Compact Disc Digital Audio ( CDDA o CD-DA ), también conocido como Digital Audio Compact Disc o simplemente como Audio CD , es el formato estándar para discos compactos de audio . El estándar está definido en las especificaciones técnicas del Libro Rojo , por lo que el formato también se denomina "audio del Libro Rojo" en algunos contextos. [1] El CDDA utiliza modulación por código de pulsos (PCM) y utiliza una frecuencia de muestreo de 44.100 Hz y una resolución de 16 bits, y se especificó originalmente para almacenar hasta 74 minutos de audio estéreo por disco.
El primer reproductor de CD de audio disponible comercialmente , el Sony CDP-101 , se lanzó en octubre de 1982 en Japón. El formato ganó aceptación mundial en 1983-84, vendiendo más de un millón de reproductores de CD en sus primeros dos años, para reproducir 22,5 millones de discos, [2] antes de superar a los discos y las cintas de casete para convertirse en el estándar dominante para la música comercial. Alcanzando su punto máximo alrededor del año 2000, el CD de audio se contrajo durante la siguiente década debido a la creciente popularidad y los ingresos de la descarga digital , y durante la década de 2010 por la transmisión de música digital , [3] pero se ha mantenido como uno de los principales métodos de distribución para la industria de la música . [4] En los Estados Unidos, los ingresos de los discos fonográficos superaron al CD en 2020 por primera vez desde la década de 1980, [5] [6] pero en otros mercados importantes como Japón sigue siendo el formato de música principal por una distancia [7] y en Alemania superó en ventas a otros formatos físicos al menos cuatro veces en 2022. [8]
En la industria de la música, los CD de audio se han vendido generalmente como un CD sencillo (ahora en gran parte inactivo) o como álbumes completos , este último de los cuales ha sido más común desde la década de 2000. [9] El formato también ha sido influyente en la progresión de la música de videojuegos , utilizada en CD-ROM de modo mixto , proporcionando audio con calidad de CD popularizado durante la década de 1990 en hardware como PlayStation , Sega Saturn y computadoras personales con tarjetas de sonido de 16 bits como Sound Blaster 16. [ 10] [11]
El optófono , presentado por primera vez en 1931, fue uno de los primeros dispositivos que utilizaba luz tanto para grabar como para reproducir señales de sonido en una fotografía transparente . [12] Más de treinta años después, al inventor estadounidense James T. Russell se le atribuye la invención del primer sistema para grabar medios digitales en una placa fotosensible. La solicitud de patente de Russell se presentó en 1966 y se le concedió una patente en 1970. [13] Después de un litigio, Sony y Philips licenciaron las patentes de Russell para grabación en 1988. [14] [15] Es discutible si los conceptos, patentes y prototipos de Russell instigaron y en cierta medida influyeron en el diseño del disco compacto. [16]
El disco compacto es una evolución de la tecnología LaserDisc , [17] donde se utiliza un haz láser enfocado que permite la alta densidad de información requerida para señales de audio digital de alta calidad. A diferencia de la técnica anterior de Optophonie y James Russell, la información del disco se lee desde una capa reflectante utilizando un láser como fuente de luz a través de un sustrato protector. Philips y Sony desarrollaron prototipos de forma independiente a fines de la década de 1970. [18] Aunque inicialmente la gerencia de Philips Research lo descartó como una actividad trivial, [19] el CD se convirtió en el enfoque principal para Philips mientras el formato LaserDisc luchaba. [20] En 1979, Sony y Philips crearon un grupo de trabajo conjunto de ingenieros para diseñar un nuevo disco de audio digital. Después de un año de experimentación y discusión, el estándar CD-DA del Libro Rojo se publicó en 1980. Después de su lanzamiento comercial en 1982, los discos compactos y sus reproductores fueron extremadamente populares. A pesar de costar hasta 1.000 dólares, entre 1983 y 1984 se vendieron más de 400.000 reproductores de CD en los Estados Unidos. [21] En 1988, las ventas de CD en los Estados Unidos superaron las de los LP de vinilo y, en 1992, las ventas de CD superaron las de las cintas de casete de música pregrabadas. [22] [23] El éxito del disco compacto se ha atribuido a la cooperación entre Philips y Sony, que acordaron y desarrollaron conjuntamente un hardware compatible. El diseño unificado del disco compacto permitió a los consumidores comprar cualquier disco o reproductor de cualquier empresa y permitió que el CD dominara el mercado de la música en el hogar sin oposición. [24]
En 1974, Lou Ottens, director de la división de audio de Philips, creó un pequeño grupo para desarrollar un disco de audio óptico analógico con un diámetro de 20 cm (7,9 pulgadas) y una calidad de sonido superior a la del disco de vinilo. [25] Sin embargo, debido al rendimiento insatisfactorio del formato analógico, dos ingenieros de investigación de Philips recomendaron un formato digital en marzo de 1974. En 1977, Philips estableció un laboratorio con la misión de crear un disco de audio digital. El diámetro del prototipo de disco compacto de Philips se fijó en 11,5 cm (4,5 pulgadas), la diagonal de un casete de audio. [17] [26]
