Muestreo, Cuantificación, Codificación y Corrección de Errores en Audio Digital

Muestreo

En el muestreo se toma un determinado número de muestras de tensiones o voltajes por unidad de tiempo. Las frecuencias de muestreo comunes son 32, 44.056, 44.1 y 48 kHz.

Cuantificación

En la cuantificación, a cada muestra se le asigna un valor numérico y se convierte en niveles de cuantificación. Cuanto mayor sea el número de niveles, mejor representará la señal analógica. La relación señal/ruido es de 6 dB por bit. En la muestra con retención, el interruptor electrónico actúa con impulsos breves proporcionados por un reloj.

Se realiza un redondeo para que coincida el valor de la señal muestreada con el nivel de cuantificación, con un error máximo de ±0.5 LSB (Least Significant Bit).

Codificación

La codificación convierte los voltajes en un código de dígitos binarios (bits), donde se utilizan dos símbolos: 0 y 1. La presencia de voltaje se representa con un 1, y la ausencia con un 0. La transmisión puede ser en serie o en paralelo (por un canal diferente). Cada bit indica dos niveles de cuantificación.

Modulación Ocho a Catorce (EFM)

La modulación ocho a catorce (EFM) convierte cada símbolo de 8 bits en una secuencia única de 14 bits. Una palabra de muestra es de 16 bits, y un símbolo es la mitad de una palabra de muestra. De las 277 combinaciones posibles, se eliminan 21, quedando 256. Al final de cada símbolo de 14 bits, se agregan 3 bits llamados "de acoplamiento", que cumplen la regla de 2 a 10.

Corrección de Errores

En la corrección de errores, un bit es correcto o no; no hay estados intermedios. Los dropouts pueden generar bits defectuosos, produciendo errores y ráfagas de errores. El objetivo de la corrección es minimizar su impacto. Para ello, se añaden bits redundantes que permiten identificar los bits defectuosos. Cuantos más fallos haya, más redundancia será necesaria.

Codificación Redundante

La codificación redundante envía bits adicionales para detectar y corregir errores en la información. La distancia de Hamming entre dos códigos es el número de símbolos en los que se diferencian.

• Código BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem): Es un tipo de código adecuado para errores independientes.
• Código CIRC (Cross-Interleaved Reed-Solomon Code): Es una variante del código BCH, más apropiado para ráfagas de errores.

Ocultación de Errores

• Interpolación Lineal: Reemplaza la palabra errónea por el valor promedio de la anterior y la posterior. Es el método más utilizado.
• Interpolación de Alto Orden: Similar a la lineal, pero mejorada. Se utiliza en aplicaciones críticas con muchas pérdidas de información.

Técnicas de Mejora

• Remezclado: Las muestras impares se separan de las pares. Así, si hay una ráfaga de error al grabar, solo afecta a un grupo.
• Transposición Interpolada: Si una muestra está afectada (por ejemplo, la número 8), se obtiene un valor interpolado de la anterior (7) y la posterior (9), calculando la media.
• Entrelazado: Las muestras se escriben por columnas en una memoria y se leen por filas. En la reproducción, las muestras son desentrelazadas para que vuelvan a su secuencia natural.