Licenciatura em Engenharia de Sistemas e Informática



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Licenciatura em Engenharia de Sistemas e Informática

Sistemas Telemáticos

Ano Lectivo 2003/2004

Correcção Exame de Recurso Fevereiro

Apenas para referência dos alunos. Pode haver erros ou incorrecções


Nota: Responda à Parte A e B em Cadernos Diferentes
Parte A


  1. Um sinal é algumas vezes quantizado usando um quantizador não uniforme. O que é um quantizador não uniforme e porque é usado?

Por vezes o sinal original toma muitos valores muito próximos de zero por exemplo embora o seu intervalo de valores possa ser por exemplo -5 a +5. Nesse caso um quantificador não uniforme produz uma melhor qualidade. As amostras com valores mais perto de zero são quantizadas com melhor precisão que os valores próximos de +5 e –5.

  1. O que é o espaço de cores YCrCb? Porque é usado em certas aplicações em detrimento do RGB?

É o espaço de cores usado nas especificações CCIR601. Y é a componente de luminância e Cr e Cb os componentes de crominância. O espaço de cores YCrCb é bastante usado na compressão. Uma vez que os olhos humanos são menos sensíveis à cor que à luminância, os componentes de cor podem ser mais compactados sem afectar a qualidade visual. O espaço YCrCb separa as componentes de cor da limunância para facilitar a compressão.

  1. Uma fonte tem as seguintes probabilidades Pi de ocorrência de letras do seu alfabeto.

P1 = .3 P2 = .25 P3 = .20 P4 = .10 P5 = .05

P6 = .035 P7 = .03 P8 = .017 P9 = .01 P10 = .008

Qual é a entropia da fonte? Derive o código de Huffman para esta fonte. Se a fonte com o alfabeto acima descrito é codificada com 3 símbolos por segundo usando o código de Huffman, forneça um limite superior para o débito deste código.

H= -(0,3 log2 0,3 + 0,25 log2 0,25 + 0,2 log2 0,2+ 0,1 log2 0,1 + 0,05 log2 0,05+

0.035 log2 0.035+ 0,03 log 0,03 + 0,017 log2 0,017 + 0,01 log2 0,01+ 0,008 log2 0,008)

= 0.3*1.7369+ 0.25*2+ 0.2*2.3219+0.1*3.3219+ 0.05*4.3219+0.035*4.8365+0.03*5.0589+

+0.017*5.8783+0.01*6.6439+0.008*6.9658= 2.5768760 bits/simbolo


Símbolo

Probabilidade

1

0.3

2

0.25

3

0.2

4

0.1

5

0.05

6

0.035

7

0.03

8

0.017

9

0.01

10

0.008

Redução : ir formando novos símbolos agrupando símbolos de menor probabilidade.

10, 9 - 0.018 8,9,10 - 0.035 7,8,9, 10 - 0.065 5,6,7,8,9,10 – 0.15 4,5,6,7,9,9,10 – 025

5,6 -.085

3,4,5,6,7,8,9,10 – 0.45

1,2 - 0. 55

Atribuição de código por símbolos de maior probabilidade



  1. - 1,2 00 -1 01- 2

  2. – 3,4,5,6,7,8,9,10

10 - 4,5,6,7,8,9,10 100 – 5,6,7,8,9,10

1000 – 5,6

1001 – 7, 8,9, 10

10010 - 8,9,10

100100 -8

1001010 -9

1001011- 10

10011 – 7

101 - 4

11 - 3


1 -00 2 – 01 3 – 11 4-101 5 -10000 6- 10001 7- 10011 8 – 100100 9- 1001010 10 – 1001011

A média de bits por simbolo é (2*0.3+2*0.25+2*0.2+3*0.1+5*0.05+5*0.035+5*0.03+6*0.017+7*0.01+7*0.008) = 2,603 valor bastante próximo da entropia

Se tiver 3 símbolos/seg preciso de 9 bits/seg no máximo.



  1. Considere um sinal de vídeo não entrelaçado duma câmara, com N1=396 linhas por quadro e Np= 528 pixels por linha, 12 bits/pixel por cada canal de cor , com sub-amostragem de cor 4:2:2 e uma taxa de quadros de 30 Hz. Qual a taxa de bits deste sinal de vídeo?

Tamanho da imagem sem sub-amostragem= 396*528*36 bits

    • Quando não há sub-amostragem há 3N*12 de tamanho ( 12 bits de resolução em cada canal de cor)

    • Com sub-amostragem 4:2:2 teremos N amostras de Y, N/2 Cr e N/2 Cb. Isto conduz a N+N/2+N/2= 2N *12 bits

    • sub-amostragem 4:2:2 reduz 33%

Como se vai usar sub-amostragem 4:2:2 teremos como tamanho da imagem 396*528*24 bits.

30 quadros por segundo corresponde a 396*528*2*30*12 bits/segundo aproximadamente

151 Mbit/seg


  1. Qual a principal diferença entre a codificação de imagem e de vídeo? Porque é que é ineficiente aplicar um codificador de imagem (por exemplo JPEG) a cada quadro? (esta é a estratégia usada pelo Motion-JPEG).

No vídeo, os quadros sucessivos estão correlacionados (isto é pixéis correspondentes aos mesmos objectos têm valores de cor similares). Para explorar de forma eficiente essa correlação, tem que se aplicar métodos de predição e transformação no espaço temporal, para além da usada no interior do quadro. Se aplicamos o JPEG individualmente a cada quadro, essa correlação temporal é totalmente ignorada e aumenta o débito de bits necessário.

