Características generales de la tarjeta de video     + Integran dentro de si un circuito integrado ó chip encargado del proceso de gráficos, por lo que liberan al microprocesador de estas actividades, llamado GPU/VPU.     + También integran memoria RAM  propia para evitar el consumo de la RAM principal.     + Tienen uno ó varios puertos para la conexión de los dispositivos externos como monitores y proyectores.    + Cuentan con un conector especial que permite insertarlas en las ranuras de expansión de la tarjeta principal.    + Pueden convivir con las tarjetas de video integradas en la tarjeta principal, ya que al instalarlas, reemplazan su lugar en el sistema.Clases de tarjetas gráficas     Se refiere principalmente a las diferencias a través del avance de la tecnología en cuánto a  resolución, cantidad de colores, memoria etc. Se muestra en la siguiente tabla las clases de tarjetas gráficas básicas de manera retrospectiva:TipoAñoResolución (píxeles)ColoresMemoriaSVGA ("Super Video Graphics Array") ó arreglo gráfico de video.19891280 X 102416.7 millones>4 MbXGA ("eXtended Graphics Array") ó arreglo extendido de gráficos.19871280 X 1024256 colores256 KbVGA ("Video Graphics Array") ó arreglo gráfico de video.1987640 X 480256 colores256 KbEGA ("Enhaced Graphics Array") ó arreglo mejorado de gráficos.1985640 X 200Monocromo  y 16-64 colores256 KbHGC ("Hercules Graphics Card") ó tarjeta gráfica Hércules.1982720 X 348Monocromo64 KilobytesCGA ("Color Graphics Array") ó arreglo de gráficos de color.1981640 X 20016 colores16 Kilobytes (Kb)

  Partes que componen la tarjeta de video     Los componentes son visibles, ya que no cuenta con cubierta protectora; son básicamente los siguientes:

Figura 2. Esquema de partes de una tarjeta de video.1.- Conector: permite la inserción de la tarjeta en la ranura de la tarjeta principal - Motherboard.2.- Memoria: se trata de memoria RAM encargada de almacenar información exclusivamente de video, liberando la RAM principal.3.- Ventilador y disipador: se encarga de enfriar el disipador, el cuál absorbe el calor generado por el microprocesador de gráficos (GPU).4.- Microprocesador (GPU): se encarga del proceso de información exclusivamente de video.5.- Placa plástica: es la estructura en la que se montan las partes de la tarjeta TV/FM.6.- Puerto VGA: tiene 15 pines y transmite video hacia cualquier tipo de monitor CRT ó pantalla LCD.7.- Puerto S-Video: utilizado para trasmitir a televisores de alta definición.8.- Puerto DVI: transmite señal de video con alta definición.9.- Soporte: permite fijar de manera correcta la tarjeta en el chasis del gabinete.10.- Conector de alimentación PCIe: recibe electricidad directamente desde la fuente ATX.Partes y funciones de una tarjeta de video.

Partes y funciones de una tarjeta de video.

  Tipos de conectores      Se muestran las ranura de expansión, comenzando desde la mas moderna, hasta los mas antiguos.Nombre del conectorImagen1) PCI-Express X2 ("Peripheral Components Interconect-Express") Tomar en cuenta que hay varias versiones 1X, 2X 4X y 16X

2) AGP* (4X-8X) ("Accelerated Graphics Port")

3) PCI ("Peripheral Components Interconect-Express")

4) MCA ("MicroChannel Arquitecture")

5) EISA ("Extended Industry StandardArchitecture")

6) VESA ("Video Electronics Standards Association")

7) ISA 8-16 ("Industry StandardArchitecture")

* Sin definir como ranura ó puerto, pero para fines prácticos lo consideraremos ranura.

  Tipos de puertos integrados     Se muestran comenzando del tipo de puertos mas recientes y su respectiva imagen, hasta los mas antiguos.Nombre del puertoUsos

Imagen1) Conector de alimentación PCIePermite recibir alimentación directamente desde la fuente de poder ATX, debido a su alto consumo de energía.

2) HDMI ("High Definition Multimedia interface")Para transmisión de audio y video por un mismo conector, impidiendo que la señal sea copiada de manera ilegal.

3) DVI ("Digital Visual Interface")Para pantallas LCD ó de plasma de alta definición, incluidos televisores.

4) TV (Televisión)Se trata de una entrada para conectar un cable coaxial procedente de la señal de la antena de TV abierta (poco recomendada) ó de la señal de televisión por cable

5) RCA ("Radio Corporation of América")Para televisiones y tarjetas capturadoras de video.

6) S-Video ("Simple-Video")Para pantallas LCD ó de plasma de alta definición, incluidos televisores.

7) VGA ("Video Graphics Array")Monitores de 256 a 16.7 millones de colores.

8) EGA ("Enhaced Graphics Array")Monitores EGA de 64 colores.

