El maremágnum de las
memorias ópticas
J.
Ignasi Ribas
Un repaso a las clases de
memorias ópticas permite analizar la evolución de su investigación y
aplicación, así como las enormes posibilidades que abren a la comunicación, al
almacenamiento y recuperación de la información.
Si un profano comete hoy la osadía de asomarse a un artículo que trate
de memorias ópticas, es decir, de aquellos sistemas que utilizan el rayo láser
para grabar y reproducir información, corre el riesgo de ahogarse en una verdadera
sopa de letras.
Contra lo
que pueda creerse, la idea de emplear un rayo de luz para leer la información
almacenada en un determinado soporte es muy antigua: en 1929, un ingeniero de
la Columbia, Reginald T. Friebus, presentaba la patente de un disco capaz de almacenar
imagen en colores y sonido. La información se codificaba en forma digital y la
lectura debía hacerse mediante un delgado rayo de luz. La invención
del iconoscopio o tubo de televisión con su superior resolución hizo inviables
ésta y otras ideas y no llegó, por tanto, a construirse nunca un prototipo del
visionario invento de Friebus.
También
empleaban tecnología óptica los primeros intentos serios, ya en la década de
los 60, de desarrollar un sistema de videodisco. Usaban como soporte una placa
fotográfica circular de alta resolución. La idea pasó por diversas compañías,
desde 3M a MCA, a través de la cual llegó a influir en el actual standard Laservision.
Fue la
posibilidad de aplicar la tecnología láser lo que dio el impulso definitivo a
la vía óptica de almacenamiento de la información. Con la luz del láser es
posible, en efecto, una acción selectiva sobre zonas muy pequeñas de superficie.
El tamaño de estas zonas es del orden de la propia longitud de onda de la luz,
es decir, del orden de la millonésima de metro
No es
extraño, pues, que se haya pensado en hacer servir procedimientos ópticos para
almacenar cualquier tipo de información: textos, archivos informáticos, audio,
vídeo... En efecto, su densidad de almacenamiento (10.000 bits o elementos de
información por mm2) es 30 veces superior a la de los soportes magnéticos
usuales en informática. Esto significa que un disco óptico puede contener 30
veces más información que uno magnético del mismo tamaño.
La otra
ventaja tradicional de las memorias ópticas sobre las magnéticas es su muy superior
perdurabilidad. A1 no existir contacto físico entre el disco y un instrumento
de lectura (ésta se efectúa a través del láser), no se
produce ningún desgaste del soporte. Se calcula que cada copia de videodisco Laservision puede durar más de 100 años, que se convierten
en 10.000 para el disco matriz. En comparación, se estima la vida media de una
cinta magnética de vídeo en 15 años en unas condiciones de conservación,
además, mucho más estrictas.
El
inconveniente clásico de las memorias ópticas es que, en principio, no pueden
grabarse y borrarse. Ello ha hecho que el mercado se decantase hacia los
soportes magnéticos en todas aquellas aplicaciones en que es importante el
acopio de información por parte del usuario sin que sea vital la cantidad y
perdurabilidad de lo almacenado. La coexistencia de éstas con otras
aplicaciones en que se puede trabajar sobre una información ya “cerrada” es la
situación actual del mercado de los soportes de información.
Digámoslo
ya: existen muchos tipos de memorias ópticas que sí pueden ser manipuladas por
el usuario. Unas pueden ser grabadas pero no borradas y se llaman WORM (Write Once Read Many), mientras que otras pueden ser regrabadas
cuantas veces sea necesario: son las EDRAW (Erasable Direct Read After
Write). Estas últimas son el
campo de batalla de la investigación actual en el tema.
Volveremos
sobre estos tipos de memorias al final del artículo. Digamos únicamente que su
desarrollo no pone en peligro los sistemas tradicionales, ni grabables ni borrables, que
dominan hoy el almacenamiento óptico de información. Sobre estos sistemas, que
reciben el nombre genérico de OD‑ROM (Optical DiscRead Only Memory), nos vamos a centrar a continuación.