  1. Assuma que um Fornecedor de Serviços Internet (ISP) tem seguinte o bloco de endereços: 128.20.224.0/19. Tem duas redes de clientes com tamanho de 2000 nós cada, três redes de cliente com tamanho de 1000 nós cada. Assuma que o ISP aloca sequencialmente a partir do início do espaço de endereços, qual é o prefixo da alocação para esses clientes? Se as redes dos restantes clientes têm um tamanho de 250 nós cada, quantos clientes adicionais podem ser alocados?

Duas redes de tamanho 2000: 128.20.224.0/21, 128.20.232.0/21

3 redes de tamanho 1000: 128.20.240.0/22, 128.20.244.0/22, 128.20.248.0/22

Espaço de endereços restante: 128.20.252.0/22 10 disponíveis, portanto quatro redes de 250 nós.


  1. Considere uma fonte F cujo percurso para o destino D é F-E-D onde E é um encaminhador. O ritmo de chegada de F ao encaminhador E é especificado por um balde com créditos (token bucket) de (b=500Kb; r=20 Kbps; R=200 Kbps). Suponha que a fonte requer um atraso de pelo menos 10 ms. Assuma também que o encaminhador garante um débito fixo para cada fluxo (curva de serviço linear). Sugestão: R é a taxa usada para o envio de pacotes. r é o ritmo por segundo usado para gerar créditos até um máximo de b.

    1. Qual é o mínimo débito que o encaminhador deve alocar para se adaptar ao requisito de atraso?

Max atraso = b*R / (R-r) *( 1/ra – 1/R)

Colocando o atraso a 10 ms obtemos ra= 43.45 Kbps que é o débito mínimo para satisfazer os requisitos de atraso

O requisito em termos de buffer é definido como b / (R-r) * (R-ra) . Para esta velocidade teremos o tamanho do buffer a 434.4 Kbytes.


    1. Suponha que na alínea anterior o encaminhador está restrito a apenas 300 Kb de espaço em buffer para este fluxo. Qual é o débito mínimo que o encaminhador deve escolher para satisfazer às restrições de atraso e buffer de armazenamento?

Colocando o buffer a 300Kbytes teremos a velocidade a 92 Kbps.

  1. Que diferenças existem entre controlo de fluxo e controlo de congestão? Em que contextos devem ser usados? Apresente exemplos dos dois tipos de algoritmos.

O controlo de fluxo é uma preocupação do nível de ligação e do nível de transporte (fim-a-fim) enquanto o controlo de congestão é uma preocupação do nível de rede. O RED é um algoritmo usado nos encaminhadores para controlo de congestão. O algoritmo de janela deslizante é usado no nível de transporte e no de ligação para controlo de fluxo.

  1. Descreva sucintamente as diferenças entre um encaminhador sem e com QoS. Apresente as funcionalidades existentes nos módulos adicionais do encaminhador com QoS.

Um encaminhador com QoS é mais complexo e precisa de disponibilizar maior número de funcionalidades.
Existem módulos de marcação (associar pacote a determinado fluxo ou classe) e policiamento de pacotes (distinguir entre tráfego de acordo com o contrato ou fora de banda) e de reserva de recursos. Também existem mecanismos de gestão activa de filas (escalonamento na saída e controlo de congestão - descarte de pacotes), já que podem existir múltiplas filas de espera e é dado um tratamento diferenciado aos pacotes de acordo com os requisitos da aplicação respectiva.

PARTE B
1. Observe com atenção a seguinte figura. Sabendo que existem dois fluxos, representados pelos rectângulos claros e pelos rectângulos escuros, e uma mensagem de controlo entre o nó 5 e o nó 9, responda às seguintes questões.




a) Diga que tipo de mensagem está a ser enviada pelo nó 9 e descreva o que irá acontecer como consequência dessa mensagem.

b) Quantas árvores de distribuição multicast se podem identificar na figura e como são representadas nas tabelas de encaminhamento dos nós ?

c) Identifique quais são as fontes activas e diga se pertencem ou não ao grupo. Justifique.

d) Que protocolo é usado neste cenário ? Justifique. Conhece algum protocolo mais eficiente ? Justifique.


2. Observe com atenção a seguinte figura. Sabendo que existem três fluxos CBR (Constant Bit Rate):

1) do nó 0 para o nó 5 (2Mbps); 2) do nó 1 para o nó 3 (2Mbps); 3) do nó 2 para o nó 4 (2Mbps);



e que cada pacote tem 1000 bits, responda às seguintes questões.

a) Que fluxo(s) apresenta(m) perdas e qual o nº de pacotes perdidos durante 10 segundos sabendo que nos routers fronteira é usada uma disciplína de fila de espera do tipo DropTail ? Justifique.

b) De que forma é possível distribuir as perdas por todos os fluxos, com valores semelhantes, usando apenas uma fila de espera ?

c) Que configurações (controlo de admissão, escalonamento e controlo de congestão) seriam necessárias fazer nos routers fronteira para que o fluxo 3 (do nó 2 para o nó 4) tenha um CIR (Committed Information Rate) de 2Mbps ?



Joaquim Macedo e Pedro Alípio.



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