AV2_Sistemas de TV

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Nota de Trabalho: ______________
Nota da Prova: ______________
Nota Final: ______________
Assinatura do Professor
CURSO: ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES
PROFESSOR: WANESSA TARÃO MENDES
DISCIPLINA: SISTEMAS DE TV
TURMA: 	 SALA:	 DATA: 14/05/2020
ALUNO (A): 
	 
AV2
OBSERVAÇÕES: 
Esta prova valerá 10 pontos 
Leia com atenção as questões antes de responder. As questões devem ser respondidas somente à caneta azul ou preta, na folha de respostas.
Será observada uma tolerância máxima de 30 minutos para a entrada dos alunos após o início da prova. Nesse período, nenhum aluno poderá deixar a sala. Terminada a prova, o aluno deverá entregar ao professor a folha de questões e a folha de respostas, devidamente identificadas. 
É proibido o uso de equipamentos eletrônicos portáteis e consulta a materiais de qualquer natureza durante a realização da prova. Todos os cálculos somente poderão ser efetuados à mão ou utilizando calculadora científica. É vedado o uso de smartphones, tablets ou demais dispositivos que contenham aplicativos de cálculo.
Questões objetivas e discursivas que envolvam cálculo devem possuir a memória de cálculo completa na folha de respostas.
Boa prova.
1. À primeira vista, a estrutura básica do olho é semelhante a um instrumento óptico simples, como acontece em uma câmara fotográfica. Fibras nervosas levariam então a imagem ao cérebro através de impulsos elétricos. A percepção visual é na verdade um processo de reconstrução da realidade exterior, realizado pelo córtex cerebral, a partir de informações fragmentadas captadas pelos olhos. O estudo deste processo de percepção deve então considerar, em primeiro lugar, as características e limitações do olho, na qualidade de um sensor óptico peculiar. Explique o funcionamento do olho humano, citando a função dos seus principais elementos.
A córnea e o cristalino formam um conjunto de lentes que projetam sobre a retina uma imagem real dos objetos visualizados. 
Os músculos ciliares ajustam a distância focal equivalente, através da deformação do cristalino. A íris serve de diafragma, ajustando a quantidade de luz que entra pela abertura da pupila. Além disso, ao reduzir a abertura, diminui as aberrações de esfericidade e aumenta a nitidez da imagem. 
O humor vítreo é uma solução aquosa de proteínas, que, além de prover nutrientes para o cristalino, atua como um filtro protetor, absorvendo a luz ultravioleta e infravermelha.
 Os olhos são mantidos em constante movimento por meio de um conjunto de músculos. Algumas funções destes movimentos são convergência binocular, exploração do campo visual, acompanhamento de objetos em movimento e transformação de variações espaciais em variações temporais. O cérebro reconstrói a imagem observada a partir dessas informações, cancelando nesse processo todas as irregularidades estáticas do campo visual ocular, como por exemplo, o Ponto Cego e as sombras projetadas pelos nervos e vasos sanguíneos na retina.
2. Explique o funcionamento da correção gama aplicada a partir de um TRC. 
Em um sistema de TV é interessante transmitir a informação na forma de um sinal que seja proporcional ao brilho aparente, e não à luminância real, para que o efeito de um eventual ruído aditivo seja percebido como uma degradação uniforme para todos os níveis de luminosidade. Por outro lado, os receptores de TV foram desenvolvidos originalmente a partir da utilização do Tubo de Raios Catódicos (TRC, ou cinescópio) como elemento de reprodução de imagens. Neste dispositivo, há uma a relação não-linear entre a tensão de controle e a luminosidade resultante na tela. Considerando essa característica quase complementar, adotou-se então uma correção da forma onde V = kBo, onde V é o sinal a ser transmitido e B0 é o sinal de entrada, proporcional à luminância da imagem (como fornecido por uma câmara). 
Esta conversão (denominada Correção Gama) compensa aproximadamente a não-linearidade conjunta do cinescópio e da percepção visual, fazendo com que o sinal transmitido seja praticamente proporcional à sensação subjetiva de luminosidade. Isto garante no receptor uma sensação de brilho B aproximadamente igual ao brilho B0 da imagem original.
3. Uma determinada cor pode ser descrita por três aspectos subjetivos (sensoriais), que correspondem a características objetivas (psicofísicas). Explique as características da visão colorida. 
