagemTipos de Imagem
�� BINBINÍÍVEL (preto e branco)VEL (preto e branco) - o sinal de luminância referente a cada pixel écodificado como 1 ou 0
�� MULTINMULTINÍÍVEL (tons de cinzento)VEL (tons de cinzento) - a cada pixel é associado um nível duma escala de cinzentos que terá como extremos, o preto e o branco; a codificação binária duma escala com N níveis de cinzento exige um número de bits dado por I = log2 N, e.g. 256 níveis requerem 8 bit/amostra
�� CORES SATURADAS (sim/não)CORES SATURADAS (sim/não) - num sistema aditivo com 3 cores primárias, a informação de cor referente a cada pixel é enviada em 3 bits que indicam a presença ou ausência de cada cor primária
�� CORES NÃO SATURADASCORES NÃO SATURADAS - a cada cor primária é associada uma escala de saturações, havendo que transmitir 3×I bits sendo I = log2 N, onde N éo número de níveis de saturação de cada cor primária
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Digitalização do Sinal de ImagemDigitalizaDigitalizaçção do Sinal de Imagemão do Sinal de Imagem
A quantificação permite obter um sinal digital a partir da saída analógica amostrada do sistema de varrimento e precede necessariamente a codificação.
A quantificação com nível de decisão fixo pode causar distorções, p.e. se houver variações na iluminação ou reflectância do papel ao longo da página.
Os métodos de quantificação podem ser avaliados em função de:
� Qualidade subjectiva da representação a 2 níveis
� Factor de compressão para a imagem quantificada
� Complexidade do algoritmo de quantificação
� Forma como certas dificuldades como fraco contraste, 'caracteres ruidosos', 'papel com ruído' e gradações de luminosidade são resolvidas
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Técnicas de Quantificação (1)TTéécnicas de Quantificacnicas de Quantificaçção (1)ão (1)
�� LIMIAR DE DECISÃO FIXOLIMIAR DE DECISÃO FIXO - O limiar, que pode ser válido para toda a imagem ou apenas parte dela, depende do histograma das ocorrências de níveis de cinzento no sinal a ser quantificado; estemétodo é bem sucedido para imagens muito contrastadas.
�� LIMIAR DE DECISÃO VARILIMIAR DE DECISÃO VARIÁÁVEL VEL -- DITHERINGDITHERING - Este processo melhora substancialmente a qualidade subjectiva de imagens com tons de cinzento já que a variação do limiar de decisão em toda a gama de cinzentos permite que o valor médio numa zona de cinzento se aproxime do seu valor real.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Técnicas de Quantificação (2)TTéécnicas de Quantificacnicas de Quantificaçção (2)ão (2)
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Pré-Processamento para Redução do Ruído (1)PrPréé--Processamento para ReduProcessamento para Reduçção do Ruão do Ruíído do (1)(1)
A transmissão frequente de imagens de má qualidade provoca a diminuição dos factores de compressão devido à diminuição da
redundância/correlação espacial na imagem.
O pré-processamento pode ser aplicado ao sinal multi-nível de saída do scanner ou ao sinal já quantificado a 2 níveis. O processamento a 2
níveis é mais simples mas não permite a eliminação de certos tipos de distorção por se ter já perdido parte da informação.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Pré-Processamento para Redução do Ruído (2)PrPréé--Processamento para ReduProcessamento para Reduçção do Ruão do Ruíído do (2)(2)
�� Alisamento lAlisamento lóógico por maioriagico por maioria - O valor alisado do pixel é determinado pelo valor da maioria (mais de metade) dos pixels na sua vizinhança.
�� Alisamento lAlisamento lóógico selectivogico selectivo - O valor alisado para o pixel é determinado por maioria (p.e. remoção de pixels isolados) ou pela presença de configurações específicas em branco ou preto na vizinhança do pixel com vista a evitar a eliminação de contornos finos (p.e. o valor alisado por maioria não é adoptado quando um contorno é detectado).