Tipos de memoria integrada y capacidades      Las tarjetas de video, además de integrar su propio microprocesador, también integran cierta cantidad de memoria RAM especial llamada VRAM ó GRAM ("Video Read Only Memory ó Graphic Read Only Memory"), la cuál se encarga exclusivamente de almacenar datos referentes a gráficos mientras una aplicación gráfica los solicite, esto permite que la memoria RAM principal se mantenga disponible para otros procesos, aunque es importante mencionar que mientras la VRAM no sea solicitada, esta se utilizara como RAM por la computadora.     Memorias y significado de GDDR: ("Graphics Double Data Rate"), la memoria integrada en las tarjetas de video es de tipo RAM ("Read Aleatory Memory"), por lo que es volátil, es decir, al apagar la computadora, todos los datos almacenados en ella se pierden. Se muestra en la siguiente tabla los tipos básicos de memoria que se han integrado actualmente, en este momento es la GDDR5 la que comienza a ser introducida al mercado comercial.Tipo de RAMCaracterísticasCapacidad comercial instalada Mb/GbGDDR5 "Graphics Double Data Rate 5"Basada en tecnología DDR2, esta nueva especificación para tarjetas gráficas de alto rendimiento, provee un doble ancho de banda a diferencia de GDDR4, que permite ser configurada a 32 y 64 bits.1.024 Gb, 1.536 Gb, 3.072 Gb hasta 4 GbGDDR4 "Graphics Double Data Rate 4"

Es un tipo de memoria que también se basa en la tecnología DDR2, que mejora las características de consumo y ventilación con respecto a la GDDR3.256 MbGDDR3 "Graphics Double Data Rate 3"Es un tipo de memoria adaptada para el uso con tarjetas de video, con características de la memoriaDDR2, mejoradas para reducir consumo eléctrico y hacer eficiente la disipación de calor.256 Mb, 384 Mb, 512 Mb, 768 Mb, 896 Mb, 1 Gb, 1.792 GbGDDR2 "Graphics Double Data Rate 2"Es un tipo de memoria adaptada para tarjetas de video, con características de la memoria DDR y DDR2.256 Mb, 512 Mb, 1 GbGDDR "Graphics Double Data Rate"Es un estándar de RAM que transmite datos de manera doble por canales distintos de manera simultánea, en este caso está diseñada para el uso en tarjetas de video.64 Mb, 128 Mb, 256 Mb, 512 Mb

  Tipos de procesador integrado GPU/VPU y capacidades

     Hay 2 siglas para este tipo de procesadores de gráficos, acuñadas por 2 empresas dominantes actualmente: GPU ("Graphics Process Unity") ó unidad de proceso de gráficos y VPU ("Visual Processing Unity") ó unidad de proceso visual. Independientemente de la forma que se le quiera denominar, este circuito libera de esa actividad al microprocesador y le permite dedicarse a otras tareas del sistema haciendo más eficiente al equipo. Estos procesadores de gráficos actualmente tienden a sobrecalentarse, por lo que se les coloca un disipador de calor con su respectivo ventilador. Anteriormente dominaban el mercado varias marcas, entre ellas una llamada Trident®, pero actualmente son 2 marcas de circuitos dominantes, independientemente de la marca de la tarjeta de video que la integra.    + ATI Radeon ("Array Tecnologies Inc.") de la empresa fabricadora de procesadores AMD®.   + GeForce: de la empresa Nvidia® fabricante de unidades de procesamiento gráfico.    + Ejemplo: Tarjeta de video GeForce*, modelo TC7200 GS, marca Zogis®*, DDR2 256 Mb, PCI-E.     *Se puede observar que hay dos denominaciones presentes, GeForce es el del chip procesador de gráficos y Zogis® es la marca de la tarjeta de video.

   Tecnología SLI / X-Fire en tarjetas de video     Se trata de tecnología desarrollada e integrada para que la tarjeta principal pueda trabajar simultáneamente con 2 tarjetas aceleradoras de gráficos de cierta marca, esto es, a la par, y por ende se aumentan las capacidades al tener dos procesadores de gráficos (GPU) trabajado al mismo tiempo. La tecnología SLI es desarrollada por la empresa fabricante de GPU´s NVidia® y solo es compatible con tarjetas de la empresa, mientras que la tecnología CrossFire/XFire son de la empresa ATI Radeon®, por supuesto aplica solo para tarjetas que tengan GPU de la misma marca. Ambas tecnologías se encuentran enfocadas a ser utilizadas en los equipos de alto rendimiento utilizados por jugadores de videojuegos (Gamers) ó para aplicaciones de diseño.  Fuentes SLI/X-Fire      Las tecnologías SLI/X-Fire implementadas en las tarjetas de video, requieren un alto consumo de energía eléctrica, por lo que la MotherBoard ya no es un medio efectivo para alimentarlas, por ello se han integrado conexiones directas entre la fuente ATX y las tarjetas de video que se basen en estos estándares.  Como se ventila correctamente la tarjeta de video

Figura 3. Ventilación de la tarjeta de video     Anteriormente en las tarjetas de video los GPU no tenían la capacidad de generar calor en exceso y no contaban con dispositivos disipadores, sin embargo el avance en la capacidad de procesamiento ha hecho necesario el uso de ventiladores que permiten extraer el calor y enfriar.     Otra manera actual que se comienza a popularizar es el enfriamiento basado en agua en las tarjetas de video.

  Usos específicos de la tarjeta de videoSe usa en los siguientes casos:     a) Si la tarjeta principal ("Motherboard") carece de puerto de video.     b) Si el puerto de video integrado a la tarjeta principal deja de funcionar.     c) Si el puerto de video integrado en la tarjeta principal no tiene la capacidad necesaria (los gráficos de los juegos se ven lentos, se ven los gráficos con poca resolución, etc.).

TECNOLOGIAS DE PANTALLAS Monitor CRT1. ¿Cuándo surgio el primer monitor?Durante los años 60, la forma más común de interactuar con un computador era mediante un Teletipo, que se conectaba directamente a este e imprimía todos los datos de una sesión informática. Fue la forma más barata de visualizar los resultados hasta la década de los 70, cuando empezaron a aparecer los primeros monitores de CRT2. Tipos de MonitoresMonitores MDA:

Los monitores MDA por sus siglas en inglés “Monochrome Display Adapter” surgieron en el año 1981.Junto con la tarjeta CGA deIBM.LosMDA conocidos popularmente por los monitores monocromáticossolo ofrecían textos, no incorporaban modos gráficos.Este tipo de monitores se caracterizaban por tener un único color principalmente verde. El mismo creabairritación en los ojos de sus usuarios.Características:• Sin modo gráfico.• Resolución 720_350 píxeles.• Soporte de texto monocromático.• No soporta gráfico ni colores.• La tarjeta gráfica cuenta con una memoria de vídeo de 4 KB.• Soporta subrayado, negrita, cursiva, normal, invisibilidad para textos.