LAS MEMORIAS
OD‑ROM
La
información a almacenar es codificada adecuadamente (la manera de hacer esto depende
del tipo de memoria de que se trate) y empleada para modular, encendiéndolo o
apagándolo, el láser grabador. Éste actúa sobre una capa fotosensible
extendida sobre el disco matriz de cristal sobre el que gira. El posterior
revelado produce unos pequeñísimos agujeros en las partes iluminadas, mientras
que deja inalterable el resto. Las copias, producidas por estampación de un
plástico especial a partir de moldes derivados del disco matriz, reproducen
perfectamente las irregularidades grabadas en éste. Estas irregularidades son
recubiertas después con una finísima capa de aluminio que reflejará la luz del
láser lector. El plástico perfectamente transparente sobre el que se ha
efectuado la estampación actuará como protector de estas pequeñas microcubetas que contienen la información.
El láser
lector deberá ir resiguiendo la espiral a lo largo de la cual se alinean estas
cubetas. Un diodo fotodetector irá detectando los
cambios en la luz reflejada por el aluminio debidos a
los desniveles en la superficie del disco. Invirtiendo el proceso de
codificación efectuado en el momento de la grabación podremos tener acceso de
nuevo a la información almacenada.
La anchura
de las pistas grabadas es inferior a la millonésima de metro. Ello da una idea
de la “finura” de una tecnología capaz de hacer que el láser siga esa espiral
sin perderse, a la velocidad adecuada y manteniendo constante la separación
respecto del disco. El láser también es capaz de desplazarse rapidísimamente
en dirección perpendicular al surco para identificar y reproducir una parte
determinada del disco de acuerdo con las instrucciones dadas al aparato
lector por el usuario.
Este sistema
de grabación y lectura de la información fue desarrollado inicialmente por Philips en sus laboratorios de Eindhoven a finales de los
60 y principios de los 70. Otras compañías, principalmente Pioneer
y más tarde Sony, aportaron también desarrollos en
este campo. La gran mayoría de las memorias ópticas en uso hoy día emplean
esta tecnología y sus derivados. Difieren entre ellas en el tipo de información
que contienen y en la forma en que ésta es codificada.
El primer
disco de esta clase en ser comercializado fue aquel en torno al cual se había
ido desarrollando esta tecnología: el LaserVision,
pensado como soporte de vídeo y audio, introducido en el mercado americano a
finales de 1978. El segundo tipo de disco es el mucho más conocido Compact‑Disc
de audio, lanzado masivamente como un nuevo standard
en el almacenamiento de sonido a partir de 1982. Los dos sistemas han tenido
una historia radicalmente diferente y que luego analizaremos, pero en resumen
puede decirse que constituyen los dos puntos de arranque de las memorias ópticas.
Casi todos los sistemas desarrollados ulteriormente son herederos de estos
dos. Es por ello que los analizaremos en primer lugar. Pero antes, y para poder
entender la diferencia principal entre ellos, es necesario hablar someramente
de las dos categorías principales de codificación de la información: la
analógica y la digital.
UN PARÉNTESIS NECESARIO:
ANALÓGICO Y DIGITAL
Los primeros
procedimientos que surgen cuando se intenta almacenar una determinada información
que fluye del mundo real son los de tipo analógico, es decir, los que emplean
una magnitud conocida y fácilmente manipulable, cuyo valor va cambiando de
manera proporcional a los cambios en la información que se desea codificar.
Hay pues una suerte de estrecha relación, de analogía, entre la magnitud
externa, de difícil acceso, y la que hemos elegido para representarla.
Los
primitivos cilindros de estaño o cera en que Edison
almacenaba sonidos son ya un ejemplo. En ellos la profundidad del surco grabado
era proporcional a la intensidad del sonido que representaba. La posterior
incorporación de procedimientos electromecánicos posibilitó la representación
del sonido como un potencial eléctrico variable a lo largo del tiempo. Los
cambios en el sonido se reflejan en cambios proporcionales en la señal
eléctrica y viceversa. Es una codificación analógica de la información
auditiva, presente aún hoy, en los discos de vinilo y cintas magnéticas tradicionales.