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Codificação de Imagem DigitalCodificaCodificaçção de Imagem Digitalão de Imagem Digital
�� EXACTA (EXACTA (losslesslossless)) - Codificação com preservação total da informação na imagem
�� NÃO EXACTA OU APROXIMADA (NÃO EXACTA OU APROXIMADA (lossylossy)) - Codificação sem preservação total da informação na imagem ainda que não necessariamente com degradação da qualidade subjectiva
A codificação exacta pode usar técnicas de pré-processamento desde que reversíveis ou aplicadas antes da obtenção do sinal
tomado como original.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Codificar: os Símbolos e os BitsCodificarCodificar: : osos SSíímbolosmbolos e e osos BitsBits
Geradorde Símbolos
(Modelo)
CodificadorEntrópico
ImagemOriginal
Símbolos Bits
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Codificação de Imagens de Telecópia DigitalCodificaCodificaçção de Imagens de ão de Imagens de TelecTelecóópiapia DigitalDigital
GRUPO 3GRUPO 3
�� MMÉÉTODO DE HUFFMAN MODIFICADO (MHM)TODO DE HUFFMAN MODIFICADO (MHM) - Método de codificação unidimensional baseado na transmissão dos comprimentos das sequências de pixels brancos e pretos, usando codificação de Huffman.
GRUPOGRUPO 4 4 -- OPOPÇÇÕES DO GRUPO 3ÕES DO GRUPO 3
�� MMÉÉTODO READ MODIFICADO (MRM)TODO READ MODIFICADO (MRM) - Método de codificação bidimensional baseado na transmissão das variações da posição dos pixels de transição (B-P ou P-B), em relação à linha anterior; de k em k linhas faz-se codificação unidimensional.
�� MMÉÉTODO READ MODIFICADOTODO READ MODIFICADO--MODIFICADO (MRMM)MODIFICADO (MRMM) -Semelhante ao MRM mas sem codificação unidimensional periódica.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Método de Huffman Modificado: Os Símbolos MMéétodo de todo de HuffmanHuffman Modificado: Os Modificado: Os SSíímbolos mbolos
� A ‘lógica’ por detrás da codificação dos comprimentos pretos e brancos em cada linha é a transmissão das fronteiras na imagem, embora de forma indirecta.
� Cada linha é modelada como uma sequência de conjuntos de pixels pretos ou brancos cujo comprimento deve ser transmitido.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
O Modelo Simbólico MHMO O ModeloModelo SimbSimbóólicolico MHMMHM
Uma imagem de telecópia é representada como uma sucessão de linhasindependentes, sendo cada uma delas representada como uma
sucessão alternada dos comprimentos de pixels brancos e pretos(começa-se sempre com branco para manter sincronismo de tom).
Geradorde Símbolos
(Modelo)
CodificadorEntrópico
VídeoOriginal
Símbolos Bits
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Codificação EntrópicaCodificaCodificaççãoão EntrEntróópicapica
A Codificação Entrópica codifica os símbolos emitidos pela fonte tendo em conta a sua distribuição estatística.
� Não degrada o sinal ou seja é exacta/reversível (+)
� Oferece compressão em termos estatísticos (-)
� Produz um fluxo de bits altamente não uniforme (-)
� Dificulta a sincronização (-)
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
O que diz a Teoria da InformaçãoO que diz a Teoria da InformaO que diz a Teoria da Informaççãoão
� A Teoria da Informação indica um limite inferior para o comprimento médio do código que permite codificar m mensagens duma fonte de informação, cada uma delas com probabilidade pi.