Heitaro Nakajima , quien desarrolló una de las primeras grabadoras de audio digital dentro de la organización pública de radiodifusión nacional de Japón, NHK , en 1970, se convirtió en director general del departamento de audio de Sony en 1971. En 1973, su equipo desarrolló un adaptador PCM digital que hacía grabaciones de audio utilizando una grabadora de vídeo Betamax . Después de esto, en 1974 se dio fácilmente el salto al almacenamiento de audio digital en un disco óptico. [27] Sony demostró públicamente por primera vez un disco de audio digital óptico en septiembre de 1976. Un año después, en septiembre de 1977, Sony mostró a la prensa un disco de 30 cm (12 pulgadas) que podía reproducir una hora de audio digital (frecuencia de muestreo de 44.100 Hz y resolución de 16 bits) utilizando codificación de modulación de frecuencia modificada . [28] En septiembre de 1978, la compañía presentó un disco de audio digital óptico con un tiempo de reproducción de 150 minutos, una frecuencia de muestreo de 44.056 Hz, una resolución lineal de 16 bits y un código de corrección de errores de codificación Reed-Solomon entrelazada (CIRC) , especificaciones similares a las que se establecieron posteriormente para el formato de disco compacto estándar en 1980. Los detalles técnicos del disco de audio digital de Sony se presentaron durante la 62.ª Convención AES , celebrada del 13 al 16 de marzo de 1979 en Bruselas . [28] El documento técnico de AES de Sony se publicó el 1 de marzo de 1979. Una semana después, el 8 de marzo, Philips demostró públicamente un prototipo de disco de audio digital óptico en una conferencia de prensa llamada "Philips presenta el disco compacto" [29] en Eindhoven , Países Bajos. [30] El ejecutivo de Sony Norio Ohga , más tarde director ejecutivo y presidente de Sony, y Heitaro Nakajima estaban convencidos del potencial comercial del formato e impulsaron un mayor desarrollo a pesar del escepticismo generalizado. [31]
En 1979, Sony y Philips crearon un grupo de trabajo conjunto de ingenieros para diseñar un nuevo disco de audio digital. Dirigido por los ingenieros Kees Schouhamer Immink y Toshitada Doi , la investigación impulsó la tecnología de discos ópticos y láser . [29] Después de un año de experimentación y debate, el grupo de trabajo produjo el estándar CD-DA Red Book . Publicado por primera vez en 1980, el estándar fue adoptado formalmente por la IEC como estándar internacional en 1987, con varias enmiendas que pasaron a formar parte del estándar en 1996. [ cita requerida ]
Philips acuñó el término disco compacto en consonancia con otro producto de audio, el Compact Cassette , [26] y aportó el proceso general de fabricación , basado en la tecnología de vídeo LaserDisc. Philips también aportó la modulación de ocho a catorce (EFM), mientras que Sony aportó el método de corrección de errores , CIRC, que ofrece resiliencia a defectos como arañazos y huellas dactilares.
La historia del Compact Disc [17] , contada por un ex miembro del grupo de trabajo, ofrece información de fondo sobre las numerosas decisiones técnicas que se tomaron, incluida la elección de la frecuencia de muestreo, el tiempo de reproducción y el diámetro del disco. El grupo de trabajo estaba formado por unas 6 personas [19] [32], aunque según Philips, el CD fue "inventado colectivamente por un gran grupo de personas que trabajaban en equipo". [33]
Los primeros hitos en el lanzamiento y adopción del formato incluyeron:
El primer artista en vender un millón de copias en CD fue Dire Straits , con su álbum de 1985 Brothers in Arms . [42] Uno de los primeros mercados de CD se dedicó a reeditar música popular cuyo potencial comercial ya estaba demostrado. El primer artista importante en tener todo su catálogo convertido a CD fue David Bowie , cuyos primeros catorce álbumes de estudio de (entonces) dieciséis fueron puestos a disposición por RCA Records en febrero de 1985, junto con cuatro álbumes de grandes éxitos; su decimoquinto y decimosexto álbumes ya habían sido publicados en CD por EMI Records en 1983 y 1984, respectivamente. [43] El 26 de febrero de 1987, los primeros cuatro álbumes británicos de los Beatles fueron lanzados en mono en disco compacto. [44]
La creciente aceptación del CD en 1983 marca el comienzo de la revolución popular del audio digital. [45] Fue recibido con entusiasmo, especialmente en las comunidades de música clásica y audiófilos que lo adoptaron temprano , y su calidad de manejo recibió elogios particulares. A medida que el precio de los reproductores bajó gradualmente, y con la introducción del Discman portátil, el CD comenzó a ganar popularidad en los mercados más grandes de música popular y rock. Con el aumento de las ventas de CD, las ventas de cintas de casete pregrabadas comenzaron a disminuir a fines de la década de 1980; las ventas de CD superaron las ventas de casetes a principios de la década de 1990. [ cita requerida ] [46] En 1988, 50 plantas de prensado en todo el mundo fabricaron 400 millones de CD. [47]
Los primeros reproductores de CD empleaban convertidores de digital a analógico (DAC) ponderados en binario , que contenían componentes eléctricos individuales para cada bit del DAC. [48] Incluso cuando se utilizaban componentes de alta precisión, este enfoque era propenso a errores de decodificación. [ aclaración necesaria ] [48] Otro problema era el jitter , un defecto relacionado con el tiempo. Confrontados con la inestabilidad de los DAC, los fabricantes inicialmente recurrieron a aumentar el número de bits en el DAC y a utilizar varios DAC por canal de audio, promediando su salida. [48] Esto aumentó el costo de los reproductores de CD, pero no resolvió el problema principal.