La
tecnología necesaria para los tratamientos analógicos de la información se
desarrolló hace tiempo y avanza ya únicamente en la línea de ulteriores
refinamientos. Esta disponibilidad tecnológica facilita el que la información
visual, o vídeo, se codifique también normalmente en forma analógica. Se
representa mediante un potencial eléctrico que, simplificando, alcanza su
mayor valor para el color blanco y el menor para el negro.
Los grandes
avances en microelectrónica e informática están posibilitando un tratamiento
alternativo y mucho más flexible de la información: el tratamiento numérico o
digital.
Resumiendo,
este tipo de tratamientos consiste en convertir el flujo continuo de
información en un flujo discreto de números que puede ser manipulado por
procedimientos informáticos. Para hacer esto se construyen aparatos que
calculan el valor de la magnitud a representar a intervalos regulares y muy
pequeños de tiempo. Los números resultantes son pasados a código binario, es
decir, escritos usando únicamente dos cifras, el 0 y el 1 (el 0 se escribe
como 0, el 1 como 1 pero el 2 se escribe ya como 10, el 3 como 11 y así
sucesivamente) y están ya en condiciones de ser introducidos en la memoria de
un ordenador o en la de cualquiera de sus periféricos, incluyendo los de tipo
óptico.
Desde principios
de los 80 existen procedimientos para la digitalización del sonido en tiempo
real. Ello es posible porque los circuitos microelectrónicos
actuales son capaces de manipular con suficiente rapidez el flujo de información
numérica representado por el sonido digitalizado.
El vídeo, en
cambio, es otro cantar. Para conseguir restituir una imagen de calidad televisiva
es necesario dividir la pantalla en un gran número de puntos, cada uno de los
cuales puede tener a su vez un gran número de colores diferentes. Y para
producir vídeo en movimiento hay que volcar en la pantalla 25 imágenes cada
segundo. Todo ello constituye demasiada información para poder ser manipulada
por la microelectrónica actual en tiempo real. El futuro del vídeo digital que,
no obstante, está muy cercano, viene de la mano de procedimientos reductores
de este flujo de información.
EL
LASERVISION (LV)
Pero estos
procedimientos no son aún hoy una realidad y es por eso que el LaserVision almacena el vídeo y sus dos canales de audio
utilizando una señal analógica multiplexada
codificada por recorte en forma de microcubetas de
diversa longitud y separación. Y está claro que, a medio plazo, no va a ser
sustituido por ningún otro videodisco de tecnología digital.
Los discos LaserVision tienen el mismo tamaño, 30 cm. de diámetro, que los LP de audio usuales (existe un LaserVision de 20 cm. desarrollado exclusivamente por Pioneer, pero es de difusión irrelevante)
y un grosor de 2'5 mm. Hay dos tipos de videodiscos LaserVision. El primero, pensado para optimizar al máximo
la capacidad, es el CLV (Constant Linear Velocity) que puede almacenar hasta 60 minutos de programa
en cada una de sus caras (en sistema PAL).
El segundo,
el CAV (Constant Angular Velocity),
es hoy día el más representativo y utilizado de los dos. Almacena una imagen
por vuelta. Gira a velocidad angular constante (25 vueltas por segundo en el
sistema PAL) dando el número de imágenes necesario para producir la sensación
de movimiento (25 por segundo en PAL). La pausa es,
por otro lado, perfecta, pues consiste en la repetición reiterada de una misma
imagen sin pasar a la siguiente vuelta de la espiral. Como, además, no hay
desgaste del disco, este sistema es idóneo para el almacenamiento de imagen
fija.
La espiral puede
dar, en cada cara, un máximo de 54.000 vueltas y ése es, por tanto, el número
máximo de imágenes fijas que se pueden almacenar. Si
se trata de vídeo en movimiento, esas 54.000 imágenes se convierten
(nuevamente en PAL) en 36 minutos de programa por cara. Las imágenes están
numeradas y es posible acceder, desplazando el láser radialmente,
a cualquiera de ellas en un tiempo inferior al segundo. Este acceso instantáneo
a cualquier imagen, junto con la pausa perfecta, convierten
al LaserVision CAV en el medio idóneo para
desarrollos en vídeo interactivo, para la unión de vídeo e informática.
