Disco compacto

Tecnología. Reproductor y disco. Pistas. Mastering. Digital. Lectura. Sonido. Trama. Formato. Grabación. DVD (Digital Versatile Disc). CD (Compact Disc)

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El Disco Compacto y los Reproductores
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Índice:
El disco compacto:
Introducción.
¿Por qué redondo?
¿Qué es un disco compacto?
Medidas y esquema de un disco compacto.
Las Pistas.
¿Cómo se graba un disco compacto común?
   
Mastering.
   
Replicación.
¿Qué es un lector de disco compacto?
Pasos para la lectura de un CD.
Sistemas digitales versus sistemas analógicos.
El CD-A, o disco de audio. (Red Book).
   
El concepto de sonido.
   
El origen y fundamentos de la grabación del sonido.
   
Grabación digital del sonido.
   
El formato en que se encuentra plasmado realmente el sonido en un CD.
   
Bits de paridad.
   
Intercalación o entrelazado.
   
CIRC, o código REED-SOLOMON de intercalado cruzado.
   
Ocultación: Interpolación y silenciación.
   
La modulación de ocho a catorce bits (EFM).
   
Bits de fusión o "merge bits".
   
IEC - 908 Red Book. El formato en sí.
   
Creando una trama.
   
¿Cómo sabemos en que pista nos encontramos, o cuanto dura una canción?
El CD-ROM.
   
El formato físico.
   
El formato lógico. (Anexo 4)
Anexo 1: Almacenamiento de bit y Byte.
Anexo 2: Tramas o frames y sectores (98 frames)
Anexo3: Capacidad de almacenamiento.
Anexo 4: El Formato lógico de los CD-ROM, High Sierra
Anexo 5: El CD-ROM XA.
Anexo 6: El CD-R (Recordable o grabable, CD-WO),el Photo CD, o WORMS (todo es lo mismo)
Anexo 6bis. El CD-RW (Rewritable o reescribible)
Anexo 7: El CD-I
Anexo 8: El DVD
   
HISTORIA
   
DVD-VIDEO
   
DVD-AUDIO
  
DVD-PC
      
El DVD-RAM
   
REGIONES, UN MUNDO DIVIDIDO
  
UN POCO SOBRE EL SISTEMA FISICO DE LOS DVD
  
DVD MPG2
  
DVD REPRODUCCION Y GRABACION
  
EL MERCADO, Y SISTEMAS ANTICOPIA.
Anexo 9: El DVD-RAM
Anexo10: Parámetros de interés
Bibliografía y Notas

El Disco Compacto o "Compact Disc"


Introducción:

   

El origen de los discos compactos fue debido a la necesidad en el mercado del sonido, de un sistema de reproducción que reprodujera el sonido original una y otra vez sin perder la calidad de sonido. Para entender esta evolución de los aparatos de sonido hay que retroceder al pasado y ver como evolucionaron estos aparatos. Primero fueron los discos fonográficos, en los que se graba el sonido en un plástico dibujando surcos que harán vibrar a una aguja, y a su vez una membrana. Pero hacia falta que la gente pudiera grabar también el sonido, para eso se inventaron las cintas magnetofónicas, en las que se plasmaban las señales de audio en una cinta magnética, mediante una cabezal. (Ambos sistemas se explicarán posteriormente). Pero estos sistemas tenían el problema de que el cabezal o la aguja tenían un contacto directo con el material gravado, con lo que por rozamiento se iban deteriorando. Además era muy fácil que algún factor externo los rayara o desmagnetizara. Es por eso que se inventó el CD, y el cd-regrabable, y los posteriores DVD's, que acababan con el problema de la fricción (es un haz de luz y no un cabezal el que toca la superficie del disco, y además para solucionar los errores provocados por factores externos tienen algoritmos de corrección de errores). Otra ventaja que tienen los cd's contra los discos de vinilo es el tamaño. Ocupando muchísimo menos y en una sola cara de grabación (en los cd's, los dvd's pueden usar las dos), tiene el mismo tiempo de grabación y si los comparamos con los DVD's este tiempo de grabación es infinitamente superior.
    Todo esto es aplicado de igual manera a los computadores, los cuales también hacían (y hacen) uso de cintas y discos magnéticos que sufrían los problemas de fricción del cabezal.

¿Por qué redondo?

Que los CD's sean redondos no es por casualidad, la ventaja de este sistema es obvia, si has querido pasar de canción en una cinta de audio o en un disco de vinilo, te habrás dado cuenta de que se tarda muchísimo menos en acceder a la parte de la grabación que quieras del disco que de la cinta. ( Por eso fracasaron, entre otros motivos, las cintas magnéticas de grabación digital de Philips, hace unos años, y están un poco más extendidos los mini-disc de Sony que son discos y no cintas secuenciales).

Las cintas de audio tienen que pasar toda la grabación para llegar a la siguiente, y la velocidad de rotación no puede ser muy elevada porque podría estropear o romper la cinta, esto pasa de igual manera en las cintas de vídeo, y aunque se han inventado sistemas muy rápidos para rebobinar, los cd-audio, o los cd-vídeo tendrán las de ganar. Ahora solo falta que las compañías apoyen estos sistemas. En el mundo de los ordenadores, las ventajas de los discos frente a las cintas secuenciales también son obvias, y hoy quedan pocos dispositivos que usen sistemas de almacenamiento en medios lineales, como por ejemplo las cintas de back-up que aún usan algunas empresas. Los discos duros, zips, cd-roms, magneto-opticos, etc. utilizan sistemas de discos.

¿Que es un disco compacto?
 

Disco compacto

Un CD es un disco hecho de un material plástico llamado olicarbonato, en el que se ha hecho pozos (agujeros) siguiendo una especie de circuito en espiral, y sobre el cual se han aplicado lacas y plásticos protectores para reducir la posibilidad de que alguno de estos pozos se llene o se creen nuevos. Esta definición es idéntica en los cd-a (CD de audio), CD-ROM (CD de solo lectura de los ordenadores), DVD…etc.

Medidas y esquema de un disco compacto.
 

Disco compacto

Corte transversal de un disco compacto. La parte de arriba es en la que se puede escribir o imprimir la etiqueta, sobre una capa de acrílico. Después va lo que es la información que está codificada sobre una placa de aluminio reflectante, después va la capa protectora de policarbonato, que es la cara por la que lee el lector de CD.

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Desde arriba. Tiene 12 cm de diámetro, con un agujero central cuyo diámetro mide 15 mm. La información digital del disco se almacena en un área que comienza a 25 mm del centro y se extiende hasta los 58 mm. Bordeando esta área existen dos anillos o guías, uno interno y otro externo. La guía interna contiene la tabla de contenidos del disco (lead in), y permite al láser sincronizarse y saber el contenido de información de audio o los datos antes de proceder a su lectura. La longitud de la guía interna depende de las dimensiones de la tabla de contenidos (que puede almacenar hasta 99 pistas de audio 33mm). A continuación viene la información del CD, capaz de almacenar hasta unos 76 min. de audio y 99 pistas como máximo. Finalmente se encuentra la guía externa (lead out), que marca el fin de los datos (1 mm de ancho). Todo esto lo explicaremos en la sección subcódigos. Este esquema es válido tanto para discos compactos de audio como de datos, aunque puede haber variaciones sobre todo en formatos híbridos (audio + datos).


Las Pistas.

(Cada una de las líneas paralelas que aparecen si miramos de forma transversal la superficie de un CD). Al igual que los discos de vinilo, la información de un CD está grabada en forma de diminutos salientes practicados a lo largo de una espiral continua, iniciándose en el interior y continuando hacia el borde externo. En un disco de 74 min. la longitud total del surco sobrepasa los 5 kilómetros, y su reproducción implica más de 20,000 revoluciones del disco.

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Todos los discos compactos de audio deben girar con una rapidez lineal constante (1.3 m/s). Esto significa que, en cada segundo, el lector explora un tramo cuya longitud es de 1.3 metros. Como la espiral va aumentando su diámetro a medida que transcurre la reproducción, el giro del disco (rapidez angular) va disminuyendo para mantener constante la rapidez lineal. Esto puede observarse en un reproductor provisto de ventanilla.
 

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En la siguiente gráfica, puedes ver el tamaño de un agujero de un CD, comparado con una huella dactilar, polvo, pelo humano y una bolita de algodón. También dice el gráfico que el tamaño de un agujero de CD, es igual a la longitud de onda del color verde.

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El CD como se puede observar, se lee desde abajo, atravesando el policarbonato, por lo que realmente no se leen agujeros y no agujeros, sino que se leen salientes y no salientes. Mirando desde abajo.

¿Cómo se graba un disco compacto común?


Mastering

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Éste es un proceso complejo necesario para crear el disco matriz o estampa (stamper), que se usa como molde para fabricar las copias.

Las etapas que comprende el mastering son: preparación del master de vidrio, recubrmiento de material fotosensible, grabado, tratamiento y metalizado del master, electrodepoisición, y terminación de la estampa.

Preparación del master de vidrio

 

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El proceso de mastering comienza con un disco de vidrio de 240 mm de diámetro y un grosor de 6 mm, debidamente pulido y limpio. El dibujo muestra un corte del disco.

 

Recubrimiento de material fotosensible

 

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La superficie es recubierta con una capa de un material fotosensible de 0.12 micras. 

 

 

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Este grosor es exactamente la cuarta parte de la longitud de onda del rayo láser que posteriormente leerá los datos cuando el disco esté acabado.Para evitar la contaminación del recubrimiento, todo el proceso de mastering se lleva a cabo en instalaciones especiales libres de partículas en suspensión.La uniformidad del recubrimiento es verificada con un un láser infrarrojo. Posteriormente el disco es sometido a calor para endurecer el recubrimiento y proceder a su grabado.

Grabado

 

Alimentado por los datos de la fuente, el rayo láser grabador describe una espiral sobre el disco con una separación de 1.6 micras. El recubrimiento se endurece en aquellos puntos que son expuestos a la luz del láser.

 

Tratamiento del master de vidrio

 

Las porciones del recubrimiento que no fueron expuestas al láser grabador, se remueven químicamente. Las perforaciones del disco compacto terminado se formarán en aquellos lugares donde el recubrimiento se mantuvo.

 

Metalizado del master de vidrio

 

Una fina capa metálica de plata o níquel es depositada sobre el disco para escuchar su reproducción (y así verificar que no existan detalles defectuosos antes de continuar con el proceso), y deja al master electricamente conductor para el siguiente paso.

 

Electrodeposición

 

El master metalizado es sometido a un proceso de electrodeposición para añadir metal a la superficie hasta alcanzar unos pocos milímetros.

 

Formación del master metálico

 

La capa metálica, que es removida del master de vidrio, es la imagen negativa de éste (y del disco compacto final). Aunque este master metálico podría ser utilizado directamente como estampa, es preferible usarlo como "padre" para crear estampas adicionales.

 

Formación de la "madre" metálica

 

Un proceso de metalización similar se realiza para crear masters adicionales. Sin embargo, estos masters "madre" son imágenes positivas y no sirven como estampas. Típicamente un "padre" puede generar tres o seis "madres".

 

Creación de las estampas

 

Nuevamente se repite la electrodeposición para formar hasta 10 estampas de cada "madre". Esta manera de generar estampas se llama proceso master-madre-estampa, y permite la creación de unas 50 estampas a partir del mismo master.

 

 

 

Replicación.

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El proceso de replicación es la última etapa en la fabricación de los discos compactos, y consiste en las etapas de: preparación de la estampa, moldeo del disco por inyección de policarbonato, metalización, sellado, e impresión de la etiqueta.


 
 

Preparación de la estampa

 

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Cada estampa es preparada para su colocación en la máquina replicadora.

 

Moldeo del disco

 

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El policarbonato fundido es inyectado a alta presión contra la estampa en una prensa.
A continuación, es rápidamente enfriado antes de retirarlo de la prensa; esto toma unos doce segundos por cada copia.

 

 

Hasta este punto, el disco compacto todavía es transparente, y no se puede leer hasta que se recubra metalicamente en el siguiente paso.
El policarbonato es muy adecuado como material porque ópticamente tiene una baja distorsión, goza de buena resistencia mecánica, es resistente a la humedad y al calor moderado, y se puede trabajar en él con mucha precisión. Pero para ello, es imprescindible que esté libre de cualquier tipo de contaminación.

 

Metalizado de la superficie de lectura

 

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A continuación se aplica un baño de aluminio para formar la superficie de lectura. Una capa de 0.10 a 0.15 micras proporciona la alta reflectividad requerida.

 

Sellado

 

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El metalizado se protege aplicando una capa protectora de laca. 
 
 

 

Impresión de la etiqueta

 

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Finalmente, se imprime la etiqueta del disco.

 

 

 


¿Qué es un lector de disco compacto? (definición muy simple)

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El lector de discos compactos está compuesto de:

Un cabezal, en el que hay un emisor de rayos láser, que dispara un haz de luz hacia la superficie del disco, y que tiene también un fotoreceptor (foto-diodo) que recibe el haz de luz que rebota en la superficie del disco. El láser suele ser un diodo AlGaAs con una longitud de onda en el aire de 780 nm. (Cercano a los infrarrojos, nuestro rango de visión llega hasta aproximadamente 720 nm. Por lo que nos resulta una luz invisible, pero no por ello no dañina. No debemos mirar nunca un haz láser. La longitud de onda dentro del policarbonato es de un factor n=1.55 más pequeño que en aire, es decir 500 nm. Todo esto lo explico para cuando explique en el siguiente punto como se leen los ceros y unos del policarbonato.

Un motor que hace girar el disco compacto, y otro mueve el cabezal a lo ancho del disco. Con estos dos mecanismos tenemos acceso a todo el disco. El motor se encarga del CLV (constant linear velocity), que es el sistema que ajusta la velocidad del motor de manera que su velocidad lineal sea siempre constante. Así, cuando el cabezal de lectura está cerca del borde el motor gira más despacio que cuando está cerca del centro. Este hecho dificulta mucho la construcción del lector pero asegura que la tasa de entrada de datos al sistema sea constante. La velocidad de rotación en este caso es controlada por un microcontrolador que actúa según la posición del cabezal de lectura para permitir un acceso aleatorio a los datos. Los CD-ROM, además permiten mantener la velocidad angular constante, el CAV (constant angular velocity). Esto es importante tenerlo en cuenta cuando se habla de velocidades de lectura de los CD-ROM. Mirar el anexo final.

Un DAC, en el caso de los cd-audio, y en casi todos los cd-roms. DAC es Digital to Analogical converter. Es decir un convertidor de señal digital a señal analógica, la cual es enviada a los altavoces. DAC's también hay en las tarjetas de sonido, las cuales, en su gran mayoría, tienen también un ADC, que hace el proceso inverso, de analógico a digital.

Luego tiene muchísimos más servosistemas, como el que se encarga de guiar el láser a través de la espiral, el que asegura la distancia precisa entre el disco y el cabezal, para que el laser llegue perfectamente al disco, o el que corrige los errores… que no voy a explicar porque este artículo es más una introducción que un texto técnico, de todas formas más adelante se explicarán algunas cosas con más detalle y si tengo tiempo lo explico en un anexo.

Pasos que sigue el cabezal para la lectura de un CD.

