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El Sonido y el Video Digital: Una Guía Completa
El Sonido
¿Qué es el Sonido?
El sonido es un fenómeno vibratorio transmitido en forma de ondas que se propagan en un medio elástico determinado, como el aire o el agua. Cuando las vibraciones se producen de forma arbitraria, sin ninguna secuenciación rítmica, decimos que se trata de ruido.
Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.
El Audio Digital
El audio digital es la codificación de una señal eléctrica que representa una onda sonora. Consiste en una secuencia de códigos (números) binarios y se obtiene del muestreo y cuantificación digital de la señal analógica, que posteriormente se puede codificar o comprimir, dando lugar a formatos más compactos (compresión de audio). El sonido es una señal analógica, es decir, es una señal continua que tiene infinitas muestras. Por otro lado, una señal digital es una señal discreta con un conjunto de muestras finitas.
Muestreo
Consiste en medir el valor de la señal analógica en un momento puntual a intervalos de tiempos constantes.
Cuantificación
A cada muestra que se toma se le asigna un valor que representará la amplitud de esa muestra, y esa asignación es la cuantificación.
1. El Sonido Digital
1.1 Captura y Digitalización del Sonido
Podemos grabar el sonido en un solo canal (mono) o en dos canales (estéreo). Para conseguir grabaciones de buena calidad debemos utilizar un valor de frecuencia de muestreo que sea como mínimo el doble de la frecuencia máxima auditiva del oído humano, es decir, 40000 Hz.
Los sonidos digitales pueden conseguirse mediante la generación artificial de sonido (síntesis digital) o mediante la transformación de una señal acústica (analógica) en una señal digital (sampling o muestreo).
El proceso de digitalización del sonido se puede resumir en:
- Un objeto, animal o persona emite un sonido que transmite una señal que se propaga por el aire.
- El micrófono recoge las vibraciones y las convierte en una señal eléctrica que transmite a un equipo electrónico.
- El equipo electrónico codifica esa señal eléctrica en información binaria que puede almacenarse en cualquier soporte digital (DVD, CD, pen drive).
- Un equipo reproductor digital descodifica la información binaria y la convierte en una señal eléctrica que transmite por el cable a los auriculares o altavoces.
- Los auriculares o altavoces vibran en función de la señal eléctrica que reciben. La vibración llega a nuestros oídos, lo que hace que escuchemos el sonido.
1.2 Características del Sonido
A. Tono
Magnitud de onda que nos indica el número de vibraciones completas (frecuencia) que tienen lugar durante un segundo. La unidad de medida de la frecuencia es el hercio (Hz). Las ondas de sonido inferiores al límite audible se llaman infrasónicas y las superiores ultrasónicas. Un sonido agudo tiene más frecuencia que un sonido grave.
B. Intensidad
Depende de la magnitud de las vibraciones (amplitud de onda) del cuerpo que las produce. Un sonido será más fuerte cuanto mayor sea su amplitud. La intensidad sonora con la que percibimos el sonido se mide en decibelios (dB).
C. Timbre
Cualidad del sonido que nos permite distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y tono. El timbre depende de los sonidos armónicos que acompañan al principal.
1.3 Características del Sonido Digital
A. Frecuencia de Muestreo (Sample Rate)
Es el número de veces por segundo que se toma un sonido de la señal analógica para digitalizarla.
B. Canales
Es el número de puntos desde los que se emite el sonido. Un sonido mono tiene un solo canal, un estéreo tiene dos canales, y un sonido 5.1 tiene 5 canales.
C. Tamaño de la Muestra (Resolución)
Indica el número de bits de información que ocupa cada muestra. Una calidad estándar de CD de audio tiene 16 bits.
1.4 Memoria Requerida para Almacenar un Archivo de Sonido
Es fácil calcular el tamaño o peso de una secuencia de audio no comprimida conociendo la duración en segundos, la frecuencia de muestreo, el tamaño de la muestra y el número de canales.
Tamaño = frecuencia x tamaño de la muestra x canales / seg
1.5 Ventajas e Inconvenientes de un Audio Digital
| Ventajas | Inconvenientes |
|---|---|
| Gran capacidad de almacenaje de información. | Se necesita una conversión analógica-digital previa y una descodificación posterior en el momento de la recepción. |
| Posibilidad de hacer copias sin perder calidad. | Pérdida de información al convertir la información continua en discreta; quiere decir que la señal sea distinta a la primitiva. |
| Tamaño cada vez más reducido de los equipos. | El aumento de la calidad de la señal implica un aumento de la cantidad de memoria requerida para su almacenamiento. |
| Más fácil de transmitir, almacenar o manipular. | Requiere mayor ancho de banda para ser transmitida que la analógica. |
| Es inmune al ruido y menos sensible que la analógica a las interferencias. | La transmisión digital requiere una sincronización precisa entre emisor y receptor. |
1.6 Contenedores Multimedia y los Codecs
Contenedor multimedia: es un tipo de archivo informático que almacena información encapsulada de video, audio, subtítulos, capítulos e información de sincronización siguiendo un formato preestablecido en su especificación.
Las pistas de audio y video incluidas en el contenedor suelen ir comprimidas, ya que este tipo de datos provocan mucho flujo de información.