� Esse limite é dado pela entropia da fonte de informação calculada através de:
�� H = H = ΣΣΣΣΣΣΣΣ ppii loglog22 ( 1/p( 1/pii) bit/s) bit/síímbolombolo
� que apresenta as seguintes propriedades:� mede a quantidade de informação média transportada por cada símbolo
� é uma função convexa das probabilidade pi
� o seu valor máximo ocorre quando todos os pi são iguais
� o seu valor máximo é log2 m bits/símbolo
A Teoria da Informação não indica como encontrar o código que corresponde a este valor, mas existem métodos que permitem encontrar códigos que se
aproximam deste valor tanto quanto se desejar.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Codificação de Comprimento Variável (VLC)CodificaCodificaçção de Comprimento Varião de Comprimento Variáável (VLC)vel (VLC)
A cada símbolo é atribuída uma palavra de código que pode ter um comprimento diferente. A compressão é obtida atribuindo palavras
curtas aos símbolos mais frequentes e vice-versa.
� Os códigos considerados devem ser:�� Unicamente descodificUnicamente descodificááveisveis - deve existir apenas um modo pelo qual uma
dada concatenação de VLCs pode ser descodificada.
�� InstantâneosInstantâneos - cada palavra de código pode ser descodificada sem qualquer dependência a palavras de código subsequentes
Nenhuma palavra de código pode ser o início de outra palavra de código !
� Exemplo de código não unicamente descodificável:� Palavras de código: A - '0' ; B - '01' ; C - '11' ; D - '00' , E - '10'
� Fluxo de bits: 0000110 ...
� Descodificações possíveis: AAAACA ; DDCA ; ADBE ; ...
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Codificação de HuffmanCodificaCodificaçção de ão de HuffmanHuffman
A codificação de Huffman permite obter palavras de código com um comprimento
médio de palavra próximo da entropia o que significa que a obtenção do código requer o
conhecimento da estatística do sinal.
Entropia = 1,157 bit/símbolo((H = H = ΣΣΣΣΣΣΣΣ ppi loglog22 ( 1/p( 1/pii) bit/símbolo) bit/símbolo) )
Comprimento médio do código = 1,3 bit/símbolo
Eficiência = 1,157/1,3 = 89%
H = H = ΣΣΣΣΣΣΣΣ pi log2 ( 1/pi) bit/símbolopi log2 ( 1/pi) bit/símbolo
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Codificação de Huffman: ExemploCodificaCodificaçção de ão de HuffmanHuffman: Exemplo: Exemplo
bits 1
log1
2∑=
=
M
i i
ip
pH = 2.14 bit/símbolo
Comprimento médio do código = 0.4×1 + 0.3×2 + 0.1×3 + 0.1×4 + 0.06×5 + 0.04×5 = 2.2 bit/símbolo
Símbolo Probab. Código 1 2 3 4
0.4 0.4 1 0.4 0.4 0.6 0
0.3 0.3 0 0 0.3 0.3 0.4 1
0.1 0.1 0 1 1 0.2 0.3
1
0 0
0 1
0.1 0.1 0 1 0 0 0.1
1
0 0
0 1 0
0 1 1
0.06 0.1 0 1 0 1
0.04
1
0 0
0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1 0
0 1 0 1 1
a2
a1
a4
a3
a5
a6
Eficiência = 2.14 / 2.2 = 97.3%
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Codificação de Huffman: Extensão 2ª OrdemCodificaCodificaççãoão de Huffman: de Huffman: ExtensãoExtensão 22ªª OrdemOrdem
Entropia = 1,157 bit/símbolo
Comprimento médio do código de 2ª ordem = 2,33
bit/símbolo ext.
Comprimento médio do código = 2,33/2 = 1,165
bit/símbolo
Eficiência = 1,157/1,165 = 99,3 %
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Método de Huffman Modificado MMéétodo de todo de HuffmanHuffman Modificado Modificado
� O factor de compressão máximo para o MHM é dado pela Teoria da Informação por
FCFCmmááxx = 1/= 1/HHpixelpixel = (= (ccbb+ + ccpp)/ ()/ (HHbb+ + HHpp) ) = <antes>/<depois>= <antes>/<depois>
supondo que se usam 2 tabelas de codificação em virtude das estatísticas dos comprimentos brancos e pretos serem muito diferentes (cb e cp são os comprimentos médios dos comprimentos brancos e pretos).