1.Un haz de luz coherente (láser) es emitido por un diodo de infrarrojos hacia un espejo que forma parte del cabezal de lectura, el cual se mueve linealmente a lo largo de la superficie del disco. (Ver figura de página anterior).

2.La luz reflejada en el espejo atraviesa una lente y es enfocada sobre un punto de la superficie del CD

3.Esta luz incidente se refleja en la capa de aluminio, atravesando el recubrimiento de policarbonato. La altura de los salientes (que es como se ven los agujeros desde abajo, ver creación del CD) es igual en todos y está seleccionada con mucho cuidado, para que sea justo ¼ de la longitud de onda del láser en el policarbonato.

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La idea aquí es que la luz que llega al llano (parte dos de la gráfica) viaje 1/4 + 1/4 = 1/2 de la longitud de onda (en la figura se ve que la onda que va a la zona sin saliente hace medio período, rebota y hace otro medio período, lo que devuelve una onda desfasada medio período ½ cuando va a la altura del saliente), mientras que cuando la luz rebota en un saliente, como se puede ver en la primera parte de la figura la señal rebota con la misma fase y período pero en dirección contraria. Esto hace que se cumpla una propiedad de la optico-física que dice una señal que tiene cierta frecuencia puede ser anulada por otra señal con la misma frecuencia, y misma fase pero en sentido contrario por eso la luz no llega al fotoreceptor, se destruye a sí misma. La verdad es que me he quedado impresionado de lo complejo que es este sistema, aunque si lo piensas es simple, solo utiliza las propiedades físicas de las ondas. Se da el valor 0 a toda sucesión de salientes (cuando la luz no llega al fotoreceptor) o no salientes (cuando la luz llega desfasada ½ período, que ha atravesado casi sin problemas al haz de luz que va en la otra dirección, y ha llegando al fotoreceptor), y damos el valor 1 al cambio entre saliente y no saliente, teniendo así una representación binaria. (Cambio de luz a no luz en el fotoreceptor 1, y luz continua o no luz continua 0.)

4.La luz reflejada se encamina mediante una serie de lentes y espejos a un fotodetector que recoge la cantidad de luz reflejada

5.La energía luminosa del fotodetector se convierte en energía eléctrica y mediante un simple umbral nuestro detector decidirá si el punto señalado por el puntero se corresponde con un cero o un uno.

Sistemas digitales versus sistemas analógicos.

Creo que es importante recordar antes de todo porque se pasó de sistemas analógicos de sonido, circuitería, etc. , a los actuales digitales.

Las señales y los sistemas analógicos tienen la propiedad de toda señal analógica de tomar infinitos valores, y responder de manera distinta para cada valor dentro de ese rango infinito. Esto era un verdadero problema, por lo que antes de sacar al mercado un producto debían hacerle muchísimas pruebas, y comprobar que funcionaría bien en todos los rangos posibles y con todos los posibles factores extraños. Esto era muy costoso. Sin embargo los sistemas digitales sólo pueden tomar dos tipos de valores, 0 o 1. Por lo que cuando quieres realizar las pruebas deberás de comprobar sólo estos dos valores. El único punto crítico es el cambio de 0 a 1, que es un problema más pequeño que el que teníamos con los analógicos. Además ante cambios de temperatura o interferencias, es mucho más fácil corregir un error en señales digitales, que en señales analógicas.

Los sistemas óptico-digitales de sonido tienen además la ventaja de que es muy difícil que pierda calidad de una reproducción a otra, cosa que pasa muy fácilmente con la tecnología analógica.

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El CD-A, o disco de audio.

El CD y fue desarrollado por Philips y Sony a principios de los 80. Cuando los CD's fueron introducidos al mercado, su único propósito era almacenar música. Para entender cómo funciona un CD, primero necesitamos saber cómo funciona la grabación y reproducción analógica, las diferencias entre medios analógicos y digitales, y como funciona la grabación digital, todo con el fin de entender la re-creación del sonido. Luego ya podremos hablar del formato concreto de los discos compactos de audio, CD-A.

El concepto de sonido.

"El sonido es el efecto producido por el desplazamiento de presión en la superficie de un objeto". ¿Claro verdad? Esa era la definición de la física, pero para algunos el sonido sólo existe si hay alguien para escucharlo (filósofos principalmente)…"Sensación producida en el órgano del oído por el movimiento vibratorio de los cuerpos, transmitido por un medio elástico, como el aire."

Es decir, que el sonido es según la física el efecto que se produce al mover las partículas de un objeto, según la otra versión, el efecto que produce nuestro oído al vibrar la membrana de este órgano, cuando las moléculas de aire (o de agua, cuando estamos buceando, por ejemplo) o cualquier otro material elástico en contacto con nuestro tímpano o el de un ser o sistema con la capacidad de captar estas vibraciones, se mueven (contraen o expanden) en forma de vibraciones o ondas.
 

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Un ejemplo de señal de sonido es la sinusoidal, que es matemáticamente lo más parecido a una membrana de tambor vibrando sin atenuación. Cuando golpeas la membrana de un tambor lo que haces es comprimir el aire del interior, lo que hace que luego se descomprima y se vuelva a comprimir, si no hubiera fricción estaría vibrando eternamente, pero en la realidad cada vez va más lento (un ejemplo muy visual es ver vibrar las cuerdas de la guitarra). Si dibujáramos en una recta este efecto, aparecería una señal sinusoidal con una pequeña atenuación. Si nos fijamos en ella nos daremos cuenta de sus dos características principales: la amplitud, o intensidad de la señal, y la frecuencia, o tiempo que invierte la onda sinusoidal en completar un ciclo completo.

Basándonos en el ejemplo anterior, la amplitud del sonido de un tambor vendría dada por el tamaño del mismo (de su membrana), cuanto más grande la distancia entre cuando este lo mas dentro del tambor, o lo más alejado del mismo es la amplitud, y la frecuencia seria el número de veces por segundo que la membrana "sube y baja" (esto se puede regular en un tambor tensando o destensando la membrana, igual que cuando tensas las cuerdas de la guitarra que aumenta también la frecuencia). Si la onda sinusoidal se repite 10 veces por segundo, se dice que la onda posee una frecuencia de 10 ciclos por segundo, o más científicamente una frecuencia de 10 hercios.

La frecuencia es la encargada de que oigamos un sonido grave o otro agudo. Nosotros los humanos somos capaces de escuchar entre 20 y 20.000 hercios (entre 20 y 20.000 vibraciones por segundo), aunque estamos hablando de límites, las personas normales suelen ser un poco inferiores, además con la edad estos límites van acortándose con la edad, disminuyendo hasta los 15.000 hercios o menos. Es por eso que estos límites se toman basándonos el rango de audición de los niños.

El origen y fundamentos de la grabación del sonido.

La posibilidad de repetir el mismo sonido una y otra vez, es algo muy reciente en la historia de la humanidad. No fue hasta 1877 cuando Thomas Edison inventó el primer dispositivo capaz de grabar sonidos. El intento de la humanidad por reproducir sonidos se remonta a los tiempos de los griegos, cuando empezaron a escribir en papel signos que representaban notas para que cualquier persona pudiera reproducir una canción (una especie de formato MIDI). Más adelante se perfeccionaron las partituras, y hubo gente que inventó complicadas máquinas con instrumentos musicales que tocaban unas cuantas melodías (el formato MOD). Y al fin Edison consiguió grabar en formato WAV.
 

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Thomas Edison pasó cinco días y cinco noches perfeccionando su fonógrafo, un gramófono que empleaba cilindros para grabar. El fonógrafo era sólo uno de sus múltiples proyectos. Edison patentó más de 1.000 inventos a lo largo de su vida.

Entre sus millares de inventos es muy conocido la historia respecto al fonógrafo, se dice que jugueteando, cantaba ante la bocina transmisora de un teléfono y se pincho un dedo con la punta de una aguja, que formaba parte de uno de los antiguos transmisores, cuando todavía vibraba con el sonido de su voz, Edison se pregunto si no seria capaz de grabar el sonido de su voz, haciendo que las vibraciones de esa punta, en vez de cosquillear su dedo, picaran una sustancia blanda y plástica.Diseño modelos, y sus ayudantes trabajaron febrilmente, y pronto estuvo delante de él un curioso aparato con un cilindro, una manija y una bocina, era el primer fonógrafo.El invento usaba un mecanismo muy simple para almacenar una onda análoga mecánicamente. En el fonógrafo de Edison, un diafragma controlaba directamente una aguja, y la aguja escribía una señal análoga en un cilindro de lámina de Estaño:
 

Se hablaba en el dispositivo de Edison, mientras el cilindro rotaba, y la aguja "grababa" lo que decía en el estaño. Esto significaba, que mientras el diafragma vibraba, la aguja también, y esas vibraciones eran plasmadas en el Estaño. Para reproducir el sonido otra vez, la aguja se movía sobre la ranura hecha durante la grabación. Durante la reproducción, las vibraciones plasmadas en el Estaño hacían que la aguja vibrara, haciendo que el diafragma vibrara y reprodujera sonido. Este sistema fue mejorado por Emil Berliner en 1887 para producir el gramófono, que fue también un dispositivo puramente mecánico que usaba una aguja y un diafragma. La mayor mejora del gramófono fue el uso de discos con una ranura en espiral.

Disco compacto

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 El fonógrafo moderno trabaja de la misma forma, pero las señales leídas por la aguja son amplificadas más bien electrónicamente que directamente con un diafragma mecánico. Como se puede ver en la foto de la izquierda, la aguja sigue un camino de surcos que la hace vibrar, estas vibraciones se transmiten a la membrana que mueve el aire produciendo sonido.


 

Pero, ¿qué es, exactamente lo que la aguja "rascaba" en el cilindro de Estaño del fonógrafo?. Es una onda análoga que representa las vibraciones que la voz crea. Por ejemplo, he aquí una gráfica que muestra la onda análoga como resultado de decir "hello":

Esta forma de onda fue grabada electrónicamente, pero el principio es el mismo. Lo que esta gráfica muestra es, esencialmente, la posición del micrófono del diafragma (eje Y)en función del tiempo (eje X). Las vibraciones son muy rápidas, el diafragma está vibrando con una velocidad de alrededor de las 1000 oscilaciones por segundo de un lado a otro. Esta es la clase de onda plasmada en el cilindro de Estaño de Edison. Fijaros que la forma de onda de la palabra "hello" es muy compleja si la comparamos con la señal sinusoidal del tambor de cuando explicábamos lo que era el sonido.

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Esta foto no tiene nada que ver con el disco compacto, pero es el sistema de grabación magnético. Este dibujo explica muy bien como se guarda en una cinta recubierta de particulas electrosensibles la señal sonora. Pues con esta tonteria de foto se puede incluso enteder como funcionan todos los dispositivos de grabación magnética, pero como no se mucho sobre el tema, y este artículo va sobre los cd's ya no digo nada más. A lo mejor otro dia me da por explicar como funcionan estos dispositivos.

Grabación digital.

En un CD (y en cualquier tipo de tecnología de grabación digital) la meta es crear una grabación con una calidad muy alta (muy alta similitud entre la grabación original y la reproducida) y perfecta reproducción (la grabación debe sonar igual cada vez que se coloque y no importa cuántas veces sea). Para lograr estas metas, la grabación digital convierte la onda análoga en una combinación de números y graba los números en lugar de la onda. La conversión es hecha por un dispositivo llamado convertidor análogo-digital (ADC), el cual ya fue presentado en los componentes del lector de CD. Para reproducir la música, el conjunto de números es convertido a una onda análoga por un convertidor digital-análogo (DAC). La onda análoga producida por el DAC es amplificada y llevada a los altavoces para producir el sonido.

La onda análoga producida por el DAC será la misma todo el tiempo, mientras los números no sean alterados, y esta es una de las cualidades más alabadas de los sistemas digitales respecto de los analógicos, los cuales pueden variar o disminuir su calidad muy fácilmente. La onda análoga creada por el DAC será también muy similar a la onda análoga original si el convertidor análogo-digital "muestrea" a una velocidad alta y produce números exactos.

Pero vayamos paso a paso. Siempre se parte de una señal analógica, la cual vamos a digitalizar. He aquí una onda típica (asumiendo que las marcas en el eje horizontal representan 1/1000 oscilaciones por segundo):
 

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El eje y representa los niveles de muestreo que tomaremos, en cada unidad de tiempo de muestreo. En este ejemplo hay 11 niveles distintos, (eje Y), los CD-Audio tienen 65.536 niveles. (216). El eje X, representa cada cuanto tiempo se hará una muestra.

Cuando convertimos señales analógicas, tenemos en cuenta dos magnitudes, una es cada cuanto tiempo vamos a muestrear la señal (tiempo o frecuencia de muestreo), la otra es, la que nos dices cuantos niveles (niveles de muestreo) posibles tenemos para asignar uno cada unidad de tiempo. Cuando decimos que tenemos un archivo de sonido a 44.1 khz, nos referimos al tiempo que hay entre muestra y muestra. Como definimos anteriormente, los hercios son el número de pulsos o muestreos por segundo en este caso. Ya que lo hacemos a 44.1 khz, son 44100 hercios, que son 44100 muestras por segundo. Y si la señal está muestreada a 8 bits, quiere decir que hay 28 particiones o niveles posibles por cada muestra. Es decir 256 rayitas en el eje Y. Los CD's están muestreados a 16 bits, 216, 65.000 rayitas en el eje y , y 44.1 khz, o rayitas en el eje x por segundo.

En ele ejemplo de la figura anterior el tiempo que pasa entre muestra y muestra es la línea horizontal (x), y los distintos valores que puede tomar la muestra están en el eje y.
 

Hacer un muestreo consiste en que en cada pulsación en la que se mide el valor de la señal analógica, y se le asigna el nivel más próximo (tomar medidas discretas). Esto se hace mediante circuitería dotada de capacitadores (condensadores) que se activan en una pulsación tomando el valor en ese instante y que tienen el rango de valores posibles (eje y), escogiendo el más parecido. Esta información se guarda en otra señal analógica, que quedará como un conjunto de pulsaciones.

Disco compacto

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 Luego se mantienen los valores hasta la siguiente muestra, formando esta señal.

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Este proceso que hemos descrito lo hace el ADC (de analógico a digital ), si queremos volverla a su estado anterior, utilizaremos el DAC, que convierte de digital a analógico. Este hardware lo que hace es interpolar (entre muestra y muestra pone valores intermedios), creando la señal de salida de la izquierda.
Como se puede ver la señal de salida es bastante diferente a la original.

Pero aumentemos la velocidad de muestreo. Es decir el numero de rayitas del eje X y aumentemos también el número de niveles, rayitas en el eje Y.

Disco compacto
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Se puede comprobar que cuando la frecuencia y los niveles de muestreo aumenten, la similitud de la señal analógica y la muestreada una vez interpolada por el DAC, es muy similar. En el caso del sonido del CD como ya he dicho antes, la fidelidad es una meta muy importante así que la velocidad de muestreo es de 44100 muestras por segundo y el número de gradaciones o niveles es 65536. Bajo estas condiciones la salida del DAC se acerca mucho a la onda original de la cual el sonido es esencialmente "perfecto" para el oído humano.