Un gran avance a finales de los años 1980 culminó con el desarrollo del DAC de 1 bit , que convierte una señal de entrada digital de baja frecuencia y alta resolución en una señal de alta frecuencia de menor resolución que se asigna a voltajes y luego se suaviza con un filtro analógico. El uso temporal de una señal de menor resolución simplificó el diseño del circuito y mejoró la eficiencia, por lo que se volvió dominante en los reproductores de CD a partir de principios de los años 1990. Philips utilizó una variación de esta técnica llamada modulación de densidad de pulsos (PDM), [49] mientras que Matsushita (ahora Panasonic ) eligió la modulación de ancho de pulsos (PWM), publicitándola como MASH, que es un acrónimo derivado de su topología PWM Multi-stAge noiSe-sHaping patentada. [48]
El CD fue planeado principalmente como el sucesor del disco de vinilo para reproducir música, más que como un medio de almacenamiento de datos. Sin embargo, los CD han crecido para abarcar otras aplicaciones. En 1983, tras la introducción del CD, Immink y Joseph Braat presentaron los primeros experimentos con discos compactos borrables durante la 73.ª Convención de la AES . [50] En junio de 1985, se introdujeron el CD-ROM legible por computadora (memoria de solo lectura) y, en 1990, los discos CD-R grabables. [a] Los CD grabables se convirtieron en una alternativa a la cinta para grabar y distribuir música y podían duplicarse sin degradación de la calidad del sonido.
Otros formatos de vídeo más nuevos, como DVD y Blu-ray, utilizan la misma geometría física que el CD, y la mayoría de los reproductores de DVD y Blu-ray son compatibles con versiones anteriores de CD de audio.
Las ventas de CD en los Estados Unidos alcanzaron su punto máximo en el año 2000. [51] A principios de la década de 2000, el reproductor de CD había reemplazado en gran medida al reproductor de casetes de audio como equipo estándar en los automóviles nuevos, y 2010 fue el último año modelo para cualquier automóvil en los Estados Unidos en tener un reproductor de casetes equipado de fábrica. [52]
En la década de 2000 se comercializaron dos nuevos formatos diseñados como sucesores del CD: el Super Audio CD (SACD) y el DVD-Audio . Sin embargo, ninguno de ellos fue adoptado en parte debido a la creciente relevancia de la música digital (virtual) y la aparente falta de mejoras audibles en la calidad del audio para la mayoría de los oídos humanos. [53] Esto efectivamente extendió la longevidad del CD en el mercado de la música. [54]
Con la llegada y la popularidad de la distribución basada en Internet de archivos en formatos de audio comprimidos con pérdida, como MP3 , las ventas de CD comenzaron a disminuir en la década de 2000. Por ejemplo, entre 2000 y 2008, a pesar del crecimiento general de las ventas de música y un año anómalo de aumento, las ventas de CD de los principales sellos discográficos disminuyeron en general un 20%. [55] A pesar de la rápida disminución de las ventas año tras año, la omnipresencia de la tecnología persistió durante un tiempo, y las empresas colocaban CD en farmacias, supermercados y tiendas de conveniencia de estaciones de servicio para dirigirse a compradores con menos probabilidades de poder utilizar la distribución basada en Internet. [20] En 2012, los CD y DVD representaban solo el 34% de las ventas de música en los Estados Unidos. [56] Para 2015, solo el 24% de la música en los Estados Unidos se compró en medios físicos, dos tercios de los cuales consistían en CD; [57] Sin embargo, en el mismo año en Japón, más del 80% de la música se compró en CD y otros formatos físicos. [58] En 2018, las ventas de CD en EE. UU. fueron de 52 millones de unidades, menos del 6% del volumen máximo de ventas en 2000. [51] En el Reino Unido, se vendieron 32 millones de unidades, casi 100 millones menos que en 2008. [59] En 2018, Best Buy anunció planes para disminuir su enfoque en las ventas de CD, sin embargo, continúa vendiendo discos, cuyas ventas están creciendo durante el resurgimiento del vinilo . [60] [61] [62]
