Área Científica de Telecomunicações

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1 Ocupação Científica de Jovens nas Férias a 20 de Julho Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores Instituto Superior Técnico Área Científica de Telecomunicações

2 Área Científica de Telecomunicações O Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC) do Instituto Superior Técnico (IST) está organizado em 5 áreas científicas (Computadores; Electrónica; Energia; Sistemas, Decisão e Controlo; Telecomunicações). A Área Científica de Telecomunicações (ACT) é responsável pelo ensino das disciplinas desta área no âmbito de cursos de licenciatura, de mestrado e de doutoramento do IST. Tal como noutras áreas do DEEC, o ensino é enriquecido pelo envolvimento dos docentes e dos alunos da ACT em actividades de investigação e desenvolvimento (I&D) em centros e institutos de investigação do IST. Deste modo as matérias ensinadas estão a par com o topo do conhecimento em cada tema. Destaca-se, naturalmente, o Instituto de Telecomunicações ( no suporte da I&D nesta área. As telecomunicações englobam muitas actividades, muitas delas com grande actualidade e enorme importância e impacto no dia a dia de todos nós. Pela sua actualidade, destacam-se entre outros os temas seguintes: Comunicações móveis; Comunicações via-satélite; Radiodifusão e Televisão; Internet; Processamento de imagem; Processamento de sinais de áudio e de vídeo. Para exemplificar as actividades de ensino, e de investigação e desenvolvimento da ACT vão visitar durante esta manhã dois dos seus laboratórios: Laboratório de Radiofrequênca; Laboratório de Imagem. No Laboratório de Radiofrequência irão assistir e participar em experiências básicas envolvendo a propagação e a radiação de ondas de rádio. Vão tomar contacto com os elementos básicos de um sistema de comunicações via rádio e, em particular, vão ter oportunidade de perceber através de experiências simples o papel que as antenas desempenham nesses sistemas. No Laboratório de Imagem irão assistir a várias experiências no domínio do processamento e consumo de informação multimédia, nomeadamente codificação, filtragem, sumarização e adaptação de imagens ou vídeo.

3 Laboratório de Radiofrequência 1. Objectivos do Laboratório de Radiofrequência O Laboratório de Radiofrequência (RF) tem como objectivo prestar apoio experimental à realização de trabalhos de investigação e desenvolvimento nas áreas da propagação e radiação de ondas electromagnéticas e da electrónica de RF e microondas. Dispõe, para o efeito, de equipamento laboratorial para teste de circuitos e antenas. Trata-se de equipamento avançado que é utilizado pelos investigadores do IT e pelos alunos do IST que fazem no IT as suas teses (de licenciatura, de mestrado e de doutoramento). Na maioria dos casos, o trabalho desenvolvido insere-se em projectos em ligação com Empresas ou com instituições internacionais como a Agência Espacial Europeia. 2. Experiências Básicas de Propagação e Radiação de Ondas Electromagnéticas 2.1 Descrição da Experiência No espaço limitado do laboratório vai estabelecer-se uma ligação rádio entre um emissor e um receptor para transmitir um sinal de áudio, tal como numa vulgar transmissão de rádio. A diferença é que a experiência é feita com dispositivos elementares que permitem que os alunos se apercebam de um conjunto de propriedades e conceitos associados às ondas de rádio que passam completamente despercebidos no dia-a-dia. Um sinal de áudio (tema do musical O Fantasma da Ópera) de baixa frequência ( 200 Hz a 15 khz) modula em amplitude um sinal de alta-frequência (900 MHz a 10 GHz), ou seja a amplitude do sinal de alta-frequência é directamente proporcional à amplitude do sinal de baixa frequência. Vão ser utilizados vários tipos de antenas (cornetas, dipolos, hélices, antenas impressas, etc.) para emitir e receber as ondas electromagnéticas. Vão ser feitas algumas experiências básicas que ilustram a transmissão, a reflexão e a atenuação das ondas electromagnéticas que se propagam entre as antenas emissora e receptora. Ilustram-se também alguns conceitos básicos das antenas, nomeadamente, diagrama de radiação, ganho e polarização.