Pues por ahora después de soltaros todo este rollo, la verdad es que no os he dicho mucho. Muchos tutoriales sobre como funcionan los discos compactos te explican solo lo anterior y ya creen que sobra para entender esto. Pero no dice nada de que es lo que hacemos con estas muestras, ni como se guardan. En fin voy a ver si aclaro algo.

Tenemos muestras gracias a un sistema para hacer un muestreo, que muestrea de puta madre y que hemos intentado explicar en el apartado anterior. Ahora debemos guardar estas muestras en formato binario. Para cada muestra utilizaremos una cantidad de bits (unos y ceros). Por ejemplo, tenemos una muestra de una señal. La hemos hecho un muestreo a 4 niveles que son 2 bits (2 bits quiere decir, que hacen faltan dos dígitos binarios para numerar todos los niveles 00, 01, 10, 11 que es lo mismo que 0,1,2,3).

Esta gráfica representa en azul la señal analógica. En puntos rojos las distintas muestras que se han tomado, con un rango de 4 valores posibles (0, 1, 2, 3). También he puesto el rango de valores en binario, para que os deis cuenta de que han hecho falta 2 bits para poder tener 4 dígitos distintos en binario. En verde está la señal que podría quedar si queremos pasar de las muestras a una señal continua con un DAC.

Pues cada muestra no es más que un valor. En este caso 00, o 10 etc. Una sucesión de muestras forman el archivo binario de sonido. Este archivo es lo que forma el archivo de sonido. Voy a hacer el archivo binario que contenga la señal de arriba.

00 01 10 11 10 01 00. (0 1 2 3 2 1 0) Ahí lo tenéis.

Es así de simple, en principio. Pues imaginad lo grande que debe de ser una canción de un CD en binario. Hay 65.535 niveles, y cada segundo se hace 44.100 muestras por canal, (uno por altavoz, 2 normalmente).

Una muestra en binario de 16 bits puede ser la siguiente.

1111111111111111 à 65535

otra puede ser…

0000000000000000 à 0

Si os fijáis los números de 16 bits en binario ocupan 16 unos y ceros.

Pues poned 44.100 números de estos seguidos, y tendréis un segundo de sonido con calidad digital de CD.

1111111111111111 0000000000000000 1010000010000001 0000000000000000 y así hasta poner 44.100 números de 16 bits para obtener un segundo, impresiona un poco.

Pues este es muy básicamente el sistema de grabación digital. Ya sean CD, archivos wav, discos de Philips digitales, cintas DAT de las discográficas, etc. pero cada dispositivo, formato de sonido aun basándose en estos principios, tiene sus propios formatos, para poder acomodar al mundo físico real la teoría de la grabación del sonido digital, ya sea por comodidad, motivos económicos, reparación de errores, u otros.

IEC - 908 .El formato en que se encuentra plasmado realmente el sonido en un CD-A.
 

Disco compacto

La foto de arriba explica muy bien lo que es un cero y un uno fisicamente en la superficie del disco. Es un 1 el cambio de saliente a no saliente, o de no saliente a saliente. Son ceros los llanos ya sean en los salientes o en los no salientes. Foto sacada de Discos Compactos , mantenimineto y reparación.

Todo lo explicado anteriormente era de forma ideal como funcionan las cosas, pero la idea de que en los CD's son un conjunto de unos y ceros, de agujeros y no agujeros que se transmiten directamente del CD al sistema está un poco lejos de ser el verdadero formato de los CD. Además no explico por ejemplo como se guardan dos canales de sonido en un CD, ni los algoritmos de corrección de errores que se añaden a las tramas de sonido, para corregir ruidos, y alguna cosa más. En esta sección voy a explicar más profundamente el formato de los CD.

Para empezar unos cuantos conceptos básicos:

Explicaré sistemas muy básicos de corrección de errores que aun no siendo los que se utilizan los cd's son suficientes para tener una idea de lo que hacen los algoritmos de corrección de errores.

Bits de paridad.

Uno de los sistemas de corrección de errores de los discos compactos es el sistema de bits de paridad. Estos sistemas de corrección de errores son fundamentales en cualquier sistema de almacenamiento digital. Hay cientos de estos bits de códigos de paridad. Estos códigos normalmente funcionan añadiendo bits adicionales (llamados bits de paridad) que servirán para comprobar si las tramas de bits a las que pertenecen estos bits tienen o no, error. En principio sirven para detectar errores, aunque luego veremos que también los corrigen. En un simple sistema binario de paridad lo que hacemos es que un sólo bit se utiliza como bit de paridad.

Un bit de paridad representa el número de unos que hay en una determinada trama de bits Si hay un número par de unos este bit de paridad que se situará al principio o al final de la trama tomará el valor 1 si es de paridad par el sistema o 0 si es de paridad impar. Si el número de unos es impar tomará valor 0 si es de paridad par, o uno si es de paridad impar. Con esto conseguimos que si un 0 cambia por un uno o si un 1 cambia por un 0, el sistema se dé cuenta de que el bit de paridad es incorrecto. Por lo que ha habido un fallo.

Por ejemplo, imagina que a la siguiente cadena de bits le asignas un bit de paridad impar, es decir que si hay unos impares se pone un 1 y si los hay impares un 0.
1101 0000

El número total de bits con valor 1 es 3. Es impar por lo que con nuestro sistema de paridad impar debemos de poner un 1 al final. La trama quedaría así:
1101 0000 1

Donde el último bit sería el bit de paridad, en este caso un uno. Incluso un sistema simple de paridad puede complicarse si usamos más de un bit de paridad. Por ejemplo, tu puedes decidir que hayan dos bits de paridad, uno para los primeros cuatro bits y otro para los otros cuatro.


     1     1     0     1     0     0     0     0     P1      P2
     x     x     x     x                             1
                             x     x     x     x             0

Si hay suficientes bits de paridad, el error no sólo puede ser detectado, sino que también puede ser corregido. Por ejemplo, mira que es lo que pasaría si utilizáramos cuatro bits de paridad. El primer bit de paridad P1, representa la paridad de los primeros cuatro bits. El segundo P2, de los cuatro últimos, el tercero P3 calcula la paridad de los bits 1,2,5,6 y el P4 de los bits 2,3,6,7.1


1     1     0     1     0     0     0     0     P1      P2      P3      P4
x     x     x     x                             1
                        x     x     x     x             0
x     x                 x     x                                 0
      x     x                 x     x                                   1


Ahora supongamos que ha habido un error en el bit 8.


1     2     3     4     5     6     7     8     P1      P2     P3     P4
1     1     0     1     0     0     0     1     1       0      0      1
x     x     x     x                             1
                        x     x     x     x            1
x     x                 x     x                                0
      x     x                 x     x                                 1


El bit de paridad P1, seguirá siendo el mismo, pues el error no se ha producido en sus cuatro primeros bits. El bit P2 ya no será el mismo, dado que ahora hay un uno que antes no había, dando un 1 como bit de paridad. P3 y P4 tampoco cambian ya que sus bits de paridad eran el 1,2,3,4,5,6 y 7 pero no el 8. Como P2 es el único bit de paridad que da error, el bit número 8 es el que ha cometido el error, y además podemos corregirlo, poniendo otra vez el bit 8 a 0.

Por desgracia la mayor parte de los sistemas de detección y de corrección de errores usados en los lectores de CD no son tan simples como el testeo de bits de paridad explicado antes. No obstante estos sistemas tienen como origen la idea de bits de paridad que sirve para hacerse una idea de como se pueden corregir errores mediante algoritmos inteligentes.

Simple intercalación o entrelazado.

Intercalar es una idea muy simple pero muy poderosa Para ilustrar el intercalado, supongamos que tenemos un frame (tira) de datos que resulta ser una frase tal que así:

U N I V E R S I T Y O F W A S H I N G T O N

Supongamos ahora que se nos ha caído el disco duro al suelo y se han destruido unos cuantos caracteres.

R S I T Y O F W A S H I N G T O N

Las primeras palabras van a ser casi imposibles de reconstruir. Pero intercalemos ahora la frase inicial mediante un algoritmo cualquiera de intercalación…

U N I V E R S I T Y O F W A S H I N G T O N

O N S T H U G R F S I I O T W N N V E I Y A

Ahora quitemos las primeras letras, por error…

U G R F S I I O T W N N V E I Y A

Ahora deshagamos el cambio …

U N I V E R I Y O F W A S I G T N

Es mucho más fácil interpolar ( o utilizar métodos de paridad), y suponer las letras que se han perdido. (Un poco como cuando estás jugando al ahorcado!)

Pues esta idea se utiliza en la codificación de datos en los CD.

[Foto pag 57 ]

CIRC, o código REED-SOLOMON de intercalado cruzado.

Llamamos CIRC a la unión de los procesos de agregar bits de paridad e intercalar bits.

Ocultación de errores.

En la práctica, muchos errores son demasiado largos y no pueden ser corregidos por los algoritmos de detección y corrección de errores. Si estos errores no son corregidos, pueden dar como resultado, pequeños ruidos audibles a la salida del sistema. Para evitar estos ruidos hay algunos métodos finales que se usan para esconder un poco estos errores no recuperables.

Interpolación:

Con esta técnica, el sonido se reconstruye utilizando los datos válidos alrededor del error. Es como cuando interpolábamos las muestras discretas para pasarlas a señales continuas. Se saca una especie de media entre los sonidos de antes y después del error y se reproduce quedando más o menos bien.

Silenciando:

Este sistema lo único que hace es que cuando hay demasiado error baja el volumen, y así no se oyen distorsiones raras. Pero cuidado no pone los bits a 0, si hiciera eso se oiría un carraspeo, que es lo que no queremos que pase.

La modulación de ocho a catorce bits (EFM, Eight-to-fourtenn-bit modulation):

EFM significa Eight to Fourteen Modulation, es decir modulación de ocho a catorce bits, y es un sistema muy inteligente para reducir los errores de lectura causados por transiciones repetitivas de 0 y 1's. Realmente no es una modulación sino una sustitución ya que sustituimos cadenas de 8 bits por otras de 14 bits que según unas tablas se corresponden a ese número de 8 bits con el mismo valor. La idea es minimizar el número de transacciones de 0 a 1 y de 1 a 0. En el EFM solo están permitidas las combinaciones de bits en las cuales deben aparecer más de 2 y menos de 10 ceros seguidos. Es decir que no encontrarás un solo 0 en medio de unos, ni más de 10 ceros seguidos. (Regla de 2 a 10).

Por ejemplo, el numero 10 en binario es 0000 1010 y en EFM 1001 0001 0000 00.
Tabla EFM parte 1 | Tabla EFM parte 2

Al hacer esto nos ahorramos los problemas que pudiera tener el lector al encontrarse con unos y ceros muy seguidos (salientes y no salientes), que podrían llevar a confusiones. Veamos la siguiente gráfica ejemplo de una secuencia de agujeros y salientes, una vez leídos por el fotoreceptor y generada la señal análoga.

Como se puede ver, la señal creada es una señal continua que cuando hay un saliente toma valores por debajo de un cierto rango y cuando es plano los toma por encima del mismo. Esta señal a sido generada por el fotoreceptor, a partir de la ausencia o no-ausencia de luz recibida. Fijaros que si hay muchos ceros y unos juntos los cambios se juntan muchos y se pueden perder unos, ya que los unos son el cambio del nivel bajo al alto y se ve que hay un momento en el que no le da tiempo a pasar al nivel alto y el sistema podría ignorar ese uno.

Mediante el EFM, hemos obtenido un sistema que solo tiene unas cuantas ondas fácilmente detectables que como mínimo es una señal de frecuencia 3bits (3T) es decir 001, y como mucho una de 11bits 00000000001, (11T). Es decir que los haces de luz que llegan al fotoreceptor solo pueden ser como mínimo tres bits, que son dos ceros y un uno, (Tmin) y como mucho 11 que son 10 ceros y un 1 (Tmax). Si calculáis son 9 tipos distintos de ondas recibidas por el fotoreceptor y convertidas a señales eléctricas. 2 ceros y 1 uno, 3-1, 4-1, 5-1, 6-1, 7-1, 8-1, 9-1 y 10-1 = 9 posibilidades. Eso nos sirve para preparar al lector para leer estos 9 tipos de señal.
 
 
 

Disco compacto

La gráfica de arriba representa todas señales que puede entender el lector de cd. Hay dos tipos, las que están sobre cero y las que están por debajo de cero. Ambas representan ceros, ya que los unos son el cambio de arriba a abajo o de abajo a arriba. Segun este leyendo ceros sobre un saliente, o esté leyendo ceros sobre el plano, la señal tomará valores negativos o positivos. Esto se ve en el dibujo de abajo.

Disco compacto

Bits de fusión o "merge bits"

Cuando juntamos varias tiras de 14 bits EFM, se puede dar el caso de que las tiras cumplan el EMF, pero que al juntarlas ya no lo cumplan. Para solucionar este problema se añaden estos bits de fusión. Si la trama acaba en 001, se pone un 0, si acaba en ceros 0000, pues se pone un 100.El numero de bits usados son 3.

IEC - 908 (Red Book, o Libro Rojo) El formato en sí.

La codificación del sonido digital viene dada por el IEC 908. Este standard usa técnicas de paridad y de entrelazado para minimizar los efectos de un error en el disco. En teoría, la combinación de paridad y entrelazado en el lector de CD puede detectar y corregir un error de ráfaga de más de 4000 bits erróneos o un defecto físico de 2.47 mm de largo. Y mediante interpolación puede disimular errores de más de 13,700 bits o defectos en la superficie de 8.5 mm de largo.

La información del Disco Compacto se plasma como un conjunto de tramas o paquetes, que van uno seguido de otro, formando una tira de tramas. Estas tramas o paquetes contienen en su interior el sonido digital en sí, además de bits de paridad, de sincronización, datos sobre las pistas…

Creando una trama. (frame)

Como ya hemos dicho una trama es el corazón del formato de los CD. Las tramas son como paquetes de datos, los cuales tienen un principio y un fin, que sirve para que el lector sepa controlar el flujo de tramas/s y así llevar una velocidad de lectura constante. Estos paquetes son de 588 bits.

Veamos los pasos que sigue la señal de sonido hasta ser plasmada en el CD, dentro de una trama.

La señal analógica se samplea en dos canales, izquierdo y derecho mediante dos convertidores analógicos digitales ADC. Tenemos dos tiras de bits que representan dos canales sampleados a 16 bits por muestra.

Por ejemplo un sample o muestra de la señal puede ser este:

L1 = 0111 0000 1010 1000

R1 = 1100 0111 1010 1000

Seis samples de cada canal (12 en total) se cogen para un frame. Un frame es una especie de paquete o conjunto de bits con distintas partes. Ahora veréis cuales.

L1 R1 L2 R2 L3 R3 L4 R4 L5 R5 L6 R6

Cada sample se separa dentro del frame en grupos de ocho bits. Cada sample de 16 bits ahora se convierte en 2 de ocho.

L1 LI R1 R1 L2 L2 R2 R2 L3 L3 R3 R3 L4 L4 R4 R4 L5 L5 R5 R5 L6 L6 R6 R6

Esto hace un total de 24 grupos de 8 bits. Esto está representado en la columna 2 de la tabla del IEC 908 que hay al final de los pasos.

(a paritr de aqui no intentes entenderlo porque está muy liado, y además estará mal explicado, pero leelo para que te hagas una idea del proceso.)

