LA HISTORIA DEL CD
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Kees A. Schouhamer Immink, miembro de la Sociedad de Ingeniería de Audio,
Instituto de Matemáticas Experimentales de Essen, Alemania.



Kees Immink presenta la visión de un ingeniero de investigación de los años previos al lanzamiento del disco compacto (CD) y las diversas decisiones cruciales que se tomaron durante ese tiempo, que podrían determinar el éxito o el fracaso técnico del medio de almacenamiento. Desde una perspectiva personal, comenta la historia del primer medio de audio digital para el mercado masivo y ofrece algunas predicciones para el futuro de los medios ópticos en el almacenamiento de datos.

Un poco de historia

Debo decir desde el principio que no soy un historiador sino un ingeniero, y que lo que diré proviene de mis recuerdos personales de las reuniones que tuvieron lugar hace más de 15 años entre ingenieros de Philips y Sony. Aun así, como los mejores historiadores, les haré un breve resumen de los 100 años de grabación en disco que condujeron al lanzamiento del CD. 

La densidad de almacenamiento equivalente de los medios de grabación en bits/mm2 creció gradualmente desde la del cilindro de cera original de Edison hasta el reciente DVD. Ahora nos enfrentamos a densidades de almacenamiento un millón de veces mayores que las disponibles a finales del siglo pasado. Hay que recordar que pasaron al menos diez años desde la aparición del cilindro de Edison, antes de que Berliner y otros dieran con métodos de grabación en disco; de hecho, visité los laboratorios de Edison y me dijeron que todos los dispositivos de grabación hasta aproximadamente 1920 eran en realidad prototipos y que no existía manera de replicar los medios por copia, por lo que tener un "éxito en ventas" de grabación en esa época realmente debe haber sido todo un logro. Creo que en los años 50, el disco LP estéreo supuso un gran paso en la calidad del sonido, pero en lo que respecta a la grabación óptica, todo lo anterior a 1969 debe llamarse prehistoria.

Óptica y Laservision

En 1969, el investigador Klaas Compaan de Philips sugirió que podría ser útil desarrollar el uso de la óptica para almacenar imágenes. Lanzaron la idea de una pista espiralada con bits o orificios, y trascurrieron seis años desde entonces hasta que nació el videodisco Laservision. Yo empecé en 1973 a travajar en sistemas de servomotores eléctricos y electrónica y consideramos que si se podía almacenar vídeo con información de audio de forma óptica, también se podría gestionar sólo el audio. Por entonces, la dirección de investigación descartó por entonces dicha idea afirmando que "el audio era demasiado simple y que no merecía la pena el esfuerzo", así que nosotros, en la parte de investigación, por el momento lo hicimos a un lado. Y luego llegó el lanzamiento de Laservision en 1975, que terminó siendo un fracaso monumental. Fue un fracaso rotundo, de los 400 reproductores que se vendieron, nos devolvieron 200 porque los compradores habían tenido la idea errónea de que también gra
baría programas, pero por supuesto no podía. Tras dos años, la dirección de Philips decidió tirar la toalla y retirarlo del mercado.

Primer Audio digital

En mi opinión, en ese momento el audio digital se hizo posible, y entre 1970 y 1980 se celebraron numerosas reuniones entre Philips (Holanda) y Sony (Japón). Para entender las opciones técnicas en cuanto a resolución de muestra y demás en ese momento, hay que observar lo que estaba sucediendo con el equipo de estudio y con el audio digital en lo que era radiodifusión. La radio BBC del Reino Unido fue una de las primeras en adoptar el sonido digital, y trabajaba con un sistema de distribución de 13 bits para la red de transmisión, muestreado a 32 kHz. Los experimentos de Stockham en 1972-3 con el sistema Soundstream implicaban frecuencias de muestreo de alrededor de 40 kHz de media, y utilizaba como medio de almacenamiento cintas magnéticas de mainframe, lo que hacía práctico almacenar datos con una resolución de 16 bits debido a la naturaleza orientada a bytes del almacenamiento de datos informáticos. 8 bits habrían sido muy pocos, y 14 bits habrían significado un uso ineficiente del espacio d
e almacenamiento, por lo que 16 bits parecía lógico. La cinta magnética de computadora era por entonces la única forma de almacenar realmente quizás una hora de sonido. 