� Para o MHM, usa-se a codificação entrópica de Huffman.
� Para diminuir a dimensão das tabelas de Huffman, simplificando a implementação, codificam-se em modo diverso os comprimentos superiores a 63 pixels.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
MHM - Palavras de Código TerminaisMHM MHM -- Palavras de CPalavras de Cóódigo Terminaisdigo Terminais
... 63
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
MHM - Palavras de Código de ZonaMHM MHM -- Palavras de CPalavras de Cóódigo de Zonadigo de Zona
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Imagens de Teste da ITU-TImagens de Teste Imagens de Teste dada ITUITU--TT
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Imagens de Teste da ITU-TImagens de Teste Imagens de Teste da ITUda ITU--TT
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Imagens de Teste da ITU-TImagens de Teste Imagens de Teste da ITUda ITU--TT
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Imagens de Teste da ITU-TImagens de Teste Imagens de Teste da ITUda ITU--TT
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Características das imagens reais de teste do CCITT
Doc. Comp. médiobrancos
Comp.médio pretos
Entropiabrancos
Entropiapretos
FCmáx FCreal
1 134.6 6.79 5.23 3.592 16.02 15.16
2 167.9 14.02 5.989 4.457 17.41 16.67
3 71.5 8.468 5.189 3.587 9.112 8.35
4 36.38 5.673 4.574 3.126 5.461 4.911
5 66.41 6.966 5.280 3.339 8.513 7.927
6 90.65 8.001 5.063 3.651 11.32 10.78
7 39.07 4.442 5.320 3.068 5.188 4.99
8 64.30 60.56 4.427 5.31 11.52 8.665
Características das imagens reais de teste do CCITT
Doc. Comp. médiobrancos
Comp.médio pretos
Entropiabrancos
Entropiapretos
FCmáx FCreal
1 134.6 6.79 5.23 3.592 16.02 15.16
2 167.9 14.02 5.989 4.457 17.41 16.67
3 71.5 8.468 5.189 3.587 9.112 8.35
4 36.38 5.673 4.574 3.126 5.461 4.911
5 66.41 6.966 5.280 3.339 8.513 7.927
6 90.65 8.001 5.063 3.651 11.32 10.78
7 39.07 4.442 5.320 3.068 5.188 4.99
8 64.30 60.56 4.427 5.31 11.52 8.665
Características da imagens originais de teste do CCITT
Doc. Comp. médiobrancos
Comp.médio pretos
Entropiabrancos
Entropiapretos
FCmáx
1 156.3 6.793 5.451 3.592 18.02
2 257.1 14.31 8.163 4.513 21.41
3 89.81 8.515 5.688 3.572 10.62
4 39.00 5.674 4.698 3.124 5.712
5 79.16 6.986 5.740 3.328 9.5
6 138.5 8.038 6.204 3.641 14.89
7 45.32 4.442 5.894 3.068 5.553
8 85.68 70.87 6.862 5.761 12.4
MHM: Factor de Compressão
MHM: MHM: Factor de Factor de CompressãoCompressão
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
MHM: Sensibilidade aos Erros
MHM: MHM: Sensibilidade aos Sensibilidade aos ErrosErros
O período de recuperação do
sincronismo é definido como o número de bits
de código entre o começo da palavra
corrompida pelo erro e o fim da palavra onde
a recuperação do sincronismo acontece.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Método Read Modificado: os Símbolos MMéétodo todo ReadRead Modificado: os SModificado: os Síímbolos mbolos
O Método READ (relative addressing) Modificado explora a redundância vertical existente na imagem para alcançar factores de compressão
mais elevados.
O MRM é um método de codificação linha a linha no qual a posição de cada elemento de variação na linha é codificado:
� em relação à posição do correspondente elemento de variação na linha de referência (anterior)
� em relação ao elemento de variação anterior na linha a ser codificada
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
MRM: Elementos de VariaçãoMRM: Elementos de VariaMRM: Elementos de Variaççãoão
� Define-se um elemento (pixel) de variação como aquele cujo tom é diferente do elemento de variação anterior na mesma linha.
