Audio digital de disco compacto - Compact Disc Digital Audio

Audio digital de disco compacto
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Tipo de medio Disco óptico
Codificación 2 canales de audio LPCM , cada uno con valores de 16 bits firmados muestreados a 44100  Hz
Capacidad hasta 74-80 minutos (hasta 24 minutos para mini CD de 8 cm)
Leer  mecanismo Láser semiconductor (longitud de onda de 780 nm)
Estándar IEC 60908
Desarrollado  por Sony y Philips
Uso Almacenamiento de audio
Extendido  a DVD de audio
Liberado 1980

Disco compacto de audio digital ( CDDA o CD-DA ), también conocido como disco compacto de audio digital o simplemente como CD de audio , es el formato estándar para los discos compactos de audio. El estándar se define en el Libro Rojo , uno de una serie de Libros Arcoíris (llamados así por sus colores de encuadernación) que contienen las especificaciones técnicas para todos los formatos de CD .

El primer reproductor de CD de audio disponible comercialmente , el Sony CDP-101 , se lanzó en octubre de 1982 en Japón. El formato ganó aceptación mundial en 1983-84, vendiendo más de un millón de reproductores de CD en esos dos años, para reproducir 22,5 millones de discos.

A partir de la década de 2000, los CD fueron reemplazados cada vez más por otras formas de almacenamiento y distribución digital, con el resultado de que para 2010 la cantidad de CD de audio que se vendían en los EE. UU. Había caído aproximadamente un 50% desde su punto máximo; sin embargo, siguieron siendo uno de los principales métodos de distribución de la industria de la música . En la década de 2010, los ingresos de los servicios de música digital, como iTunes , Spotify y YouTube, coincidieron con los de las ventas en formato físico por primera vez. Según el informe de mitad de año de la RIAA de 2020, los ingresos por discos fonográficos superaron a los de los CD por primera vez desde la década de 1980.

Historia

El optophone, presentado por primera vez en 1931, fue uno de los primeros dispositivos que utilizaba luz para grabar y reproducir señales de sonido en una fotografía transparente . Más de treinta años después, al inventor estadounidense James T. Russell se le atribuye la invención del primer sistema para grabar video digital en una lámina óptica transparente que se ilumina desde atrás con una lámpara halógena de alta potencia, no con un láser. La solicitud de patente de Russell se presentó en 1966, y se le otorgó una patente en 1970. Después del litigio, Sony y Philips otorgaron la licencia de las patentes de Russell para la grabación, no la parte de reproducción (entonces en manos de una empresa canadiense, Optical Recording Corp.) en el Década de 1980. Es discutible si los conceptos, las patentes y los prototipos de Russell instigaron y en cierta medida influyeron en el diseño de los discos compactos.

El disco compacto es una evolución de la tecnología LaserDisc , donde se utiliza un rayo láser enfocado que permite la alta densidad de información requerida para señales de audio digital de alta calidad. A diferencia de la técnica anterior de Optophonie y James Russell, la información del disco se lee desde una capa reflectante utilizando un láser como fuente de luz a través de un sustrato protector. Los prototipos fueron desarrollados por Philips y Sony de forma independiente a finales de la década de 1970. Aunque originalmente fue descartado por la gerencia de Philips Research como una actividad trivial, el CD se convirtió en el foco principal de Philips mientras el formato LaserDisc luchaba. En 1979, Sony y Philips establecieron un grupo de trabajo conjunto de ingenieros para diseñar un nuevo disco de audio digital. Después de un año de experimentación y discusión, el estándar Red Book CD-DA se publicó en 1980. Después de su lanzamiento comercial en 1982, los discos compactos y sus reproductores fueron extremadamente populares. A pesar de costar hasta $ 1,000, se vendieron más de 400,000 reproductores de CD en los Estados Unidos entre 1983 y 1984. En 1988, las ventas de CD en los Estados Unidos superaron las de los LP de vinilo y en 1992 las ventas de CD superaron las de las cintas de casete de música pregrabadas. El éxito del disco compacto se ha atribuido a la cooperación entre Philips y Sony , que juntos acordaron y desarrollaron hardware compatible. El diseño unificado del disco compacto permitió a los consumidores comprar cualquier disco o reproductor de cualquier empresa y permitió que el CD dominara el mercado de la música en casa sin ningún desafío.

Prototipos de discos láser de audio digital

En 1974, Lou Ottens, director de la división de audio de Philips , inició un pequeño grupo para desarrollar un disco de audio óptico analógico con un diámetro de 20 cm (7,9 pulgadas) y una calidad de sonido superior a la del disco de vinilo. Sin embargo, debido al desempeño insatisfactorio del formato analógico, dos ingenieros de investigación de Philips recomendaron un formato digital en marzo de 1974. En 1977, Philips estableció un laboratorio con la misión de crear un disco de audio digital. El diámetro del disco compacto prototipo de Philips se fijó en 11,5 cm (4,5 pulgadas), la diagonal de un casete de audio.