 A retina possui grupos de células receptoras (cones) que são sensíveis em 3 regiões distintas de comprimentos de onda. A percepção visual correspondente à sensação de cor depende da relação entre os estímulos recebidos dentro dessas 3 regiões. 
Um modelo proposto para esta percepção é denominado modelo das Oponentes para visão fotópica. Segundo este modelo, dois espectros luminosos diferentes, que gerassem os mesmos valores dos estímulos R, G e B, seriam percebidos como cores idênticas. Este modelo explica ainda as características diferenciadas de vários aspectos da percepção visual, como, por exemplo, as diferentes resoluções espaciais para estímulos de luminância e tonalidade de cor, além das características de certas deficiências visuais relacionadas, como a protanopia (perda de distinção entre verde e vermelho) ou a tritanopia (entre azul e amarelo), que são variantes do Daltonismo.
4. Basicamente, a televisão reproduz imagens estáticas. Porém, a sequência destas imagens, em rápida sucessão, nos dá a sensação de movimento. Cada uma das imagens, ou quadro, é formada por pequenas áreas de luz ou de sombra. Cada pequena área clara ou escura é um elemento de imagem, abreviadamente pixel. Explique o que é varredura.
Em televisão, a imagem é dividida em linhas que são exploradas em movimentos da esquerda para a direita e de
cima para baixo, formando linhas horizontais. Este processo de exploração é denominado de varredura. A varredura faz com que o processo de reprodução de uma imagem de televisão seja diferente do utilizado na fotografia. Nesta, a figura completa é reproduzida de uma só vez. Na televisão, a imagem é reconstituída linha após linha, quadro após quadro. A imagem é varrida da mesma forma como é feita a leitura de um texto ao se percorrer todas as palavras de cada linha, e todas as linhas de uma página.
5. Calcule o tempo de uma linha e de um campo considerando a frequência da rede elétrica brasileira.
A frequência de varredura vertical é a frequência de campo fV = 60Hz
Quadro contém 525 linhas
são apresentados 30 Quadros / Segundo
fQ = 30Hz
1 Quadro = 525 linhas ocorre cintilamento
A solução é dividir o quadro em dois campos:
campo ímpar → 262,5 linhas
campo par → 262,5 linhas 
fC = 60Hz
1 campo possui 262,5 linhas
são mostrados 60 campos / segundo
logo: 60 x 262,5 = 15.750 linhas / segundo
 A frequência de varredura horizontal é fH = 15.750 Hz
 tempo de uma linha = tH = 1 / fH = 1 / 15.750 Hz → TH = 63,5 µs
tempo de um campo = tV = 1 / fV = 1 / 60 Hz → TV = 16,67 ms
6. A varredura deve estar perfeitamente sincronizada para que as informações sejam reconstituídas nas posições corretas. Para manter as transmissões e recepções sincronizadas, sinais especiais são transmitidos juntamente com as informações de vídeo. Acontece um pouco de sincronismo horizontal ao final de cada linha e marca o início do retraço horizontal. O sincronismo vertical ocorre no final de cada campo e marca o início do retraço vertical. Calcule o tempo de traço e retraço horizontal e vertical, considerando que a frequência do pulso de sincronismo horizontal 15750 Hz e do pulso de sincronismo vertical 60 Hz.
TV = tempo vertical
TTV = tempo de traço vertical
TRV = tempo de retraço vertical
TTV = TTV + TRV ;
onde: TV = 16,67ms
TRV = 8% . TV = 0,08 x 16,67 ms → TRV = 1,33 ms
TTV = TV − TRV = 16,67 ms − 1,33 ms → TTV = 15,34 ms
TH = tempo horizontal
TTH = tempo de traço horizontal
TRH = tempo de retraço horizontal
TH = TTH + TRH
TRH = 16% * TH = 0,16 x 63,5 µs
TTH = TH − TRH = 63,5 µs − 10,2µs
TH = 63,5 
TRH = 10,2 µs
TTH = 53,3 µs
7. Sobre o processo de varredura e colorimetria,analise as afirmações abaixo e corrija os os erros presentes. Justifique sua resposta.
I. A varredura entrelaçada é uma técnica de apresentação de imagens mais moderna, onde é apresentado apenas um campo, ou seja, as linhas não são divididas em pares e ímpares. A freqüência de varredura é de 60 Hz. Esta técnica faz uso de circuitos mais complexos (progressive scan) que melhoram a qualidade das imagens.