Durante la década de 2010, la creciente popularidad de los medios de estado sólido y los servicios de transmisión de música hizo que los fabricantes de automóviles eliminaran los reproductores de CD para automóviles en favor de entradas auxiliares con miniconector , conexiones por cable a dispositivos USB y conexiones inalámbricas Bluetooth . [63] Los fabricantes de automóviles consideraban que los reproductores de CD ocupaban un espacio valioso y ocupaban peso que podría reasignarse a funciones más populares, como pantallas táctiles grandes. [64] En 2021, solo Lexus y General Motors seguían incluyendo reproductores de CD como equipo estándar en determinados vehículos. [64]
Los CD siguieron siendo fuertes en algunos mercados como Japón, donde se produjeron 132 millones de unidades en 2019. [65]
La caída de las ventas de CD se ha ralentizado en los últimos años; en 2021, las ventas de CD aumentaron en los EE. UU. por primera vez desde 2004, [66] y Axios citó su aumento debido a "los jóvenes que descubren que les gustan las copias físicas de la música en la era digital". [67] Se produjo al mismo tiempo que tanto el vinilo como el casete alcanzaron niveles de ventas no vistos en 30 años. [68] La RIAA informó que los ingresos por CD cayeron en 2022, antes de volver a aumentar en 2023 y superaron las descargas por primera vez en más de una década. [69]
En Estados Unidos, se vendieron 33,4 millones de álbumes en CD en el año 2022. [70] En Francia , en 2023, se vendieron 10,5 millones de CD, casi el doble que los vinilos, pero ambos representaron el 12% cada uno de los ingresos de la industria musical francesa. [71]
Sony y Philips recibieron elogios de organizaciones profesionales por el desarrollo del CD. Entre estos premios se encuentran:
El Libro Rojo especifica los parámetros físicos y las propiedades del CD, los parámetros ópticos, las desviaciones y la tasa de error, el sistema de modulación ( modulación ocho a catorce , EFM) y la facilidad de corrección de errores (CIRC), y los ocho canales de subcodificación . Estos parámetros son comunes a todos los discos compactos y los utilizan todos los formatos lógicos: CD de audio, CD-ROM , etc. La norma también especifica la forma de codificación del audio digital .
La primera edición del Libro Rojo fue publicada en 1980 por Philips y Sony; [74] [75] fue adoptada por el Comité de Discos de Audio Digital y ratificada por el Comité Técnico 100 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) como estándar internacional en 1987 con la referencia IEC 60908. [76] La segunda edición de IEC 60908 fue publicada en 1999 [77] y reemplaza a la primera edición, enmienda 1 (1992) y el corrigendum a la enmienda 1. Sin embargo, IEC 60908 no contiene toda la información para extensiones que está disponible en el Libro Rojo , como los detalles para CD-Text , CD+G y CD+EG . [78] [79]
El estándar no está disponible de forma gratuita y debe obtenerse bajo licencia. Está disponible en Philips y la IEC. A partir de 2013 [update], Philips subcontrata la concesión de licencias del estándar a Adminius [ cita requerida ] , que cobra 100 USD por el Libro Rojo , más 50 USD por cada uno de los anexos de los canales de subcódigo RW y CD Text Mode . [80]
El audio contenido en un CD-DA consta de LPCM de 16 bits con signo de dos canales muestreados a 44.100 Hz y escritos como un flujo intercalado little-endian con el canal izquierdo primero.