Heitaro Nakajima , quien desarrolló una grabadora de audio digital temprana dentro de la organización nacional de radiodifusión pública de Japón NHK en 1970, se convirtió en gerente general del departamento de audio de Sony en 1971. Su equipo desarrolló una grabadora de cinta de audio con adaptador PCM digital utilizando una grabadora de video Betamax en 1973. Después de esto, en 1974 se dio el salto al almacenamiento de audio digital en un disco óptico. Sony demostró públicamente por primera vez un disco de audio digital óptico en septiembre de 1976. Un año después, en septiembre de 1977, Sony mostró a la prensa un disco de 30 cm (12 pulgadas) que podía reproducir una hora de audio digital (frecuencia de muestreo de 44,100 Hz y 16 bits resolución) utilizando modulación MFM . En septiembre de 1978, la compañía demostró un disco de audio digital óptico con un tiempo de reproducción de 150 minutos, una frecuencia de muestreo de 44,056 Hz, una resolución lineal de 16 bits y un código de corrección de errores entrelazado cruzado , especificaciones similares a las que se establecieron más tarde para el compacto estándar. formato de disco en 1980. Los detalles técnicos del disco de audio digital de Sony se presentaron durante la 62ª Convención AES , celebrada del 13 al 16 de marzo de 1979 en Bruselas . El documento técnico AES de Sony se publicó el 1 de marzo de 1979. Una semana más tarde, el 8 de marzo, Philips hizo una demostración pública de un prototipo de un disco de audio digital óptico en una conferencia de prensa llamada "Philips Introduce Compact Disc" en Eindhoven , Países Bajos. El ejecutivo de Sony, Norio Ohga , luego CEO y presidente de Sony, y Heitaro Nakajima estaban convencidos del potencial comercial del formato e impulsaron un mayor desarrollo a pesar del escepticismo generalizado.

Colaboración y estandarización

El inventor holandés e ingeniero jefe de Philips, Kees Schouhamer Immink, formó parte del equipo que produjo el disco compacto estándar en 1980.

En 1979, Sony y Philips establecieron un grupo de trabajo conjunto de ingenieros para diseñar un nuevo disco de audio digital. Dirigida por los ingenieros Kees Schouhamer Immink y Toshitada Doi , la investigación impulsó la tecnología de discos ópticos y láser . Después de un año de experimentación y discusión, el grupo de trabajo elaboró ​​el estándar Red Book CD-DA. Publicado por primera vez en 1980, el estándar fue adoptado formalmente por la IEC como estándar internacional en 1987, y varias enmiendas se convirtieron en parte del estándar en 1996.

Philips acuñó el término disco compacto en consonancia con otro producto de audio, el Compact Cassette , y contribuyó al proceso de fabricación general , basado en la tecnología de vídeo LaserDisc. Philips también contribuyó con modulación de ocho a catorce (EFM), mientras que Sony contribuyó con el método de corrección de errores , CIRC , que ofrece cierta resistencia a defectos como arañazos y huellas dactilares.

La historia del disco compacto , contada por un ex miembro del grupo de trabajo, brinda información general sobre las muchas decisiones técnicas que se tomaron, incluida la elección de la frecuencia de muestreo, el tiempo de reproducción y el diámetro del disco. El grupo de trabajo estaba formado por unas 6 personas, aunque según Philips, el disco compacto fue "inventado colectivamente por un gran grupo de personas que trabajaban en equipo".

Lanzamiento inicial y adopción

Philips estableció la planta de operaciones de prensado de Polydor en Langenhagen, cerca de Hannover , Alemania, y rápidamente superó una serie de hitos.

  • La primera prueba de presión era de una grabación de Richard Strauss 's Eine Alpensinfonie ( una sinfonía alpina ) desempeñado por la Filarmónica de Berlín y dirigido por Herbert von Karajan , que había sido reclutado como embajador para el formato en 1979.
  • La primera demostración pública fue en el programa de televisión de la BBC Tomorrow's World en 1981, cuando se escuchó el álbum Living Eyes (1981) de Bee Gees .
  • El primer disco compacto comercial se produjo el 17 de agosto de 1982, una grabación de 1979 de valses de Chopin de Claudio Arrau .
  • Los primeros 50 títulos fueron puestos en libertad en Japón el 1 de octubre de 1982, el primero de los cuales era un re-lanzamiento de la Joel Billy álbum de Calle 52 .
  • El primer CD reproducido en BBC Radio fue en octubre de 1982 en BBC Radio Scotland ( programa de Jimmy Mack , seguido por Ken Bruce y Eddie Mair todos de BBC Scotland), y el primer CD reproducido en la estación de radio independiente del Reino Unido poco después ( Radio Forth , Jay Crawford Show). El CD era el álbum de Dire Straits Love Over Gold .

