1. Ventajas de los Sistemas de Tratamiento Digital de la Señal
Los nuevos sistemas de tratamiento digital de la señal ofrecen las siguientes ventajas:
- Inmunidad al ruido.
- Elevada densidad de integración (VLSI).
- Mayor estabilidad.
- Gran avance de los microprocesadores.
- Costes mucho más reducidos.
2. Proceso de Muestreo y Retención de una Señal Analógica
Muestreo: Consiste en obtener una serie de muestras o datos de una señal analógica en instantes de tiempo determinados.
Retención: Se realiza a través del funcionamiento de unos interruptores conmutados que cargan y descargan condensadores, reteniendo así la señal. Los circuitos de muestreo y retención se abrevian como S/H (Sample and Hold).
Un circuito S/H se compone de:
- Un interruptor de muestreo.
- Un condensador de retención.
3. Características de una Señal PAM
Una señal PAM (Modulación por Amplitud de Pulsos) posee las siguientes características:
- El tiempo entre una muestra y otra de la señal de audio muestreada debe ser constante.
- La señal de audio original muestreada está contenida en la envolvente de los pulsos de voltaje de esta señal.
4. Frecuencia de Muestreo y el Teorema de Nyquist
La señal de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima de la señal analógica muestreada para evitar el efecto «alias» (aliasing). Este efecto produce una forma de onda errónea y distinta, y puede hacer que dos señales analógicas diferentes tengan las mismas muestras. Esto se conoce como el Teorema de Nyquist-Shannon.
5. Proceso de Cuantificación
La cuantificación es el proceso mediante el cual todas las muestras obtenidas de una señal analógica que se encuentran dentro de un mismo intervalo de decisión se representan con un mismo valor.
6. Error de Cuantificación
El error de cuantificación surge de la diferencia entre la señal original muestreada y la señal reconstruida durante el proceso de cuantificación. A los distintos valores de la señal muestreada se les asigna un único nivel de salida, lo que introduce este error.
7. Función de un Convertidor Analógico-Digital (ADC)
La misión de un convertidor A/D es transformar una señal analógica continua de entrada (tensión o corriente) en un conjunto discreto de estados de salida proporcionales a la señal de entrada aplicada, para luego codificarla.
8. Tabla de Conversión de un ADC de Cuatro Bits
(Se necesita más información para completar la tabla de conversión con un valor de fondo de escala Vfs = 4 voltios. Se requiere conocer los niveles de cuantificación o el rango de entrada).
9. Tipos de Convertidores A/D
Existen varios tipos de convertidores A/D, entre ellos:
- Convertidor A/D de aproximaciones sucesivas.
- Convertidor A/D de simple rampa.
- Convertidor A/D de doble rampa.
- Convertidor A/D de rampa de escalera.
10. Frecuencia de Muestreo Igual a la Frecuencia de la Señal
Cuando la frecuencia de muestreo es igual a la frecuencia de la señal a muestrear, se produce un error de cuantificación y no se puede reconstruir la señal original correctamente.
11. Tipos de Modulación Digital
Existen varios tipos de modulación digital, entre ellos:
- Retorno a Cero (RZ): Los ceros se representan con voltaje bajo, y los unos con voltaje alto durante la mitad del tiempo del pulso.
- No Retorno a Cero (NRZ): Los ceros se representan con voltaje bajo, y los unos con voltaje alto durante todo el tiempo del pulso.
- No Retorno a Cero Invertido (NRZI): Los unos se representan con transiciones que se producen justo a la mitad del tiempo que les corresponde.
12. Modulación NRZI
En la modulación NRZI (Non-Return to Zero Inverted), los unos se representan mediante transiciones que ocurren a la mitad del intervalo de tiempo asignado a cada bit.
13. Codificación EFM y su Uso en Audio Digital
La codificación EFM (Eight-to-Fourteen Modulation) convierte símbolos de 8 bits en símbolos de 14 bits. Se utiliza en audio digital, como en los CDs, para corregir las diferencias que persisten en la modulación NRZI y mejorar la eficiencia del almacenamiento.
14. Significado de «Pits» en un CD
Pits es la palabra que se utiliza para referirse a las depresiones físicas grabadas sobre la superficie del disco compacto (CD). Estas depresiones, junto con las zonas planas (lands), representan la información digital.
15. Proceso de Grabación hasta Conformar una Trama en un CD
El proceso de grabación en un CD hasta conformar una trama sigue estos pasos:
- La señal de audio estéreo se aplica a unos filtros paso bajo que eliminan las frecuencias superiores a 20 kHz.
- Se realiza el muestreo a una frecuencia de 44.1 kHz.
- El convertidor A/D mide la señal PAM (Pulse Amplitude Modulation).
- Se realiza la cuantificación y codificación de las muestras.
- Se añaden bits de paridad para la corrección de errores (CIRC – Cross-Interleaved Reed-Solomon Code).
- Se realiza la modulación EFM.
- Se añade información de subcódigo y sincronismo.
- Se forma la trama.
16. Frecuencia a la Salida del Convertidor A/D en Grabación de CD
La frecuencia a la salida del convertidor A/D utilizado en la grabación de un CD es de 705.6 Kbits/s x 2 = 1.4112 Mbits/s (para audio estéreo).
17. Formación de una Trama y su Duración
Una trama en un CD está formada por:
- Un patrón de sincronismo de trama de 24 bits.
- Bits de subcódigo (1 bit).
- Datos de audio (24 bytes, 12 muestras por canal).
- Bits de paridad (8 bytes, 4 bytes para C1 y 4 bytes para C2).
El tiempo que tarda en producirse una trama es de aproximadamente 136 µs (microsegundos).
18. Frecuencia de Trama en un CD
La frecuencia de trama en un CD es de 7.35 kHz.
19. Frecuencia de Reloj en el Proceso de Reproducción de un CD
La frecuencia de reloj necesaria para leer los bits en el proceso de reproducción de un CD es: Fbit = 588 bits/trama x 7.35 kHz = 4.3218 MHz.
20. Bloques por Segundo y Frecuencia de Sincronismo de Bloque
En un CD se producen 75 bloques por segundo. Esta frecuencia se denomina frecuencia de sincronismo de bloque (Fblk).
21. Tramas por Bloque en un CD
Un bloque en un CD está compuesto por 98 tramas.
22. Finalidad del Sincronismo de Bloque en un CD
Los bloques se encuentran separados entre sí por medio de un patrón único de bits denominado sincronismo de bloque. Este patrón permite al reproductor sincronizarse con la señal y localizar el inicio de cada bloque.
23. Función del Canal de Subcódigo Q en un CD
El canal de subcódigo Q se utiliza para fines de control más sofisticados. Contiene datos como el número de pista, el tiempo transcurrido, el tiempo restante, etc. Acompaña a las muestras de información de audio y tiene numerosas funciones, como la visualización de información en la pantalla del reproductor.
24. Dimensiones de las Transiciones en la Superficie del CD
Las transiciones entre pits y lands en la superficie del disco deben cumplir con unas dimensiones específicas para que la modulación EFM cumpla la regla de que entre dos «unos» consecutivos debe haber un mínimo de 2 y un máximo de 10 «ceros».
25. Precauciones en la Manipulación de un Compact Disc
Para manipular correctamente un CD, se deben tomar las siguientes precauciones:
- Manipularlo por los bordes o por el orificio central, evitando tocar la superficie grabada.
- Evitar rayarlo.
- Limpiarlo con un paño suave y seco, en dirección radial (del centro al borde).
- Guardarlo en un lugar seguro, protegido del polvo, la humedad y la luz solar directa.