A finales de los años 70 se desarrollaron moduladores adaptadores (PCM) que utilizaban grabadoras de vídeo analógicas comunes como medio de almacenamiento de datos de audio digital, ya que eran los únicos dispositivos ampliamente disponibles con suficiente ancho de banda. Esto ayuda a explicar la elección de la frecuencia de muestreo para el CD, puesto que el número de líneas de imágen vídeo, la velocidad de fotogramas y los bits por línea acaban dictando la frecuencia de muestreo que se puede conseguir si se quieren almacenar 2 canales de audio. Es así que las frecuencias de muestreo de 44,1 y 44,056 kilohertz del CD de audio fueron el resultado de una necesidad de compatibilidad con los formatos de vídeo NTSC y PAL utilizados para el almacenamiento de audio en aquella época.

Un disco de audio óptico

De 1973 a 1976, dos ingenieros de Philips recibieron el encargo corporativo de desarrollar un disco de audio basado en la tecnología de videodisco óptico, y empezaron experimentando con un enfoque analógico recurriendo a la modulación de frecuencia de banda ancha. El problema con este método era que no resultaba mucho más inmune al polvo y las rayaduras que un disco LP analógico de vinilo (aunque había una cierta mejora en la calidad del sonido, por lo que decidieron buscar una solución digital). 

En 1977-8, Philips y Sony presentaron los primeros prototipos de un sistema de sonido digital utilizando un videodisco láser y, en 1979, se tomó una decisión crucial de alto nivel para unir fuerzas en el desarrollo conjunto de un estándar mundial de discos de audio. Philips había perdido el mercado de Laservision, pero tenía una considerable experiencia en óptica, así como en sistemas de servomotores eléctricos y sistemas de modulación digital y analógica. La enorme experiencia de Sony en técnicas digitales - como la corrección de errores, los adaptadores PCM y la codificación de canales - complementaría esto de manera ideal. Un resumen razonable sería que las contribuciones eran complementarias: el hardware "físico" del videodisco la proporcionó Philips y la experiencia de software en audio digital, la puso Sony.

La relación Sony-Philips

En 1979-80 se celebraron varias reuniones tanto en Tokio como en Eindhoven. La primera, en agosto de 1979 en Eindhoven, y la segunda, en octubre de 1979 en Tokio, ofrecieron a los ingenieros la oportunidad de conocerse entre sí y descubrir los puntos fuertes de cada equipo. Tenían mucho que aprender de los demás. Ambos equipos tenían prototipos en funcionamiento y había que tomar decisiones sobre los sistemas de modulación y corrección de errores. Tuvimos que llevar a cabo experimentos paralelos en ambos países y, naturalmente, hubo numerosas ocasiones en las que cada equipo consideró que tenía la mejor solución o la más práctica: o bien la suya podía corregir los errores de ráfaga más largos o bien ofrecer el tiempo de reproducción más largo, etc. 

El delicado prototipo de equipo electrónico hubo de ser transportado junto a sus ingenieros cruzando medio mundo y, por lo tanto, viajaba en primera clase en un asiento separado reservado especialmente para él. La aerolínea de bandera holandesa KLM nos adoraba por eso, puesto que - como ustedes saben - las cajas de electrónica no beben champán ni piden más comida. En mayo de 1980, casi todo estaba en orden. El sistema de modulación seguía siendo un punto de discordia, ya que cada una de las partes seguía afirmando que el propio era el superior, y luego llamó telefónicamente el presidente de Sony, el Sr. Ohga, quien nos dijo que si no podíamos tomar una decisión técnica en una semana, la dirección la tomaría una decisión política por nosotros. Estuve tentado de decirle que si podían tomar una decisión política tan fácilmente, ¿por qué no la habían tomando seis meses antes?, pero mejor me abstuve por motivos diplomáticos. Así que por nuestro lado actuamos rápidamente y tomamos todas
 las decisiones relativas a la especificación mecánica del disco, etc.

Decidir los parámetros

El diámetro del disco es un parámetro muy básico, porque está relacionado con el tiempo de reproducción. A continuación, todos los parámetros deben sopesarse para optimizar el tiempo de reproducción y la fiabilidad. La decisión la tomaron los altos ejecutivos de la Philips. "El Cassette Compacto [N.d.T: producto estrella de Philips de la década del 60] fue un gran éxito", dijeron, "no creemos que el CD deba ser mucho más grande".