Monitor CGA:Los monitores CGA por sus siglas en inglés “Color Graphics Adapter” o “Adaptador de Gráficos enColor” en español. Este tipo de monitores fueron comercializados a partir del año 1981, cuando sedesarrollo la primera tarjeta gráfica conjuntamente con un estándar de IBM. A pesar del lanzamiento de este nuevo monitor los compradores de PC seguían optando por los monitoresMDA, ambos fueron lanzados al mercado en el mismo año existiendo competencia entre ellos. CGA fueel primero en contener sistema gráfico a color.Características:• Resoluciones 160_200, 320×200, 640×200 píxeles.• Soporte de gráfico a color.• Diseñado principalmente para juegos de computadoras.• La tarjeta gráfica contenía 16 KB de memoria de vídeo.Monitor EGA:Por sus siglas en inglés “Enhanced Graphics Adapter”, es un estándar desarrollado IBM para

lavisualización de gráficos, creado en 1984. Este nuevo monitor incorporaba una mayor amplitud decolores y resolución. EGA incorporaba mejoras con respecto al anterior CGA. Años después también sería sustituido por unmonitor de mayores Características:• Resolución de 640_350 píxeles.• Soporte para 16 colores.• La tarjeta gráfica EGA estándar traían 64 KB de memoria de vídeo.Monitor VGA:Los monitores VGA por sus siglas en inglés “Video Graphics Array”, fue lanzado en 1987 por IBM. A partir del lanzamiento de los monitores VGA, los monitores anteriores empezaban a quedar obsoletos. ElVGA incorporaba modo 256 con altas resoluciones. Por el desarrollo alcanzado hasta la fecha, incluidas en las tarjetas gráficas, los monitores anteriores noson compatibles a los VGA, estos incorporan señales analógicas.Características:• Soporte de 720×400 píxeles en modo texto.• Soporte de 640×480 píxeles en modo Características:• Soporte de 720×400 píxeles en modo texto.• Soporte de 640×480 píxeles en modo gráfico con 16 colores.• Soporte de 320×200 píxeles en modo gráfico con 256 colores.• Las tarjetas gráficas VGA estándares incorporaban 256 KB de memoria de vídeo.Monitor SVGA:SVGA denominado por sus siglas en inglés “Super Video Graphics Array”, también conocidos por “Súper VGA”. Estos tipos de monitores y estándares fueron desarrollados para eliminar incompatibilidades ycrear nuevas mejoras de su antecesor VGA.SVGA fue lanzado en 1989, diseñado para brindar mayores resoluciones que el VGA. Este estándar cuenta con varias versiones, los cuales soportan diferentes resoluciones.Características:• Resolución de 800×600, 1024_768 píxeles y superiores.• Para este nuevo monitor se desarrollaron diferentes modelos de tarjetas gráficas como: ATI,GeForce, NVIDIA, entre otros.Clasificación según tecnología de monitores En cuanto al tipo de tecnología los monitores se pueden clasificar en varios aspectos. Estas evolucionesde la tecnología han sido llevadas a cabo en parte por el ahorro de energía, tamaño y por brindar un nuevo producto en el mercado.

Monitores CRT:Está basado en un Tubo de Rayos Catódicos, en inglés “Cathode Ray Tube”. Es el más conocido, fuedesarrollado en 1987 por Karl Ferdinand Braun.3. Breve descripcion del monitor CRTLlamamos monitores CRT a aquellos que utilizan la tecnología de "tubos de rayos catódicos" (Catodic Ray Tube en ingles, de ahí sus siglas).Esta tecnologia utiliza un cañon para lanzar electrones contra una pared de fosforo. Estos "choques" producen pequeños puntos de luz, que son los que dan forma a la imagen.Los monitores con esta tecnología, que ha sido utilizada para mostrar señales analógicas desde los primeros televisores en blanco y negro, pueden distinguirse de otros con otras tecnologías a simple vista, dado que son muy voluminosos ( el cañón necesita de cierta distancia hasta la pantalla, a más distancia entre estos, mejor geometría). Otra forma es que los monitores CRT mas antiguos solían tener la pantalla curva.

LCDEl LCD

Las pantallas de cristal líquido o LCD tiene la capacidad de mostrar cualquier carácter alfanumérico. Entre sus muchas aplicaciones están, la informática, comunicaciones, telefonía, instrumentación, robótica, automóviles, equipos industriales, etc.Para poder hacer funcionar un LCD, debe de estar conectado a un circuito impreso en el que estén integrados los controladores del display y los pines para su conexión.En total se pueden visualizar 2 líneas de 16 caracteres cada una, es decir,2x16=32 caracteres. A pesar de que el display sólo puede visualizar 16 caracteres por línea, puede almacenar en total 40 por línea. Es el usuario el que especifica qué 16 caracteres son los que se van a visualizar.

Caracteres del LCD

El LCD dispone de una matriz de 5x8 puntos para representar cada carácter. En total se pueden representar 256 caracteres diferentes, de los cuales 240 caracteres están grabados dentro del LCD y representan las letras mayúsculas, minúsculas, signos de puntuación, números, entre otros. Existen 8 caracteres que pueden ser definidos por el usuario.