Las palabras de 8 bits se cogen de dos en dos, algunas se retrasan de dos en dos y la palabra resultante se intercala (intercalación para corregir errores). Este retraso e intercalado forman la primera parte del proceso de intercalado y paridad CIRC, o código REED-SOLOMON de intercalado cruzado.

A la palabra resultante de 24 byte (24 x 8 bits) (hay que tener en cuenta que se han incluido dos bloques retrasados, por lo que hay partes de esta palabra que pertenecen al bloque que se procesará después, esto es el entrelazado) se le añaden 4 bytes de paridad. Esta paridad es llamada paridad "Q". Los errores de paridad que se encuentran en esta parte son llamados errores de paridad C1.

Ahora tenemos 24 + 4Q = 28 grupos de 8 bits (bytes) Nuevamente retardamos todos los bloques excepto el primero, pero esta vez cada línea se retarda con diferentes períodos. Cada período es 4 veces retardado. Por eso el primer byte se retrasará 4 bloques, el segundo 8 el tercero 12 etc. El entrelazado disemina la palabra entre otros 28 x 4 = 112 bloques.

Los bloques resultantes de 28 bytes son otra vez procesados por un generador de paridad. Esto genera 4 bytes más llamados P bytes de paridad, que se colocan al final de las palabras de 28 bytes. La palabra es ahora de 28 + 4 = 32 bytes. Los errores de paridad encontrados en esta zona son los errores de paridad C2.

Finalmente se vuelve a retrasar los bloques, uno si otro no, y los dos códigos de paridad P y Q se invierten (puertas lógicas not) cambiando los ceros por unos y viceversa.

Luego se le añade un subcódigo de 8 bits que es muy importante. Luego hablaré de ellos.

Después de todo esto usamos un modulador de EFM, que ya hemos explicado antes como funciona, (convierte de 8 a 14 bits) y a cada frame se le añaden 24-bits iniciales que sirven para sincronizar e indicar el principio y fin de cada trama. Esta trama de 24 bits es la siguiente: 100000000001000000000010, y cada a cada grupo de 14 bytes o símbolos se les añaden los tres bits de fusión que ya comenté también antes para que servían.

Resumiendo cada frame está formado por:

Disco compacto

1 palabra de sincronización 24 bits
1 subcódigo (8 bits -> EFM -> 14 bits) 14 bits
6*2*2*14 bits de datos 336 bits
8*14 bits de paridad 112 bits
34*3 bits de fusión 102 bits
-------------------------------------

TOTAL BITS POR CADA TRAMA 588 bits

Entonces tenemos tiras de tramas, que forman en su conjunto las canciones. Estas tiras se sincronizan en el tiempo por los 24 bits de sincronización que lee el lector y se va ajustando a ellos. Pero…

¿Cómo sabemos en que pista nos encontramos, o cuanto dura una canción?

Mediante los subcódigos que hay en los frames.

Estos subcódigos de 8 bits se colocan en cada frame. Estos 8 bits reciben cada uno el nombre de una letra, P Q R S T U V W. Se cogen 98 frames (un sector), de ellos se cogen los 98 bytes de subcódigo(98 x 8 bits)(ver grafica anterior), y de esos 98 se juntan los 98 bits P, los 98 bits Q etc. Realmente solo se usan los P y lo Q dejando el resto para futuras versiones de formatos de discos compactos. Dado que para leer una trama se necesitan 136 microsegundos, para leer un subcódigo, debemos leer 98 tramas, lo que nos lleva 13.3 milisegundos. O lo que es lo mismo, 7350 tramas por segundo/ 98 tramas por cada bloque de subcódigo = 75 bloques de subcódigo por segundo.

El canal P funciona de la siguiente manera. Si estamos dentro de una canción, este tendrá valor 0 en sus frames, si por el contrario estamos cambiando de canción, tendrá durante unos segundos valor 1. Esto quiere decir que aunque esté sonando el contenido de dentro de la trama, el CD sabrá que está cambiando de canción. Por eso hay canciones que no acaban y pasan a la siguiente pista de una manera imperceptible. Además se utiliza para indicar el fin de la grabación del CD, tomando al final del disco, valores de 0 y 1 consecutiva, lo que crea en el sistema una señal periódica de 2 hercios de frecuencia. Además lleva la sincronización de los subcódigos, para que el lector sepa cuando empieza un bloque de 98 bits. Miremos graficamente el valor de bit de control P a lo largo del cd, desde el principio (lead in) hasta el final (lead out) y atraves de todas las pistas.

Disco compacto

El canal Q es mucho más complejo, y contiene mucha más información.

Los primeros dos bits de este canal son de sincronización. (S0 y S1). Los cuatro siguientes (bits 3-6) son los que indican el tipo de información de control. El bit 3 controla el número de canales de sonido (2 o 4, si parece que estaba definido que haya discos compactos con cuatro canales de sonido en vez de dos), el bit 4 no tiene todavía asignación, el bit 5 es la señal que indica que es un CD original y el bit 6 es el "pre-emphasis" bit (¿?). Los cuatro siguientes indican el modo de control (es decir el tipo de datos que tendrán el resto de bits, hay tres tipos distintos de frames de datos). Los siguientes 72 bits son los datos que tiene el tipo de modo de dato y los últimos 16 son datos de redundancia cíclica.

Para acabar explicaré muy por encima los 3 tipos de modos de control.

Modo 1. 0001

Disco compacto

Modo1 al principio del cd (lead in)
Disco compacto

Modo 1 en la zona de datos y al final (lead uot)

Este modo es diferente según donde se encuentre. Si estamos leyendo el principio del CD (lead in), contiene los datos que usará el lector de CD para saber el número total de canciones, y una tabla con los datos de tiempo en que comienza cada una de ellas. Estos datos se repiten continuamente al principio del CD y así, nos aseguramos que el CD conocerá perfectamente la tabla de contenidos del CD desde el principio. En el resto del disco, el modo uno contendrá el número de canción que se está reproduciendo, el tiempo que lleva de esa canción, el tiempo total del CD.

Modo2. 0010.

Disco compacto

Este modo contiene el número de serie del CD, además de contener la continuación del contador del tiempo absoluto del CD junto con los datos de frames anteriores con modo 1 en el bit Q.

Modo3. 0011.

Disco compacto

El Modo 3 contiene códigos ISRC (International Standard Recording Code) que suministra el año de grabación, el numero de trama, el código del país en el que está permitido su uso, y el código del propietario de la música. Pero toda esta información con la evolución de los CD ha ido desapareciendo, y utilizándose de maneras distintas.
 
 

El CD-ROM

(ISO/IEC 10149 Yellow book, o Libro Amarillo, para el formato de las tramas)

(CD-ROM ISO-9660 High Sierra, para el formato lógico de archivos, y directorios)

Introduccion :

"Sin lugar a dudas, la estrella de los medios de almacenamiento en entorno PC de los últimos años se llama CD-ROM. Los números hablan por sí mismos: en todo el mundo hay más de 10 millones de unidades CD-ROM instaladas en ordenadores personales. En 1993 se produjeron por primera vez más de 100 millones de CD-ROM y es previsible que en breve plazo sea difícil adquirir un PC que no lleve una unidad CD-ROM."

El CD-ROM es un disco compacto que en vez de ser usado para almacenar música, es usado para almacenar datos.

El formato físico.

El formato físico del CD-ROM se rige por el IEC 10149. Este formato es una mejora del empleado por los discos compactos. Esta mejora se hizo por la necesidad de aumentar la seguridad de los datos en un CD-ROM, añadiendo más tramas de paridad, ya que en un CD-ROM un error de lectura puede hacernos perder datos muy importantes, mientras que en los cd-audio, eran leves carraspeos casi inaudibles. Esto se traduce en unas tramas de mayor tamaño que las de los CD-A. En un CD-A la tasa de error es de 1 byte erróneo cada 109 bytes reproducidos, mientras que en un CD-ROM es de 1011, por lo que en teoría se produce un error de byte cada 2000 discos reproducidos. Pero bueno todos sabemos que los CD-ROM no son la panacea, y fallan muy a menudo.

Comparemos los sectores del CD-A con los del CD-A:

CD-A 588 bits / trama. Un sector son 98 trama, que en total está constituido por 3234 Bytes, de los cuales 2352 Bytes están disponibles como Bytes de datos útiles mientras que los restantes 882 Bytes se componen de los datos para la corrección de errores y de 98 Bytes de control. Este es el formato original de los CD DA en el que se basan todos los CD de audio.

CD-ROM Según el Yellow Book a nivel de sectores (3234 Bytes) sólo se diferencia del formato de CD de audio en la zona de datos. Para disminuir el número de errores, el formato del Yellow Book almacena más informaciones para la detección y corrección de errores. La zona de datos se reduce, por este motivo, a 2048 Bytes (2 KB), lo cual es mucho más fácil de manejar para los ordenadores que los 2352 Bytes del formato de los CD de audio.

     La información en este formato puede ir en dos modos distintos:

Modo 1:

Sync 
12 bytes

Header 
4 bytes

DATOS 
2048 bytes

EDC 
4 bytes

libre 
8 bytes

ECC 
276 bytes

EDC/ECC 
392 bytes

EDC/ECC 
392 bytes

Control 
98 bytes

El gráfico anterior representa la estructura de los sectores en el formato CD-ROM, modo 1. Prácticamente todos los CD-ROM existentes implementan únicamente este formato de sector que constituye el auténtico estándar. Los datos aquí se presentan prácticamente del mismo modo que en los CD de audio pero se añade un código de protección de errores adicional. 2048 bytes reales de datos, 75 bloques por segundo (como en CD audio), en un CD de 74 minutos nos darán una capacidad total de 650 MB.

Modo 2:

Sync 
12 bytes

Header 
4 bytes

DATOS 
2336 bytes

EDC/ECC 
392 bytes

EDC/ECC 
392 bytes

Control 
98 bytes

El gráfico anterior representa la estructura de los sectores en el formato CD-ROM, Modo 2. En este formato se ahorran las informaciones para la corrección de errores aumentando el tamaño del sector de datos y se mantienen el sistema de corrección de errores básico. La justificación de este formato está en que ciertos tipos de datos, como el vídeo o sonido no requieren tanta protección como otro tipo de información. De esta forma, cuando tenemos este tipo de información podemos utilizar este tipo de sectores con lo que obtendremos una tasa de datos mayor. No obstante pocos son los CD-ROM que permiten este sistema.

El Formato lógico High Sierra, ISO 9960

Este formato es el utilizado habitualmente para datos y está basado en el estándar anterior. Fue desarrollado por Philips y Sony a principios de los 80 poco después de introducir el formato de audio. Como curiosidad indicar que la razón de conocerse como estándar High Sierra consiste en que la especificación inicial era demasiado general por lo que los distintos fabricantes tuvieron una reunión en la que trataban de alcanzar un estándar único y compatible y especificar ciertas indeterminaciones de la especificación, esta reunión tuvo lugar en el hotel High Sierra en 1985. Las decisiones tomadas en esta reunión se plasmaron en la especificación ISO 9960 de ahí el otro nombre con el que es conocida.

Anexo 1:

Almacenamiento de bit y Byte.

Aunque todo lo siguiente ya ha sido explicado en el articulo, no viene mal un pequeño repasillo sobre como se guardan los ceros y unos físicamente en un disco.

A pesar de que la utilización de pits y lands conlleva la sospecha de que sobre el CD las informaciones binarias se almacenan en forma de ceros (lands) y unos (pits), la realidad es otra diferente. El principio de funcionamiento de la óptica de lectura de una unidad CD-ROM no permite esta sencilla asignación. En su lugar, el valor 1 de un bit se contempla siempre como el paso de un pit a un land o al revés. La longitud del pit o del land representa el número de bit con valor cero que siguen al bit con valor 1. Por lo demás no hay diferencias sustanciales con respecto a la grabación de datos sobre soportes magnéticos como discos duros, sólo que en ese caso un cambio de campo magnético toma el papel de los pits y lands.

Con relación a la representación de los llamados «Channel 1» - esto es, bit con el valor 1-, el procedimiento presenta una clara contrariedad: no se pueden situar dos channel 1 seguidos. Pero entonces, ¿cómo puede haber dos cambios, de pit a land y luego de land a pit, sin que haya al menos un pequeño land en medio que los separe? A un channel 1 necesariamente le debe seguir como mínimo un channel 0 (un bit con el valor cero). En la realidad se ha comprobado que como mínimo deben ser dos los channel 0 que sigan a un channel 1. Sólo entonces la distancia hasta el próximo channel 1 es suficientemente grande como para que no pase desapercibido a la óptica de lectura. Por otro lado, los pits y lands no deben ser demasiado largos pues resultaría complicado para la electrónica de la unidad medir exactamente la longitud y con ello poder averiguar el número de channel 0. Como máximo, en el desarrollo del CD, se ha probado una longitud de 11 bit.

Todos estos condicionantes desembocan en el procedimiento EFM, «eight to fourteen modulation», en el que un Byte a almacenar se traduce junto con sus ocho bit en 14 channel bit. La secuencia de channel 0 y channel 1 dentro de estos 14 channel bit está determinada por una sencilla tabla de conversión que es parte integrante de la electrónica de control de cada unidad CD-ROM. Los códigos de la tabla EFM están escogidos de manera que se evita tanto la existencia de dos channel 1 consecutivos como la de una cadena de channel 0 seguidos demasiado larga, estando limitada a un máximo de 11 channel 0.

De todas maneras, la conversión vía tabla EFM no contempla un problema: la separación de bit unitarios. Cuando por ejemplo un primer Byte con un channel 1 y con ello el cambio de pit a land (o al revés) acaban, el siguiente Byte no puede empezar de nuevo con el mismo tipo de cambio puesto que en medio no hay ningún espacio. Por este motivo, a cada Byte con sus 14 channel bit se le añaden tres channel bit más que se denominan merging bit. Estos separan los Bytes uno de otro y con ello elevan el número de channel bit a 17 por Byte.

Anexo 2:

Frame o trama:

De los Bytes, codificados en forma de 17 channel bit, se obtiene el bloque de información coherente más pequeño de un CD, lo que se denomina como frame. Un frame contiene 24 Bytes (cada uno con 17 channel bit) que, junto con alguna otra información, constituyen el frame como bloque de datos. El inicio está formado por lo que se denomina Sync-Pattern, un diseño concreto de, en total, 27 channel bit, que indica a la unidad el comienzo de un nuevo frame. A continuación se encuentra un byte de control y sólo entonces se encuentran los 24 Bytes de datos del frame.

Un frame acaba con 8 Bytes de corrección de errores que a su vez están también constituidos por 17 channel bit. Así, sumando, se llega a un total de 588 channel bit por frame, como muestra el siguiente gráfico.

Channel bit Sync-Pattern
27 Bytes de control
1 * 17 Datos
24 * 17 Corrección de errores
8 * 17 588 channel bit por frame

Sectores:

Todo esto también sacado del Pcinterno, y explicado de una manera más simple que en mi articulo.

En el siguiente nivel se engloban 98 frame para constituir un sector, donde por un lado se juntan los distintos Bytes de datos de los frame y por otro los Bytes de control y los Bytes para la corrección de errores. Como muestra la siguiente figura, de esta manera se obtiene un sector, que en total está constituido por 3234 Bytes, de los cuales 2352 Bytes están disponibles como Bytes de datos útiles mientras que los restantes 882 Bytes se componen de los datos para la corrección de errores y de 98 Bytes de control. Este es el formato original de los CD DA en el que se basan todos los CD de audio.