El lanzamiento japonés fue seguido el 14 de marzo de 1983 por la introducción de reproductores de CD y discos en Europa y América del Norte (donde CBS Records lanzó dieciséis títulos). La creciente aceptación del CD en 1983 marca el comienzo de la popular revolución del audio digital. El nuevo disco de audio fue recibido con entusiasmo, especialmente en las comunidades de audiófilos y música clásica de adopción temprana , y su calidad de manejo recibió elogios especiales. A medida que el precio de los reproductores bajó gradualmente y con la introducción del Discman portátil, el CD comenzó a ganar popularidad en los mercados más grandes de la música popular y rock. Con el aumento de las ventas de CD, las ventas de cintas de casete pregrabadas comenzaron a disminuir a fines de la década de 1980; Las ventas de CD superaron las ventas de casetes a principios de la década de 1990.

El primer artista en vender un millón de copias en CD fue Dire Straits , con su álbum de 1985 Brothers in Arms . Uno de los primeros mercados de CD se dedicó a reeditar música popular cuyo potencial comercial ya estaba probado. El primer artista importante en convertir todo su catálogo en CD fue David Bowie , cuyos primeros catorce álbumes de estudio de (entonces) dieciséis fueron puestos a disposición por RCA Records en febrero de 1985, junto con cuatro álbumes de grandes éxitos; sus álbumes decimoquinto y decimosexto ya habían sido publicados en CD por EMI Records en 1983 y 1984, respectivamente. El 26 de febrero de 1987, los primeros cuatro álbumes británicos de los Beatles se lanzaron en mono en disco compacto. En 1988, se fabricaron 400 millones de CD en 50 plantas de prensado en todo el mundo.

Mayor desarrollo

Reproductor de CD portátil Sony Discman D-E307CK con DAC de 1 bit.

Los primeros reproductores de CD empleaban convertidores de digital a analógico (DAC) con ponderación binaria , que contenían componentes eléctricos individuales para cada bit del DAC. Incluso cuando se utilizan componentes de alta precisión, este enfoque es propenso a errores de decodificación, agravados por el "problema del cruce por cero". Otro problema fue el jitter, no una amplitud, sino un defecto relacionado con el tiempo. Enfrentados a la inestabilidad de los DAC, los fabricantes inicialmente optaron por aumentar la cantidad de bits en el DAC y utilizar varios DAC por canal de audio, promediando su salida. Esto aumentó el costo de los reproductores de CD, pero no resolvió el problema central.

Un avance a finales de la década de 1980 culminó con el desarrollo del DAC de "1 bit" , que convierte la señal de entrada digital de baja frecuencia de alta resolución en una señal de alta frecuencia de baja resolución que se asigna a voltajes y luego se suaviza con un filtro analógico. El uso temporal de una señal de menor resolución simplificó el diseño del circuito y mejoró la eficiencia, razón por la cual se convirtió en dominante en los reproductores de CD a partir de principios de la década de 1990. Philips utilizó una variación de esta técnica llamada modulación por densidad de pulso (PDM), mientras que Matsushita (ahora Panasonic ) eligió la modulación por ancho de pulso (PWM), publicándola como "MASH", que es un acrónimo derivado de su patentado Multi-stAge NoiSe -sHaping topología PWM.

El CD se planeó principalmente como el sucesor del disco de vinilo para reproducir música, más que como un medio de almacenamiento de datos. Sin embargo, los CD han crecido para abarcar otras aplicaciones. En 1983, tras la introducción del CD, Immink y Joseph Braat presentaron los primeros experimentos con discos compactos borrables durante la 73ª Convención de AES . En junio de 1985, se introdujeron el CD-ROM (memoria de sólo lectura) legible por computadora y, en 1990, el CD-Recordable . Los CD grabables se convirtieron en una alternativa a la cinta para grabar y distribuir música y podían duplicarse sin que se degradara la calidad del sonido. Otros formatos de video más nuevos, como DVD y Blu-ray, utilizan la misma geometría física que el CD, y la mayoría de los reproductores de DVD y Blu-ray son compatibles con versiones anteriores de CD de audio.

Las ventas de CD en los Estados Unidos alcanzaron su punto máximo en 2000. A principios de la década de 2000, el reproductor de CD había reemplazado en gran medida al reproductor de casetes de audio como equipo estándar en los automóviles nuevos, siendo 2010 el último año modelo para cualquier automóvil en los Estados Unidos que tuviera una fábrica. -reproductor de casetes equipado.