Tipos de memoria.

EL LCD posee dos tipos de memorias denominadas DD RAM y CG RAM.

* Display data RAM DD RAM

Tiene un tamaño de 2x40=80 bytes. Es la memoria encargada de almacenar los caracteres de la pantalla que se estén visualizando en ese momento, o bien, que estén en una posición no visible. El display tiene una capacidad de 2 líneas horizontales por 40 caracteres cada una, de los cuales solo serán visibles 2 líneas de 16 caracteres cada una. 

* Carácter Generator RAM CG RAM

La CG RAM contiene los caracteres que pueden ser definidos por el usuario, Está formada por 64 posiciones, de la 00 a 3F, cada posición es de 5 bits.Le memoria esta dividida en 8 bloques que corresponden a los posibles caracteres creados por el usuario que van del 0 al 7 

TFT: En primer lugar hay que aclarar que TFT no es una tecnología de visualización en sí, sino

que simplemente se trata de un tipo especial de transistores con el que se consigue mejorar la calidad de la imagen. Su uso más frecuente es junto con las pantallas LCD, como lo explicaremos a continuación.LCD y TFT LCD: La tecnología LCD utiliza moléculas de cristal líquido colocadas entre diferentes capas que las polarizan y las rotan según se quiera mostrar un color u otro. Su principal ventaja, además de su reducido tamaño, es el ahorro de energía. Cuando estas pantallas usan transistores TFT entonces

estamos hablando de TFT LCDs, los cuales son los modelos más extendidos en la actualidad.PLASMA: Al contrario que las pantallas LCD, las pantallas de plasma utilizan fósforos excitados con gases nobles para mostrar píxeles y dotarles de color. Aunque se inventó en 1964 se trata de la tecnología mas retrasada, en cuanto a nivel de implantación, de las 3 que hemos mencionado debido a que su precio es mas elevado (aunque cada vez la diferencia es menor) y sin embargo su calidad es mucho mejor. En concreto ofrece mayor ángulo de visión que una pantalla LCD, mejor contraste y más

realismo entre los colores mostrados.

OLED: Por ultimo, esta tecnología que también tiene muy pocos años y que poco a poco también iremos viéndola mas constantemente. Se trata de una variante del LED clásico, pero donde la capa de emisión tiene un componente orgánico. Seguramente habrás escuchado que las pantallas OLED tienen la ventaja de no necesitar luz trasera, con lo que ahorran mucha mas energía que cualquier otra alternativa. Además, su costo también es menor. Sin embargo, su tiempo de uso no es tan bueno como el de las anteriores tecnologías que les hemos comentado.Diferencia entre monitores LCD y LEDMonitor LCD:- Pantalla de cristal liquido, reemplazo a las pantallas CRT (esas que parecen cajas).- Incorporan un filtro con la cual ya no te malogran ni cansan la vista a comparación de los CRT.- También son más delgados por lo tanto consumen menos espacio y son más ligeros.

Monitor LED- Pantalla LCD pero que en vez de utilizar lámparas fluorescentes utilizan retro iluminación por LED.- Al no utilizar lámparas fluorescentes eliminaría el uso de Mercurio en los monitores, evitando la contaminación.- Consume menos energía que un LCD- Presenta mejor contraste en las imágenes proyectadas, también controla mejor el brillo de la imagen para evitar la fatiga en la vista.En resumen, los monitores LED gastan menos energía, ayudan a cuidar el medio ambiente y presentan mejor imagen que un LCD. El detalle viene en el precio.ej monitor lcd 23pulgadas: 319 dolaresmonitor led 23 pulgadas: 599 dolaresTelevisores LED, evolución de los LCD clásicos

Una vez que ya tenemos claro que los televisores LED son televisores LCD, pasemos a analizar el por qué de este paso adelante.

La ventaja más directa en el uso de luces LEDs para retroiluminar los paneles de televisores LCD es el menor consumo de este tipo de diodos. Son así equipos más eficientes energéticamente y cuya vida útil también es mayor.

Pero en la calidad de imagen también hay diferencias. La que más se aprecia a simple vista es el aumento del contraste dinámico en los televisores LED frente a los LCD clásicos. La representación de color también mejora con la tecnología LED.

El el campo del diseño, que un televisor LCD use tecnología LED lo vamos a notar principalmente en el grosor del mismo, aunque básicamente ocurre en los de tipo Edge-LED. esta tecnología junto con la

retroiluminación LED en general fue introducida por Sony a partir de 2004 con su sistema Triluminos, por lo que se trata de una tecnología muy joven.

El último beneficio, aunque no se pueda ver a priori, del uso de diodos LED en vez de fluorescentes a la hora de iluminar el panel de los televisores se llama mercurio, material que ya no se usa en los modelos LED y que supone un alivio para el medioambiente.

Las pantallas LED son pantallas LCD que emplean tecnología de retroiluminación LED, a diferencia de las pantallas LCD convencionales, que utilizan retroiluminación mediante CCFL. Las pantallas LED cada vez se emplean más en monitores de ordenador y televisores debido a su diseño ultraplano, imágenes de elevado brillo y contraste y bajo consumo de energía, siendo sus principales desventajas frente a los LCD convencionales el precio, una mayor temperatura del panel y una vida útil de los diodos LED limitada.

Características

Las pantallas LED son una variante de las pantallas LCD (también llamadas TFT-LCD), que se diferencian de las LCD convencionales en que éstas utilizan retroiluminación mediante CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp, Lámpara fluorescente de cátodo frío) mientras que las pantallas LED emplean retroiluminación mediante diodos LED (Light-Emitting Diode, Diodo emisor de luz).