La frecuencia de muestreo está adaptada de la obtenida al grabar audio digital en cinta de vídeo con un adaptador PCM , una forma anterior de almacenar audio digital. [81] [82] : sec. 2.6 Un CD de audio puede representar frecuencias de hasta 22,05 kHz, la frecuencia de Nyquist de la frecuencia de muestreo de 44,1 kHz . [83]
Hubo un largo debate sobre el uso de cuantificación de 16 bits (Sony) o 14 bits (Philips) , y 44.056 o 44.100 muestras/s (Sony) o aproximadamente 44.000 muestras/s (Philips). Cuando el grupo de trabajo Sony/Philips diseñó el CD, Philips ya había desarrollado un convertidor D/A (DAC) de 14 bits, pero Sony insistió en 16 bits. Al final, Sony ganó, por lo que prevalecieron los 16 bits y 44,1 kilomuestras por segundo. Philips encontró una forma de producir calidad de 16 bits utilizando su DAC de 14 bits utilizando un sobremuestreo cuádruple . [17]
Algunos de los primeros CD se masterizaban con preénfasis , un aumento artificial de las frecuencias de audio altas. El preénfasis mejora la relación señal/ruido aparente al hacer un mejor uso del rango dinámico del canal. Durante la reproducción, el reproductor aplica un filtro de deénfasis para restaurar la curva de respuesta de frecuencia a una plana general. Las constantes de tiempo de preénfasis son 50 μs y 15 μs (aumento de 9,49 dB a 20 kHz), y una bandera binaria en el subcódigo del disco indica al reproductor que aplique el filtro de deénfasis si corresponde. La reproducción de dichos discos en una computadora o la extracción a archivos WAV generalmente no tiene en cuenta el preénfasis, por lo que dichos archivos se reproducen con una respuesta de frecuencia incorrecta. [ cita requerida ] FFmpeg tiene un filtro para eliminar (o aplicar) el preénfasis para crear archivos WAV estándar o para crear CD con preénfasis. [84]
En un principio, se pretendía incluir en el CD-DA el modo de cuatro canales o cuadrafónico . [85] La especificación del Libro Rojo mencionaba brevemente un modo de cuatro canales en sus ediciones de junio de 1980, [86] septiembre de 1983, [87] y noviembre de 1991 [88] . En la primera página, se exponen los "Parámetros principales" del sistema de CD, incluidos: "Número de canales: 2 y/o 4 muestreados simultáneamente[*]". La nota al pie dice: "En el caso de más de dos canales, los diagramas del codificador y del decodificador deben adaptarse".
En realidad, sin embargo, el modo "cuatro canales" no especificado se eliminó del estándar de CD cuando fue adoptado por la Comisión Electrotécnica Internacional y se convirtió en IEC 908:1987, [89] y más tarde IEC 60908:1999. [90] Dado que el comportamiento del bit de "cuatro canales" o "uso de transmisión" nunca fue especificado por ninguno de los estándares de CD, ningún disco comercializado en masa ha intentado usar el modo de cuatro canales del Libro Rojo, y ningún reproductor ha pretendido implementarlo.
Los creadores del CD originalmente apuntaron a un tiempo de reproducción de 60 minutos con un diámetro de disco de 100 mm (Sony) o 115 mm (Philips). [19] El vicepresidente de Sony, Norio Ohga, sugirió ampliar la capacidad a 74 minutos para acomodar la grabación de Wilhelm Furtwängler dirigiendo la Novena Sinfonía de Ludwig van Beethoven en el Festival de Bayreuth de 1951. [91] [92] El tiempo de reproducción adicional de 14 minutos requirió un aumento del diámetro del disco. Sin embargo, Kees Schouhamer Immink , ingeniero jefe de Philips, lo niega, [93] afirmando que el aumento fue motivado por consideraciones técnicas y que incluso después del aumento de tamaño, la grabación de Furtwängler no habría cabido en uno de los primeros CD. [17] [19]
Según una entrevista con el Sunday Tribune , [94] la historia es un poco más compleja. En 1979, Philips era propietaria de PolyGram , uno de los distribuidores de música más grandes del mundo. PolyGram había instalado una gran planta experimental de CD en Hannover , Alemania, que podía producir una gran cantidad de CD con un diámetro de 115 mm. Sony aún no tenía una instalación de ese tipo. Si Sony hubiera aceptado el disco de 115 mm, Philips habría tenido una importante ventaja competitiva en el mercado. El largo tiempo de reproducción de la Novena Sinfonía de Beethoven impuesto por Ohga se utilizó para empujar a Philips a aceptar el formato de 120 mm, de modo que PolyGram de Philips perdió su ventaja en la fabricación de discos. [94]
El tiempo de reproducción de 74 minutos de un CD, que es más largo que los 22 minutos por lado [95] [96] típicos de los álbumes de vinilo de larga duración (LP) , a menudo se utilizó para la ventaja del CD durante los primeros años cuando los CD y los LP competían por las ventas comerciales. Los CD a menudo se lanzaban con una o más pistas adicionales , lo que incitaba a los consumidores a comprar el CD por el material adicional. Sin embargo, los intentos de combinar LP dobles en un CD ocasionalmente dieron como resultado la situación opuesta en la que el CD ofrecería menos audio que el LP. Un ejemplo de esto fue el álbum doble de DJ Jazzy Jeff & The Fresh Prince He's the DJ, I'm the Rapper , en el que los lanzamientos iniciales en CD del álbum tenían múltiples pistas editadas para reducir la duración para que cupieran en un solo disco; las reediciones recientes en CD empaquetan el álbum en dos discos como resultado. La aparición de los CD de 80 minutos permitió que algunos álbumes dobles que anteriormente habían sido editados por su duración, por ejemplo, 1999 de Prince , o empaquetados como CD dobles, por ejemplo, Tommy de The Who , se reeditaran en un solo disco.
