Grabación digital

Enrique Alexandre (@e_alexandre)

Grabación en cinta

Problemática

• Las grabadoras analógicas pueden grabar hasta unos 35kHz como mucho.

• Para grabar el audio en formato digital se necesita llegar hasta los MHz.

• Las señales digitales admiten niveles de distorsión mucho más elevados que las analógicas

• Primera aproximación: utilizar los grabadores de vídeo (VTR)

Grabadores de vídeo (VTR)

• Utilizan un cabezal rotatorio (VCR)

• Se consigue una velocidad relativa cinta-cabezal muy alta mediante un cabezal rotatorio. Así se pueden utilizar velocidades de arrastre de la cinta más bajas.

• Es el sistema de los grabadores de video, y soporta sobradamente el ancho de banda requerido para grabar audio digital

Grabadoras de audio digital (R-DAT)

• Estándar internacional de 1986

• La información se almacena utilizando codificación PCM con frecuencias de muestreo de 32, 44.1 ó 48 kHz.

• Utiliza un cabezal rotatorio y una cinta de 1/8 de pulgada

• Almacena 2 horas de audio en 60 metros de cinta.

Grabadoras DASH (Digital Audio Stationary Head)

• Se usa en equipos profesionales de hasta 48 pistas con cintas de 1/4 o 1/2 pulgadas

• 3 velocidades de cinta:

!!!!

• Se necesitan 1, 2 ó 4 pistas para grabar un canal de audio respectivamente.

Frecuencia de muestreo

Velocidad de la cintaRápida Media Lenta

44.1 kHz 70.01 cm/s 35.00 cm/s 17.50 cm/s48 kHz 76.20 cm/s 38.10 cm/s 19.05 cm/s

Almacenamiento óptico

El CD: características físicas

• Diámetro del disco: 120 mm

• Grosor del disco: 1.2 mm

• Velocidad de escaneo: 1.2m/s (200rpm - 500rpm)

• Ancho de la pista: 1.6 μm

• Longitud de la pista: 5.38 km

Características

• Formato PCM, 44.1 kHz, 16 bits por muestra

• Ancho de banda: 20 kHz (±0.2 dB)

• Margen dinámico: 96 dB

• Además de la señal de audio, se graba mucha información auxiliar de corrección de errores, sincronismos, etc. La tasa binaria final se llega a multiplicar por 3

Almacenamiento de la información

• La información se almacena en las irregularidades de la superficie

• Cada salto (hacia arriba o hacia abajo) representa un ‘1’. Cualquier otra cosa es un ‘0’.

EtiquetaCapa de protección Capa reflectante

Substrato transparente

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1

Almacenamiento de la información

• La información se almacena en tramas, cada una con 192 muestras de audio.

• Las muestras de distintas tramas se barajan, para evitar la propagación de errores

• Además, se generan 8 símbolos de paridad de 8 bits, 4 en el medio de la trama y 4 al final.

• El sistema de corrección de errores está basado en un sistema Reed-Solomon.

• Finalmente, la información se modula siguiendo un esquema EFM (modulación 8 a 14)

Modulación 8 a 14

• Objetivo: Limitar la máxima y la mínima frecuencia de la señal almacenada en el CD.

• Procedimiento:

• Convertir cada palabra de 8 bits en una palabra de 14 bits

• La palabra de 14 bits se codifica con un salto por cada ‘1’

• Se garantiza que no habrá dos unos separados más de 10 muestras ni menos de 2.

11 1 10000

00000000 1 000 1 0

Compact Disc (CD)

192 bits

192 bits72 bits

198 bits 192 bits72 bits

198 bits 192 bits72 bits99 bits

198 bits 192 bits72 bits99 bits27 bits

Reed-Solomon

Modulación 8-14

Merging bits

Sincronismo

588 bits

Limitaciones

• Máxima duración: 74 minutos (en principio)

• Mínima duración de una pista: 4 segundos

• Máximo número de pistas: 99

Compact Disc (CD)

DVD

• Formato de almacenamiento óptico de hasta 8.5 GB de capacidad por cara.

• Formatos de audio:

• PCM

• MPEG-1 Layer II (en reproductores PAL)

• Dolby Digital

• Formatos opcionales:

• DTS

• MPEG-1 Layer II (en reproductores NTSC)

Blu-ray

• Es un formato de almacenamiento óptico con una capacidad 6 veces superior a la del DVD

• Codificadores de audio soportados:

• Dolby Digital

• DTS

• PCM

• Codificadores opcionales:

• Dolby Digital Plus

• DTS-HD

• Dolby TrueHD

• DTS-HD Master Audio

Almacenamiento magneto-óptico

Problemática

• Materiales magnéticos:

• Facilidad para grabar y borrar datos.

• Problemas de longevidad y de densidad de grabación.

• Materiales ópticos:

• Alta longevidad y densidad de grabación.

• Las propiedades ópticas de los materiales no son siempre fáciles de modificar.

Funcionamiento

• Grabación:

• Un láser calienta el material magnético hasta la temperatura de Curie (alrededor de 150ºC). En ese momento basta con un campo magnético muy débil para grabar la información.

• Reproducción:

• La luz reflejada a partir de un material magnetizado sufre una ligera rotación en el plano de polarización.

• Borrado:

• Se aplica el láser para calentar el material y se aplica un campo magnético.

Discos duros

Discos duros

• Ventaja: son sistemas de acceso aleatorio (RAM) -> Se puede acceder a cualquier dato de forma muy rápida

• Dos opciones:

• Fijos: Suelen dar mejores prestaciones

• Móviles: Suelen tener menor densidad de almacenamiento

• La información se suele organizar en pistas y sectores

El problema de los retardos

El problema del retardo

• Parámetros interesantes:

• Latencia media <- Revoluciones por minuto

• Tamaño de la caché

• Tasa de transferencia

¿Cuánto ocupa el audio?

Muestreo (kHz) bits por muestra kbits/s Mbytes/min Mbytes/h

96 16 3072 12.0 1318

48 16 1536 11.0 660

44.1 16 1412 10.0 606

32 16 1024 7.4 440

Interconexión de dispositivos

• Interfaces digitales de audio

• Pensados especificamente para el audio

• Unidireccionales

• Punto a punto

• Redes de ordenadores

• Bidireccionales

• Multipunto

• No tienen por qué garantizar calidad de servicio para audio

AES/EBU (AES-3)

• Soporta dos canales de audio digital

• Distancias de hasta 100m

IEC 60958-3

• Históricamente ligada al SPDIF de Sony/Philips

• Muy similar al AES-3 pero con distintos conectores

• Utilizada para aplicaciones de consumo