En las pantallas LCD es necesaria la retroiluminación porque la imagen está formada por pixels pero estos no emiten luz por sí mismos, por lo que es necesaria una fuente de luz que ilumine los pixels desde la parte posterior.

Veamos las principales ventajas de las pantallas LED frente a las pantallas LCD con retroiluminación CCFL:

Los LED necesitan menos espacio que las lámparas CCFL lo que permite reducir el grosor, obteniendo paneles más delgados.

En función del tipo de tecnología LED, las pantallas LED pueden consumir entre 20 y 40% menos que las pantallas LCD convencionales.

Mejor nivel de brillo.

Mejores niveles de contraste.

Gama de colores más amplia.

Cansa menos la vista por la alta tasa de refresco.

Por el contrario, las principales desventajas de las pantallas LED son:

Precio notablemente superior a los LCD convencionales.

Aumento de la temperatura sobre el panel.

Vida útil de los diodos LED limitada.

Tipos

Existen varios tipos de pantallas LED en función de la tecnología de retroiluminación LED empleada:

Edge LED: los diodos LED van colocados alrededor de la pantalla, en los bordes del televisor, utilizándose un panel especial para distribuir la luz de forma uniforme por toda la superficie de la pantalla. Esta disposición lateral de los diodos hace que el televisor sea muy delgado, pero no permite iluminar de forma precisa toda la pantalla, lo que afecta negativamente a la relación de contraste.

Full LED (también llamada Direct LED): los diodos LED están distribuidos por todo el panel, no sólo en los bordes de la pantalla, lo que permite mejor contraste, brillo y calidad de imagen, aunque con un mayor consumo de energía y grosor que las pantallas Edge LED.

Pantallas LED y Pantallas basadas en LED

La expresión pantallas LED en ocasiones puede llevar a confusión, ya que además de servir para designar las pantallas LCD con retroiluminación LED utilizadas en monitores de ordenador y televisores, también se emplea para referirse a las pantallas basadas en LED, que utilizan una matriz de diodos LED de distintos colores RGB para formar los pixel y se emplean en pantallas publicitarias o pantallas gigantes en estadios.

Dos tecnologías LED enfrentadas

Aunque los denominamos de igual forma, básicamente dos son las tecnologías de retroiluminación que dominan el mercado.

PLASMA. A diferencia de las pantallas LCD, las pantallas de PLASMA utilizan fosforo excitado por gases nobles para mostrar pixeles y dotarlos de color. El precio de esta tecnología es el más elevado de las que aquí se presentan, por lo que es la que mas retraso tiene en la penetración en la sociedad. Su principal ventaja es la calidad de imagen, es la mejor, mayor ángulo de visión que en pantallas LCD mayor contraste y mejora el realismo en los colores mostrados.

C A P ÍT U L O 1 3 LA TARJETA DE SONIDO

En la anterior entrega tratamos un componente relacionado con la salida del PC: la tarjeta de vídeo. Dicho componente funcionaba como un coprocesador especializado en vídeo, que ayudaba a la CPU en la tarea de ofrecer información visible. En esta entrega enfocaremos otro tipo de información de salida: la audible. Desde sus comienzos hasta la actualidad, el PC ha podido generar sonidos de baja calidad mediante su altavoz interno. Sin embargo, no es posible escuchar sonido de alta calidad (por ejemplo, temas musicales con calidad de CD) utilizando el altavoz interno. En ese caso es necesario añadir hardware adicional dedicado a la información de audio. Dicho hardware se conoce comúnmente como tarjeta de sonido y, hoy en día, es un elemento clave en cualquier PC (Figura 1). Hay que remarcar que las tarjetas de sonido no suelen ser elementos dedicados exclusivamente a la salida de información. También son capaces de capturar información audible desde el exterior del PC, ya sea mediante un micrófono o cualquier otra fuente de audio. En línea con lo que ocurría con las tarjetas de vídeo, la tarjeta de sonido debe considerarse como un coprocesador dedicado a trabajar con información de audio, liberando a la CPU de dicha carga. Como ya hemos introducido, las tarjetas de sonido se han convertido en un componente imprescindible en cualquier PC. De hecho, algunos PC se fabrican con el hardware de audio integrado en la placa base

(algo que también ocurre con las Figura 1. Aspecto de una tarjeta de sonido (SoundBlaster AWE64) tarjetas de vídeo). El usuario actual del PC reproduce con frecuencia música en diversos formatos, disfruta de películas en formato DVD (que, por supuesto, incluyen sonido de alta calidad), captura

sonido del exterior del PC, asigna sonidos a los eventos lanzados por Windows, etc. Todas estas tareas, y muchas más, serían imposibles sin el uso de la tarjeta de sonido. Funciones básicas La mayoría de tarjetas de sonido implementan cuatro funciones básicas: reproducción, captura, síntesis y procesamiento de sonido.

