Formatos de Audio

1. Formatos de audio
Enrique Alexandre (@e_alexandre)

2. ¿Con o sin pérdidas?
• Codificadores con pérdidas (mp3, aac, wma, etc.):
• Utilizan modelos perceptuales para eliminar la información irrelevante.
• Es imposible reconstruir exactamente la señal original a partir de la
codificada.
• Codificadores sin pérdidas (.flac, .alac, .ape, etc.):
• Se limitan a eliminar la información redundante.
• Se puede reconstruir de forma exacta la señal original a partir de la
codificada.

3. ATC
ATC-ABS
ATAC
1977
OCF
MUSICAM
PXFM
ASPEC
1992
Layer I, Layer II
Layer III
1994
ATRAC
PASC
AC-3
PAC
TWIN-VQ
ASC
1995
MPEG-2 AAC
1997
MPEG-4 AUDIO
1999

4. Análisis tiempo/
frecuencia
Cuantificación y
codificación
Codificación
entrópica
Análisis
psicoacústico
Asignación de bits
Estructura genérica de
un codificador de audio
MUX

5. La familia MPEG
MPEG-1
MPEG-2 BC
MPEG-2 NBC (AAC)
MPEG-4

6. ISO/IEC MPEG-1
• Estándar “semi-abierto”:
• Partes normativas e informativas.
• Uno o dos canales:
• Un solo canal monofónico
• Dos canales monofónicos independientes
• Dos canales stereo
• Joint-stereo
• Frecuencias de muestreo: 32 kHz (broadcast), 44.1 kHz (consumer) y 48 kHz
(professional).
• Bitrates: 32-192 kbps (mono) y 64-384 kbps (stereo).

7. ISO/IEC MPEG-1
• Tres capas independientes con distintas complejidades:
• Capa I:
• Proporciona transparencia a 384 kbps.
• Complejidad media-baja.
• Aplicaciones: Philips Digital Compact Cassette (DCC).
• Capa II:
• Proporciona transparencia a 256 kbps.
• Complejidad media.
• Aplicaciones: DAB, DVB, radiodifusión

8. ISO/IEC MPEG-1
• Capa III (mp3)
• Proporciona transparencia a 192 kbps.
• Complejidad alta.
• Aplicaciones: ISDN (RDSI), Internet.

9. Nuevas variantes
• mp3PRO
• Proporciona el doble de rendimiento que el mp3
• Compatible hacia atrás con mp3
• mp3HD
• Codificador sin pérdidas compatible hacia atrás con mp3

10. mp3: Licencias

11. Codificación estéreo
• Objetivo: aprovechar las posibles redundancias (parecido) entre los dos
canales de audio.
• Herramientas disponibles en el modo Joint Stereo:
• Mid/Side Stereo (M/S): Se transmite suma y diferencia en lugar de los
canales originales.
• Intensity Stereo: Se transmite la energía y la panorámica. Funciona a altas
frecuencias (>3kHz).

12. ISO/IEC MPEG-2 BC
• Ampliación compatible hacia atrás con MPEG-1.
• Características añadidas:
• Frecuencias de muestreo mitad (24, 22.05 y 16 kHz) para aplicaciones con
menor ancho de banda.
• Codificación multicanal (5.1).
• Existe un MPEG-2.5, formato propietario del Fraunhofer, que permite
frecuencias de muestreo inferiores (8, 11.025 y 12 kHz).

13. ISO/IEC MPEG-2 NBC / AAC
• Nuevo esquema, no compatible con los anteriores, que proporciona mejor
rendimiento de codificación.
• Tres modos de operación:
• LC (Low Complexity)
• Main Profile
• SSR (Scalable Sampling Rate)
• Proporciona transparencia a 128 kbps (stereo) y 320 kbps (5.1)
• Aplicaciones comerciales:
• Apple iTunes, Sony PSP, Operadoras móviles (Movistar, Orange, etc,), DRM
(Digital Radio Mondiale), DVB, etc.