El formato CD DA presentado (CD Digital Audio) sólo es válido para pistas de audio sin embargo permite extraer conclusiones interesantes acerca del modo de funcionamiento y los ratios de transmisión de datos de los sistemas CD. Cada sector corresponde a 1/75 segundos, es decir, una unidad CD-ROM lee 75 sectores por segundo. Si se tiene en cuenta que un reproductor CD trabaja con una frecuencia de barrido de 44,1 KHz, 16 bit samples y dos canales, se obtienen 1.411.200 bit por segundo (44100*16*2). Esto lleva a un ratio de transmisión de datos de 18816 bit por 1/75 segundos, lo cual se corresponde exactamente con los 2352 Bytes que contiene un sector en el formato CD-DA para datos.

Dado que los sectores se reproducen en un espacio concreto de tiempo, el direccionamiento se lleva a cabo por unidad de tiempo y, en realidad, en el formato minutos/segundos/sector, por ejemplo, 62/03/15 para el sector número quince del tercer segundo en el minuto número 62 de reproducción del CD.

Anexo 3:

Capacidad de almacenamiento.

Del número de sectores se obtiene la capacidad total de un CD-ROM. Hay varios números en circulación que van de 500 a 680 MB, y que depende de si se utiliza o no toda la superficie impresionable del CD-ROM. Al principio, las prensas tenían problemas para trabajar en los 5 mm exteriores del CD-ROM y por eso se dejaron sin utilizar. La capacidad se limitó por ello a 550 MB. Con el tiempo se llegó a poder aprovechar la anchura total del CD con lo que se pudo alcanzar la máxima capacidad de un CD-ROM, 682 MB.

Anexo 4:

High Sierra - El formato lógico

La base de todo medio de almacenamiento de datos la constituye siempre el formato físico del soporte de datos, como se comentó en la sección anterior. Además, si se quiere acceder a los datos almacenados no en forma de sectores sino como archivos y directorios, se precisa un formato lógico. Naturalmente, cada fabricante puede asignar libremente el formato lógico que desee a sus CD-ROM, pero entonces se precisará siempre del controlador apropiado para poder leer esos CD-ROM bajo un sistema operativo y, si hablamos de la posibilidad de utilización de los CD bajo diferentes sistemas operativos, se precisará un controlador específico para cada sistema operativo y cada tipo de formato de CD-ROM.

Esto es razón suficiente como para desarrollar también para el formato lógico de los CD-ROM una especificación que estandarice y regule la distribución de un CD-ROM en archivos y directorios. En el año 1985, diferentes distribuidores de software y fabricantes de hardware trabajaron conjuntamente obteniendo como fruto el llamado formato HSG, vigente aún hoy en día en los CD para ordenadores PC y también para muchos sistemas UNIX. Todos los CD-ROM que actualmente inserta en la unidad de su PC están provistos de este formato.

El nombre de este formato viene de «High Sierra Group», que es el nombre que recibieron los diferentes técnicos que participaron en el desarrollo del HSG en honor al primer lugar donde se reunieron, el hotel y casino «High Sierra» en el estado de Nevada, Estados Unidos. Un año después, las autoridades de normalización americanas ISO estandarizaron la propuesta, que se presentó bajo el título «Volume and File Structure of Compact Read Only Optical Disk for Information Interchange». Desde entonces, se habla de la norma ISO 9660 o simplemente de la «ISO 9660».

A pesar de que la norma ISO aceptó el 99,5 % de la propuesta del HSG, existen algunas pequeñas diferencias que se hacen patentes sobre todo en la estructura de las entradas de los directorios. Por ello a veces se habla de formato HSG, otras de ISO 9660 y algunas de HSG/ISO 9660. En el fondo, todo es lo mismo.

A continuación se resumen los conceptos más importantes de la especificación ISO, desde el punto de vista tanto del usuario como del programador. Quien desee acceder a los títulos y archivos de un CD-ROM desde el DOS pocas veces entrará en contacto con todos estos conceptos, pues para ello los CD se han transformado en un medio de almacenamiento de lo más normal, direccionable, como lo es un disco duro. Pero si lo que se pretende es acceder directamente al hardware del controlador de una unidad CD-ROM para, por ejemplo, iniciar la reproducción de unas pistas de audio, como mínimo uno se ha de familiarizar con los conceptos aquí enunciados.

Sectores lógicos

Para no perderse en el nivel de los sectores físicos, el formato HSG define en primer lugar el sector lógico. Este, en cuanto a su tamaño, está orientado a los sectores físicos según el Yellow Book y contiene 2048 Bytes, es decir 2 KB. Cada sector posee un número inequívoco, el denominado «logical sector number», abreviado LSN. El primer LSN direccionable lleva el número 0 y se corresponde con el sector físico cuya dirección, según el Red Book, es 00:02:00. Es decir, los primeros 150 sectores físicos que constituyen los dos primeros segundos de un CD no pueden direccionarse desde el nivel de formato lógico. Al mismo tiempo, de esto se deduce la fórmula de conversión entre las direcciones del Red Book (mm:ss:ff) y LSN, que es

LSN (mm:ss:ff) = (mm×60 + ss) × 75 -150

Bloques lógicos

Para poder direccionar mejor los elementos de los sectores lógicos y al mismo tiempo refinar la granulosidad de los mismos, HSG divide nuevamente el sector lógico en varios bloques lógicos. Cada bloque lógico (LBN) puede tener un tamaño de 512 Bytes, 1024 Bytes o 2048 Bytes lo cual, en el último caso, se corresponde con el tamaño del sector lógico. Los LBN también se direccionan con números.

El tamaño de bloque de 512 Bytes es el que mejor se presta para mostrar un ejemplo. En este caso, hay un 0 para el primer «bloque» lógico del primer sector «lógico», un 1 para el segundo, un 2 para el tercero y un 3 para el cuarto. El bloque lógico 4 se encuentra al principio del segundo sector «lógico».

Archivos y nombres de archivos

Los archivos en los CD HSG se almacenan como una secuencia continua de bloques lógicos, lo que se denomina Extent. Por este motivo y al contrario que en las unidades DOS, no existe una File Allocation Table (FAT). Si se conoce la posición del inicio de un archivo y su longitud, se conocen también todos los LBN en los que está guardado el archivo. Esto resulta así de sencillo debido a que los archivos no se pueden borrar de un CD-ROM y con ello desaparece también la necesidad de aprovechar los espacios vacíos que se originan al eliminar archivos para almacenar fragmentos de otros archivos nuevos, causa única para la existencia de una estructura de información como la FAT de una unidad DOS.

Además, HSG contempla la agradable y a la vez exótica posibilidad de que los archivos se extiendan a lo largo de varios CD, cosa que DOS no soporta.

Dado que los archivos siempre tienen un nombre, HSG/ISO 9660 define las reglas para la construcción y longitud de los nombres de archivo. Este es uno de los pocos aspectos en que se diferencian HSG e ISO. Las reglas de HSG dejan entrever a Microsoft como uno de los autores de este estándar, puesto que los nombres de archivo deben seguir su arquetipo de DOS, es decir, un máximo de ocho caracteres para el nombre, a continuación un punto y por último un máximo de tres caracteres para la extensión. HSG sólo se diferencia de DOS en relación a los caracteres que permite utilizar, y los limita a las cifras del 0 al 9, las letras mayúsculas de la A a la Z y el carácter _ o subguión.

En cuanto a los caracteres permitidos, la variante ISO coincide con la variante HSG, pero por otra parte se inclina más bien por la conocida longitud de nombre de archivo de UNIX, esto es, un máximo de 31 caracteres con o sin punto de separación, aunque uno sólo, en cualquier lugar del nombre de archivo. El nombre debe concluir con un punto y coma, que separa la entrada opcional del número de versión, del nombre del archivo. En los CD para DOS, no se encuentran nombres de este tipo, si bien, como comprobaremos en el siguiente apartado, hay suficiente espacio para nombres de archivo largos en las entradas de directorio.

Directorios y subdirectorios

Para la estructuración de los archivos almacenados, un CD ISO contiene un directorio principal a partir del cual se pueden declarar cuantos subdirectorios se desee que, a su vez, pueden contener subdirectorios, obteniéndose la conocida estructura en árbol de DOS y UNIX, con la única limitación de que el número máximo de niveles de directorios se restringe a ocho.

El directorio principal, así como los subdirectorios que parten de él se almacenan como archivos. Estos «archivos-directorio» pueden, por tanto, disponerse en el lugar que se desee entre los otros archivos del CD.

Como muestra la siguiente figura, las entradas de directorio se difieren entre ISO y HSG en cuanto al campo Tiempo y el Flag Bytes a él asociado, pero por lo demás son idénticas. Seguramente resulta llamativo que una larga serie de campos estén duplicados, una vez con el sufijo I y otra con el sufijo M. Detrás de ello se encuentra un problema básico de intercambio de datos entre dos sistemas. En todos los números para cuya representación se precisan más de 8 bit se plantea la cuestión de en qué secuencia deben disponerse los diferentes Bytes que lo componen. La respuesta de Intel es conocida: primero el menos significativo y después el más significativo. Sin embargo, muchos procesadores trabajan exactamente al revés, como por ejemplo los de Motorola. Por este motivo, toda información de 16 o 32 bit se guarda por duplicado, una vez en formato Intel (sufijo I) y otra en formato Motorola (sufijo M). Con ello el sistema operativo tiene la posibilidad de escoger el campo en el formato con el que trabaja el procesador sobre el que corre el propio sistema operativo.

Mientras que a nivel físico el formato de sectores de CD-ROM XA cumple las condiciones para permitir el interleaving de archivos, éste se encuentra realmente en el nivel lógico de las entradas de directorio. Los campos il_size e il_skip muestran cuántos sectores lógicos de un archivo hay seguidos y cuántos deben saltarse a continuación para acceder al siguiente bloque de sectores del mismo archivo.

Para que al buscar un archivo en un archivo de directorio aquél se pueda encontrar de la manera más rápida, es recomendable no poner más de 40 archivos dentro del mismo directorio, puesto que este número de entradas de directorio caben en un solo sector lógico y por tanto para encontrar un archivo determinado sólo es necesario cargar el primer sector de un archivo de directorio.

Path Table

Guardar los directorios como si de archivos se tratase es un procedimiento tan sencillo como elegante, pero no exento de inconvenientes. Sobre todo en la búsqueda de archivos en subdirectorios de niveles profundos dentro de la estructura, pues se tienen que buscar y leer demasiados archivos de directorios hasta que se acierta con el directorio en el que se encuentra el archivo buscado. Por este motivo, y en vista de la relativamente lenta velocidad de búsqueda de las unidades CD-ROM, se construye una especie de abreviación de los subdirectorios que se conoce como Path Table.

En el Path Table se enumeran los nombres de todos los directorios y subdirectorios de un CD juntamente con el número del sector lógico en que comienza cada uno de ellos. Si se tiene esta tabla en la memoria, basta la lectura de un sector para averiguar la dirección de un archivo, siempre que, evidentemente, la entrada de directorio del archivo se encuentre en le primer sector de los datos de directorio, de lo contrario, se han de ir cargando los diferentes sectores de datos de directorio hasta encontrarlo.

Dado que el Path Table contiene como números de sector números enteros de 32 bit, sobre un CD-ROM siempre hay dos copias del Path Table, una con los números en formato Intel y otra en formato Motorola.

Extended Attribut Records (XAR)

Otra característica interesante la constituyen los denominados «eXtended Attribute Records», abreviado XAR. Estos registros ofrecen la posibilidad de, al crear un archivo, almacenar cualquier información que se desee sobre el mismo, lo cual es básico para estructurar un sistema de archivos orientados a objeto. Por ejemplo se puede guardar quién ha creado el archivo, hasta qué punto en el tiempo funciona el programa, porque por ejemplo a partir de entonces los datos ya no son válidos, etc.

Para que los archivos de directorios no aumenten innecesariamente con estas informaciones, éstas no se guardan en la entrada de directorio de un archivo, sino que constituyen el primer sector lógico del mismo. Cuando se accede a un archivo para lectura, el sistema operativo (o un programa) debe primero averiguar en la entrada de directorio del archivo cuántos sectores XAR tiene dicho fichero al principio, para poder así saltarlos.

Junto a los atributos libremente definibles, HSG prevé también unos atributos predefinidos, como por ejemplo una identificación del usuario, derechos de acceso, informaciones sobre la estructura del bloque de datos que está guardado en el archivo y otros más. Bajo DOS, todos estos atributos no juegan ningún papel, puesto que DOS ignora todas las entradas XAR.

Volúmenes

bajo Al igual que sucede con otros medios de almacenamiento masivo, por encima del nivel de archivos y directorios se encuentra el nivel de volumen. El conjunto de archivos y directorios que están almacenados en un CD constituyen un volumen. HSG describe un formato de volumen basado en dos componentes: una zona de sistema y una zona de datos. La zona de sistema contiene básicamente los 16 primeros sectores lógicos de un CD (LSN 0 hasta LSN 15). Su utilización no está definida y permanece reservada para los correspondientes sistemas operativos los que el CD se utilizará. Por ejemplo, en caso de que se quiera arrancar el ordenador desde el CD, puede disponerse un sector de arranque.

La zona de datos de un volumen está encabezada por los denominados «Volume Descriptors» (VD), de los que hay hasta 5 diferentes definidos por HSG. Cada uno describe un aspecto concreto del medio y ocupa un sector lógico completo. En cualquier caso, de los cinco posibles VD, sólo es imprescindible el «Standard Volume Descriptor», los restantes son opcionales. Se está buscando en balde un campo que suministre el número de VD, pero en lugar de ello, hay un Volume Sequence Ter-minator que muestra el final de los VD.

Un Standard Volume Descriptor contiene como información más importante la dirección del archivo de directorios con el directorio principal y la dirección de la Path Table. Además se mencionan los nombres de los archivos de «Copyright» y de los «Abstract Files», que son archivos incluidos en el directorio principal y que contienen información en texto ASCII sobre el autor del CD (Copyright file) y su contenido (Abstract file).
 

Anexo 5:

El CD-ROM XA.

CD-ROM XA ( Extended Architecture )

Los discos que utilizan un formato CD-ROM XA se han convertido en un estándar dentro del multimedia. Fue creado por Sony y Philips con la colaboración de Microsoft en 1989 y perfeccionado en 1991.

Una de sus características es que puede utilizar el mecanismo conocido como Interleave. Este mecanismo viene de las características del fenómeno multimedia y motivado por los altos tiempos de acceso de estas unidades. Cuando corremos una aplicación multimedia en nuestro PC tenemos que al mismo tiempo podemos necesitar reproducir sonido, imagen y posiblemente texto o datos de cualquier otro tipo. Si realizamos el acceso a estas distintas fuentes de información abriendo y cerrando cada fichero nos encontramos con la necesidad de ir desplazando la cabeza lectora para ir leyendo las distintas fuentes. Los altos tiempos de acceso limitarían de forma importante las tasas de información y las fuentes simultáneamente utilizadas. ¿Cuál es la solución? Si mezclamos la información proveniente de las distintas fuentes y anidamos los distintos ficheros no necesitaremos mover la cabeza lectora para leer la información de texto después de hacer sonar la música correspondiente o de poner la imagen de vídeo apropiada.