Capítulo 13

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En primer lugar, la tarjeta debe ser capaz de reproducir audio, ya sea desde lectores de CD o DVD, o desde ficheros almacenados en el disco duro, usando formatos estándares como WAV, MP3 y MIDI. Además, la tarjeta debe ser capaz de realizar el proceso inverso, es decir, almacenar audio procedente de. una fuente externa. Esto incluye capturar sonidos mediante un micrófono, o introducir sonido desde cualquier otra fuente (instrumentos musicales, reproductores de cintas, etc.). La información queda almacenada, generalmente, en el disco duro del PC en forma de ficheros. La tercera función básica se centra en la síntesis de audio, o lo que es lo mismo, la creación de sonido. Nótese que las dos funciones anteriores se centran básicamente- en una pura conversión de información entre los mundos analógico (exterior del

PC) y digital (interior del PC). La síntesis de audio exige capacidad de procesamiento a la tarjeta. Finalmente, otra importante función es el procesamiento de sonidos existentes (generalmente almacenados en el disco duro como archivos). De nuevo, la tarjeta de sonido aplica su capacidad de procesamiento, ahorrando todo ese trabajo a la CPU. Si estas funciones fueran realizadas por la CPU, el rendimiento del sistema se vería afectado negativamente. En la anterior entrega apreciábamos la elevada cantidad de información que implica el procesamiento de datos de vídeo. En el caso del sonido, el volumen de información es menor, pero no deja de ser elevado, y por tanto el papel que desempeña la tarjeta es crucial. En el ámbito práctico, las funcionalidades antes comentadas hacen posibles tareas como escuchar un CD-audio mientras se trabaja con el PC, escuchar el audio que acompaña a páginas Web, reproducir temas musicales en formato MP3, escuchar los sonidos que acompañan a secuencias de vídeo para PC, disfrutar del chat con voz, crear música con el PC, escuchar los efectos sonoros que acompañan a los juegos, conectar instrumentos musicales al PC, etc. Es conveniente citar que las tarjetas de sonido se dividen en dos tipos: half duplex y full duplex. Las tarjetas full duplex son capaces de producir (operación de salida) y capturar (operación de entrada) señales de audio de forma simultánea. En cambio, las tarjetas half duplex sólo pueden realizar una de estas

operaciones cada vez. Muchas aplicaciones exigen una tarjeta full duplex para su correcto funcionamiento (por ejemplo, aplicaciones de videoconferencia y algunos juegos). Resulta sencillo comprobar esta característica desde Windows. Tan sólo es necesario abrir dos instancias de la grabadora de sonidos. En una de ellas se inicia la reproducción de un fichero de audio, mientras que en la otra se inicia la grabación de sonido. Si el proceso de grabación se puede realizar con éxito, se deduce que la tarjeta de sonido es full duplex.

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Componentes fundamentales El "corazón" de cualquier tarjeta de sonido está formado por tres subsistemas (ver Figura 2): el convertidor analógico/digital (CAD), el procesador digital de

Figura 2. Componentes fundamentales de una tarjeta de sonido.

señales (DSP, Digital Signal Processor) y el convertidor digital/analógico (CDA). El CAD actúa como interfaz con el mundo exterior del PC para la entrada de audio. En el exterior del PC, el sonido se encuentra en forma de ondas de presión (variaciones de presión en el espacio y en el tiempo). Gracias a un transductor primario, que suele ser un micrófono, dichas ondas de presión se convierten en señales eléctricas (variaciones de tensión en el tiempo). El CAD es capaz de tomar muestras de tensión sobre dichas señales, y asignar valores digitales (números binarios) a cada muestra. Con ello, se consigue una representación del sonido en formato

digital que, ahora sí, puede ser tratado por un procesador. El uso de un micrófono no es imprescindible, ya que cualquier fuente de audio como un reproductor de cintas o un receptor de radio entrega el sonido -directamente- en forma de señales eléctricas. El CDA realiza el proceso inverso, implementando la interfaz entre el PC y el mundo exterior para la salida de audio. El CDA toma una secuencia de datos digitales, y transforma dichos datos en niveles de tensión, creando una señal eléctrica analógica. Empleando después un transductor (típicamente unos altavoces o cascos), las señales eléctricas se convierten en ondas de presión, audibles por el ser humano. Entre el CAD y el CDA se encuentra el DSP, que dota a la tarjeta de capacidad de procesamiento. El DSP es un procesador especializado en el tratamiento de señales digitales, para lo cual es necesaria una elevada capacidad de cálculo, que no es posible obtener mediante procesadores convencionales. Sus características son similares a las de un procesador de propósito general pero, en cambio, su arquitectura es diferente (típicamente Hardware. Además, la organización de la memoria es también diferente. La principal diferencia se centra en la unidad aritmética, que ofrece procesamiento paralelo e incluye unidades especializadas (multiplicadores, etc.). El resultado general es una velocidad de

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trabajo de 2 a 3 veces mayor (1os DSP son capaces de realizar millones

de operaciones en coma flotante cada segundo). En conclusión, el DSP de la tarjeta de sonido es el centro de tratamiento de audio del PC (por ejemplo, la aplicación de efectos como los ecos se deben a dicho componente). Como se puede intuir, la tarjeta de sonido suele incorporar memoria, como complemento indispensable para el DSP. Entrando en el campo de la producción de tarjetas de sonido, ocurre algo similar a lo que se mostró para las tarjetas de vídeo. Muchos fabricantes implementan los anteriores elementos mediante sus propios chipsets, mientras que otros toman chipsets de terceros, y le añaden funcionalidad adicional, que caracteriza a su producto. Elementos de interfaz Los tres componentes presentados constituyen el núcleo de la tarjeta, pero es necesario complementarlos con ciertos elementos de interfaz. En primer lugar, se encuentra un conjunto de conectores de entrada y salida, que constituyen la interfaz analógica con el mundo exterior, desde el punto de vista del usuario. Uno de los conectores de entrada está preparado para la conexión de un micrófono. Otro conector, comúnmente denominado "entrada de línea", permite introducir señales procedentes de otras fuentes de audio (reproductores de cinta, receptores de radio, etc.). Finalmente, un tercer conector proporciona la salida de audio. A éste se suelen conectar altavoces de sobremesa, auriculares, grabadoras de cintas o cualquier otro tipo de equipo capaz de trabajar con señales de audio analógicas. Las