Tal como estaban las cosas, hicimos el CD 0,5 cm más grande, lo que dio como resultado 12 cm. (Hubo todo tipo de historias sobre que esto tenía algo que ver con la duración de la Novena Sinfonía de Beethoven, etc., pero no hay que creerlas). Se decidió por una frecuencia de muestreo única de 44,1 kHz. De hecho, era la única opción que podíamos elegir, ya que en ese momento no había ningún equipo disponible que ofreciera una frecuencia de muestreo diferente a la de 44,056 kHz. Tras una larga deliberación, decidimos por 44,1 kHz en lugar de 44,056 kHz simplemente porque era un número "más redondo", más fácil de recordar; en realidad no había ninguna otra razón. Sony hizo la excelente elección con la resolución de 16 bits, aunque por entonces Philips había desarrollado un convertidor Digital/Analógico de 14 bits, lo que había llevado inicialmente a Philips a argumentar que era imposible rediseñar sus convertidores para 16 bits en un tiempo lo suficientemente corto. Pero mi colega Karel D
ijkmans dijo: "En realidad no hay problema, conozco un pequeño truco para convertir un DAC de 14 bits en uno de 16 bits; se llama sobremuestreo", así que logramos resolver ese escollo con bastante facilidad - como sucedió - y como consecuencia, todos los primeros reproductores de Philips vinieron con DAC de sobremuestreo.

El código Reed-Solomon de Intercalado Cruzado (CIRC) que se terminó eligiendo fue mucho mejor que el propuesto por Philips, aunque extremadamente complicado en ese momento. Sony proponía usar RAM de 16kbytes para el intercalado, lo que nos habría costado alrededor de 50 dólares y habría aumentado significativamente el costo comercial de los reproductores. "¿Están locos esos muchachos de Sony?", preguntaban muchos en Philips, pero de hecho el precio de la RAM y su capacidad variaron tan rápido que hoy es imposible comprar RAM de menos de 1 Megabyte hoy, y por menos dinero que 16k entonces; ¡la tecnología se abarató tan rápido! Así que resultó ser una buena decisión. Se acordó el código de canal de 8-14 bits y todas las especificaciones entre estos factores dieron como resultado un tiempo de reproducción de 75 minutos para el disco compacto. Se decidieron la geometría y los demás parámetros físicos, y se agregó una capa de plástico que cubría los hoyos (un paradigma básico de todos l
os discos ópticos) a fin de proteger la superficie de los datos de daños y que garantizaran que la suciedad y los arañazos en la superficie estuvieran bien fuera de foco para el lector láser. (Debo señalar que el DVD reciente ha perdido una pequeña parte de este paradigma, ya que la capa de cubierta tiene solo 0,6 mm de espesor, por lo que el lector óptico será más vulnerable a la suciedad y rayaduras.

El auge del CD

>Tras el nacimiento del Compact Disc, el mercado de discos de audio de vinilo muestra una disminución gradual de las ventas, y un aumento exponencial de las ventas de CD. La venta de reproductores también aumentó drásticamente.

Personalmente, no estaba del todo seguro de que el CD tuviera éxito, ya que había sido testigo de los problemas que surgieron con Laservision, pero me alegra ver que se espera que se vendan unos 5 mil millones de CD en el mundo en 1997, lo que lo convierte en un mercado muy exitoso. (aunque pensándolo vien, vinendo desde el Convention Hall, leí que se venderían 100 mil millones de hamburguesas en los EE.UU. este año, así que quizás no sea un éxito tan grande después de todo...)

Ahora tenemos muchos otros "libros" que especifican el estándar de CD, y los  reproductores de CD-ROM superan en ventas a los CD Audio en un 70% a 30%, lo cual es algo que nunca esperé.

##Mirando hacia el futuro

Como investigador, me gusta mirar hacia el futuro tanto como al pasado, y me gustaría hacer algunas predicciones sobre el futuro de los medios de discos ópticos, basados ​​en el DVD. Este nuevo disco tiene una capacidad unas 7 veces superior al CD, y debemos analizar esto para ver cómo se definirá la trayectoria de crecimiento del disco óptico. Una serie de características diferentes han llevado al aumento de la capacidad del DVD en comparación con el CD. Se han modificado tanto la longitud de onda del láser como la apertura numérica (NA) de la lente del objetivo, y nuevas investigaciones están haciendo posibles nuevos avances en esta área.