Disminución

Con el advenimiento y la popularidad de la distribución basada en Internet de archivos en formatos de audio comprimidos con pérdidas , como MP3 , las ventas de CD comenzaron a disminuir en la década de 2000. Por ejemplo, entre 2000 y 2008, a pesar del crecimiento general de las ventas de música y un año anómalo de aumento, las ventas de CD de las principales discográficas disminuyeron en general en un 20%, aunque las ventas de música independiente y de bricolaje pueden estar registrando mejores resultados según las cifras publicadas el 30 de marzo de 2009. y los CD siguen vendiéndose mucho. En 2012, los CD y DVD representaban solo el 34% de las ventas de música en los Estados Unidos. Para 2015, solo el 24% de la música en los Estados Unidos se compró en medios físicos, 2/3 de los cuales consistían en CD; sin embargo, en el mismo año en Japón, más del 80% de la música se compró en CD y otros formatos físicos. En 2018, las ventas de CD en EE. UU. Fueron de 52 millones de unidades, menos del 6% del volumen máximo de ventas en 2000. En el Reino Unido se vendieron 32 millones de unidades, casi 100 millones menos que en 2008.

La creciente popularidad de los medios de estado sólido y los servicios de streaming de música provocó la sustitución de los reproductores de CD de automóviles en favor de minijack entradas auxiliares, conexión por cable a los dispositivos USB y dispositivos inalámbricos Bluetooth conexión.

A pesar de la rápida disminución de las ventas año tras año, la omnipresencia de la tecnología se mantuvo durante un tiempo, y las empresas colocaron CD en farmacias, supermercados y tiendas de conveniencia de estaciones de servicio dirigidas a los compradores menos capaces de utilizar la distribución basada en Internet. Sin embargo, en 2018 Best Buy anunció planes para disminuir su enfoque en las ventas de CD, mientras continúa vendiendo discos, cuyas ventas están creciendo durante el renacimiento del vinilo .

Premios y reconocimientos

Sony y Philips recibieron elogios por el desarrollo del disco compacto de organizaciones profesionales. Estos premios incluyen

  • Premio Grammy Técnico para Sony y Philips, 1998.
  • Premio IEEE Milestone, 2009, solo para Philips con la cita: "El 8 de marzo de 1979, Gloeilampenfabrieken de NV Philips demostró para la prensa internacional un reproductor de audio de disco compacto. La demostración demostró que es posible usar grabación y reproducción ópticas digitales para reproducir señales de audio con excelente calidad estéreo. Esta investigación en Philips estableció el estándar técnico para los sistemas de grabación óptica digital ".

Estándar

El Libro Rojo especifica los parámetros físicos y las propiedades del CD, los parámetros ópticos, las desviaciones y la tasa de error, el sistema de modulación (modulación de ocho a catorce , EFM) y la función de corrección de errores ( codificación Reed-Solomon intercalada , CIRC), y los ocho canales de subcódigo . Estos parámetros son comunes a todos los discos compactos y los utilizan todos los formatos lógicos: CD de audio, CD-ROM , etc. El estándar también especifica la forma de codificación de audio digital ( LPCM de 16 bits firmado de 2 canales muestreados a 44,100 Hz ). Aunque rara vez se usa, la especificación permite masterizar los discos con una forma de énfasis .

La primera edición del Libro Rojo fue publicada en 1980 por Philips y Sony ; fue adoptado por el Comité de Disco de Audio Digital y ratificado por el Comité Técnico 100 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), como estándar internacional en 1987 con la referencia IEC 60908. La segunda edición de IEC 60908 fue publicada en 1999 y reemplaza a la primera edición, enmienda 1 (1992) y la corrección de la enmienda 1. Sin embargo, la IEC 60908 no contiene toda la información para las extensiones que está disponible en el Libro Rojo, como los detalles para CD-Text , CD + G y CD + EG .

El estándar no está disponible gratuitamente y debe tener licencia. Está disponible en Philips y en IEC. A partir de 2013, Philips subcontrata la licencia del estándar a Adminius, que cobra US $ 100 por el Libro Rojo , más US $ 50 cada uno por los anexos de los canales de subcódigo RW y CD Text Mode .

Formato de audio

El audio contenido en un CD-DA consiste en un LPCM de 16 bits firmado de dos canales muestreado a 44.100 Hz y escrito como un flujo intercalado little-endian con el canal izquierdo en primer lugar.

La frecuencia de muestreo se adapta a la obtenida al grabar audio digital en una cinta de video con un adaptador PCM , una forma anterior de almacenar audio digital. Un CD de audio puede representar frecuencias de hasta 22,05 kHz, la frecuencia de Nyquist de la frecuencia de muestreo de 44,1 kHz .

