Disco compacto de audio digital

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

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

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

Historia

El optofono, presentado por primera vez en 1931, fue uno de los primeros dispositivos que usaba luz tanto para grabar como para reproducir señales de sonido en una fotografía transparente. Más de treinta años después, al inventor estadounidense James T. Russell se le atribuye la invención del primer sistema para grabar medios digitales en una placa fotosensible. La solicitud de patente de Russell se presentó en 1966 y se le otorgó una patente en 1970. Luego de un litigio, Sony y Philips obtuvieron la licencia de las patentes de Russell para grabar en 1988. Es discutible si los conceptos de Russell, patentes y prototipos instigaron y en cierta medida influyeron en el diseño de discos compactos.

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

Prototipos de disco láser de audio digital

En 1974, Lou Ottens, director de la división de audio de Philips, inició un pequeño grupo para desarrollar un disco de audio óptico analógico con un diámetro de 20 cm (7,9 pulgadas) y una calidad de sonido superior a la del disco de vinilo. Sin embargo, debido al 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 disco compacto prototipo de Philips se fijó en 11,5 cm (4,5 pulgadas), la diagonal de un casete de audio.

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

Colaboración y estandarización

El inventor holandés y el ingeniero jefe de Philips Kees Schouhamer Immink formaron parte del equipo que produjo el disco compacto estándar en 1980

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

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

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

Lanzamiento inicial y adopción

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

• La primera prueba de presión fue una grabación de Richard Strauss Eine Alpensinfonie ()Una sinfonía alpina), grabado el 1-3 de diciembre de 1980 y interpretado por la Filarmónica de Berlín y dirigido por Herbert von Karajan, quien había sido alistado como embajador para el formato en 1979.
• La primera manifestación pública estaba en el programa de televisión de la BBC Mañana es el mundo en 1981, cuando el álbum de Bee Gees Ojos vivos (1981) fue jugado.
• La primera comercial compacto disco fue producido el 17 de agosto de 1982, una grabación de 1979 de Chopin waltzes por Claudio Arrau.
• Los primeros 50 títulos fueron Liberado en Japón el 1o de octubre de 1982, el primero de los cuales fue una reedición del álbum Billy Joel 52nd Street.
• El primer CD tocado en BBC Radio fue en octubre de 1982 en BBC Radio Escocia (programa Jimmy Mack, seguido por Ken Bruce y Eddie Mair todos BBC Escocia), con el primer CD jugado on UK independent radio station shortly after (Radio Forth, Jay Crawford Show). El CD fue el álbum Dire Straits Amor por oro.

El lanzamiento en Japón fue seguido el 14 de marzo de 1983 por la introducción de reproductores de CD y discos en Europa y América del Norte (donde CBS Records lanzó dieciséis títulos). La creciente aceptación del CD en 1983 marca el comienzo de la popular revolución del audio digital. Fue recibido con entusiasmo, especialmente en las primeras comunidades de música clásica y audiófilos, y su calidad de manejo recibió elogios especiales. A medida que el precio de los reproductores bajaba 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 cassette pregrabadas comenzaron a disminuir a fines de la década de 1980; Las ventas de CD superaron las ventas de casetes a principios de la década de 1990.

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

Más desarrollo

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

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

Un gran avance a fines de la década de 1980 culminó con el desarrollo de "1 bit" DAC, que convierte la señal de entrada digital de baja frecuencia y alta resolución en una señal de alta frecuencia y baja resolución que se asigna a voltajes y luego se suaviza con un filtro analógico. El uso temporal de una señal de resolución más baja simplificó el diseño del circuito y mejoró la eficiencia, razón por la cual se volvió dominante en los reproductores de CD a partir de principios de la década de 1990. Philips usó una variación de esta técnica llamada modulación de densidad de pulso (PDM), mientras que Matsushita (ahora Panasonic) eligió la modulación de ancho de pulso (PWM), anunciándola como "MASH", que es un acrónimo derivado de su Topología patentada de modulación de ruido multietapa PWM.