II. Se o ajuste na imagem não depender do brilho, os estímulos a serem normalizados são relacionados à coordenadas r e g de uma cor, ou seja, à tonalidade e luminância, componentes básicos da Cromaticidade de uma cor.
I. A varredura entrelaçada é uma técnica de apresentação de imagens mais antiga, onde são apresentados dois campos sucessivos, o primeiro com as linhas pares e o segundo com as linhas ímpares, para compor um quadro do sinal de vídeo recebido. Desta forma, a freqüência de varredura da tela cai para 30 Hz por campo (par e ímpar). A freqüência do quadro (dois campos) é de 60 Hz. 
A técnica apresentada na afirmação é a varredura progressiva.
II. Caso estejamos interessados apenas na Cromaticidade de uma cor, ou seja, apenas nos atributos de Tonalidade e Saturação, independentemente do Brilho, podemos normalizar os valores obtidos em relação à soma total dos estímulos. 
A luminância está relacionada ao brilho.
8. No percurso entre a geração e a recepção, os sinais de vídeo podem sofrer degradações que afetam a qualidade da imagem de formas características. Cite e explique pelo menos duas delas.
Ruído aditivo: apresenta-se como granulação dinâmica na imagem (“chuvisco”) ou como pontos ou traços aleatórios (ruído impulsivo); 
Interferências: apresentam-se como padrões de linhas diagonais ou horizontais, em movimento; 
Limitação de banda passante: causa perda de detalhes e atenuação excessiva do sinal de crominância; 
Distorções de fase: deformam os transientes, provocando bordas múltiplas em objetos de alto contraste (oscilações amortecidas); podem ainda provocar deslocamento da crominância em relação à luminância (atraso de croma); 
Não-linearidade: provoca compressão de escala de cinza e perda de saturação de cor nos extremos de luminância; pode ainda provocar alterações de tonalidade de cor devido ao efeito de distorção dinâmica de fase (erro de fase diferencial); 
Multi-percurso: provoca superposição de imagens secundárias (“fantasmas”). 
9. Há 3 critérios importantes que influenciam a escolha da taxa de amostragem temporal, e que devem ser considerados na padronização de um sistema de televisão. 
Cite e explique cada um deles.
Remanência da visão: a ilusão de movimento contínuo é obtida quando temos sequências sucessivas com mais do que 15 a 20 quadros por segundo (O cinema usava inicialmente 12 a 16 fotogramas por segundo; atualmente usa 24). Abaixo dessa taxa, a visão percebe as imagens individualmente; 
Cintilação: a frequência acima da qual nossa visão deixa de perceber cintilação na imagem depende de vários fatores, entre os quais a luminosidade e a extensão visual do objeto luminoso. A tabela 2.1, por exemplo, mostra a relação entre a luminância da tela de um monitor de vídeo e as correspondentes frequências críticas de cintilação, válidas para 95% da população (ISO/TC159/1987), referentes a campos de visão de 10 e 70 graus. No caso da projeção de cinema, operando em baixos níveis de luminância, 48 imagens por segundo são suficientes, e são obtidas por dupla exposição de cada fotograma. A luminância típica de uma tela de televisão exige pelo menos 50 a 60 Hz. 
Batimentos e interferências com a rede de distribuição de energia elétrica: seja na iluminação do estúdio ou nos circuitos do receptor de TV, interferências com a frequência da rede elétrica causariam flutuações de luminosidade ou padrões não estacionários na imagem, caso a frequência de amostragem temporal seja diferente da ciclagem da rede elétrica. 
10. Alguns dos fatores que caracterizam a qualidade de uma imagem são o brilho, contraste e nitidez. Analise as afirmações a seguir e aponte os erros, caso haja. Justifique sua resposta.
I. Um critério objetivo para definirmos o contraste um processo de reprodução de imagens é dado pela curva de resposta em frequência espectral do sistema, que recebe o nome de Função de Transferência de Modulação.
II. Quando o brilho das barras possui forma de onda retangular, a curva de resposta obtida é a resposta em frequência. 
III. A resposta da câmara é proporcional à luminância média dentro dessa abertura. Enquanto a largura das barras da imagem for maior que o diâmetro da abertura equivalente, o sinal gerado pela câmara preservará o brilho total da imagem. À medida que as barras tornam-se mais estreitas, a resposta diminui em amplitude. Quando a nitidez reproduzida atingir a amplitude do nível de ruído da imagem, tornando-se imperceptível, dizemos que foi alcançada a resolução limite do sistema.
