Устройство видеомагнитофона

К аппаратуре для магнитной записи и воспроизведения изображения и звука относятся видеомагнитофоны (ВМ), видеоплейеры (ВП) и видеокамеры (ВК). Видеоаппаратура получила в последние годы широкое распространение, используется она совместно с другими устройствами (телевизором, видеопроектором и др.).

В основу магнитной видеозаписи положены те же принципы намагничивания носителя, воспроизведения сигнала, что и при магнитной звукозаписи. Однако специфика видеосигнала, несущего гораздо больший объем информации, чем звуковой, обусловила появление ряда дополнительных требований к видеомагнитофонам по сравнению с аппаратурой звукозаписи.

Интервал звуковых частот не превышает 20 кГц, а высококачественная запись полного цветового видеосигнала системы SECAM должна осуществляться в полосе частот до 6 МГц. Очевидно, для записи таких широкополосных сигналов должна быть значительно повышена скорость движения ленты по сравнению со скоростью в звуковых магнитофонах.

Техническая реализация столь высокой скорости при использовании неподвижной головки, как при записи звука, затруднительна и технологически нецелесообразна, так как требует большого расхода магнитной ленты. Поэтому в современных ВМ для записи видеосигнала используется способ наклоннострочной записи вращающимися головками, которые, обеспечивая необходимую высокую скорость ленты относительно головок, в то же время позволяют ограничить абсолютную линейную скорость ленты приемлемой величиной. При наклоннострочной записи абсолютная скорость ленты в ВМ часто даже ниже, чем в магнитофонах.

Каждый ВМ состоит из следующих основных функциональных блоков:

♦  блока сопряжения ВМ с телевизионным приемником. Он состоит из распределителя радиочастотных сигналов с входами для подключения телевизионной антенны и ультракоротковолнового передатчика;

♦  блока лентопротяжного механизма (ЛПМ), с помощью которого осуществляется перемещение магнитной ленты относительно всех магнитных головок ВМ;

♦ блока записи-воспроизведения звука. Канал записи-воспроизведения звукового сопровождения подобен каналу, реализуемому в обычном звуковом магнитофоне;

♦  блока записи-воспроизведения изображения. Изображение записывается синхронно со звуком. В видеоканал входят модулятор, усилитель и демодулятор. Входной сигнал поступает на модулятор, где он модулирует по частоте вырабатываемую генератором несущую частоту. Модулированный сигнал после усиления поступает на видеоголовки, с помощью которых запись фиксируется на магнитной ленте. При воспроизведении частотно-модулированный сигнал снимается с магнитной ленты видеоголовкой и поступает на усилитель, а затем на демодулятор, откуда выделенный видеосигнал подается на телевизор для преобразования в оптическое изображение;

♦  блока САР (система автоматического регулирования), обеспечивающего движение видеоголовок относительно магнитной ленты в соответствии с заданным форматом. Для этого применяются две системы автоматического регулирования, которые синхронизируют движение магнитной ленты в

тракте лентопротяжного механизма и вращение ротора блока видеоголовок (БВГ). В процессе записи первая система САР обеспечивает стабилизацию частоты вращения двигателя ведущего вала, т.е. скорость движения магнитной ленты. Эта САР также вырабатывает и записывает сигнал управления, синхронизирующий движение ленты в режиме воспроизведения.

Вторая САР обеспечивает такое вращение двигателя БВГ, при котором происходит совпадение одной из двух видеоголовок с началом дорожки записи на магнитной ленте.

Блок САР обеспечивает выполнение двух необходимых функций: протяжку магнитной ленты с номинальной и постоянной скоростью и вращение БВГ с постоянной частотой и начальной фазой; блок микропроцессорного управления обеспечивает формирование жестких последовательных команд, управляющих ЛПМ видеомагнитофона, защищающих его от

эксплуатации в непредусмотренных ситуациях, которые определяют по состоянию датчиков, находящихся в блоках ЛПМ и САР: например, включение не должно происходить в условиях повышенной влажности окружающей среды, при неправильно вставленной в ЛПМ кассете или обрыве в цепи питания автостопа.

В процессе работы микро-ЭВМ последовательно опрашивает датчики и обеспечивает защиту магнитной ленты от повреждений и надежность ВМ в целом.

Лентопротяжный механизм (ЛПМ) видеомагнитофонов принципиально отличается от ЛПМ звуковых магнитофонов наличием блока вращающихся видеоголовок (БВГ), в который входит барабан с закрепленными на нем видеоголовками.

Для лучшего разделения звукового и видеосигналов рабочие зазоры головок, которые их записывают, развернуты относительно друг друга на некоторый угол (азимутальный угол).

