El código binario en el audio digital: sistema binario

Published On Dec-06-2017

Transcripción

El audio digital, al igual que otros tipos de información en sistemas digitales, se transmite, almacena y procesa en forma de código binario. La razón principal es la capacidad de los transistores en circuitos integrados de alternar entre dos estados, los cuales corresponden a las dos cifras disponibles en el sistema binario. A su vez, los bits en el audio digital expresan la magnitud de las muestras, las cuales, a su vez, representan la amplitud de la onda eléctrica analógica.

Si bien el sistema binario es conveniente para los circuitos digitales, este se presta a errores humanos cuando se escribe a mano. Por esta razón, es común utilizar el sistema octal o hexadecimal para escribir código binario. Se utilizan específicamente estos dos sistemas, ya que la conversión a binario es sencilla. En el sistema hexadecimal, se utilizan 16 cifras, desde 0 hasta 9 y luego, para las magnitudes mayores a 9, desde la letra A, hasta la F.

Figura 3.1. Sistemas binario, hexadecimal y decimal

La cantidad de valores disponibles para codificar la magnitud de las muestras en un sistema de audio PCM es determinada por la cantidad de bits en cada muestra. En un sistema de 16 bits, habrá 65 536 valores diferentes; mientras que, en un sistema de 24 bits, se dispone de 16 777 216. Por lo tanto, la cantidad de bits disponibles también determina la magnitud de la cuantización que deberá aplicarse al muestrear la señal analógica.

Figura 3.2. Cantidad de valores codificables con 16 bits y 24 bits

Al convertir la señal a digital, es de vital importancia asegurarnos de que no exceda el rango del convertidor. De lo contrario, la señal será cortada o clipped. Consideremos el ejemplo de un sistema de 16 bits. El rango de valores disponibles va desde 0000 en hexadecimal, el valor negativo de mayor magnitud, hasta FFFF en hexadecimal, el valor positivo de mayor magnitud. El valor 7FFF en hexadecimal corresponde al valor negativo con menor magnitud, mientras que 8000 en hexadecimal representa el valor positivo más pequeño.

Nótese que los voltajes analógicos originales son positivos y negativos, mientras que los valores disponibles en el sistema digital son todos positivos. Por lo tanto, se desplaza el “0” de la señal analógica, de manera que puedan codificarse los voltajes positivos y negativos utilizando únicamente magnitudes positivas. Decimos que existe un offset y que el binario codificador de la señal es un offset binary. Nótese que los valores binarios con un MSB de 0, corresponden a voltajes negativos, mientras que los valores binarios con un MSB de 1, corresponden a voltajes positivos.

Figura 3.3. Valores en un sistema de 16 bits

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