Los tiempos de reproducción superiores a 74 minutos se consiguen reduciendo el paso de pista (la distancia que separa la pista a medida que gira en espiral por el disco). Sin embargo, la mayoría de los reproductores pueden seguir admitiendo datos con un espaciado más cercano si se mantienen dentro de las tolerancias del Libro Rojo . [97] Los procesos de fabricación utilizados en los últimos años de la tecnología del CD permitían que un CD de audio contuviera hasta 98 minutos (variable de una planta de replicación a otra) sin necesidad de que el creador del contenido firmara una exención que eximiera al propietario de la planta de toda responsabilidad si el CD producido era marginal o totalmente ilegible para algún equipo de reproducción. En esta práctica final, el tiempo máximo de reproducción del CD aumentó gradualmente al reducir las tolerancias mínimas de ingeniería.
Cada muestra de audio es un entero de complemento a dos de 16 bits con signo , cuyos valores de muestra van desde −32768 hasta +32767. Los datos de audio de origen se dividen en cuadros, que contienen doce muestras cada uno (seis muestras izquierdas y seis derechas, alternadas), para un total de 192 bits (24 bytes) de datos de audio por cuadro.
Este flujo de fotogramas de audio se somete luego a una codificación CIRC, que segmenta y reorganiza los datos y los amplía con códigos de corrección de errores de forma que permita detectar y corregir errores de lectura ocasionales. La codificación CIRC intercala los fotogramas de audio a lo largo del disco en varios fotogramas consecutivos para que la información sea más resistente a los errores de ráfaga . Por lo tanto, un fotograma físico del disco contendrá en realidad información de varios fotogramas de audio lógicos. Este proceso añade 64 bits de códigos de corrección de errores a cada fotograma. Después de esto, se añaden 8 bits de datos de subcódigo a cada uno de estos fotogramas codificados, que se utilizan para el control y el direccionamiento al reproducir el CD.
La codificación CIRC más el byte de subcódigo genera tramas de 33 bytes de longitud, llamadas tramas de datos de canal . Estas tramas se modulan luego a través de modulación de ocho a catorce bits (EFM), donde cada byte de 8 bits se reemplaza con una palabra correspondiente de 14 bits diseñada para reducir la cantidad de transiciones entre 0 y 1. Esto reduce la densidad de hoyos físicos en el disco y proporciona un grado adicional de tolerancia a errores. Se agregan tres bits de fusión antes de cada palabra de 14 bits para desambiguación y sincronización. En total, hay 33 × (14 + 3) = 561 bits. Se agrega una palabra de 27 bits (un patrón de 24 bits más 3 bits de fusión) al comienzo de cada trama para ayudar con la sincronización, de modo que el dispositivo de lectura pueda localizar las tramas fácilmente. Con esto, una trama termina conteniendo 588 bits de datos de canal que se decodifican a 192 bits de audio digital.
Los cuadros de datos de canal finalmente se escriben en el disco físicamente en forma de hoyos y tierras , donde cada hoyo o tierra representa una serie de ceros, y los puntos de transición (el borde de cada hoyo) representan un 1. Un CD-R compatible con Red Book tiene puntos con forma de hoyos y tierras sobre una capa de tinte orgánico en lugar de hoyos y tierras reales; un láser crea los puntos alterando las propiedades reflectantes del tinte.
Debido a la estructura del sector de corrección de errores más débil utilizada en los CD de audio y CD de video ( Modo 2 Forma 2 ) que en los discos de datos ( Modo 1 o Modo 2 Forma 1 ), los errores C2 no se pueden corregir y significan pérdida de datos. [108] [109] Incluso con errores incorregibles, un reproductor de discos compactos utiliza ocultación de errores con el objetivo de hacer que el daño sea inaudible. [110]
El flujo de datos de audio en un CD de audio es continuo, pero tiene tres partes. La parte principal, que se divide a su vez en pistas de audio reproducibles, es el área de programa . Esta sección está precedida por una pista de entrada y seguida por una pista de salida . Las pistas de entrada y salida codifican solo audio silencioso, pero las tres secciones contienen flujos de datos de subcodificación .
El subcódigo de la entrada contiene copias repetidas de la Tabla de Contenidos (TOC) del disco, que proporciona un índice de las posiciones de inicio de las pistas en el área del programa y la salida. Las posiciones de las pistas están referenciadas por un código de tiempo absoluto , relativo al inicio del área del programa, en formato MSF: minutos, segundos y fracciones de segundo llamadas fotogramas . Cada fotograma del código de tiempo es una setenta y cincoava parte de un segundo y corresponde a un bloque de 98 fotogramas de datos de canal, en última instancia, un bloque de 588 pares de muestras de audio izquierda y derecha. El código de tiempo contenido en los datos del subcanal permite al dispositivo de lectura localizar la región del disco que corresponde al código de tiempo en la TOC. La TOC en los discos es análoga a la tabla de particiones en los discos duros . Los registros TOC no estándar o dañados se utilizan de forma abusiva como una forma de protección contra copia de CD/DVD , por ejemplo, en el esquema key2Audio .