Hubo un largo debate sobre el uso de la cuantificación de 16 bits (Sony) o 14 bits (Philips) y 44,056 o 44,100 muestras / s (Sony) o aproximadamente 44,000 muestras / s (Philips). Cuando el grupo de trabajo de Sony / Philips diseñó el disco compacto, Philips ya había desarrollado un convertidor D / A (DAC) de 14 bits , pero Sony insistió en el de 16 bits. Al final, Sony ganó, por lo que prevalecieron los 16 bits y 44,1 kilomuestras por segundo. Philips encontró una manera de producir calidad de 16 bits usando su DAC de 14 bits usando un sobremuestreo cuatro veces mayor .

Algunos CD se masterizan con pre-énfasis , un refuerzo artificial de altas frecuencias de audio. El pre-énfasis mejora la relación señal-ruido aparente al hacer un mejor uso del rango dinámico del canal. Durante la reproducción, el reproductor aplica un filtro de reducción de énfasis para restaurar la curva de respuesta de frecuencia a una plana general. Las constantes de tiempo de preacentuación son 50 µs y 15 µs (aumento de 9,49 dB a 20 kHz), y una bandera binaria en el subcódigo del disco indica al reproductor que aplique el filtrado de desacentuación si corresponde. La reproducción de dichos discos en una computadora o la 'copia' a archivos WAVe generalmente no tiene en cuenta el énfasis previo, por lo que dichos archivos se reproducen con una respuesta de frecuencia distorsionada.

Capacidad de almacenamiento y tiempo de reproducción.

Los creadores del CD apuntaban originalmente a un tiempo de reproducción de 60 minutos con un diámetro de disco de 100 mm (Sony) o 115 mm (Philips). El vicepresidente de Sony, Norio Ohga, sugirió ampliar la capacidad a 74 minutos para dar cabida a la grabación de Wilhelm Furtwängler dirigiendo la Novena Sinfonía de Ludwig van Beethoven en el Festival de Bayreuth de 1951 . Posteriormente, el tiempo de reproducción adicional de 14 minutos requirió cambiar a un disco de 120 mm. Sin embargo, Kees Schouhamer Immink , ingeniero jefe de Philips, lo niega, alegando que el aumento fue motivado por consideraciones técnicas y que incluso después del aumento de tamaño, la grabación de Furtwängler no habría cabido en uno de los primeros CD.

Según una entrevista del Sunday Tribune , la historia es un poco más complicada. En 1979, Philips era propietaria de PolyGram , uno de los distribuidores de música más grandes del mundo. PolyGram había establecido una gran planta experimental de CD en Hannover , Alemania, que podía producir una gran cantidad de CD con un diámetro de 115 mm. Sony aún no contaba con dicha instalación. Si Sony hubiera aceptado el disco de 115 mm, Philips habría tenido una ventaja competitiva significativa en el mercado. El largo tiempo de reproducción de la Novena Sinfonía de Beethoven impuesto por Ohga se utilizó para empujar a Philips a aceptar 120 mm, por lo que PolyGram de Philips perdió su ventaja en la fabricación de discos.

El tiempo de reproducción de 74 minutos de un CD, que es más largo que los 22 minutos por lado típicos de los álbumes de vinilo de larga duración (LP) , se usó a menudo en beneficio del CD durante los primeros años cuando los CD y LP competían por las ventas comerciales. Los CD a menudo se publican con una o más pistas extra, lo que incita a los consumidores a comprar el CD por el material adicional. Sin embargo, los intentos de combinar LP dobles en un CD ocasionalmente dieron como resultado la situación opuesta en la que el CD ofrecería menos audio que el LP. Un ejemplo fue el del doble álbum de DJ Jazzy Jeff & The Fresh Prince . Él es el DJ, soy el rapero , en el que los lanzamientos iniciales en CD del álbum tenían varias pistas editadas para que quepa en un solo disco; Como resultado, las recientes reediciones de CD empaquetan el álbum en dos discos. La aparición de los CD de 80 minutos permitió que algunos álbumes dobles que habían sido previamente editados por su duración o empaquetados como CD dobles fueran relanzados en un solo disco, como 1999 de Prince en el caso del primero y Tommy de The Who. en el caso de este último.

Los tiempos de reproducción superiores a 74 minutos se logran disminuyendo el tono de la pista (la distancia que separa la pista mientras gira el disco en espiral). Sin embargo, la mayoría de los jugadores aún pueden acomodar los datos espaciados más cerca si todavía están dentro de las tolerancias del Libro Rojo . Los procesos de fabricación actuales permiten que un CD de audio contenga hasta 80 minutos (variable de una planta de replicación a otra) sin requerir que el creador del contenido firme una exención de responsabilidad al propietario de la planta si el CD producido es marginal o totalmente ilegible por algún equipo de reproducción. . En la práctica actual, el tiempo máximo de reproducción de CD se ha incrementado al reducir las tolerancias mínimas de ingeniería.