La mayor NA de la lente solo es posible si el disco se hace más delgado, por lo que las futuras mejoras en este aspecto solo serán posibles si el disco se hace cada vez más delgado. Ya son posibles los láseres azules y verdes. Se apreciará que una gran parte del aumento potencial de la capacidad depende puramente de la física, no de los especialistas en grabación. Ya se han realizado otros avances en la capacidad del DVD. Algunas cosas solo se pueden hacer una vez, por ejemplo, eliminar la tercera capa, CIRC y eliminar el subcódigo. La reducción del paso de pista y otros márgenes físicos ha sido posible gracias a que ahora sabemos cómo fabricar y leer bien los discos ópticos. 

Esto me lleva a hacer algunas predicciones para el año 2010, relativas a la densidad física de varios medios de almacenamiento. La densidad de grabación se compara con la del CD, que tiene una densidad de 1 bit por micra cuadrada en comparación con los 6-7 bits por micra cuadrada del DVD. Las formas de DVD de alta densidad extenderán esto aún más, de modo que en 2002 (¡probablemente en mayo!) veremos un disco de 20 Gbytes, y en 2006 (casi con toda seguridad en junio...) veremos un disco de 40 Gbytes. Mientras tanto, el crecimiento de la capacidad de DRAM y de los discos magnéticos continúa creciendo a un ritmo exponencial, aunque el precio de la DRAM es actualmente mucho más alto que el de los discos ópticos. Si las empresas comercializarán estos productos es otra cuestión completamente distinta: esto es sólo una predicción hecha por un ingeniero. Así que este es el final de mi historia, y por supuesto ha sido tendenciosa.

He contado la historia desde el punto de vista de un ingeniero. Muchas de las decisiones relativas al CD fueron tomadas por personas muy inteligentes en el campo del marketing (por ejemplo, la idea de utilizar un "estuche plástico" para almacenar el disco). Esas decisiones no son responsabilidad de los ingenieros, por muy buenas razones.

ACERCA DEL AUTOR

El Dr. Kees A. Schouhamer Immink, oriundo de los Países Bajos, nació en Rotterdam el 18 de diciembre de 1946. Obtuvo su maestría y doctorado en la Universidad Tecnológica de Eindhoven en 1975 y 1984, respectivamente. Trabajó desde 1968 hasta 1998 en los laboratorios de investigación de Philips en Eindhoven. Luego, en 1998, fundó Turing Machines Inc., donde actualmente se desempeña como presidente. Desde 1994, ha sido profesor adjunto en el Instituto de Matemáticas Experimentales de la Universidad de Essen, Alemania, y profesor visitante distinguido en la Universidad Nacional de Singapur y el Instituto de Almacenamiento de Datos de Singapur.

Immink ganó notoriedad a través de sus numerosas invenciones y contribuciones a los dispositivos de grabación de audio, video y datos digitales. Él y sus colegas de Philips’ Research llevaron a cabo experimentos pioneros con grabación de videodiscos ópticos, a partir de principios de los años 70. A fines de esa década, fue el ingeniero principal de Philips en los esfuerzos conjuntos de Sony y Philips para desarrollar el Compact Disc (CD). En las décadas de 1980 y 1990, participó en la creación de una larga lista de productos de grabación de audio y video digitales, para los cuales diseñó las técnicas de codificación. La lista incluye el CD-R, el CD-Video (1982), el grabador de cinta de audio digital, DAT (1985), el sistema de casete compacto digital, DCC (1988), el DVD (1996), el grabador de discos de vídeo, VDR (1998) y el disco Blu-ray (2002).

Su investigación dio como resultado más de 1000 patentes internacionales. La influencia de su habilidad creativa en la vida cotidiana se puede resumir fácilmente: es prácticamente imposible escuchar o disfrutar de audio o video digital, reproducido desde cualquier marca o tipo de grabador -óptico, magnético o magneto-óptico, -disco o cinta- que no utilice uno de sus inventos básicos.

Recibió un amplio reconocimiento por sus muchas contribuciones


Fue nombrado caballero por Beatriz, reina de los Países Bajos, y recibió un premio Emmy, la Medalla de Progreso SMPTE 2004, la Medalla IEEE Edison 1998 y la Medalla de Oro AES. Fue nombrado miembro del IEEE, AES, SMPTE e IEE, fue incluido en el Salón de la Fama de la Electrónica de Consumo y ha sido elegido miembro de la Real Academia de Ciencias de los Países Bajos y de la Academia Nacional de Ingeniería de los Estados Unidos. Ejerció la profesión como presidente de la Sociedad de Ingeniería de Audio de Nueva York en 2003.