Procesamiento Digital de Señales en el CD: Muestreo, Codificación y Reproducción

Principios del Procesado de la Señal Digital

Filtrado: limita el ancho de banda de la señal analógica. En el CD, se utiliza un filtro paso-bajo con una frecuencia de corte de 20 kHz.

Circuito de Muestreo y Retención: convierte la señal continua en una señal discreta en el tiempo.

Circuito Cuantificador: convierte la señal de valor continuo en una señal de valor discreto.

Circuito Codificador/Modulador: define el código de la señal digital según la aplicación posterior.

Principio de Muestreo

El principio de muestreo establece que la frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima de la señal a muestrear. Los intervalos de tiempo fijos entre cada muestra se llaman intervalos de muestreo, y la frecuencia de la señal se llama frecuencia de muestreo. Ejemplos de frecuencias de muestreo son: 44.1 kHz (CD), 32 kHz (teléfonos, radio digital) y 48 kHz (DVD).

El Sistema Cuantificador

La señal muestreada debe convertirse en niveles de tensión en números binarios, normalmente utilizando una codificación en complemento a 2.

Tipos de Convertidores A/D

• Flash o Paralelo: Rápido, aplicado en circuitos de video.
• Contador: Muestrea la señal analógica, cuenta impulsos de reloj y los convierte en una señal analógica para comparar. Escasa velocidad y tiempo variable.
• Aproximaciones Sucesivas: El proceso comienza con el bit de mayor peso a "1" y el resto a "0", comparando con el valor de entrada. Tiempo de conversión fijo.
• Doble Pendiente: Compara el nivel de señal a cuantificar con una rampa generada por un integrador. Sufre variaciones por temperatura.

El Sistema Codificador

Se utilizan sistemas como NRZI y EFM.

Codificación NRZI

Un láser refleja en un espejo o depresión (interpretado como "0"), mientras que un cambio (subida o bajada) se interpreta como "1".

Modulación EFM

Convierte una palabra de 8 bits en una de 14 bits, asignando a cada una de las 256 combinaciones de 8 bits una de las 16.384 combinaciones posibles de 14 bits, cumpliendo tres reglas específicas.

Características del PIT

El PIT (hueco) tiene un ancho de 0.6 µm y una profundidad de 0.11 µm; estos valores son constantes, así como la distancia entre pistas.

La Señal de RF

Se extrae de la suma de las señales generadas por los fotodiodos A, B, C y D como consecuencia de la incidencia del rayo láser reflejado, y se amplifica mediante un amplificador de RF.

La Señal DATA (EFM)

La señal digital de datos se obtiene mediante un circuito que detecta los puntos "0" de cruce correctos del patrón ocular (RF) y transforma la señal a niveles cuadrados legibles.

Detección y Corrección de Errores

El proceso consta de tres fases:

1. Detección del error.
2. Corrección del error.
3. Si no es posible la corrección, ocultación del error.

Detección y Corrección de Errores en el CD

El sistema de detección y corrección de errores del CD consta de dos elementos:

Código de Chequeo por Redundancia Cíclica (CRCC): Detecta y corrige errores añadiendo bits adicionales.

Entrelazado: Intercambia los datos en el disco durante la grabación para dispersar los errores y facilitar su corrección.

Ocultación de Errores

Técnica para evitar que los errores no corregidos afecten la calidad del sonido. Métodos típicos:

• Silenciamiento o Mutting: La palabra errónea se silencia. Grandes deficiencias.
• Mantenimiento de la Palabra: Se usa la palabra anterior a la errónea.
• Interpolación Lineal o Promedio: La palabra errónea se reemplaza por el valor medio de la palabra precedente y la siguiente.
• Interpolación Polinomial de Alto Orden: Se estima la palabra errónea considerando varias palabras anteriores y posteriores. Método más preciso.

Estructura de Datos del CD

Cuadro de Datos o Trama

Unidad básica de información que contiene el sonido de los dos canales (derecho e izquierdo), señales de sincronización, control y corrección de errores.

Bloque de Datos

Constituido por 98 cuadros de datos o tramas. En el CD, se utilizan principalmente los subcódigos P y Q.

• Canal P: Indicador separador de pistas de música.
• Canal Q: Control más sofisticado, contiene datos como número de pista, tiempo, etc.

El Bloque Óptico

Componentes principales:

• Diodo Láser: Genera el haz láser (normalmente de arseniuro de galio).
• Fotodetectores: Cuatro detectores (A, B, C, D) para el haz principal y dos (E, F) para los haces secundarios.
• Rejilla de Difracción: Genera los haces principal y secundarios.
• Prisma Semi-Espejo: Lente que deja pasar o refleja el haz láser.
• Lente de Enfoque: Enfoca el haz sobre el disco.
• Lente Cilíndrica: Enfoca el haz reflejado sobre los fotodetectores.
• Dispositivo de Dos Ejes: Produce el seguimiento de pista.

Los Servo-Circuitos de un CD

El CD utiliza cuatro servo-circuitos:

1. Servo-circuito de enfoque.
2. Servo-circuito de seguimiento o tracking.
3. Servo-circuito de deslizamiento.
4. Servo-circuito de giro del disco.

Servo-Circuito de Enfoque

Controla el movimiento vertical del mecanismo de dos ejes para asegurar que el punto focal del láser esté en la superficie del CD.

Circuito de Búsqueda de Enfoque

Mueve lentamente la lente de enfoque hacia el disco. Cuando la señal de RF supera un umbral, se activa el servo de enfoque.

Servo-Circuito de Seguimiento o Tracking

Si el haz principal se sale de la pista, los fotodiodos F y E reciben distinta intensidad, actuando sobre la bobina horizontal para corregir el defecto.

Servo-Circuito de Deslizamiento

Desplaza el bloque óptico a lo largo del radio del CD.

  El Servo-Circuito de Giro del Disco 

 la velocidad angular de lectura por lo tanto no será constante, asi en el CD cuando el motor del disco inicia la lectura gira alrededor de 500 rpm y al final del diso la velocdad disminuye hasta las 200 rpm.