La entidad más grande en un CD se llama pista . Un CD puede contener hasta 99 pistas (incluyendo una pista de datos para discos de modo mixto ). Cada pista puede tener a su vez hasta 100 índices, aunque los reproductores que aún admiten esta característica se han vuelto más raros con el tiempo. La gran mayoría de las canciones se graban bajo el índice 1, con el pregap siendo el índice 0. A veces, las pistas ocultas se colocan al final de la última pista del disco, a menudo utilizando el índice 2 o 3, o utilizando el pregap como índice 0 (este último uso dará como resultado que la pista se reproduzca mientras el contador de tiempo cuenta regresivamente hasta el tiempo 0:00 al comienzo de la pista, índice 1). Este también es el caso de algunos discos que ofrecen "101 efectos de sonido", con 100 y 101 indexados como dos y tres en la pista 99. El índice, si se usa, se coloca ocasionalmente en la lista de pistas como una parte decimal del número de pista, como 99.2 o 99.3. ( Hack de Information Society fue uno de los pocos lanzamientos en CD que logró esto, después de un lanzamiento con una característica CD+G igualmente desconocida ). La estructura de pistas e índice del CD se trasladó al formato DVD como título y capítulo, respectivamente.
Las pistas, a su vez, se dividen en cuadros de código de tiempo (o sectores), que se subdividen a su vez en cuadros de datos de canal.
La entidad más pequeña de un CD es una trama de datos de canal , que consta de 33 bytes y contiene seis muestras estéreo completas de 16 bits: 24 bytes para el audio (dos bytes × dos canales × seis muestras = 24 bytes), ocho bytes de corrección de errores CIRC y un byte de subcódigo . Como se describe en la sección "Codificación de datos", después de la modulación EFM, la cantidad de bits en una trama asciende a 588.
En un CD de audio Red Book , los datos se direccionan utilizando el esquema MSF , con códigos de tiempo expresados en minutos, segundos y otro tipo de cuadros (mm:ss:ff), donde un cuadro corresponde a 1/75 de segundo de audio: 588 pares de muestras izquierda y derecha. Este cuadro de código de tiempo es distinto del cuadro de datos de canal de 33 bytes descrito anteriormente, y se utiliza para la visualización del tiempo y el posicionamiento del láser de lectura. Al editar y extraer audio de CD, este cuadro de código de tiempo es el intervalo de tiempo direccionable más pequeño para un CD de audio; por lo tanto, los límites de pista solo ocurren en estos límites de cuadro. Cada una de estas estructuras contiene 98 cuadros de datos de canal, con un total de 98 × 24 = 2352 bytes de música. El CD se reproduce a una velocidad de 75 cuadros (o sectores) por segundo, es decir, 44 100 muestras o 176 400 bytes por segundo.
En la década de 1990, el CD-ROM y la tecnología de extracción de audio digital (DAE) relacionada introdujeron el término sector para referirse a cada cuadro de código de tiempo, y cada sector se identificaba mediante un número entero secuencial que comenzaba en cero y las pistas se alineaban en los límites del sector. Un sector de CD de audio corresponde a 2352 bytes de datos decodificados. El Libro Rojo no hace referencia a los sectores ni distingue las secciones correspondientes del flujo de datos del disco, excepto como "cuadros" en el esquema de direccionamiento MSF.
La siguiente tabla muestra la relación entre pistas, cuadros de código de tiempo (sectores) y cuadros de datos de canal:
La velocidad de bits de audio de un CD de audio Red Book es de 1.411.200 bits por segundo (1.411 kbit/s) o 176.400 bytes por segundo ; 2 canales × 44.100 muestras por segundo por canal × 16 bits por muestra. Los datos de audio que llegan desde un CD están contenidos en sectores, cada uno de los cuales tiene 2.352 bytes y 75 sectores contienen 1 segundo de audio. A modo de comparación, la velocidad de bits de un CD-ROM "1×" se define como 2.048 bytes por sector × 75 sectores por segundo = 153.600 bytes por segundo. Los 304 bytes restantes de un sector se utilizan para la corrección adicional de errores de datos.
A diferencia de un DVD o CD-ROM , no hay " archivos " en un CD de audio Red Book ; solo hay un flujo continuo de datos de audio LPCM y un conjunto paralelo más pequeño de 8 flujos de datos de subcódigo . Sin embargo, los sistemas operativos de computadora pueden proporcionar acceso a un CD de audio como si contuviera archivos. Por ejemplo, Windows representa la tabla de contenido del CD como un conjunto de archivos de pistas de audio de disco compacto (CDA), cada archivo que contiene información de indexación, no datos de audio. Sin embargo, por el contrario, Finder en macOS presenta el contenido del CD como un conjunto real de archivos, con la extensión AIFF , que se pueden copiar directamente, de forma aleatoria e individual por pista como si fueran archivos reales. En realidad, macOS realiza sus propias extracciones según sea necesario en segundo plano, completamente transparentes para el usuario. Las pistas copiadas son completamente reproducibles y editables en la computadora del usuario.