      La disposición de los datos es la siguiente: en primer lugar se sitúan tres sectores con texto, después cuatro con vídeo y finalmente tres con audio y se repite hasta acabar con las distintas fuentes de datos. Para permitir el Interleaving se necesitan otros dos formatos de sector que se conocen como forma1 y forma2 y están relacionados con los modos 1 y 2 del formato High Sierra.
 

Sync
12 bytes

Header
4 bytes

Sub-Header
8 bytes

DATOS
2048 bytes

EDC
4 bytes

ECC
276 bytes

EDC/ECC
392 bytes

EDC/ECC
392 bytes

Control
98 bytes

Sectores CD-ROM / XA, forma 1

Sync
12 bytes

Header
4 bytes

Sub-Header
8 bytes

DATOS
2324 bytes

EDC/ECC
392 bytes

EDC/ECC
392 bytes

Control
98 bytes

Sectores CD-ROM / XA, forma 2

        Donde la subcabecera se empleará para indicar el tipo de  información que ocupa ese sector, esta información va replicada para detectar errores.
 
 

Anexo 6:

El CD-R (CD Recordable), Photo CD, ó CD-WO

Primero para saber como funciona un CD-Recordable deberás haberte leido toda a información que hay en esta web sobre CD-A y CD-ROM, porque para un lector de CD's un CD-R es un disco compacto más. Si lo que quieres saber es un poco por encima el misterio de poder grabar CD's una sola vez puedes seguir leyendo.

Un disco CD-R virgen es muy parecido a un cd, tiene desde abaajo hacia arriba una capa de plástico (polycarbonato), después una capa de tinta orgánica fotosensible como la que se usa en las fotografías, a diferencia de un CD-ROM normal que tiene una capa de aluminio con los agujeros y los llanos, después de la tinta orgánica hay una finísima capa de oro por ser un metal poco corrosivo que no estropeará la tinta cuando se escriba en ella. El CD-R virgen tiene unas ranuras en espiral que servirán para guiar al cabezal a la hora de grabar sobre el disco.

Cuando queremos grabar sobre el disco el laser se mete en la espiral y calienta la superficie del surco, al calentarla la tinta se quema y se queda de un color oscuro que absorbe la luz. Creando así unos falsos salientes, porque no sale nada, pero que el cd entenderá como si salientes fueran. La tinta una vez oscurecida ya no se puede volver a su estado normal por lo que se explica que solo se pueda escribir una sola vez.

Disco compacto

En esta figura puedes ver los salientes en un cd-rom y en un cd-r una vez calentadado por el laser. Pero no acabo de entender porque sobresale en los CD-R nada si en teoría lo que hace es quemar la tinta dejándola oscura, tal vez a la vez que la quema la hace sobresalir un poco.

Disco compacto

Y en esta figura puedes ver el surco que hay en los cd-r de fábrica para guiar el laser, y como el laser escribe dentro del surco creando los salientes (pits).

Explicacion muy simple

Photo CD y CD-WO:

El más reciente descubrimiento en el ámbito de los CD es el Photo CD, que pertenece a la categoría de los CD-WO (CD-Write Once), conocidos también como CD-R, abreviatura de CD-Recordable. Lo que diferencia estos CD es su capacidad, a nivel físico, de grabar varias sesiones, esto es la posibilidad de ser grabados varias veces una detrás de otra. Este estándar se publicó en la más joven de las especificaciones de la «serie arco iris», el Orange Book, en 1990.

Resulta fácil para los usuarios reconocer un CD grabable porque, al contrario que sus parientes de sólo lectura, su brillo no es plateado sino dorado. Puesto que el CD debe alcanzar una elevada reflexión, en esta capa, en lugar de los habituales pits y lands, se encuentra una sustancia de color cuyas propiedades de reflexión se determinan vía láser, simulando pits y lands consiguiendo de este modo que las unidades CD-ROM normales puedan ser capaces de leer estos CD.

Debido a su capacidad de ser grabado varias veces, la estructura de un CD-WO es necesariamente diferente a la de un CD-ROM normal. Mientras el comienzo de un CD-ROM normal está señalizado por la zona de lead in, en un CD-WO hay dos zonas que anteceden al lead in y que se utilizan para el ajuste fino del láser sobre cada CD.

En cada proceso de grabación de un CD-WO se escribe en el actual lead in una indicación detrás del actual lead out. Esta información se guarda en el TOC, que es parte del lead in. En el siguiente proceso de grabación del disco, el láser se posiciona inmediatamente detrás del lead out de la última zona y crea un nuevo volumen con su lead in, su zona de datos y su lead out. Como los lead in están relacionados a través de sus TOC, una unidad puede moverse por todo el CD y con ello recoger todo su contenido.

El photo cd es un CD-R pero en que meten fotos a mucha calidad en un formato propio de codac.
Este estándar fue desarrollado a principios de los 90 por Kodak y Philips y usa el modo 2 y forma 1 antes explicados en CD-ROM / XA. El procedimiento comienza desde la toma de las fotos, estas son convenientemente digitalizadas y grabadas en el CD por el procedimiento habitual.

        La ventaja es que pertenece al tipo de discos gravables y permite ser actualizado y regrabado en varias sesiones. Son fáciles de reconocer ya que en este caso su baño no es de aluminio y sustituye ese habitual brillo plateado por un brillo dorado. Los habituales hoyos son en este caso sustituidos por una sustancia de color cuyas propiedades de reflexión varían utilizando un láser de manera que después sean legibles para las unidades convencionales de CD-ROM.

Anexo 6bis. El CD-RW, rewritalbe, o reescribible.
 

El cd RW , o rewritable o reescribible es el que se puede grabar y regrabar una y otra vez. Creo que utiliza el mismo sistema que el DVD-RAM. Es decir un sistema de cambio de fase. El material que tiene la capa de datos de un CD-RW tiene la propiedad de según la potencia del laser tomar dos estados diferentes, el cristalino o reflectante y el opaco o no absorvente. Te recomiendo que leas la seccion del DVD-RAM porque te explica muy bien como se calienta y enfria de distintas maneras ese material para poder escribir , leer o borrar los datos.DVD-RAM.

Anexo 7. 

CD-I ( Interactive )

Este formato hizo su aparición en 1986 y es un formato próximo al CD-ROM / XA anteriormente explicado. Fue creado con la ambiciosa idea de desarrollar un nuevo tipo de hardware. Este fue el primer intento importante de crear lo que conocemos como multimedia y que integra texto, gráficos, vídeo,  audio y datos binarios. El CD-I pretende facilitar la conexión de este dispositivo a una pantalla de televisión. Para estas funciones los dispositivos de CD-I van provistos de su propio microprocesador que sustituye al PC. Algunas unidades de CD-ROM modernas ofrecen compatibilidad con estos dispositivos.

Anexo 8. DVD ( Digital Versatil/VídeoDisk)

DISCO DE VÍDEO/VERSATIL DIGITAL (DVD), un dispositivo de almacenamiento masivo de datos cuyo aspecto es idéntico al de un disco compacto, aunque contiene hasta 15 veces más información y puede transmitirla a la computadora unas 20 veces más rápido que un CD-ROM. El DVD, denominado también disco de Super Densidad (SD) tiene una capacidad de 8,5 gigabytes (8,5 mil millones de bytes) de datos o cuatro horas de vídeo en una sola cara. En la actualidad, están desarrollándose discos del estilo del DVD regrabables y de doble cara.

Tambien tiene un soporte para películas digitalizadas en alta resolución. Un montón de DVD ROM están apareciendo para las computadoras como también las consolas (similares a las video-casseteras) en los locales de música y electrodomésticos. Aquí le haremos una breve explicación de lo que se trata el DVD, sus posibilidades y porqué esto cambiará la forma de hacer películas como también de disfrutarlas.

500 lineas de resolución horizontal
133 Minutos de video digital MPEG-2
Sonido Dolby Digital AC3 (5.1)
Acceso aleatorios a capítulos
Opcion de Control para Padres (permite restringir la película para ciertas edades)
Todo con menues en pantalla
Puede reproducir Cd de musica
Multiples angulos de camaras (según película)
Hasta 32 subtitulados
Hasta 8 track distintos de sonidos (lenguajes, etc.)

La idea de sus creadores era desarrollar una tecnología que remplazara por completo a la primera generación de discos láser: los CD-Audio, CD-Video, CD-R / Rom / Ram, y los Laser Disc.

Los DVD resultantes de este proyecto tienen el mismo tamaño que los actuales discos compactos, 12 cm, pero a diferencia de estos los DVD son capaces de almacenar 26 veces mas información y son casi 9 veces más rápidos. Para almacenar semejante cantidad de información utiliza un láser rojo con una longitud de onda situada entre los 630 y los 650 nanómetros, frente a los 780 nanómetros de los CD convencionales.

Esta diferencia del láser es debida a que debe ser capaz de reconocer las marcas propias de un DVD, mucho más pequeñas y con menos separación entre ellas que las de un CD normal.

Los discos estan disponibles con diferentes capacidades. El disco básico (DVD-5) es de un lado y una capa con capacidad de 4.7 Gb(133 minutos de video). El DVD-9 cuenta con un lado y capa doble, con 9 Gb. El DVD-10 es un disco de 2 lados y una capa, con una capacidad de hasta 9.4 Gb. Y finalmente, el último en ser lanzado, el DVD-18, un disco de 2 lados y dos capas , capaz de almacenar 17 Gb equivalente a más de 25 CD-ROM (cada CD-ROM tiene una capacidad de 640 Mb). Toda esta capacidad de almacenamiento se triplicará cuando Pioneer y Sony culminen con el desarrollo del Láser azul-violeta en el que trabajan actualmente.

En el cuadro pueden observar las caraceristicas detalladas de los diferentes tipos de o modelos de DVD´s, en la segunda parte corresponde a discos de 80 mm(2,4 pulgadas), que no son muy corrientes y solo han salido a la venta unos pocos Discos, por lo que ni siquiera los tendremos en cuenta.
 

Nombre 

Diámetro 

Caras

Capas 

Capacidad 

Duración 

Discos de 5 Pulgadas

DVD-5 

120 mm 

1 cara 

1 capa 

4.7 Gigas 

133 minutos + o -

DVD-9 

120 mm 

1 cara 

2 capas 

8.5 Gigas 

250 minutos + o - 

DVD-10 

120 mm 

2 caras 

1 capa 

9.4 Gigas 

266 minutos + o - 

DVD-18

120 mm

3 caras

1 y 2 capas

14.1 Gigas

400 minutos + o -

DVD-18 

120 mm 

2 caras 

2 capas 

17 Gigas 

500 minutos + o - 

Discos de 2,4 Pulgadas

DVD-1 

80 mm 

1 cara 

1 capa 

1.4 Gigas 

40 minutos + o - 

DVD-2 

80 mm 

1 cara 

2 capas 

2.6 Gigas 

74 minutos + o - 

DVD-3 

80 mm 

2 caras 

1 capa 

2.9 Gigas 

80 minutos + o - 

DVD-4 

80 mm 

2 caras 

2 capas 

5.3 Gigas 

140 minutos + o - 

LA HISTORIA:

El compact disc fue la revolución para a industria musical, y no es de extrañar que la todopoderosa factoría del cine buscasen con ansia esa revolución soñada desde el estancamiento del formato del hogar (VHS), ya que el intento del S-VHS ha sido fallido y el Laserdisc (Pioneer), aunque tiene gran éxito en el mercado americano y el japonés, en el europeo ha sido relegado a los auténticos fanáticos del cine. El CDI (Philips) y el Video-CD también han resultado un fracaso.

Muchos fabricantes han perseguido este sueño, pero solo a principios de 1995 dos tecnologías emergentes Toshiba DVD y Sony/Philips Multimedia Compact Disc se enfrentaban cara a cara.

Ambos formatos eran similares pero incompatibles. A lo largo de ese año y en particular bajo la presión de la industria informática se realizó una confluencia hacia un único estándar.

Muchos fabricantes claman las bondades del DVD, y esto es debido a la unión de las fuerzas de todos ellos, evitando el infructuoso baño de sangre que causó la guerra de formatos VHS/Beta/2000. Esta alianza de patentes y tecnología las forman Hitachi, Matsushita Electric, Mitsubishi Electric, Philips Electronics, Pioneer Electronic, Sony Corporation, Thomson Multimedia, Time Warner, Toshiba Corporation y Victor Company. Estas compañías son las propietarias del estándar y realizan las determinaciones sobre lo que se debe incluir o no en él y sus especificaciones.

Cierto retraso viene dado porque los miembros de la alianza tienen todo lo necesario para realizar las películas en el nuevo soporte. Y aquí empieza el lío. Los estudios quieren muy alta calidad, bajo coste y un fuerte sistema anticopia (vías digital y analógica). Otro grupo de presión es el formado por la industria informática : IBM, Apple, Microsoft, y Compaq. La "alianza" quiere mantener contento a este grupo para que integren los DVD-ROM a sus líneas de producto. Siendo además la industria informática la futura causante del abaratamiento de costes.

Pero la industria informática no quiere oír hablar de sistemas anticopia ni imposibilidad de no poder leer software americano en un lector europeo y sí de los primeros grabadores de DVD, así como de un gran énfasis en las capacidades multimedia.

Existen tres variantes del medio: DVD-Video, DVD-ROM y DVD-Audio, este último es el más lejano en implementarse ya que en el incurren nuevos sistemas de grabación y tecnología de audio digital, estudiándose el impacto en el actual mercado del CD. Entendiendo las capacidades del DVD-Video ayuda a clarificar y distinguir cuál es el medio para el hogar y el correspondiente a la industria informática. El DVD-Video tratará de reemplazar al VHS como sistema de entretenimiento del hogar, consistirá en películas codificadas con MPEG-2 y Dolby AC-3 audio multicanal.

FORMATOS

Utilizando la misma tecnología y el mismo formato se diseñaron tres tipos de discos: DVD-Audio, DVD-PC, y DVD-Video.
DVD-Video: reemplaza al Laser Disc, los CD-Video, y en un futuro cercano al VHS.

Tras un desarrollo de casi diez años, la puesta a punto de este asombroso disco ha significado la chance de almacenar hasta 8 horas de pelicula de alta definición, con 32 subtitulos y 8 tracks con diferentes idiomas, más extras como los making off, los trailes de las peliculas(las colas), así como entrevistas a los protagonistas e infinidad de otras posibilidades, como incluír las versiones de pantalla ancha 16:9(Widescreen) y el formato de pantalla standard de TV 4:3, ambas en el mismo disco.

Además, es destacable que la calidad de imagen es superior a cualquier otro formato. El VHS cuenta con 275 lineas de resolución horizontal, el Laser Disc 425, y el DVD 500. Pero una de las ventajas del DVD es su caracter progresivo, con que podrá alcanzar hasta un máximo de 1080 lineas de resolución en el futuro.
 
 

Disco compacto

El reducido tamaño del DVD permite una movilidad sin precedentes en la historia del video hogareño, como con el nuevo modelo de Palm-DVD de Panasonic.