В ВМ, как и в магнитофоне, магнитная лента сматывается с подающей катушки на приемную (см. рис.), а приводится в движение ведущим валом, к которому она прижимарис... Обобщенная функциональная схема видеомагнитофона формата VHS

ется обрезиненным прижимным роликом. Для создания требуемого натяжения ленты служат рычаги натяжения. Головки стирания, записи и воспроизведения звука располагаются по одну сторону от БВГ, при этом в звуковых каналах ВМ обычно используются универсальные головки записи/воспроизведения. Звуковые сигналы записываются обычно на про-

дольной дорожке по верхнему краю ленты, а по ее нижнему краю на продольной дорожке головкой канала управления записываются специальные управляющие сигналы, предназначенные для управления системой автоматического регулирования скорости движения ленты (САР-СЛ).

На рис. показано расположение дорожек магнитной записи на ленте. Как видно, видеосигнал записывается практически по всей ширине ленты на наклонных дорожках, поэтому способ записи и называется наклоннострочным.

Чтобы наряду со звуковыми сигналами записывать и сигналы изображения, необходимо усложнить не только ЛПМ, но и стуктуру магнитной ленты.

Видеокассета с находящейся в ней магнитной лентой является одним из важнейших функциональных элементов ВМ,

в значительной степени влияющим на качественные, эксплуатационные и экономические показатели видеозаписи. Магнитные ленты для видеозаписи имеют в принципе такое же устройство, как и ленты для звукозаписи, исторически появившиеся первыми, а именно состоят из двух основных слоев: гибкой основы и рабочего слоя (см. рис., а). Чтобы наряду со звуковыми сигналами качественно записывать сигналы изображения, структура магнитной видеоленты усложнена по сравнению с лентой, предназначенной только для звукозаписи, т.е. кроме основных слоев видеолента имеет слои дополнительные (см. рис., б):

♦  защитный слой на поверхности рабочего слоя, служащий для защиты рабочего слоя от механического износа, для улучшения транспортирования ленты и дополнительно для предотвращения статической электризации носителя;

♦  обратный слой на тыльной (противоположной от рабочего) стороне ленты, служащий для улучшения транспортирования ленты в лентопротяжном тракте и качества намотки ленты в рулон; может быть антистатическим;

»♦ промежуточный подслой между основой и обратным слоем служит для улучшения адгезии (сцепления) рабочего и обратного слоев с основой.

Рабочий магнитный слой может состоять из двух слоев, имеющих различные магнитные свойства.

Видеосигналы очень высокой частоты записываются в рабочем магнитном слое у самой его поверхности, поэтому нет смысла делать весь рабочий слой одинаковым, так как только у поверхности он должен содержать самые мелкие частицы, а в глубине могут быть и более крупные, которые обеспечат лучшую передачу относительно низких частот, например, лента фирмы FUJI с маркировкой Dolby coating, где верхний рабочий слой имеет толщину 0,5 мкм, а нижний — 3,5 мкм.

Конструкция современной высококачественной видеокассеты относительно сложна, что обусловлено высокими требованиями, предъявляемыми к равномерности и точности движения магнитной ленты в видеомагнитофоне, и имеет общие для всех форматов узлы. Внутри пластмассового корпуса размещаются катушки для сматывания и наматывания магнитной ленты, а также элементы механизма транспортирования ленты: направляющие элементы (ролики, стойки), элементы, передающие движение (зубчатые шестеренки и др.) Заряжается в ВМ видеокассета одним нажатием руки, что значительно упрощает его обслуживание. Кроме того, видеокассета защищает магнитную ленту от повреждений и загрязнений, способствуя повышению качества записи, облегчает применение очень тонких магнитных лент, позволяет автоматизировать составление и передачу видеопрограмм.

Видеокассеты оцениваются несколькими показателями:

♦  длительностью записи-воспроизведения;

♦  средним числом выпадений сигнала;

♦ относительным по отношению к типовой магнитной ленте уровнем сигнал/шум в каналах яркости и цветности;

♦  наработкой на отказ (подробно об этих показателях см. ГОСТ 29271-91).

По конкретным значениям параметров видеокассеты подразделяются на четыре категории (по степени убывания качества): Супер (SH), Экстра (Н), Прима (Р), Стандарт (ST).

Основные параметры, по которым главным образом оперативно оцениваются видеокассеты, это выпадения сигнала и относительный уровень сигнал/шум.

Выпадением сигнала (drop outs) называется случайное мгновенное уменьшение сигнала с видеоголовки, которое

проявляется в виде мелькающих светлых и темных продольных черточек. Следует отметить, что выпадение сигналов связано как с качеством изготовления носителей, так и с условиями их эксплуатации и хранения.