14. Variante: HE-AAC ó aacPlus
• La misma idea que el mp3PRO
• Buena calidad de sonido estéreo a 48 kbps

15. ISO/IEC MPEG-4
• No es un nuevo esquema de codificación en sí, sino un conjunto de
codificadores ya existentes unificados bajo un mismo estándar.
• Un fichero MPEG-4 puede contener audio, video, audio sintético, etc.
• Extensiones .mp4, .m4a y .3gp

16. Otros codificadores
Ogg Vorbis
Musepack
Otros

17. Ogg Vorbis
• Codificador de audio libre
• Proporciona una calidad muy parecida a un MPEG-2 AAC
• Soporta frecuencias de muestreo desde 8kHz hasta 192 kHz
• Soporta desde 1 canal hasta 255

18. Musepack
• Codec basado en MPEG-1 Capa II
• Pensado para proporcionar muy alta calidad de audio a tasas binarias
elevadas
• Extensión: .mpc

19. Otros codecs propietarios
• Windows Media Audio (WMA)
• Free Lossless Audio Codec (FLAC)
• RealAudio

20. Resumen: codificadores con pérdidas
Formato
Año
Gratis
Bitrate
Canales
Latencia
mp3
1993
No
8-320 kbps
2
> 100ms
AAC
1997
No
8-529 kbps
48
20-405ms
AC-3
1992
No
32-640kbps
6
40.6 ms
Musepack
1997
Si
3-1300 kbps
8
?
Vorbis
2000
Si
Variable
255
> 100ms
WMA
1999
Si (Windows)
8-768 kbps
2
> 100ms

21. Resumen: codificadores sin pérdidas
Formato
Velocidad
Compresión
Híbrido (c/
pérdidas)
Código
abierto
Multicanal
Wavpack
Muy rápido
58%
Si
Sí
Sí
ALAC
Rápido
58.5%
No
Sí (decod)
Sí
FLAC
Muy rápido
58.7%
No
Sí
Sí
Monkey’s
Rápido
55.5%
No
Sí
Sí

22. Diccionario de extensiones
• Formatos estándar
• .aif: AIFF, Audio Interchange File Format
• .wav: Waveform Audio
• . bwf: Broadcast wave (extensión al .wav)
• .raw: Raw audio file (Como un .wav pero sin cabecera)

23. Diccionario de extensiones
• Codificadores con pérdidas:
• .mp3: MPEG-1 Capa III
• .mp4: MPEG-4 (audio y/o video)
• .m4a: MPEG-4 audio
• .m4p: Ficheros del iTunes con DRM
• .m4v, .mp4v, .cmp, .divx, .xvid: MPEG-4 Video
• .3gp, .3g2: MPEG-4 en móviles
• .wma: Windows Media Audio
• .ogg: Ogg Vorbis

24. Diccionario de extensiones
• Codificadores sin pérdidas
• .flac: FLAC, Free Lossless Audio Coder
• .m4a: Apple Lossless audio coder

25. Sonido surround
• Un poco de historia:
• El sonido surround lleva utilizándose desde los años 30 (3 canales frontales
para el cine, desarrollados por Bell Labs)
• En 1941 se añadieron los canales traseros, para la película Fantasía de Walt
Disney. Era el sistema de sonido Fantasound, también utilizado para el
Cinemascope de la Fox.
• En los 60 el sistema Dolby Surround se convirtió en el estándar de facto,
con 4 canales.
• En los 70 se creo el sistema Quad, para música, que acabó desapareciendo
por falta de compatibilidad.