Para diferenciar más incluso los didtintos formatos de video, los pueden comparar en la siguiente tabla.
 

DVD-video

LaserDisc

videoCD

VHS

Resolución de imagen 

500 lineas

425 lineas

320 lineas ¿?

250-270 lineas

Formato de audio 

Dolby Digital

Dolby Digital

MPEG

Pro-Logic

Capacidad de almacenamiento 

133 min. por capa

30 min. / 60 min.

74 min.

max. 4-6 horas

Precio de reproductores* 

U$S 600 a 1000

U$S 800

U$S 240

U$S 199 a 799

Precio por pelicula. *

U$S 23 a 65

U$S 10 a 89

U$S 19 a 49

U$S 24 a 60

Tamaño por unidad de rep. 

5'' diámetro

12'' diámetro

5'' diámetro

7.5'' x 4''

Títulos disponibles 

unos 3500**

más de 25000 

unos 1000 (NTSC)

miles y miles

Proporciones de pantalla 

16:9 o 4:3

normalmente 16:9

16:9 o 4:3

normalmente 4:3

Grabable 

no 

no 

no 

si 

* Precios en Argentina
** En la Zona 1, en Zona 4 unos 200.

DVD-AUDIO: reemplaza al CD de Audio, y aunque la capacidad de lo CD Digitales ya han superado la capacidad del oido humano, la mayor cantidad de almacenamiento otorgá a la industria posibilidades de grabar las letras, videos clips y nuevos extras. Y como si fuera poco ofrece una calidad de audio de ¡¡¡¡¡ 20 o 24 bits !!!!! (un CD normal ofrece una calidad de 16 bits). Este sistema cuenta con un mejorado sistema de audio standard de 5.1 canales, posibilitando una alta fidelidad sin precedentes. Con un frecuencia sampling de 192kHz(cuatro veces más que un CD) el rango de frecuencia del DVD-Audio es muy amplio reduciendo el ruido de fondo(siseo) a niveles imperceptibles para el oído humano, con una resolución máxima de 24-bit(vs. 16-bit máximos del CD). Como el DVD-Video, el DVD-Audio es compatible de sistemas de sonido surround. Pi¿uede decodificar musica grabada en 5.1 canales(incluyendo un subwoofer) entregando a los oyentes un efecto envolvente(surround) exactamente igual a los conciertos en vivo.

Al igual que el DVD-Video, el DVD-Audio se encuentra disponible en versiones de un uno o dos lados, con uno o dos capas. Con su maxima capacidad de resolución, (192kHz/24-bit 2 canalesl PCM), el formato puede grabar 74 minutos de musica en un Disco de un lado y una capa. Dependiendo de la resolución, se pueden grabar hasta 400 minutes(más de 6 horas y media de música) Por último, un DVD-Audio de 8 cm se dispone en opción, especialmente para singles u otros programas.

DVD-PC: Esta familia completa de discos reemplaza al CD-ROM, pero multiplicando de gran manera las posiblidades de almacenamiento. El DVD para computadoras contaran con tres variantes que magnifican su uso.

DVD-ROM: Solo para lectura, grabado de fabrica.

DVD-R: Para grabar información solo una vez a alta velocidad .
DVD-RAM: Diseñado para lectura y escritura de alta velocidad. Permite grabar, borrar y volver a grabar infinidad de veces
.

Anexo 9: El DVD-RAM

Disco compacto

La increible capacidad de los discos, que permiten contener una cantidad de información sin paralelo, multiplicarán las capacidades de almacenamiento de las computadoras.

REGIONES, UN MUNDO DIVIDIDO

Como medida para proteger los intereses de los estudios de cine, la industria de entretenimiento a dividido al Mundo en 6 Regiones(ver el mapa debajo) que en realidad son siete, ya que aunque Japón y Europa pertenecen a la Región 2, los titulos japoneses trabajan en norma NTSC, y los europeos en PAL.

Cada Region cuenta con un codigo único de identificación para impedir la exportación de un DVD de una Region a la otra. Pero se ha visto que todas estas prevenciones en la practica ha resultado completamente ineficientes, ya que no solo existenten DVD Players multizonas, sino tambien es simple realmente el descodificar los lectores.

Estas regiones estan formadas de la siguiente manera:

Region 1: Canadá. Puerto Rico, USA y sus territorios extra continentales.
Region 2(NTSC): Japón
Region 2(PAL): Europa, Groenlandia, Sudáfrica y Medio Oriente-incluyendo Egipto-.
Region 3: Sudeste Asiático, Este de Asia (incluyendo Hong-Kong).
Region 4: America Central, Sudámerica y el Caribe, Australia, Nueva Zelandia e Islas del Pacífico Sur.
Region 5: Rusia, Africa, Subcontinente Indio, Corea del Norte y Mongolia.
Region 6: China.

Disco compacto





CARACTERISTICAS TÉCNICAS:

Características físicas

Un disco DVD es similar en sus dimensiones a la de los actuales CD's pero en su interior puede albergar una película al completo con sonido digital multicanal, o bien muchas horas de música en alta fidelidad, así como bastantes GB's de datos.

El nombre con el que oficialmente se le ha bautizado es el de Digital Versatile Disc, aunque todo el mundo lo nombra como Digital Video Disc. El objetivo de este nuevo formato es sustituir el CD de música el CD-ROM y la cinta VHS para el vídeo doméstico.

Como he dicho un disco DVD mantiene unas dimensiones exactas a las del CD mismo diámetro (120mm) y mismo grosor (1'2mm), pero como ha nadie se le puede escapar dentro de él algo ha cambiado, el único substrato de policarbonato del CD ha sido sustituido por dos substratos de 0'6mm, por lo que se hablará de discos con dos capas por cara, además se llegará ha utilizarse las dos caras de un disco. Un disco de una cara y con una capa contendrá los dos substratos pero solamente el primero contendrá datos.

Más diferencias, las huellas (pits) de los datos en un DVD están separadas 0'74µm frente a los 1'6 µm de un CD, así mismo las pistas se juntan pasando de los 0'83µm a los 0'4µm o 0'44µm de un DVD. Estas medidas más reducidas han sido posible gracias a la introducción de un nuevo láser lector cuya longitud de onda oscilará entre los valores 635µm y 650µm frente a los típicos 782µm de un láser de CD convencional. Todo esto proporciona una capacidad de almacenaje muy alta llegando a los 4'7GB en una sola capa. Así mismo las lentes del láser han sido dotadas de una superior apertura numérica, resultando un haz mucho más fino.

El paso siguiente es establecer la relación en un DVD de dos capas, es un proceso complicado pero bastante lógico, el primer substrato es puesto con una capa de aluminio opaco, al igual que en un CD, pero al que se le añade un segundo substrato caracterizado por ser un molde semireflectivo (transparente). Para que el láser pueda leer ambas capas solo se debe reenfocar el láser (la onda), una vez leída la capa más cercana al láser (semireflectiva) se reenfoca para leer la segunda capa (más profunda) hasta "golpear" con el aluminio. Una memoria de trama se encargará de evitar cualquier fluctuación de los datos leídos. Convirtiéndose el DVD de una cara y dos capas en un dispositivo de 8'5GB de capacidad. Máxima capacidad 17GB (dos caras).

Para la transmisión y control de los datos se han mejorado los procesos existentes hasta el momento. Tenemos un nuevo sistema de modulación llamado "código 8/16" o EFM-Plus y un nuevo sistema de corrección de errores llamado RS-PC, reemplazando el EFM y el CIRC Code respectivamente. (ver info sobre EFM)

Todo el mundo tranquilo, la compatibilidad con nuestros compactos actuales está totalmente asegurada. Un lector de DVD-ROM será capaz de leer discos DVD-ROM, CD-ROM y CD de música.

MPEG-2.(El nuevo estándar de vídeo digital)

Ante tanta excelencia nos encontramos con un problema, un película en formato digital puede llegar a emplear más de 300 GB de información. A todas luces desorbitado para las nuevas y flamantes capacidades de nuestro DVD. Para que "entre" en un disco se ha tenido que realizar un nuevo sistema de compresión de datos digital.

Al nuevo algoritmo se le conoce como MPEG-2. Está basado en la forma psicovisual de como los humanos percibimos las imágenes. De manera que toda la información redundante es eliminada fotograma a fotograma, por tanto no será percibido por el ojo humano. Puesto que algunas escenas son más complicadas que otras, el estándar permite una variación en el ratio de bits, es decir, para optimizar la información, las imágenes simples como secuencias estáticas serán víctimas de una gran compresión (bajo ratio de bits) mientras que secuencias complicadas, escenas con gran cantidad de efectos especiales, tendrán un ratio de bits mayor.
Los ratios de compresión serán 4 :2 :0.

La salida máxima de un DVD con audio, vídeo e información auxiliar es de 10'08Mbps (Megabits por segundo), siendo el promedio de 4'692Mbps. Un CD de audio tiene una salida fija de 1'41Mbps.

Con todo esto tenemos que un DVD de una cara y una sola capa puede almacenar hasta 133 minutos de vídeo de muy alta calidad (superior a la de un Laserdisc), así como diversos sistemas multicanal de audio como Dolby Surround, Pro-Logic, Dolby Digital (AC-3), DTS,... (pudiéndose incluir hasta 3 de los mismos). El 90% de los actuales filmes se pueden almacenar utilizando una sola capa de un DVD.

Sonido digital multicanal

El estándar DVD admite dos tipos de formatos multicanal el Dolby AC-3 o Dolby Digital 5.1y el MPEG-2 Surround Sound, este último, y por decisión política es casi seguro que se adoptará para el mercado europeo. Aunque no todo esta dicho al respecto ya que el Dolby Digital 5.1 está siendo un auténtico bombazo que se impone con mucha autoridad. Ambos sistemas tienen una salida de 384Kbps, proporcionando un excelente sonido. Aunque si partimos del Dolby Digital (6 canales) se podrá proporcionar además una banda sonora con dos canales estero-surround (Pro-Logic), por tanto una película podrá ofrecerse con ocho líneas de datos de Dolby Digital o bien ocho líneas de audio digital PCM, el utilizado en los CDs de música, permitiéndose de esta manera ediciones en varios idiomas de una misma película.

Pero, ¿qué es el Dolby AC-3 ? Es un desarrollo de los laboratorios Dolby, utilizado en las salas de cine y presente en el estándar de televisión digital (HDTV).

Recordemos que la mayoría de las bandas sonoras de películas vienen codificadas en Dolby Pro-Logic (el THX es un certificado de calidad del mismo), el Pro-Logic es un sistema multicanal basado en la codificación analógica matricial de dos canales estéreo, consiguiéndose un total de cinco canales, pero con unas limitaciones en la banda pasante muy importantes, sobre todo en los canales de efectos. El Dolby AC-3 acaba de un plumazo con los problemas del Pro-Logic, puesto que todos los procesos son llevados a cabo en el dominio digital. Tiene además seis canales totalmente independientes (5.1), izquierdo, derecho, central, efectos izquierdo y efectos derecho, así como uno dedicado específicamente al subwoofer (de ahí el .1).

Mantiene una compatibilidad total con el Dolby Pro-Logic, y realiza la identificación y control de una señal tanto estereofónica, monofónica, como surround matricial y surround discreto, lleva todos los cálculos en el dominio digital. Algunas de las principales características aportadas por los chips de Dolby AC-3 (Zoran ZR38500 o Motorola DSP56009) son : control de la respuesta en frecuencia de nuestras cajas acústicas según sus dimensiones(de esta forma evitaremos reventar las hasta ahora pequeñas cajas de efectos), control del volumen destinado a cada caja, control del canal del subwoofer, control del retardo del canal central (diálogos), posibilidad de modo noche (para no molestar a los vecinos), etc.

Sistemas de reproducción y grabación.

Parece que en un principio Toshiba, Matsushita (Panasonic, Technics), Samsung y Thomson (RCA en USA), lanzarán reproductores DVD inmediatamente, cuyos precios podrán oscilar entre 500$ y 700$ (mercado USA), Pioneer lanzará reproductores DVD y compatibles DVD, Laserdisc y CD audio, llegando hasta el modelo top cuyo precio aproximado será 1600$. Philips y Sony retrasarán un tiempo sus lanzamientos. Otros fabricantes como Fisher, Onkyo, GoldStar Denon e Hitachi ya han mostrado sus prototipos.

La calidad de vídeo será bastante buena con 480 líneas horizontales (240 VHS y 425 laserdisc), podrán reproducir todo tipo de discos DVD, así como la posibilidad de CD de audio, ofrecerán salidas de línea estero, salidas de vídeo compuesto y S-Video (supervideo), y salida digital de radio frecuencia Dolby Digital AC-3. Dependiendo del contenido del disco se podrá acceder a 32 tipos diferentes de subtítulos, ocho pistas diferentes de diálogo en otros tantos idiomas, cambios de formato normal a panorámico, y siempre sin cambiar de disco.

Además de todo lo anterior el DVD permite una serie de características que serán muy bien recibidas por algunos, por ejemplo, la utilización de "llaves" a modo de código secreto, los padres podrán evitar que sus hijos puedan ver películas de alto contenido sexual (porno) o excesivamente violentas. Al introducir un disco DVD en el lector, éste le informará de su duración, pistas, e información adicional como puede ser la clasificación de la película.

Se podrá evitar la visualización de ciertas escenas, sin percibirse ningún "salto" , con la sola pulsación de un botón. Algo así como quitar las escenas de cama en "Instinto Básico".

Pero todavía hay más el DVD podrá aportar en un mismo disco los formatos de visualización 4 :3 y el panorámico 16 :9, el cual se impone a velocidad de vértigo. La división de capítulos, el avance y retroceso digital, características familiares a los aficionados al Laserdisc o CDI están también recogidos el estandar del DVD. Y para delirio de cinéfilos incluso se podrán variar las tomas realizadas a cada escena, incluir cortes, fundidos, travellings, cambiar el idioma,... Todo ello, claro está si estas posibilidades son incluidas en el filme en cuestión.

Los sistemas de grabación.

También esta la pelea por los futuros grabadores de DVD, los estudios no quieren ni oír hablar de ello, pero para la industria informática supondría un salto más que cualitativo como sistema de almacenaje y seguridad. Está claro que mientras un descodificador es relativamente simple un codificador de MPEG-2 no lo es, pero está claro que la industria informática necesita grabadores de DVD para otro tipo de cuestiones. Por ello probablemente los grabadores DVD-R destinados a la industria informática no incluirán un codificador MPEG-2 vía hardware, ni tampoco un desencriptador de los llamados "I-frames". Por tanto estos tardarán en llegar un tiempo por estas razones "políticas".

Pero mientras estos llegan, los consumibles hacen su aparición. TDK ha anunciado la disponibilidad de discos DVD para grabar y no una sola vez, sino regrabables. TDK los ha bautizado como DVD-RAM y tienen una capacidad de hasta 1000 grabaciones. TDK ha creado un nuevo material llamado AVIST, un compuesto realizado a base de vanadio, indio, antimonio y telurio. Gracias a este material no será necesario la utilización de láseres más potentes como venía ocurriendo en los CD-R.