El
lanzamiento por parte de Philips del LaserVision, a partir de 1979 en el mercado americano,
fue un relativo fracaso. Al cabo de dos años se habían vendido tan sólo 30.000
lectores frente al millón de unidades de los magnetoscopios domésticos con
los que pretendía competir. Quedó claro que, de momento, no podía entrar en un
mercado Gran Público, que estaba siendo ocupado por unos productos en expansión
que ofrecían además la posibilidad de grabar y borrar reiteradamente.
A pesar de
ello, pronto se hizo patente, con él lanzamiento por parte de Pioneer de un lector que podía ser comandado por un ordenador,
que en el mercado institucional el LaserVision CAV no
iba a tener rival para aplicaciones interactivas. Y casi exclusivamente en
este tipo de mercado se ha ido desarrollando hasta la fecha con éxito
creciente. Sólo recientemente, con los mercados más prósperos, como el
japonés, ya saturados de magnetoscopios, se asiste a una revitalización del
videodisco como producto de consumo. Esto será aprovechado por los fabricantes,
que se aprestan a cubrir todas las necesidades lanzando el amplio abanico de
formatos que más adelante analizaremos.
EL COMPACT‑DISC DE
AUDIO (CD‑DA)
La historia
del popular “Compact‑Disc” o CD‑DA (Compact Disc
Digital Audio) es muy distinta de la del LaserVision.
Nacido como un “segundón” en la familia de las memorias ópticas, se ha
convertido en su mayor éxito comercial hasta ahora. Cerca de 30 millones de
lectores y 450 millones de discos se han vendido en todo el mundo en los cinco
años posteriores a su lanzamiento. Las razones de
este éxito hay que buscarlas, más que en su gran calidad o en su condición de standard universal, que también tiene el LaserVision, en el hecho de que ha venido a competir en un
mercado ocupado y saturado por un único competidor, el disco de vinilo, de 50
años de edad.
El CD‑DA
se presenta en un solo formato de 12 cm. de diámetro,
mucho más pequeño y ligero (1'2 mm. de espesor) que el LaserVision.
Gira a velocidad lineal constante, lo que le permite almacenar en su única
cara registrada un máximo de 72 minutos de sonido. La gran diferencia con el
formato anterior es que ahora la información es codificada en forma digital.
Ello comporta una serie de ventajas, vinculadas al hecho de la mayor
manejabilidad del nuevo tipo de codificación y que se traducen en una mejora de
la calidad del resultado.
En efecto,
al registrarse el sonido ya en forma binaria, es fácil para un ordenador
distinguir entre las señales, relativamente diferentes, correspondientes al 0
y al 1. Ello permite eliminar después de la grabación los efectos indeseados de
distorsión y todos los ruidos mecánicos y parásitos generados durante el registro
y la lectura. Esto es imposible de realizar completamente con una señal
analógica, en la que el ruido y la señal vienen mezclados indiscerniblemente.
La consecuencia es que los sistemas de CD‑DA tienen una relación señal/ruido
de 95 dB o más, frente a los 60 dB
de los mejores equipos de disco de vinilo convencionales.
La
información audio digitalizada, consistente en un
conjunto de “paquetes” de ceros y unos, es convertida, como en todas las memorias
ópticas de este tipo, en una serie de cubetas de diversa longitud y separación
a lo largo del surco espiral. Cuando el láser lector va recorriendo este
surco, va traduciendo los desniveles en cifras (0 ó 1) a intervalos regulares
y muy pequeños de tiempo, dados por el reloj asociado al microprocesador
incorporado en el lector. Las transiciones entre cubetas y espacios planos
(hacia arriba o hacia abajo) son interpretadas como 1, mientras que las partes
de altura constante son interpretadas como sucesiones de 0.
Resulta
obvio que este método de registro y lectura es absolutamente independiente de
la naturaleza de la información original y que se puede aplicar a cualquier
flujo de datos binarios. Era inmediato pues aplicar el CompactDisc
al almacenamiento de cualquier información binaria y en particular a todas
aquellas (texto, datos, gráficos) que suele manejar un ordenador. Ésta es la
idea que dio origen a: CD‑ROM.