entradas y salidas se conectan a un dispositivo mezclador, que combina las diferentes señales de audio, con niveles individuales controlables por el usuario. Algunas tarjetas proporcionan entradas y salidas digitales. Éstas permiten introducir la información de audio directamente en formato digital, evitando el CAD y el CDA. Con ello se consigue una mayor calidad en los resultados, ya que los procesos de conversión entre los mundos analógico y digital conllevan una inevitable pérdida de calidad. Por ejemplo, se pueden conectar reproductores de CD a las entradas digitales, y grabadoras DAT o CD-R a las salidas digitales. Es interesante remarcar que existen tarjetas de sonido puramente digitales, que contienen únicamente interfaz para la conexión de equipos digitales. Por otro lado, muchas tarjetas están dotadas de una interfaz MIDI, que permite conectar instrumentos musicales al PC a través de una interfaz digital estándar. También es frecuente encontrar un puerto de juegos, que permite conectar dispositivos de control como joysticks o gamepads (componentes esenciales en el mundo de los juegos para PC). Finalmente, hay que hablar de una interfaz imprescindible: la que comunica la tarjeta de sonido con el bus del PC. Dicha interfaz caracteriza en gran medida las prestaciones de la tarjeta. En efecto, las tarjetas de sonido ISA suelen ofrecer menores prestaciones que las PCI. Estas últimas son las más comunes -con gran diferencia- en la actualidad. Incluso muchos PC

incorporan la tarjeta de sonido en la propia placa base, en

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forma de chipset (con lo que se gana una ranura PCI libre para otra tarjeta de expansión). Muestreo y cuantización La función de adquisición de señales de audio se basa en dos procesos fundamentales, denominados muestreo y cuantización, íntimamente relacionados con el CAD. No es el objetivo de este apartado mostrar en detalle la teoría que rodea a dichos procesos, pero sí ofrecer un conocimiento general, ya que son fundamentales en la operación de captura de audio. En primera instancia, se parte de una señal eléctrica analógica, que contiene la información de audio que se pretende digitalizar. Dicha señal, al ser analógica, es continua en el dominio del tiempo y también en el dominio de la amplitud (niveles de tensión). Al ser continua en el tiempo, la señal contiene valores de tensión eléctrica para todos los posibles instantes de tiempo (no hay que olvidar que cualquier intervalo de tiempo contiene un número infinito de instantes de tiempo). Al ser continua en amplitud, la señal puede tomar cualquier nivel de tensión posible (infinitos posibles valores en cualquier rango). El proceso de muestreo se encarga de "discretizar" el dominio del tiempo. Como su propio nombre indica, dicho proceso consiste en tomar muestras de la señal analógica en distintos instantes de tiempo. Las muestras se suelen tomar en intervalos de tiempo regulares. Tras el

muestreo (Figura 3), se obtiene una señal discreta en el tiempo (ya no hay valores para todos los posibles instantes), pero que sigue siendo continua en amplitud (la señal puede tomar cualquier nivel de tensión). A continuación, se procede a discretizar el dominio de la amplitud. Para ello, se establece un determinado número de niveles de tensión, denominados "niveles de cuantización". Para cada muestra de la señal, el nivel de tensión asociado se aproxima a uno de los niveles de cuantización. Por tanto, la señal resultante sólo puede contener un Figura 4. Proceso de muestreo. La línea representa la conjunto finito de niveles señal analógica a digitalizar. Los puntos representan las muestras, tomadas cada 0,3 seg. (es decir, con una frede tensión. Cada nivel de cuencia de muestreo de 1/0,3 Hz) cuantización tiene asociado un número binario. Por ejemplo, si se trabajara con 3 bits (ver Figura 4), se podrían establecer 23 = 8 niveles de cuantización, a los que se asignarían los valores binarios 000, 00l, 0l0; 0ll,..., 110 y 111.

Capítulo 13

LA TARJETA DE SONIDO

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El proceso de muestreo queda caracterizado por lo que se denomina "frecuencia de muestreo", que representa el número de muestras tomadas por segundo y que, por tanto, se mide en muestras por segundo o hercios (Hz). Calcular el

Figura 4. Proceso de cuantización empleando 3 bits. El rango de tensio3 nes disponible (0 a 6 Voltios) se divide en 8 niveles de cuantización (2 = 8). A cada nivel

de cuantización se le asocia en número de 3 bits. Las muestras de tensión se asocian a los niveles de cuantización. La señal digital resultante se muestra en la parte inferior.

intervalo de tiempo entre una muestra y la siguiente es tan simple como calcular 1 / Fm (donde Fm es la frecuencia de muestreo). Como se puede intuir, la representación digital de la señal será más fiel cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo. Tanto es así, que si la frecuencia de muestreo fuera demasiado reducida, se perdería información y no sería posible reconstruir la señal a partir de las muestras digitales. En cualquier caso, es importante recordar que la calidad del sonido capturado será mayor cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo. Por otro lado, el proceso de cuantización queda caracterizado por la resolución del CAD, es decir, el número de bits con que se representa cada muestra. A mayor resolución, el dominio de la amplitud se representará con mayor fidelidad. Si se trabaja con resoluciones demasiado pequeñas, la señal reconstruida a partir de las muestras se encontrará distorsionada por la pérdida de información. También es importante recordar que, a mayor resolución, se requiere de mayor espacio para el almacenamiento de la información de audio. En general, una buena captura de audio se basa en encontrar un buen compromiso entre frecuencia de muestreo y resolución, lo que se traducirá en calidad de audio y espacio de almacenamiento necesario. Como ejemplo práctico,