Если в некоторый момент времени происходит случайный спад амплитуды более чем на 12—20 дБ от среднего значения уровня воспроизводимого сигнала и этот спад наблюдается в течение 5—20 мкс, то он фиксируется как выпадение сигнала. Нормируют выпадения сигнала по количеству выпадений в минуту, которое для формата VHS на высококачественных лентах должно быть не более 20.

Шумами магнитной ленты называют паразитные сигналы, которые в той или иной мере искажают сигналы полезной информации. Модуляционный шум носителя обусловлен неоднородностью внутренней и поверхностной структуры носителя, а также нестабильностью скорости его движения. Модуляционный шум не накладывается на полезный сигнал, а модулирует его, вызывая паразитную амплитудную модуляцию полезного сигнала, которая проявляется в виде перемещающихся по вертикали разноокрашенных, меняющихся по интенсивности полос.

Маркировка видеокассет обычно содержит:

♦  наименование фирмы-изготовителя;

♦  название формата магнитной видеозаписи, для которого она предназначена;

♦  длительность записи-воспроизведения в мин;

♦   характеристику качества, обозначенную буквенным кодом, например: HG (High Grade) — высокий уровень.

На российском рынке сегодня широко представлены видеокассеты ведущих зарубежных фирм. Приведем краткую характеристику нескольких из них.

MAXELL GX180 — по совокупности параметров соответствует категории качества "Прима". Предназначена для записи сюжетов, не требующих архивного хранения. Формат записи: VHS. Время записи-воспроизведения — 180 мин. Очень малое число выпадений и их не очень значительная средняя

длительность позволяют получить вполне чистую, без "прочерков" картинку.

SONY Excellence Hi-Fi Excellence Video Cassete E180VHFF— по совокупности параметров соответствует категории качества "Экстра". Предназначена для записи сюжетов, где может потребоваться архивное хранение. Формат записи: VHS. Время записи-воспроизведения — 180 мин. Имеет малое число выпадений, длительность которых легко компенсируют соответствующие устройства ВМ.

SONY HG-90 — по совокупности параметров соответствует категории качества "Прима". Предназначена для записи оригинальных сюжетов и может быть использована для длительного хранения. Формат записи: Video 8. Время записи-воспроизведения — 90 мин. Разновидности видеокассет по времени записи-воспроизведенйя — 30, 60, 90 и 120 мин.

Система САР. Особенностью ВМ по сравнению со звуковыми магнитофонами является не только наличие БВГ, но и обязательное использование специальных систем автоматического регулирования (САР) скоростей ленты и вращения БВГ.

Для того чтобы строго выдерживать фазы записываемых и воспроизводимых видеосигналов относительно строк записи и моментов переключения, частота вращения барабана с закрепленными на нем видеоголовками и их положение по отношению к магнитной ленте должны быть строго определенными как при записи, так и при воспроизведении. Для обеспечения этого служат САР.

Именно САР обеспечивает движение видеоголовок точно по дорожкам записи видеосигнала¹ и необходимую начальную установку фазы вращения скоростного двигателя. Для этого в САР в качестве информации о движении ленты поступают импульсы, воспроизводимые с дорожки канала управления, а в качестве информации о действительном положении видеоголовок — соответствующие импульсы с тахо-датчика скоростного двигателя.

Все перечисленные выше операции позволяют записывать сигнал таким образом, что полученную видеограмму можно воспроизводить на любом ВМ такого же формата записи. Несмотря на то что во всех бытовых ВМ используется практически один и тот же принцип магнитной записи, в каждом из отдельных форматов используется свой нормированный способ записи.

Форматы видеозаписи. Расположение строчек записи сигнала изображения на магнитной ленте, а также дорожек записи сигналов звукового сопровождения и вспомогательного сигнала управления вместе с описанием способа записи получило название "формата записи", определяющего конкретные особенности данного типа видеомагнитофона.

Betamax — первый стандартизированный бытовой формат аналоговой кассетной видеозаписи. В нем, как и в других форматах, записывается композитный¹ ТВ-сигнал, а цветовая поднесущая перенесена по шкале частот ниже полосы ЧМ-сигнала яркости; применяется азимутальная запись.

VHS — Video Home System — наиболее распространенный формат бытовой видеозаписи. Появился вскоре после Betamax. В мире более 80% потребителей пользуются аппаратурой с этим форматом.

К достоинствам этого формата относятся возможность воспроизведения на наиболее распространенных видеомагнитофонах и наибольшая продолжительность записи-воспроизведения — до 480 мин при замедленной скорости. К недостаткам следует отнести невысокую четкость изображения (около 240 телевизионных линий (тал) по горизонтали) и монофонический звук.