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

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

Rechazar

Con el advenimiento y la popularidad de la distribución de archivos basada en Internet en formatos de audio comprimido 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 en las ventas de música y un año anómalo de aumento, las ventas de CD de las principales discográficas disminuyeron en general un 20 %, aunque las ventas de música independiente y de bricolaje pueden tener un mejor desempeño según las cifras publicadas el 30 de marzo de 2009. y los CD siguen vendiéndose mucho. A partir de 2012, los CD y DVD representaron solo el 34% de las ventas de música en los Estados Unidos. Para 2015, solo el 24% de la música en los Estados Unidos se compraba en medios físicos, 2/3 de esto consistía en CD; sin embargo, en el mismo año en Japón, más del 80% de la música se compró en CD y otros formatos físicos. En 2018, las ventas de CD en EE. UU. fueron de 52 millones de unidades, menos del 6 % del volumen máximo de ventas en 2000. En el Reino Unido se vendieron 32 millones de unidades, casi 100 millones menos que en 2008.

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 automotrices en favor de entradas auxiliares minijack, conexiones por cable a dispositivos USB y conexiones Bluetooth inalámbricas. Los fabricantes de automóviles consideraban que los reproductores de CD consumían un espacio valioso y un peso que podía reasignarse a funciones más populares, como pantallas táctiles grandes. Para 2021, solo Lexus y General Motors todavía incluían reproductores de CD como equipo estándar con ciertos vehículos.

A pesar de la rápida disminución de las ventas año tras año, la omnipresencia de la tecnología se mantuvo durante un tiempo, y las empresas colocaron CD en farmacias, supermercados y tiendas de conveniencia de estaciones de servicio para dirigirse a compradores con menos probabilidades de poder usar Internet. distribución. Sin embargo, en 2018, Best Buy anunció planes para disminuir su enfoque en las ventas de CD, mientras continúa vendiendo discos, cuyas ventas están creciendo durante el renacimiento del vinilo. Los CD continuaron siendo fuertes en algunos mercados como Japón, donde se produjeron 132 millones de unidades en 2019.

La caída en las ventas de CD se ha ralentizado en los últimos años, y en 2021 las ventas de CD aumentaron en los EE. UU. por primera vez desde 2004, y Axios menciona su aumento entre "los jóvenes a quienes les gustan las copias impresas de música en la era digital". Llegó al mismo tiempo que tanto el vinilo físico como el casete alcanzaron niveles de ventas no vistos en 30 años.

Premios y reconocimientos

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

• Premio Técnico Grammy para Sony y Philips, 1998.
• IEEE Premio Milestone, 2009, para Philips solamente con la cita: "El 8 de marzo de 1979, N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken demostró para la prensa internacional un reproductor de audio compacto. La demostración mostró que es posible mediante la grabación óptica digital y la reproducción para reproducir señales de audio con una excelente calidad estéreo. Esta investigación en Philips estableció el estándar técnico para sistemas de grabación óptica digital".

Estándar

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

La primera edición del Libro Rojo fue lanzada en 1980 por Philips y Sony; fue adoptado por el Comité de Discos de Audio Digital y ratificado por el Comité Técnico 100 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) como estándar internacional en 1987 con la referencia IEC 60908. La segunda edición de IEC 60908 se publicó en 1999 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.

El estándar no está disponible gratuitamente y se debe obtener una licencia. Está disponible en Philips e IEC. A partir de 2013, Philips subcontrata la licencia del estándar a Adminius, que cobra 100 dólares estadounidenses por el Libro rojo, más US$50 cada uno para los anexos Subcode Channels R-W y CD Text Mode.

Formato de audio

El audio contenido en un CD-DA consta de LPCM de 16 bits firmado de dos canales, muestreado a 44 100 Hz y escrito como un flujo intercalado little-endian con el canal izquierdo en primer lugar.

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

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

Algunos CD se masterizan con preénfasis, un impulso artificial de frecuencias de audio altas. El preénfasis mejora la relación señal-ruido aparente al hacer un mejor uso del rango dinámico del canal. En la reproducción, el reproductor aplica un filtro de desacentuación para restaurar la curva de respuesta de frecuencia a una general plana. Las constantes de tiempo de pre-énfasis 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 desacentuación si corresponde. La reproducción de dichos discos en una computadora o la copia en archivos WAV generalmente no tiene en cuenta el énfasis previo, por lo que dichos archivos se reproducen con una respuesta de frecuencia distorsionada.

Capacidad de almacenamiento y tiempo de juego

Los creadores del CD pretendían originalmente un tiempo de reproducción de 60 minutos con un diámetro de disco de 100 mm (Sony) o 115 mm (Philips). El vicepresidente de Sony, Norio Ohga, sugirió ampliar la capacidad a 74 minutos para acomodar la grabación de Wilhelm Furtwängler dirigiendo la Novena Sinfonía de Ludwig van Beethoven en el Festival de Bayreuth de 1951. Posteriormente, el tiempo de reproducción adicional de 14 minutos requirió cambiar a un disco de 120 mm. Kees Schouhamer Immink, Philips' El ingeniero jefe, sin embargo, lo niega, 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.