En un proceso llamado extracción , se puede utilizar un software de extracción de audio digital para leer datos de audio de CD-DA y almacenarlos en archivos. Los formatos de archivos de audio comunes para este propósito incluyen WAV y AIFF, que simplemente anteponen los datos LPCM con un encabezado corto ; FLAC , ALAC y Windows Media Audio Lossless , que comprimen los datos LPCM de manera que conservan espacio pero permiten restaurarlos sin ningún cambio; y varios formatos de codificación perceptual con pérdida como MP3 , AAC y Opus , que modifican y comprimen los datos de audio de manera que cambian irreversiblemente el audio, pero que explotan las características de la audición humana para hacer que los cambios sean difíciles de discernir.
Los editores de discos han creado CD que violan la norma Red Book . Algunos lo hacen con el propósito de prevenir copias , utilizando sistemas como Copy Control . Algunos lo hacen para obtener funciones adicionales como DualDisc , que incluye tanto una capa de CD como una capa de DVD, en la que la capa de CD es mucho más delgada, 0,9 mm, de lo que exige el Red Book , que estipula un grosor nominal de 1,2 mm, pero al menos 1,1 mm. Philips y muchas otras empresas han declarado que incluir el logotipo de Compact Disc Digital Audio en dichos discos no conformes puede constituir una infracción de marca registrada.
El Super Audio CD fue un estándar publicado en 1999 que tenía como objetivo proporcionar una mejor calidad de audio que los CD. El DVD-Audio surgió aproximadamente al mismo tiempo. [111] Ambos formatos fueron diseñados para ofrecer audio de mayor fidelidad mediante el uso de una mayor frecuencia de muestreo y medios DVD . Ninguno de los dos formatos fue ampliamente aceptado.
La industria discográfica ha tomado medidas para impedir que los CD de audio (Compact Disc Digital Audio) se reproduzcan en las unidades de CD-ROM de los ordenadores , con el fin de impedir la copia de música. Esto se hace introduciendo intencionadamente errores en el disco que los circuitos integrados en la mayoría de los reproductores de audio independientes pueden compensar automáticamente, pero que pueden confundir a las unidades de CD-ROM. Los defensores de los derechos de los consumidores, a partir de octubre de 2001, presionaron para que se exigiera que los discos compactos que no se ajustaran a la norma oficial de Compact Disc Digital Audio (a menudo denominada Red Book ) incluyeran etiquetas de advertencia para informar a los consumidores sobre qué discos no permiten un uso legítimo y completo de su contenido.
En 2005, Sony BMG Music Entertainment fue criticada cuando un mecanismo de protección de copia conocido como Extended Copy Protection (XCP) utilizado en algunos de sus CD de audio instaló automáticamente y subrepticiamente software de prevención de copia en las computadoras (ver el escándalo del rootkit de protección de copia de Sony BMG ). A esos discos no se les permite legalmente llamarse CD o CD porque violan la norma del Libro Rojo que rige los CD, y Amazon.com, por ejemplo, los describe como "discos protegidos contra copia" en lugar de "discos compactos" o "CD".
El primer CD de prueba fue
Eine Alpensinfonie de Richard Strauss, y el primer CD realmente prensado en una fábrica fue
The Visitors
de ABBA
, pero ese disco no se lanzó comercialmente hasta mucho después.
La frecuencia de Nyquist es el doble del ancho de banda de la señal... La frecuencia de Nyquist o frecuencia de plegado es la mitad de la frecuencia de muestreo y corresponde a la frecuencia más alta que un sistema de datos muestreados puede reproducir sin error.
Una colaboración internacional entre Philips y Sony Corporation condujo a la creación del disco compacto. El autor explica cómo se produjo
Este lanzamiento de Rykodisc fue el primer disco compacto que contenía 80 minutos de música; 78 minutos había sido anteriormente la duración máxima posible para codificar en un CD.
Una característica adicional de los CD de audio es que, en caso de daño, los datos faltantes se pueden interpolar; es decir, la información sigue un patrón predecible que permite adivinar el valor faltante. Por lo tanto, si un CD de audio se daña por suciedad o un rasguño, los datos faltantes se pueden promediar a partir de un patrón sin que el oyente note ninguna diferencia. Esto es algo que la próxima tecnología en memoria digital óptica, el CD-ROM, no puede hacer porque los datos de un programa ejecutable no siguen una ley natural. Una suposición basada en interpolación no es solo ligeramente diferente; es completamente errónea. Debido a esta precisión, las unidades de CD-ROM para PC llegaron más tarde y eran mucho más caras que las de audio.