Digitalización: Cuantificación con N Bits

La amplitud de las muestras se discretiza. El rango dinámico de la señal de entrada se divide en 2^N tramos, donde N es el número de bits. A la amplitud se le asigna el valor del tramo al que pertenece. Ya no hay tensión, sino un número entero: del 0 al 2^N – 1 en vídeo y del -2^(N-1) al 2^(N-1) – 1 en audio. Todas las amplitudes del mismo tramo proporcionan el mismo valor. Aparece el error de cuantificación, que se podrá apreciar al recuperar la señal analógica.

Codificación

• Cada valor se expresa en binario con N bits.
• La salida es un conjunto de muestras de N bits: conjunto de «1» y «0».
• Codificación de señal positiva:
  • Típico en vídeo.
  • Los valores van del 0 al (2^N – 1).
• Codificación de señal negativa y positiva: bit de signo y complemento a 2.

Audio: Cuantificación Analógica/Digital

En audio existe la posibilidad de usar dos tipos de cuantificaciones:

• Lineal: Cada tramo del cuantificador tiene asociado el mismo rango de tensiones de la señal.
• No lineal: Los intervalos de cuantificación de tensiones bajas son más pequeños que los de tensiones altas. Disminuye el impacto del error de cuantificación. Existen dos tipos estandarizados: Ley A y Ley μ. Uso casi exclusivo en digitalización de voz.
• El audio cuantifica valores binarios negativos: se utiliza la codificación en complemento a 2.

AES3

Estándar, también conocido como AES/EBU, usado en equipos de estudio y del que se deriva el SPDIF doméstico. Digitaliza 2 canales de audio (típicamente estéreo: L y R) y sus datos se organizan de forma multiplexada TDM. Complemento a 2. Los datos de cada muestra de cada canal digitalizado (hasta 24 bits) se introducen en una trama de datos digitales de 32 bits.

Código de canal: BiPhase‐Mark. Más adecuado para transmisión serie por cable. Para cada nuevo bit, el nivel de tensión cambia al principio del símbolo:

• “0”, el nivel se mantiene toda la duración del bit.
• “1”, el nivel cambia a la mitad de la duración del bit.

El nivel eléctrico no es significativo para el dato lógico. El resultado es una señal cuyo pulso más estrecho dura la mitad del tiempo de bit. AES3, metadatos: cada 192 frames se introduce una cabecera de estatus con una tabla de 24 bytes de información sobre la señal (metadatos). 1 frame = 2 muestras = 2×32 bits.

SPDIF

Versión del protocolo AES3 para aplicaciones de consumo estandarizada en la IEC 60958. La aplicación de consumo (SPDIF) se indica en el channel status con el primer bit del primer byte. La diferencia de significado y análisis de muchos de sus datos hacen incompatibles la aplicación de consumo de la profesional, por lo que AES3 y SPDIF son incompatibles, aunque su contenido de audio sea el mismo.

Señal de Vídeo Digital: SDI (Serial Digital Interface)

Las tres señales digitalizadas (RGB o YCbCr) deben multiplexarse para obtener una única señal digital. Además, ese múltiplex debe incluir datos equivalentes a los sincros horizontales y verticales y a los intervalos de borrado:

• EAV (End of Active Video): es un código de 4 palabras que indica el inicio de una línea (Sincro Horizontal). Coincide con el final de datos de vídeo activo de la línea anterior.
• SAV (Start of Active Video): es un código de 4 palabras que indica el comienzo de los datos de vídeo activo de una línea, LAD (Line Active Digital).

Las zonas de borrado pueden reutilizarse para mandar datos auxiliares: canales de audio o metadatos de programa.

Calidad en la Conversión Analógica-Digital-Analógica

• En audio y en vídeo, la información original es analógica, y la final que se presenta al usuario tiene que volver a ser analógica. Por tanto, es imprescindible analizar todo el proceso A/D/A para establecer aspectos de calidad.
• Es un error habitual no prestar mucha atención a la etapa D/A, que es especialmente crítica, al ser la que genera la señal analógica que se presenta al usuario. Son evidentes las diferencias entre reproductores de CD, parte de las cuales se deben al filtro de reconstrucción. También son evidentes las diferencias entre reproductores DVD y entre pantallas de vídeo de la misma resolución y tipo, al mostrar el mismo DVD. Parte de ellas se deben al proceso de generación (no siempre se usan los filtros estandarizados).
• Digitalizar una señal es muy útil, pero presenta diversas limitaciones:
  • El ancho de banda queda limitado. En vídeo eso conlleva limitar la resolución de la imagen.
  • Puede aparecer aliasing.
  • Los filtros introducen distorsiones a la señal.
  • Existe ruido de cuantificación que puede recuperarse como ruido blanco o como distorsión no lineal (para niveles bajos de señal).