4 É necessário referir que uma antena normalmente só radia/recebe eficazmente quando as suas dimensões são comparáveis ao comprimento de onda utilizado. Esta é uma das principal razões para se modular o sinal de alta-frequência. De facto a um sinal de alta-frequência corresponde um comprimento de onda pequeno e a possibilidade de utilizar antenas de dimensões praticáveis. 2.2 Conceitos Fundamentais A compreensão de alguns dos fenómenos que vão ser ilustrados nas experiências que vão ser feitas, faz apelo ao conhecimento de alguns conceitos fundamentais. Alguns desses conceitos já foram encontrados no Ensino Secundário, e nesse caso basta recordá-los, mas há outros que são novos, e que vão ser introduzidos de forma qualitativa. Campo eléctrico (magnético) é uma grandeza vectorial que é definida em qualquer ponto do espaço e em cada instante, que (para excitações variáveis no tempo) se propaga sob a forma de uma onda (onda electromagnética) e que transporta energia no vácuo (ar). Permite transmitir informação a grandes distâncias sem a necessidade de existência de qualquer suporte material. Indica-se a seguir um exemplo da representação matemática de um campo eléctrico de uma onda plana (amplitudes E 1 segundo X e E 2 segundo Y, frequência 300 MHz e comprimento de onda 1 m) π ( 310 t z) e x E2 sen 2π ( 310 t e y E E cos z) 1 Frequência de uma onda é o inverso do período temporal. Mede o número de vezes que a onda se repete num segundo. A sua unidade é o Hertz (Hz) Comprimento de onda é o período espacial da onda, ou seja, é a distância que a onda percorre até voltar a ter as mesmas características.

5 O comprimento de onda (λ) e a frequência (f) de uma onda electromagnética no vácuo (ar) estão relacionados entre si pela velocidade da onda nesse meio (C=3x10 8 m/s) através da expressão λf C Se se exprimir a frequência em MHz (10 6 Hz) e o comprimento de onda em m a relação é 300 λ f A relação mantém-se se se exprimir a frequência em GHz (10 9 comprimento de onda em mm. Hz) e o Diagrama de Radiação é uma função tridimensional que define a forma como uma antena distribui espacialmente a potência emitida. Uma antena que concentra grande parte da potência emitida numa região do espaço terá directividade elevada. Em contrapartida uma antena isotrópica (radia igualmente em toda as direcções) tem directividade unitária. Dada a dificuldade em representar e interpretar figuras tridimensionais, o diagrama de radiação é frequentemente representado em planos escolhidos adequadamente. Segue-se um exemplo de dois cortes de um diagrama de radiação em planos principais (representação em coordenadas polares). Rendimento de uma antena é o quociente da potência emitida pela potência de alimentação da antena. Ganho é uma função tridimensional que quantifica a densidade de potência em cada direcção do espaço em relação a uma antena de referência alimentada com a mesma potência. O ganho obtém-se multiplicando a directividade pelo rendimento da antena. Polarização de uma antena define a orientação vectorial do campo electromagnético emitido pela antena. Por exemplo, numa antena com polarização linear o campo electromagnético oscila sempre na mesma direcção.