Según una entrevista de Sunday Tribune, la historia es un poco más complicada. En 1979, Philips era propietaria de PolyGram, uno de los distribuidores de música más grandes del mundo. PolyGram había establecido una gran planta experimental de CD en Hannover, Alemania, que podía producir una gran cantidad de CD con un diámetro de 115 mm. Sony aún no tenía tal instalación. 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 120 mm, de modo que Philips' PolyGram perdió su ventaja en la fabricación de discos.

El tiempo de reproducción de 74 minutos de un CD, que es más largo que los 22 minutos por lado típicos de los álbumes de vinilo de larga duración (LP), a menudo se usaba en beneficio 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 atraía 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 ello fue con DJ Jazzy Jeff & El álbum doble de The Fresh Prince He's the DJ, I'm the Rapper, en el que los lanzamientos iniciales en CD del álbum tenían varias pistas editadas para adaptarlas en un solo disco; Como resultado, las reediciones de CD recientes empaquetan el álbum en dos discos. La irrupción de los CD de 80 minutos permitió que algunos álbumes dobles, previamente editados por su extensión o empaquetados como doble CD, fueran reeditados en un solo disco, como 1999 de Prince en el caso de el primero y Tommy por The Who en el caso del segundo.

Los tiempos de reproducción superiores a 74 minutos se logran al disminuir el paso de la pista (la distancia que separa la pista a medida que gira en espiral en el disco). Sin embargo, la mayoría de los reproductores aún pueden acomodar los datos más espaciados si aún se encuentran dentro de las tolerancias del Libro Rojo. Los procesos de fabricación actuales permiten que un CD de audio contenga hasta 82 minutos (variable de una planta de replicación a otra) sin requerir que el creador del contenido firme una renuncia que libere al propietario de la planta de responsabilidad si el CD producido es ilegible en forma parcial o total por algún equipo de reproducción.. En la práctica actual, el tiempo máximo de reproducción de CD se ha incrementado al reducir las tolerancias mínimas de ingeniería.

Especificaciones técnicas

Codificación de datos

Cada muestra de audio es un entero de complemento a dos de 16 bits con signo, con valores de muestra que van de −32768 a +32767. Los datos de audio de origen se dividen en cuadros, que contienen doce muestras cada uno (seis muestras izquierdas y seis muestras derechas, alternando), para un total de 192 bits (24 bytes) de datos de audio por cuadro.

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

La codificación CIRC más el byte del subcódigo generan tramas largas de 33 bytes, llamadas "datos de canal" marcos Estos marcos luego se modulan a través de la modulación de ocho a catorce (EFM), donde cada palabra de 8 bits se reemplaza con una palabra de 14 bits correspondiente diseñada para reducir el número de transiciones entre 0 y 1. Esto reduce la densidad de pozos físicos en el disco y proporciona un grado adicional de tolerancia a errores. Tres "fusión" los bits se agregan 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 combinación) al comienzo de cada cuadro para ayudar con la sincronización, de modo que el dispositivo de lectura pueda ubicar los cuadros fácilmente. Con esto, un marco termina conteniendo 588 bits de "datos de canal" (que se decodifican a solo 192 bits de música).

Los marcos de los datos del canal finalmente se escriben físicamente en el disco en forma de pozos y zonas, donde cada pozo o zona representa una serie de ceros y los puntos de transición (el borde de cada pozo) representan un 1. Un CD-R compatible con Red Book tiene manchas en forma de hoyos y tierras en una capa de tinte orgánico en lugar de hoyos y tierras reales; un láser crea las manchas alterando las propiedades reflectantes del tinte.

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

Estructura de datos

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

El flujo de datos de audio en un CD de audio es continuo, pero consta de tres partes. La parte principal, que se divide a su vez en pistas de audio reproducibles, es el área del 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 subcódigo.