Progresión en la duración máxima de los CD de audio publicados
Título Artista Etiqueta Liberado Tiempo
Misión de Birmania (compilación) Misión de Birmania Rykodisc 1988 80:08
Obras maestras románticas tardías Andrew Fletcher Mirabilis Records 1990 80:51
JS Bach, Das Orgelbüchlein Richard Marlow Mirabilis Records 1990 82:04
Bruckner 's Fifth (en vivo) Cond. Filarmónica de Múnich Christian Thielemann Deutsche Grammophon 477 5377 2004 82:34
Estudios Chopin y Schumann Valentina Lisitsa Decca 478 7697 2014 85:16
So80s presenta Alphaville Alphaville comisariada por Blank & Jones Comida para el alma 2014 85:10 y 85:57
Conciertos para violín de Mozart (caja de Mozart 225, CD75) Varios artistas Decca / Deutsche Grammophon 478 9864 2016 86:30
Bäst de Die Ärzte Hot Action Records - 930003-2 2006 179: 26 en dos CD

Especificaciones técnicas

Codificación de datos

Cada muestra de audio es una firma de 16 bits complemento de dos de número entero , con valores de muestra que van -32768-32.767. Los datos de audio de origen se dividen en cuadros, que contienen doce muestras cada uno (seis muestras de la izquierda y seis de la derecha, alternadas), para un total de 192 bits (24 bytes) de datos de audio por cuadro.

Este flujo de tramas de audio, en su conjunto, se somete luego a la codificación CIRC , que segmenta y reorganiza los datos y los expande con códigos de corrección de errores de una manera que permite detectar y corregir errores ocasionales de lectura. La codificación CIRC intercala los fotogramas de audio en todo el disco en varios fotogramas consecutivos para que la información sea más resistente a los errores de ráfaga . Por lo tanto, una trama física en el disco contendrá información de múltiples tramas de audio lógicas. Este proceso agrega 64 bits de datos de corrección de errores a cada trama. Después de esto, se agregan 8 bits de subcódigo o datos de subcanal a cada uno de estos cuadros codificados, que se utilizan para control y direccionamiento al reproducir el CD.

La codificación CIRC más el byte de subcódigo generan tramas de 33 bytes de longitud, llamadas tramas de "datos de canal". Luego, estas tramas se modulan a través de una modulación de ocho a catorce (EFM), donde cada palabra de 8 bits se reemplaza con una palabra de 14 bits correspondiente diseñada para reducir el número de transiciones entre 0 y 1. Esto reduce la densidad de los pozos físicos. en el disco y proporciona un grado adicional de tolerancia a errores. Se agregan tres bits de "fusión" antes de cada palabra de 14 bits para la eliminación de ambigüedades y la sincronización. En total hay 33 × (14 + 3) = 561 bits. Se agrega una palabra de 27 bits (un patrón de 24 bits más 3 bits de fusión) al comienzo de cada trama para ayudar con la sincronización, de modo que el dispositivo de lectura pueda localizar las tramas fácilmente. Con esto, una trama termina conteniendo 588 bits de "datos de canal" (que se decodifican a solo 192 bits de música).

Las tramas de los datos del canal finalmente se escriben físicamente en el disco en forma de pozos y terrenos , cada pozo o terreno representa una serie de ceros, y los puntos de transición (el borde de cada pozo) representan 1. Un libro rojo compatible CD-R tiene manchas en forma de hoyo y tierra en una capa de tinte orgánico en lugar de hoyos y tierras reales; un láser crea las manchas alterando las propiedades reflectantes del tinte.

Debido a la estructura de sector de corrección de errores más débil que se usa en los CD de audio y CD de video ( Modo 2 Forma 2 ) que en los discos de datos ( Modo 1 o Modo 2 Forma 1 ), los errores C2 no se pueden corregir y significan pérdida de datos. Incluso con errores incorregibles, un reproductor de discos compactos interpola la pérdida de datos con el objetivo de hacer que el daño sea insoportable.

Estructura de datos

Algunas de las características visibles de un CD de audio, incluida la entrada, el área de programa y la salida. Una espiral microscópica de información digital comienza cerca del centro del disco y avanza hacia el borde.

El flujo de datos de audio en un CD de audio es continuo, pero tiene tres partes. La parte principal, que se divide a su vez en pistas de audio reproducibles, es el área de programas . Esta sección está precedida por un lead-in pista y seguido por un lead-out pista. Las pistas de entrada y salida codifican solo audio silencioso, pero las tres secciones contienen flujos de datos de subcódigo .