� O algoritmo MRM usa 5 elementos de variação situados quer na linha de referência quer na linha a ser codificada:
� a0 - é o elemento de referência ou de partida na linha a ser codificada; a sua posição édefinida pelo modo de codificação precedente. No começo da linha a ser codificada, a0 écolocado num elemento de variação imaginário branco situado imediatamente antes do primeiro pixel da linha a ser codificada
� a1 - é o elemento de variação imediatamente a seguir a a0 na linha a ser codificada; tem o tom oposto de a0 e é o próximo elemento de variação a ser codificado
� a2 - é o pixel de variação imediatamente à direita de a1
� b1 - é o primeiro pixel de variação na linha de referência à direita de a0 e tendo o mesmo tom de a1
� b2 - é o pixel de variação imediatamente à direita de b1
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
MRM: Modos de CodificaçãoMRM: Modos de CodificaMRM: Modos de Codificaççãoão
�� MODO VERTICALMODO VERTICAL - Há boa correlação com a linha de referência - a posição de a1 é codificada relativamente à posição de b1. A distância a1-b1pode tomar 7 valores diferentes: 0, ± 1, ± 2 e ± 3.
�� MODO DE PASSAGEMMODO DE PASSAGEM - Quer-se saltar um comprimento preto - este modo acontece quando a posição de b2 é à esquerda de a1; necessita de uma única palavra.
�� MODO HORIZONTALMODO HORIZONTAL - Comprimento preto sem correlação com a linha anterior - usa-se quando o modo vertical não pode ser usado; são enviados os comprimentos a0-a1 e a1-a2.
�� MODO SEM COMPRESSÃOMODO SEM COMPRESSÃO - O MRM contempla um modo sem compressão para evitar que em imagens com elevado detalhe o número de bits supere o número de pixels (ou seja o número de bits PCM).
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Processo de CodificaçãoProcessoProcesso de de CodificaCodificaççãoão
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Método Read Modificado: os Símbolos MMéétodo todo ReadRead Modificado: os SModificado: os Síímbolos mbolos
Para minorar a propagação vertical dos estragos causados por erros de transmissão, não se codificam mais de k-1 linhas sucessivas com base
neste procedimento bidimensional.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
MRM: Exemplo de CodificaçãoMRM: Exemplo de CodificaMRM: Exemplo de Codificaççãoão
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
MRM: Codificação do primeiro pixel da linhaMRM: CodificaMRM: Codificaçção do primeiro pixel da linhaão do primeiro pixel da linha
� Se o modo horizontal for escolhido para codificar o primeiro elemento da linha, o valor a0-a1 é substituído por a0a1-1 de forma a assegurar que o comprimento correcto étransmitido.
� Além disso, se o primeiro pixel da linha for preto, a primeira palavra de código M(a0a1) representa um comprimento nulo branco.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
MRM: Codificação do último pixel da linhaMRM: CodificaMRM: Codificaçção do ão do úúltimo pixel da linhaltimo pixel da linha
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
O Modelo Simbólico MRMO O ModeloModelo SimbSimbóólicolico MRMMRM
Uma imagem de telecópia é representada como uma sucessão de linhas dependentes, sendo cada uma delas representada como
uma sucessão de símbolos representando fronteiras BP e PB emrelação a fronteiras na linha anterior (se boas referências
existirem) ou criando novas referências; periodicamente inserem-se linhas codificadas sem explorar a redundância vertical.
Geradorde Símbolos
(Modelo)
CodificadorEntrópico
VídeoOriginal
Símbolos Bits
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
MHM e MRM: Desempenhos RelativosMHM e MRM: Desempenhos RelativosMHM e MRM: Desempenhos Relativos
� O MHM tem um algoritmo de codificação mais simples.� O MRM tem menores tempos de transmissão; a diminuição é superior para alta resolução
(7.7 pel/mm versus 3.85 pel/mm) e pode atingir 25 % para TMVL= 20 ms ou mais de 40 % para TMVL = 0 ms (TMVL - Tempo Mínimo de Varrimento de Linha).