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

Pistas

La entidad más grande en un CD se llama pista. Un CD puede contener hasta 99 pistas (incluida una pista de datos para discos de modo mixto). Cada pista, a su vez, puede tener hasta 100 índices, aunque los reproductores que aún admiten esta función se han vuelto más raros con el tiempo. La gran mayoría de las canciones se graban con el índice 1, siendo el pre-gap el índice 0. A veces, las pistas ocultas se colocan al final de la última pista del disco, a menudo usando el índice 2 o 3, o usando el pre-gap como índice 0 (este último uso hará que la pista se reproduzca mientras el contador de tiempo cuenta hacia atrás 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& #34;, con 100 y 101 indexados como dos y tres en la pista 99. El índice, si se usa, ocasionalmente se coloca en la lista de pistas como una parte decimal del número de pista, como 99.2 o 99.3. (El Hack de Information Society fue uno de los pocos lanzamientos de CD que hizo esto, luego de un lanzamiento con una función de CD+G igualmente oscura). La estructura de pistas e índices del CD se llevó adelante. al formato DVD como título y capítulo, respectivamente.

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

Cuadros y fotogramas de código de tiempo

La entidad más pequeña en un CD es un marco 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" sección, después de la modulación EFM, el número de bits en un marco totaliza 588.

En un CD de audio Red Book, los datos se tratan mediante el esquema MSF, con códigos de tiempo expresados en minutos, segundos y otro tipo de fotogramas (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 mostrar el tiempo y posicionar el láser de lectura. Al editar y extraer audio de CD, este marco de código de tiempo es el intervalo de tiempo direccionable más pequeño para un CD de audio; por lo tanto, los límites de la pista solo se producen en estos límites de cuadro. Cada una de estas estructuras contiene 98 tramas de datos de canal, con un total de 98 × 24 = 2352 bytes de música. El CD se reproduce a una velocidad de 75 fotogramas (o sectores) por segundo, es decir, 44 100 muestras o 176 400 bytes por segundo.

En la década de 1990, el CD-ROM y la tecnología de extracción de audio digital (DAE) relacionada introdujeron el término sector para referirse a cada cuadro de código de tiempo, con cada sector identificado por un número entero secuencial que comienza en cero., y con pistas alineadas en los límites del sector. Un sector de CD de audio corresponde a 2.352 bytes de datos decodificados. El Libro rojo no hace referencia a sectores ni distingue las secciones correspondientes del flujo de datos del disco excepto como "fotogramas" en el esquema de direccionamiento de MSF.

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

Velocidad de bits

La tasa de bits de audio para 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 provienen de un CD están contenidos en sectores, cada sector tiene 2352 bytes y 75 sectores contienen 1 segundo de audio. A modo de comparación, la tasa de bits de un "1×" CD-ROM se define como 2.048 bytes por sector × 75 sectores por segundo = 153.600 bytes por segundo. Los 304 bytes restantes en un sector se utilizan para la corrección de errores de datos adicionales.

Acceso a datos desde ordenadores

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 más pequeño y paralelo de 8 flujos de datos de subcódigo. Sin embargo, los sistemas operativos de las computadoras 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 pista de audio de disco compacto (CDA), cada archivo contiene información de indexación, no datos de audio. Sin embargo, por el contrario, Finder en macOS presenta el contenido del CD como un conjunto real de archivos, con la extensión AIFF, que se puede copiar directa, aleatoria e individualmente por pista como si fueran archivos reales. En realidad, macOS realiza sus propias extracciones según sea necesario en segundo plano de forma completamente transparente para el usuario. Las pistas copiadas son totalmente reproducibles y editables en la computadora del usuario.

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

Variaciones de formato

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

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

Problemas de derechos de autor

Ha habido movimientos de la industria discográfica para hacer que los CD de audio (audio digital de disco compacto) no se reproduzcan en unidades de CD-ROM de computadora, para evitar la copia de música. Esto se hace introduciendo intencionalmente errores en el disco que los circuitos incorporados 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 del consumidor a partir de octubre de 2001 presionaron para exigir etiquetas de advertencia en los discos compactos que no se ajusten al estándar oficial de audio digital de disco compacto (a menudo llamado el Libro rojo) para informar a los consumidores qué discos no permiten el uso justo completo de su contenido.

En 2005, Sony BMG Music Entertainment fue criticado cuando un mecanismo de protección contra copias conocido como Extended Copy Protection (XCP) utilizado en algunos de sus CD de audio instaló automática y subrepticiamente un software de prevención de copias en las computadoras (consulte el escándalo del rootkit de protección contra copias de Sony BMG). No se permite legalmente que estos discos se llamen CD o discos compactos porque infringen el estándar del Libro Rojo que rige los CD, y Amazon.com, por ejemplo, los describe como "discos protegidos contra copia" en lugar de "discos compactos" o "CD".