Запись сигнала изображения в ВМ формата VHS производится с помощью двух (или четырех) вращающихся видеоголовок, расположенных под углом 180° (или 90° при записи 4 головками) на барабане диаметром 62 мм (41,33 мм при 4-х головках). Скорость вращения барабана — 1500 об/мин (2250 об/мин), скорость движения ленты — 23,39 мм/с. Скорость движения головки относительно ленты — 4,86 м/с. Для защиты от взаимного проникновения сигналов с соседних дорожек запись производится видеоголовками, рабочие зазоры которых ориентированы на угол, составляющий приблизительно 6° от перпендикуляра к направлению движения ленты (азимутальный угол).

В формате VHS используется обычная видеокассета с шириной ленты 12,65 мм.

Видеомагнитофоны VHS имеют еще одну особенность. Модели, имеющие дополнительно к двум основным еще одну или две дополнительные видеоголовки, могут обеспечивать режимы работы SP, LP и ЕР.

Режим SP (Standard Play) — основной режим, характеризующийся номинальной скоростью движения ленты и максимально возможным качеством записи (PAL, SECAM — 23,39 мм/с; NTSC — 33,5 мм/с).

В режиме LP (Long Play) продольная скорость ленты уменьшается (PAL, ME SECAM — 11,7 мм/с; NTSC — 16,67 мм/с), соответственно изменяется скорость записи и ухудшаются качественные показатели.

Самая низкая скорость обеспечивается в режиме ЕР (Elong Play) (NTSC — 11,12 мм/с).

Скоростями определяется и время записи-воспроизведения (SP, LP) кассет с лентой одинаковой длины.

На базе формата VHS был разработан формат VHS-C. В нем применена кассета, имеющая объем в четыре раза меньше объема кассеты VHS и более чем в четыре раза легче. Кассеты формата VHS-C получили название компакт-видеокассет, или видеокассет С.

Применение таких кассет позволило значительно уменьшить размеры и массу видеомагнитофонов, а формат видеофонограммы при этом остался прежним. Благодаря этому записи, сделанные на видеомагнитофонах формата VHS-C, могут воспроизводиться на любом видеомагнитофоне формата VHS, при этом необходимо использовать специальный переходной адаптер, габаритные размеры которого в точности совпадают с габаритными размерами кассеты VHS. В этот адаптер вкладывается кассета VHS-C перед воспроизведением ее на видеомагнитофоне формата VHS, и, находясь внутри адаптера, она вставляется в видеомагнитофон формата VHS.

Дальнейшее развитие бытовой видеотехники было направлено на повышение качественных характеристик воспроизводимого изображения. Предложенный в 1988 г. фирмой PANASONIC формат S-VHS (Super VHS) характеризуется повышением разрешающей способности до 400 твл, высоким отношением сигнал/шум и малыми перекрестными помехами. Преимущества формата S-VHS достигнуты за счет расширения полосы частот сигнала яркости. Звук — стереофонический.

Скорость движения ленты в ВМ формата S-VHS такая же, как в ВМ формата VHS. Запись сигналов звукового сопровождения аналогична записи в формате VHS.

ВМ формата S-VHS, как и аппараты VHS, могут работать в стандартных режимах записи/воспроизведения (SP, LP и ЕР).

Запись в формате S-VHS производится на кассеты, укомплектованные металлопорошковой лентой. Для автоматического определения формата кассеты в последней на донышке выполнено специальное идентификационное отверстие (JD).

Видеофонограммы формата S-VHS могут воспроизводиться только на ВМ формата S-VHS. Видеофонограммы формата VHS можно воспроизводить на ВМ как формата VHS, так и формата S-VHS. На видеокассетах формата VHS могут быть записаны видеофонограммы только формата VHS.

Аналогично портативным видеомагнитофонам формата VHS-C разработан формат S-VHS-C.

"Видео-8 (V-8)". Это формат с малым размером видеокассеты с магнитной лентой 8 мм; (95x63x14 мм), первый, в

котором наряду с металлопорошковой лентой (тип MP) началось широкое практическое применение металлонапыленной магнитной ленты (тип ME). Ленты MP и ME в указанной видеокассете имеют длительность записи-воспроизведения до 2-х часов; лента ME обеспечивает лучшее качество изображения.

Hi-8. Логическим продолжением формата V-8 стал формат Hi-8 фирмы SONY. В результате примененных новых схемотехнических решений в формате Hi-8 разрешающая способность повышена до 400 твл, снижены перекрестные помехи между каналами сигналов яркости и цветности, уменьшены шумы по полю изображения.

Это усовершенствованный вариант предыдущего формата, наиболее качественный среди бытовых форматов.

Дальнейшее развитие бытовых видеомагнитофонов направлено на повышение разрешающей способности по горизонтали до 500 твл.