Para comprimir/descomprimir dichos flujos se utilizan diversos algoritmos o métodos denominados codecs (compresor/descompresor).
1.7 Formatos de Audio
Los tipos de formato según la compresión pueden ser:
- Sin comprimir: hay un formato principal sin comprimir (PCM) que normalmente está archivado como WAV (Windows) o AIFF (Mac). Son formatos de audio comprimido, son formatos flexibles creados para almacenar varias combinaciones de frecuencia de muestreo o tasa de bytes.
- Lossless: son formatos de audio comprimidos sin pérdida. Requiere más tiempo que los formatos sin comprimir, aunque es más eficiente.
- Lossy: algoritmos de compresión con pérdida, es decir, comprimen los datos descartando algunos de estos. El proceso intenta minimizar la cantidad que mantiene el archivo, reduciendo su peso y, por tanto, su calidad.
- Formatos descriptivos: este formato de archivos MIDI no es precisamente de audio digital, pero sí pertenece a la tecnología de la informática musical. Este archivo no almacena sonido grabado, sino las indicaciones para que un sintetizador o cualquier otro dispositivo interprete una serie de acciones y notas.
Tipos de archivos:
- WAV: desarrollado y propiedad de Microsoft e IBM, y utilizado principalmente por Windows, admite archivos mono y estéreo, y diversas resoluciones y velocidades de muestreo. Se utiliza principalmente con el formato PCM y no tiene pérdida de calidad.
- CDA: archivo pequeño que sirve como acceso directo a parte de los datos de un CD.
- MID: estándar para la industria de la música electrónica y muy útil para trabajar con dispositivos sintetizadores musicales o tarjetas de sonido.
- MP3: es un formato de compresión con pérdidas que comprime los datos y emplea una serie de algoritmos que eliminan parte del sonido que el oído es capaz de diferenciar.
- WMA: formato de compresión de audio con pérdida propiedad de Microsoft. Fue desarrollado para competir con el MP3.
- OGG/OGA: es un archivo de formato de código abierto que apoya una variedad de codecs y es un formato muy eficiente para la transmisión (streaming) y para la compresión de los datos contenidos.
4. El Video Digital
4.1 Edición de Video
La edición de video es un proceso que engloba las acciones que se realizan durante la producción de una película, como seleccionar el material deseado, organizarlo, añadir música, agregar imágenes o textos.
4.2 Ventajas del Video Digital frente al Analógico
| Digital | Analógico |
|---|---|
| La calidad de la imagen es totalmente independiente del medio en el que se almacena. | La calidad depende de diferentes factores: calidad de la cámara, calidad del reproductor. |
| Utiliza los 3 colores primarios (RGB), lo que permite que los colores de la imagen sean más puros y exactos. | Los colores están limitados a la hora de reproducir una imagen en los niveles de contraste y brillo. |
| Se pueden hacer tantas copias como se quiera sin pérdida de calidad. | La calidad depende de factores externos. |
| Permite la edición no lineal* del video. | La edición permite montar fragmentos de filmaciones uno tras otro. |
No lineal*: no sigue un orden específico.
4.3 Características del Video Digital
a) Fotograma
También denominado frame, es el elemento más pequeño de un video y correspondería con una imagen independiente.
b) Frecuencia
Indica el número de fotogramas por segundo (fps), usado para reproducir la película en función del sistema de video empleado. En la zona europea se utiliza el sistema PAL (25 fps), excepto Francia y países del este de Europa que utilizan el sistema SECAM (25 fps), mientras que en la zona americana y asiática se utiliza NTSC (30 fps). Como curiosidad, decir que en el mundo del cine se utiliza una frecuencia de 24 fps y en los dibujos animados 15 fps.
c) Proporcionalidad
Es la razón entre la anchura de la imagen y también se le conoce como relación de aspecto. Los televisores tradicionales son de 4/3; la nueva televisión, llamada panorámica, es de 16/9, y la que se utiliza en el cine es de 2.39:1.
d) Resolución
Determina el tamaño que tendrá cada fotograma de la captura de video e influye en la calidad de la imagen cuando se amplía el televisor o proyector.
| Nombre comercial | Resolución vertical | Resolución real |
|---|---|---|
| HD Ready | 720 píxeles | 1280×720 |
| Full HD | 1080 píxeles | 1920×1080 |
| 4K | 2160 píxeles | 4096×2160 |
| 8K | 4320 píxeles | 7680×4320 |
4.4 Formatos de Video
Los formatos más utilizados son:
| Formato | Descripción |
|---|---|
| AVI | Formato originario de Windows muy utilizado. Puede utilizarse sin comprimir o utilizando algún codec. |
| MP4 | Formato de compresión con pérdidas que codifica video de gran calidad en formatos muy reducidos. |
| WMV | Formato propietario de Microsoft para su reproductor Windows Media. |
| MOV | Contenedor de archivos multimedia de Apple que permite codificar con múltiples codecs. |
| MKV | Formato abierto que puede añadir pistas de video, audio, imagen o pistas de subtítulos dentro de un mismo archivo. Se utiliza para realizar streaming. |