Los DVD-RAM tendrán una capacidad de 2'6GB, esperando TDK realizar mejoraras en el proceso de fabricación para poder llegar a los 5GB. La puesta a la venta de este producto estará entre mediados y finales del 97. Así mismo Pioneer ha creado una nueva empresa situada en Barcelona dedicada única y exclusivamente a proporcionar discos DVD para toda Europa. Desde allí se enviarán discos para las empresas cinematográficas y las empresas de software que realicen productos en DVD.

Herramientas de uso.

Ya hemos visto el contenido técnico, pero ahora hace falta la realización del mismo, para ello en agosto de 1996 Intel presentó su "DVD Authoring Studio" optimizado para el desarrollo de productos DVD sobre plataforma PC, usando la tecnología MMX, el programa proporciona edición digital y analógica, captura de vídeo, edición, compresión MPEG-2 e Intel Indeo. Este tipo de programas sirven para la edición de vídeo para DVD, permitiendo codificación en tiempo real de vídeo MPEG-1 y MPEG-2, así como la codificación de los seis canales para el Dolby AC-3.

Como creadores multimedia, Macromedia Director puede actualmente utilizar vídeo codificado en MPEG-2, pero la casa Macromedia está preparando nuevas facilidades y herramientas para su utilización. Microsoft informa a su vez que dispondrá de software que soporte DVD en su OSR3 (OEM Service Release 3), el cual tendrá lugar en el primer trimestre del 97. Proporcionando un "driver" DVD ATAPI, un sistema de ficheros UDF, y software de control.

EL MERCADO

Política comercial del DVD

El problema de la protección contra las copias está muy latente, la alta calidad de este formato lo hace muy tentador para los piratas. Pero la industria no se va a conformar con una ley que castigue el pirateo de este formato. Sino que ha puesto manos a la obra para evitarlo físicamente.

Pero todavía hay más pegas, Hollywood utiliza un ingenioso esquema de lanzamiento de sus productos para maximizar los beneficios. Después del lógico paso por las salas de cine, cada filme pasa a la venta y alquiler en formatos de cinta (VHS), laserdisc, y también mediante cable, satélite y televisión, el período de tiempo de un medio a otro suele variar bastante, y depende en gran medida del éxito que haya tenido en las salas cinematográficas, pudiendo ser de un año hasta tres años dependiendo del medio.

Pero este esquema de beneficios es además apoyado por la diferencia entre sistemas televisivos y de videograbadores, recordemos que en Estados Unidos se utiliza el sistema NTSC y en europa PAL/SECAM, provocando de esta manera una incompatibilidad aprovechada por los estudios para la obtención de beneficios. Es curioso que los fabricantes estén dotando a sus productos más recientes (1-2 años) de la compatibilidad total entre sistemas, caso de televisores, y compatibilidad en reproducción caso de videograbadoras y laserdisc. Con lo cual si no tenemos problemas con el inglés podíamos comprar de importación alguna que otra película. En el DVD no existe este problema puesto que trabaja con líneas de vídeo independientes, es decir, no compuestas como ocurre en los sistemas anteriormente citados.

Pués bien ¿cuál es el problema ?. Este esquema quedaría obsoleto por completo si el DVD fuera lanzado en un formato compatible a escala mundial, siendo el problema el siguiente : mientras que se tardan en torno a 5-6 meses en estrenarse una película en Europa con respecto a USA , este sería prácticamente el período en coincidir con el lanzamiento de los primeros productos para la venta y alquiler. A Hollywood no le hace ni pizca de gracia ver mermados sus niveles de beneficios por lo que han creado una incompatibilidad artificial en la que un reproductor de DVD solo pueda reproducir discos lanzados específicamente para ese mercado, con lo cual el esquema de beneficios en absoluto se verá afectado.

Todo esto solo quiere decir una cosa, el éxito del DVD no depende de sus excelencias tecnológicas, sino de las trabas políticas que se introduzcan para el soporte.

División regional y protección anticopias

Esto ha sido uno de los principales quebraderos de cabeza y causante directo de un enorme retraso debido al no acuerdo entre la industria cinematográfica y la industria informática. Pues bien, como va a resolver Hollywood la dualidad NTSC/PAL y la protección anticopia, para mantener sus esquemas de beneficios, e incluso mejorarlos.

En primer lugar introducirá la llamada "división regional" por la que el mundo quedará dividido en 6 regiones de comercialización, permitiendo a los estudios el control de la introducción de las películas a países determinados y en fechas prefijadas. Esto quiere decir que un reproductor de DVD comprado en Europa únicamente podrá reproducir películas destinadas específicamente a ese mercado. Esto es el principal punto de choque con la industria informática, que después de muchas horas de negociación se resolverá de la siguiente manera Un lector de DVD incorporará un chip con una clave, distinta para un lector DVD y un DVD-ROM, al chequearse la clave del disco con la del lector se comprobará si es una película o simplemente software exclusivo para ordenador. Si el disco contiene programa para ordenador "no problem", pero si es una película se regirá por el esquema cinematográfico de regiones.

El DVD incluirá protección de los datos frente a copias vía digital y analógica. Para evitar las copias vía analógica, a nuestro vídeo VHS, se utilizará el mismo sistema que evita las copias de vídeo a vídeo. En el caso de la protección digital esta se ha decidido por un sistema denominado CGMS (Copy Generation Management System).

Se basa en la introducción de códigos de protección denominados "I-frames" o fragmentos de información, estos precederán al 25% de las secuencias más importantes, y además aleatoriamente se introducirá el código en otras secuencias. Este código de encriptación será el causante directo de evitar las copias vía digital y por lo tanto el pirateo.

Multimedia y DVD-ROM

Desde el lado puramente multimedia, se tiene un medio digital diseñado para los dispositivos de vídeo, los diseñadores de productos interactivos no tendrán que quebrarse más la cabeza para introducir sus datos en un medio diseñado para introducir audio.

La comunidad de los juegos está comenzando a saltar a este gran vagón. Hugh Martin presidente de 3DO considera este medio como muy excitante, "puesto que es importante poder combinar la funcionalidad de una PlayStation (Sony), nuestra M2, una Nintendo 64,... en un único DVD, es como un Caballo de Troya".

Está claro que hay una gran aura de optimismo alrededor de esta tecnología, y todo el mundo clama que será lo mejor que ha pasado desde hace mucho tiempo en el mundo de la electrónica de consumo.

DVD-ROM

Aunque todavía no se quiere echar las campanas al vuelo, sobre todo si tenemos en cuenta la ley de Moore (Intel), que dice que las computadoras doblaran su potencia cada 18 meses. Por eso no lo quieren bautizar como un salto cualitativo en sistemas de almacenaje. Mientras tanto Peter Biddle (Microsoft) lo describe como lo que es, un lector DVD-ROM es aquel que cumple con el estándar DVD, manteniendo la compatibilidad con los CD-ROM y los CD´s de audio. Esto redefine al ordenador como una máquina de ver películas con una gran pantalla, así como las cosas normales que se suelen hacer en el ordenador.

Greg Berkin (Intel) considera al DVD-ROM como periférico imprescindible en la nueva generación de ordenadores. Las posibilidades multimedia son fascinantes, y llevadas al límite pueden ser hasta sobrecogedoras. Se espera que los lectores de DVD-ROM se ofrezcan con una tarjeta que soporte descodificación MPEG-2 y de Dolby AC-3, siendo los precios en su configuración más sencilla muy similares a la de los actuales CD-ROM.

SAMSUMG PRESENTA EL DVD MÁS PEQUEÑO DEL MUNDO

La empresa coreana Samsung ha sacado al mercado el DVD más pequeño del mundo. El modelo ha sido bautizado como "P-Theather" y tiene unas dimensiones de 200 x 160 x 55 mm, con un peso de sólo 900 gramos. Permite reproducir tanto discos DVD como CD, y puede ser usado mientras se viaja en automóvil a través de una pantalla portátil, conectarlo a un ordenador personal o en el hogar mediante la pantalla del televisor. El aparato se adapta al ratio de pantalla 4:3, a la medida 16:9 con 544 líneas de definición y al sonido digital 5'1 en 3D. Samsung pretende empezar a comercializar el "P-Theather" durante el segundo semestre de 1998.

Disco compacto

Anexo 9. DVD RAM

El DVD-RAM fue definido por el DVD-Forum en el llamado DVD-RAM Book 1.0 publicado en julio de 1997.

Su principal característica es la de ser un medio regrabable más de 100.000 veces con una capacidad de 2.6 Gb por cara, así encontramos discos "Type I" con 5.2 Gb y dos caras y "Type II" con 2.6 Gb y una cara.

El problema es la compatibilidad. Los DVD-RAM no pueden ser leídos por el momento en los DVD-ROM, y se encuentran en una especie de cartuchos similares a los caddy de los primeros cd's.

Métodos de grabación:

El DVD-RAM está dividido en 24 zonas circulares, separadas por una marca de solo lectura para una rápida localización de la información. La distancia entre marcas es la misma, por lo que su capacidad también lo es. Estás marcas son apreciables a simple vista en el DVD-RAM.

Para la grabación se basa en la tecnología de "cambio de fase", en la cual se usa un material que puede adoptar dos estados: cristalino o amorfo que al tener distinta reflectividad son detectados por el lector. Cada estado corresponde a un 1 o 0 en código binario. Para dar a las moléculas el estado amorfo se calientan con el láser hasta los 600º C y al enfriarse rápidamente alcanzan el estado amorfo. Para devolver esa zona al estado original, se eleva la temperatura a 350º C y se disminuye de forma progresiva, recuperando el estado cristalino.

Características lógicas:

Su capacidad es de 2.6 Gb frente a los 4.7 Gb de los DVD-ROM, esto es debido a la estructura dividida en zonas, un mayor espacio entre pistas, más bits de información, lo que reduce el espacio disponible para datos.

Como ventaja usa el sistema de giro ZCLV que mantiene constante la velocidad de giro en cualquier parte del disco, mantiene los mismos parámetros de longitud de sectores, código de modulación, longitud de onda del láser y sistema de corrección de errores que el DVD-ROM, lo que facilitará una compatibilidad futura. Por el momento los DVD-ROM no pueden leer DVD-RAM.

Respecto al sistema de archivos permite escribir particiones FAT 16, FAT 32 y UDF. El sistema UDF es el consigue mejores resultados en cuanto a capacidad de almacenamiento, pero para su uso es necesario disponer del software adecuado, no disponible para todos los sistemas operativos.

Anexo 10. Parámetros de interés: 

Latencia:

Una vez que el cabezal de lectura está en el sitio correcto para realizar una lectura, al estar girando el disco, debe esperar a que pase por el punto adecuado para comenzar a leer. La cantidad de tiempo que lleva, en media, hasta que la información pasa por donde espera el cabezal de lectura desde que este está en el lugar adecuado es lo que se conoce como latencia. Obviamente la latencia depende directamente de la velocidad del dispositivo, es decir, cuanto mayor sea la latencia en un dispositivo 24X es mucho menor que un 4X. La medida de la latencia no es un parámetro sencillo de medir en los CD-ROM CLV (hasta hace poco todos) ya que la velocidad de giro era variable como ya hemos explicado.

      Este parámetro no suele ser dado para un CD-ROM ya que forma parte del tiempo de acceso que sí es realmente un parámetro de interés.

Tiempo de acceso: 

Para describir la calidad de un CD-ROM este es probablemente uno de los parámetros más interesantes. El tiempo de acceso se toma como la cantidad de tiempo que le lleva al dispositivo desde que comienza el proceso de lectura hasta que los datos comienzan a ser leídos. Este parámetro viene dado por: la latencia, el tiempo de búsqueda y el tiempo de cambio de velocidad (en los dispositivos CLV).

Téngase en cuenta que el movimiento de búsqueda del cabezal y la aceleración del disco se realizan al mismo tiempo, por lo tanto no estamos hablando de sumar estos componentes para obtener el tiempo de acceso sino de procesos que justifican esta medida.

        Este parámetro, obviamente, depende directamente de la velocidad de la unidad de CD-ROM ya que los componentes de este también dependen de ella. La razón por la que el tiempo de acceso es tan superior en los CD-ROM respecto a los discos duros es la construcción de estos. La disposición de cilindros de los discos duros reduce considerablemente los tiempos de búsqueda. Por su parte los CD-ROM no fueron inicialmente ideados para el acceso aleatorio sino para acceso secuencial de los CD de audio. Los datos se disponen en espiral en la superficie del disco y el tiempo de búsqueda es por lo tanto mucho mayor.

        Una cuestión a tener en cuenta es el reclamo utilizado en muchas ocasiones por los fabricantes, es decir, si las tasas de acceso más rápidas se encuentran en los 100 ms (150 m es un tiempo de acceso típico)  intentarán convencernos de que un CD-ROM cuya velocidad de acceso es de 90 ms es infinitamente mejor  cuando la realidad es que la diferencia es en la práctica inapreciable, por supuesto que cuanto más rápido sea un CD-ROM mejor, pero hay que tener en cuenta que precio estamos dispuestos a pagar por  una característica que luego no vamos a apreciar.

Tiempo de búsqueda:

El tiempo de búsqueda se refiere al tiempo que lleva mover el cabezal de lectura hasta la  posición del disco en la que están los datos. Solo tiene sentido hablar de esta magnitud en media ya que no es lo mismo alcanzar un dato que está cerca del borde que otro que está cerca del centro. Esta magnitud forma parte del tiempo de acceso que es un dato mucho más significativo. El tiempo de búsqueda tiene interés para entender los componentes del tiempo de acceso pero no tanto como magnitud en sí.

Tiempo de cambio de velocidad:

En los CD-ROM de velocidad lineal constante (CLV), la velocidad de giro del motor dependerá de la posición que el cabezal de lectura ocupe en el disco, más rápido cuanto más cerca del centro. Esto implica un tiempo de adaptación para que este motor tome la velocidad adecuada una vez que conoce el punto en el que se encuentran los datos. Esto se suele conseguir mediante un microcontrolador que relaciona la posición de los datos con la velocidad de rotación.

En los CD-ROM CAV no tiene sentido esta medida ya que la velocidad de rotación es siempre la misma, así que la velocidad de acceso se verá beneficiada por esta característica y será algo menor; no obstante, se debe tener en cuenta que dado que los fabricantes indican la velocidad máxima para los CD-ROM CAV y esta velocidad es variable, un CD-ROM CLV es mucho más rápido que otro de la misma velocidad CAV cuanto más cerca del centro del disco.

Caché:

La mayoría de los CD-ROM suelen incluir una pequeña cache cuya misión es reducir el número de accesos físicos al disco. Cuando se accede a un dato en el disco éste se graba en la cache de manera que si volvemos a acceder a él, éste se tomará directamente de esta memoria evitando el lento acceso al disco. Por supuesto cuanto mayor sea la caché mayor será la velocidad de nuestro equipo pero tampoco hay demasiada diferencia de velocidad entre distintos equipos por este motivo ya que esta memoria solo nos evita el acceso a los datos más recientes que son los que van sustituyendo dentro de la caché a los que llevan más tiempo y dada la característica, en cuanto volumen de información, de las aplicaciones multimedia nada nos evita el tener que acceder al dispositivo y como ya hemos explicado este es uno de los parámetros determinantes de la velocidad de este dispositivo. Obviamente, cuanto más caché tengamos mejor pero teniendo en cuenta el  precio que estamos dispuestos a pagar por ella.

BIBLIOGRAFÍA:

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En Barallobre a 2 de Abril del año 2001