El subcódigo de la entrada contiene copias repetidas de la tabla de contenido (TOC) del disco, que proporciona un índice de las posiciones de inicio de las pistas en el área de programa y la salida. Las posiciones de las pistas están referenciadas por código de tiempo absoluto , en relación con el inicio del área del programa, en formato MSF: minutos, segundos y fracciones de segundo llamados cuadros . Cada cuadro de código de tiempo es un setenta y cinco de segundo y corresponde a un bloque de 98 cuadros de datos de canal, en última instancia, un bloque de 588 pares de muestras de audio izquierda y derecha. El código de tiempo contenido en los datos del subcanal permite que el dispositivo de lectura ubique la región del disco que corresponde al código de tiempo en el TOC. El TOC en los discos es análogo a la tabla de particiones en los discos duros . Se abusa de los registros TOC no estándar o corruptos como una forma de protección de copia de CD / DVD , por ejemplo, en el esquema key2Audio .

Pistas

La entidad más grande de un CD se llama pista. Un CD puede contener hasta 99 pistas (incluida una pista de datos para discos de modo mixto ). Cada pista, a su vez, puede tener hasta 100 índices, aunque los jugadores que manejan esta función son raros. La gran mayoría de las canciones se graban en el índice 1, siendo el intervalo previo el índice 0. A veces, las pistas ocultas se colocan al final de la última pista del disco, a menudo utilizando el índice 2 o 3. Este también es el caso de algunos discos que ofrecen "101 efectos de sonido", con 100 y 101 indexados como dos y tres en la pista 99. El índice, si se utiliza, se coloca ocasionalmente en la lista de pistas como una parte decimal del número de pista, como 99,2 o 99,3. ( Information Society 's Hack fue uno de los pocos lanzamientos de CD que hizo esto, luego de un lanzamiento con una característica de CD + G igualmente oscura ). La estructura de pistas e índices del CD se trasladó al formato de DVD como título y capítulo, respectivamente.

Las pistas, a su vez, se dividen en cuadros de código de tiempo (o sectores), que se subdividen en cuadros de datos de canal.

Fotogramas y fotogramas de código de tiempo

La entidad más pequeña en un CD es una trama de datos de canal , que consta de 33 bytes y contiene seis muestras estéreo completas de 16 bits: 24 bytes para el audio (dos bytes × dos canales × seis muestras = 24 bytes), ocho errores CIRC -bytes de corrección y un byte de subcódigo . Como se describe en la sección "Codificación de datos", después de la modulación EFM, el número de bits en una trama totaliza 588.

En un CD de audio de Red Book , los datos se direccionan utilizando el esquema MSF , con códigos de tiempo expresados ​​en minutos, segundos y otro tipo de fotogramas (mm: ss: ff), donde un fotograma corresponde a 1/75 de segundo de audio: 588 pares de muestras izquierda y derecha. Esta trama de código de tiempo es distinta de la trama de datos de canal de 33 bytes descrita anteriormente, y se utiliza para mostrar la hora y posicionar el láser de lectura. Al editar y extraer audio de CD, este fotograma de código de tiempo es el intervalo de tiempo direccionable más pequeño para un CD de audio; por lo tanto, los límites de la pista solo se producen en estos límites de trama. Cada una de estas estructuras contiene 98 tramas de datos de canal, con un total de 98 × 24 = 2,352 bytes de música. El CD se reproduce a una velocidad de 75 cuadros (o sectores) por segundo, es decir, 44.100 muestras o 176.400 bytes por segundo.

En la década de 1990, el CD-ROM y la tecnología de extracción de audio digital (DAE) relacionada introdujeron el término sector para referirse a cada cuadro de código de tiempo, con cada sector identificado por un número entero secuencial que comienza en cero y con pistas alineadas en los límites del sector. Un sector de CD de audio corresponde a 2352 bytes de datos decodificados. El Libro Rojo no se refiere a sectores, ni distingue las secciones correspondientes del flujo de datos del disco, excepto como "tramas" en el esquema de direccionamiento MSF.

La siguiente tabla muestra la relación entre pistas, cuadros de código de tiempo (sectores) y cuadros de datos de canal:

Nivel de pista Pista N
Marco de código de tiempo o nivel de sector Marco de código de tiempo o sector 1 (2352 b de datos) Marco de código de tiempo o sector 2 (2352 b de datos) ...
Nivel de trama de datos de canal Marco de datos de canal 1 (24 b de datos) ... Trama de datos de canal 98 (24 b de datos) ... ...