� As vantagens em termos de compressão do MRM são mais acentuadas para imagens pouco densas.
� O MHM é menos sensível aos erros de transmissão.
Número de bit/imagem
Baixa resolução (TMVL= 0 ms) Alta resolução (TMVL= 0 ms)
Doc. MHM MRM (k=2) Ganho % MHM MRM (k=4) Ganho %
1 149834 130684 12.8 299311 207660 30.6
2 137252 106851 22.1 274858 157163 42.8
3 260247 207584 20.2 520196 326297 37.3
4 432219 408261 5.5 864524 654436 24.3
5 273164 226285 17.2 546460 353172 35.4
6 204516 150572 26.4 409290 225879 44.8
7 426053 402333 5.6 851286 651643 23.5
8 251171 210457 16.2 502331 264029 47.4
Média 266807 227117 15.8 533532 355034 40
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
O Modelo Simbólico MRMMO O ModeloModelo SimbSimbóólicolico MRMMMRMM
Uma imagem de telecópia é representada como uma sucessão de linhas dependentes, sendo cada uma delas representada como
uma sucessão de símbolos representando fronteiras BP e PB emrelação a fronteiras na linha anterior (se boas referências
existirem) ou criando novas referências (não há periodicamentelinhas codificadas com o MHM).
Geradorde Símbolos
(Modelo)
CodificadorEntrópico
VídeoOriginal
Símbolos Bits
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Erros de TransmissãoErros de TransmissãoErros de Transmissão
� Qualquer transmissão através da rede telefónica tem de contar com o efeito dos erros, variando a sua frequência com o débito binário usado.
� Os métodos de codificação mais eficientes são mais sensíveis aos erros jáque cada bit transporta mais informação. De qualquer modo, a protecção estatística faz com que códigos mais eficientes sofram menos erros.
� O receptor pode normalmente detectar a ocorrência de erros de transmissão e processar o sinal recebido de forma a minimizar os efeitos subjectivos dos erros na imagem.
� Condições de detecção dos erros (MRM):�� CondiCondiçção semântica:ão semântica: O sinal descodificado não conduz exactamente a 1728
pixels/linha (MHM e MRM)
�� CondiCondiçção sintão sintááctica:ctica: Nenhuma palavra nas tabelas de código condiz com os bits recebidos (MHM e MRM)
�� CondiCondiçção sintão sintááctica:ctica: A linha a ser descodificada refere um comprimento que não existe na linha de referência (MRM)
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Minimização do Impacto Subjectivo dos Erros (1)MinimizaMinimizaççãoão do Impacto Subjectivo dos do Impacto Subjectivo dos Erros (1)Erros (1)
O tratamento dos erros é mais importante para o Método READ Modificado em virtude da propagação vertical dos erros.
Técnicas de processamento dos erros por ordem crescente de complexidade:
�� TUDO A BRANCO (TB)TUDO A BRANCO (TB) - A primeira linha detectada como errada é posta a branco e todas as linhas seguintes são também postas a branco até que seja correctamente recebida uma linha codificada unidimensionalmente.
�� SEMPRE A ANTERIOR (SA)SEMPRE A ANTERIOR (SA) - A primeira linha detectada como errada ésubstituída pela linha anterior, correctamente recebida, e todas as linhas seguintes são substituídas por essa linha até que seja correctamente recebida uma linha codificada unidimensionalmente.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Minimização do Impacto Subjectivo dos Erros (2)MinimizaMinimizaççãoão do Impacto Subjectivo dos do Impacto Subjectivo dos Erros (2)Erros (2)
Técnicas de processamento dos erros por ordem crescente de complexidade
�� PRIMEIRO A ANTERIOR E DEPOIS TUDO A BRANCO (PATB)PRIMEIRO A ANTERIOR E DEPOIS TUDO A BRANCO (PATB) - Aprimeira linha detectada como errada é substituída pela linha anterior, correctamente recebida, e todas as linhas seguintes são postas a branco atéque seja correctamente recebida uma linha codificada unidimensionalmente.