I. Um critério objetivo para definirmos a nitidez de um processo de reprodução de imagens é dado pela curva de resposta em frequência espacial do sistema, que recebe o nome de "resposta de abertura" ou Função de Transferência de Modulação (MTF).
II. Quando a luminância das barras possui forma de onda retangular, a curva de resposta obtida é denominada função de transferência de contraste (CTF).
III. A resposta da câmara é proporcional à luminância média dentro dessa abertura. Enquanto a largura das barras da imagem for maior que o diâmetro da abertura equivalente, o sinal gerado pela câmara preservará o contraste total da imagem. À medida que as barras tornam-se mais estreitas, a resposta diminui em amplitude. Quando o contraste reproduzido atingir a amplitude do nível de ruído da imagem, tornando-se imperceptível, dizemos que foi alcançada a resolução limite do sistema.
11. A curva abaixo mostra a função de transferência de modulação de uma imagem genérica. Explique o funcionamento.
Podemos notar que a resposta de abertura equivale a uma convolução da imagem original por uma resposta ao impulso bidimensional, correspondente à abertura equivalente do sistema. No domínio das frequências espaciais, isso é equivalente a dizer que o espectro da imagem resultante é o produto do espectro (bidimensional) da imagem original pela resposta em frequência espacial do sistema, que é dada pela própria MTF. 
A MTF total de uma associação série de dois ou mais elementos (por exemplo: lente + câmara + canal de comunicação + monitor + visão humana) é o produto das MTF individuais de cada elemento. 
Usualmente, a curva de resposta em frequência é dada em função do número de linhas (brancas + pretas) que cabem na dimensão vertical da imagem. Cada 2 linhas (1 preta e 1 branca) correspondem a um ciclo de frequência espacial. 
Na definição dos parâmetros de um sistema de televisão, é importante dimensionarmos a MTF global de modo que a nitidez da imagem final seja compatível com a percepção de detalhes proporcionada pela acuidade da visão humana
12. Um sistema de TV a cores contém os elementos apresentados no diagrama de blocos simplificado na figura. Descreva o funcionamento desse sistema.
Em certos tipos de câmeras, a imagem original é focalizada por uma lente e dividida em 3 feixes através de um prisma semi-reflexivo ou de espelhos dicróicos (que refletem determinadas faixas de comprimentos de onda e são transparentes para as faixas complementares). Cada um dos feixes passa por filtros corretores, cuja função é ajustar a resposta espectral de cada canal óptico, aproximando-a da correspondente curva ideal de sensibilidade. São então projetadas imagens em 3 sensores independentes, que geram, através de varredura, sinais elétricos proporcionais à luminância dos elementos da imagem, dentro de cada banda espectral.
Os sinais elétricos são amplificados e ajustados para equilibrar as sensibilidades dos sensores; a seguir são aplicados a uma matriz que permite corrigir a resposta espectral e sintetizar os lóbulos negativos.
Os sinais de luminância resultantes sofrem correção Gama, paracompensar a não-linearidade do cinescópio no receptor, produzindo as componentes.
R', G' e B'. O fator y no receptor pode ser igual a 2,2 (NTSC), 2,8 (PAL europeu), 2,22 (TV digital), embora na prática seja adotado frequentemente y= 2,5). 
Estes sinais são codificados de maneira adequada para serem transmitidos pelo canal de comunicação adotado. No receptor, os sinais R', G' e B' são decodificados, combinados por uma matriz ajustável (que permite controlar a saturação), sofrem regulagens de ganho e "offset" (contraste e brilho) e são aplicados ao dispositivo de visualização. No caso do cinescópio, a resposta não-linear deste (compensada pela correção Gama no transmissor) proporciona uma luminância reproduzida que corresponde à luminância da imagem original. 
Evidentemente, outros dispositivos de exibição de imagem que apresentem resposta linear (por exemplo, displays LED ou plasma) devem incorporar circuitos que realizem a correção gama inversa, mantendo a compatibilidade com o sinal transmitido. 
Nas descrições a seguir, os sinais R’, G’, B’, Y’, C’r, C’b etc. devem ser entendidos como sinais já corrigidos pelo fator y, embora sejam vulgarmente denominados de “Luminância”, “Crominância”.
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