6 Grupo de Imagem Objectivos Os objectivos do Grupo de Imagem do Instituto de Telecomunicações no Instituto Superior Técnico são o desenvolvimento de tecnologias multimédia, especialmente nas áreas da análise, modelação, processamento, manipulação, representação, codificação, descrição e adaptação de informação visual. Codificação Digital de Vídeo A digitalização de sinais de áudio e vídeo baseada no famoso Teorema da Amostragem ou Teorema de Nyquist dá origem a um elevadíssimo número de bits para a representação de sinais digitais de imagem, áudio e vídeo. Para reduzir este número para valores aceitáveis em termos de transmissão e armazenamento, é necessário comprimir os sinais digitais ou seja reduzir o número de bits necessários para a sua representação, essencialmente sem perdas significativas de qualidades. Para isso, foram desenvolvidos, neste projecto, os designados codificadores de vídeo que eliminam a redundância, ou seja exploram as parecenças existentes entre as amostras do sinal, e a irrelevância, ou seja removem toda a informação que o sistema visual humano não consegue processar. Figura 1 Vectores de movimento essenciais para a codificação eficiente de vídeo Filtragem de Imagens O aumento exponencial da quantidade de contéudos digitais audiovisuais disponíveis devido à sua facilidade de aquisição, nomeadamente imagens, tem vindo a justificar a necessidade de desenvolver métodos eficientes para a sua gestão, designadamente a sua procura e filtragem. Esta gestão já não pode ser feita exclusivamente com base nas designadas palavras chave (já que isso exige muito trabalho e funciona para uma única língua) mas exige um diálogo mais natural com os conteúdos audiovisuais, nomeadamente através das suas características básicas como a cor, textura, movimento, timbre, melodia, etc. Este projecto visou a desenvolvimento de uma aplicação permitindo a procura eficiente de imagens através de esboços com cor. Figura 2 Procura de imagens baseada em esboços com cor Criação Automática de Sumários Perante a crescente quantidade de conteúdos audiovisuais disponível, torna-se necessário automatizar, tanto quanto possível, o processo de criação de sumários da informação, de modo a que se possa consumir de forma eficiente aquilo que se pretende. Define-se sumarização automática de vídeo como a escolha e representação automáticas de uma sequência de imagens fixas ou de vídeo (com ou sem conteúdo de áudio), que possibilitem a apresentação desse conteúdo de forma a que, ao utilizador, seja rapidamente oferecida informação concisa e relevante sobre o mesmo.

7 Tal escolha e representação poderão ser efectuadas segundo critérios definidos pelo utilizador, de forma a eliminar a informação que este considere irrelevante ou realizadas de modo a satisfazer as preferências de um grupo de utilizadores. Neste projecto desenvolveu-se um sistema que permite criar automaticamente sumários de vídeo, com a duração indicada pelo utente, utilizando critérios de filtragem como a cor, movimento, posição, etc. Figura 3 Sumários baseados na cor Transformando Imagens em Vídeo A heterogeneidade de redes, terminais e utilizadores é cada vez maior. Ao mesmo tempo, a disponibilidade e acesso a conteúdos multimédia está a crescer, o que tem vindo a aumentar a relevância das ferramentas de adaptação de conteúdos multimédia para disponibilizar diferentes apresentações do mesmo conteúdo, ajustadas às diferentes condições do seu consumo. Hoje em dia, as pessoas partilham alguns dos seus momentos mais importantes através de conteúdos visuais, tais como fotografias, as quais podem ser capturadas por dispositivos móveis em qualquer lugar, em qualquer momento. Ainda que os avanços tecnológicos ultrapassem algumas destas limitações, a dimensão do ecrã continuará a ser uma grande limitação em dispositivos como telemóveis e PDAs. Neste projecto desenvolveu-se um sistema de adaptação (designado Image2Video) cujo objectivo é maximizar a experiência perceptiva do utilizador quando visualiza uma imagem num terminal com um ecrã pequeno. O vídeo assim criado tem como intuito providenciar uma melhor experiência final, comparativamente às experiências alternativas de down-sampling e navegação manual. Écrã com tamanho limitado Utente com preferências Mecanismo de Adaptação Imagem original Sequência de vídeo Figura 4 - Transformando imagens em vídeo Quem Somos Nós... Onde Estamos... Image Group Instituto de Telecomunicações Instituto Superior Técnico Av. Rovisco Pais, Lisboa, PORTUGAL