vamos a suponer que capturamos un tema musical de 5 minutos con la grabadora de sonidos de Windows. Supongamos que seleccionamos una frecuencia de muestreo de 44.100 Hz, una resolución de 16 bits, y sonido estéreo (lo que implica capturar sonido de dos canales diferentes, simultáneamente), todo ello editando las propiedades del fichero WAV. Ésta es una selección de parámetros oportuna para grabar sonido procedente de un CD-audio. Teniendo en cuerita dichos datos, se almacenarán: 2 canales x 44.100 muestras/s x 16 bits/muestra = 1.411.200 bits por segundo, lo que son 172 kB por segundo, aproximadamente: Si el tema musical dura 5 minutos (300 segundos), se almacenarán 300 s x 172 kB/s = 51:600 kB, y por tanto el fichero WAV resultante ocupará unos 50 MB. Este tamaño de archivo no es excesivo para el almacenamiento en el PC, pero resulta prohibitivo para descargar el fichero a través de Internet. Si desea reducir el tamaño del fichero, podría utilizar 11.025 Hz, 8 bits y sonido mono (un solo canal), lo cual corresponde a calidad de teléfono. En ese caso, el fichero ocuparía alrededor de 3 MB, con lo que se haría viable la descarga vía Internet, pero la calidad del sonido seria inadecuada. En resumen, debe seleccionar los parámetros adecuados al tipo de información a capturar. Para capturar música de un CD, debe elegir la primera opción. Para capturar información hablada con calidad telefónica, debería escoger la

segunda opción. En cambio, si desea calidad de radio, debería seleccionar 22.050 Hz y 8 bits. La conversión digital/analógico El proceso realizado por el CDA es justamente el inverso al que realiza el CAD, como ya hemos observado. Se parte de muestras en formato binario, y éstas se deben convertir en una señal analógica (continua en el tiempo y la amplitud) El CDA asocia a cada valor binario un nivel de tensión previamente establecido, y genera muestras de tensión utilizando dichos niveles, aplicando un intervalo de tiempo constante entre muestras. La cuestión a resolver es la siguiente: ¿cómo unir una muestra con la que le sucede? En efecto, dicha unión es necesaria para hacer que la señal vuelva a ser

continua en el tiempo. Existen muchas técnicas que hacen esto posible. La más sencilla consiste en mantener el nivel de tensión de una muestra hasta que llegue la muestra siguiente. Otras técnicas más complejas emplean la muestra actual y las muestras anteriores para predecir la siguiente muestra. Después de este proceso, la señal aún presenta cierto grado de distorsión. Por ello, se suele aplicar un proceso de filtrado que suaviza la señal. Si la frecuencia de muestreo y la resolución han sido apropiadas, la señal resultante será una buena reconstrucción de la señal original. Síntesis de audio Como ya hemos introducido antes, el proceso de creación de información audible recibe el nombre de síntesis de audio. Ya que se trata de un proceso que inevitablemente-

requiere cómputo, el DSP es el elemento clave en dicho proceso, actuando como "sintetizador". Las tres técnicas más extendidas para la generación sonido son la modulación en frecuencia (FM), las tablas de onda (wave table) y el modelado físico (PhM). La síntesis FM permite generar señales complejas -que contienen infinidad de componentes frecuenciales- empleando un procesamiento extremadamente simple. Por ello la síntesis FM se implementa usualmente en las tarjetas de sonido más económicas. Mediante esta técnica se consigue simular el sonido de multitud de instrumentos, pero cualquier usuario detecta claramente que no se trata del instrumento real, sino más bien de una aproximación. En el caso de las tablas de onda, se capturan pequeñas secuencias de audio tomadas de instrumentos reales. Las señales capturadas de cada instrumento vienen almacenadas en la tarjeta de sonido. Cuando se emula un instrumento, se toma la muestra oportuna de la memoria y se reproduce con distintas velocidades, obteniendo así las distintas notas musicales. Las tablas de onda constituyen el método de síntesis de mayor calidad, pero implican un coste considerable. Un buen ejemplo de síntesis basada en tablas de onda se encuentra en la conocida tarjeta SoundBlaster AWE. Finalmente, el modelado físico simula los instrumentos mediante algoritmos de cómputo. Este método aplica modelos de simulación de las propiedades físicas de los instrumentos. En

concreto, las entidades que se combinan para generar el sonido se denominan excitadores y resonadores. Los excitadores modelizan la causa que provoca la aparición del sonido. Ejemplos son la pulsación de una tecla, golpear un tambor o desviar una cuerda de su posición de equilibrio. Los resonadores modelizan la respuesta del instrumento ante la excitación aplicada, lo que normalmente se traduce en simular la vibración de los componentes físicos del instrumento. Este método se caracteriza por una elevada carga computacional, y por tanto requiere de técnicas adicionales para poder trabajar en tiempo real. Como ejemplo conocido, se puede citar la tarjeta de sonido SoundBlaster Gold, que contiene 14 instrumentos creados a partir de modelos físicos. Un parámetro importante a tener en cuenta -y que diferencia a unas tarjetas de otras- es el número de notas (voces) ' que pueden sonar simultáneamente. Cuanto más profesional sea una creación musical, mayor número de voces es necesario. Por ejemplo, la tarjeta SoundBlaster AWE64 admite 64 voces, mientras que la tarjeta SoundBlaster 16 tan sólo admite 20. Una buena forma de comprobar la calidad de síntesis de una tarjeta consiste en reproducir un fichero MIDI. Nótese que dichos ficheros definen la información musical que debe sonar, pero el sonido real lo pone la tarjeta. Por tanto, un mismo fichero sonará mejor en unas tarjetas que en otras, dependiendo de su calidad.