�� TUDO NORMAL/LINHA ANTERIOR (TNLA)TUDO NORMAL/LINHA ANTERIOR (TNLA) - A primeira linha detectada como errada é descodificada e impressa normalmente até ao ponto onde o erro foi detectado; a partir desse ponto, a primeira linha errada é substituída pela parte correspondente da linha anterior. A linha resultante é então usada como 'linha anterior' para a linha seguinte, atéque seja correctamente recebida uma linha codificada unidimensionalmente.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Factor de Sensibilidade aos ErrosFactor de Sensibilidade aos ErrosFactor de Sensibilidade aos Erros
O Factor de Sensibilidade aos Erros mede o número médio de pixels incorrectos na imagem descodificada causados por um
erro na transmissão.
Factor de Sensibilidade aos Erros (Doc. 1, 4 e 5) para o MRM
Resolução Factor K Método TB Método SA Método PATB Método TNLA
2 36.24 24.64 29.60 23.20Normal
3 34.03 40.89 31.01 27.76
4 66.55 49.23 55.16 54.49Elevada
6 88.51 64.46 76.55 75.74
Média 56.33 44.80 48.08 45.32
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Controlo de Erros: Grupo 3Controlo de Erros: Grupo 3Controlo de Erros: Grupo 3
A configuração base de telecopiadores do grupo 3 não prevê o uso de qualquer técnica de controlo de erros.
Porém:
� a transmissão periódica duma linha codificada unidimensionalmente no MRM visa a limitação da propagação de erros
� alguns fax podem pedir a retransmissão da página se forem detectadas mais do que X linhas em erro
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
Como Caracterizar um FaxComo Caracterizar um FaxComo Caracterizar um Fax
CaracterCaracteríísticas Tsticas Téécnicascnicas
� Tipo de modulação
� Protocolo de comunicação
� Tipo de sincronismo
� Suporte de transmissão
� Velocidade de transmissão
� Resolução vertical
� Resolução horizontal
� Dimensão da linha de exploração
� Métodos de redução de redundância
� Capacidade de recuperação de erros
Parâmetros de QualidadeParâmetros de Qualidade
� Fidelidade da reprodução - resoluções vertical e horizontal
� Dimensão do original - A3 a A6
� Tempo de transmissão - suporte da transmissão, modulação, resolução e métodos de redução de redundância
Parâmetros de FiabilidadeParâmetros de Fiabilidade
� Sincronismo
� Recuperação de erros
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
A Bela ou o Monstro ?A Bela ou o Monstro ?A Bela ou o Monstro ?
� A longa hibernação - Demonstrou de forma estrondosa a importância da Normalização, tendo influenciado o modo como hoje ela é feita.
� Democratização - A sua facilidade de instalação, simplicidade de utilização e economia de aquisição transformou-o no mais eficaz sistema de comunicação anti-censura (Tian amen), de protesto (Fax your protest) ou mesmo de religião ! (Muro das Lamentações).
� Transparência - A sua autonomia e, pelo menos inicial, completa transparência levou a alguns embaraços (e.g. golpe de Estado), inconfidências e à adopção de tecnologia para garantir a privacidade da comunicação (e.g. password, criptografia).
� 'O intruso' - A sua grande difusão transformou-o num dos mais simples e económicos meios publicitários 'à força'. A tecnologia e a lei responderam com a criação de faxs que podem recusar certas ligações ou aceitar apenas certas ligações ou mesmo com a proibição legal da publicidade generalizada via fax.
� Impunidade ? - Uma comunicação onde não se vê e não se ouve parece propícia a usos menos ... próprios.
Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
BibliografiaBibliografiaBibliografia
� FAX - Digital Facsimile Technology & Applications, K.McConnel, D.Bodson, R.Schaphorst, Artech House, 1992