26. Ventajas del surround
• El sonido es más claro
• No hay un sweet spot
• La posición de los altavoces no es tan crítica
• Más posibilidades para la mezcla

27. Dolby AC-3
• Creado en 1991 para la película “Batman returns”.
• Es un codificador pensado desde el principio para la industria del cine (audio
multicanal), que acabó adaptándose para aplicaciones domésticas (home
theater)
• Es el estándar para la televisión de alta definición en EEUU y DVD-Video
• Velocidades binarias soportadas: desde 32 hasta 640kbps
• Frecuencias de muestreo: 32, 44.1 y 28 kHz

28. Dolby AC-3
• Principales características
• Protección de copyright
• Marcas de tiempo
• Down-mixing
• Identificadores de los idiomas
• Múltiples tramas auxiliares
• Control del margen dinámico

29. Tecnologías Dolby (consumo)
Codificación sin pérdidas, hasta 8 canales 24bits/96kHz
Codificación con pérdidas, hasta 7.1 canales a 6 Mbps
Codificación con pérdidas, hasta 6.1 canales
Codificación con pérdidas, hasta 5.1 canales

30. Tecnologías Dolby (consumo)
Versión para consumo del Dolby analógico
Codificador MPEG-2/4 AAC
Codificador sin pérdidas para el DVD-Audio
Sistema analógico matricial para 5.1
Igual que el pro logic II pero hasta 7.1
Añade canales frontales en altura

31. Tecnologías Dolby
Blu-ray
Codec
DVD
Canales
Bitrate
Canales
Bitrate
5.1
640 kbps
5.1
448 kbps
7.1
1.7 Mbps
8
18 Mbps

32. Tecnologías Dolby (cine)
Audio analógico para cines
Codificación con pérdidas. Igual que el de consumo.
Extensión a 7.1
Sistema de imagen 3D
Añade un canal trasero central al 5.1
Un canal por altavoz en el cine

33. Tecnologías DTS (consumo)
Codificación sin pérdidas, hasta 7.1 canales
Codificación con pérdidas, hasta 5.1 canales
Equivalente al Prologic II de Dolby
Extensión del Neural Surround hasta 11.1

34. SDDS
• Es una tecnología exclusiva para salas de cine
• Ofrece hasta 8 canales de sonido
• La información se graba en los bordes externos de la película

35. Dolby AC-3

36. Dolby AC-3

37. Dolby AC-3

38. Dolby AC-3, DTS y SDDS

39. Ventajas e inconvenientes de DTS
• Pueden existir fallos de sincronismo
• El ratio de compresión es menor que en AC-3
• Se suele coincidir en que es el formato más fiel al sonido del master
• La instalación es más barata

40. Ventajas e inconvenientes de Dolby AC-3
• Usa un ratio de codificación elevado
• Puede haber problemas con los cambios de rollo, aunque se puede evitar
• Es el formato más extendido
• El audio va sobre la película para evitar problemas de sincronismo

41. Ventajas e inconvenientes de SDDS
• Tiene el ratio de codificación más bajo de todos (creo)
• Proporciona 8 canales de sonido, aunque no hay demasiados cines que
soporten esto
• Está muy ligado a Sony y sus estudios (Columbia, Tristar, etc.)
• Es el sistema más caro de instalar

42. THX
• Es un sistema de certificación de la calidad creado en 1983 para asegurar que
la película “El retorno del Jedi” se escuchase igual en los mejores cines.
• THX viene de Tomlinson Holman’s eXperiment.
• THX impone unos requisitos muy estrictos para los cines:
• Suelo flotante
• Paredes tratadas acústicamente
• Pantalla perforada
• Ruido de fondo NC-30
• Ángulo de visión
• Calidad de la imagen

43. Altavoces frontales
empotrados

44. Aislamiento entre salas

45. Control de la
reverberación

46. Posición de la pantalla

47. Proyección de la película

48. THX
• Criterios de certificación para cines:
• Ruido de fondo (NC-30)
• Aislamiento acústico
• Reverberación
• Ángulo de visión
• Calidad de la imagen
• Equipamiento
• Instalación de los equipos

49. ¿Cómo coloco los
altavoces en casa?
Estéreo

50. ¿Cómo coloco los
altavoces en casa?
Estéreo

51. 5.1
Colocación de los altavoces
7.1

52. Dolby True HD
Colocación de los altavoces
Ordenador