Tasa de bits

La tasa de bits de audio para un CD de audio de Red Book es 1.411.200 bits por segundo (1.411 kbit / s) o 176.400 bytes por segundo ; 2 canales × 44,100 muestras por segundo por canal × 16 bits por muestra. Los datos de audio provenientes de un CD están contenidos en sectores, cada sector tiene 2352 bytes y 75 sectores contienen 1 segundo de audio. A modo de comparación, la tasa de bits de un CD-ROM "1 ×" se define como 2.048 bytes por sector × 75 sectores por segundo = 153.600 bytes por segundo. Los 304 bytes restantes en un sector se utilizan para la corrección de errores de datos adicionales.

Acceso a datos desde computadoras

A diferencia de un DVD o CD-ROM , no hay " archivos " en un CD de audio de Red Book ; solo hay un flujo continuo de datos de audio LPCM y un conjunto paralelo más pequeño de 8 flujos de datos de subcódigo . Sin embargo, los sistemas operativos de computadora pueden proporcionar acceso a un CD de audio como si contuviera archivos. Por ejemplo, Windows representa la tabla de contenido del CD como un conjunto de archivos de pistas de audio de disco compacto (CDA), cada archivo contiene información de indexación, no datos de audio. Sin embargo, por el contrario, Finder en macOS presenta el contenido del CD como un conjunto real de archivos, con la extensión AIFF , que se puede copiar directa, aleatoria e individualmente por pista como si fueran archivos reales, en realidad macOS realiza su propia tarea. Need-Rips en el fondo completamente transparente para el usuario. Las pistas copiadas se pueden reproducir y editar por completo en la computadora de los usuarios.

En un proceso llamado extracción , el software de extracción de audio digital se puede utilizar para leer datos de audio de CD-DA y almacenarlos en archivos. Los formatos de archivo de audio comunes para este propósito incluyen WAV y AIFF, que simplemente preceden los datos LPCM con un encabezado corto ; FLAC , ALAC y Windows Media Audio Lossless , que comprimen los datos LPCM de manera que ahorran espacio y permiten restaurarlos sin cambios; y varias pérdidas , codificación perceptual formatos como MP3 , AAC , Opus , que modifican y comprimir los datos de audio de manera que irreversiblemente cambiar el audio, pero que se aprovechan de las características del oído humano para hacer los cambios difíciles de discernir.

Variaciones de formato

Los editores de grabaciones han creado CD que violan el estándar Red Book . Algunos lo hacen con el propósito de prevenir copias , utilizando sistemas como Copy Control . Algunos lo hacen para funciones adicionales como DualDisc , que incluye una capa de CD y una capa de DVD, por lo que la capa de CD es mucho más delgada, 0,9 mm, de lo que requiere el Libro Rojo , que estipula un valor nominal de 1,2 mm, pero al menos 1,1 mm. . Philips y muchas otras empresas han declarado que incluir el logotipo de Compact Disc Digital Audio en dichos discos no conformes puede constituir una infracción de marca registrada.

Super Audio CD fue un estándar publicado en 1999 que tenía como objetivo proporcionar una mejor calidad de audio en los CD. El DVD Audio surgió aproximadamente al mismo tiempo. El formato fue diseñado para ofrecer audio de mayor fidelidad. Aplica una frecuencia de muestreo más alta y utiliza láseres de 650 nm. Ninguno de los formatos fue ampliamente aceptado.

Los derechos de autor

La industria discográfica ha tomado medidas para hacer que los CD de audio (Compact Disc Digital Audio) no se puedan reproducir en unidades de CD-ROM de computadora , para evitar la copia de música. Esto se hace introduciendo intencionalmente errores en el disco que los circuitos integrados en la mayoría de los reproductores de audio independientes pueden compensar automáticamente, pero que pueden confundir a las unidades de CD-ROM. Desde octubre de 2001, los defensores de los derechos del consumidor presionaron para exigir etiquetas de advertencia en los discos compactos que no se ajustan al estándar oficial de audio digital de discos compactos (a menudo llamado Libro Rojo ) para informar a los consumidores qué discos no permiten el uso justo completo de su contenido.

En 2005, Sony BMG Music Entertainment fue criticada cuando un mecanismo de protección de copia conocido como Protección Extendida de Copia (XCP) se utilizó en algunos de sus CD de audio de forma automática y se instaló subrepticiamente software de prevención de copia en las computadoras (consulte el escándalo de rootkit de protección de copia de Sony BMG ). No se permite legalmente que tales discos se llamen CD o Compact Discs porque infringen el estándar del Libro Rojo que rige los CD, y Amazon.com, por ejemplo, los describe como "discos protegidos contra copia" en lugar de "discos compactos" o "CD".

Ver también

Referencias

enlaces externos