Pero el CD‑ROM
es sólo el primero de una serie de formatos derivados de alguno de los dos o de
una mezcla de los dos formatos originales, analógico y digital, LaserVision y Compact‑Disc de audio, que acabamos de
explicar En el Cuadro 1 se recogen estos nuevos formatos con las relaciones de
dependencia existentes entre ellos.
EL CD‑ROM (COMPACT
DISC READ ONLY MEMORY)
El nombre,
CD‑ROM, de este formato no es demasiado afortunado, puesto que memorias
de sólo lectura lo son todas las de esta familia.
Parece probable que los creadores de esta especificación (Philips
y Sony en 1985) quisieran que apareciera la palabra
memoria (o mejor, el término muy informático ROM) para dejar claro a partir del
nombre del producto el mercado al que iba dirigido.
El CD‑ROM
está pensado para funcionar como memoria auxiliar de un ordenador exactamente
igual que un disco magnético, flexible o duro. Es por ello que almacena el
mismo tipo de información que suelen llevar aquéllos (inicialmente texto y
datos, más adelante también gráficos y sonido), naturalmente con mucha más
capacidad, de 550 a 600 Mbytes, que equivalen a
150.000 páginas mecanografiadas o a 100 millones de palabras.
No es de
extrañar, pues, que una de las primeras aplicaciones del CD‑ROM fuera la
edición de enciclopedias, un producto que se ajusta bien, por lo demás, a la
condición de no grabable del sistema. Se hizo famosa la
enciclopedia Grolier por ser la primera en
transferir todo el texto de sus 21 volúmenes a un CDROM del que ocupaba sólo
la quinta parte.
El CD‑ROM
adopta los principales parámetros definidos para el CD‑DA: tamaño del
disco, velocidad de rotación, método de grabación y lectura y sistema de
conversión de la información en relieves del surco. Permite, además, un nivel
superior de corrección de errores, necesario para el registro de información
crítica. Con este sistema se llega a niveles de error inferiores al bit por disco. La estructura de archivos más comúnmente
aceptada es la definida en 1985 por un grupo de trabajo, el High
Sierra Group, formado por fabricantes, editores y
compañías de software.
A pesar de
todo ello, y por su propia naturaleza, la interpretación de los datos contenidos
en un CD‑ROM depende del microprocesador, del sistema operativo y del
método de codificación de la información elegidos, así como de la configuración
en que vaya a funcionar. Este inconveniente, general para todos los productos
informáticos, puede ser especialmente grave para un sistema de sólo lectura.
No obstante, la realidad del mercado ha hecho que la mayoría de aplicaciones
del CDROM corran en el entorno de los compatibles PC y bajo el sistema
operativo MS‑DOS, del que existe incluso una ampliación para control de
CD‑ROM.
Esta
flexibilidad es, por otra parte, la responsable de que hayan ido apareciendo
en el mercado aplicaciones muy diversas, que han llevado los usos del CD‑ROM
más allá de aquellos (texto y datos) para los que fue lanzado. Se han
incorporado gráficos y sonido, configurando lo que se ha dado en llamar CD‑ROM
Multimedia, un ámbito idóneo para la edición de bancos de imágenes
digitalizadas asociadas a cualquier conjunto de datos binarios (texto, sonido,
programas de búsqueda).
El deseo de
llegar a un formato lo más universal posible en este tipo de aplicaciones ha
llevado a Philips, Sony y
Microsoft a desarrollar el CD‑ROM
Extended Architecture (CDROMXA) que deberá estar
completamente especificado a lo largo de 1989. La idea básica es incorporar
los gráficos y el sonido simultáneo ya definidos para el nuevo formato CD‑I
(Compact Disc Interactive),
del que hablaremos más adelante, de manera que los discos CD‑ROM XA
puedan ser leídos por los lectores CD‑I que deberán inundar el mercado
de consumo. Es una idea en la línea de actuación de las grandes compañías que
están configurando un futuro con un buen número de formatos de memorias
ópticas (un formato para cada mercado, para cada necesidad) pero con un elevado
grado de compatibilidad entre ellos.
El CD‑ROM
XA, como todos los CD‑ROM, se dirige a un mercado profesional e
institucional y a aplicaciones piloto. Se concebirá de manera que sea
compatible por lo menos con los entornos MS‑DOS y CD‑RTOS (el
sistema operativo usado con el microprocesador 68000 incorporado en los
lectores CD‑I), aunque se espera que pueda funcionar con cualquier ordenador
y sistema operativo.
EL LV‑ROM
(LASERVISION‑ROM)
Se trata,
como indica su nombre, de un producto mixto entre dos formatos, el LaserVision y el CD‑ROM, de distinta naturaleza,
analógica y digital. No tiene una gran difusión. Es comercializado únicamente
por Philips, quien lo lanzó en 1986 como soporte para
el famoso proyecto Domesday de la BBC, un catastro
(con mapas, fotografías, informaciones exhaustivas) sobre la Gran Bretaña de
los años 1980 realizado como conmemoración del 900 aniversario del primer
catastro británico, el Domesday book”.
Las imágenes
y el sonido se ajustan al standard LaserVision, pero incorporan datos digitales según el
formato CD‑ROM. Esto permite asociar a cada imagen un conjunto de datos
(texto, gráficos, etc.) que podrán ser leídos y explotados por un
microordenador, permitiendo la incrustación sobre la imagen de informaciones
complementarias, Esto lo convierte en un instrumento muy útil en aplicaciones
profesionales. Su capacidad es la usual del LaserVision
CAV, 54.000 imágenes por cara, más 321 Mbytes de
información digital.
EL CD‑V
(COMPACT DISC VÍDEO)
Es otro
sistema mixto, analógico‑digital, pero distinto del anterior en muchas
cosas, por ejemplo en su objetivo, que es el mercado Gran Público. El vídeo que
contiene continúa siendo analógico según el standard LaserVision, pero el sonido está codificado en forma
digital según el standard CD‑DA. La idea es
asociar imágenes a la excelente calidad sonora de este último sistema.
Se presenta
en tres formatos, de 12, 20 y 30 cm. de diámetro. El
CD‑V de 12 cm. es idéntico al CD de audio salvo
en el color, que es dorado. Contiene de 5 a 6 minutos de vídeo en las pistas
exteriores y 20 minutos de audio en las interiores. Ello hace que el sonido
digital de estos pequeños discos pueda ser escuchado en los lectores
convencionales y ya muy extendidos de CD‑DA, un paso más en la línea de
compatibilidad entre formatos. Su aplicación más inmediata es, evidentemente,
el mercado de los video‑clips, mientras que los otros tamaños parecen
dirigidos a películas y espectáculos (hasta una hora por cara) de gran calidad:
la alta fidelidad asociada con imágenes.
El CD‑V
ha sido introducido recientemente, en el verano de 1987, en el mercado americano,
aunque parece que con una oferta de discos excesivamente menguada. En el
mercado europeo la fecha anunciada para lanzar este producto era finales de 1988. Ya en el otoño de 1988, existían algunas
producciones francesas en este formato asociando la obra de un pintor con la de
un músico. En España este nuevo formato ha sido presentado ya en alguna feria
(Sonimag 88), pero no se sabe, por ahora, en qué
momento será comercializado.
El CD‑V
es, a causa de las necesidades que pretende cubrir, un producto no interactivo,
gira a velocidad lineal constante para aumentar al máximo la capacidad. En el
futuro (se anuncia para finales de 1989 en Europa) puede que exista un aparato
lector de lo que se llamaría ICD‑V (Interactive Compact Disc Vídeo),
que permitiría el acceso instantáneo a la información bajo las instrucciones
de un programa de ordenador.
EL CD‑I
(COMPACT DISC INTERACTIVE)
El CD‑I
es un formato atractivo. Se anuncia como la respuesta “casi” definitiva al reto
del almacenamiento y recuperación interactiva de toda clase de información
digital (texto, datos, programas, gráficos e incluso algo de vídeo) en un solo
disco. Aunque ha sido presentado ya en diversos congresos y existe un primer CD‑I
realizado por Philips, el lanzamiento comercial del
primer lector CD‑I se ha retrasado hasta 1989 ó 1990. El primer borrador
de esta especificación fue presentado por Philips y Sony a mediados de 1986. Las dos ideas básicas en las que
se sustenta son su condición de multimedia y su portabilidad total a cualquier
sistema CD‑I en cualquier parte del mundo.